核酸抽出装置
【課題】小型化を図った集磁構造を用いて磁性ビーズを効率よく収集することができる、核酸抽出装置を提供する。
【解決手段】カオトロピック剤存在下でシリカコーティングされた磁性ビーズを捕捉する、同極同士が隣り合う複数の磁石からなる磁力体と、磁力体を覆う磁力体カバーを有する。同極同士が隣り合うことで、磁力体近傍の磁力線密度を大きくすることができ、小型でも磁力を大きくすることができる。
【解決手段】カオトロピック剤存在下でシリカコーティングされた磁性ビーズを捕捉する、同極同士が隣り合う複数の磁石からなる磁力体と、磁力体を覆う磁力体カバーを有する。同極同士が隣り合うことで、磁力体近傍の磁力線密度を大きくすることができ、小型でも磁力を大きくすることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、細胞，細菌，ウイルス等を含む試料から、磁性ビーズまたは磁化可能なビーズを用いて核酸（ＤＮＡもしくはＲＮＡ）やタンパク質等の生物学的分子に対して、抽出，分離，精製等に関連する各種処理を実行する核酸抽出装置の集磁構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
血液，血漿，組織片などの生物学的試料から核酸などの生物学的分子を分離もしくは精製することは、生物学，生化学，医学などの生命現象の研究だけでなく、診断や農作物の品種改良，食品検査といった産業において検査物質を得るための基本的で重要な操作である。特に核酸の検査はＤＮＡやＲＮＡを増幅できるＰＣＲ（Polymerasechain reaction）法が普及しているため、ＰＣＲ法で増幅可能な精製された核酸を分離，精製する要求は高まっている。さらにＰＣＲ法の他にも、ＮＡＳＢＡ（Nucleic Acid Sequence-Based Amplification）法，ＳＤＡ（strand displacement amplification）法，３ＳＲ（self-sustained sequence replication）法，ＴＭＡ（transcription-mediated amplification）法，Qbeta replicase amplification法，ＬＡＭＰ（loop-mediated isothermal amplification）法など様々な核酸増幅法が開発されたことから、核酸検査の応用範囲は広がってきており、生物学的試料から核酸を分離，精製する要求はますます高まっていくと考えられている。
【０００３】
生物学的試料からＤＮＡやＲＮＡなどの核酸を分離，精製する方法として、フェノール／クロロホルム抽出法が知られている。しかしこの方法は有害な有機溶剤の使用や煩雑な操作から作業者の負担が大きいものであった。そこで、上記問題点を解決するためにカオトロピック剤の存在下でシリカやガラス繊維などと核酸が結合する性質を利用した方法（例えば非特許文献１）が提案され、核酸抽出を行う自動装置も開発された（例えば特許文献１）。
【０００４】
自動装置で通常実施されている核酸分離，精製の流れは以下の（１）〜（６）の通りである。（１）カオトロピック剤や界面活性剤を含む溶液によって細胞を破砕し、溶液中に核酸を溶出させる。（２）シリカを表面にコーティングした磁性ビーズ（磁性シリカ粒子）を溶液に加え、混合することにより、粒子表面に核酸を吸着させる。（３）反応容器の外部から磁石を接近させ、磁性ビーズを反応容器に捕捉しつつ、タンパク質などの不要物を含む溶液をポンプなどを使用して除去する。（４）反応容器に洗浄液を加え、不要物を溶液中へ移動させる。（５）再び反応容器の外部から磁石を接近させ、磁性ビーズを反応容器に捕捉しつつ、不要物を含む溶液を除去する。（６）洗浄液除去後、磁性ビーズを減菌水または低塩濃度のバッファーを加え、磁性ビーズ表面から核酸を溶離させる。
【０００５】
上記（１）から（６）の工程での問題点は、ポンプなどに接続された液体吸引ラインにより細胞破砕に用いられる溶液や洗浄液を完全に除去することが難しいことである。細胞破砕に用いられる溶液に含まれるカオトロピック剤や界面活性剤，洗浄液に含まれるエタノールやイソプロパノールなどの薬剤は、ＰＣＲ法などの後に続く酵素反応を阻害する。そのため、なるべく除去することが望まれるが、排除後も同じ反応容器を使うため残存液が次の工程に持ち込まれてしまう問題があった。また、除去効率を上げようとするあまり磁性ビーズも排除してしまう問題がおこることもあった。
【０００６】
この問題を解決する方法として、磁性ビーズを反応容器の外側に配置した磁石や、液体吸引のための管の外側に配置した磁石ではなく、カバーで覆われた集磁構造を反応容器の内側に配置させて磁性ビーズを捕捉し、磁性体を別の反応容器へ移動させ、磁力を遮断したり弱めたりすることで新しい反応容器へ磁性ビーズを移動させて、実質的に溶液の交換を行う方法（特許文献２）が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特表２００３−５０４１９５号公報
【特許文献２】特開２００４−３３７１３７号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】Boom，R.，Sol，C. J. A. Salimans，M. M. M.，Jansen，C. L.，Wertheimvan Dillien，P. M. E.，and van der Noordaa，J.，J. C1in. Microbiol.，28，495-503 (1990)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ランニングコスト低減の観点から、試薬はできる限り少ない容量で実現することが望まれている。これを実現するためには、反応容器を小型化する必要がある。すると、集磁構造を反応容器の内側に配置させる場合は集磁構造が小型にならざるを得ない。集磁構造の磁力は、一般に大きければ大きい程磁力が大きいことから、集磁構造の小型化は磁力の低下を招く。高スループットを実現するためには、小型の集磁構造でも磁性ビーズを効率良く収集することができるよう、磁力を強化しなければならない問題があった。
【００１０】
本発明の目的は、小型化を図った集磁構造を用いて磁性ビーズを効率よく収集することができる、核酸抽出装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決する核酸抽出装置は、カオトロピック剤存在下でシリカコーティングされた磁性ビーズを捕捉する、同極同士が隣り合う複数の磁石からなる磁力体と、磁力体を覆う磁力体カバーを有する。また、別の核酸抽出装置は、カオトロピック剤存在下でシリカコーティングされた磁性ビーズを捕捉する磁力体と、磁力体を覆う磁力体カバーと、磁力体を支持する磁力体支持部を有し、該磁力支持部は窪みを有する磁性体から成り、前記該窪みに前記磁力体を支持する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る集磁構造体及びこれを使用した核酸抽出装置により、磁石近傍の磁力線密度を大きくし、磁性ビーズの捕捉を効率的に実施でき、核酸やタンパク質といった生物学的分子を効率的に回収することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明を適用した集磁構造及び集磁構造を有するノズルに着脱する磁性体棒の平面図である。
【図２】磁力線の分布を模式的に示す図である。
【図３】本発明を適用した集磁構造を示す平面図である。
【図４】本発明を適用した集磁構造を示す平面図である。
【図５】本発明を適用した集磁構造及び集磁構造を有するノズルに着脱する磁性体棒の平面図である。
【図６】磁力線の分布を模式的に示す図である。
【図７】本発明を適用した集磁構造を示す平面図である。
【図８】本発明を適用した集磁構造の偏心を示す平面図である。
【図９】本発明を適用した集磁構造を示す平面図である。
【図１０】本発明を適用した集磁構造を示す平面図である。
【図１１】本発明を適用した集磁構造を示す平面図である。
【図１２】本発明を適用した核酸抽出装置の一例を模式的に示す斜視図である。
【図１３】核酸抽出装置に使用される反応容器の斜視図である。
【図１４】反応容器の上面図である。
【図１５】反応容器の断面図である。
【図１６】核酸抽出装置におけるノズルの平面図である。
【図１７】ノズルに着脱するディスポーザブルチップの平面図である。
【図１８】ノズルに着脱する磁性体棒カバーの平面図である。
【図１９】核酸抽出装置におけるカバー着脱機構と反応容器とを示す斜視図である。
【図２０】本発明を適用した核酸抽出方法において反応容器に各種液体を分注する段階を示す反応容器の断面図である。
【図２１】本発明を適用した核酸抽出方法において反応容器に磁性ビーズを分注する段階を示す反応容器の断面図である。
【図２２】本発明を適用した核酸抽出方法において磁性ビーズを捕捉する段階を示す反応容器の断面図である。
【図２３】本発明を適用した核酸抽出方法において磁性ビーズを移動する段階を示す反応容器の断面図である。
【図２４】本発明を適用した核酸抽出方法において捕捉した磁性ビーズを取り外す段階を示す反応容器の断面図である。
【図２５】本発明を適用した核酸抽出方法において捕捉した磁性ビーズを取り外す段階のノズルとカバー着脱機構を示す要部斜視図である。
【図２６】本発明を適用した核酸抽出方法において磁性ビーズを捕捉する段階を示す反応容器の断面図である。
【図２７】本発明を適用した核酸抽出方法において磁性ビーズを溶離液に移動する段階を示す反応容器の断面図である。
【図２８】本発明を適用した核酸抽出方法において磁性ビーズを溶離液に浸漬する段階を示す反応容器の断面図である。
【図２９】本発明を適用した核酸抽出方法において溶離液中の磁性ビーズを回収する段階を示す反応容器の断面図である。
【図３０】本発明を適用した集磁構造を用いて磁性ビーズの捕捉実験を行った結果を示すグラフである。
【図３１】本発明を適用した磁性体棒カバーの外径と反応部内径の比による液面変化を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明に係る集磁構造及びこれを用いた核酸抽出装置，核酸抽出方法について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１５】
反応容器内部で動作するカバーに覆われた集磁構造を、複数の磁石の同極同士（Ｎ極とＮ極あるいはＳ極とＳ極）が隣り合うように磁石支持体に固定した集磁構造体を先端部に取り付けたものとする。このような集磁構造とすることで、磁性ビーズの集磁に寄与する磁力線を、隣り合う磁石の磁極外周近傍に集中させることができ、集磁構造体の体積増加を最小限に留めつつ、大きい磁力を発生させることが可能となる（第１の集磁構造）。
【００１６】
反応容器内部で動作するカバーに覆われた集磁構造を、磁石のＮ極あるいはＳ極どちらかの極を、窪みを有する円柱状あるいは多角柱状の磁性体からなる磁石支持体に固定し、窪みを有する磁石支持体の開口側の端面を、磁石の固定面とは反対側の極に近接させた集磁構造体を先端部に取り付けたものとする（第２の集磁構造）。このような集磁構造とすることで、磁性ビーズの集磁に寄与する磁力線を磁石支持体開口側に集中させることができ、集磁構造体の体積増加を最小限に留めつつ、磁力を３〜５倍に強化することが可能となる。
【００１７】
上記集磁構造体を先端部に取り付けた磁性チップ及び磁性チップの外周を覆う磁性チップカバーによって反応容器の複数の反応部の間で磁性ビーズを移動させると共に、磁性チップ，磁性チップカバー及び反応容器の複数の反応部に対して溶液を分注する分注チップが着脱可能なノズルを有するノズル機構を組み合わせることで、磁性ビーズのロスなく核酸抽出工程で用いる薬剤の残存量を低減させ、かつコンタミネーションを低減できる核酸抽出装置を実現することが可能となる。以下、具体的に説明する。
【００１８】
〔第１の集磁構造〕
図１は、本発明を適用した集磁構造の実施形態を示す平面図である。集磁構造４２は、磁性体棒４１の先端に形成されており、複数の円柱状の磁石４４ａ・４４ｂ・４４ｃ及びこれらの磁石４４ａ・４４ｂ・４４ｃを離間した状態で保持する磁石支持体４５とで構成される。複数の磁石４４ａ・４４ｂ・４４ｃは円柱長手方向（磁性体棒４１の長手方向）にその磁極を有しており、その同極同士（Ｎ極とＮ極あるいはＳ極とＳ極）が隣り合うように磁石支持体４５に固定されている。
【００１９】
図１では磁石が３個（一番上の磁石４４ａ，中央の磁石４４ｂ，一番下の磁石４４ｃ）固定された例が示されているが、磁石の数は複数であればよく、３個に限定されるものではない。一番上の磁石４４ａの上面側の極４４ｄがＳ極の場合、下面側の極４４ｅはＮ極となるため、中央の磁石４４ｂは上面側の極４４ｆがＮ極となるように配置（つまり下面側の極４４ｇがＳ極となる）し、一番下の磁石４４ｃは上面側の極４４ｈがＳ極となるように配置（つまり下面側の極４４ｉがＮ極となる）される。この結果、一番上の磁石４４ａと中央の磁石４４ｂの間ではＮ極同士が隣り合い、中央の磁石４４ｂと一番下の磁石４４ｃの間ではＳ極同士が隣り合うことになる。磁石支持体４５は非磁性体であり、複数の磁石が反発力によって移動しないようにしっかりと磁石（図１では３つの磁石４４ａ，４４ｂ，４４ｃ）を固定することができる。このような集磁構造とすることで、磁性ビーズの集磁に寄与する磁力線を、隣り合う磁石の磁極外周近傍４６に集中させることができ、集磁構造体の体積増加を最小限に留めつつ、大きい磁力を発生させることが可能となる。
【００２０】
図２（ａ）は、磁石４４単独での磁力線の分布を、図２（ｂ）は本発明の集磁構造における磁力線の分布を一番上の磁石４４ａの上面側の極４４ｄがＳ極である場合について模式的に示したものである。磁石４４が同じ材料，同じ大きさであれば、磁石から出る磁力線の本数は同じである。図２（ａ）の場合は、磁力線が空間に広く伸びるため、広範囲に渡って磁力の影響を及ぼすことが可能であるが、それに伴って磁束密度が小さくなるため、磁力は小さくなってしまう。一方、図２（ｂ）の場合は、隣り合う磁石の磁極外周近傍４６に集中させることができ、磁力の影響が及ぶ範囲は図２（ａ）の場合に比べて狭くなるものの、磁力の影響が及ぶ範囲において磁束密度を大きく、すなわち磁力を大きくすることが可能となる。本発明の集磁構造は、後に詳述する反応容器内の限られた領域で用いられるため、限られた範囲に磁力線を集中させる図２（ｂ）の磁力線分布の方が効率良く磁性ビーズを回収することが可能となる。
【００２１】
図１では、磁石４４及び磁石支持体４５の断面が円形である例を示したが、磁石４４及び磁石支持体４５の断面は多角形でも構わない。また、図１では磁石４４及び磁石支持体４５の断面が相似形の場合を示したが、必ずしも相似形に限定されるものではない。
【００２２】
さらに、図１は隣り合う３つの磁石４４ａ，４４ｂ，４４ｃの間が非磁性体である磁石支持体４５と同じ材料で充填された例を示したが、図３（ａ）に示すように隣り合う３つの磁石４４ａ，４４ｂ，４４ｃの間が空隙４７であっても、図３（ｂ）に示すように隣り合う３つの磁石４４ａ，４４ｂ，４４ｃの間が磁石支持体４５とは異なる材料である非磁性体４８であっても、あるいは図３（ｃ）に示すように隣り合う３つの磁石４４ａ，４４ｂ，４４ｃの間が磁性体４９であってもかまわない。
【００２３】
図２（ｃ）は隣り合う３つの磁石４４ａ，４４ｂ，４４ｃの間が空隙４７である場合の磁力線の分布を一番上の磁石４４ａの上面側の極４４ｄがＳ極である場合について模式的に示したものである。磁力線の分布は図２（ｂ）と似たものとなる。また、隣り合う３つの磁石４４ａ，４４ｂ，４４ｃの間が磁石支持体４５とは異なる材料である非磁性体４８の場合も、磁力線の分布は図２（ｂ）と似たものとなる。
【００２４】
図２（ｄ）は隣り合う３つの磁石４４ａ，４４ｂ，４４ｃの間が磁性体４９である場合の磁力線の分布を一番上の磁石４４ａの上面側の極４４ｄがＳ極である場合について模式的に示したものである。この場合、磁性体４９は誘導磁化により、上側磁性体の上面４９ａ及び下面４９ｂはＳ極、上側磁性体の側面４９ｃはＮ極、下側磁性体の上面４９ｄ及び下面４９ｅはＮ極、下側磁性体の側面４９ｆはＳ極に磁化されるため、磁性ビーズの回収に寄与する集磁構造４２の外側における磁束線分布はやはり図２（ｂ）と似たものとなる。
【００２５】
なお、反応部の溶液高さが極めて小さい場合には、集磁構造４２を液面高さよりも低くする必要性から、磁性体棒カバー５１の先端と集磁構造４２をできる限り近づける必要が生じる。磁性体棒カバー５１の先端が曲率を有する場合は、その曲率に応じて、図４に示すように３つの磁石４４ａ，４４ｂ，４４ｃのそれぞれの径ｄ１，ｄ２，ｄ３を、磁性体棒カバー５１の先端に向かうにつれてｄ１＞ｄ２＞ｄ３となるように小さくすることで、磁性体棒カバー５１の先端と集磁構造４２を近づけることが可能となる。
【００２６】
〔第２の集磁構造〕
図５は、本発明を適用した別の集磁構造の実施形態を示す平面図である。集磁構造１４２は、磁石１４４の先端に形成されており、円柱状の磁石１４４及び磁石支持体１４５とで構成される。磁石支持体１４５は開口部１４５ｂ，内壁１４５ｃ，底面１４５ａで構成される窪みを有する磁性体であり、その内部に磁石１４４が格納される。磁石支持体１４５の窪み内径１４５ｅは磁石１４４の直径１４４ｅよりも大きく、磁石側面１４４ｃと磁石支持体の窪み内壁１４５ｃの間には空隙１４６が形成される。磁石１４４は円柱長手方向にその磁極を有しており、その磁石支持体底面側の極１４４ａは磁石支持体の窪み底面１４５ａに固着される。なお、磁石１４４のもう一方の極である磁石支持体開口側の極１４４ｂは、その端部１４４ｄが、磁石支持体１４５の開口部内壁端部１４５ｄに近接するように、磁石１４４の長さ１４４ｆを設計しておく。もちろん、磁石１４４の長さを基準にして磁石支持体１４５の窪みの深さを合わせ込んでも構わない。このような構造にすることで、磁石支持体開口部１４５ｂの極が磁石支持体底面側の極１４４ａと同極になり、磁力線を磁石支持体の窪み開口部１４５ｂに集中させることができ、磁力を３〜５倍に強化することが可能となる。
【００２７】
図６（ａ）は、磁石１４４単独での磁力線の分布を、図６（ｂ）は本発明の第２の集磁構造における磁力線の分布を磁石の磁石支持体底面側の極１４４ａがＳ極、磁石の磁石支持体開口側の極１４４ｂがＮ極である場合について模式的に示したものである。磁石１４４が同じ材料，同じ大きさであれば、磁石から出る磁力線の本数は同じである。図６（ａ）の場合は、磁力線が空間に広く伸びるため、広範囲に渡って磁力の影響を及ぼすことが可能であるが、それに伴って磁束密度が小さくなるため、磁力は小さくなってしまう。一方、図６（ｂ）の場合は、磁石支持体の窪み開口部１４５ｂに磁力線を集中させることができ、磁力の影響が及ぶ範囲は図６（ａ）の場合に比べて狭くなるものの、影響が及ぶ範囲において磁束密度を大きく、すなわち磁力を大きくすることが可能となる。本発明の集磁構造は、後に詳述する反応容器内の限られた領域で用いられるため、限られた範囲に磁力線を集中させる図６（ｂ）の磁力線分布の方が効率良く磁性ビーズを回収することが可能となる。
【００２８】
図５では、磁石１４４及び磁石支持体１４５の断面が円形である例を示したが、磁石１４４及び磁石支持体１４５の断面は多角形でも構わない。一例として、図７に磁石１４４及び磁石支持体１４５の断面が方形である例を示した。また、図５及び図７は磁石１４４及び磁石支持体１４５の断面が相似形である場合を示したが、必ずしも相似形に限定されるものではない。
【００２９】
ところで、磁石支持体１４５の内部に空隙１４６を介して磁石１４４を格納する場合、図８に示すように、磁石１４４と磁石支持体１４５が同心状には配列せず、磁石１４４が偏心して磁石支持体１４５に接触し、空隙１４６が場所によって不均一になってしまう場合がある。
【００３０】
図６（ｃ）は本発明の集磁構造において、磁石１４４が偏心した場合の磁力線の分布を、磁石の磁石支持体底面側の極１４４ａがＳ極、磁石の磁石支持体開口側の極１４４ｂがＮ極である場合について模式的に示したものである。図６（ｂ）のように、磁石に偏心が無い場合と比較すると、空隙が大きくなった部位１４６ａでは磁力線の空間への広がりが大きくなり、磁束密度が小さくなる。しかし、図６（ａ）の磁石１４４単独の場合よりも磁束密度は大きいため、磁性ビーズの回収効率を高めることができる。
【００３１】
一方、空隙が小さい部位１４６ｂでは磁束密度が大きくなるものの、磁力線の空間への広がりが小さくなり、ほとんど磁性ビーズの回収に寄与できなくなる恐れがある。一般に、磁石１４４や磁石支持体１４５などの機械加工部品は、面取りと呼ばれる端部切除処理が施されるため、図８に示すように端部を拡大すると、磁石の磁石支持体開口側端部１４４ｄ及び磁石支持体の窪み開口部内壁端部１４５ｄにはそれぞれの切除部１４４ｇ，１４５ｇがあり、磁石の磁石支持体開口側端部１４４ｄと磁石支持体の窪み開口部内壁端部１４５ｄは直接接触しない。磁石の磁石支持体開口側端部１４４ｄ及び磁石支持体の窪み開口部内壁端部１４５ｄの切除部１４４ｇ，１４５ｇを大きくすれば、磁石１４４が偏心しても磁力線をある程度近傍の空間に広げることができる。したがって、空隙の小さい部位１４６ｂでも、切除部を設けることで磁性ビーズの回収効率を高めることが可能となる。図８では磁石の磁石支持体開口側端部１４４ｄ及び磁石支持体の窪み開口部内壁端部１４５ｄを４５度の角度で直線状に切除した例を示したが、切除部の形状はこれに限定されるものではない。
【００３２】
以上のように、磁石１４４と磁石支持体１４５が偏心しても本発明の効果は得られるものであるが、磁力を最も効率的に強化するためには空隙１４６が均一であることが望ましい。図９は、磁石１４４と磁石支持体１４５の偏心という課題を解決するために空隙１４６を非磁性体１４７で充填した集磁構造の実施形態である。非磁性体１４７は、中空円筒状のものを空隙に挿入しても構わないし、磁石１４４を磁石支持体１４５の内部に格納した後に液状の樹脂などを流し込んで固化させても構わない。このような構造にすることで、空隙の均一化が図れ、磁力を効率よく強化することが可能となる。
【００３３】
また磁石１４４が極めて小さい場合には、窪みを有する円柱状あるいは多角柱状の磁性体からなる磁石支持体１４５を作成したり、その内部に磁石１４４を格納したりすることが困難になる場合がある。このような場合には、磁石支持体１４５を、図１０に示すように板状の磁性体を折り曲げて作成しても構わないし、もっと簡単に、図１１に示すように、折り曲げ箇所を２箇所としても構わない。磁石支持体１４５を図１１のような形状にすれば、磁石１４４は磁石支持体１４５の側方から挿入して格納することが可能となり、より安価な集磁構造１４２を実現することができる。なお、図５に示す磁石支持体１４５は、断面が全周に渡って完全に閉じていないものでもよい。
【００３４】
さて、本発明の集磁構造を有する核酸抽出装置は、図１２に示すように、載置台１の一面における所定の位置に複数の反応容器２を取り付け、反応容器２を用いて生物学的試料に対して様々な処理を実施するものである。核酸抽出装置は、載置台１と、複数の試薬瓶を収容できる試薬ラック３と、処理対象の生物学的試料を充填した試料容器を収容できる検体ラック４と、複数の磁性体棒を収容した磁性体棒ラック５と、複数の磁性体棒カバーを収容したカバーラック６と、複数のディスポーザブルチップを収容したチップラック７と、廃棄物を捨てるための廃棄物用容器８と、載置台１の一面に対向する位置において移動自在に配置されたノズル機構９と、ノズル機構９の移動及び位置決めを制御する駆動制御装置１０とを備えている。また、図示しないが、核酸抽出装置は、処理条件や生物学的試料に関する情報、その他の各種情報を入力するためのコンピュータを備えている。
【００３５】
ここで、生物学的試料とは、特に限定されないが、ヒトを含む動物から採取された血液，血漿，血清，組織片，体液及び尿といった生体試料；動物細胞，植物細胞及び昆虫細胞といった細胞；細菌，真菌及び藻類等の微生物；ウイルス（ウイルス感染細胞を含む）を包含する意味である。また、生物学的試料とは、これら細胞，微生物及びウイルスを培養した培養液、これら細胞，微生物及びウイルスを懸濁した懸濁液を含む意味である。また、これら生物学的試料には、核酸抽出装置による分離抽出や精製の対象となる生物学的分子が含まれている。ここで、生物学的分子とは、ＤＮＡやＲＮＡ等の核酸，酵素や抗体等のタンパク質，ペプチド断片を意味する。なお、核酸抽出装置は、分離抽出や精製の対象を核酸やタンパク質，ペプチド断片に限定するものではなく、細胞や微生物が産生する化合物（有機化合物や低分子化合物を含む）を生物学的分子として分離抽出や精製の対象とすることができる。
【００３６】
核酸抽出装置において反応容器２は、図１３〜図１５に示すように、全体が略箱型を呈しており、内部に各種試薬を分注するための複数の反応部２ｌａ〜２ｌｄを有している。複数の反応部２ｌａ〜２ｌｄは、所定の容積となるように窪み部として形成されている。なお、本例では、反応部２１ｄは、反応部２１ａ〜２ｌｃの容積よりも小となるように、浅い窪み部として形成されている。なお、反応容器２において、反応部の数及び各反応部の容積は特に限定されず、生物学的試料に対する処理の内容に応じて適宜設定することができる。また、核酸抽出装置には、生物学的試料に対する処理の内容に応じて、反応部の数や各反応部の容積が異なる種類の反応容器２を取り付けることができる。
【００３７】
また、反応容器２は、複数の反応部２ｌａ〜２ｌｄにおける開口端の上方に、側壁によって固まれた空間部２２を有している。すなわち、反応容器２は、四方の側壁と複数の反応部２ｌａ〜２ｌｄの開口端が臨む一面とから構成される空間部２２を有している。さらに、反応容器２は、ノズル機構９に取り付けられた磁性体棒カバーを着脱するためのカバー着脱機構２３を備えている。
【００３８】
カバー着脱機構２３は、磁性体棒カバーを保持するための上部押さえ板２４及び下部押さえ板２５を有している。上部押さえ板２４及び下部押さえ板２５は、所定の間隔をもって互いに略平行に配置されている。また、上部押さえ板２４及び下部押さえ板２５には、複数の反応部２ｌａ〜２ｌｄのそれぞれに対向し、磁性体棒カバーの外形寸法に合わせた形状の切り欠き部２６が形成されている。切り欠き部２６は、反応容器２を上方から見たときに反応部２ｌａ〜２ｌｄの開口部の内方に臨む位置に端面が位置するように形成されている。
【００３９】
核酸抽出装置においてノズル機構９は、図１６に示すようなノズル３１を１つあるいは複数備えている。ノズル機構９は、少なくとも反応容器２の数以上の数のノズル３１を備えている。言い換えれば、核酸抽出装置において、ノズル３１の個数以下の反応容器２を配設することができる。より具体的には、ノズル３１は例えば８連〜１２連程度までの並列化が可能である。ノズル３１を並列化することで、単位時間当たりの処理能力（スループット）を向上させることが可能となる。
【００４０】
ノズル３１は、図示しないが、内部が筒状となっておりポンプ手段等の吸引・吐出駆動装置と接続されている。ノズル３１は、最も小径の先端部３２，先端部３２よりも大径の中途部３３を有している。
【００４１】
ノズル３１の先端部３２には、図１７に示すディスポーザブルチップ３５及び図１に示す磁性体棒４１を選択的に装着することができる。以下、説明の便宜上、図１に示す磁性体棒４１を例に挙げて説明するが、図５に示す磁性体棒１４１でも良い。ディスポーザプルチップ３５及び磁性体棒４１は、それぞれ基端部の内径がノズル３１の先端部３２とほぼ同径となっており、また先端に向かって小径となるような形状となっている。よって、ディスポーザブルチップ３５及び磁性体棒４１は、基端部からノズル３１の先端部３２を挿入することでノズル３１に嵌め込むことができる。
【００４２】
また、ディスポーザブルチップ３５は、基端部にフリンジ部３６を有している。磁性体棒４１は、先端に本発明の集磁構造４２を有しており、基端部にフリンジ部４３を有している。
【００４３】
一方、ノズル３１の中途部３３には、図１８に示す磁性体棒カバー５１を装着することができる。磁性体棒カバー５１は、基端部の内径がノズル３１の中途部３３とほぼ同径となっており、また先端に向かって小径となるような形状となっている。よって、磁性体棒カバー５１は、基端部からノズル３１の中途部を挿入することでノズル３１に嵌め込むことができる。また、磁性体棒カバー５１は、基端部にフリンジ部５２を有している。
【００４４】
なお、これらディスポーザブルチップ３５，磁性体棒４１（磁石４４を除く部分）及び磁性体棒カバー５１は、ポリエチレン，ポリプロピレン，ポリカーボネートなどの樹脂を使用して作製することができる。
【００４５】
なお、ノズル機構９は、図示しないが、先端部３２や中途部３３に取り付けられたディスポーザブルチップ３５，磁性体棒４１及び磁性体棒カバー５１を取り外すための取外し機構を備えていることが好ましい。取外し機構としては、例えば、ディスポーザブルチップ３５のフリンジ部３６，磁性体棒４１のフリンジ部４３及び磁性体棒カバー５１のフリンジ部５２を下方に押し下げる押圧部を採用することができる。
【００４６】
核酸抽出装置において試薬ラック３は、複数の試薬瓶を収容できる箱形を呈している。試薬ラック３には、生物学的試料に対して実施する具体的な処理内容によって異なる試薬瓶を収容することができる。例えば、生物学的試料から核酸成分を抽出する処理を実施する場合には、カオトロピック剤を含有する溶液の試薬瓶，洗浄液の試薬瓶，溶離液の試薬瓶等を試薬ラック３に収容することができる。また試薬ラック３には、同種の試薬瓶がノズル機構９に備わった複数のノズル３１の数と同数収容されていてもよい。この場合、同種の試薬瓶は、複数のノズル３１の間隔と合致するように配置される。
【００４７】
核酸抽出装置において検体ラック４は、異なる又は同一の生物学的試料を充填した複数の検体チューブを収容できる箱形を呈している。検体ラック４には、複数の検体チューブが複数のノズル３１の間隔と合致するように配置される。
【００４８】
核酸抽出装置において磁性体棒ラック５は、図１に示した複数の磁性体棒４１を収容する複数の開口部を有している。この開口部は、磁性体棒４１の外径よりやや大であり、且つフリンジ部４３よりやや小となる径を有している。また、これら複数の開口部は、複数のノズル３１の間隔と合致するように配置されている。すなわち、複数の開口部の中心間隔が複数のノズル３１の先端部の中心間隔と略等しくなるよう、ノズルと同数又はその倍数の開口部が並列し、複数段にわたってこれら開口部の列が形成されている。
【００４９】
核酸抽出装置においてカバーラック６は、図１８に示した複数の磁性体棒カバー５１を収容する複数の開口部を有している。この開口部は、磁性体棒カバー５１の外径よりやや大であり、且つフリンジ部５２よりやや小となる径を有している。また、これら複数の開口部は、複数のノズル３１の間隔と合致するように配置されている。すなわち、複数の開口部の中心間隔が複数のノズル３１の先端部の中心間隔と略等しくなるよう、ノズルと同数又はその倍数の開口部が並列し、複数段にわたってこれら開口部の列が形成されている。
【００５０】
核酸抽出装置においてチップラック７は、図１７に示した複数のディスポーザブルチップ３５を収容する複数の開口部を有している。この開口部は、ディスポーザブルチップ３５の外径よりやや大であり、且つフリンジ部３６よりやや小となる径を有している。また、これら複数の開口部は、複数のノズル３１の間隔と合致するように配置されている。すなわち、複数の開口部の中心間隔が複数のノズル３１の先端部の中心間隔と略等しくなるよう、ノズルと同数又はその倍数の開口部が並列し、複数段にわたってこれら開口部の列が形成されている。
【００５１】
核酸抽出装置において廃棄物用容器８は、使用済みのディスポーザブルチップ３５，磁性体棒４１及び磁性体棒カバー５１や、処理後の生物学的試料，洗浄液等を廃棄する容器であり箱形を呈している。なお、廃棄物用容器８は、図示しないが、ノズル３１の先端部３２や中途部３３に取り付けられたディスポーザブルチップ３５、及び磁性体棒カバー５１を取り外すための取外し機構を備えていることが好ましい。取外し機構としては、例えば、ディスポーザブルチップ３５のフリンジ部３６及び磁性体棒カバー５１のフリンジ部５２に当接し、ノズル３１を上方に駆動することでこれらフリンジ部３６及び５２を下方に押し下げる押圧板を採用することができる。なお、取外し機構は、ノズル機構９及び廃棄物用容器８のうちいずれか一方に備わっていればよい。
【００５２】
核酸抽出装置において駆動制御装置１０は、図示しないが、モータ等の動力源、動力源からの動力を伝達するギア機構及びアーム等からなる駆動機構と、上述したノズル機構９を図１２中のＸ軸，Ｙ軸及びＺ軸に沿って移動及びＺ軸を中心として回動させる制御信号を当該駆動機構に出力する制御基板とを備えている。なお、制御基板には、図示しないコンピュータで操作者が設定した各種条件が入力される。
【００５３】
ところで、本発明は、上述した構成の核酸抽出装置に限定されるものではない。上述した核酸抽出装置は、カバー着脱機構２３を有する反応容器２を載置台１に取り付ける構成であった。しかしながら、核酸抽出装置は、反応容器２を取り付ける位置にカバー脱着機構２３を備えてもよい。すなわち、核酸抽出装置がカバー着脱機構２３を有する構成であってもよい。具体的には、図１９に示すように、核酸抽出装置は、載置台１の一面における反応容器２を取り付ける位置に、カバー脱着機構２３を備えるカバー保持部６１を備えている。カバー保持部６１は、断面Ｌ字状の一対の側面６２と、一対の側面６２により所定の高さに位置するカバー脱着機構２３とから構成されている。カバー保持部６１は、図示しないが、載置台１に対して着脱自在となるような機構を有していても良い。また、カバー保持部６１を有する核酸抽出装置においては、カバー脱着機構２３を有しない以外は同様な構成を有する反応容器２を使用する。また、核酸抽出装置は、複数の反応容器２を取り付ける場合、各反応容器２に対応する複数のカバー保持部６１を備えることとなる。
【００５４】
また、カバー保持部６１は、カバー脱着機構２３を上下方向（図１２に示したＺ軸方向）に移動，位置決めできるように構成しても良い。この場合、一対の側面６２の互いに対向する面に、上下方向に平行な複数の凹溝を形成し、凹溝に沿ってカバー脱着機構２３を上下方向に移動させることができる。また、この場合、カバー脱着機構２３を一対の側面６２に固定するため、ピン等の固定手段を有していることが好ましい。
【００５５】
以上のように構成された核酸抽出装置は、生物学的試料に対する様々な処理を実施することができる。以下では、生物学的試料から核酸成分を抽出する処理を実施する形態を例として核酸抽出装置を説明する。具体的には、核酸抽出装置は、核酸及びその他の不純物を含有する試料にカオトロピック剤存在下でシリカコーティングされた磁性ビーズを混合し、当該磁性ビーズの表面へ核酸を吸着させ、核酸を吸着した磁性ビーズを分離し、洗浄した後に磁性ビーズから核酸を溶離する核酸抽出を実施する。
【００５６】
より具体的には、先ず、図２０に示すように、反応部２１ａに処理対象の生物学的試料とカオトロピック剤や界面活性剤を含む溶液、反応部２１ｂ及び２１ｃに洗浄液、反応部２１ｄに溶離液を分注する。これら溶液を反応部２１ａ〜２ｌｄに分注する際には、ノズル機構９のノズル３１にディスポーザブルチップ３５を取り付ける。ディスポーザブルチップ３５をノズル３１に取り付けるには、先ず、駆動制御装置１０による制御によりノズル機構９を、チップラック７に収容されたディスポーザブルチップ３５の基端部の中心とノズル３１の先端部３２とが正確に対向する位置に移動させる（Ｘ軸及びＹ軸方向の移動）。次に、駆動制御装置１０による制御によりノズル機構９を下方（Ｚ軸）に移動させることによって、ノズル３１の先端部３２にディスポーザブルチップ３５を取り付けることができる。以上の一連の動作により、ノズル機構９が有する複数のノズル３１の全てにディスポーザブルチップ３５を取り付けることができる。
【００５７】
そして、ディスポーザブルチップ３５を取り付けた状態で、駆動制御装置１０による制御によりノズル機構９を試薬ラック３の上方に移動し、試薬瓶の内部にディスポーザブルチップ３５の先端を挿入し、図示しないポンプ手段等の吸引・吐出駆動装置により所定量の溶液を吸引する。このとき、所定の試薬瓶をノズル３１の数と同数準備して試薬ラックに並列させることで、複数のディスポーザブルチップ３５の全てに同時に溶液を吸引することができる。
【００５８】
その後、駆動制御装置１０による制御によりノズル機構９を反応容器２の上方に移動し、ディスポーザブルチップ３５の先端を所定の反応部２１ａ〜２ｌｄ上に位置決めする。この状態で吸引・吐出駆動装置が作動し、ディスポーザブルチップ３５に吸引した溶液を所定の反応部２１ａ〜２ｌｄ内に分注することができる。溶液を分注し終わると、駆動制御装置１０による制御によりノズル機構９を廃棄物用容器８の上方に移動し、ノズル機構９又は廃棄物用容器８に取り付けられた取外し機構を作動させて、使用済みのディスポーザブルチップ３５を廃棄する。
【００５９】
以上の一連の動作は、洗浄液や溶離夜，カオトロピック剤や界面活性剤を含む溶液を分注する際に共通する動作である。なお、生物学的試料の分注については、検体ラック４に収容された検体チューブから所定量の生物学的試料を吸引する以外は、以上の一連の動作により実施される。また、洗浄液，溶離液，生物学的試料及びカオトロピック剤や界面活性剤を含む溶液を分注する際には、それぞれ異なるディスポーザブルチップ３５が使用される。
【００６０】
次に、図２１に示すように、処理対象の生物学的試料が分注された反応部２１ａに対して、シリカコーティングされた磁性ビーズ５５を分注する。なお、磁性ビーズ５５は、予め反応部２１ａに分注されていても良いし、磁性ビーズを分散した溶液を上述したノズル機構９の動作と同様にして、反応部２１ａに分注しても良い。また、図２０に示した段階で生物学的試料を分注したが、生物学的試料は磁性ビーズ５５とともに或いは順次この段階で分注されても良い。
【００６１】
ここで、磁性ビーズ５５とは、例えば、バイオテクノロジーの分野で従来使用されている磁性体としての特徴を有するビーズであれば如何なる材質，形状及び粒径のものを使用することができる。また、核酸抽出装置において核酸抽出処理を実施する場合は、核酸吸着能を有する磁性ビーズ５５を使用する。核酸吸着能は、磁性体からなるビーズの表面をシリカコーティングすることによって付与することができる。
【００６２】
この段階では、反応部２１ａにカオトロピック剤が存在するため、生物学的試料に含まれていた核酸成分がシリカコーティングされた磁性ビーズ５５の表面に吸着する。また、この段階では、反応部２１ａの内部を攪拌しても良い。反応部２１ａの内部を攪拌するには、例えば、反応容器２の外部から磁界を周期的に印加することで磁性ビーズ５５を内部で移動させる方法、又は、ノズル３１にディスポーザブルチップ３５や磁性体棒カバー５１を取り付け、駆動制御装置１０でノズル機構９を制御してノズル３１に取り付けたディスポーザプルチップ３５や磁性体棒カバー５１を反応部２１ａ内部で回転若しくは揺動させる方法を使用することができる。
【００６３】
次に、図２２に示すように、磁性体棒４１及び磁性体棒カバー５１をノズル３１に取り付け、反応部２１ａ内の磁性ビーズ５５を磁性体棒カバー５１の先端部に捕捉する。この段階において、磁性体棒４１及び磁性体棒カバー５１をノズル３１に取り付けるには、上述した駆動制御装置１０でノズル機構９を制御してノズル３１にディスポーザブルチップ３５を取り付ける動作と同様である。また、磁性体棒カバー５１は、磁性体棒４１をノズル３１の先端部３２に取り付けた後、ノズル３１の中途部３３に取り付ける。また、この段階では、磁性体棒４１及び磁性体棒カバー５１の先端部を反応部２１ａ内において回動，揺動若しくは上下動させることで、磁性体棒カバー５１の先端部に磁性ビーズ５５を確実に捕捉することができる。磁性体棒４１及び磁性体棒カバー５１の先端部を反応部２１ａ内において回動，揺動若しくは上下動させるには、駆動制御装置１０でノズル機構９を制御することで実施できる。
【００６４】
次に、図２３に示すように、駆動制御装置１０によってノズル機構９を駆動制御し、磁性ビーズ５５を捕捉した状態で、磁性体棒４１及び磁性体棒カバー５１の先端部を反応部２１ａから反応部２１ｂに移動させる。このとき、磁性体棒４１及び磁性体棒カバー５１は、カバー着脱機構２３に接触しないよう空間部２２内部を移動することとなる。
【００６５】
次に、図２４に示すように、駆動制御装置１０によってノズル機構９を駆動制御し、カバー着脱機構２３を利用して、磁性ビーズ５５を磁性体棒カバー５１の先端部から取り外す。磁性ビーズ５５を捕捉した状態で磁性体棒カバー５１を反応部２１ｂに挿入する工程から、磁性ビーズ５５を磁性体棒カバー５１の先端部から取り外す動作を図２５（ａ）〜（ｄ）に示す。
【００６６】
先ず、図２５（ａ）に示すように、駆動制御装置１０によってノズル機構９を駆動制御し、磁性体棒４１及び磁性体棒カバー５１を取り付けたノズル３１の先端を反応部２１ｂ内部に挿入する（Ｚ軸の下方向）。
【００６７】
次に、図２５（ｂ）に示すように、磁性体棒４１及び磁性体棒カバー５１を取り付けたノズル３１の先端を反応部２１ｂ内部から引き上げる（Ｚ軸の上方向）。
【００６８】
次に、図２５（ｃ）に示すように、磁性体棒カバー５１のフリンジ部５２がカバー着脱機構２３の上部押さえ板２４及び下部押さえ板２５の間に位置するまでノズル３１を引き上げ、切り欠き部２６に磁性体棒カバー５１を嵌め込むように移動させる（Ｙ軸方向）。この移動により、磁性体棒カバー５１のフリンジ部５２は、上部押さえ板２４及び下部押さえ板２５の間に挿入されるとともに係止されることとなる。なお、切り欠き部２６は、反応容器２を上方から見たときに反応部２１ａ〜２１ｄの開口部の内方に臨む位置に端面が位置するように形成されている。したがって、切り欠き部２６に磁性体棒カバー５１を嵌め込む動作において、磁性体棒カバー５１の周面が反応部２１ｂの側面に接触せず、安定して嵌め込むことができる。
【００６９】
次に、図２５（ｄ）に示すように、駆動制御装置１０によってノズル機構９を駆動制御し、ノズル３１を更に上方に引き上げる（Ｚ軸の上方向）。この引き上げ動作により、ノズル３１に取り付けられた磁性体棒カバー５１のフリンジ部５２上面が上部押さえ板２４により係止され、ノズル３１から磁性体棒カバー５１のみが離間することとなる。ノズル３１に取り付けられた磁性体棒４１は、ノズル３１とともに上方に引き上げられるため、磁性体棒カバー５１の先端に捕捉された磁性ビーズは先端から外れ、反応部２１ｂの底面へと沈降していく（図２４）。このように、カバー着脱機構２３を使用することによって、上記磁性体棒カバー５１の先端部が反応部２１ａ〜２１ｄに挿入された状態で、ノズル３１から磁性体棒カバー５１を取り外すとともに磁性体棒カバー５１を保持することができる。
【００７０】
以上のように、駆動制御装置１０によってノズル機構９を駆動制御するだけで、反応部２１ａ内の磁性ビーズ５５を反応部２１ｂへと移動させることができる。この動作では、反応部２１ａからの溶液の抜き取りといった工程が不要であり、非常に簡便に磁性ビーズ５５を移動できる。
【００７１】
なお、図２４に示した状態で、磁性ビーズ５５は、反応部２１ｂに分注された洗浄液により洗浄することができ、生物学的試料に由来するタンパク質等の不純物を磁性ビーズ５５の表面から除去することができる。この段階で、洗浄効果をより高めるため反応部２１ｂ内部の洗浄液を攪拌しても良い。反応部２１ｂの内部を攪拌するには、例えば、反応容器２の外部から磁界を周期的に印加することで磁性ビーズ５５を内部で移動させる方法、又は、ノズル３１に取り付けられた磁性体棒４１を取り外した後、カバー着脱機構２３に保持された磁性体棒カバー５１をノズル３１に再び装着し、磁性体棒カバー５１を反応部２１ｂ内部で回転若しくは揺動させる方法を使用することができる。なお、磁性体棒カバー５１をノズル３１に取り付ける動作は、図２５（ａ）〜（ｄ）に示した一連の動作の逆の動作を実施すればよい。
【００７２】
次に、図２６に示すように、反応部２１ｂにて洗浄された磁性ビーズ５５を再び磁性体棒カバー５１の先端に捕捉する。この段階は、図２２に示した段階と同様に、駆動制御装置１０によってノズル機構９を駆動制御することで実施できる。
【００７３】
次に、磁性体棒カバー５１の先端に捕捉した磁性ビーズ５５を反応部２１ｃにおいて２回目の洗浄を実施し（図示せず）、図２７に示すように、磁性体棒カバー５１の先端に捕捉された磁性ビーズ５５を溶離液が分注された反応部２１ｄへ移動させる。この段階は、図２３に示した段階と同様に、駆動制御装置１０によってノズル機構９を駆動制御することで実施できる。
【００７４】
次に、図２８に示すように、駆動制御装置１０によってノズル機構９を駆動制御し、カバー着脱機構２３を利用して、磁性ビーズ５５を磁性体棒カバー５１の先端部から取り外す。この段階は、図２５に示した段階と同様に、駆動制御装置１０によってノズル機構９を駆動制御することで実施できる。この段階では、磁性ビーズ５５の表面に吸着した核酸成分を溶離液中に溶離させることができる。
【００７５】
最後に、図２９に示すように、溶離液中の磁性ビーズ５５を、図２６に示した段階と同様に、磁性ビーズ４０を再び磁性体棒カバー５１の先端に捕捉する。そして、駆動制御装置１０による制御によりノズル機構９を廃棄物用容器８の上方に移動し、ノズル機構９又は廃棄物用容器８に取り付けられた取外し機構を作動させて、先端に磁性ビーズ５５を捕捉した状態で磁性体棒カバー５１を廃棄する。
【００７６】
以上で説明したように、核酸抽出装置を用いた核酸抽出方法では、磁性ビーズ５５を磁性体棒カバー５１の先端に捕捉して各反応部２１ａ〜２ｌｄへと移動させている。チップを用いて磁性ビーズ５５を含む溶液から不要な溶液を吸引したり、必要な溶液を吐出する従来の方法では、不要な溶液を吸引する際に磁性ビーズも一緒に吸引してしまう結果、磁性ビーズをロスしてしまうといった問題があった。しかし、上述した核酸抽出装置を用いた核酸抽出方法では、磁性ビーズ５５のロスといった問題が生ずることなく、抽出効率の高い核酸抽出処理を実現することができる。
【００７７】
さて、隣り合う磁石の同極同士が隣接するように、つまり磁石が反発しあうように磁石支持体４５に複数の磁石４４を固定した本発明の集磁構造４２を先端部に持つ磁性体棒４１で磁性ビーズ５５の捕捉を行った場合と、隣り合う磁石の異なる極が隣接する、つまり磁石が引きつけ合うように磁石支持体４５に複数の磁石４４を固定した集磁構造を先端部に持つ磁性体棒４１で磁性ビーズ５５の捕捉を行った場合の、磁性ビーズ５５の捕捉の効率を比較した結果を図３０に示す。東洋紡社製の核酸抽出試薬を用い、カオトロピック剤を含む核酸抽出試薬１ミリリットル中に、核酸抽出に用いる磁性ビーズ５０マイクロリットルを加えて、本発明による核酸抽出装置を用いて磁性ビーズの捕捉実験を行った。溶液の濁度（波長６００ｎｍでの吸光度）を測定し、磁性ビーズを加える前の溶液の濁度と捕捉実施前の濁度とを基準として磁性ビーズの残存率を算出した。グラフ中、丸のプロットが本発明の隣り合う磁石の同極同士が隣接するように固定した集磁構造を用いた結果であり、四角のプロットが隣り合う磁石の異なる極が隣接するように固定した集磁構造を用いた結果である。同極同士が隣接するように固定した集磁構造が２５秒程度の集磁時間で溶液中の磁性ビーズをほとんど捕捉できているのに対し、異なる極同士が隣接するように固定した集磁構造は、同じ集磁時間では半分程度しか磁性ビーズを捕捉できていない。
【００７８】
核酸抽出処理で使用する試薬量は高々数ミリリットルであるため、反応容器２の反応部２１ａ〜２１ｄもせいぜい内径１０mm程度と限られた大きさになる。それ故、反応部に挿入される磁性体棒カバー５１や、磁性体棒カバー内で使用する磁性体棒４１はそれよりも小さな径にならざるを得ず、結果として磁石４４の大きさも限られたものになる。また、溶液中の磁性ビーズを捕捉することから、集磁構造４２は溶液高さよりも低くする必要がある。このような制限によって磁石は小さなものを使用せざるを得ないが、本発明による核酸抽出装置では小さな磁石であっても配置方法で磁性ビーズの捕捉効率を向上させることができる。
【００７９】
さらに、核酸抽出装置では反応部２１ａ〜２１ｄの内部を攪拌して、磁性ビーズと核酸成分の吸着効率や、不要成分の洗浄効率を高めることができる。攪拌を効果的に行うために、図３１（ａ），図３１（ｂ）に示すように、反応部２１ａ（２１ｃ〜２１ｄも同様）の内径ｙ１と磁性体棒カバー５１の外径ｘの比が、ｘ／ｙ１＞０.５となるようにすることで、磁性体棒カバーを反応部２１ａに挿入する前の液面高さｚ０と、磁性体棒カバーを反応部２１ａに挿入した後の液面高さｚ１の変化を大きくすることができ、攪拌を効果的に行うことができる。これは、駆動制御装置１０でノズル機構９を制御してノズル３１に取り付けた磁性体棒カバー５１を反応部２１ａ〜２１ｄに出し入れするだけで溶液面が上下し、結果として反応部２１ａ〜２１ｄ内部の溶液を攪拌できるためである。一方、図３１（ｃ），図３１（ｄ）に示すように、反応部２１ａ（２１ｃ〜２１ｄも同様）の内径ｙ２と磁性体棒カバー５１の外径ｘの比が、ｘ／ｙ２≦０.５の場合は、磁性体棒カバーを反応部２１ａに挿入する前の液面高さｚ０と、磁性体棒カバーを反応部２１ａに挿入した後の液面高さｚ２の変化が小さく、駆動制御装置１０でノズル機構９を制御してノズル３１に取り付けた磁性体棒カバー５１を反応部２１ａ〜２１ｄに出し入れするだけでは溶液をじゅうぶん攪拌することができない。この場合は、駆動制御装置１０によってノズル機構９に攪拌のための制御を付加しなければならないことになる。以上のように、反応部２１ａ（２１ｃ〜２１ｄも同様）の内径ｙ２と磁性体棒カバー５１の外径ｘの比を工夫することで、駆動制御を簡便にでき、かつ処理速度を上げることが可能となる。
【符号の説明】
【００８０】
１ 載置台
２ 反応容器
３ 試薬ラック
４ 検体ラック
５ 磁性体棒ラック
６ カバーラック
７ チップラック
８ 廃棄物用容器
９ ノズル機構
１０ 駆動制御装置
２１ａ〜２１ｄ 反応部
２２ 空間部
２３ カバー着脱機構
２４ 上部押さえ板
２５ 下部押さえ板
２６ 切り欠き部
３１ ノズル
３２ 先端部
３３ 中途部
３５ ディスポーザブルチップ
３６，４３，５２ フリンジ部
４１，１４１ 磁性体棒
４２，１４２ 集磁構造
４４，１４４ 磁石
４４ａ 一番上の磁石
４４ｂ 中央の磁石
４４ｃ 一番下の磁石
４４ｄ 一番上の磁石の上面側の極
４４ｅ 一番上の磁石の下面側の極
４４ｆ 中央の磁石の上面側の極
４４ｇ 中央の磁石の下面側の極
４４ｈ 一番下の磁石の上面側の極
４４ｉ 一番下の磁石の下面側の極
４５，１４５ 磁石支持体
４６ 隣り合う磁石の磁極外周近傍
４７ 隣り合う磁石間の空隙
４８ 隣り合う磁石間の非磁性体
４９ 隣り合う磁石間の磁性体
４９ａ 上側磁性体の上面
４９ｂ 上側磁性体の下面
４９ｃ 上側磁性体の側面
４９ｄ 下側磁性体の上面
４９ｅ 下側磁性体の下面
４９ｆ 下側磁性体の側面
５１ 磁性体棒カバー
５５ 磁性ビーズ
６１ カバー保持部
６２ 側面
１４４ａ 磁石の磁石支持体底面側の極
１４４ｂ 磁石の磁石支持体開口側の極
１４４ｃ 磁石側面
１４４ｄ 磁石の磁石支持体開口側端部
１４４ｅ 磁石直径
１４４ｆ 磁石長さ
１４４ｇ 磁石の磁石支持体開口側端部切除部
１４５ａ 磁石支持体の窪み底面
１４５ｂ 磁石支持体の窪み開口部
１４５ｃ 磁石支持体の窪み内壁
１４５ｄ 磁石支持体の窪み開口部内壁端部
１４５ｅ 磁石支持体の窪み内径
１４５ｇ 磁石支持体の窪み開口部内壁端部切除部
１４６ 空隙
１４６ａ 空隙が大きい部位
１４６ｂ 空隙が小さい部位
１４７ 非磁性体
ｘ 磁性体棒カバー外径
ｙ１，ｙ２ 反応部内径
ｚ０，ｚ１，ｚ２ 液面高さ
ｄ１ 一番上の磁石の外径
ｄ２ 中央の磁石の外径
ｄ３ 一番下の磁石の外径
【技術分野】
【０００１】
本発明は、細胞，細菌，ウイルス等を含む試料から、磁性ビーズまたは磁化可能なビーズを用いて核酸（ＤＮＡもしくはＲＮＡ）やタンパク質等の生物学的分子に対して、抽出，分離，精製等に関連する各種処理を実行する核酸抽出装置の集磁構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
血液，血漿，組織片などの生物学的試料から核酸などの生物学的分子を分離もしくは精製することは、生物学，生化学，医学などの生命現象の研究だけでなく、診断や農作物の品種改良，食品検査といった産業において検査物質を得るための基本的で重要な操作である。特に核酸の検査はＤＮＡやＲＮＡを増幅できるＰＣＲ（Polymerasechain reaction）法が普及しているため、ＰＣＲ法で増幅可能な精製された核酸を分離，精製する要求は高まっている。さらにＰＣＲ法の他にも、ＮＡＳＢＡ（Nucleic Acid Sequence-Based Amplification）法，ＳＤＡ（strand displacement amplification）法，３ＳＲ（self-sustained sequence replication）法，ＴＭＡ（transcription-mediated amplification）法，Qbeta replicase amplification法，ＬＡＭＰ（loop-mediated isothermal amplification）法など様々な核酸増幅法が開発されたことから、核酸検査の応用範囲は広がってきており、生物学的試料から核酸を分離，精製する要求はますます高まっていくと考えられている。
【０００３】
生物学的試料からＤＮＡやＲＮＡなどの核酸を分離，精製する方法として、フェノール／クロロホルム抽出法が知られている。しかしこの方法は有害な有機溶剤の使用や煩雑な操作から作業者の負担が大きいものであった。そこで、上記問題点を解決するためにカオトロピック剤の存在下でシリカやガラス繊維などと核酸が結合する性質を利用した方法（例えば非特許文献１）が提案され、核酸抽出を行う自動装置も開発された（例えば特許文献１）。
【０００４】
自動装置で通常実施されている核酸分離，精製の流れは以下の（１）〜（６）の通りである。（１）カオトロピック剤や界面活性剤を含む溶液によって細胞を破砕し、溶液中に核酸を溶出させる。（２）シリカを表面にコーティングした磁性ビーズ（磁性シリカ粒子）を溶液に加え、混合することにより、粒子表面に核酸を吸着させる。（３）反応容器の外部から磁石を接近させ、磁性ビーズを反応容器に捕捉しつつ、タンパク質などの不要物を含む溶液をポンプなどを使用して除去する。（４）反応容器に洗浄液を加え、不要物を溶液中へ移動させる。（５）再び反応容器の外部から磁石を接近させ、磁性ビーズを反応容器に捕捉しつつ、不要物を含む溶液を除去する。（６）洗浄液除去後、磁性ビーズを減菌水または低塩濃度のバッファーを加え、磁性ビーズ表面から核酸を溶離させる。
【０００５】
上記（１）から（６）の工程での問題点は、ポンプなどに接続された液体吸引ラインにより細胞破砕に用いられる溶液や洗浄液を完全に除去することが難しいことである。細胞破砕に用いられる溶液に含まれるカオトロピック剤や界面活性剤，洗浄液に含まれるエタノールやイソプロパノールなどの薬剤は、ＰＣＲ法などの後に続く酵素反応を阻害する。そのため、なるべく除去することが望まれるが、排除後も同じ反応容器を使うため残存液が次の工程に持ち込まれてしまう問題があった。また、除去効率を上げようとするあまり磁性ビーズも排除してしまう問題がおこることもあった。
【０００６】
この問題を解決する方法として、磁性ビーズを反応容器の外側に配置した磁石や、液体吸引のための管の外側に配置した磁石ではなく、カバーで覆われた集磁構造を反応容器の内側に配置させて磁性ビーズを捕捉し、磁性体を別の反応容器へ移動させ、磁力を遮断したり弱めたりすることで新しい反応容器へ磁性ビーズを移動させて、実質的に溶液の交換を行う方法（特許文献２）が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特表２００３−５０４１９５号公報
【特許文献２】特開２００４−３３７１３７号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】Boom，R.，Sol，C. J. A. Salimans，M. M. M.，Jansen，C. L.，Wertheimvan Dillien，P. M. E.，and van der Noordaa，J.，J. C1in. Microbiol.，28，495-503 (1990)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ランニングコスト低減の観点から、試薬はできる限り少ない容量で実現することが望まれている。これを実現するためには、反応容器を小型化する必要がある。すると、集磁構造を反応容器の内側に配置させる場合は集磁構造が小型にならざるを得ない。集磁構造の磁力は、一般に大きければ大きい程磁力が大きいことから、集磁構造の小型化は磁力の低下を招く。高スループットを実現するためには、小型の集磁構造でも磁性ビーズを効率良く収集することができるよう、磁力を強化しなければならない問題があった。
【００１０】
本発明の目的は、小型化を図った集磁構造を用いて磁性ビーズを効率よく収集することができる、核酸抽出装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決する核酸抽出装置は、カオトロピック剤存在下でシリカコーティングされた磁性ビーズを捕捉する、同極同士が隣り合う複数の磁石からなる磁力体と、磁力体を覆う磁力体カバーを有する。また、別の核酸抽出装置は、カオトロピック剤存在下でシリカコーティングされた磁性ビーズを捕捉する磁力体と、磁力体を覆う磁力体カバーと、磁力体を支持する磁力体支持部を有し、該磁力支持部は窪みを有する磁性体から成り、前記該窪みに前記磁力体を支持する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る集磁構造体及びこれを使用した核酸抽出装置により、磁石近傍の磁力線密度を大きくし、磁性ビーズの捕捉を効率的に実施でき、核酸やタンパク質といった生物学的分子を効率的に回収することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明を適用した集磁構造及び集磁構造を有するノズルに着脱する磁性体棒の平面図である。
【図２】磁力線の分布を模式的に示す図である。
【図３】本発明を適用した集磁構造を示す平面図である。
【図４】本発明を適用した集磁構造を示す平面図である。
【図５】本発明を適用した集磁構造及び集磁構造を有するノズルに着脱する磁性体棒の平面図である。
【図６】磁力線の分布を模式的に示す図である。
【図７】本発明を適用した集磁構造を示す平面図である。
【図８】本発明を適用した集磁構造の偏心を示す平面図である。
【図９】本発明を適用した集磁構造を示す平面図である。
【図１０】本発明を適用した集磁構造を示す平面図である。
【図１１】本発明を適用した集磁構造を示す平面図である。
【図１２】本発明を適用した核酸抽出装置の一例を模式的に示す斜視図である。
【図１３】核酸抽出装置に使用される反応容器の斜視図である。
【図１４】反応容器の上面図である。
【図１５】反応容器の断面図である。
【図１６】核酸抽出装置におけるノズルの平面図である。
【図１７】ノズルに着脱するディスポーザブルチップの平面図である。
【図１８】ノズルに着脱する磁性体棒カバーの平面図である。
【図１９】核酸抽出装置におけるカバー着脱機構と反応容器とを示す斜視図である。
【図２０】本発明を適用した核酸抽出方法において反応容器に各種液体を分注する段階を示す反応容器の断面図である。
【図２１】本発明を適用した核酸抽出方法において反応容器に磁性ビーズを分注する段階を示す反応容器の断面図である。
【図２２】本発明を適用した核酸抽出方法において磁性ビーズを捕捉する段階を示す反応容器の断面図である。
【図２３】本発明を適用した核酸抽出方法において磁性ビーズを移動する段階を示す反応容器の断面図である。
【図２４】本発明を適用した核酸抽出方法において捕捉した磁性ビーズを取り外す段階を示す反応容器の断面図である。
【図２５】本発明を適用した核酸抽出方法において捕捉した磁性ビーズを取り外す段階のノズルとカバー着脱機構を示す要部斜視図である。
【図２６】本発明を適用した核酸抽出方法において磁性ビーズを捕捉する段階を示す反応容器の断面図である。
【図２７】本発明を適用した核酸抽出方法において磁性ビーズを溶離液に移動する段階を示す反応容器の断面図である。
【図２８】本発明を適用した核酸抽出方法において磁性ビーズを溶離液に浸漬する段階を示す反応容器の断面図である。
【図２９】本発明を適用した核酸抽出方法において溶離液中の磁性ビーズを回収する段階を示す反応容器の断面図である。
【図３０】本発明を適用した集磁構造を用いて磁性ビーズの捕捉実験を行った結果を示すグラフである。
【図３１】本発明を適用した磁性体棒カバーの外径と反応部内径の比による液面変化を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明に係る集磁構造及びこれを用いた核酸抽出装置，核酸抽出方法について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１５】
反応容器内部で動作するカバーに覆われた集磁構造を、複数の磁石の同極同士（Ｎ極とＮ極あるいはＳ極とＳ極）が隣り合うように磁石支持体に固定した集磁構造体を先端部に取り付けたものとする。このような集磁構造とすることで、磁性ビーズの集磁に寄与する磁力線を、隣り合う磁石の磁極外周近傍に集中させることができ、集磁構造体の体積増加を最小限に留めつつ、大きい磁力を発生させることが可能となる（第１の集磁構造）。
【００１６】
反応容器内部で動作するカバーに覆われた集磁構造を、磁石のＮ極あるいはＳ極どちらかの極を、窪みを有する円柱状あるいは多角柱状の磁性体からなる磁石支持体に固定し、窪みを有する磁石支持体の開口側の端面を、磁石の固定面とは反対側の極に近接させた集磁構造体を先端部に取り付けたものとする（第２の集磁構造）。このような集磁構造とすることで、磁性ビーズの集磁に寄与する磁力線を磁石支持体開口側に集中させることができ、集磁構造体の体積増加を最小限に留めつつ、磁力を３〜５倍に強化することが可能となる。
【００１７】
上記集磁構造体を先端部に取り付けた磁性チップ及び磁性チップの外周を覆う磁性チップカバーによって反応容器の複数の反応部の間で磁性ビーズを移動させると共に、磁性チップ，磁性チップカバー及び反応容器の複数の反応部に対して溶液を分注する分注チップが着脱可能なノズルを有するノズル機構を組み合わせることで、磁性ビーズのロスなく核酸抽出工程で用いる薬剤の残存量を低減させ、かつコンタミネーションを低減できる核酸抽出装置を実現することが可能となる。以下、具体的に説明する。
【００１８】
〔第１の集磁構造〕
図１は、本発明を適用した集磁構造の実施形態を示す平面図である。集磁構造４２は、磁性体棒４１の先端に形成されており、複数の円柱状の磁石４４ａ・４４ｂ・４４ｃ及びこれらの磁石４４ａ・４４ｂ・４４ｃを離間した状態で保持する磁石支持体４５とで構成される。複数の磁石４４ａ・４４ｂ・４４ｃは円柱長手方向（磁性体棒４１の長手方向）にその磁極を有しており、その同極同士（Ｎ極とＮ極あるいはＳ極とＳ極）が隣り合うように磁石支持体４５に固定されている。
【００１９】
図１では磁石が３個（一番上の磁石４４ａ，中央の磁石４４ｂ，一番下の磁石４４ｃ）固定された例が示されているが、磁石の数は複数であればよく、３個に限定されるものではない。一番上の磁石４４ａの上面側の極４４ｄがＳ極の場合、下面側の極４４ｅはＮ極となるため、中央の磁石４４ｂは上面側の極４４ｆがＮ極となるように配置（つまり下面側の極４４ｇがＳ極となる）し、一番下の磁石４４ｃは上面側の極４４ｈがＳ極となるように配置（つまり下面側の極４４ｉがＮ極となる）される。この結果、一番上の磁石４４ａと中央の磁石４４ｂの間ではＮ極同士が隣り合い、中央の磁石４４ｂと一番下の磁石４４ｃの間ではＳ極同士が隣り合うことになる。磁石支持体４５は非磁性体であり、複数の磁石が反発力によって移動しないようにしっかりと磁石（図１では３つの磁石４４ａ，４４ｂ，４４ｃ）を固定することができる。このような集磁構造とすることで、磁性ビーズの集磁に寄与する磁力線を、隣り合う磁石の磁極外周近傍４６に集中させることができ、集磁構造体の体積増加を最小限に留めつつ、大きい磁力を発生させることが可能となる。
【００２０】
図２（ａ）は、磁石４４単独での磁力線の分布を、図２（ｂ）は本発明の集磁構造における磁力線の分布を一番上の磁石４４ａの上面側の極４４ｄがＳ極である場合について模式的に示したものである。磁石４４が同じ材料，同じ大きさであれば、磁石から出る磁力線の本数は同じである。図２（ａ）の場合は、磁力線が空間に広く伸びるため、広範囲に渡って磁力の影響を及ぼすことが可能であるが、それに伴って磁束密度が小さくなるため、磁力は小さくなってしまう。一方、図２（ｂ）の場合は、隣り合う磁石の磁極外周近傍４６に集中させることができ、磁力の影響が及ぶ範囲は図２（ａ）の場合に比べて狭くなるものの、磁力の影響が及ぶ範囲において磁束密度を大きく、すなわち磁力を大きくすることが可能となる。本発明の集磁構造は、後に詳述する反応容器内の限られた領域で用いられるため、限られた範囲に磁力線を集中させる図２（ｂ）の磁力線分布の方が効率良く磁性ビーズを回収することが可能となる。
【００２１】
図１では、磁石４４及び磁石支持体４５の断面が円形である例を示したが、磁石４４及び磁石支持体４５の断面は多角形でも構わない。また、図１では磁石４４及び磁石支持体４５の断面が相似形の場合を示したが、必ずしも相似形に限定されるものではない。
【００２２】
さらに、図１は隣り合う３つの磁石４４ａ，４４ｂ，４４ｃの間が非磁性体である磁石支持体４５と同じ材料で充填された例を示したが、図３（ａ）に示すように隣り合う３つの磁石４４ａ，４４ｂ，４４ｃの間が空隙４７であっても、図３（ｂ）に示すように隣り合う３つの磁石４４ａ，４４ｂ，４４ｃの間が磁石支持体４５とは異なる材料である非磁性体４８であっても、あるいは図３（ｃ）に示すように隣り合う３つの磁石４４ａ，４４ｂ，４４ｃの間が磁性体４９であってもかまわない。
【００２３】
図２（ｃ）は隣り合う３つの磁石４４ａ，４４ｂ，４４ｃの間が空隙４７である場合の磁力線の分布を一番上の磁石４４ａの上面側の極４４ｄがＳ極である場合について模式的に示したものである。磁力線の分布は図２（ｂ）と似たものとなる。また、隣り合う３つの磁石４４ａ，４４ｂ，４４ｃの間が磁石支持体４５とは異なる材料である非磁性体４８の場合も、磁力線の分布は図２（ｂ）と似たものとなる。
【００２４】
図２（ｄ）は隣り合う３つの磁石４４ａ，４４ｂ，４４ｃの間が磁性体４９である場合の磁力線の分布を一番上の磁石４４ａの上面側の極４４ｄがＳ極である場合について模式的に示したものである。この場合、磁性体４９は誘導磁化により、上側磁性体の上面４９ａ及び下面４９ｂはＳ極、上側磁性体の側面４９ｃはＮ極、下側磁性体の上面４９ｄ及び下面４９ｅはＮ極、下側磁性体の側面４９ｆはＳ極に磁化されるため、磁性ビーズの回収に寄与する集磁構造４２の外側における磁束線分布はやはり図２（ｂ）と似たものとなる。
【００２５】
なお、反応部の溶液高さが極めて小さい場合には、集磁構造４２を液面高さよりも低くする必要性から、磁性体棒カバー５１の先端と集磁構造４２をできる限り近づける必要が生じる。磁性体棒カバー５１の先端が曲率を有する場合は、その曲率に応じて、図４に示すように３つの磁石４４ａ，４４ｂ，４４ｃのそれぞれの径ｄ１，ｄ２，ｄ３を、磁性体棒カバー５１の先端に向かうにつれてｄ１＞ｄ２＞ｄ３となるように小さくすることで、磁性体棒カバー５１の先端と集磁構造４２を近づけることが可能となる。
【００２６】
〔第２の集磁構造〕
図５は、本発明を適用した別の集磁構造の実施形態を示す平面図である。集磁構造１４２は、磁石１４４の先端に形成されており、円柱状の磁石１４４及び磁石支持体１４５とで構成される。磁石支持体１４５は開口部１４５ｂ，内壁１４５ｃ，底面１４５ａで構成される窪みを有する磁性体であり、その内部に磁石１４４が格納される。磁石支持体１４５の窪み内径１４５ｅは磁石１４４の直径１４４ｅよりも大きく、磁石側面１４４ｃと磁石支持体の窪み内壁１４５ｃの間には空隙１４６が形成される。磁石１４４は円柱長手方向にその磁極を有しており、その磁石支持体底面側の極１４４ａは磁石支持体の窪み底面１４５ａに固着される。なお、磁石１４４のもう一方の極である磁石支持体開口側の極１４４ｂは、その端部１４４ｄが、磁石支持体１４５の開口部内壁端部１４５ｄに近接するように、磁石１４４の長さ１４４ｆを設計しておく。もちろん、磁石１４４の長さを基準にして磁石支持体１４５の窪みの深さを合わせ込んでも構わない。このような構造にすることで、磁石支持体開口部１４５ｂの極が磁石支持体底面側の極１４４ａと同極になり、磁力線を磁石支持体の窪み開口部１４５ｂに集中させることができ、磁力を３〜５倍に強化することが可能となる。
【００２７】
図６（ａ）は、磁石１４４単独での磁力線の分布を、図６（ｂ）は本発明の第２の集磁構造における磁力線の分布を磁石の磁石支持体底面側の極１４４ａがＳ極、磁石の磁石支持体開口側の極１４４ｂがＮ極である場合について模式的に示したものである。磁石１４４が同じ材料，同じ大きさであれば、磁石から出る磁力線の本数は同じである。図６（ａ）の場合は、磁力線が空間に広く伸びるため、広範囲に渡って磁力の影響を及ぼすことが可能であるが、それに伴って磁束密度が小さくなるため、磁力は小さくなってしまう。一方、図６（ｂ）の場合は、磁石支持体の窪み開口部１４５ｂに磁力線を集中させることができ、磁力の影響が及ぶ範囲は図６（ａ）の場合に比べて狭くなるものの、影響が及ぶ範囲において磁束密度を大きく、すなわち磁力を大きくすることが可能となる。本発明の集磁構造は、後に詳述する反応容器内の限られた領域で用いられるため、限られた範囲に磁力線を集中させる図６（ｂ）の磁力線分布の方が効率良く磁性ビーズを回収することが可能となる。
【００２８】
図５では、磁石１４４及び磁石支持体１４５の断面が円形である例を示したが、磁石１４４及び磁石支持体１４５の断面は多角形でも構わない。一例として、図７に磁石１４４及び磁石支持体１４５の断面が方形である例を示した。また、図５及び図７は磁石１４４及び磁石支持体１４５の断面が相似形である場合を示したが、必ずしも相似形に限定されるものではない。
【００２９】
ところで、磁石支持体１４５の内部に空隙１４６を介して磁石１４４を格納する場合、図８に示すように、磁石１４４と磁石支持体１４５が同心状には配列せず、磁石１４４が偏心して磁石支持体１４５に接触し、空隙１４６が場所によって不均一になってしまう場合がある。
【００３０】
図６（ｃ）は本発明の集磁構造において、磁石１４４が偏心した場合の磁力線の分布を、磁石の磁石支持体底面側の極１４４ａがＳ極、磁石の磁石支持体開口側の極１４４ｂがＮ極である場合について模式的に示したものである。図６（ｂ）のように、磁石に偏心が無い場合と比較すると、空隙が大きくなった部位１４６ａでは磁力線の空間への広がりが大きくなり、磁束密度が小さくなる。しかし、図６（ａ）の磁石１４４単独の場合よりも磁束密度は大きいため、磁性ビーズの回収効率を高めることができる。
【００３１】
一方、空隙が小さい部位１４６ｂでは磁束密度が大きくなるものの、磁力線の空間への広がりが小さくなり、ほとんど磁性ビーズの回収に寄与できなくなる恐れがある。一般に、磁石１４４や磁石支持体１４５などの機械加工部品は、面取りと呼ばれる端部切除処理が施されるため、図８に示すように端部を拡大すると、磁石の磁石支持体開口側端部１４４ｄ及び磁石支持体の窪み開口部内壁端部１４５ｄにはそれぞれの切除部１４４ｇ，１４５ｇがあり、磁石の磁石支持体開口側端部１４４ｄと磁石支持体の窪み開口部内壁端部１４５ｄは直接接触しない。磁石の磁石支持体開口側端部１４４ｄ及び磁石支持体の窪み開口部内壁端部１４５ｄの切除部１４４ｇ，１４５ｇを大きくすれば、磁石１４４が偏心しても磁力線をある程度近傍の空間に広げることができる。したがって、空隙の小さい部位１４６ｂでも、切除部を設けることで磁性ビーズの回収効率を高めることが可能となる。図８では磁石の磁石支持体開口側端部１４４ｄ及び磁石支持体の窪み開口部内壁端部１４５ｄを４５度の角度で直線状に切除した例を示したが、切除部の形状はこれに限定されるものではない。
【００３２】
以上のように、磁石１４４と磁石支持体１４５が偏心しても本発明の効果は得られるものであるが、磁力を最も効率的に強化するためには空隙１４６が均一であることが望ましい。図９は、磁石１４４と磁石支持体１４５の偏心という課題を解決するために空隙１４６を非磁性体１４７で充填した集磁構造の実施形態である。非磁性体１４７は、中空円筒状のものを空隙に挿入しても構わないし、磁石１４４を磁石支持体１４５の内部に格納した後に液状の樹脂などを流し込んで固化させても構わない。このような構造にすることで、空隙の均一化が図れ、磁力を効率よく強化することが可能となる。
【００３３】
また磁石１４４が極めて小さい場合には、窪みを有する円柱状あるいは多角柱状の磁性体からなる磁石支持体１４５を作成したり、その内部に磁石１４４を格納したりすることが困難になる場合がある。このような場合には、磁石支持体１４５を、図１０に示すように板状の磁性体を折り曲げて作成しても構わないし、もっと簡単に、図１１に示すように、折り曲げ箇所を２箇所としても構わない。磁石支持体１４５を図１１のような形状にすれば、磁石１４４は磁石支持体１４５の側方から挿入して格納することが可能となり、より安価な集磁構造１４２を実現することができる。なお、図５に示す磁石支持体１４５は、断面が全周に渡って完全に閉じていないものでもよい。
【００３４】
さて、本発明の集磁構造を有する核酸抽出装置は、図１２に示すように、載置台１の一面における所定の位置に複数の反応容器２を取り付け、反応容器２を用いて生物学的試料に対して様々な処理を実施するものである。核酸抽出装置は、載置台１と、複数の試薬瓶を収容できる試薬ラック３と、処理対象の生物学的試料を充填した試料容器を収容できる検体ラック４と、複数の磁性体棒を収容した磁性体棒ラック５と、複数の磁性体棒カバーを収容したカバーラック６と、複数のディスポーザブルチップを収容したチップラック７と、廃棄物を捨てるための廃棄物用容器８と、載置台１の一面に対向する位置において移動自在に配置されたノズル機構９と、ノズル機構９の移動及び位置決めを制御する駆動制御装置１０とを備えている。また、図示しないが、核酸抽出装置は、処理条件や生物学的試料に関する情報、その他の各種情報を入力するためのコンピュータを備えている。
【００３５】
ここで、生物学的試料とは、特に限定されないが、ヒトを含む動物から採取された血液，血漿，血清，組織片，体液及び尿といった生体試料；動物細胞，植物細胞及び昆虫細胞といった細胞；細菌，真菌及び藻類等の微生物；ウイルス（ウイルス感染細胞を含む）を包含する意味である。また、生物学的試料とは、これら細胞，微生物及びウイルスを培養した培養液、これら細胞，微生物及びウイルスを懸濁した懸濁液を含む意味である。また、これら生物学的試料には、核酸抽出装置による分離抽出や精製の対象となる生物学的分子が含まれている。ここで、生物学的分子とは、ＤＮＡやＲＮＡ等の核酸，酵素や抗体等のタンパク質，ペプチド断片を意味する。なお、核酸抽出装置は、分離抽出や精製の対象を核酸やタンパク質，ペプチド断片に限定するものではなく、細胞や微生物が産生する化合物（有機化合物や低分子化合物を含む）を生物学的分子として分離抽出や精製の対象とすることができる。
【００３６】
核酸抽出装置において反応容器２は、図１３〜図１５に示すように、全体が略箱型を呈しており、内部に各種試薬を分注するための複数の反応部２ｌａ〜２ｌｄを有している。複数の反応部２ｌａ〜２ｌｄは、所定の容積となるように窪み部として形成されている。なお、本例では、反応部２１ｄは、反応部２１ａ〜２ｌｃの容積よりも小となるように、浅い窪み部として形成されている。なお、反応容器２において、反応部の数及び各反応部の容積は特に限定されず、生物学的試料に対する処理の内容に応じて適宜設定することができる。また、核酸抽出装置には、生物学的試料に対する処理の内容に応じて、反応部の数や各反応部の容積が異なる種類の反応容器２を取り付けることができる。
【００３７】
また、反応容器２は、複数の反応部２ｌａ〜２ｌｄにおける開口端の上方に、側壁によって固まれた空間部２２を有している。すなわち、反応容器２は、四方の側壁と複数の反応部２ｌａ〜２ｌｄの開口端が臨む一面とから構成される空間部２２を有している。さらに、反応容器２は、ノズル機構９に取り付けられた磁性体棒カバーを着脱するためのカバー着脱機構２３を備えている。
【００３８】
カバー着脱機構２３は、磁性体棒カバーを保持するための上部押さえ板２４及び下部押さえ板２５を有している。上部押さえ板２４及び下部押さえ板２５は、所定の間隔をもって互いに略平行に配置されている。また、上部押さえ板２４及び下部押さえ板２５には、複数の反応部２ｌａ〜２ｌｄのそれぞれに対向し、磁性体棒カバーの外形寸法に合わせた形状の切り欠き部２６が形成されている。切り欠き部２６は、反応容器２を上方から見たときに反応部２ｌａ〜２ｌｄの開口部の内方に臨む位置に端面が位置するように形成されている。
【００３９】
核酸抽出装置においてノズル機構９は、図１６に示すようなノズル３１を１つあるいは複数備えている。ノズル機構９は、少なくとも反応容器２の数以上の数のノズル３１を備えている。言い換えれば、核酸抽出装置において、ノズル３１の個数以下の反応容器２を配設することができる。より具体的には、ノズル３１は例えば８連〜１２連程度までの並列化が可能である。ノズル３１を並列化することで、単位時間当たりの処理能力（スループット）を向上させることが可能となる。
【００４０】
ノズル３１は、図示しないが、内部が筒状となっておりポンプ手段等の吸引・吐出駆動装置と接続されている。ノズル３１は、最も小径の先端部３２，先端部３２よりも大径の中途部３３を有している。
【００４１】
ノズル３１の先端部３２には、図１７に示すディスポーザブルチップ３５及び図１に示す磁性体棒４１を選択的に装着することができる。以下、説明の便宜上、図１に示す磁性体棒４１を例に挙げて説明するが、図５に示す磁性体棒１４１でも良い。ディスポーザプルチップ３５及び磁性体棒４１は、それぞれ基端部の内径がノズル３１の先端部３２とほぼ同径となっており、また先端に向かって小径となるような形状となっている。よって、ディスポーザブルチップ３５及び磁性体棒４１は、基端部からノズル３１の先端部３２を挿入することでノズル３１に嵌め込むことができる。
【００４２】
また、ディスポーザブルチップ３５は、基端部にフリンジ部３６を有している。磁性体棒４１は、先端に本発明の集磁構造４２を有しており、基端部にフリンジ部４３を有している。
【００４３】
一方、ノズル３１の中途部３３には、図１８に示す磁性体棒カバー５１を装着することができる。磁性体棒カバー５１は、基端部の内径がノズル３１の中途部３３とほぼ同径となっており、また先端に向かって小径となるような形状となっている。よって、磁性体棒カバー５１は、基端部からノズル３１の中途部を挿入することでノズル３１に嵌め込むことができる。また、磁性体棒カバー５１は、基端部にフリンジ部５２を有している。
【００４４】
なお、これらディスポーザブルチップ３５，磁性体棒４１（磁石４４を除く部分）及び磁性体棒カバー５１は、ポリエチレン，ポリプロピレン，ポリカーボネートなどの樹脂を使用して作製することができる。
【００４５】
なお、ノズル機構９は、図示しないが、先端部３２や中途部３３に取り付けられたディスポーザブルチップ３５，磁性体棒４１及び磁性体棒カバー５１を取り外すための取外し機構を備えていることが好ましい。取外し機構としては、例えば、ディスポーザブルチップ３５のフリンジ部３６，磁性体棒４１のフリンジ部４３及び磁性体棒カバー５１のフリンジ部５２を下方に押し下げる押圧部を採用することができる。
【００４６】
核酸抽出装置において試薬ラック３は、複数の試薬瓶を収容できる箱形を呈している。試薬ラック３には、生物学的試料に対して実施する具体的な処理内容によって異なる試薬瓶を収容することができる。例えば、生物学的試料から核酸成分を抽出する処理を実施する場合には、カオトロピック剤を含有する溶液の試薬瓶，洗浄液の試薬瓶，溶離液の試薬瓶等を試薬ラック３に収容することができる。また試薬ラック３には、同種の試薬瓶がノズル機構９に備わった複数のノズル３１の数と同数収容されていてもよい。この場合、同種の試薬瓶は、複数のノズル３１の間隔と合致するように配置される。
【００４７】
核酸抽出装置において検体ラック４は、異なる又は同一の生物学的試料を充填した複数の検体チューブを収容できる箱形を呈している。検体ラック４には、複数の検体チューブが複数のノズル３１の間隔と合致するように配置される。
【００４８】
核酸抽出装置において磁性体棒ラック５は、図１に示した複数の磁性体棒４１を収容する複数の開口部を有している。この開口部は、磁性体棒４１の外径よりやや大であり、且つフリンジ部４３よりやや小となる径を有している。また、これら複数の開口部は、複数のノズル３１の間隔と合致するように配置されている。すなわち、複数の開口部の中心間隔が複数のノズル３１の先端部の中心間隔と略等しくなるよう、ノズルと同数又はその倍数の開口部が並列し、複数段にわたってこれら開口部の列が形成されている。
【００４９】
核酸抽出装置においてカバーラック６は、図１８に示した複数の磁性体棒カバー５１を収容する複数の開口部を有している。この開口部は、磁性体棒カバー５１の外径よりやや大であり、且つフリンジ部５２よりやや小となる径を有している。また、これら複数の開口部は、複数のノズル３１の間隔と合致するように配置されている。すなわち、複数の開口部の中心間隔が複数のノズル３１の先端部の中心間隔と略等しくなるよう、ノズルと同数又はその倍数の開口部が並列し、複数段にわたってこれら開口部の列が形成されている。
【００５０】
核酸抽出装置においてチップラック７は、図１７に示した複数のディスポーザブルチップ３５を収容する複数の開口部を有している。この開口部は、ディスポーザブルチップ３５の外径よりやや大であり、且つフリンジ部３６よりやや小となる径を有している。また、これら複数の開口部は、複数のノズル３１の間隔と合致するように配置されている。すなわち、複数の開口部の中心間隔が複数のノズル３１の先端部の中心間隔と略等しくなるよう、ノズルと同数又はその倍数の開口部が並列し、複数段にわたってこれら開口部の列が形成されている。
【００５１】
核酸抽出装置において廃棄物用容器８は、使用済みのディスポーザブルチップ３５，磁性体棒４１及び磁性体棒カバー５１や、処理後の生物学的試料，洗浄液等を廃棄する容器であり箱形を呈している。なお、廃棄物用容器８は、図示しないが、ノズル３１の先端部３２や中途部３３に取り付けられたディスポーザブルチップ３５、及び磁性体棒カバー５１を取り外すための取外し機構を備えていることが好ましい。取外し機構としては、例えば、ディスポーザブルチップ３５のフリンジ部３６及び磁性体棒カバー５１のフリンジ部５２に当接し、ノズル３１を上方に駆動することでこれらフリンジ部３６及び５２を下方に押し下げる押圧板を採用することができる。なお、取外し機構は、ノズル機構９及び廃棄物用容器８のうちいずれか一方に備わっていればよい。
【００５２】
核酸抽出装置において駆動制御装置１０は、図示しないが、モータ等の動力源、動力源からの動力を伝達するギア機構及びアーム等からなる駆動機構と、上述したノズル機構９を図１２中のＸ軸，Ｙ軸及びＺ軸に沿って移動及びＺ軸を中心として回動させる制御信号を当該駆動機構に出力する制御基板とを備えている。なお、制御基板には、図示しないコンピュータで操作者が設定した各種条件が入力される。
【００５３】
ところで、本発明は、上述した構成の核酸抽出装置に限定されるものではない。上述した核酸抽出装置は、カバー着脱機構２３を有する反応容器２を載置台１に取り付ける構成であった。しかしながら、核酸抽出装置は、反応容器２を取り付ける位置にカバー脱着機構２３を備えてもよい。すなわち、核酸抽出装置がカバー着脱機構２３を有する構成であってもよい。具体的には、図１９に示すように、核酸抽出装置は、載置台１の一面における反応容器２を取り付ける位置に、カバー脱着機構２３を備えるカバー保持部６１を備えている。カバー保持部６１は、断面Ｌ字状の一対の側面６２と、一対の側面６２により所定の高さに位置するカバー脱着機構２３とから構成されている。カバー保持部６１は、図示しないが、載置台１に対して着脱自在となるような機構を有していても良い。また、カバー保持部６１を有する核酸抽出装置においては、カバー脱着機構２３を有しない以外は同様な構成を有する反応容器２を使用する。また、核酸抽出装置は、複数の反応容器２を取り付ける場合、各反応容器２に対応する複数のカバー保持部６１を備えることとなる。
【００５４】
また、カバー保持部６１は、カバー脱着機構２３を上下方向（図１２に示したＺ軸方向）に移動，位置決めできるように構成しても良い。この場合、一対の側面６２の互いに対向する面に、上下方向に平行な複数の凹溝を形成し、凹溝に沿ってカバー脱着機構２３を上下方向に移動させることができる。また、この場合、カバー脱着機構２３を一対の側面６２に固定するため、ピン等の固定手段を有していることが好ましい。
【００５５】
以上のように構成された核酸抽出装置は、生物学的試料に対する様々な処理を実施することができる。以下では、生物学的試料から核酸成分を抽出する処理を実施する形態を例として核酸抽出装置を説明する。具体的には、核酸抽出装置は、核酸及びその他の不純物を含有する試料にカオトロピック剤存在下でシリカコーティングされた磁性ビーズを混合し、当該磁性ビーズの表面へ核酸を吸着させ、核酸を吸着した磁性ビーズを分離し、洗浄した後に磁性ビーズから核酸を溶離する核酸抽出を実施する。
【００５６】
より具体的には、先ず、図２０に示すように、反応部２１ａに処理対象の生物学的試料とカオトロピック剤や界面活性剤を含む溶液、反応部２１ｂ及び２１ｃに洗浄液、反応部２１ｄに溶離液を分注する。これら溶液を反応部２１ａ〜２ｌｄに分注する際には、ノズル機構９のノズル３１にディスポーザブルチップ３５を取り付ける。ディスポーザブルチップ３５をノズル３１に取り付けるには、先ず、駆動制御装置１０による制御によりノズル機構９を、チップラック７に収容されたディスポーザブルチップ３５の基端部の中心とノズル３１の先端部３２とが正確に対向する位置に移動させる（Ｘ軸及びＹ軸方向の移動）。次に、駆動制御装置１０による制御によりノズル機構９を下方（Ｚ軸）に移動させることによって、ノズル３１の先端部３２にディスポーザブルチップ３５を取り付けることができる。以上の一連の動作により、ノズル機構９が有する複数のノズル３１の全てにディスポーザブルチップ３５を取り付けることができる。
【００５７】
そして、ディスポーザブルチップ３５を取り付けた状態で、駆動制御装置１０による制御によりノズル機構９を試薬ラック３の上方に移動し、試薬瓶の内部にディスポーザブルチップ３５の先端を挿入し、図示しないポンプ手段等の吸引・吐出駆動装置により所定量の溶液を吸引する。このとき、所定の試薬瓶をノズル３１の数と同数準備して試薬ラックに並列させることで、複数のディスポーザブルチップ３５の全てに同時に溶液を吸引することができる。
【００５８】
その後、駆動制御装置１０による制御によりノズル機構９を反応容器２の上方に移動し、ディスポーザブルチップ３５の先端を所定の反応部２１ａ〜２ｌｄ上に位置決めする。この状態で吸引・吐出駆動装置が作動し、ディスポーザブルチップ３５に吸引した溶液を所定の反応部２１ａ〜２ｌｄ内に分注することができる。溶液を分注し終わると、駆動制御装置１０による制御によりノズル機構９を廃棄物用容器８の上方に移動し、ノズル機構９又は廃棄物用容器８に取り付けられた取外し機構を作動させて、使用済みのディスポーザブルチップ３５を廃棄する。
【００５９】
以上の一連の動作は、洗浄液や溶離夜，カオトロピック剤や界面活性剤を含む溶液を分注する際に共通する動作である。なお、生物学的試料の分注については、検体ラック４に収容された検体チューブから所定量の生物学的試料を吸引する以外は、以上の一連の動作により実施される。また、洗浄液，溶離液，生物学的試料及びカオトロピック剤や界面活性剤を含む溶液を分注する際には、それぞれ異なるディスポーザブルチップ３５が使用される。
【００６０】
次に、図２１に示すように、処理対象の生物学的試料が分注された反応部２１ａに対して、シリカコーティングされた磁性ビーズ５５を分注する。なお、磁性ビーズ５５は、予め反応部２１ａに分注されていても良いし、磁性ビーズを分散した溶液を上述したノズル機構９の動作と同様にして、反応部２１ａに分注しても良い。また、図２０に示した段階で生物学的試料を分注したが、生物学的試料は磁性ビーズ５５とともに或いは順次この段階で分注されても良い。
【００６１】
ここで、磁性ビーズ５５とは、例えば、バイオテクノロジーの分野で従来使用されている磁性体としての特徴を有するビーズであれば如何なる材質，形状及び粒径のものを使用することができる。また、核酸抽出装置において核酸抽出処理を実施する場合は、核酸吸着能を有する磁性ビーズ５５を使用する。核酸吸着能は、磁性体からなるビーズの表面をシリカコーティングすることによって付与することができる。
【００６２】
この段階では、反応部２１ａにカオトロピック剤が存在するため、生物学的試料に含まれていた核酸成分がシリカコーティングされた磁性ビーズ５５の表面に吸着する。また、この段階では、反応部２１ａの内部を攪拌しても良い。反応部２１ａの内部を攪拌するには、例えば、反応容器２の外部から磁界を周期的に印加することで磁性ビーズ５５を内部で移動させる方法、又は、ノズル３１にディスポーザブルチップ３５や磁性体棒カバー５１を取り付け、駆動制御装置１０でノズル機構９を制御してノズル３１に取り付けたディスポーザプルチップ３５や磁性体棒カバー５１を反応部２１ａ内部で回転若しくは揺動させる方法を使用することができる。
【００６３】
次に、図２２に示すように、磁性体棒４１及び磁性体棒カバー５１をノズル３１に取り付け、反応部２１ａ内の磁性ビーズ５５を磁性体棒カバー５１の先端部に捕捉する。この段階において、磁性体棒４１及び磁性体棒カバー５１をノズル３１に取り付けるには、上述した駆動制御装置１０でノズル機構９を制御してノズル３１にディスポーザブルチップ３５を取り付ける動作と同様である。また、磁性体棒カバー５１は、磁性体棒４１をノズル３１の先端部３２に取り付けた後、ノズル３１の中途部３３に取り付ける。また、この段階では、磁性体棒４１及び磁性体棒カバー５１の先端部を反応部２１ａ内において回動，揺動若しくは上下動させることで、磁性体棒カバー５１の先端部に磁性ビーズ５５を確実に捕捉することができる。磁性体棒４１及び磁性体棒カバー５１の先端部を反応部２１ａ内において回動，揺動若しくは上下動させるには、駆動制御装置１０でノズル機構９を制御することで実施できる。
【００６４】
次に、図２３に示すように、駆動制御装置１０によってノズル機構９を駆動制御し、磁性ビーズ５５を捕捉した状態で、磁性体棒４１及び磁性体棒カバー５１の先端部を反応部２１ａから反応部２１ｂに移動させる。このとき、磁性体棒４１及び磁性体棒カバー５１は、カバー着脱機構２３に接触しないよう空間部２２内部を移動することとなる。
【００６５】
次に、図２４に示すように、駆動制御装置１０によってノズル機構９を駆動制御し、カバー着脱機構２３を利用して、磁性ビーズ５５を磁性体棒カバー５１の先端部から取り外す。磁性ビーズ５５を捕捉した状態で磁性体棒カバー５１を反応部２１ｂに挿入する工程から、磁性ビーズ５５を磁性体棒カバー５１の先端部から取り外す動作を図２５（ａ）〜（ｄ）に示す。
【００６６】
先ず、図２５（ａ）に示すように、駆動制御装置１０によってノズル機構９を駆動制御し、磁性体棒４１及び磁性体棒カバー５１を取り付けたノズル３１の先端を反応部２１ｂ内部に挿入する（Ｚ軸の下方向）。
【００６７】
次に、図２５（ｂ）に示すように、磁性体棒４１及び磁性体棒カバー５１を取り付けたノズル３１の先端を反応部２１ｂ内部から引き上げる（Ｚ軸の上方向）。
【００６８】
次に、図２５（ｃ）に示すように、磁性体棒カバー５１のフリンジ部５２がカバー着脱機構２３の上部押さえ板２４及び下部押さえ板２５の間に位置するまでノズル３１を引き上げ、切り欠き部２６に磁性体棒カバー５１を嵌め込むように移動させる（Ｙ軸方向）。この移動により、磁性体棒カバー５１のフリンジ部５２は、上部押さえ板２４及び下部押さえ板２５の間に挿入されるとともに係止されることとなる。なお、切り欠き部２６は、反応容器２を上方から見たときに反応部２１ａ〜２１ｄの開口部の内方に臨む位置に端面が位置するように形成されている。したがって、切り欠き部２６に磁性体棒カバー５１を嵌め込む動作において、磁性体棒カバー５１の周面が反応部２１ｂの側面に接触せず、安定して嵌め込むことができる。
【００６９】
次に、図２５（ｄ）に示すように、駆動制御装置１０によってノズル機構９を駆動制御し、ノズル３１を更に上方に引き上げる（Ｚ軸の上方向）。この引き上げ動作により、ノズル３１に取り付けられた磁性体棒カバー５１のフリンジ部５２上面が上部押さえ板２４により係止され、ノズル３１から磁性体棒カバー５１のみが離間することとなる。ノズル３１に取り付けられた磁性体棒４１は、ノズル３１とともに上方に引き上げられるため、磁性体棒カバー５１の先端に捕捉された磁性ビーズは先端から外れ、反応部２１ｂの底面へと沈降していく（図２４）。このように、カバー着脱機構２３を使用することによって、上記磁性体棒カバー５１の先端部が反応部２１ａ〜２１ｄに挿入された状態で、ノズル３１から磁性体棒カバー５１を取り外すとともに磁性体棒カバー５１を保持することができる。
【００７０】
以上のように、駆動制御装置１０によってノズル機構９を駆動制御するだけで、反応部２１ａ内の磁性ビーズ５５を反応部２１ｂへと移動させることができる。この動作では、反応部２１ａからの溶液の抜き取りといった工程が不要であり、非常に簡便に磁性ビーズ５５を移動できる。
【００７１】
なお、図２４に示した状態で、磁性ビーズ５５は、反応部２１ｂに分注された洗浄液により洗浄することができ、生物学的試料に由来するタンパク質等の不純物を磁性ビーズ５５の表面から除去することができる。この段階で、洗浄効果をより高めるため反応部２１ｂ内部の洗浄液を攪拌しても良い。反応部２１ｂの内部を攪拌するには、例えば、反応容器２の外部から磁界を周期的に印加することで磁性ビーズ５５を内部で移動させる方法、又は、ノズル３１に取り付けられた磁性体棒４１を取り外した後、カバー着脱機構２３に保持された磁性体棒カバー５１をノズル３１に再び装着し、磁性体棒カバー５１を反応部２１ｂ内部で回転若しくは揺動させる方法を使用することができる。なお、磁性体棒カバー５１をノズル３１に取り付ける動作は、図２５（ａ）〜（ｄ）に示した一連の動作の逆の動作を実施すればよい。
【００７２】
次に、図２６に示すように、反応部２１ｂにて洗浄された磁性ビーズ５５を再び磁性体棒カバー５１の先端に捕捉する。この段階は、図２２に示した段階と同様に、駆動制御装置１０によってノズル機構９を駆動制御することで実施できる。
【００７３】
次に、磁性体棒カバー５１の先端に捕捉した磁性ビーズ５５を反応部２１ｃにおいて２回目の洗浄を実施し（図示せず）、図２７に示すように、磁性体棒カバー５１の先端に捕捉された磁性ビーズ５５を溶離液が分注された反応部２１ｄへ移動させる。この段階は、図２３に示した段階と同様に、駆動制御装置１０によってノズル機構９を駆動制御することで実施できる。
【００７４】
次に、図２８に示すように、駆動制御装置１０によってノズル機構９を駆動制御し、カバー着脱機構２３を利用して、磁性ビーズ５５を磁性体棒カバー５１の先端部から取り外す。この段階は、図２５に示した段階と同様に、駆動制御装置１０によってノズル機構９を駆動制御することで実施できる。この段階では、磁性ビーズ５５の表面に吸着した核酸成分を溶離液中に溶離させることができる。
【００７５】
最後に、図２９に示すように、溶離液中の磁性ビーズ５５を、図２６に示した段階と同様に、磁性ビーズ４０を再び磁性体棒カバー５１の先端に捕捉する。そして、駆動制御装置１０による制御によりノズル機構９を廃棄物用容器８の上方に移動し、ノズル機構９又は廃棄物用容器８に取り付けられた取外し機構を作動させて、先端に磁性ビーズ５５を捕捉した状態で磁性体棒カバー５１を廃棄する。
【００７６】
以上で説明したように、核酸抽出装置を用いた核酸抽出方法では、磁性ビーズ５５を磁性体棒カバー５１の先端に捕捉して各反応部２１ａ〜２ｌｄへと移動させている。チップを用いて磁性ビーズ５５を含む溶液から不要な溶液を吸引したり、必要な溶液を吐出する従来の方法では、不要な溶液を吸引する際に磁性ビーズも一緒に吸引してしまう結果、磁性ビーズをロスしてしまうといった問題があった。しかし、上述した核酸抽出装置を用いた核酸抽出方法では、磁性ビーズ５５のロスといった問題が生ずることなく、抽出効率の高い核酸抽出処理を実現することができる。
【００７７】
さて、隣り合う磁石の同極同士が隣接するように、つまり磁石が反発しあうように磁石支持体４５に複数の磁石４４を固定した本発明の集磁構造４２を先端部に持つ磁性体棒４１で磁性ビーズ５５の捕捉を行った場合と、隣り合う磁石の異なる極が隣接する、つまり磁石が引きつけ合うように磁石支持体４５に複数の磁石４４を固定した集磁構造を先端部に持つ磁性体棒４１で磁性ビーズ５５の捕捉を行った場合の、磁性ビーズ５５の捕捉の効率を比較した結果を図３０に示す。東洋紡社製の核酸抽出試薬を用い、カオトロピック剤を含む核酸抽出試薬１ミリリットル中に、核酸抽出に用いる磁性ビーズ５０マイクロリットルを加えて、本発明による核酸抽出装置を用いて磁性ビーズの捕捉実験を行った。溶液の濁度（波長６００ｎｍでの吸光度）を測定し、磁性ビーズを加える前の溶液の濁度と捕捉実施前の濁度とを基準として磁性ビーズの残存率を算出した。グラフ中、丸のプロットが本発明の隣り合う磁石の同極同士が隣接するように固定した集磁構造を用いた結果であり、四角のプロットが隣り合う磁石の異なる極が隣接するように固定した集磁構造を用いた結果である。同極同士が隣接するように固定した集磁構造が２５秒程度の集磁時間で溶液中の磁性ビーズをほとんど捕捉できているのに対し、異なる極同士が隣接するように固定した集磁構造は、同じ集磁時間では半分程度しか磁性ビーズを捕捉できていない。
【００７８】
核酸抽出処理で使用する試薬量は高々数ミリリットルであるため、反応容器２の反応部２１ａ〜２１ｄもせいぜい内径１０mm程度と限られた大きさになる。それ故、反応部に挿入される磁性体棒カバー５１や、磁性体棒カバー内で使用する磁性体棒４１はそれよりも小さな径にならざるを得ず、結果として磁石４４の大きさも限られたものになる。また、溶液中の磁性ビーズを捕捉することから、集磁構造４２は溶液高さよりも低くする必要がある。このような制限によって磁石は小さなものを使用せざるを得ないが、本発明による核酸抽出装置では小さな磁石であっても配置方法で磁性ビーズの捕捉効率を向上させることができる。
【００７９】
さらに、核酸抽出装置では反応部２１ａ〜２１ｄの内部を攪拌して、磁性ビーズと核酸成分の吸着効率や、不要成分の洗浄効率を高めることができる。攪拌を効果的に行うために、図３１（ａ），図３１（ｂ）に示すように、反応部２１ａ（２１ｃ〜２１ｄも同様）の内径ｙ１と磁性体棒カバー５１の外径ｘの比が、ｘ／ｙ１＞０.５となるようにすることで、磁性体棒カバーを反応部２１ａに挿入する前の液面高さｚ０と、磁性体棒カバーを反応部２１ａに挿入した後の液面高さｚ１の変化を大きくすることができ、攪拌を効果的に行うことができる。これは、駆動制御装置１０でノズル機構９を制御してノズル３１に取り付けた磁性体棒カバー５１を反応部２１ａ〜２１ｄに出し入れするだけで溶液面が上下し、結果として反応部２１ａ〜２１ｄ内部の溶液を攪拌できるためである。一方、図３１（ｃ），図３１（ｄ）に示すように、反応部２１ａ（２１ｃ〜２１ｄも同様）の内径ｙ２と磁性体棒カバー５１の外径ｘの比が、ｘ／ｙ２≦０.５の場合は、磁性体棒カバーを反応部２１ａに挿入する前の液面高さｚ０と、磁性体棒カバーを反応部２１ａに挿入した後の液面高さｚ２の変化が小さく、駆動制御装置１０でノズル機構９を制御してノズル３１に取り付けた磁性体棒カバー５１を反応部２１ａ〜２１ｄに出し入れするだけでは溶液をじゅうぶん攪拌することができない。この場合は、駆動制御装置１０によってノズル機構９に攪拌のための制御を付加しなければならないことになる。以上のように、反応部２１ａ（２１ｃ〜２１ｄも同様）の内径ｙ２と磁性体棒カバー５１の外径ｘの比を工夫することで、駆動制御を簡便にでき、かつ処理速度を上げることが可能となる。
【符号の説明】
【００８０】
１ 載置台
２ 反応容器
３ 試薬ラック
４ 検体ラック
５ 磁性体棒ラック
６ カバーラック
７ チップラック
８ 廃棄物用容器
９ ノズル機構
１０ 駆動制御装置
２１ａ〜２１ｄ 反応部
２２ 空間部
２３ カバー着脱機構
２４ 上部押さえ板
２５ 下部押さえ板
２６ 切り欠き部
３１ ノズル
３２ 先端部
３３ 中途部
３５ ディスポーザブルチップ
３６，４３，５２ フリンジ部
４１，１４１ 磁性体棒
４２，１４２ 集磁構造
４４，１４４ 磁石
４４ａ 一番上の磁石
４４ｂ 中央の磁石
４４ｃ 一番下の磁石
４４ｄ 一番上の磁石の上面側の極
４４ｅ 一番上の磁石の下面側の極
４４ｆ 中央の磁石の上面側の極
４４ｇ 中央の磁石の下面側の極
４４ｈ 一番下の磁石の上面側の極
４４ｉ 一番下の磁石の下面側の極
４５，１４５ 磁石支持体
４６ 隣り合う磁石の磁極外周近傍
４７ 隣り合う磁石間の空隙
４８ 隣り合う磁石間の非磁性体
４９ 隣り合う磁石間の磁性体
４９ａ 上側磁性体の上面
４９ｂ 上側磁性体の下面
４９ｃ 上側磁性体の側面
４９ｄ 下側磁性体の上面
４９ｅ 下側磁性体の下面
４９ｆ 下側磁性体の側面
５１ 磁性体棒カバー
５５ 磁性ビーズ
６１ カバー保持部
６２ 側面
１４４ａ 磁石の磁石支持体底面側の極
１４４ｂ 磁石の磁石支持体開口側の極
１４４ｃ 磁石側面
１４４ｄ 磁石の磁石支持体開口側端部
１４４ｅ 磁石直径
１４４ｆ 磁石長さ
１４４ｇ 磁石の磁石支持体開口側端部切除部
１４５ａ 磁石支持体の窪み底面
１４５ｂ 磁石支持体の窪み開口部
１４５ｃ 磁石支持体の窪み内壁
１４５ｄ 磁石支持体の窪み開口部内壁端部
１４５ｅ 磁石支持体の窪み内径
１４５ｇ 磁石支持体の窪み開口部内壁端部切除部
１４６ 空隙
１４６ａ 空隙が大きい部位
１４６ｂ 空隙が小さい部位
１４７ 非磁性体
ｘ 磁性体棒カバー外径
ｙ１，ｙ２ 反応部内径
ｚ０，ｚ１，ｚ２ 液面高さ
ｄ１ 一番上の磁石の外径
ｄ２ 中央の磁石の外径
ｄ３ 一番下の磁石の外径
【特許請求の範囲】
【請求項１】
カオトロピック剤存在下でシリカコーティングされた磁性ビーズを捕捉する複数の磁力体と、これらの磁力体を覆う磁力体カバーを有することを特徴とする核酸抽出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の核酸抽出装置において、
複数の磁力体は、磁力体の磁極の同極同士が隣接するように、各々空隙を介して向かい合う構造であることを特徴とする核酸抽出装置。
【請求項３】
請求項１に記載の核酸抽出装置において、
複数の磁力体は、磁力体の磁極の同極同士が隣接するように、各々非磁性体を介して向かい合うように固定化された構造であることを特徴とする核酸抽出装置。
【請求項４】
請求項１に記載の核酸抽出装置において、
複数の磁力体は、磁力体の磁極の同極同士が隣接するように、各々磁性体を介して向かい合うように固定化された構造であることを特徴とする核酸抽出装置。
【請求項５】
請求項１に記載の核酸抽出装置において、
複数の磁力体は円形または多角形の断面を有する棒状の磁石であることを特徴とする核酸抽出装置。
【請求項６】
請求項５に記載の核酸抽出装置において、
複数の磁力体の断面が全て相似形であることを特徴とする核酸抽出装置。
【請求項７】
請求項６に記載の核酸抽出装置において、
複数の磁力体の断面積が、一方から他方に向かうにつれてその断面積が増加していることを特徴とする核酸抽出装置。
【請求項８】
請求項１に記載の核酸抽出装置において、
複数の磁力体が、反応容器の内容積よりも小さい体積で構成されていることを特徴とする核酸抽出装置。
【請求項９】
請求項１に記載の核酸抽出装置において、
反応容器の内径と、磁力体カバーの外径の比が外径／内径＞０.５の関係であることを特徴とする核酸抽出装置。
【請求項１０】
カオトロピック剤存在下でシリカコーティングされた磁性ビーズを捕捉する磁力体と、磁力体を覆う磁力体カバーと、磁力体を支持する磁力体支持部を有し、該磁力支持部は窪みを有する磁性体から成り、前記該窪みに前記磁力体を支持することを特徴とする核酸抽出装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の核酸抽出装置において、
前記磁力体の一方の極が前記磁力体支持部の前記窪み底部に固定されており、もう一方の極は前記磁力体支持部の前記窪みの開口側端面に近接していることを特徴とする核酸抽出装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の核酸抽出装置において、
前記磁力体の側壁と、前記磁力体支持部の前記窪みの内壁との間に空隙を有することを特徴とする核酸抽出装置。
【請求項１３】
請求項１１に記載の核酸抽出装置において、
前記磁力体支持部の開口側端面に近接する前記磁力体の端面が切除されていることを特徴とする核酸抽出装置。
【請求項１４】
請求項１１に記載の核酸抽出装置において、
前記磁力体支持部の開口側端面が切除されていることを特徴とする核酸抽出装置。
【請求項１５】
請求項１２に記載の核酸抽出装置において、
前記磁力体の側壁と、前記磁力体支持部の前記窪みの内壁との間に非磁性体を有することを特徴とする核酸抽出装置
【請求項１６】
請求項１０に記載の核酸抽出装置において、
前記磁力体の断面及び前記磁力体支持部の断面が相似形であることを特徴とする核酸抽出装置。
【請求項１７】
請求項１０に記載の核酸抽出装置において、
前記磁力体支持部の側壁が全周に渡って完全に閉じてはいないことを特徴とする核酸抽出装置。
【請求項１８】
請求項１０に記載の核酸抽出装置において、
前記磁力体支持部が、反応容器の内容積よりも小さい体積で構成されていることを特徴とする核酸抽出装置。
【請求項１９】
請求項１０に記載の核酸抽出装置において、
反応容器の内径と、磁力体カバーの外径の比が外径／内径＞０.５の関係であることを特徴とする核酸抽出装置。
【請求項１】
カオトロピック剤存在下でシリカコーティングされた磁性ビーズを捕捉する複数の磁力体と、これらの磁力体を覆う磁力体カバーを有することを特徴とする核酸抽出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の核酸抽出装置において、
複数の磁力体は、磁力体の磁極の同極同士が隣接するように、各々空隙を介して向かい合う構造であることを特徴とする核酸抽出装置。
【請求項３】
請求項１に記載の核酸抽出装置において、
複数の磁力体は、磁力体の磁極の同極同士が隣接するように、各々非磁性体を介して向かい合うように固定化された構造であることを特徴とする核酸抽出装置。
【請求項４】
請求項１に記載の核酸抽出装置において、
複数の磁力体は、磁力体の磁極の同極同士が隣接するように、各々磁性体を介して向かい合うように固定化された構造であることを特徴とする核酸抽出装置。
【請求項５】
請求項１に記載の核酸抽出装置において、
複数の磁力体は円形または多角形の断面を有する棒状の磁石であることを特徴とする核酸抽出装置。
【請求項６】
請求項５に記載の核酸抽出装置において、
複数の磁力体の断面が全て相似形であることを特徴とする核酸抽出装置。
【請求項７】
請求項６に記載の核酸抽出装置において、
複数の磁力体の断面積が、一方から他方に向かうにつれてその断面積が増加していることを特徴とする核酸抽出装置。
【請求項８】
請求項１に記載の核酸抽出装置において、
複数の磁力体が、反応容器の内容積よりも小さい体積で構成されていることを特徴とする核酸抽出装置。
【請求項９】
請求項１に記載の核酸抽出装置において、
反応容器の内径と、磁力体カバーの外径の比が外径／内径＞０.５の関係であることを特徴とする核酸抽出装置。
【請求項１０】
カオトロピック剤存在下でシリカコーティングされた磁性ビーズを捕捉する磁力体と、磁力体を覆う磁力体カバーと、磁力体を支持する磁力体支持部を有し、該磁力支持部は窪みを有する磁性体から成り、前記該窪みに前記磁力体を支持することを特徴とする核酸抽出装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の核酸抽出装置において、
前記磁力体の一方の極が前記磁力体支持部の前記窪み底部に固定されており、もう一方の極は前記磁力体支持部の前記窪みの開口側端面に近接していることを特徴とする核酸抽出装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の核酸抽出装置において、
前記磁力体の側壁と、前記磁力体支持部の前記窪みの内壁との間に空隙を有することを特徴とする核酸抽出装置。
【請求項１３】
請求項１１に記載の核酸抽出装置において、
前記磁力体支持部の開口側端面に近接する前記磁力体の端面が切除されていることを特徴とする核酸抽出装置。
【請求項１４】
請求項１１に記載の核酸抽出装置において、
前記磁力体支持部の開口側端面が切除されていることを特徴とする核酸抽出装置。
【請求項１５】
請求項１２に記載の核酸抽出装置において、
前記磁力体の側壁と、前記磁力体支持部の前記窪みの内壁との間に非磁性体を有することを特徴とする核酸抽出装置
【請求項１６】
請求項１０に記載の核酸抽出装置において、
前記磁力体の断面及び前記磁力体支持部の断面が相似形であることを特徴とする核酸抽出装置。
【請求項１７】
請求項１０に記載の核酸抽出装置において、
前記磁力体支持部の側壁が全周に渡って完全に閉じてはいないことを特徴とする核酸抽出装置。
【請求項１８】
請求項１０に記載の核酸抽出装置において、
前記磁力体支持部が、反応容器の内容積よりも小さい体積で構成されていることを特徴とする核酸抽出装置。
【請求項１９】
請求項１０に記載の核酸抽出装置において、
反応容器の内径と、磁力体カバーの外径の比が外径／内径＞０.５の関係であることを特徴とする核酸抽出装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【公開番号】特開２０１１−２３４６７１（Ｐ２０１１−２３４６７１Ａ）
【公開日】平成２３年１１月２４日（２０１１．１１．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１０８９００（Ｐ２０１０−１０８９００）
【出願日】平成２２年５月１１日（２０１０．５．１１）
【出願人】（５０１３８７８３９）株式会社日立ハイテクノロジーズ (4,325)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１１月２４日（２０１１．１１．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月１１日（２０１０．５．１１）
【出願人】（５０１３８７８３９）株式会社日立ハイテクノロジーズ (4,325)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]