(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動モータによって駆動される回転軸を中心とするロータの内周面に、溶媒液と被分離粒子の混合液を入れたプラスチック製の箱型試料保持器（市販品）が着脱可能に設けられる遠心分離機において、前記遠心分離機が、前記回転軸を対象軸とし、上方に拡がり開口し、比強度が７〜３０の硬質材料で、炭素繊維強化樹脂又はアルミ合金及び／又はチタン合金のうちより選ばれた硬質材料により形成された逆円錐台ロータと、前記ロータの内面の掘込嵌挿部（４）に嵌挿され、かつその上部に箱型試料保持器を着脱可能に嵌合するアダプター（１１）とからなり、該アダプター（１１）は掘込嵌挿部（４）の移動止（５）により遠心力による上方への分力による移動を防止して保持され、また該アダプターの材質は成型容易であって、かつ高強度で変形破損をしない、アルミ合金、高強度プラスチックス、炭素繊維強化樹脂のいずれかを用いたものであり、更に箱型試料保持器はそのアダプターに嵌め込まれ、かつそのアダプターに設けられた移動防止片（１１ａ）により固定される構成とし、加えて、該アダプター及びそれに嵌合させた箱型試料保持器が該ロータの回転軸に対して、対称的に、かつまた、水平面に対して２０〜８０度に傾斜して設けられた、偶数の掘込凹部に嵌挿すると共に、前記逆円錘台ロータを７０００〜１５０００ｒｐｍで回転させることにより、溶媒液と被分離粒子を高能率かつ安全に分離し得ることを特徴とする遠心分離機。
【請求項２】
前記アダプターは、その裏面において、該逆円錐台形ロータの内面に設けられた、嵌合
孔に適合すると共に、その表面においては、前記箱型資料保持器の裏面に嵌合し、かつ、
該遠心分離機の上方への分力による上方への移動、及び箱型試料保持器自身の破壊を防止
するための、移動防止片を設けたものである請求項１に記載の遠心分離機。
【請求項３】
前記アダプターは、使用材料に高強度で成形容易な、アルミ合金、高強度プラスチックス、炭素繊維強化樹脂のいずれかを用い、かつ、箱型試料保持器の裏面の形状に嵌合する形状を有し更に、各個に着脱容易に設けられ、その回転軸を対称の中心として、１８０度対向する一対のアダプターが、各同重量に作成され、前記ロータの内側に、挿着可能としたものである請求項１又は２に記載の遠心分離機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、医学，薬学，生体工学，遺伝子工学等の分野で使用されている溶媒液と微粒子を分離するのに使用される遠心分離機に関するものである。特に、近年この分野における新技術研究の必要性が増大し、研究並びに薬剤の多様化により、これら遠心分離機の多品種対応高能率化が要請されるに至っている。本発明はこれらの技術分野の最新の必要性に応ずるため、従来の遠心分離機を構造，材質の面で画期的に改善し、同一程度の対象，目的については、数倍の高能率化を達成した進歩的遠心分離機についてのものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来この技術分野の遠心分離機は、特に、そのロータの形状，材料について、各種存在した。第１の従来技術は、遠心分離機用ロータ及び遠心機についてのものであり、その技術目的は、マイクロプレート又はマイクロプレート状チューブ集合体を用いた研究工程における試薬混和作業の効率向上と低コスト化が図れるロータについての改良技術である。その解決の技術手段は箱型試料保持器を保持して回転することにより該箱型試料保持器に内蔵する試料に遠心力を加える遠心機用ロータにおいて、前記遠心機用ロータの回転軸に対して所定の角度で前記箱型試料保持器を保持する試料体保持部を有し、更に前記遠心機用ロータノ回転により発生する遠心力による前記箱型試料保持器の移動を規制する移動規制手段を設けることによるものである。
【０００３】
第２の従来技術は、遠心分離機用ロータについてのものであり、マイクロプレート又はマイクロプレート状マイクロチューブ集合体（箱型試料保持器）に注入された液体試料を高速遠心加速度下で遠心分離する目的を有する技術である。即ち、試料挿入部を回転軸に対して放射方向に配すると共に、試料挿入部に箱型試料保持器を配し、箱型試料保持器が倒れることを防止する倒れ防止手段を有すること、又は、箱型試料保持器と回転軸と平行な内壁との間に、箱型試料保持器に掛かる遠心力を受け、外壁の面形状にほぼ沿った面形状を有するパッドを配するように構成し、試料挿入部上方から差し込んだ状態で遠心分離できる遠心分離機用ロータを使用するという技術手段をとるものである。
【０００４】
第３の従来技術は、遠心分離機のロータについてのものであり、マイクロチューブのロータへの挿入・引き出し作業が容易であり、かつ、遠心分離効果がチューブ毎にばらつくことのない遠心分離機のロータの改良技術である。ロータは、ロータ蓋体とインナーロータとからなる。インナーロータには、連接チューブを支持する支持孔が穿設されている。支持孔は、連接チューブの個々のチューブの軸心方向がインナーロータの半径方向に向きかつその連接方向がロータの回転軸方向とほぼ平行となるように、連接チューブを収容する形状を有し、連接チューブをインナーロータの回転軸方向、すなわち、連接方向にスライドさせて出し入れできるよう該回転軸方向に延びている。この構成によって、チューブ毎にばらつきのない遠心分離効果を得ることができると共に、チューブのロータへの挿入・引出し作業が効率的となるというものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、第１の従来技術では、先ずその目的が、試薬の混和作業であって、遠心分離としての機能が不充分であって、最近特に必要となっている。ＤＮＡと溶媒液との分離目的には充分に沿えないという問題点がある。また、この構造では、安全作業としては回転数２０００ｒｐｍまでであって、それ以上に回転数を上げると、プラスチック製のマイクロチューブが破損してしまうという欠点がある。更に、各マイクロチューブへの液試料の注入は、いちいち手作業によるという本質的欠点も有している。
【０００６】
第２の従来技術では、遠心分離機のロータを高速で回転させるが、箱型試料保持器が、プラスチックの材質であるため、箱型試料保持器から試料がこぼれないように角度をつけて回転する場合ではその回転速度は２０００〜６０００ｒｐｍが限度であり、それ以上に回転数を上げると箱型試料保持器が破損してしまうという欠点がある。また、この箱型試料保持器は、ロータの内面に垂直に取付けられるので、それに直角方向の各マイクロチューブは水平向きとなるから、運転前、遠心力のまだかからない状況においては液状の試料がこぼれてしまうという欠点がある。更に各マイクロチューブへの液体試料の注入は、手作業によるので、能率が上らず、分離加工の量が少なく、分離作業として非能率であるという問題点がある。
【０００７】
第３の従来技術は、マイクロチューブの各集合体が縦１列に連結されているので、ロータの中に挿入、引出しは容易であるが、これらは全部混合液を入れてから縦の形で挿入されるから、液がこぼれやすいという欠点がある。また、マイクロチューブの各集合体はプラスチック製のそのままであるから、ロータを３０００ｒｐｍ以上に高速回転して、分離能率を上げようとすると、マイクロチューブが破損しやすいという問題点がある。更に、この従来技術では、マイクロチューブ内に混合液を入れるのは、ピペットを用いる手作業であるから、全体として、作業効率が低いという問題点もある。
【０００８】
本発明は、上記すべての従来技術の諸問題点、諸欠点を大巾に改善して、マイクロチューブ集合体としてのプラスチック製の箱型試料保持器とロータの構造・材料を画期的に進歩改良し、混合液をマイクロチューブ集合体に注入するのにロボット使用、自動注入に適応し得るものとし、而も、その注入した液が、こぼれやすくないように工夫改善した上、従来にない超高速回転に耐え、破損しない構造とし、その超高速回転によって、溶媒液の分離効率と速度を従来の数倍に引き上げ、これら医療用材料の研究と薬剤の製造を一挙に高能率化する段階に進歩した新技術を創出提供することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の技術について画期的進歩を達成するため、本発明は、以下の斬新な手段構成をとる。即ち、本発明の第１の特徴は、電動モータによって駆動される回転軸を中心とする、ロータの内周面に、溶媒液と被分離粒子の混合液を入れたプラスチック製の箱型試料保持器（市販品）が着脱可能に設けられる遠心分離機において、前記遠心分離機が、前記回転軸を対象軸とし、上方に拡がり開口し、比強度が７〜３０の硬質材料で、炭素繊維強化樹脂又はアルミ合金及び／又はチタン合金のうちより選ばれた硬質材料により形成された逆円錐台ロータと、前記ロータの内面の掘込嵌挿部（４）に嵌挿され、かつその上部に箱型試料保持器を着脱可能に嵌合するアダプター（１１）とからなり、該アダプター（１１）は掘込嵌挿部（４）の移動止（５）により遠心力による上方への分力による移動を防止して保持され、また該アダプターの材質は成型容易であつて、かつ高強度で変形破損をしない、アルミ合金、高強度プラスチックス、炭素繊維強化樹脂のいずれかを用いたものであり、更に箱型試料保持器はそのアダプターに嵌め込まれ、かつそのアダプターに設けられた移動防止片（１１ａ）により固定される構成とし、加えて、該アダプター及びそれに嵌合させた箱型試料保持器がロータの回転軸に対して、対称的に、かつまた、水平面に対して２０〜８０度に傾斜して設けられた、偶数の掘込凹部に嵌挿すると共に、前記逆円錘台ロータを７０００〜１５０００ｒｐｍで回転させることにより、溶媒液と被分離粒子を高能率かつ安全に分離し得る遠心分離機であることである。
尚、炭素繊維強化樹脂は高強度プラスチックスの１種であり、繊維強化樹脂の１種である。更に詳細には、プラスチックスに炭素繊維を混入すれば、特に曲げ強度を強化したプラスチックスとなり、これを使用するアダプターは強度が増大する構成となる。
【００１２】
次に本発明の第２の特徴は、前記アダプターは、その裏面において、該逆円錐台形ロータの内面に設けられた、嵌合孔に適合すると共に、その表面においては、前記箱型試料保持器の裏面に嵌合し、かつ、該遠心分離機の上方への分力による上方への移動、及び箱型試料保持器自身の破壊を防止するための、移動防止片を設けたものである遠心分離機であることである。
また、高速回転に伴い、該箱型試料保持器は当然に遠心力の分力で上方に移動しやすいが、これを本発明では、移動防止片を設けて、移動しないような構造にし、該箱型試料保持器の破壊が防止される構造としたことも、本発明構成の特徴である。
【００１３】
更に本発明の第３の特徴は、前記アダプターは、使用材料に高強度で成形容易な、アルミ合金、高強度プラスチックス、炭素繊維強化樹脂のいずれかを用い、かつ、箱型試料保持器の裏面の形状に嵌合する形状を有し更に、各個に着脱容易に設けられ、その回転軸の中心を対称の中心として、１８０度対向する一対のアダプターが、各同重量に作成され、前記ロータの内側に、挿着可能とした遠心分離機であることである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の具体的実施に関連し、従来技術との比較も加えて説明する。一般に、この分離技術の対象である混合溶媒液は、イソプロピルアルコール又はエタノール液中に合成或は生成されたＤＮＡ（デオキシリボ核酸）又はＲＮＡ（リボ核酸）が存在する液である。溶媒液と、ＤＮＡ等の分子は、比重の差が僅少であるから、遠心分離機によって、これらの分子を精製する必要を生ずる。この遠心分離機に関して、従来技術では、こぼされないようにマイクロチューブを斜めにするために箱型容器を斜めに配置すると、回転数を上げた場合、破損し易くなるが、本発明では、箱型容器に遠心力を斜めに加えても破損しないようにするため、箱型容器の裏側（ロータの内壁面側）にその形状に密着する形状で製作したアダプターを嵌挿し、更にそのアダプターのロータ側裏面は該ロータの掘込凹部に嵌挿できる形状として、箱型容器とアダプターを回転数で７０００ｒｐｍ以上，回転加速度が１０，０００Ｇ以上斜めに加えても破損しないようにした。而して、マイクロチューブを面に直角に配置したものと上方を外側に傾斜させて遠心力を加えるために、請求項１に前記した平面円形で逆円錐台形（俗にはすりばち型）のロータを新規に開発し、中心の回転軸を対称中心として、周囲に偶数の箱型試料器をロータ内面に傾斜して予め掘込み作製してある凹部に嵌挿して回転する構成とした。この箱型試料器を対称的に配設する数が偶数であるのは、高速回転の際、アンバランスにならないように、また、振動などが発生して遠心分離機が不均一になることを防止するためである。更にまた、アルミ合金製で高強度であり、かつ遠心力による上方への移動止めのついたアダプターを箱型試料器の裏面に嵌着して、箱型試料器が高速回転に際しても、破損しないように、独創的に構成されたものである。
【００１５】
（実施例１）
本発明の実施例について図面を参照して説明する。図１は本発明の遠心分離機のロータ１の平面説明図であり、図２はそのロータ１のＡ−Ａ線断面図である。このロータ１は硬質のアルミ合金製であり、上方に開口する逆円錐台形をなしている。中心部に回転軸２があって、これを中心として回転する。内面傾斜部３には、中心の回転軸２に対称的に、原則として偶数、本実施例では、４ヶ所の長方形の掘込嵌挿部４が設けてあり、これらはマイクロチューブ集合体としての箱型試料保持器１０（図３に図示）が嵌挿される。これら図１，図２はその前の状態である。この傾斜部３は、２０〜８０度の範囲で傾斜して作製されるが、本実施例では約６０度に作製されている。また、この掘込嵌挿部４の上端は、ロータ１の内面よりも深く掘込製作されており、これは、箱型試料保持器を嵌挿して、高速回転をした場合に遠心力の上方への分力によって、該箱型試料保持器が上方に移動し、ロータから抜け出すのを防止する作用をするもので、その上部が移動止５になっている。図３は、本発明の遠心分離機６の側面一部断面説明図であり、１は図１，２と同様のロータであり、７は回転用モータであり、２は図１，２と同様の回転軸である。また、８はねじ軸であり、取付具９によりロータの蓋１２の取付け，取外しを行う。箱型試料保持器１０はアダプター１１をその裏側に嵌挿して、掘込嵌挿部４に嵌挿される。この場合、上記の通り、掘込嵌挿部４は、ロータ１の内面より深く製作されており、移動止５によって、箱型試料保持器が遠心力の上方への分力による上方に移動するのを防止する。この遠心分離機６は、回転数が約８０００ｒｐｍで混合溶液の分離作業を行うので、従来の遠心分離機に比較し、数倍の能率を上げることができる。更に本発明で独創的に製作使用するアダプター１１は、箱型試料保持器１０を強度的に保護する機能を有すると共にアルミ合金を使用する時は、加熱，放冷が必要な場合に極めて急速に加熱，冷却を行うことができるという、利点も有しているものである。
【００１６】
（実施例２）
次に、本発明に使用される箱型試料保持器の数例を説明する。図４乃至図５はその１つの実施の対応である。箱型試料保持器を示すものであり、図４は上面平面図、図５は図４を下方から見た裏面図である。この箱型試料保持器１０は下方側を開口する箱体状の箱本体１３と、この箱本体１３内に多数個（従来の３倍）配列される試料収納部１４と、試料収納部１４と箱本体１３の内壁との間に架設されるリブ１５等とからなり、本実施の形態では透明のプラスチック製のものからなる。試料収納部１４はその情報側に試料の挿入される開口部１４ａ（図４）を形成し下方の底面に閉止部１４ｂ（図５）を形成する細長な箱体からなり、本実施の形態では隣接する試料収納部１４は碁盤目状に縦横整然と配設される。リブ１５は縦リブ１５ａと横リブ１５ｂとからなり縦リブ１５ａ及び横リブ１５ｂとも夫々の試料収納部１４の中心を通る位置にすべて配置され、前記のように試料収納部１４と箱本体１３との間に架設され、箱型試料保持器１０の剛性を高めるべく機能している。
【００１７】
以上の構造により、遠心分離機６により回転分離される試料は試料収納部１４内にその開口部１４ａから注入される。図７は、以上の構造の箱型試料保持器１０を遠心分離機６のロータ１にセットした状態を示す。前記のように、箱型試料保持器１０はロータ１の傾斜している掘込嵌挿部４に嵌め込まれたアダプター１１により保持される。即ち、具体的には、まず、アダプター１１が掘込嵌挿部４に嵌め込まれ、その移動止５により保持される。この状態にあるアダプター１１に箱型試料保持器１０は嵌め込まれるが、アダプター１１側に設けられる、移動防止片１１ａ等により箱型試料保持器１０は固持される。この移動防止片１１ａは例えば、箱型試料保持器１０のリブ１５、１５間の空間内に嵌着される構造のものからなり、これにより箱型試料保持器１０はアダプター１１側に堅く保持される。
【００１８】
図８は本発明の他の実施の形態の箱型試料保持器１０ａを示す。このものは前記の箱型試料保持器１０とほぼ同様の構造のものからなるが、リブ１５の形状が異なる。縦リブ１５ａは前記の箱型試料保持器１０の縦リブ１５ａと同様であるが、横リブ１５ｂの数が本実施の形態のものが少なく、３本からなる。これはこの箱型試料保持器１０ａの全体構造が前記のものに較べて小型であり、かつ比較的低剛性のものから形成されているためであり、特別の理由はない。また、図では明確ではないがこの試料収納部１４の直径は前記の試料収納部１４のものより大径である。
【００１９】
図９は更に別の実施の形態の箱型試料保持器１０ｂを示す。このものは図示のように碁盤目状の試料収納部１４からなり、リブ１５の数も前記のものと相異するが、全体構造としては同一の機能を有するものである。
【００２０】
箱型試料保持器の構造としては前記のものに限定するものではなく、任意の形状のものが採用される。例えば、ハニカム状試料収納部１４は図４又は図５の形状に限定されるものではない。これらの種類は生体工学、遺伝子工学中の更に各研究、生産分野の各需要に適応される形状からなり、多数種類のものが採用される。
【００２１】
【発明の効果】
１）ＤＮＡなど生体工学、遺伝子工学などに多く用いられる遠心分離機において、近年箱型試料保持器が用いられたが、構造、材料が不充分であり、２０００〜３０００ｇまでの（回転数では６０００ｒｐｍ以下）混和作業を主とする使用がされてきたが、これは箱型試料保持器を試料がこぼれないように傾けて回転数を上げると箱型試料保持器が破損してしまうためであったところ、本発明では、従来の１．５〜４．０倍の高速回転に耐える構造、材料を開発したので、回転数にして７０００〜１５０００ｒｐｍでも破損しない遠心分離機を創出、提供し得るという効果を得た。。
２）従来のこの種遠心分離機の構造は、プラスチックの箱型試料保持器を用いていたので、遠心分離機の回転を上げると、該箱型試料保持器が破損するのを防止するため、本発明では、該箱型試料保持器の裏側、即ちロータの掘込嵌挿部の間に接合面を両面に合致させる形状とし、而も変形、破損をしない硬質のアダプターを創出し、用いたので従来技術を遙かに超える７０００〜１５０００ｒｐｍで高速回転させることが可能となり、而も箱型試料保持器の孔数の倍増と相まって、従来に比し、数倍の高能率を上げ得る遠心分離機を創出し得たので、生体工学、遺伝子工学等の研究、生産能率を数倍に引き上げ得るという技術的、経済的に大きな効果を得ることができる。
３）本発明は、上述のように箱型試料保持器に補強用アダプターを組み合わせる独自の構成手段をとったので、該箱型試料保持器を傾斜して回転しても破壊されず、従って、液状試料がこぼれることがなく、操業作業効率を格段に上げ得る効果も得られる。
４）本発明において、独創に係るアダプターの材質として、金属類を用いるときは、必要に応じ、試料の冷却又は加熱に有利であるという特殊な効果も奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の遠心分離機のロータの平面説明図。
【図２】本発明の遠心分離機のロータの一部断面説明図。
【図３】本発明の遠心分離機の試料集合体を嵌挿した場合の側面一部断面説明図。
【図４】本発明の遠心分離器に適応される箱型試料保持器の一実施の形態を示す平面図。
【図５】図４の裏面図。
【図６】図４の側面図。
【図７】図４乃至図６に示す箱型試料保持器を本発明の遠心分離機のロータにセットした状態を示す部分断面図。
【図８】本発明に適用される箱型試料保持器の他の実施の形態を示す平面図。
【図９】本発明に適用される箱型試料保持器の更に別の実施の形態を示す平面図。
【符号の説明】
１      ロータ
２      回転軸
３      ロータの内面傾斜部
４      掘込嵌挿部
５      移動止
６      本発明の遠心分離機
７      回転用モータ
８      ねじ軸
９      取付具
１０    箱型試料保持器
１０ａ  箱型試料保持器
１０ｂ  箱型試料保持器
１１    アダプター
１１ａ  移動防止片
１２    ロータの蓋
１３    箱本体
１４    試料収納部
１５    リブ
１５ａ  縦リブ
１５Ｂ  横リブ
【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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