(57)【要約】【課題】抽出工程を簡素化し、目的の核酸を高効率に抽出することができるランニングコストの安価な核酸抽出装置を提供する。【解決手段】平板状の固定台１と、固定台１の中央部に固定された制御部２と、固定台１上の制御部２の一側部に設けられた、廃液を回収する廃液口３と、固定台１上の制御部２の他側部に設けられたＹ軸テーブル４と、Ｙ軸テーブル４上に設けられたＹ軸駆動部５と、Ｙ軸駆動部５上に載置された試料回収部６とを備え、制御部２の上部に円柱状の回転台７を接合し、回転台７の上には、円錐台形をし、上面が水平となるように円錐台形の頂点から垂直方向に一定の高さだけ取り除いたような形をした捕集部８を備え、この捕集部８の内部には円柱状の導電体９を埋設した核酸抽出装置。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
平板状の固定台と、前記固定台の中央部に固定された制御部と、前記固定台上の前記制御部の一側部に設けられた、廃液を回収する廃液口と、前記固定台上の前記制御部の他側部に設けられたＹ軸テーブルと、前記Ｙ軸テーブル上に設けられたＹ軸駆動部と、前記Ｙ軸駆動部上に載置された試料回収部とを備えた核酸抽出装置であって、
前記制御部の上部に円柱状の回転台を接合し、前記回転台の上には、円錐台形をし、上面が水平となるように前記円錐台形の頂点から垂直方向に一定の高さだけ取り除いたような形をした捕集部を備え、この捕集部の内部には円柱状の導電体を埋設したことを特徴とする核酸抽出装置。
【請求項２】
前記捕集部には、前記円錐台形の上面の中心から側面に沿って凹状に形成された微小流路を一箇所だけ設け、前記廃液口から９０度回転させた位置に洗浄口を設け、さらに前記試料回収部は複数個の試料チューブから構成されていることを特徴とする請求項１記載の核酸抽出装置。
【請求項３】
固定台と、前記固定台の両側部に固定されたフレームと、前記両側部のフレームで支持されたＸ軸テーブルと、前記Ｘ軸テーブルに取り付けられたＸ軸駆動部と、前記Ｘ軸駆動部に取り付けられたＺ軸駆動部と、前記固定台上に固定されたＹ軸テーブルと、前記Ｙ軸テーブルに保持された抽出用容器とを備えた核酸抽出装置であって、
前記Ｚ軸駆動部にはアームが取り付けられ、前記アームの先端には核酸を抽出するための抽出ヘッドが固定されており、前記固定台上には通電部が固定されており、前記通電部の上面には円形の容器が置かれ、前記容器内には上面が傾斜となっている矩形の捕集台が固定されていることを特徴とする核酸抽出装置。
【請求項４】
前記捕集台内には、前記捕集台より小さく、且つ同一の形状をした導電体が埋設され、前記通電部にはプラスの直流の電圧を印加するための電源が接続されていることを特徴とする請求項３記載の核酸抽出装置。
【請求項５】
前記捕集台は、ポリテトラフルオロエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリメタクリル酸メチルから選ばれた高分子樹脂の少なくとも一種類の高分子樹脂で製造されているか、金属材料の表面に絶縁性の高分子樹脂を被覆したものであることを特徴とする請求項３または４記載の核酸抽出装置。
【請求項６】
前記通電部は、金属板を一定の周期で微小振動させる超音波振動子が絶縁部を介して前記金属板の側面のいずれかに接合されていることを特徴とする請求項３から５のいずれかの項に記載の核酸抽出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、全血、植物、細胞、毛髪、酵母菌などの生体試料からＤＮＡ，ＲＮＡなどの核酸を抽出する核酸抽出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の核酸抽出装置は、磁石と微小の磁性粒子を用いて核酸を高効率に抽出している（例えば、特許文献１参照）。
図６に従来の核酸抽出装置を示す。
図６において、従来の核酸抽出装置は、全血などの生体試料中に含まれるＤＮＡやＲＮＡなどの核酸を微小のシリカ粒子の表面に捕集するための反応槽部分４１と、核酸以外の不要成分を含む溶液を回収するドレインカップ部分４２と、目的とする核酸を含む抽出液を回収する回収チューブ４３と、反応槽部分４１、ドレインカップ部分４２および回収チューブ４３を支持する支持板４４と、反応槽部分４１からドレインカップ部分４２または回収チューブ４３に不要成分を含む溶液または核酸を含む抽出液を排出するための排出パイプ４５と、排出パイプ４５とドレインカップ部分４２又は回収チューブ４３との接続を切り換える回転部材４６と、回転部材４６に一体成形され、反応槽部分４１内に薬液の注入通路あるいは外部から圧力を加える通路４７とを備えている。
【０００３】
図７は核酸抽出用容器の使用模式図を示している。
図７（ａ）の薬液の注入工程では、貫通パイプ４７の入り口にシリンジあるいはマイクロピペッタが挿入され、薬液が注入される。次に、（ｂ）の混合工程では、反応槽部分４１で磁性シリカ粒子、核酸を含有する生体試料および核酸抽出用溶液をリング電極４９の上下運動によって液全体の混合を実現している。（ｃ）の分離工程では、核酸が結合した磁性担体５１（磁性シリカ粒子）を磁界で液体から分離し、生体試料、核酸抽出用溶液、磁性担体５１からなる液体を含む反応槽部分の底部に磁石５０を近づけることにより、磁性担体５１だけを反応槽部分４１の底部に集め、核酸抽出用溶液などの不要成分液と分離している。（ｄ）の不要成分液排出工程では、図示していない加圧ポンプに連結された分注ノズル４８が貫通パイプ４７内にセットされ、この状態で加圧ポンプより圧力を加えると、反応槽部分４１内にある液体は排出パイプ４５の流路に沿って押し出され、ドレインカップ部分４２へ排出されるようになっている。（ｅ）の回収工程では、回転部材４６を１８０度回転させると排出パイプ４５はドレインカップ部分４２から回収チューブ４３に接続される。次に、貫通パイプ４７内にセットされた分注ノズルから反応槽部分４１内を加圧すると、反応槽部分４１内にある核酸を含有する液は回収チューブに押し出されてチューブ内に回収されている。一方、ドレインカップ部分４２内に充満した気体は排気ノズル５２から系外に排出されている。
このように、従来の核酸抽出装置は、装置内部を密閉系にし、生体試料に含有するＤＮＡやＲＮＡなどの核酸におけるコンタミネーションの発生を防止した処理部を形成して高効率に抽出する。
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−１８７８６２号公報（第３−４頁、第１図および第６図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来の核酸抽出装置においては、生体試料中から微小量の核酸を磁性シリカ粒子の表面に捕集し、その後、反応槽部分４１に磁石５０を近づけた状態でＴＥ（１．０ｍＭトリス−塩酸塩、１．０ｍＭ  ＥＤＴＡ；ｐＨ８．０）緩衝液や滅菌水などを注入して磁性シリカ粒子の表面上からＤＮＡやＲＮＡなどの核酸を溶出することにより核酸以外の不要成分と分離しているが、核酸を分離した後に不要となった磁性シリカ粒子が入った容器を廃棄する必要があるため、操作工程が煩雑となり、抽出処理に時間を要していた。また、多検体の生体試料を扱う場合には、新しい磁性粒子を順次注入する必要があるため、ランニングコストが高くなるなどの問題があった。
さらに、前記の分離工程で、変性蛋白質などの沈殿物内に入り込んだ核酸はきちんと回収されず、そのまま廃棄されてしまうという問題があった。また、核酸の回収率を向上させるために、シリカ粒子を過剰に注入した場合でも、溶出用試薬が磁性シリカ粒子の間にある核酸まで到達せずに、そのままシリカ粒子の表面に残留するという問題があった。
そこで、本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、抽出工程を簡素化し、目的の核酸を高効率に抽出することができるランニングコストの安価な核酸抽出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１の構成は、平板状の固定台と、前記固定台の中央部に固定された制御部と、前記固定台上の前記制御部の一側部に設けられた、廃液を回収する廃液口と、前記固定台上の前記制御部の他側部に設けられたＹ軸テーブルと、前記Ｙ軸テーブル上に設けられたＹ軸駆動部と、前記Ｙ軸駆動部上に載置された試料回収部とを備えた核酸抽出装置であって、前記制御部の上部に円柱状の回転台を接合し、前記回転台の上には、円錐台形をし、上面が水平となるように前記円錐台形の頂点から垂直方向に一定の高さだけ取り除いたような形をした捕集部を備え、この捕集部の内部には円柱状の導電体を埋設したことを特徴とするものである。
本発明の第２の構成は、第１の構成において、前記捕集部には、前記円錐台形の上面の中心から側面に沿って凹状に形成された微小流路を一箇所だけ設け、前記廃液口から９０度回転させた位置に洗浄口を設け、さらに前記試料回収部を複数個の試料チューブから構成したことを特徴とするものである。
【０００７】
本発明の第３の構成は、固定台と、前記固定台の両側部に固定されたフレームと、前記両側部のフレームで支持されたＸ軸テーブルと、前記Ｘ軸テーブルに取り付けられたＸ軸駆動部と、前記Ｘ軸駆動部に取り付けられたＺ軸駆動部と、前記固定台上に固定されたＹ軸テーブルと、前記Ｙ軸テーブルに保持された抽出用容器とを備えた核酸抽出装置であって、前記Ｚ軸駆動部にはアームが取り付けられ、前記アームの先端には核酸を抽出するための抽出ヘッドが固定されており、前記固定台上には通電部が固定されており、前記通電部の上面には円形の容器が置かれ、前記容器内には上面が傾斜となっている矩形の捕集台が固定されていることを特徴とするものである。
本発明の第４の構成は、第３の構成において、前記捕集台内には、前記捕集台より小さく、且つ同一の形状をした導電体が埋設され、前記通電部にはプラスの直流の電圧を印加するための電源が接続されていることを特徴とするものである。
本発明の第５の構成は、第３または第４の構成において、前記捕集台は、ポリテトラフルオロエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリメタクリル酸メチルから選ばれた高分子樹脂の少なくとも一種類の高分子樹脂で製造されているか、金属材料の表面に絶縁性の高分子樹脂を被覆したものであることを特徴とするものである。
本発明の第６の構成は、第３から第５の構成において、前記通電部は、金属板を一定の周期で微小振動させる超音波振動子が絶縁部を介して前記金属板の側面のいずれかに接合されていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、下記の効果を奏する。
本発明の第１の構成によれば、導電体に直流のプラスの電圧を印加することで捕集部の表面をプラスに帯電させることにより、全血、植物、細胞などの生体試料に核酸抽出溶液を添加して生成された懸濁液の中から、目的とする核酸のみを捕集部の表面に保持させる一方、不要となる変性蛋白質などの沈殿物や核酸抽出用溶液を廃液口から回収することができる。
本発明の第２の構成によれば、目的とする核酸の分離・精製時間を短縮することと、連続的な核酸抽出処理を行うことができる。
本発明の第３の構成によれば、重力と静電気的作用を用いて、核酸の分離・回収を行うことにより、抽出用溶液中に存在する変性蛋白質などの沈殿物を容易に流し落すことができ、捕集台上に捕集された核酸のみを抽出用容器内に回収することができる。
本発明の第４の構成によれば、捕集台の表面上のみをプラスに帯電させることにより、抽出容器を交換することなく、目的とする核酸のみを捕集台上に捕集することができる。
本発明の第５の構成によれば、変性蛋白質などの共存成分の特異的な吸着・残留を抑制することにより、抽出処理の工程が簡素化され、目的とする核酸の抽出精度を安定に維持することができる。
本発明の第６の構成によれば、捕集台に対して微小の振動を付与することにより、変性蛋白質などの沈殿物を捕集台から短時間に除去することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の具体的実施例を図１〜図５に基づいて説明する。
【実施例１】
【００１０】
図１は、本発明の実施例１に係る核酸抽出装置を示す構成図である。
図１において、固定台１の中央部に制御部２が固定され、制御部２を中心にして廃液を回収する廃液口３が設けられるとともに、Ｙ軸テーブル４が固定されている。Ｙ軸テーブル４上には、Ｙ軸駆動部５が取り付けられ、そのＹ軸駆動部５上にも試料回収部６が載せられている。また、制御部２の上部には金属製の回転台７が接合され、その回転台７の上面には高分子樹脂製の捕集部８が取り付けられている。
【００１１】
次に動作について述べる。
まず、全血、植物、細胞、毛髪、酵母菌などの生体試料をポリプロピレン製（ＰＰ）のマイクロチューブに入れ、そこに、グアニジン酸塩、ヨウ化カリウム、過塩素酸ナトリウム、尿素などのカオトロピック物質、トリス−塩酸塩、四ホウ素ナトリウム−塩酸、リン酸二水素カリウム−四ホウ素ナトリウムなどの緩衝液、ＴｒｉｔｏｎＸ、Ｔｗｅｅｎ２０、Ｎ−ラウロイルサルコシンナトリウムなどの陰イオン性界面活性剤や非イオン性界面活性剤、２−メルカプトエタノール、ジチオスレイトールなどのチオール系還元剤から構成された混合溶液を添加して、核酸抽出溶液を作製する。次に、固定台１に固定された制御部２から回転台７にプラス（＋）の電位を印加し、電気伝導性のよい導電体９を介して捕集部８の表面をプラスに帯電させることができる。
そこで、図示していないマイクロピペッタを用いて核酸抽出溶液を捕集部８の表面上に少しずつ滴下すると、核酸抽出溶液に含有している変性蛋白質などの沈殿物や試薬溶液は捕集部８の斜面に沿って流れ落ち、最終的に固定台１上に設置された廃液口３に回収される。一方、目的とする核酸は、基本構成を成しているリン酸基（−ＰＯ3Ｈ）と糖のヒドロキシル基（−ＯＨ）の存在によって、生理条件下ではマイナスに荷電された高次構造体を形成することは一般的に知られている。そのため、捕集部８の表面に形成されたプラス帯電と核酸のリン酸基あるいはヒドロキシル基とが静電気的に結合することによって、核酸のみを捕集部８の表面に保持することができる。
【実施例２】
【００１２】
図２は実施例２を示す図１の平面図である。捕集部８の上部の中心部から側面の傾斜に沿って凹状の微小流路１０が形成され、廃液口３から右に９０度回転した位置で、捕集部８の側面の下部にあたる領域に洗浄口１１を設けてある。また、試料回収部６には１．５ｍＬ〜３ｍＬのポリプロピレン（ＰＰ）製の試料容器がＹ軸方向に複数個セットされている。
このように、制御部２により捕集部８を右側に９０度回転させて、微小流路１０を洗浄口１１に移動させ、図示していないマイクロピペッタを用いて試薬成分などを溶解させる洗浄液を捕集部８の表面上に滴下する。そうすると、不要である試薬成分や残留している変性蛋白質などの残留物を洗浄口１１に回収することができる。次に、微小流路１０を右に９０度回転させて、試料チューブ１２に移動させ、そこに図示していないマイクロピペットを用いて核酸溶解溶液（例えばＴＥバッファー）を捕集部８の上面に滴下し、制御部２からの電気の供給を停止すると、核酸溶解溶液ととともに核酸を試料チューブ１２内に回収することができる。さらに、Ｙ軸駆動部５を駆動して試料チューブ１２を移動させ、且つ前述の操作を繰り返し行うことで生体試料からの核酸の抽出処理を連続的に行うことが可能となる。
尚、捕集部８の材質としては、核酸などが特異的に吸着しないようにしなければならないため、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）やポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）などの高分子樹脂を用いる方が好ましい。
【実施例３】
【００１３】
図３は、核酸抽出装置の構成を示す構成図である。図において、固定台２１の左右にフレーム２２が固定され、そのフレーム２２によりＸ軸テーブル２３が支持され、そのＸ軸テーブル２３にはＺ軸駆動部２５をＸ方向に移動させるＸ軸駆動部２４が備えられている。Ｚ軸駆動部２５には先端に核酸を抽出するための抽出ヘッド２９が装着されたアーム２８が装着されている。一方、固定台２１上には、Ｙ軸テーブル２６と通電部３０が固定されており、そのＹ軸テーブル２６上には抽出用容器２７がセットされ、通電部３０の上面には円形の容器３１がセットされ、容器３１の内部には上面に傾斜をついた捕集台３２が固定されている。
また、図４において、捕集台３２の内部には捕集台３２よりも小さく、同一の形状を有した導電体３３が挿入され、電源３４のプラス（＋）側に通電部３０が接続されている。
このように、電源３４から通電部３０に直流の電気を供給すると、導電体３３を介して捕集台３２の表面がプラスに帯電される。次に、Ｚ軸駆動部２５に装着されたポンプ（図示していない）を作動させ、全血、植物、細胞などの生体試料に抽出用試薬が一定量添加された核酸抽出用溶液を抽出ヘッド２９内に採取した後、捕集台３２の上面に滴下する。
【００１４】
そうすると、捕集台３２の上面に傾斜がついているので、変性蛋白質などの沈殿物や抽出用試薬は重力の関係から斜面に沿って流れ落ちることになる。一方、ＤＮＡやＲＮＡなどの核酸はリン酸、糖、塩基から構成されており．そのリン酸基（−ＰＯ4Ｈ）や糖の水酸基（−ＯＨ）の作用により、溶液中ではアニオン（−）性の高次構造になることは一般的に知られている。そのため、核酸の抽出処理を行っている間、電源３４から導電体３３に対して連続的に直流の電気を供給しているので、核酸抽出用溶液や洗浄液中の水（Ｈ2Ｏ）．チオシアン酸ナトリウム、ＳＤＳ（ドデシル硫酸ナトリウム）などのアニオン性成分が存在しても、捕集台３２上の表面電荷が除電されることがないので、捕集していた核酸が捕集台３２から流れ落ちることがない。そのため、核酸のみを捕集台３２上に安定に保持することができる。
また、Ｚ軸駆動部２５を作動させて抽出ヘッド２９を下降して捕集台３２の表面に近づけながら、Ｚ軸駆動部２５内に内蔵された図示していない制御部から金属製のアーム２８にプラスの直流の電気を流すと、抽出ヘッド２９の表面がプラスに帯電される。そこで、電源３４からの直流の電気の供給を停止すると、捕集台３２上に捕集された核酸は抽出ヘッド２９の表面上に引き寄せられて捕集されることになる。次に、Ｘ軸駆動部２４を駆動して、抽出ヘッド２９を抽出用容器２７の上部に移動させた後、Ｚ軸駆動部２５を駆動して抽出用ヘッド２９を下降させて抽出用容器２７内の核酸溶解用溶液（例えばＴＥバッファー）中に浸潰し、抽出ヘッド２９への電気の供給を停止することにより、目的とする核酸を核酸溶解用溶液に回収することができる。
【００１５】
さらに、捕集台３２はポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）などの高分子樹脂あるいはポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）やポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）などの不活性な高分子樹脂で銅やアルミなどの金属材料の表面をコーティングしているため、捕集台３２の表面上に．変性蛋白質や抽出用試薬（グアニジン塩、ヨウ化ナトリウム、ヨウ化カリウム、チオシアン酸ナトリウム、尿素、ＥＤＴＡ，ＴｒｉｔｏｎＸ‐１００、トリス塩酸緩衝液などの成分）などの共存成分が吸着・残留することがないので、抽出処理の工程の簡素化を実現できるとともに、目的とする核酸の抽出精度を安定に維持することができる。
【実施例４】
【００１６】
図５は実施例４の構成を示す図である。通電部３０は、銅、アルミ、ＳＵＳなどの金属板３５に、微小の振動を与える超音波振動子３６が絶縁部３７を挟んで固定されている。
このように、超音波振動子３６から発生した微小の振動を捕集台３２に付与しているので、抽出用溶液中に含有している変性蛋白質などの沈殿物を捕集台３２上から短時間に除去することができる。また、金属板３５と超音波振動子３６の間に、テフロン（登録商標）（ＰＴＦＥ）シートやニトリルゴムなどから形成された電気伝導性の低い絶縁部３７を配設しているので、金属板３５に供給された直流の電気が超音波振動子３６に伝わることがない。よって、超音波振動子３６が電気的に劣化することを防止できる。
【産業上の利用可能性】
【００１７】
本発明は、抽出工程を簡素化し、目的の核酸を高効率に抽出することができるランニングコストの安価な核酸抽出装置として、全血、植物、細胞、毛髪、酵母菌などの生体試料からＤＮＡ，ＲＮＡなどの核酸を抽出する分野に有用に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施例１を示す核酸抽出装置の構成図である。
【図２】本発明の実施例２を示す核酸抽出装置の平面図である。
【図３】本発明の実施例３を示す核酸抽出装置の側断面図である。
【図４】本発明の実施例３における核酸抽出装置の捕集方法を示す断面図である。
【図５】本発明の実施例４を示す核酸抽出装置の構成図である。
【図６】従来の核酸抽出装置の側断面図である。
【図７】従来の核酸抽出用容器を用いた核酸抽出方法の模式図であり、（ａ）は注入工程，（ｂ）は混合工程、（ｃ）は分離工程、（ｄ）は不要成分除去工程、（ｅ）は核酸回収工程である。
【符号の説明】
【００１９】
１  固定台
２  制御部
３  廃液口
４  Ｙ軸テーブル
５  Ｙ軸駆動部
６  試料回収部
７  回転台
８  捕集部
９  導電体
１０  微小流路
１１  洗浄口
１２  試料チューブ
２１  固定台
２２  フレーム
２３  Ｘ軸テーブル
２４  Ｘ軸駆動部
２５  Ｚ軸駆動部
２６  Ｙ軸テーブル
２７  抽出用容器
２８  アーム
２９  抽出ヘッド
３０  通電部
３１  容器
３２  捕集台
３３  導電部
３４  電源
３５  金属板
３６  超音波振動子
３７  絶縁部
【図１】
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【図２】
2005073578.tif 000004
【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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