(57)【要約】  濃縮デバイス（１００Ａ）は、生体物質を含む溶液を濃縮する濃縮デバイスであって、濃縮デバイス（１００Ａ）は、溶液が注入される第１のチャンバー（５ａ）と、ドロー剤（６）が充填される第２のチャンバー（５ｂ）と、第１のチャンバー（５ａ）の空間（１）及び第２のチャンバー（５ｂ）の空間（２）を区切るフィルム（３）と、を有し、フィルム（３）は、第１の領域（３ａ）及び第２の領域（３ｂ）を有し、第１の領域（３ａ）は、溶液の溶媒に対して透過性を示すとともに、生体物質（８）及びドロー剤（６）に対して透過性を示さない半透性を有し、第２の領域（３ｂ）は、溶液と生体物質（８）とドロー剤（６）とが透過しない非透過性を有し、第１のチャンバー（５ａ）に溶液を注入した場合において、フィルム（３）は、溶液の液面に対して傾斜するように配置されており、第２の領域（３ｂ）は、液面に対して第１の領域（３ａ）より下側に配置されている。
2019138783.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
生体物質を含む溶液を濃縮する濃縮デバイスであって、
前記濃縮デバイスは、
前記溶液が注入される第１のチャンバーと、
ドロー剤が充填される第２のチャンバーと、
前記第１のチャンバーの空間及び前記第２のチャンバーの空間を区切るフィルムと、
を有し、
前記フィルムは、第１の領域及び第２の領域を有し、
前記第１の領域は、前記溶液の溶媒に対して透過性を示すとともに、前記生体物質及び前記ドロー剤に対して透過性を示さない半透性を有し、
前記第２の領域は、前記溶液と前記生体物質と前記ドロー剤とが透過しない非透過性を有し、
前記第１のチャンバーに前記溶液を注入した場合において、
前記フィルムは、前記溶液の液面に対して傾斜するように配置されており、
前記第２の領域は、前記液面に対して前記第１の領域より下側に配置されている、
濃縮デバイス。
【請求項２】
前記フィルムは、上面視において、外形を定義する複数の辺を有し、
前記複数の辺の中で前記第１の領域の一辺を兼ねる辺を第１辺とし、
前記複数の辺の中で前記第２の領域の一辺を兼ねる辺を第２辺とし、
前記第２辺は前記第１辺よりも短い、
請求項１に記載の濃縮デバイス。
【請求項３】
前記フィルムの外形は、台形である、
請求項２に記載の濃縮デバイス。
【請求項４】
前記フィルムは、上面視において、前記第１の領域及び前記第２の領域の並び方向に対して直交する対称軸を有し、
前記第１の領域及び前記第２の領域のそれぞれが前記対称軸に対して対称に配置されている、
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の濃縮デバイス。
【請求項５】
さらに、前記第１のチャンバーにおいて、前記第２の領域上に、前記生体物質を担持する担体を備える、
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の濃縮デバイス。
【請求項６】
前記担体は、多孔質である、
請求項５に記載の濃縮デバイス。
【請求項７】
前記多孔質の材料は、セルロースである、
請求項６に記載の濃縮デバイス。
【請求項８】
前記ドロー剤は、液体である、
請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の濃縮デバイス。
【請求項９】
前記ドロー剤は、粉体である、
請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の濃縮デバイス。
【請求項１０】
さらに、前記溶液を前記フィルムの傾斜方向に振盪させる加振部を備える、
請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の濃縮デバイス。
【請求項１１】
さらに、前記担体を用いて前記生体物質を分離させる分離部を備える、
請求項５から請求項７のいずれか一項に記載の濃縮デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、生体物質を含む溶液の濃縮デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
生体試料には、複数種の生体物質が含まれている。これらの生体物質を検出することにより、生体機能の状態を把握することができる。また、生体物質は、生体試料にごく微量しか含まれないため、これらの検出感度を高めるために、生体物質を含む溶液を濃縮する必要がある。例えば、特許文献１は、筒状の芯剤とセロファンとの間にポリエチレングリコール粉末が封入された濃縮器であって、ポリエチレングリコールと水との浸透圧の差を利用して検体水を効率的に濃縮する濃縮器を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−２４９５９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の従来技術では、検体水中に筒状の濃縮器を浸漬することにより、検体水を効率よく濃縮することができるが、検体水量が減少するにつれて、濃縮器のセロファンと検体水との接触面積が小さくなり、濃縮効率が低下する。【０００５】
そこで、本開示は、生体物質を含む溶液を効率よく濃縮できる濃縮デバイスを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の一態様に係る濃縮デバイスは、生体物質を含む溶液を濃縮する濃縮デバイスであって、前記濃縮デバイスは、前記溶液が注入される第１のチャンバーと、ドロー剤が充填される第２のチャンバーと、前記第１のチャンバーの空間及び前記第２のチャンバーの空間を区切るフィルムと、を有し、前記フィルムは、第１の領域及び第２の領域を有し、前記第１の領域は、前記溶液の溶媒に対して透過性を示すとともに、前記生体物質及び前記ドロー剤に対して透過性を示さない半透性を有し、前記第２の領域は、前記溶液と前記生体物質と前記ドロー剤とが透過しない非透過性を有し、前記第１のチャンバーに前記溶液を注入した場合において、前記フィルムは、前記溶液の液面に対して傾斜するように配置されており、前記第２の領域は、前記液面に対して前記第１の領域より下側に配置されている。
【発明の効果】
【０００７】
本開示によれば、生体物質を含む溶液を効率よく濃縮できる濃縮デバイスを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、実施の形態１に係る濃縮デバイスの上面図である。
【図２】図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線における概略断面図である。
【図３】図３は、濃縮方法のフローを説明する図である。
【図４】図４は、実施の形態１の変形例１に係る濃縮デバイスの上面図である。
【図５】図５は、実施の形態１の変形例２に係る濃縮デバイスの上面図である。
【図６】図６は、図５のＶＩ−ＶＩ線における概略断面図である。
【図７】図７は、実施の形態２に係る濃縮デバイスの上面図である。
【図８】図８は、図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線における概略断面図である。
【図９】図９は、実施の形態２の変形例１に係る濃縮デバイスの上面図である。
【図１０】図１０は、実施の形態３に係る濃縮デバイスの上面図である。
【図１１】図１１は、図１０のＸＩ−ＸＩ線における概略断面図である。
【図１２】図１２は、実施の形態３の変形例１に係る濃縮デバイスの概略断面図である。
【図１３】図１３は、実施の形態３の変形例２に係る濃縮デバイスの上面図である。
【図１４】図１４は、実施の形態４に係る濃縮デバイスの上面図である。
【図１５】図１５は、図１４のＸＶ−ＸＶ線における概略断面図である。
【図１６】図１６は、濃縮方法のフローを説明する図である。
【図１７】図１７は、実施例１及び実施例２にて使用した濃縮デバイスの構成を説明する図である。
【図１８】図１８は、実施例１、実施例２及び比較例１で得られた試料の濃縮時間と濃縮倍率との関係を示すグラフである。
【図１９】図１９は、実施例１、実施例２及び比較例１で得られた試料のＳＤＳ−ＰＡＧＥの結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本開示の一態様の概要は、以下のとおりである。
【００１０】
本開示の一態様に係る濃縮デバイスは、生体物質を含む溶液を濃縮する濃縮デバイスであって、前記濃縮デバイスは、前記溶液が注入される第１のチャンバーと、ドロー剤が充填される第２のチャンバーと、前記第１のチャンバーの空間及び前記第２のチャンバーの空間を区切るフィルムと、を有し、前記フィルムは、第１の領域及び第２の領域を有し、前記第１の領域は、前記溶液の溶媒に対して透過性を示すとともに、前記生体物質及び前記ドロー剤に対して透過性を示さない半透性を有し、前記第２の領域は、前記溶液と前記生体物質と前記ドロー剤とが透過しない非透過性を有し、前記第１のチャンバーに前記溶液を注入した場合において、前記フィルムは、前記溶液の液面に対して傾斜するように配置されており、前記第２の領域は、前記液面に対して前記第１の領域より下側に配置されている。
【００１１】
このように、第１のチャンバーに生体物質を含む溶液を注入した場合において、フィルムが溶液の液面に対して傾斜するように配置されることにより、溶液の量に関わらず、溶液がフィルムと接触する面積を大きく保つことができる。これにより、生体物質を含む溶液を効率よく濃縮することができる。また、フィルムが第２の領域を有し、かつ、第２の領域が液面に対して第１の領域より下側に配置されることにより、溶液が枯渇することを抑制することができる。
【００１２】
例えば、本開示の一態様に係る濃縮デバイスでは、前記フィルムは、上面視において、外形を定義する複数の辺を有し、前記複数の辺の中で前記第１の領域の一辺を兼ねる辺を第１辺とし、前記複数の辺の中で前記第２の領域の一辺を兼ねる辺を第２辺とし、前記第２辺は前記第１辺よりも短くてもよい。
【００１３】
これにより、第１の領域の面積が第２の領域の面積よりも大きくなる。そのため、生体物質を含む溶液が第１の領域と接触する面積を大きくすることができ、溶液を効率よく濃縮することができる。
【００１４】
例えば、本開示の一態様に係る濃縮デバイスでは、前記フィルムの外形は、台形であってもよい。
【００１５】
これにより、生体物質を含む溶液がフィルムに接触する面積を大きくすることができるため、生体物質を含む溶液を効率よく濃縮することができる。
【００１６】
例えば、本開示の一態様に係る濃縮デバイスでは、前記フィルムは、上面視において、前記第１の領域及び前記第２の領域の並び方向に対して直交する対称軸を有し、前記第１の領域及び前記第２の領域のそれぞれが前記対称軸に対して対称に配置されていてもよい。
【００１７】
これにより、生体物質を含む溶液がフィルムに接触する面積をさらに大きくすることができるため、溶液をより効率よく濃縮することができる。
【００１８】
例えば、本開示の一態様に係る濃縮デバイスでは、さらに、前記第１のチャンバーにおいて、前記第２の領域上に、前記生体物質を担持する担体を備えてもよい。
【００１９】
これにより、生体物質を含む溶液を濃縮しながら、生体物質を担体に吸着させることができる。そのため、溶液を濃縮した後に、容易に生体物質を含む濃縮液を回収することができる。
【００２０】
例えば、本開示の一態様に係る濃縮デバイスでは、前記担体は、多孔質であってもよい。
【００２１】
このように、担体が多孔質であることにより、担体の表面積が大きくなる。そのため、生体物質をより多く担持することができる。
【００２２】
例えば、本開示の一態様に係る濃縮デバイスでは、前記多孔質の材料は、セルロースであってもよい。
【００２３】
セルロースは、比表面積が著しく大きく、化学的安定性が高いため、生体物質をより多く、かつ、安定的に吸着することができる。
【００２４】
例えば、本開示の一態様に係る濃縮デバイスでは、前記ドロー剤は、液体であってもよい。
【００２５】
これにより、ドロー剤を第２のチャンバーに隙間なく注入することができる。
【００２６】
例えば、本開示の一態様に係る濃縮デバイスでは、前記ドロー剤は、粉体であってもよい。
【００２７】
これにより、ドロー剤が液体である場合よりも、ドロー剤を充填した状態での保管性及び搬送性が優れる。
【００２８】
例えば、本開示の一態様に係る濃縮デバイスでは、さらに、前記溶液を前記フィルムの傾斜方向に振盪させる加振部を備えてもよい。
【００２９】
これにより、溶液を第１の領域とより大きな面積で接触させる期間を周期的に発生させることができる。そのため、溶液の濃縮速度が速められ、溶液の濃縮効率をさらに向上させることができる。
【００３０】
例えば、本開示の一態様に係る濃縮デバイスでは、さらに、前記担体を用いて前記生体物質を分離させる分離部を備えてもよい。
【００３１】
これにより、濃縮された生体物質を含む溶液を簡便に分離することができる。
【００３２】
以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。
【００３３】
なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的又は具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本開示を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。また、各図は、必ずしも厳密に図示したものではない。各図において、実質的に同一の構成については同一の符号を付し、重複する説明は省略又は簡略化することがある。
【００３４】
（実施の形態１）
［濃縮デバイスの概要］
まず、本実施の形態に係る濃縮デバイスの概要について説明する。
【００３５】
本実施の形態に係る濃縮デバイスは、生体物質を含む溶液（以下、単に「溶液」と称する場合がある。）を濃縮する濃縮デバイスである。
【００３６】
生体物質は、生体を構成する物質であり、例えば、タンパク質、核酸、多糖類などの高分子、及び、ペプチド、ヌクレオチド、ヌクレオシド、脂質、アミノ酸などが挙げられる。
【００３７】
各生体物質は、生体内で発揮される機能を有する。タンパク質を例に挙げると、ケラチン及びコラーゲンは、生体の構造を作り強度を保つ機能、酵素は、生体反応の触媒になる機能、抗体は、生体を防御する機能を有する。そして、血液、粘膜、皮膚などの生体試料から生体物質を分離し、検出することにより、このような機能の生体内での発揮状態又はその結果としての生体の状態（これらの状態を以下では生体状態ともいう。）を把握することができる。
【００３８】
本実施の形態に係る濃縮デバイスは、例えばこのような目的での生体物質の検出を容易にするために生体物質を含む溶液を濃縮する濃縮デバイスである。
【００３９】
［濃縮デバイスの構成］
続いて、本実施の形態に係る濃縮デバイスの構成について図１及び図２を用いて説明する。図１は、本実施の形態に係る濃縮デバイス１００Ａの上面図である。図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線における概略断面図である。
【００４０】
図１及び図２に示すように、濃縮デバイス１００Ａは、Ｙ軸方向のマイナス側（以下、下側とする）に底部を有するチャンバー５内の空間を上下に区切るように、フィルム３が配置されている。より具体的には、図２に示すように、濃縮デバイス１００Ａは、溶液が注入される第１のチャンバー５ａと、ドロー剤６が充填される第２のチャンバー５ｂと、第１のチャンバー５ａの空間１及び第２のチャンバー５ｂの空間２を区切るフィルム３と、を有する。第１のチャンバー５ａには、生体物質を含む溶液が注入される。第２のチャンバー５ｂには、濃縮に供される溶液（ここでは、生体物質を含む溶液）よりも浸透圧の高いドロー剤６が充填される。ドロー剤６の詳細については後述する。
【００４１】
フィルム３は、第１の領域３ａ及び第２の領域３ｂを有する。第１の領域３ａは、溶液の溶媒に対して透過性を示すとともに、生体物質及びドロー剤６に対して透過性を示さない半透性を有する。第２の領域３ｂは、溶液と生体物質とドロー剤６とが透過しない非透過性を有する。
【００４２】
フィルム３の第１の領域３ａは、いわゆる、半透膜である。半透膜は、一般に、特定の大きさを超える分子又はイオンなどの溶質を透過させず、水分子などの溶媒のみを透過させる膜であり、所望の設計に応じて、水分子などの溶媒以外にも透過させる分子の大きさ又はイオンなどの種類を選択できる。本実施の形態では、第１の領域３ａは、例えば、目的の生体物質及びドロー剤６を透過させず、生体物質及びドロー剤６よりも分子量が小さい分子及びイオンを透過させる。フィルム３の第１の領域３ａの素材として、例えば、セルロース、ポリスルホン、ポリエーテルスルホンを用いることができる。
【００４３】
ドロー剤６は、濃縮に供する溶液（ここでは、生体物質を含む溶液）よりも浸透圧の高い物質である。ドロー剤６と生体物質を含む溶液とを、半透膜である第１の領域３ａを隔てて接触させると、両者の間に浸透圧差が生じ、溶質濃度が低い側、すなわち、浸透圧の低い側の溶液の溶媒が、溶質濃度が高い側、すなわち、浸透圧の高い側へ浸透する。この浸透現象は、理論的には、浸透圧差がゼロになる段階まで続く。しかしながら、本実施の形態では、フィルム３が非透過性を示す第２の領域３ｂを有することにより、溶液が枯渇することを抑制することができる。
【００４４】
ドロー剤６は、溶液の溶媒を吸収する、つまり、溶媒に対して親和性を有する物質であり、本実施の形態では、例えば、親水性物質であるとよい。さらに、分子量が大きい物質であるとよく、例えば、水溶性高分子が挙げられる。水溶性高分子としては、デキストラン、グリコーゲン、ポリエチレングリコール、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドンなどを用いることができる。これらの水溶性高分子の分子量としては、５００以上１０，０００，０００以下であってもよく、さらに、２，０００以上５，０００，０００以下であってもよい。
【００４５】
なお、ドロー剤６は、液体であってもよく、粉体であってもよい。ドロー剤６が溶液の場合は、第２のチャンバー５ｂにドロー剤６を隙間なく注入することができる。これにより、フィルム３とドロー剤６との接触面積を大きくすることができる。したがって、溶液の溶媒を透過させる面積を大きく保つことができる。また、ドロー剤６が粉体である場合は、ドロー剤６を第２のチャンバー５ｂに充填した状態で保管しても、液体のように蒸発することがないため、保管性に優れる。また、ドロー剤６が液体である場合に比べて、搬送中にドロー剤６が第２のチャンバー５ｂの外に漏出しにくく、搬送性に優れる。その他、濃縮に関わる利点としては、ドロー剤６が粉体である場合は、ドロー剤６が液体である場合よりも、溶液の水分をより多く吸収することができるため、より多量の溶液を濃縮することができる。また、ドロー剤６が液体である場合よりも、ドロー剤６の溶質濃度が高くなるため、ドロー剤６と生体物質を含む溶液との浸透圧差がさらに大きくなり、溶液の濃縮速度が速くなる。これにより、ドロー剤６が液体である場合よりも、生体物質を含む溶液をより迅速に濃縮することができる。
【００４６】
また、ドロー剤６は、濃縮デバイス１００Ａの第２のチャンバー５ｂに予め充填されていてもよく、濃縮デバイス１００Ａを使用する際に第２のチャンバー５ｂに充填されてもよい。
【００４７】
なお、図１及び図２では、チャンバー５の上側の開口部に配置される蓋材を省略しているが、濃縮デバイスは、蓋材を有してもよく、有さなくてもよい。濃縮デバイスが蓋材を有さない場合は、チャンバーの開口部を覆うことができる部材を用いてもよい。チャンバーの開口部を覆うことができる部材の形状は特に限定されず、例えば、板状、シート状、フィルム状、箔状など挙げられる。また、蓋材には、チャンバーに溶液を注入する注入口を有してもよい。注入口の大きさは、濃縮デバイスに応じて適宜設定されてもよい。
【００４８】
フィルム３は、第１のチャンバー５ａに溶液を注入した場合において、溶液の液面に対して傾斜するように配置されている。このとき、フィルム３の傾斜角をθ度とする。このように、フィルム３が溶液の液面に対して傾斜するように配置されるため、溶液とフィルム３との接触面積が大きくなる。そのため、溶液がフィルム３の第１の領域３ａと接触する面積も大きくなり、溶液の濃縮効率が向上される。
【００４９】
また、第２の領域３ｂは、液面に対して第１の領域３ａより下側に配置されている。このように、非透過性を示す第２の領域３ｂが第１の領域３ａよりも下側に配置されることにより、溶液の濃縮が進んで、溶液の液面が第２の領域３ｂに到達すると、溶液の濃縮が停止するため、溶液が枯渇することを抑制することができる。
【００５０】
以上の構成を有することにより、本実施の形態における濃縮デバイス１００Ａは、生体物質を含む溶液を効率よく濃縮することができる。
【００５１】
［溶液の濃縮方法］
次に、本実施の形態に係る濃縮デバイス１００Ａを用いて、溶液を濃縮する方法について説明する。
【００５２】
図３は、濃縮方法のフローを説明する図である。図３の（ａ）に示すように、濃縮デバイス１００Ａの第２のチャンバー５ｂにドロー剤６を充填する。続いて、図３の（ｂ）に示すように、生体物質８を含む溶液７を第１のチャンバー５ａに注入する。このとき、濃縮デバイス１００Ａが蓋材を有する場合、蓋材の注入口から溶液７を注入してもよく、濃縮デバイス１００Ａが蓋材を有しない場合は、溶液７を第１のチャンバー５ａに注入した後、第１のチャンバー５ａの開口部に被覆部材を配置してもよい。被覆部材は、例えば、フィルム状、箔状、シート状、板状などの部材が挙げられる。続いて、図３の（ｃ）に示すように、溶液７の溶媒は、フィルム３の第１の領域３ａを介して第２のチャンバー５ｂに充填されたドロー剤６に吸収される。続いて、図３の（ｄ）に示すように、上面視において、溶液７の液面が第２の領域３ｂに接する程度の量まで濃縮されると、溶液７は、第１の領域３ａと接触しにくくなるため、濃縮されにくくなる。これにより、所望の濃縮率に濃縮された溶液７を得ることができる。
【００５３】
なお、上記濃縮方法のフローにおいて、濃縮デバイス１００Ａは、Ｘ軸方向に振盪されてもよい。このとき、濃縮デバイス１００Ａは、さらに、溶液７をフィルム３の傾斜方向に振盪させる加振部（不図示）を有してもよい。これにより、溶液７がフィルム３の傾斜方向に振盪されるため、溶液７を第１の領域３ａとより大きな面積で接触させる期間を周期的に発生させることができる。そのため、溶液７の濃縮速度が速められ、溶液７の濃縮効率をさらに向上させることができる。
【００５４】
（実施の形態１の変形例１）
次に、実施の形態１の変形例１に係る濃縮デバイスについて説明する。図４は、本変形例に係る濃縮デバイス１００Ｂの上面図である。
【００５５】
本変形例に係る濃縮デバイス１００Ｂでは、フィルム１３は、上面視において、外形を定義する複数の辺を有し、複数の辺の中で第１の領域１３ａの一辺を兼ねる辺を第１辺とし、複数の辺の中で第２の領域１３ｂの一辺を兼ねる辺を第２辺とする。このとき、第２辺は第１辺よりも短い。
【００５６】
これにより、フィルム１３において、実施の形態１の場合と比べて、第２の領域１３ｂの面積に対する第１の領域１３ａの面積の比がより大きい。そのため、実施の形態１の場合と比べると、同量の溶液７が第１の領域１３ａと接触する面積を大きくすることができ、溶液７をより効率よく濃縮することができる。
【００５７】
このようなフィルム１３の具体的な例として、図４に示すように、フィルム１３の外形は、台形である。濃縮デバイス１００Ｂでは、第１辺は、第１の領域１３ａと第２の領域１３ｂとの境界線である一辺を除いた残りの３辺である。また、第２辺は、第１の領域１３ａと第２の領域１３ｂとの境界線である一辺を除いた残りの３辺である。濃縮デバイス１００Ｂでは、第２辺は、いずれも第１辺のそれぞれよりも短い。
【００５８】
上記構成を有することにより、濃縮デバイス１００Ｂでは、第１の領域１３ａの面積が第２の領域１３ｂの面積よりも大きくなる。そのため、生体物質を含む溶液が第１の領域１３ａと接触する面積を大きくすることができ、溶液を効率よく濃縮することができる。
【００５９】
（実施の形態１の変形例２）
以下、実施の形態１の変形例２に係る濃縮デバイスについて説明する。図５は、本変形例に係る濃縮デバイス１００Ｃの上面図である。図６は、図５のＶＩ−ＶＩ線における概略断面図である。
【００６０】
図５に示すように、本変形例に係る濃縮デバイス１００Ｃは、下側に底部を有するチャンバー２５内の空間を上下に区切るように、フィルム２３が配置されている。
【００６１】
より具体的には、図６に示すように、濃縮デバイス１００Ｃは、溶液が注入される第１のチャンバー２５ａと、ドロー剤６が充填される第２のチャンバー２５ｂと、第１のチャンバー２５ａの空間２１及び第２のチャンバー２５ｂの空間２２を区切るフィルム２３と、を有する。フィルム２３は、第１の領域２３ａ及び第２の領域２３ｂを有する。フィルム２３は、傾斜角θとなるように配置される。
【００６２】
本変形例に係る濃縮デバイス１００Ｃは、さらに、第１のチャンバー２５ａにおいて、第２の領域２３ｂ上に、生体物質を担持する担体４を有する。この点において、濃縮デバイス１００Ｃは、上述の濃縮デバイス１００Ａ及び１００Ｂと異なる。
【００６３】
濃縮デバイス１００Ｃは、第２の領域２３ｂ上に、生体物質を担持する担体４を備えることにより、溶液７を濃縮しながら生体物質を担体に担持させることができる。これにより、担体４を備えない場合に比べ、濃縮された溶液、つまり、濃縮液を回収する手間及び濃縮液を回収することにより生じる生体物質の収率の低下を低減することができる。
【００６４】
担体４は、その表面又は内部に生体物質を吸着し保持する。ここで、吸着とは、固相と液相との界面において、液相に含まれる物質又は分子と固相表面との間に生じる現象をいう。吸着は、例えば、ファンデルワールス力による物理的な吸着をいい、温度、ｐＨ、圧力などの制御により可逆的に吸脱着が可能な比較的弱い吸着をいう。
【００６５】
なお、担体４は、多孔質であってもよい。担体４が多孔質であることにより、担体４の表面積が大きくなる。これにより、担体４は、より多くの生体物質を吸着することができる。ここで、多孔質とは、物質中で孔が一部のみに偏在せず、少なくとも一方向において、ある程度均等に分布している物質を示す。例えば、担体４が多孔質であるとは、担体４における厚さ方向に対して垂直な方向に、孔が均等に分布していることを示す。
【００６６】
多孔質の材料は、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリビニルクロリド、ポリアクリロニトリル、ポリアクリレート、ポリメタクリレート、ポリカルボネート等のポリビニル化合物に代表される有機ポリマー、ポリスチレンラテックス、ナイロン、ポリテレフタレート等の共重合体、ガラス、シリカ、ジルコニア等の無機材料、セルロース、デキストラン、アガロース、セルロース、セファロース等の生体ポリマーが挙げられる。中でも、多孔質の材料は、セルロースであってもよい。
【００６７】
本変形例に係る濃縮デバイス１００Ｃは、さらに、生体物質が吸着された担体４を用いて生体物質を分離させる分離部を備えてもよい。このように、濃縮デバイス１００Ｃが分離部を備えることにより、溶液の濃縮が終了した後、例えば、担体４を分離部に配置することにより、簡便に生体物質を分離することができる。ここで、分離とは、複数種類の物質をその特性により分画するだけであってもよいし、個々の物質又は類似物質のグループとして物質を同定することを含んでもよい。
【００６８】
なお、生体物質が吸着された担体４を用いるとは、上述のように、例えば、濃縮が終了した後、担体４を分離部に配置して分離すること、及び、担体４に吸着された生体物質を担体４から抽出し、抽出した生体物質を分離部で分離することなどである。分離部では、例えば、薄層クロマトグラフィ、イオン交換クロマトグラフィ、ゲルろ過、アフィニティクロマトグラフィ、逆相ＨＰＬＣ（高速液体クロマトグラフィ）、質量分析法、蛍光発光法、電気泳動法、イムノアッセイ法などの分離方法が実施され得る。分離方法は、分離する生体物質の種類に応じて適宜選択してもよい。
【００６９】
以上により、本実施の形態に係る濃縮デバイスによれば、生体物質を含む溶液を効率よく濃縮することができる。
【００７０】
（実施の形態２）
実施の形態２に係る濃縮デバイスについて説明する。図７は、本実施の形態に係る濃縮デバイス１００Ｄの上面図である。図８は、図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線における概略断面図である。
【００７１】
以下、実施の形態１及びその変形例と異なる点について説明する。
【００７２】
本実施の形態に係る濃縮デバイス１００Ｄでは、フィルム３３は、溶液の溶媒に対して透過性を示すとともに、生体物質及びドロー剤に対して透過性を示さない半透性を有する。
【００７３】
本実施の形態では、フィルム３３自体が半透性を示す第１の領域と非透過性を示す第２の領域を有するのではなく、フィルム３３と防止部材３０とが接する領域を第２の領域３３ｂとし、フィルム３３と防止部材３０とが接しない領域を第１の領域３３ａとする。
【００７４】
防止部材３０は、浸透圧の高いドロー剤６と生体物質を含む溶液とが半透膜であるフィルム３３を介して接触することを防止する。高浸透圧のドロー剤６と生体物質を含む溶液とがフィルム３３を介して接触しない場合、溶媒はフィルム３３を透過しにくくなる。そのため、防止部材３０は、ドロー剤６が第２の領域３３ｂに対応するフィルム３３の領域に接することを防止する。なお、防止部材３０は、内部が空洞であってもよい。また、防止部材３０は、フィルム３３の下面と接する部分を被覆する部材であってもよく、第１の領域３３ａ及び第２の領域３３ｂの境界に沿って第２のチャンバー３５ｂの空間３２を区切る壁状の部材であってもよい。
【００７５】
（実施の形態２の変形例１）
実施の形態２の変形例１に係る濃縮デバイスについて説明する。図９は、本変形例に係る濃縮デバイス１００Ｅの上面図である。
【００７６】
以下、実施の形態２に係る濃縮デバイス１００Ｄと異なる点について説明する。図９に示すように、本変形例に係る濃縮デバイス１００Ｅでは、フィルム４３の外形は、実施の形態１の変形例１として説明したような台形である。本変形例においても、フィルム４３の外形がこのような台形であることにより、濃縮デバイス１００Ｄの場合と比べて、生体物質を含む同量の溶液が第１の領域４３ａと接触する面積を大きくすることができる。そのため、生体物質を含む溶液は、濃縮デバイス１００Ｄよりもより効率よく濃縮される。
【００７７】
（実施の形態３）
実施の形態３に係る濃縮デバイスについて説明する。図１０は、本実施の形態に係る濃縮デバイス１００Ｆの上面図である。図１１は、図１０のＸＩ−ＸＩ線における概略断面図である。
【００７８】
以下、実施の形態１及び実施の形態２と異なる点について説明する。
【００７９】
図１０に示すように、本実施の形態に係る濃縮デバイス１００Ｆでは、フィルム５３は、上面視において、第１の領域３ａ及び第２の領域３ｂの並び方向に対して直交する対称軸を有し、第１の領域３ａ及び第２の領域３ｂのそれぞれが対称軸に対して対称に配置されている。
【００８０】
これにより、濃縮デバイス１００Ｆでは、生体物質を含む溶液がフィルム５３に接触する面積をさらに大きくすることができるため、溶液をより効率よく濃縮することができる。さらに、濃縮デバイス１００Ｆが加振部（不図示）を有する場合、例えば、第１の領域３ａ及び第２の領域３ｂの並び方向と平行な方向に溶液を振盪させるため、溶液を第１の領域３ａとより大きな面積で接触させる期間をより短い周期で発生させることができる。
【００８１】
また、図１１に示すように、濃縮デバイス１００Ｆは、チャンバー５５内の上下の空間５１ａ及び５２ａを区切るようにフィルム５３が配置されている。図１０及び図１１に示すように、フィルム５３は、２枚のフィルム３から構成されている。２枚のフィルム３は、第２の領域３ｂの第１の領域３ａ側の端部と反対側の端部とが接するように配置されている。これにより、２枚のフィルム３から構成されるフィルム５３は、上面視において、対称軸を有し、第１の領域３ａ及び第２の領域３ｂのそれぞれが対称軸に対して対称に配置される。また、２枚のフィルム３は、それぞれ、第１のチャンバー５５ａに溶液を注入した場合、溶液の液面に対して傾斜するように配置される。このときの傾斜角をθ度とする。本実施の形態では、第２のチャンバー５５ｂの空間５２ａは、フィルム５３の対称軸を含むＹＺ平面に対して対称に形成される。
【００８２】
（実施の形態３の変形例１）
実施の形態３の変形例１に係る濃縮デバイス１００Ｇについて説明する。図１２は、本変形例に係る濃縮デバイス１００ＧをＸＹ平面に平行な面で切断した概略断面図である。
【００８３】
図１２に示すように、本変形例では、フィルム５３の対称軸に沿って、支持部５７を備える点で、実施の形態３に係る濃縮デバイス１００Ｆと異なる。支持部５７は、２枚のフィルム３を対称軸に沿って支持する。これにより、濃縮デバイス１００Ｆと比べて、第２のチャンバー５５ｂの空間５２ｂの体積を大きくすることができるため、第２のチャンバー５５ｂに充填されるドロー剤６の量を増加させることができる。そのため、濃縮に供する溶液の量を増やすことができる。
【００８４】
また、濃縮デバイス１００Ｆと比べて、第１のチャンバー５５ａの空間５１ｂに対する第２のチャンバー５５ｂの空間５２ｂの体積比を大きくすることができる。これにより、濃縮デバイス１００Ｇは、濃縮デバイス１００Ｆと比べて、同じドロー剤６と溶液の組み合わせの場合でも、溶液をより高い濃度まで濃縮することができる。
【００８５】
（実施の形態３の変形例２）
実施の形態３の変形例２に係る濃縮デバイスについて説明する。図１３は、本変形例に係る濃縮デバイス１００Ｈの上面図である。
【００８６】
図１３に示すように、本変形例では、フィルム６３を構成する２枚のフィルム１３の外形が台形である点で、濃縮デバイス１００Ｆ及び１００Ｇと異なる。
【００８７】
本変形例では、２枚のフィルム１３各々の外形が実施の形態１の変形例１として説明したような台形であることにより、上述の濃縮デバイス１００Ｆ及び１００Ｇと比べて、生体物質を含む同量の溶液が第１の領域１３ａと接触する面積を大きくすることができる。これにより、溶液をより効率的に濃縮することができる。
【００８８】
（実施の形態４）
実施の形態４に係る濃縮デバイスについて説明する。図１４は、本実施の形態に係る濃縮デバイス１００Ｉの上面図である。図１５は、図１４のＸＶ−ＸＶ線における概略断面図である。図１６は、濃縮方法のフローを説明する図である。
【００８９】
本実施の形態に係る濃縮デバイス１００Ｉは、フィルム３がチャンバー７５の底部に対して平行に配置される点で、上述した実施の形態およびその変形例と異なる。
【００９０】
［濃縮デバイスの構成］
図１４及び図１５に示すように、濃縮デバイス１００Ｉは、下側に底部を有するチャンバー７５内の空間を上下に区切るように、フィルム３が配置されている。フィルム３は、チャンバー７５の底部に対して平行に配置されている。
【００９１】
実施の形態１と同様に、フィルム３は、第１の領域３ａ及び第２の領域３ｂを有する。第１の領域３ａは、溶液の溶媒に対して透過性を示すとともに、生体物質及びドロー剤６に対して透過性を示さない半透性を有する。第２の領域３ｂは、溶液と生体物質とドロー剤６とが透過しない非透過性を有する。
【００９２】
図１６に示すように、濃縮デバイス１００Ｉでは、フィルム３は、第１のチャンバー７５ａに溶液を注入した場合において、溶液の液面に対して傾斜するように配置されている。このとき、溶液の液面に対するフィルム３の傾斜角をθ度とする。このように、フィルム３が溶液の液面に対して傾斜するように配置されるため、溶液とフィルム３との接触面積が大きくなる。そのため、溶液がフィルム３の第１の領域３ａと接触する面積も大きくなり、溶液の濃縮効率が向上される。
【００９３】
また、第２の領域３ｂは、液面に対して第１の領域３ａより下側に配置されている。このように、非透過性を示す第２の領域３ｂが第１の領域３ａよりも下側に配置されることにより、溶液の濃縮が進んで、溶液の液面が第２の領域３ｂに到達すると、溶液の濃縮が停止するため、溶液が枯渇することを抑制することができる。
【００９４】
以上の構成を有することにより、本実施の形態における濃縮デバイス１００Ｉは、生体物質を含む溶液を効率よく濃縮することができる。
【００９５】
なお、上述した全ての実施の形態及びその変形例についても、フィルムがチャンバーの底部に平行に配置され、かつ、溶液を第１のチャンバーに注入した場合において、溶液の液面に対してフィルムが傾斜するように配置される構成を適用してもよい。
【００９６】
［溶液の濃縮方法］
次に、本実施の形態に係る濃縮デバイス１００Ｉを用いて、溶液を濃縮する方法について図１６を用いて説明する。
【００９７】
図１６の（ａ）に示すように、濃縮デバイス１００Ｉの第２のチャンバー７５ｂにドロー剤６を充填した後、濃縮デバイス１００Ｉを、フィルム３が溶液７（図１６の（ｂ）参照）の液面に対してθ度傾斜するように配置する。続いて、図１６の（ｂ）に示すように、生体物質８を含む溶液７を第１のチャンバー７５ａに注入する。このとき、濃縮デバイス１００Ｉが蓋材を有する場合、蓋材の注入口から溶液７を注入してもよく、濃縮デバイス１００Ｉが蓋材を有しない場合は、溶液７を第１のチャンバー７５ａに注入した後、第１のチャンバー７５ａの開口部に被覆部材を配置してもよい。被覆部材は、例えば、フィルム状、箔状、シート状、板状などの部材が挙げられる。続いて、図１６の（ｃ）に示すように、溶液７の溶媒は、フィルム３の第１の領域３ａを介して第２のチャンバー７５ｂに充填されたドロー剤６に吸収される。続いて、図１６の（ｄ）に示すように、上面視において、溶液７の液面が第２の領域３ｂに接する程度の量まで濃縮されると、溶液７は、第１の領域３ａと接触しにくくなるため、濃縮されにくくなる。これにより、所望の濃縮率に濃縮された溶液７を得ることができる。
【００９８】
なお、上記濃縮方法のフローでは、濃縮デバイス１００Ｉを、フィルム３の傾斜角がθ度となるように配置した後、第１のチャンバー７５ａに溶液７を注入する例を説明したが、第１のチャンバー７５ａに溶液７を注入した後に、濃縮デバイス１００Ｉを傾斜させてもよい。
【００９９】
また、上記濃縮方法のフローにおいて、濃縮デバイス１００Ｉは、Ｘ軸方向に振盪されてもよい。このとき、濃縮デバイス１００Ｉは、さらに、溶液７をフィルム３の傾斜方向に振盪させる加振部（不図示）を有してもよい。これにより、溶液７がフィルム３の傾斜方向に振盪されるため、溶液７を第１の領域３ａとより大きな面積で接触させる期間を周期的に発生させることができる。そのため、溶液７の濃縮速度が速められ、溶液７の濃縮効率をさらに向上させることができる。
【実施例】
【０１００】
以下、実施例にて本開示の濃縮デバイスを具体的に説明するが、本開示は以下の実施例のみに何ら限定されるものではない。【０１０１】
なお、実施例１〜２及び比較例１では、以下の濃縮デバイスを使用して生体物質の濃縮を行った。【０１０２】
［濃縮デバイス］
図１７は、実施例にて使用した濃縮デバイス１００Ｊの概要を説明する図である。図１７の（ａ）は、濃縮デバイス１００Ｊの上面図を示し、図１７の（ｂ）は、図１７の（ａ）のＢ−Ｂ線における概略断面図を示す。【０１０３】
図１７の（ａ）に示すように、濃縮デバイス１００Ｊでは、上面視において、チャンバー８５の形状は、正方形である。チャンバー８５の外形の大きさは、縦が８ｃｍ及び横が８ｃｍであり、内形の大きさは、縦が６ｃｍ及び横が６ｃｍである。【０１０４】
フィルム３３は、ＭＷＣＯ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｗｅｉｇｈｔ  Ｃｕｔｏｆｆ）値が３．５Ｋのセルロース膜を使用し、傾斜角θ＝６°となるように配置した。【０１０５】
図１７の（ｂ）に示すように、濃縮デバイス１００Ｊでは、第２の領域３３ｂは、防止部材３０がフィルム３３と接する領域であり、第１の領域３３ａは、防止部材３０がフィルム３３と接しない領域である。【０１０６】
防止部材３０は、アクリル樹脂を第２のチャンバー８５ｂの空間８２に挿入することで形成した。【０１０７】
ドロー剤６は、分子量２０ＫのＰＥＧ（ポリエチレングリコール）粉末を用い、第２のチャンバー８５ｂに充填した。【０１０８】
［生体物質］
生体物質として、分子量６６ｋＤａのＢＳＡ（牛血清アルブミン）を用いた。生体物質を含む溶液（以下、試料）として、５０μｇ／ｍｌのＢＳＡ緩衝液を用いた。【０１０９】
［生体物質の定量方法］
実施例１〜２及び比較例１で得られた試料に含まれる生体物質（ＢＳＡ）量は、比色定量法（ＢＣＡ（ビシンコニン酸）法）により定量された。試料にＢＣＡを加え、インキュベータ内を３７℃に保ち３０分反応させた。その後、ＵＶスペクトル測定により５６２ｎｍの吸光度を測定し、試料に含まれる生体物質（ＢＳＡ）量を定量した。結果を図１８に示す。【０１１０】
［生体物質の検出方法］
実施例１〜２及び比較例１で得られた試料に含まれる生体物質（ＢＳＡ）は、ＳＤＳ−ＰＡＧＥ（Ｓｏｄｉｕｍ  Ｄｏｄｅｃｙｌ  Ｓｕｌｆａｔｅ−ポリアクリルアミドゲル電気泳動）を行い、Ｏｒｉｏｌｅ  Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔ  Ｇｅｌ  Ｓｔａｉｎ  （Ｂｉｏ−Ｒａｄ）で染色した。結果を図１９に示す。【０１１１】
（実施例１）
濃縮デバイス１００Ｊの第１のチャンバー８５ａに、５０μｇ／ｍｌのＢＳＡ緩衝液を注入し、５分間静置した。その後、第１のチャンバー８５ａからＢＳＡ緩衝液を回収し、上記の方法により、ＢＳＡの定量及び検出を行った。【０１１２】
（実施例２）
７分間静置したこと以外は、実施例１と同様に行った。【０１１３】
（比較例１）
未濃縮のＢＳＡ緩衝液を用いて、ＢＳＡの定量及び検出を行った。【０１１４】
［結果］
１）ＢＳＡの定量
図１８は、実施例１、実施例２及び比較例１で得られた試料の濃縮時間と濃縮倍率との関係を示すグラフである。図１８の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）で示すプロットは、それぞれ比較例１、実施例１、実施例２の結果を示す。【０１１５】
図１８に示すように、実施例１及び実施例２で得られた試料中のＢＳＡ量は、比較例１の未濃縮のＢＳＡ量に比べて、大きく増加した。実施例１では、比較例１の７倍に濃縮され、実施例２では、比較例１の２０倍にまで濃縮された。なお、濃縮時間に伴い、試料の体積も減少した。【０１１６】
２）ＢＳＡの検出
図１９は、実施例１、実施例２及び比較例１で得られた試料のＳＤＳ−ＰＡＧＥの結果を示す図である。【０１１７】
図１９の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ比較例１、実施例１、実施例２の試料をＳＤＳ−ＰＡＧＥにより分離し、蛍光染色した蛍光像である。【０１１８】
図１９に示すように、濃縮時間の増加に伴い、より明瞭な蛍光のバンドを示した。これにより、本開示に係る濃縮デバイスを用いると、生体試料に含まれる微量の生体物質を短時間で効率よく濃縮することができることが分かった。【０１１９】
以上、本開示に係る濃縮デバイスについて、実施の形態及び変形例に基づいて説明したが、本開示は、これらの実施の形態及び変形例に限定されるものではない。本開示の主旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を実施の形態及び変形例に施したものや、実施の形態及び変形例における一部の構成要素を組み合わせて構築される別の形態も、本開示の範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【０１２０】
本開示に係る濃縮デバイスは、生体物質を含む溶液を効率よく濃縮することができる。また、特別な操作を必要とせず、簡便に実施することができるため、生体状態の検査キットとして利用可能である。
【符号の説明】
【０１２１】
１、２１、３１、５１ａ、５１ｂ、７１、８１  第１のチャンバーの空間
２、２２、３２、５２ａ、５２ｂ、７２、８２  第２のチャンバーの空間
３、１３、２３、３３、４３、５３、６３  フィルム
３ａ、１３ａ、２３ａ、３３ａ、４３ａ  第１の領域
３ｂ、１３ｂ、２３ｂ、３３ｂ、４３ｂ  第２の領域
４  担体
５、１５、２５、３５、４５、５５，６５、７５、８５  チャンバー
５ａ、２５ａ、３５ａ、５５ａ、７５ａ、８５ａ  第１のチャンバー
５ｂ、２５ｂ、３５ｂ、５５ｂ、７５ｂ、８５ｂ  第２のチャンバー
６  ドロー剤
７  溶液
８  生体物質
３０、４０  防止部材
５７  支持部
１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ、１００Ｄ、１００Ｅ、１００Ｆ、１００Ｇ、１００Ｈ、１００Ｉ、１００Ｊ  濃縮デバイス
【図１】
2019138783.tif 000003
【図２】
2019138783.tif 000004
【図３】
2019138783.tif 000005
【図４】
2019138783.tif 000006
【図５】
2019138783.tif 000007
【図６】
2019138783.tif 000008
【図７】
2019138783.tif 000009
【図８】
2019138783.tif 000010
【図９】
2019138783.tif 000011
【図１０】
2019138783.tif 000012
【図１１】
2019138783.tif 000013
【図１２】
2019138783.tif 000014
【図１３】
2019138783.tif 000015
【図１４】
2019138783.tif 000016
【図１５】
2019138783.tif 000017
【図１６】
2019138783.tif 000018
【図１７】
2019138783.tif 000019
【図１８】
2019138783.tif 000020
【図１９】
2019138783.tif 000021
【国際調査報告】
2019138783.tif 000022
2019138783.tif 000023
2019138783.tif 000024
2019138783.tif 000025