(57)【要約】【課題】ＰＯＣ検査に適した簡便な核酸単離装置、すなわち、核酸を含有する材料から、効率よく、短時間に自動機械化可能な手段により核酸を単離するカートリッジ、およびカートリッジ内で核酸を単離する自動装置を提供する。【解決手段】核酸を含む試料から、核酸吸着物質に核酸を吸着させ、核酸吸着物質を洗浄し、吸着された核酸を溶出する一連の工程を、処理槽、廃液槽、集積槽を含む基底部材と、洗浄液、溶出液が、試薬ウェルピストンで封入された試薬ウェルを包含する頂上部材から構成され、頂上部材は基底部材に対して回転または並進が可能であるカートリッジ内の反応により、検体中の核酸を単離できる核酸単離用カートリッジと、そのカートリッジ内で核酸単離を行う核酸単離装置。【選択図】  図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
核酸を含む試料から核酸を単離するための核酸単離用カートリッジであって、該カートリッジは、
（イ）核酸吸着材料が固定されている処理槽、
（ロ）処理槽に連通し、廃液を溜める廃液槽、および
（ハ）処理槽に連通し、単離された核酸を含む溶液を集める集積槽、
を包含する基底部材と、
（ニ）核酸吸着材料を洗浄する洗浄液および／または核酸吸着材料から核酸を溶出する溶出液が封入された少なくとも１つの試薬ウェルを包含する頂上部材と、から構成され、試薬ウェルの少なくとも１つは、試薬を核酸吸着材料に搬送するための試薬ウェルピストンを有しており、頂上部材は基底部材に対して回転または並進が可能であることを特徴とする核酸単離用カートリッジ。
【請求項２】
基底部材は、処理槽と廃液槽を連通する廃液用配管、および／または処理槽と集積槽を連通する溶出液用配管を、さらに含むことを特徴とする請求項１記載の核酸単離用カートリッジ。
【請求項３】
頂上部材は、核酸を含む試料をカートリッジに導入する為の開口部、および／または単離された核酸を含む溶液を基底部材の集積槽から取り出す為の開口部を、さらに含むことを特徴とする請求項１または２記載の核酸単離用カートリッジ。
【請求項４】
試薬ウェルの底部は、破損可能なフィルムによって密封され、試薬ウェルの上部は、ピストンによって密封されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の核酸単離用カートリッジ。
【請求項５】
基底部材に設置された集積槽の開口部は、破損可能なフィルムで密封されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の核酸単離用カートリッジ。
【請求項６】
核酸吸着材料が核酸吸着フィルターであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の核酸単離用カートリッジ。
【請求項７】
核酸吸着フィルターが、ろ紙、織布、不織布、マトリックスまたは膜であることを特徴とする請求項６記載の核酸単離用カートリッジ。
【請求項８】
処理槽を加熱する機構が設置されていることを特徴とする請求項６または７記載の核酸単離用カートリッジ。
【請求項９】
処理槽が金属材料で形成されていることを特徴とする請求項８記載の核酸単離用カートリッジ。
【請求項１０】
核酸吸着フィルターを貫通する金属部材を有することを特徴とする請求項８または９記載の核酸単離用カートリッジ。
【請求項１１】
処理槽を、バルブまたは蓋により密閉する機構を有することを特徴とする請求項８〜１０のいずれか１項に記載の核酸単離用カートリッジ。
【請求項１２】
処理槽内の液体が、廃液槽および／または集積槽に流出することを防止するバルブを有することを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の核酸単離用カートリッジ。
【請求項１３】
試料中の核酸を単離するための核酸単離装置であって、
（ホ）請求項１〜１２のいずれか１項に記載の核酸単離用カートリッジを設置する受容機構、
（ヘ）該カートリッジの頂上部材を基底部材に対して回転または並進させ、かつ、頂上部材を所定位置に位置決めすることができる回転または並進要素、
（ト）該カートリッジに設置された試薬ウェル内の試薬を送液する試薬ウェルピストンに押力を適用する垂直駆動装置と押し出し棒とから形成されるプランジャ要素、および
（チ）試料および／または試薬を、廃液槽および／または集積槽に送液するための減圧要素、
を包含すると共に、
核酸を含む検体を、核酸吸着材料近傍を通過させる過程で、核酸吸着材料に核酸を吸着させ、核酸吸着材料に吸着している不要な物質を洗浄液によって除去し、核酸が結合した核酸吸着材料に溶出試薬を加えて、溶出試薬中に核酸を溶出させる一連の工程に従って、（ヘ）〜（チ）の各要素を制御する制御装置を含むことを特徴とする核酸単離装置。
【請求項１４】
受容機構に、制御装置によって制御可能であり、受容された核酸単離用カートリッジを移動させ、かつ、カートリッジを所定位置に位置決めすることができる直線移動機構を、さらに含むことを特徴とする請求項１３記載の核酸単離装置。
【請求項１５】
制御装置によって制御可能な処理槽を加熱するための発熱体を、さらに包含することを特徴とする請求項１３または１４記載の核酸単離装置。
【請求項１６】
発熱体が、正の温度係数を有する物質への通電加熱を利用するものであることを特徴とする請求項１５記載の核酸単離装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、核酸を含有する材料から、簡便、かつ、短時間に核酸を精製、単離する核酸単離カートリッジ、および該核酸単離カートリッジを制御する核酸単離装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
遺伝子工学分野の進歩によって、遺伝子を用いた医療診断や微生物検査が行われるようになった。例えば、核酸ハイブリダイゼーション法を用いて、微生物の菌種同定を行う試験方法が実用化されている。また、ポリメラーゼ・チェイン反応法（ＰＣＲ法）（非特許文献１、特許文献１〜３）をはじめとした、様々な核酸増幅方法の開発により、遺伝子を用いた医療診断や微生物検査技術が大きく伸展した。これらの手法によると、配列特異的に核酸増幅を行わせることが可能である。そのため、検体中に存在する可能性のある特定の配列の核酸を、増幅して高感度に検出することができる。
【０００３】
医療診断や微生物検査に用いる検体中には、タンパク質、脂質、糖質等の夾雑物質が大量に含まれている。遺伝子を利用したポリメラーゼ・チェイン反応等の増幅反応やハイブリダイゼーション反応等を行う場合等においては、これらの夾雑物が悪影響を及ぼす。例えば、増幅反応が阻害される因子を含むような場合には、実際には、目的の菌が含まれているにもかかわらず、核酸の増幅反応が起きないため、検体中に菌が含まれていないという誤った結果を与える。したがって、核酸増幅反応や、ハイブリダイゼーション等の検出反応に影響を及ぼさないように、検体中の核酸を、これらの夾雑物が無いようにあらかじめ単離する操作が必要となる。
【０００４】
核酸を単離する方法として、特許文献４に記載の方法がある。この方法は、核酸を含有する材料に、グアニジンチオシアン酸塩水溶液等のカオトロピック性の高い水溶液を加えて核酸を遊離させた後、シリカ粒子に核酸を吸着させ、該シリカ粒子を洗浄して夾雑物質を分離し、最後にシリカ粒子に結合した核酸を溶出させることにより実施される。この方法は広く一般的に行われており、本手法に基づいた核酸の単離を行う試薬や用具は、いわゆる「キット」として市販されている。さらに、この手法を用いて、核酸を自動的に単離する自動装置も開発されている。
【０００５】
一方、医療における臨床検査の現場では、患者から採取した検体を、臨床の現場において、迅速、かつ、簡便に検査し、その結果を判断してすぐに診療に生かす、いわゆる「ポイント・オブ・ケアー・テスト」と呼ばれる診断法が求められている（以下、これらの検査を、「ＰＯＣ検査」、という）。これらの検査においては、できるだけ短時間に、かつ、手動で行う操作を減らして簡便に行うことが要求される。更に、このカートリッジは、「使い捨て」ができるように安価に製造することができるように設計されていることが望ましい。したがって、医療現場等で求められているＰＯＣ検査においては、簡易、かつ、低価格のカートリッジおよび装置を用いて、短時間に自動的に核酸を単離することが要求される。
【０００６】
しかし、従来から開発されている核酸の自動単離装置は、数多くの試料を大量に処理することが求められる場合には有用であるが、ＰＯＣ検査においては、十分にこの要求に応え得るとは言えず、解決すべき課題は非常に多い。特に、核酸を精製することが要求される試料の数が１種類、またはせいぜい数種類に限られている場合に、これらを迅速に処理する場合に、現時点で実用化されている装置はＰＯＣ検査の要求を満たしていない。
【０００７】
【非特許文献１】
Ｓｃｉｅｎｃｅ、２３０：１３５０−１３５４、１９８５
【特許文献１】
特許第２５４６５７６号明細書
【特許文献２】
特許第２５０２０４１号明細書
【特許文献３】
特許第２６１３８７７号明細書
【特許文献４】
特許第２６８０４６２号明細書
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、ＰＯＣ検査に適した簡便な核酸単離装置を提供するものである。すなわち、核酸を含有する材料から、効率よく、短時間に自動機械化可能な手段により核酸を単離するカートリッジを提供することを課題とする。また、カートリッジ内で核酸を単離する自動装置を提供することを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記の課題を解決するため、簡便、かつ、迅速に検体から核酸を単離するための核酸単離カートリッジ、および同カートリッジ用の核酸単離装置について、本出願人に係る国際特許公開第０１／１１３７４号パンフレットに開示された機器について、国際特許出願番号ＰＣＴ／ＪＰ０２／０６９３９号に記載の手法を適用する検討を重ね、本発明を完成させるに至った。
【００１０】
すなわち、本発明は、以下のとおりである。
（１）  核酸を含む試料から核酸を単離するための核酸単離用カートリッジであって、該カートリッジは、
（イ）核酸吸着材料が固定されている処理槽、
（ロ）処理槽に連通し、廃液を溜める廃液槽、および
（ハ）処理槽に連通し、単離された核酸を含む溶液を集める集積槽、
を包含する基底部材と、
（ニ）核酸吸着材料を洗浄する洗浄液および／または核酸吸着材料から核酸を溶出する溶出液が封入された少なくとも１つの試薬ウェルを包含する頂上部材と、から構成され、試薬ウェルの少なくとも１つは、試薬を核酸吸着材料に搬送するための試薬ウェルピストンを有しており、頂上部材は基底部材に対して回転または並進が可能であることを特徴とする核酸単離用カートリッジ。
【００１１】
（２）  基底部材は、処理槽と廃液槽を連通する廃液用配管、および／または処理槽と集積槽を連通する溶出液用配管を、さらに含むことを特徴とする（１）に記載の核酸単離用カートリッジ。
（３）  頂上部材は、核酸を含む試料をカートリッジに導入する為の開口部、および／または単離された核酸を含む溶液を基底部材の集積槽から取り出す為の開口部を、さらに含むことを特徴とする（１）または（２）に記載の核酸単離用カートリッジ。
（４）  試薬ウェルの底部は、破損可能なフィルムによって密封され、試薬ウェルの上部は、ピストンによって密封されていることを特徴とする（１）〜（３）のいずれか１つに記載の核酸単離用カートリッジ。
【００１２】
（５）  基底部材に設置された集積槽の開口部は、破損可能なフィルムで密封されていることを特徴とする（１）〜（４）のいずれか１つに記載の核酸単離用カートリッジ。
（６）  核酸吸着材料が核酸吸着フィルターであることを特徴とする（１）〜（５）のいずれか１つに記載の核酸単離用カートリッジ。
（７）  核酸吸着フィルターが、ろ紙、織布、不織布、マトリックスまたは膜であることを特徴とする（６）に記載の核酸単離用カートリッジ。
（８）  処理槽を加熱する機構が設置されていることを特徴とする（６）または（７）に記載の核酸単離用カートリッジ。
【００１３】
（９）  処理槽が金属材料で形成されていることを特徴とする（８）に記載の核酸単離用カートリッジ。
（１０）  核酸吸着フィルターを貫通する金属部材を有することを特徴とする（８）または（９）に記載の核酸単離用カートリッジ。
（１１）  処理槽を、バルブまたは蓋により密閉する機構を有することを特徴とする（８）〜（１０）のいずれか１つに記載の核酸単離用カートリッジ。
（１２）  処理槽内の液体が、廃液槽および／または集積槽に流出することを防止するバルブを有することを特徴とする（１）〜（１１）のいずれか１つに記載の核酸単離用カートリッジ。
【００１４】
（１３）  試料中の核酸を単離するための核酸単離装置であって、
（ホ）（１）〜（１２）のいずれか１つに記載の核酸単離用カートリッジを設置する受容機構、
（ヘ）該カートリッジの頂上部材を基底部材に対して回転または並進させ、かつ、頂上部材を所定位置に位置決めすることができる回転または並進要素、
（ト）該カートリッジに設置された試薬ウェル内の試薬を送液する試薬ウェルピストンに押力を適用する垂直駆動装置と押し出し棒とから形成されるプランジャ要素、および
（チ）試料および／または試薬を、廃液槽および／または集積槽に送液するための減圧要素、
を包含すると共に、
核酸を含む検体を、核酸吸着材料近傍を通過させる過程で、核酸吸着材料に核酸を吸着させ、核酸吸着材料に吸着している不要な物質を洗浄液によって除去し、核酸が結合した核酸吸着材料に溶出試薬を加えて、溶出試薬中に核酸を溶出させる一連の工程に従って、（ヘ）〜（チ）の各要素を制御する制御装置を含むことを特徴とする核酸単離装置。
【００１５】
（１４）  受容機構に、制御装置によって制御可能であり、受容された核酸単離用カートリッジを移動させ、かつ、カートリッジを所定位置に位置決めすることができる直線移動機構を、さらに含むことを特徴とする（１３）に記載の核酸単離装置。
（１５）  制御装置によって制御可能な処理槽を加熱するための発熱体を、さらに包含することを特徴とする（１３）または（１４）に記載の核酸単離装置。
（１６）  発熱体が、正の温度係数を有する物質への通電加熱を利用するものであることを特徴とする（１５）に記載の核酸単離装置。
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明において、核酸とは、ＤＮＡ（ｄｅｏｘｙｒｉｂｏｎｕｃｌｅｉｃ  ａｃｉｄ）またはＲＮＡ（ｒｉｂｏｎｕｃｌｅｉｃ  ａｃｉｄ）を意味し、対象となる材料に含まれるＤＮＡまたはＲＮＡを意味する。
【００１６】
本発明において、検体としては、例えば、喀痰、血液、尿、便等が挙げられるが、何らこれらに限定されるものではない。検体が固形成分等を含む場合は、溶解等の前処理により、核酸吸着材料である不織布等のフィルターや、核酸結合性樹脂等によく浸透し、通過できる性状とすることが望ましい。本目的の為には、例えば、検体が喀痰の場合、界面活性剤添加、加熱、機械的振動等の手段が有効である。この過程で検体に含まれる細胞が破壊され、検体中に核酸が遊離される。核酸単離カートリッジに注入する、検体または前処理済みの検体を、本発明では、試料、と称する。
【００１７】
本発明のカートリッジの材質としては、金属、ガラス、セラミックス等を用いることができ、加工の容易さの点からプラスチックが好ましい。ただし、核酸の単離工程において、核酸が吸着しない材質が好ましい。
このような材質としては、例えば、塩化ビニール樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリ塩化ビニリデン樹脂、ポリウレタン樹脂、テフロン（登録商標）樹脂、ナイロン樹脂、ポリスチレン樹脂、ＡＢＳ樹脂、アクリル樹脂、フッ素樹脂、ポリカーボネート樹脂、メチルペンテン樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂等が上げられる。
【００１８】
カートリッジ上に、バルブ、流路内の液体、気体の気密性を保つために、パッキング等にゴム等の弾性体を用いてもよい。このような弾性体としては、天然ゴム、ブタジエンゴム、スチレンゴム、ブチルゴム、エチレン・プロピレンゴム、ニトリルゴム、アクリルゴム、ウレタンゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム等のゴム類、軟質塩化ビニール樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリ塩化ビニリデン樹脂、ポリウレタン樹脂、テフロン（登録商標）樹脂、ナイロン樹脂等が上げられる。更に、カートリッジとしての形状を完成させるための部品、バルブに用いる部品、熱を効率良く伝える為の部品等は、プラスチックの他、アルミニウム、真鍮、鉄、銅、ステンレス、チタン合金、マグネシウム合金、ジュラルミン等の金属であってもよい。カートリッジに熱を加える場合には、その加熱部分が設定した温度において、機械的強度を維持できる材質を用いる。
【００１９】
本発明による核酸単離は、（ａ）核酸単離に必要な試薬類が封入されている試薬ウェルが、基底部材の必要な位置の上方に位置するように、頂上部材を、基底部材に対して回転または並進移動させる、（ｂ）頂上部材の試薬ウェルへ、プランジャ等で、外部から力を与えて試薬が基底部材の必要な位置に送液させる、ことにより遂行される。ここで、プランジャとは、流体を圧縮送液するための往復運動をなす機械部分の総称を意味している。
核酸単離の工程は、（ｃ）核酸を含む検体を、核酸吸着材料近傍を通過させる過程で、核酸吸着材料に核酸を吸着させる、（ｄ）核酸吸着材料に吸着している不要な物質を、洗浄液によって除去する、（ｅ）核酸が結合した核酸吸着材料に、溶出試薬を加えて溶出試薬中に核酸を溶出させる、（ｆ）加熱して、溶出試薬中に核酸を遊離させる、（ｇ）単離された核酸を含む溶出液を集積槽に送液する、ことからなる。
【００２０】
なお、核酸吸着材料および溶出試薬の種類によっては、（ｆ）の工程を省略することができる。また、最後の（ｇ）の工程も、処理槽が集積槽を兼ねることが可能であるため省略することができる。この場合は、単離された核酸溶液は処理槽の中に集積される。また、処理の工程で発生する廃液類は、廃液槽の中に送液され、貯留される。廃液槽の中に廃液を吸収するパッド類を設置しておけば、廃液がさらに他の部分に流れるのを防ぐことができる。
【００２１】
基底部材に、処理槽と廃液槽を連通する廃液用配管、および／または処理槽と集積槽を連通する溶出液用配管を設置することによって、配管を利用した送液が可能になり、カートリッジ内での送液が容易になるので好ましい。これらの配管の接続口は、処理槽の核酸吸着物質の位置よりも更に下部にある方が、液体が滞りなく廃液槽または集積槽へ送液されやすいので好ましい。処理槽と集積槽を連通する溶出液用配管を設ける場合には、配管の一部を試料液面より高い位置に配置することにより、試料が自重で処理槽の核酸吸着材料の部分から処理槽に流れる時に、集積槽側に流れ込むのを防ぐことができるので有用である。
【００２２】
頂上部材に、核酸を含む試料をカートリッジに導入する為の開口部および／または単離された核酸を含む溶液を基底部材の集積槽から取り出す為の開口部を設置することによって、処理槽への試料の導入、および／または集積槽から溶出液を取り出す操作が容易になる。これらの開口部は、それぞれ、異なる開口部でもよいが、同一の開口部を共用することも可能である。開口部を設ける場合は、初期状態では、処理槽上部に開口部が位置するように固定される。この開口部より、試料を、ピペット等を用いて処理槽に注入する。
【００２３】
処理槽に注入された試料は、自重、または外部に設置された吸引ポンプによる陰圧等によって、処理槽の部分から廃液槽に流れ込む。この過程は、試料および核酸吸着物質の性状に依存する。試料の粘性が高い場合や、吸着物質が細かい等の場合は、自重による試料の送液が行われにくいので、吸引ポンプに等によって処理槽から廃液槽に送液する。
頂上部材の試薬ウェルの底部は、破損可能なフィルムによって密封され、試薬ウェルの上部はピストンによって密封されることにより、試薬ウェル内部の試薬を、外気との接触が無い状態で保存することが可能になる。さらに、送液が必要な場合に、プランジャ等の外部からの力でフィルムの一部を破損せて送液させることが可能になる。
【００２４】
試薬保存の為には、フィルムは、保存する間に各ウェルに保存する内部の試薬によって腐食等を受けない性能、および内部の試薬を外部に漏出しない性能が要求される。また、フィルムは、ある十分な力を適用することによって破損する必要がある。例えば、試薬ウェル内の圧力増加により、試薬ウェル底面を密封していたフィルムを剥離させて送液すること、フィルムの破損を容易にするために、鋭利な突起物等をカートリッジに設置しておくこと等により達成される。試薬ウェルピストンに突起部を設けてもよい。ピストンによる密封が不完全である場合、ピストンの上部に、さらに破損可能なフィルムを組み合わせて密封しておくことも有効である。
【００２５】
基底部材に設置された集積槽の開口部を破損可能なフィルムで密封することにより、集積槽に集められた単離された核酸溶液を、外気との接触が無い状態で保存することが可能になり、保存期間の間、外からの不純物の混入をさけることができる。単離された核酸が必要な場合には、フィルムの一部を破損せて取り出す。フィルムは、単離された核酸を保存する間に、単離された核酸を含む溶液によって、実質的に変化しない性能、および内部の試薬を外部に漏出しない性能が要求される。
【００２６】
核酸吸着物質として、核酸吸着フィルターを用いることにより、核酸吸着物質を処理槽に容易に設置することが可能になり、検体からの核酸を効率よく、核酸吸着物質上に吸着させることができる。
フィルターとしては、核酸吸着性物質であり、適当な溶出液が選択できるものであればよく、ろ紙、織布、不織布、マトリックスおよび膜が好ましい。フィルターの形状、厚さ、材質、形状、寸法等は、カートリッジに設置できるものであれば制限されない。フィルターは、シート、膜、板塊状、繊維状、粒状等の任意の形態であることができるが、処理槽への設置の容易さから、シート状のものが好ましい。材質は、親水性および疎水性のいずれでもよいが、疎水性が好ましい。
【００２７】
フィルターは、有機材料および無機材料のいずれからなっていてもよく、天然材料、合成材料または半合成材料からなっていてもよい。フィルターの例としては、天然、合成、半合成または再生の、有機または無機繊維からなる多孔質体；有機または無機発泡体（例えばスポンジ、フォーム等）；孔成分の溶出、焼結、延伸、穿孔等により孔形成された有機、無機多孔質体；有機または無機の微粒子や細片を充填または結合した多孔質体；ろ紙等を挙げることができる。
【００２８】
例えば、繊維からなるフィルターの場合は、繊維としては、有機または無機の短繊維、スライバーおよび長繊維のいずれでもよい。フィルターの形態は任意であり、例えば、単なる繊維の塊でもよく、１層または複数層のシート状でもよい。
核酸吸着フィルターとして、ろ紙は安価であり、実験用として市販されているものを用いることができるので好ましい。ろ紙としては、セルロースを主成分とすものが好ましい。
織布または不織布も安価である上に、ろ紙よりも機械的強度が強いので好ましい。織布とは、縦糸と横糸とが交錯してできた布地である。不織布とは、短繊維またはフィラメントを機械的、熱的、化学的な手段を用いて接着または交絡させて作るシート状またはウェブ構造のものである（第２版  繊維便覧  繊維学会編丸善）。
【００２９】
不織布は、さまざまな方法で生産されるが、基本的な工程はウェブ（繊維の方向がある程度揃った繊維塊のシート状のもの）の形成工程、ウェブの接着工程および仕上げ工程である。ウェブを形成する方式は、湿式、乾式および直接式に大別される。直説法は紡糸直結式ともいわれる方法で、溶融高分子溶液から紡糸された繊維を集めて直接ウェブとする工程である。これに含まれる方法は、スパンレース法、スパンボンド法、メルトブロー法、ニードルパンチ法、ステッチボンド法等であるが、本発明においては、メルトブロー法でつくられた超極細繊維不織布が最も好ましい。
【００３０】
不織布には、天然繊維から化学繊維まで種々の繊維が用いられているが、一般的に用いられるのは、綿、レーヨン、ポリエステル繊維、ポリプロピレン繊維、ナイロン繊維であり、その他にもアクリル繊維、ビニロ繊維ン、ガラス繊維、パルプ、炭素繊維等が使用される。
織布の素材としては、木綿、絹、人絹、アクリル繊維、ポリエチレンテレフタレート繊維等のポリエステル繊維、ポリプロピレン繊維、ナイロン繊維等、布地に織ることができるものであればよい。
【００３１】
本発明においては、ポリエチレンテレフタレート繊維等のポリエステル繊維、ポリプロピレン繊維、ナイロン繊維からなる織布および不織布が好ましい。
不織布を用いた核酸単離用カートリッジは、本出願人に係る別の発明（国際特許出願ＰＣＴ／ＪＰ０２／０６９３９号）の方法を、本発明の核酸単離用カートリッジに適用したものが挙げられる。国際特許出願ＰＣＴ／ＪＰ０２／０６９３９号には、不織布を用いて核酸を単離する方法が開示されている。不織布の平均孔径は２〜１５０μｍのものが適しているが、２〜２０μｍのものがより好ましい。ここで、不織布の平均孔径とは、水銀ポロシメーターによって測定した測定値（メディアン値）をいう。平均孔径は、フィルター要素を構成する繊維の絡み具合や空隙の大きさに関連する指標である。
【００３２】
織布および不織布は、１層、または複数層を積層したものが用いられる。
核酸吸着フィルターとして、シリカまたはシリカ誘導体から形成される膜を用いることも可能である。この場合、カートリッジに導入する核酸を含む試料に、カオトロピック性の高い物質を添加しておき、洗浄液としてアルコール等の有機溶媒を含む溶液を用い、溶出液として、イオン強度が低い中性付近の水溶液を用いることが好ましい。さらに、カオトロピック性物質や有機溶媒が、単離される核酸の溶液中に残存しないように、洗浄工程の後、溶出工程までの間に充分に除去することが好ましい。
【００３３】
処理槽に、加熱する機構を設置することにより、核酸吸着フィルターに吸着している核酸を溶出させる為に、加熱を行うことが可能になる。本出願人に係る別の発明（国際特許出願ＰＣＴ／ＪＰ０２／０６９３９号）には、核酸吸着フィルターに吸着した核酸を溶出させる方法として、主に、過酸化水素水、塩基性溶液等を用いる方法、および加熱による方法が開示されている。過酸化水素水や、塩基性溶液を用いる方法は、これらの試薬によって単離される核酸が化学変化を受ける可能性があるので、加熱による溶出方法が好ましい。この点から、本発明においては、加熱により、核酸吸着フィルターから核酸を溶出させることが好ましい。
【００３４】
核酸吸着フィルターとして不織布を利用した場合、核酸を溶出する場合の好適な条件は、ＴＥ緩衝液（１ｍＭのＥＤＴＡを含む１０ｍＭのＴｒｉｓ／ＨＣｌ緩衝液、ｐＨ＝８）を用いた場合、９０〜９５℃で、２０〜３０分である。
核酸吸着フィルターとして、シリカまたはシリカ誘導体を用いた場合、洗浄液としてアルコール等の有機溶媒を含む溶液が用いられることが多い。これらの有機溶媒は、単離される核酸の溶液中に残存しないようにする必要があるが、本発明により、洗浄工程の後、処理槽を加熱しながら吸引ポンプで減圧することにより、有機溶媒を乾燥させて除去することができる。
【００３５】
処理槽の材質として、熱伝導性に優れた金属を利用することにより、処理槽を加熱して核酸吸着フィルターから核酸を溶出する場合に、熱を効率よく伝達することが可能になる。加熱によって核酸吸着フィルターに吸着している核酸を溶出させる場合、溶出液が送液された後に処理槽を加熱する必要がある。この場合、発熱体の熱は、処理槽に設置された伝熱面を経由して溶出試薬に伝わる。処理槽の底部のみに伝熱面が配置された場合、加熱温度が高いため、伝熱面近くの溶液が気化して、フィルターと伝熱面の間に気層が形成される。気層は液体に比べて熱伝導率が大幅に小さいので、フィルターおよびフィルター上部の溶出試薬に充分な熱が伝わらず、核酸溶出の効率が低下する。
【００３６】
本発明により、伝熱面からの熱を効率よく核酸吸着フィルターおよび溶出液の全体に伝達することが可能になるので、核酸の回収率が高くなる。処理槽に用いる金属は、各種試薬に侵されず、金属が溶出液に微量溶け出したとしても、後の核酸増幅や核酸検出を阻害しないことが要求される。例えば、銅は、この条件を満たし、しかも、各種金属の中でも熱伝導率が大きいことから、処理槽の素材として好ましい。
【００３７】
処理槽の構造として、核酸吸着フィルターを貫通する熱伝導性に優れた金属部材を有する構造にすることにより、熱を効率よく伝達し、かつ、安い価格でカートリッジを作成することが可能になる。本発明の処理槽の構造の一例として、実施例４に示した構造の処理槽を挙げることができる。もともと処理槽には、廃液配管、溶出液配管、処理槽を密閉構造にする蓋、バルブ等を取り付ける必要があり、処理槽全体を金属材料を用いて製作する場合には、金属切削加工が要求される。これは、量産性や、コストの観点では不利である。熱伝導性に優れた金属部材が核酸吸着フィルターに貫通している構造にすれば、処理槽内部へ発熱体からの熱が効率よく伝達されるため、処理槽全体を金属で作る必要がなくなる。したがって、処理槽の主要部分を、射出成型が可能で、かつ、十分な耐熱性を有するプラスチックで作成することが可能である。
【００３８】
配管接続部等は、プラスチックの射出成型時に作り込むようにしておく。そして、発熱体から核酸吸着フィルターおよび核酸吸着フィルターの近傍に存在する溶出試薬への伝熱ルートを確保するため、処理槽底面から核酸吸着フィルターの上へ貫通する金属部品を配置する。これにより、プラスチック類の熱伝導の低さによる加熱効率の低下を克服できる。すなわち、本発明によると、金属部品を単純な形状にすることができ、プレス加工等により製造すれば、量産コストを抑えられる。したがって、この方法により、量産性とコストにすぐれ、更に、熱伝導のルートを確保した構造の処理槽を作成することが可能となる。
【００３９】
処理槽を、バルブまたは蓋により密閉すること、処理槽内の液体が廃液槽および／または集積槽に流出することを防止するバルブを設けることにより、溶出時に加熱する場合に、溶出液の蒸散を防ぐことが可能になる。
核酸吸着フィルターに不織布を用いた場合、核酸溶出のための好適条件は、９０〜９５℃、２０〜３０分である。この条件を維持する場合、例えば、処理槽が非密封状態であり、溶出試薬が数１００μＬ程度であれば、大半が蒸散する。しかし、本発明によって、加熱時に処理槽を密閉状態にすることが可能になり、この蒸散を防ぐことができる。ここで、バルブおよび蓋に対する要求仕様のひとつは、加熱時に処理槽内部に発生する内圧に対応して密閉を保つことである。例えば、処理槽を沸騰状態にした場合には、内圧として約１気圧となるので、蓋やバルブに対して、少なくともこの内圧でも密閉状態が達成できる力をかけなければならない。
【００４０】
蓋の素材としては、適度に柔軟で、かつ、耐熱性のある熱可塑性ゴムを用い、射出成型により、処理槽開口部に適合する形状に成型する。バルブの構造としては、例えば、柔軟性のある材質で廃液用配管および溶出液用配管を作成し、密閉が要求される際に、配管部分を２本のピンによる圧力によって変形させて閉じる。蓋およびバルブを閉じる２本のピンを一体とし、核酸単離カートリッジ頂上部材に上下移動可能なガイドを設けて設置して、外部からのプランジャ機構により、同時に閉止状態にして、溶出試薬の蒸散ならびに流出を防止するのが好ましい。
【００４１】
カートリッジは、核酸単離装置に設置され、核酸単離装置の制御によって、自動的に核酸を単離することが可能となる。まず、核酸単離装置に設置されたカートリッジを受容する機構により、カートリッジが設置される。この際、カートリッジ側に突起部を設け、受容機構にその突起部と咬み合う部分を設置、あるいはこの逆に受容機構側に突起部を設け、カートリッジにその突起部と咬み合う部分を設置しておいて、カートリッジの設置が安定化されることが好ましい。そして、本発明の装置に設置された回転または並進機構により、カートリッジの頂上部材が基底部材に対して移動可能となる。このとき、カートリッジを受容する機構の並進要素または回転要素には、機械的な原点を検出するためのセンサが備えられていることが好ましい。このセンサとしては、例えば、フォトインタラプタ等が挙げられる。また、並進要素または回転要素はステップモータを利用することが好ましい。これらの機器により、制御装置から所定の駆動パルスを与えることにより、機械的原点からの位置決めが可能である。さらに、カートリッジの並進部分または回転軸と、カートリッジを受容する機構の並進要素または回転要素は機械的にかみ合う、カップリング構造となっていることが好ましい。これによって、カートリッジの頂上部材を、並進要素または回転要素により、所定の位置に位置決めすることが可能である。
【００４２】
位置決めがされると、頂上部材に封入された試薬の位置が、装置の制御装置に認識される。そして、核酸吸着材料に核酸を吸着させ、核酸吸着材料に吸着している不要な物質を洗浄液によって除去し、核酸が結合した核酸吸着材料に溶出試薬を加えて溶出試薬中に核酸を溶出させる一連の工程に従って、装置に設置されたプランジャ機構により試薬ウェルピストンに押力を適用することにより、試薬が適当な場所へ送液される。処理槽に、バルブまたは蓋による密閉構造を達成させる機構を有している場合、本発明の装置に設置されたプランジャ機構により、これらのバルブまたは蓋を押して密閉させることができる。さらに、処理槽内の液体が廃液槽、および／または集積槽に流出することを防止するバルブを有する場合も、本発明の装置に設置されたプランジャ機構で押すことにより、バルブが閉止状態になる。蓋およびバルブを閉じる機構を一体とし、核酸単離カートリッジ頂上部材に上下移動可能なガイドを設けて設置した場合は、同時に閉止状態にすることが可能になるので好ましい。
【００４３】
プランジャの形状として、垂直駆動の要素に対して、中心部の棒と、外側に円筒状の棒を配した２重構造の押し出し棒を使用すれば、外側の筒部分でカートリッジを押さえ、内側の棒で試薬ウェルピストンを押すという２段階の工程が可能になるので好ましい。また、処理槽、廃液槽、集積槽への送液において、装置から供給される負圧が、制御装置の制御に従って、本発明の装置に設置されたカートリッジを受容する機構を通してカートリッジに供給され、送液が可能になる。核酸単離用カートリッジにおいて、測定する試料を区別するためにラベルを貼付したり、コンピューター等に読みとらせることが可能なバーコードやＩＣチップ等を取り付けておくことは有用であり、本発明の核酸単離装置の制御装置に、これらのバーコードやＩＣチップを読みとりできる要素を、さらに付加しておくことが好ましい。
【００４４】
核酸単離装置に発熱体を設置することにより、カートリッジの処理槽を加熱することが可能になる。すなわち、処理槽を加熱して核酸を溶出させたり、フィルター上の有機溶媒を乾燥させることが可能になる。発熱体は、核酸単離装置のカートリッジの受容機構の部分に設置され、処理槽底面部分に発熱体表面が押し付けられるように配置されることが好ましい。発熱体表面には、処理槽への伝熱効果を高めるため、電子部品冷却等に用いられる、熱伝導が良好で、柔軟なシリコーンゴム素材等を貼り付けておくことが好ましい。発熱体は、処理槽内部が前記温度条件になるよう、伝熱のロスを勘案し、前記温度条件より、例えば、数℃高めに温度制御することが好ましい。例えば、発熱体に電気抵抗体を用い、その近傍に設置した温度センサと、電気抵抗体への電力供給の強弱を用いて所定温度に制御する。
【００４５】
より簡素な構成とするためには、電気抵抗体に正の温度係数を持つ素子（ＰＴＣ素子（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ））で、かつ、そのキュリー点が、前記所定温度付近のものを用いる。このような特性をもつ電気抵抗体に一定電圧を印加すると、はじめは室温で抵抗が低いため大電流が流れ、さかんに発熱し、急速に温度が上昇する。温度がキュリー点近くに上昇すると、電気抵抗が急増するので、電流が抑制され、したがって、発熱量が低下するので、結局、電気抵抗値が急増するキュリー点近傍で、電気抵抗体の温度が自己制御される。つまり、価格上昇要因である温度センサと温度制御装置が不要で、通電の制御のみにより、一定温度での加熱が実現される。
【００４６】
処理槽を加熱するための発熱体が、核酸単離用カートリッジ内部に設置された構造にすることも可能である。この場合、カートリッジ内に、加熱するためのエネルギー源を必要とするが、核酸単離装置の簡素化が期待できる。例えば、エネルギー源として乾電池を用いて、カートリッジ内の発熱源を加熱および／または冷却して温度制御を行うことができる。発熱源をカートリッジ内部に、エネルギー源をカートリッジ外部にすることも可能である。また、中和反応や水和反応等の化学的な発熱および／または吸熱反応を用いてもよい。例えば、生石灰と水、水酸化リチウムアルミニウムと水の加水分解反応等が挙げられる。
【００４７】
【発明の実施の形態】
以下、実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明は、何らこれに限定されるものではない。
実施例に記載された長さ、深さ、直径等の数値は単なる例示であって、本発明は、これらの数値に限定されるものではない。
【００４８】
【実施例１】
＜核酸単離カートリッジ＞
図１は、本実施例で作成した基底部材（１ｂ）と頂上部材（１ｃ）とからなる核酸単離カートリッジ（１ａ）（以下、カートリッジ、と記す）の組立図、図２は、基底部材（１ｂ）と頂上部材（１ｃ）に分解した図である。
頂上部材（１ｃ）は、４つの試薬ウェル（２ａ）、蒸散防止機構の蓋（２ｂ）、ガイド機構に保持された２本のピン（２ｃ）、および基底部材（１ｂ）の処理槽（２ｄ）に試料を導入したり、集積槽（２ｅ）から単離された核酸を取り出す開口部（２ｆ）を有し、高密度ポリエチレンを用いて射出成形により作成されている。
【００４９】
基底部材（１ｂ）は、ポリスチレンを用いて射出成形により作成され、処理槽（２ｄ）、集積槽（２ｅ）、廃液槽（２ｇ）、処理槽（２ｄ）と集積槽（２ｅ）を連通する溶出液用配管（２ｈ）、および処理槽（２ｄ）と廃液槽（２ｇ）を連通する廃液用配管（２ｉ）が設置されている。
基底部材（１ｂ）の底部には、後述する受容機構（以下、キャリッジ、と記す）に設けられたガイド機構にはめ込むことが可能な４つの突起（２ｊ）が対称位置に設けられている。カートリッジ（１ａ）の頂上部材（１ｃ）の回転軸（２ｋ）の先端には、核酸単離装置の回転駆動機構の回転力を伝達するための突起（２ｌ）が設けられていて、基底部材（１ｂ）の回転軸受（２ｍ）にはめ込まれた時に、回転駆動機構からの駆動力を頂上部材（１ｃ）に伝達するようになっている。
【００５０】
図３は、試薬ウェル（２ａ）の断面図である。試薬ウェル（２ａ）には、試薬液（３ａ）が満たされている。試薬ウェル（２ａ）の上部にポリカーボネートで作成した突起部をもつ試薬ウェルピストン（３ｂ）が挿入され、更にその上部は、ポリエチレンコートアルミフォイルで作成した試薬ウェルピストンフィルム（３ｃ）が貼り付けられており、下部はポリエチレンコートアルミフォイルで作成した試薬ウェル用フィルム（３ｄ）が貼り付けられ、試薬液（３ａ）が試薬ウェル（２ａ）内に封入されている。
【００５１】
図４は、試薬ウェル（２ａ）から、外部の核酸単離装置のプランジャにより試薬液（３ａ）が送液される状態を示した断面の模式図である。プランジャは、垂直駆動装置の先に、二重構造になった押し出し棒（内側：４ａ、外側：４ｂ）が設置されている。垂直駆動装置によって、押し出し棒が、矢印で示す方向に駆動されると、まず、外側の押し出し棒（４ｂ）によって、頂上部材（１ｃ）が押さえられ、次いで、内側の押し出し棒（４ａ）によって、試薬ウェル（２ａ）の試薬ウェルピストンフィルム（３ｃ）と試薬ウェルピストン（３ｂ）が押され、底部の試薬ウェル用フィルム（３ｄ）が破損して、試薬（３ａ）が、処理槽（２ｄ）に送液されるようになっている。
【００５２】
４カ所の試薬ウェル（２ａ）には、下記の試薬液が、それぞれ０．５ｍｌづつ封入されている。
第一洗浄液：０．５％のＳＤＳ（ドデシル硫酸ナトリウム）、０．１ＭのＮａＣｌを含むｐＨ＝８の１０ｍＭのＴｒｉｓ／ＨＣｌ緩衝液
第二洗浄液：１ＭのＮａＣｌ、１ｍＭのＥＤＴＡを含むｐＨ＝７．４の１０ｍＭリン酸ナトリウム緩衝液
第三洗浄液：ＴＥ緩衝液（１ｍＭのＥＤＴＡを含むｐＨ＝８の１０ｍＭのＴｒｉｓ／ＨＣｌ緩衝液）
溶出液：ＴＥ緩衝液
【００５３】
図５は、処理槽（２ｄ）の模式図である。処理槽（２ｄ）は銅製で、図５に示すように、廃液用配管設置口（５ａ）および溶出液用配管設置口（５ｂ）を有し、基底部材（１ｂ）に取り付けられている。処理槽内部には、直径１３ｍｍに切断したポリエレンテレフタレート製の不織布（５ｃ）（旭化成社製）が内壁に沿って水平に設置されている。
図６は、基底部材（１ｂ）に収容された処理槽（２ｄ）、集積槽（２ｅ）、廃液槽（２ｇ）およびその他の補助部材の配置図である。処理槽（２ｄ）の廃液用配管設置口（５ａ）および溶出液用配管設置口（５ｂ）に、内径１ｍｍ、外径３ｍｍの柔軟なシリコーンゴム製チューブで作成した廃液用配管（２ｉ）および溶出液用配管（２ｈ）が取り付けられている。これらの配管は、それぞれ、基底部材内部に加工された廃液槽（２ｇ）および集積槽（２ｅ）に連通している。溶出液用配管（２ｈ）は、一部が処理槽（２ｄ）の上部より高くなるようにしてある。
【００５４】
処理槽（２ｄ）の上部の頂上部材（１ｃ）には、処理槽（２ｄ）を密閉するシリコーンゴムの円盤状の蓋（２ｂ）および廃液用配管（２ｉ）と溶出液用配管（２ｈ）を圧迫・解除する開閉バルブとして、先端を半球に加工した直径１ｍｍの２本のステンレスピン（２ｃ）が設置されている。これらの蓋（２ｂ）とピン（２ｃ）は、頂上部材（１ｃ）により支持されている。そして、核酸単離装置のプランジャの押し出し棒（４ａ、４ｂ）によって同時に押され、処理槽（２ｄ）の上部、廃液用配管（２ｉ）および溶出液用配管（２ｈ）を閉じる構造となっている。
【００５５】
図７は、廃液用配管（２ｉ）および溶出液用配管（２ｈ）に設置される弁の模式図である。押し出し棒（４ｂ）によって押されたピン（２ｃ）が、廃液用／溶出液用配管（２ｉ、２ｈ）を押すことでバルブ（７ａ）が開閉される仕組みを示している。
集積槽（２ｅ）および廃液槽（２ｇ）の底には、図６に示すように、核酸単離装置に設置される吸引ポンプ等の減圧がカートリッジ内に導かれる吸引ポート（６ｃ）が設けられている。廃液槽（２ｇ）には、廃液が吸収される濾紙で作成した吸水パッド（６ｄ）が設置されている。集積槽（２ｅ）の上部の取り出し口には、ポリエチレンテレフタレート製のフィルムが貼り付けてある。
【００５６】
【実施例２】
＜単離装置＞
本発明の核酸単離装置の一例の機能ブロック図を図８に、その機構部の模式図を図９に示す。
図８に示すように、制御機構（８ａ）は、ＣＰＵ（８ｂ）、メモリ（８ｃ）および制御回路（８ｄ）からなり、これらは１枚の電子回路基板にまとめられている。制御回路（８ｄ）は、各種センサおよびスイッチパネル（８ｈ）の入力回路と、表示パネル（８ｇ）、回転駆動機構、プランジャ、吸引ポンプ、発熱体、バルブなどの制御用の出力回路からなる。メモリ（８ｃ）は、読み書き可能な部分と、読み出し専用部分に分けられるが、読み出し専用部分には、後述の核酸単離工程を実行するためのプログラムが予め書き込まれており、同プログラムは、ＣＰＵ（８ｂ）により実行される。これらの機構への電源（８ｅ）として、適正な電圧に整流された直流電源が組み込まれている。
【００５７】
マンマシンＩ／Ｆ（８ｆ）は、表示パネル（８ｇ）とスイッチパネル（８ｈ）から構成され、核酸単離装置の正面パネルに設置されている。表示パネル（８ｇ）には、蛍光表示管を用いており、ＣＰＵ（８ｂ）から制御回路（８ｄ）を経由して制御され、核酸単離装置の各種状態や核酸単離操作の進行状況を、簡潔に表示し、操作者に伝える。スイッチパネル（８ｈ）は、低価格でコンパクトなメンブレンキースイッチを用いており、コマンドキー、テンキーなど１０数個のキースイッチが配置されている。一部のコマンドキーの直上には、前記の蛍光表示管が配置され、核酸単離装置の状態に応じたコマンドキーの役割を簡潔に表示するようになっている。これらのキースイッチは、主に核酸単離装置の初期設定や調整等で利用される。通常の核酸単離操作においては、カートリッジ（１ａ）をキャリッジに設置後、スタート用コマンドキーを押すだけでよく、以降の一連の処理は自動的に実行される。
【００５８】
機構部（８ｓ）は、カートリッジ（１ａ）が設置可能であるキャリッジ（８ｉ）、キャリッジを直線移動させる直線移動機構（８ｊ）、カートリッジ（１ａ）の頂上部材（１ｃ）を回転させる回転駆動機構（８ｋ）、実施例１で示したカートリッジ（１ａ）の試薬ウェル（２ａ）の試薬を送液するプランジャ（８ｌ）、実施例１で示したカートリッジ（１ａ）の処理槽（２ｄ）を加熱する発熱体（８ｍ）、減圧要素を供給するための吸引ポンプ（８ｎ）、吸引ポンプからの減圧要素について、カートリッジへの供給を制御する廃液槽送液用バルブ（８ｐ）、集積槽送液用バルブ（８ｏ）、リークバルブ（８ｑ）、これらのポンプとバルブおよびキャリッジ間を結合する塩化ビニールの配管（８ｒ）からなっている。
【００５９】
図９は、これらの機構部（８ｓ）の配置の概略図である。キャリッジ（８ｉ）には、実施例１で示したカートリッジ（１ａ）の突起（２ｊ）がはめ込まれるガイド機構（９ｂ）があり、カートリッジ（１ａ）がキャリッジ上面にきっちりと押し付けられるように設置される。直線移動機構（８ｊ）は、キャリッジ（８ｉ）を直進移動させるので、それに従ってカートリッジ（１ａ）も並進する。この直線駆動機構は、ステップモータの回転軸に螺旋ネジを接続し、そのネジにかみ合うナットを回転自由度を拘束、ネジの回転軸方向の直進移動の自由度だけを可動とし、回転を直進移動に変換することで駆動する。また、キャリッジ（８ｉ）に設置されたカートリッジ（１ａ）を認識し、制御機構（８ａ）からの指示により、カートリッジ（１ａ）の位置決めが可能である。回転駆動機構（８ｋ）は、ステップモータにより駆動される。
【００６０】
カートリッジ（１ａ）との接合部において、回転力をカートリッジの回転軸（２ｋ）の先端の突起（２ｌ）に伝達する対の突起（９ａ）が設置されていて、カートリッジ（１ａ）の頂上部材（１ｃ）を、回転駆動機構（８ｋ）により、位置決めした後、所定の位置に回転させることが可能である。
プランジャ（８ｌ）は、ステップモータの回転軸に螺旋ネジを接続し、そのネジにかみ合うナットを回転自由度を拘束、ネジの回転軸方向の直進移動の自由度だけを可動とし、回転を直進移動に変換することにより駆動する。直進駆動部の先に押し出し棒（４ａ、４ｂ）を設置してある。押し出し棒は、中心部の内側の棒（４ａ）と、外側に円筒状の棒（４ｂ）を配した２重構造の押し出し棒になっており、外側の筒部分でカートリッジを押さえ、内側の棒で試薬ウェルピストン（３ｂ）を押して試薬ウェル（２ａ）の試薬を送液する構造になっている。
【００６１】
発熱体（８ｍ）は、チタン酸バリウムを主成分とするＰＴＣセラミック（キュリー点１０１℃、直径１０ｍｍ、厚さ１．５ｍｍ、宇部エレクトロニクス社製）を、キャリッジ上面で、カートリッジ（１ａ）を設置した場合に、処理槽（２ｄ）の下面に接触するように設置され、核酸単離装置内の制御回路（８ｄ）を介して通電可能になっている。
吸引ポンプ（８ｎ）は、制御回路（８ｄ）からの通電により、空気を吸引することが可能になる。集積槽送液用バルブ（８ｏ）、リークバルブ（８ｑ）および廃液槽送液用バルブ（８ｐ）は、電磁バルブを用いて作成されており、制御回路（８ｄ）からの通電の有無により開閉が制御される。これらのバルブは、吸引ポンプ（８ｎ）およびキャリッジ（８ｉ）と配管（８ｒ）によって結合されている。
【００６２】
図１０は、核酸単離装置のキャリッジ（８ｉ）と、基底部材（１ｂ）の接合の構成要素の模式図である。配管（８ｒ）とキャリッジ（８ｉ）が接合する部分の先は、図１０に示すように、キャリッジ（８ｉ）に設けられた吸引ポート（１０ａ）により、カートリッジ（１ａ）の吸引ポート（６ｃ）と接合されるようになっている。すなわち、カートリッジ底面がキャリッジ上面に押し付けられた時に、カートリッジ底面に設けた吸引ポート（６ｃ）とキャリッジ上面に設けた吸引ポート（１０ａ）が接続され、減圧要素による送液が可能な状態になる。
これらの機構部（８ｓ）に設置された駆動装置、プランジャ、発熱体、ポンプ、バルブ、類は、制御回路（８ｄ）に接続されており、核酸単離工程に従って送液や加温が制御されるようになっている。
【００６３】
すなわち、核酸単離工程に従って、
（Ａ）制御機構（８ａ）により、回転駆動機構（８ｋ）と同期して頂上部材（１ｃ）の回転軸（２ｋ）を介して頂上部材（１ｃ）を回転させ、
（Ｂ）カートリッジの試薬ウェル（２ａ）が、プランジャ（８ｌ）の直下に来た時に、押し出し棒（４ａ、４ｂ）が押し下げられ、先ず、押し出し棒の外側円筒部分（４ｂ）が試薬ウェル（２ａ）上部の外周部分の頂上部材（１ｃ）を押さえつけ、次いで、内側の押し出し棒（４ａ）により、試薬ウェルピストン（３ｂ）が押され、その突起部が、シール材を貫通し開口部をあけ、洗浄液が処理槽（２ｄ）に送液され、
（Ｃ）処理槽（２ｄ）の加熱時は、このプランジャ（８ｌ）によって、蓋（２ｂ）および２本のピン（２ｃ）が押し下げられて、溶出試薬の蒸散および流出を防止し、
（Ｄ）処理槽（２ｄ）の液体を廃液槽（２ｇ）に送液する時には、吸引ポンプ（８ｎ）が稼働し、集積槽送液用バルブ（８ｏ）およびリークバルブ（８ｑ）が閉じられ、廃液槽送液用バルブ（８ｐ）が開けられて送液され、
（Ｅ）処理槽（２ｄ）の液体を集積槽（２ｅ）に送液する時には、吸引ポンプ（８ｎ）が稼働し、廃液槽送液用バルブ（８ｐ）およびリークバルブ（８ｑ）が閉じられ、集積槽送液用バルブ（８ｏ）が開けられて送液される、
ようになっている。
【００６４】
【実施例３】
＜大腸菌核酸の単離＞
実施例１のカートリッジ（１ａ）を実施例２の核酸単離装置のキャリッジ（８ｉ）に設置した。核酸単離装置の扉を閉じる前に、大腸菌（１．５×１０９個のペレット）を、１ｍｌの０．５％のＳＤＳ（ドデシル硫酸ナトリウム）および０．１ＭのＮａＣｌを含むｐＨ＝８の１０ｍＭのＴｒｉｓ／ＨＣｌ緩衝液で溶解し、この試料をマイクロピペットを用いてカートリッジ（１ａ）の開口部（２ｆ）から処理槽（２ｄ）に注入した。処理槽（２ｄ）に注入された試料は、不織布（５ｃ）に浸透した後、試料の自重で、処理槽（２ｄ）の不織布下の部分に流れ、さらに廃液槽（２ｇ）に流れ込んだ。このとき、集積槽（２ｅ）に繋がる溶出液用配管（２ｈ）は、この一部が試料液面より高い位置に配置されているので、試料が自重により廃液槽（２ｇ）に流れ込む間、集積槽（２ｅ）には流れ込まなかった。およそ２分で、試料のほとんどが不織布（５ｃ）を通過し、試料中の核酸が不織布（５ｃ）に吸着された。
【００６５】
核酸単離装置の扉を閉じ、タッチパネル（８ｇ）のスタートボタンを押した。以降、カートリッジ（１ａ）を核酸単離装置の扉を開けて取り出すまでの操作は、核酸単離装置の制御機構（８ａ）によって自動的に達成された。まず、カートリッジ（１ａ）が設置されたキャリッジ（８ｉ）を所定の位置に移動させた。これにより、基底部材（１ｂ）の処理槽（２ｄ）は、頂上部材（１ｃ）の開口部（２ｆ）の下に位置するようになった。
【００６６】
吸引ポンプ（８ｎ）を作動させ、集積槽送液用バルブ（８ｏ）およびリークバルブ（８ｑ）を閉じ、廃液槽送液用バルブ（８ｐ）を開け、処理槽内にわずかに残っていた試料を廃液槽（２ｇ）に導いた。１分後、吸引ポンプ（８ｎ）を止め、リークバルブ（８ｑ）を開けた後、回転駆動機構（８ｋ）を働かせて、第一洗浄液が封入された試薬ウェル（２ａ）が処理槽（２ｄ）の上部に来るように、頂上部材（１ｃ）を回転させた。次いで、押し出し棒（４ａ、４ｂ）を下降させ、洗浄液１を処理槽（２ｄ）に導いた。１分後、吸引ポンプ（８ｎ）を作動させ、集積槽送液用バルブ（８ｏ）およびリークバルブ（８ｑ）を閉じ、廃液槽送液用バルブ（８ｐ）を開け、処理槽内に残っていた第一洗浄液の廃液を廃液槽（２ｇ）に導いた。
【００６７】
以下、第二洗浄液、第三洗浄液について同様の操作を行った。最後に、溶出液を処理槽（２ｄ）に導き、その後、頂上部材（１ｃ）を回転させ、カートリッジの蓋（２ｂ）および２本のピン（２ｃ）を押し出し棒（４ａ、４ｂ）で押し下げた。
核酸単離装置の加熱装置に通電を開始して、処理槽（２ｄ）を３０分間、およそ９５℃で加熱した。通電を止め、５分間放熱した後、集積槽送液用バルブ（８ｏ）を開け、リークバルブ（８ｑ）および廃液槽送液用バルブ（８ｐ）を閉じて、吸引ポンプ（８ｎ）を作動させ、処理槽（２ｄ）の中の核酸が単離された溶出液を集積槽（２ｅ）に送液した。次いで、頂上部材（１ｃ）の開口部（２ｆ）が集積槽（２ｅ）の直上にくるよう回転した後、キャリッジ（８ｉ）を初期位置に戻した。この段階で、核酸単離装置の制御機構によって自動的に達成さる工程が終了した。
【００６８】
最後に、核酸単離装置の扉をあけ、カートリッジ（１ａ）を取り出し、マイクロピペットの先端を用いて、集積槽（２ｅ）の上部のフィルムを破り、そのマイクロピペットで集積槽内部の核酸単離溶液を回収した。回収した核酸を紫外吸収スペクトルにより定量した。その結果、図１１の１１ａに示すように、およそ２．７μｇの核酸が単離された。
【００６９】
【実施例４】
＜他の構造の処理槽＞
図１２は、実施例１で示した処理槽（２ｄ）とは異なる構造の処理槽（１２）の断面図である。内径が１４ｍｍポリプロピレンのプラスチック円筒容器（１２ａ）の底に、直径３ｍｍの穴が設けられており、そこにアルミニウムで作成した伝熱ピン（１２ｂ）が挿入されている。底の部分には、直径１４ｍｍで、その中心に直径３ｍｍの穴を開けた円盤状の不織布（１２ｃ）が、プラスチック製のワッシャーで押さえて設置されている。不織布（１２ｃ）の有効内径は１２ｍｍである。
【００７０】
シリコーンゴムチューブで２本の配管（１２ｄ）が設けられている。この処理槽（１２）と、図５に示す実施例１の処理槽（２ｄ）に、それぞれ、０．５ｍｌの水を入れ、それぞれ、上部と配管を閉じて密閉した後、内部の水の温度を熱電対を用いた温度計で測定しながら、実施例２の発熱体（８ｍ）を用いて加熱を行った。
その結果、図５の処理槽（２ｄ）と図１２処理槽（１２）の温度上昇速度を比較すると、図１３に示すように、図１２処理槽（１２）の結果（１３ｂ）の方が、図５の処理槽（２ｄ）の結果（１３ａ）よりも早く９５℃程度の目的の温度に達しており、より熱伝達の効率が優れていることがわかる。
【００７１】
【比較例１】
＜手動操作による核酸単離実験＞
実施例１と同様に、直径１３ｍｍの円盤状に切断したポリエレンテレフタレート製の不織布（旭化成社製）を、フィルターホルダー（有孔径φ１０ｍｍ、ミリポア社製）に固定し、その上部にプラスチック製注射筒（５ｍｌ、テルモ社製）、および下部に廃液槽を介して吸引ポンプを接合した。
大腸菌（１．５×１０９個のペレット）を１ｍｌの０．５％のＳＤＳ（ドデシル硫酸ナトリウム）、および０．１ＭのＮａＣｌを含むｐＨ＝８の１０ｍＭのＴｒｉｓ／ＨＣｌ緩衝液で溶解し、プラスチック注射筒の部分からホルダーに導入した。吸引ポンプでフォルダ内の試料を廃液槽に廃液した後、順次、各０．５ｍｌの第一、第二、第三洗浄液をプラスチック注射筒から導入し、吸引ポンプで排出した。
【００７２】
次いで、フォルダーから不織布を取り出し、０．５ｍｌのＴＥ緩衝液を入れたポリプロピレン製マイクロテストチューブ（容量１．５ｍｌ、エッペンドルフ社製）に投入した。密栓後、アルミブロックヒーターにて、９５℃で３０分加熱した。最後に、不織布を取りだし、チューブ内の核酸単離溶液を回収した。回収した核酸を紫外吸収スペクトルにより定量した。その結果、図１１の１１ｂに示すように、およそ２．９μｇの核酸が単離された。本比較実験の結果は、実施例３の核酸単離の結果と同等である。
したがって、比較例の手動操作で行った核酸単離と同様の核酸単離が、本発明の核酸単離カートリッジと核酸単離装置を用いることで簡便に達成されることが示された。
【００７３】
【発明の効果】
本発明により、核酸を含有する材料から簡便に核酸を単離することが可能になる。そのため、検体中の特定微生物の存在を検出する場合や、人の遺伝子の検出を行ったりする場合において、核酸単離に要する手間や時間が節約され有用である。特に、医療分野における遺伝子診断等を、簡便、迅速、かつ、安全に行うことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の核酸単離カートリッジの組立図。
【図２】本発明の核酸単離カートリッジの分解図。
【図３】本発明の試薬ウェルの断面図。
【図４】本発明のプランジャによる試薬ウェルからの処理槽への送液の模式図。
【図５】本発明の処理槽の模式図。
【図６】本発明の基底部材、頂上部材、プランジャの構成の模式図。
【図７】本発明の基底部材に設置されるバルブの模式図。
【図８】本発明の核酸単離装置の構成図。
【図９】本発明の核酸単離装置の機構部とカートリッジの模式図。
【図１０】本発明の核酸単離装置のキャリッジと、基底部材の接合の構成要素の模式図。
【図１１】本発明の核酸単離と、比較例の核酸単離の測定結果を示すグラフ。
【図１２】本発明の処理槽の他の例の模式図。
【図１３】本発明の処理槽への加熱実験の測定結果を示すグラフ。
【符号の説明】
１ａ：核酸単離カートリッジ
１ｂ：基底部材
１ｃ：頂上部材
２ａ：試薬ウェル
２ｂ：蓋
２ｃ：ピン
２ｄ：処理槽
２ｅ：集積槽
２ｆ：開口部
２ｇ：廃液槽
２ｈ：溶出液用配管
２ｉ：廃液用配管
２ｊ：突起
２ｋ：回転軸
２ｌ：突起
２ｍ：回転軸受
３ａ：試薬液
３ｂ：試薬ウェルピストン
３ｃ：試薬ウェルピストンフィルム
３ｄ：試薬ウェル用フィルム
４ａ：押し出し棒（内側）
４ｂ：押し出し棒（外側）
５ａ：廃液用配管設置口
５ｂ：溶出液用配管設置口
５ｃ：不織布
６ｃ：吸引ポート
６ｄ：吸水パッド
７ａ：バルブ
８ａ：制御機構
８ｂ：ＣＰＵ
８ｃ：メモリ
８ｄ：制御回路
８ｅ：電源
８ｆ：マンマシンＩ／Ｆ
８ｇ：表示パネル
８ｈ：スイッチパネル
８ｉ：キャリッジ
８ｊ：直線移動機構
８ｋ：回転駆動機構
８ｌ：プランジャ
８ｍ：発熱体
８ｎ：吸引ポンプ
８ｏ：集積槽送液用バルブ
８ｐ：廃液槽送液用バルブ
８ｑ：リークバルブ
８ｒ：配管
９ａ：突起
９ｂ：ガイド機構
１０ａ：吸引ポート
１１ａ：実施例３の核酸単離用カートリッジと核酸単離装置による核酸単離量
１１ｂ：比較例の手動操作による核酸単離量
１２：処理槽
１２ａ：円筒容器、１２ｂ：伝熱ピン、１２ｃ：不織布、１２ｄ：配管
１３ａ：処理槽（２ｄ）の加熱の結果
１３ｂ：処理槽（１２）の加熱の結果
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【手続補正書】
【提出日】平成15年10月31日(2003.10.31)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
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【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２】
2004208654.tif 000017
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図６】
2004208654.tif 000018
【手続補正４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１０】
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