(57)【要約】  生体試料処理装置および該装置の使用方法。生体試料処理装置は、Ｎ極、Ｓ極、長さおよび幅を有する棒状の磁石と、磁石を覆うプランジャとを含む。棒状の磁石のＮ極およびＳ極は、棒状の磁石の長さに実質的に直交する。この装置は、たとえば、生体試料を含む溶液から、磁性粒子を分離する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｎ極、Ｓ極、長さおよび幅を有する棒状の磁石と、
前記磁石を覆うプランジャとを備える生体試料処理装置であって、
前記棒状の磁石のＮ極およびＳ極が、前記棒状の磁石の前記長さに実質的に直交することを特徴とする生体試料処理装置。
【請求項２】
上側部分と、下側部分と、長さとを有する非磁性のプランジャ棒をさらに備え、
前記棒状の磁石が前記非磁性の棒に取り付けられ、前記プランジャが、前記棒状の磁石と前記非磁性のプランジャ棒の前記長さの少なくとも一部とを覆う、請求項１に記載の生体試料処理装置。
【請求項３】
前記棒状の磁石が、約１：１．５の幅対長さの比を有する、請求項１に記載の生体試料処理装置。
【請求項４】
前記非磁性のプランジャ棒の前記下側部分が、前記棒状の磁石が中に取り付けられる空洞部を形成する、請求項１に記載の生体試料処理装置。
【請求項５】
前記棒状の磁石が、前記非磁性のプランジャ棒の前記空洞部内に固定されると、前記棒状の磁石の前記Ｎ極および前記Ｓ極が、前記非磁性のプランジャ棒の前記長さに実質的に直交する、請求項４に記載の生体試料処理装置。
【請求項６】
前記非磁性のプランジャ棒が非鉄ステンレス鋼を含む、請求項２に記載の生体試料処理装置。
【請求項７】
前記プランジャがポリプロピレンを含む、請求項１に記載の生体試料処理装置。
【請求項８】
磁性粒子を溶液から分離する方法であって、
磁性粒子を含む溶液内へ磁性装置を挿入するステップと、
前記溶液から前記磁性装置および前記磁性粒子を除去するステップとを含み、
前記磁性装置が、
（ｉ）Ｎ極、Ｓ極、長さおよび幅を有する棒状の磁石と、
（ｉｉ）前記磁石を覆うプランジャとを備え、
前記棒状の磁石のＮ極およびＳ極が、前記棒状の磁石の前記長さに実質的に直交することを特徴とする方法。
【請求項９】
前記磁性装置が、上側部分、下側部分および長さを有する非磁性のプランジャ棒をさらに備え、
前記棒状の磁石が前記非磁性の棒に取り付けられ、前記プランジャが、前記棒状の磁石と前記非磁性のプランジャ棒の前記長さの少なくとも一部とを覆う、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記棒状の磁石が、約１：１．５の幅対長さの比を有する、請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
前記非磁性のプランジャ棒の前記下側部分が、前記棒状の磁石が中に取り付けられる空洞部を形成する、請求項８に記載の方法。
【請求項１２】
前記棒状の磁石が、前記非磁性のプランジャ棒の前記空洞部内に固定されると、前記棒状の磁石の前記Ｎ極および前記Ｓ極が、前記非磁性のプランジャ棒の前記長さに実質的に直交する、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記非磁性のプランジャ棒が非鉄ステンレス鋼を含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１４】
前記プランジャがポリプロピレンを含む、請求項８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、２００６年１０月６日出願の米国仮特許出願第６０／８４９，７９５号の利益を主張する。
【０００２】
本発明は、生体試料を含む溶液から磁性粒子を分離する方法および装置に関する。具体的には、本発明は、Ｎ極、Ｓ極、長さおよび幅を有する棒状の磁石と、磁石を覆うプランジャとを含む生体試料処理装置に関する。磁石のＮ極およびＳ極は、磁石の長さに実質的に直交する。この装置は、たとえば生体試料を含む溶液から、磁性粒子を分離する。本発明では、特に低量の用途において、従来の装置および方法を用いるよりもより効率的に、磁性粒子に結合された標的の生体物質（target  biological  material）が非標的の(non-target)生体物質から分離可能である。
【背景技術】
【０００３】
標的の生体物質を非標的の生体物質から分離する磁石および磁性粒子の使用が知られている。従来のシステムでは、磁性粒子が、生体物質を含む溶液の中に導入される。磁性粒子は、用途に応じて、標的の生体物質もしくは非標的の生体物質のいずれかと複合化されるか、または結合される。磁性粒子が標的の生体物質と複合化されると、様々な処理ステップが、通常、所定の順序で行われる。典型的には、複数のウェルを含むカートリッジが、それぞれの処理ステップを容易にするように用いられる。このステップは、溶出ステップ、洗浄ステップ、細胞溶解ステップなどを含み得る。個々のウェルは、通常、特定のステップに必要な溶液または成分を含む。たとえば、細胞溶解が行われるときには、特定のウェルが溶解試薬を含む。このようにして、標的生体物質（たとえばＤＮＡ、ＲＮＡ、蛋白質など）を、所望の状態へと処理することができる。
【０００４】
残存する溶液からの磁性粒子／生体物質の複合体の分離を容易にするために、様々な方法および装置が構成されてきた。たとえば、米国特許第６，２０７，４６３号および第６，４４８，０９２号は、それぞれ、磁性棒を用いる、微粒子を分離する装置および方法に関する。このタイプの棒は、単独で、または生体試料の処理を自動化するように構成される装置と組み合わせて使用され得る。これらの機械の例は、スイスのＴｅｃａｎ  Ｔｒａｄｉｎｇ  ＡＧによって製造されるＦｒｅｅｄｏｍ  ＥＶＯ（登録商標）、カリフォルニア州のＢｅｃｋｍａｎ  Ｃｏｕｌｔｅｒ  ｏｆ  Ｆｕｌｌｅｒｔｏｎによって製造されるＢｉｏｍｅｋ（登録商標）２０００  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ  Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ  Ｗｏｒｋｓｔａｔｉｏｎ、および、比較的高い処理能力を有する、ドイツのＥｐｐｅｎｄｏｒｆによって製造されるＥｐｐｅｎｄｏｒｆ（登録商標）ｅｐＭｏｔｉｏｎ（商標）を含む。その他、ウィスコンシン州マディソンのＰｒｏｍｅｇａ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎによって販売されるＭａｘｗｅｌｌ（商標）１６などは、より低い処理量を有する。
【０００５】
第６，２０７，４６３号および第６，４４８，０９２号の両特許において、磁石の極は、磁石の長さに実質的に平行である。磁性棒が生体液内に配置されると、磁石の上側の極の位置によって、その極が溶液内の磁性粒子の強い誘引点として働かないようになる。すなわち、磁石の上側の極が、磁性粒子を含む溶液ではなく、棒の一部分の方へ向けられるので、磁性粒子は、上側の極に強くは引きつけられない。実際、第６，２０７，４６３号および第６，４４８，０９２号の両特許は、磁石の上側の極が、磁性粒子を含む溶液の液面より上に磁石が確実に留まるほどに十分長く、磁石のその部分にいかなる粒子も結合させないことを説明している。したがって、この向きは、磁石の力を実効上減少させる。さらに、磁石の垂直の向きの結果、磁性粒子が磁石の全長にわたって引きつけられる。磁性粒子が引きつけられる磁石の大きい表面積が、低量の用途において、および特に低量の溶出において、磁性棒を使用するのを困難にし得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国仮特許出願第６０／８４９，７９５号
【特許文献２】米国特許第６，２０７，４６３号
【特許文献３】米国特許第６，４４８，０９２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、従来の磁性粒子分離装置の問題を改善することに関する。特に、本発明は、磁石の極が磁石の長さに実質的に直交する磁石を使用する。このような向きでは、磁石の両極が、磁性粒子を引きつけるのに使用可能である。さらに、磁石の直径対長さの比を制御することによって、磁性粒子が棒および磁石の先端部に集中するように、磁力線を向けることができる。先端部の近くに粒子に集中させることによって、１つのウェルから別のウェルへと持ち越される溶液（持越し液体）の量が減少し、粒子を溶出するのに必要である溶液の量もまた減少する。この点に関して、本発明の装置および方法は、従来の装置および方法よりもより容易かつ効率的に、低量の用途において使用可能である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
一態様では、本発明は、Ｎ極、Ｓ極、長さおよび幅を有する棒状の磁石を有する生体試料処理装置に関する。プランジャが棒状の磁石を覆う。棒状の磁石のＮ極およびＳ極は、棒状の磁石の長さに実質的に直交する。
【０００９】
生体試料処理装置は、また、上側部分、下側部分および長さを有する非磁性のプランジャ棒を含んでよい。棒状の磁石は、非磁性の棒に取り付けられ、プランジャは、棒状の磁石と非磁性のプランジャ棒の長さの少なくとも一部分とを覆う。
【００１０】
非磁性の棒の下側部分は、棒状の磁石が中に取り付けられる空洞部を形成してよい。棒状の磁石が空洞部内に固定されると、棒状の磁石のＮ極およびＳ極は、非磁性のプランジャ棒の長さに実質的に直交する。
【００１１】
非磁性の棒は、非鉄ステンレス鋼、真鍮、アルミニウム、ニッケル合金、または黒鉛複合材からなってよいが、好ましくは非鉄ステンレス鋼からなる。磁石は形状において円柱形であってよく、磁石の直径対長さの比は好ましくは１：１．５である。
【００１２】
プランジャは、好ましくはポリプロピレン、ポリエチレン、またはポリテトラフルオロエチレンからなるが、より好ましくはポリプロピレンからなる。
【００１３】
別の態様では、本発明は、磁性粒子を溶液から分離する方法に関する。本方法は、磁性粒子を含む溶液へ磁性装置を挿入するステップ（工程）と、溶液から磁性装置および磁性粒子を除去するステップ（工程）とを含む。磁性装置は、Ｎ極、Ｓ極、長さおよび幅を有する棒状の磁石と、棒状の磁石を覆うプランジャとを含む。棒状の磁石のＮ極およびＳ極は、棒状の磁石の長さに実質的に直交する。
【００１４】
本発明のこれらおよび他の態様は、本発明の好ましい実施形態が説明され、図示される、以下の詳細な説明を添付の図面と併せて考察することによって明らかになろう。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】非磁性のプランジャ棒の下側部分の図である。
【００１６】
【図２】空洞部が中に形成された非磁性のプランジャ棒の下側部分の図である。
【００１７】
【図３】非磁性のプランジャ棒を覆うプランジャを含む磁性装置の図であり、棒状の磁石が非磁性のプランジャ棒の下側部分に形成された空洞部内に配置されている。
【００１８】
【図４】磁性粒子を含む溶液を保持する容器の図である。
【００１９】
【図５】磁性粒子を含む溶液を保持する容器に磁性装置が挿入された図である。
【００２０】
【図６】磁性粒子とともに、磁性装置が図５に示された溶液から除去されている図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
各図にわたって、同様のまたは対応する参照符号は、同様のまたは対応する部分を示す。
【００２２】
本発明は、Ｎ極、Ｓ極、長さおよび幅を有する棒状の磁石と、棒状の磁石を覆うプランジャとを含む生体試料処理装置に関する。棒状の磁石のＮ極およびＳ極は、棒状の磁石の長さに実質的に直交する。装置の操作者は、磁性粒子を含む容器内に装置を配置してよい。生体試料の処理を行うために、磁性粒子は、所望の用途によって、標的または非標的の生体物質（たとえばＤＮＡ、ＲＮＡ、蛋白質など）に付着されるか、複合化されるか、または結合される。生体試料処理装置が容器内に配置されると、磁性粒子は磁石に引きつけられ、プランジャの外表面に付着する。操作者が容器から生体試料処理装置を除去すると、磁性粒子は装置とともに除去される。このようにして、標的または非標的の生体物質に結合された磁性粒子が、溶液から除去される。
【００２３】
本発明の生体試料処理装置は、一連の処理ステップが標的の生体物質に要求される低量の用途に特に有利である。たとえば、本発明の装置は、ウィスコンシン州マディソンのＰｒｏｍｅｇａ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎによって販売されるＭａｘｗｅｌｌ（商標）１６などの自動化システムにおいて有利に使用される。上述のように、多くの生物学的処理方法では、標的の生体物質が、複数の生体物質を含む試料からまず除去される。次に、標的物質は、たとえば、標的の生体物質を洗浄し、標的の生体物質を溶解し、標的の生体物質を溶出することによって、さらに処理される。典型的には、Ｍａｘｗｅｌｌ（商標）１６のような装置を使用して標的の生体物質を連続して処理するとき、ウェルのカートリッジが使用される。それぞれのウェルは、処理方法における特定のステップに必要とされる溶液および試薬を含み、標的の生体物質は、順次、それぞれのウェルへと挿入され、それぞれのウェルから除去される。標的の生体物質がそれぞれのウェルから除去される際、ウェル内の液体の一部が、標的の生体物質とともに除去される。この持越し液体が、処理工程における次のステップを妨げることがあり、持越し液体の量は、特に低量の用途において、最小にされるべきである。さらに、低量の用途において、最大の収量および効率を確実にするために、最大量の標的物質が処理され、標的物質が可能な限り最も小さい空間内に包含されることが重要である。本発明は、これらの必要条件を念頭において構成された。
【００２４】
図１は、本発明の一態様による非磁性のプランジャ棒１の下側部分を示す。非磁性のプランジャ棒は、好ましくは円柱形の形状を有するが、本発明はこれに限定されない。図１に示されるように、非磁性のプランジャ棒は、長さＡおよび直径Ｂを有する。プランジャ棒用の非磁性材料は、特に限定されないが、非鉄ステンレス鋼、真鍮、アルミニウム、ニッケル合金、および黒鉛複合材が好ましく、非鉄ステンレス鋼が最も好ましい。
【００２５】
図２は、非磁性のプランジャ棒１の下側部分の一部が除去されて空洞部２を形成した後の、図１に示された非磁性のプランジャ棒１を示す。図２に示される実施形態では、空洞部は円柱形の形状を有するが、本発明はこれに限定されない。他の形状（たとえば方形）が、本発明の範囲から逸脱することなく使用可能である。空洞部内には、磁石３（図３に示す）を配置することができる。この磁石は、非磁性のプランジャ棒に、圧入、接着、または取り付けられてよい。本発明は図１および２に示される実施形態に限定されないことに留意されたい。たとえば、本発明は非磁性のプランジャ棒なしで使用されてもよく、または非磁性のプランジャ棒が使用される場合、磁石は、接着剤または他の取付け手段によって非磁性のプランジャ棒に取り付けられてよい。すなわち、空洞部は、プランジャ棒の下側部分の一部分に形成されなくてもよい。さらに、非磁性のプランジャ棒は、中実または管形のいずれであってもよい。
【００２６】
本発明による磁石の形状およびサイズは、特に限定されない。以下に述べられるように、磁石は、好ましくは棒状であり、約１：１．５の幅対長さの比を有するが、他の比（たとえば１：１）が用いられてもよい。図３に示される実施形態では、磁石は、円柱形の形状を有するが、立方体などの他の形状が用いられてもよい。
【００２７】
図３は、磁石３が非磁性のプランジャ棒１の下側部分の空洞部内に配置された、本発明の一実施形態を示す。図３において分かるように、磁石は、長さＤおよび幅（直径）Ｅを有する。極が磁石Ｄの長さに実質的に直交するように、磁石のＮ極およびＳ極が配置される。図３において、磁石３の極は、水平面に配置される。水平面における極の位置は、特に重要でない。たとえば、図３を見ると、極は左から右へ、または前から後ろへ、またはその間の任意の位置に配置されてよい。重要であるのは、磁石の極が、磁石の長さに実質的に直交することである。両極がそのような向きにある場合、磁石の最も強い磁性領域が、生物学的処理の際に磁性粒子を引きつけるのに使用可能である。
【００２８】
図３に示すように、プランジャ４は、非磁性のプランジャ棒１の下側部分と磁石３とを覆う。プランジャの材料は得に限定されないが、磁場を変えない化学的に不活性の、使い捨ての材料が好まれる。そのような材料の例は、ポリプロピレン、ポリエチレンおよびポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を含む。これらの材料のうち、ポリプロピレンが最も好ましい。プランジャ４の形状は、また、特に限定されない。標準的な溶出管が使用されるシステムにおいては、プランジャ４は、好ましくは図３に示される形状を有する。すなわち、プランジャ４は、底部において円錐形へと先細になる概ね円柱形の形状を有することが好ましい。円錐形の端部は、好ましくは丸みをつけられる。この点について、プランジャ４の底部は、標準の溶出管の円錐形の底部と一致する。
【００２９】
図３に示されるプランジャ４を使用するとき、磁石３は、約１：１．５の幅対長さの比を有することが好ましい。この比によって、溶出の際に粒子を完全に覆うのが困難になるほどまで粒子が拡散することなく、溶液の磁性粒子がプランジャ４にしっかりと付着できるようになる。溶液内の磁性粒子が非常に希薄である場合、特に、さらにより低い溶出量が必要とされる場合、より低い比、たとえば１：１が好ましいことがある。さらに、標準の溶出管の円錐の角度が増加される場合に、同じ溶液量で溶出をするためには、より低い比が必要となる。しかしながら、粒子は、さらに磁石からなることがある。
【００３０】
図４〜６は、生体試料処理用の図３に示された本発明の装置の使用の各ステップを示す。図４は、磁性粒子７を含む溶液６を保持する容器５を示す。磁性粒子７は、所望の用途によって、溶液６内に存在する標的または非標的の生体物質に付着されるか、複合化されるか、または結合される。図５では、図３の装置が、溶液６に挿入されている。図５において分かるように、磁性粒子７が、図５および６の議論の目的のために左から右へと配置された磁石３の極に向かって移動する。図６では、装置が容器５から除去されている。磁性粒子が、プランジャ４の表面に付着しており、やはり溶液６から除去されている。磁性粒子７に結合された生体物質のさらなる処理が必要な場合、粒子を別の容器またはウェルへと移すことができる。
【００３１】
極の向きと関連する磁力線および磁石３の幅対長さの比が、磁性粒子７を、プランジャ４の下側部分に付着させる。上述のように、この構成によって、磁性粒子７が、最小の空間にわたってプランジャ４の表面にしっかりと付着できるようになる。これは、低量の用途において特に重要かつ有利である。磁石の長さに実質的に直交する磁石の極を有することによって、必要に応じて、磁石の力を減少させることなく、磁石の幅または直径をさらに縮小可能である。本発明の構成はまた、従来のプランジャよりもより薄い壁を有するプランジャの使用を可能にし、このことはプランジャが射出成形によって製造される際に有利である。
【００３２】
本発明を説明のための実施形態を参照して記載してきたが、本明細書に使用される用語は、限定ではなく説明の用語であることを理解されたい。様々な変更および修正が、請求項に述べられる本発明の範囲および精神から逸脱することなく行われてよい。
【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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【国際調査報告】
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