本發(fā)明涉及用于進行目標物質(zhì)的分離、提取、純化、反應等化學操作的顆粒的操作方法、和用于其的顆粒操作用裝置。

背景技術：

在醫(yī)學的檢查、食品安全衛(wèi)生上的管理、用于環(huán)境保護的監(jiān)視等中，要求由含有各種各樣的夾雜物的試樣提取目標物質(zhì)而供于檢測、反應。例如醫(yī)學的檢查中，需要對于由動植物分離獲得的血液、血清、細胞、尿、糞便等中含有的核酸、蛋白質(zhì)、糖、脂質(zhì)、細菌、病毒、放射性物質(zhì)等進行檢測、鑒定、定量。進行這些檢查時，為了排除起因于夾雜物的底物等不良影響，有時需要將目標物質(zhì)分離、純化。

為了將試樣中的目標物質(zhì)分離·純化，開發(fā)并實用化了利用使粒徑為0.5μm～十幾μm左右的磁性體的表面具有與目標物質(zhì)的化學親和力、分子識別功能的磁性體顆粒的方法。該方法中，重復進行如下工序：使目標物質(zhì)固定于磁性體顆粒的表面后，利用磁場操作，將磁性體顆粒從液相中分離、回收，根據(jù)需要，使所回收磁性體顆粒分散于清洗液等液相，將磁性體顆粒從液相中分離、回收。之后，使磁性體顆粒分散于溶出液中，從而固定于磁性體顆粒的目標物質(zhì)在溶出液中游離，回收溶出液中的目標物質(zhì)。通過使用磁性體顆粒，從而可以利用磁體回收目標物質(zhì)，因此，具有對化學提取、純化的自動化有利的特征。

能夠選擇性固定目標物質(zhì)的磁性體顆粒作為分離、純化試劑盒的一部分被市售。對于試劑盒，多個試劑加入到不同的容器中，使用時使用者用吸移管等將試劑分級、分注。用于使這些吸移管操作、磁場操作自動化的裝置也有市售(專利文獻1)。另一方面，提出了如下方法：代替吸移管操作，在毛細管等管狀容器內(nèi)，使用交替重疊有溶解/固定液、清洗液、溶出液等液體層與凝膠狀介質(zhì)層的管狀設備，在該設備內(nèi)，使磁性體顆粒沿管的長度方向移動，從而將目標物質(zhì)分離、純化(專利文獻2)。另外，提出了，使用交替重疊有液體層與凝膠狀介質(zhì)層的管狀設備，在液體層內(nèi)，進行固定于磁性體顆粒表面的物質(zhì)的抗原抗體反應，進行elisa等測定(專利文獻3)。

現(xiàn)有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：wo97/44671號國際公開小冊子

專利文獻2：wo2012/086243號國際公開小冊子

專利文獻3：wo2014/057907號國際公開小冊子

技術實現(xiàn)要素：

發(fā)明要解決的問題

在使用磁性體顆粒的化學操作中，在目標物質(zhì)對顆粒表面的固定、附著于顆粒表面的夾雜物等的清洗去除、固定于顆粒表面的目標物質(zhì)的反應、目標物質(zhì)的溶出等各階段中，必須使顆粒分散于液體中，并使顆粒表面與液體充分接觸。磁性體顆粒由于通過磁場操作而聚集，因此，在向液體中分散時，必須邊解開磁性體顆粒的聚集邊進行操作。

利用吸移管操作的液流中，有時難以解開聚集了的磁性體顆粒而使其分散于液體中。另外，吸移管操作必須在開放體系中進行，因此，容易產(chǎn)生污染。如專利文獻2、專利文獻3中公開的管狀設備那樣，將液體密閉封入至容器內(nèi)時，無法應用吸移管操作。

專利文獻2中，作為在凝膠狀介質(zhì)之間被密閉封入的液體中使磁性體顆粒分散的方法，記載有：通過阻斷或減弱磁場，使磁性體顆粒分散于液體中的方法；通過磁場的振幅移動、旋轉等揺動運動，使磁性體顆粒移動，在液體中進行混合攪拌的方法。專利文獻3中，作為使磁性體顆粒分散在液體中的方法，公開了使用旋轉器而使設備(容器)旋轉的方法。

然而，這些方法中，有時無法使磁性體顆粒充分分散，產(chǎn)生目標物質(zhì)的收率降低、檢查精度的降低。另外，這些管狀設備中，使磁性體顆粒通過凝膠狀介質(zhì)之后、附著于磁性體顆粒的表面的凝膠成為使磁性體顆粒彼此聚集的原因，磁性體顆粒向液體中的分散有時變得更困難。鑒于上述，本發(fā)明的目的在于，進行使用磁性體顆粒的化學操作時，用于提高液體中的顆粒的分散性的顆粒的操作方法。

用于解決問題的方案

本發(fā)明人等研究的結果認為，磁場的阻斷、減弱、磁場的振幅移動、使容器旋轉的方法中，磁性體顆粒僅在容器的內(nèi)壁面附近移動，顆粒對液體整體的分散困難。本發(fā)明的方法中，通過重復進行沿著容器的內(nèi)壁面的圓周方向的運動和容器的徑向的運動，從而可以提高顆粒在液體中的分散性。

本發(fā)明涉及：用于使磁性體顆粒分散在裝填于管狀容器內(nèi)的液體中的顆粒操作方法。本發(fā)明的方法中，重復進行如下步驟：使顆粒在沿著容器的內(nèi)壁面的圓周方向移動的步驟(圓周方向移動步驟)；和，使顆粒以橫截容器的徑向的方式移動的步驟(徑向移動步驟)。使磁性體顆粒在圓周方向移動時，優(yōu)選的是，顆粒分散為沿著容器的內(nèi)壁面的帶狀。例如，通過增大容器的轉速，可以使顆粒分散為帶狀。

液體可以密封裝填于容器內(nèi)。顆粒為能夠選擇性固定特定的物質(zhì)的磁性體顆粒。作為特定的物質(zhì)，可以舉出：核酸、蛋白質(zhì)、糖、脂質(zhì)、抗體、受體、抗原、配體、細胞等。

本發(fā)明的一個方案中，以使管狀容器的長度方向成為水平的方式配置的狀態(tài)，進行顆粒操作。該方案中，通過使容器旋轉，顆粒在圓周方向上移動。如果將容器的旋轉減速或停止，則顆粒利用重力以橫截容器的徑向的方式在徑向上移動。之后，如果將旋轉增速或再次開始，則顆粒再次在圓周方向上移動。通過使容器的旋轉方向反轉，可以重復進行顆粒的圓周方向移動和徑向移動。

本發(fā)明的一個方案中，通過磁場操作進行顆粒操作。例如，如果沿著容器的圓周方向使磁場變化，則顆粒在圓周方向上移動。如果將沿著圓周方向的磁場的變化停止或減速，則顆粒隨著磁場的變化而以橫截容器的徑向的方式在徑向上移動。通過使來自容器的外壁面?zhèn)鹊拇艌龅膹姸茸兓梢允诡w粒在徑向上移動。在使容器旋轉的狀態(tài)下，使來自容器的外壁面?zhèn)鹊拇艌龅拇笮∵B續(xù)地變化，從而也可以進行磁性體顆粒的圓周方向移動和徑向移動。

進行上述顆粒操作前，沿著容器的長度方向進行磁場操作，從而可以使磁性體顆粒從其他介質(zhì)(第一介質(zhì))移動至液體中。另外，進行上述顆粒操作后，沿著容器的長度方向進行磁場操作，從而可以使磁性體顆粒從液體中移動至其他介質(zhì)(第二介質(zhì))中。這些“其他介質(zhì)”例如為液體，優(yōu)選液體層間由凝膠狀介質(zhì)等隔開。

進而，本發(fā)明涉及：用于進行上述顆粒操作的顆粒操作用裝置。顆粒操作用裝置具備容器保持部，其用于保持裝填有液體和磁性體顆粒的容器。容器保持部可以與用于使容器旋轉的旋轉機構連動。顆粒操作用裝置也可以具備磁場施加部，其構成為能夠使磁場沿著容器的長度方向變化。利用來自該磁場施加部的磁場，可以進行使顆粒分散在液體中的顆粒操作。

發(fā)明的效果

根據(jù)本發(fā)明的方法，重復進行液體中的磁性體的圓周方向的移動和徑向的移動，因此可以使顆粒遍及液體整體地分散，提高顆粒的分散效率。因此，可以期待化學操作的效率、收率、檢查制度的提高等。另外，本發(fā)明的方法為簡便的操作，因此也可以容易進行自動化。

附圖說明

圖1為示意性示出進行磁性體顆粒的操作的設備的構成的圖。

圖2為示出容器內(nèi)的磁性體顆粒的動態(tài)的概念圖。

圖3的a～c為示出沿著圓周方向使磁場變化的形態(tài)的概念圖。

圖4的a1、b1和c1為示出容器內(nèi)的磁性體顆粒的動態(tài)的概念圖，圖4的a2、b2和c2為各狀態(tài)下的從容器正面的觀察照片。

圖5為示出顆粒操作用裝置的一個方案的構成概念圖。

具體實施方式

圖1為示出本發(fā)明的顆粒操作所應用的設備的一例的示意剖視圖。如圖1的a所示那樣，該設備中，在管狀容器10內(nèi)，從容器底面?zhèn)绕穑后w層32、35、31與凝膠狀介質(zhì)層22、21交替重疊。凝膠狀介質(zhì)與相鄰的液體層中的液體不具有混和性，對這些液體為不溶或難溶。

圖1的a中，容器上部的液體層31中包含大量磁性體顆粒70。磁性體顆粒70為在其表面或內(nèi)部能夠特異性固定核酸、抗原等目標物質(zhì)的顆粒。通過使磁性體顆粒70分散在液體層31中，液體層31中所含的目標物質(zhì)選擇性固定于顆粒70。

目標物質(zhì)對磁性體顆粒的固定方法沒有特別限定，可以為物理吸附、化學吸附等應用各種公知的固定化機制。例如，通過范德華力、氫鍵、疏水相互作用、離子間相互作用、π-π堆積等各種分子間力，將目標物質(zhì)固定于顆粒的表面或者內(nèi)部。

磁性體顆粒的粒徑優(yōu)選1mm以下、更優(yōu)選0.1μm～500μm。顆粒的形狀期望為粒徑一致的球形，只要能夠進行顆粒操作，可以為不規(guī)則的形狀、且具有一定程度的粒徑分布。顆粒的構成成分可以為單一物質(zhì)，也可以由多種成分構成。

磁性體顆?？梢詢H由磁性體形成，優(yōu)選使用的是，實施了用于將目標物質(zhì)特異性固定在磁性體的表面的涂覆的物質(zhì)。作為磁性體，可以舉出：鐵、鈷、鎳、以及它們的化合物、氧化物和合金等。具體而言，可列舉出磁鐵礦(fe3o4)、赤鐵礦(fe2o3、或αfe2o3)、磁赤鐵礦(γfe2o3)、鈦磁鐵礦(xfe2tio4·(1-x)fe3o4、鈦鐵赤鐵礦(ilmenohematite)(xfetio3·(1-x)fe2o3、磁黃鐵礦(fe1-xs(x＝0～0.13)‥fe7s8(x～0.13))、硫復鐵礦(fe3s4)、針鐵礦(αfeooh)、氧化鉻(cro2)、坡莫合金、鋁鎳鈷磁鐵、不銹鋼、釤磁鐵、釹磁鐵、鋇磁鐵。

作為選擇性固定于磁性體顆粒的目標物質(zhì)，可列舉出例如核酸、蛋白質(zhì)、糖、脂質(zhì)、抗體、受體、抗原、配體等源自生物體的物質(zhì)、細胞本身等。目標物質(zhì)為源自生物體的物質(zhì)的情況下，可以通過分子識別等來在顆粒內(nèi)部或者顆粒表面固定目標物質(zhì)。例如目標物質(zhì)為核酸的情況下，作為磁性體顆粒70，優(yōu)選使用的是，對表面實施了二氧化硅涂覆的磁性體顆粒等。目標物質(zhì)為抗體(例如標記抗體)、受體、抗原和配體等的情況下，通過顆粒表面的氨基、羧基、環(huán)氧基、抗生物素蛋白(avidin)、生物素、地高辛、蛋白質(zhì)a、蛋白質(zhì)g等，可以將目標物質(zhì)選擇性地固定于顆粒表面。作為能夠選擇性地固定特定的目標物質(zhì)的磁性體顆粒，例如也可以使用：由lifetechnologiesltd.銷售的dynabeads(注冊商標)、由東洋紡株式會社銷售的magextractor(注冊商標)等市售品。

如圖1的b所示那樣，使磁體9靠近容器10的外壁面時，固定有目標物質(zhì)的磁性體顆粒由于磁場的作用在磁體9附近的容器內(nèi)壁面聚集。如圖1的c所示那樣，使磁體9沿著外壁面在容器10的長度方向上移動時，追隨磁場的變化，磁性體顆粒70也沿著容器的長度方向移動，依次向凝膠狀介質(zhì)層21、液體層35、凝膠狀介質(zhì)層22、液體層32移動。在顆粒進入至凝膠狀介質(zhì)的內(nèi)部時，在顆粒70的周圍以液滴的形式物理性地附著的液體的大部分從顆粒表面脫離。通過顆粒向凝膠狀介質(zhì)層21、22內(nèi)的進入和移動，凝膠狀介質(zhì)被穿孔，但通過基于凝膠的復原力的自修復作用，凝膠狀介質(zhì)的孔立即關閉。因此，基本不發(fā)生液體借助基于顆粒的貫通孔向凝膠狀介質(zhì)的流入。

使磁性體顆粒70分散在液體層35內(nèi)和液體層31內(nèi)，使磁性體顆粒與液體層內(nèi)的液體接觸，從而進行目標物質(zhì)對磁性體顆粒的固定、用于去除附著于磁性體顆粒表面的夾雜物的清洗操作、固定于磁性體顆粒的目標物質(zhì)的反應、固定于磁性體顆粒的目標物質(zhì)向液體中的溶出等操作。例如，選擇性地固定于磁性體顆粒的物質(zhì)為抗原時，作為第一介質(zhì)層的液體層31內(nèi)所含的抗原固定于用能夠選擇性地固定化蛋白質(zhì)g、蛋白質(zhì)a等抗原的分子涂覆過的磁性體顆粒70的表面，使磁性體顆粒在液體層35內(nèi)分散，從而進行用于去除附著于顆粒表面的夾雜物的清洗，使磁性體顆粒分散在作為第二介質(zhì)層的液體層32內(nèi)，從而可以進行固定于顆粒表面的抗原與液體層32內(nèi)的抗體的抗原抗體反應、目標物質(zhì)向液體層32內(nèi)的游離溶出等。

[液體中的顆粒的分散方法]

本發(fā)明的一個方案涉及用于使磁性體顆粒分散在液體層中的顆粒操作方法。本發(fā)明的顆粒操作中，重復進行沿著容器的內(nèi)壁面的移動(圓周方向移動)和橫截容器的徑向的移動(徑向移動)。沿著容器的內(nèi)壁面的圓周方向的移動例如可以通過使容器旋轉(以容器的長度方向的軸為中心的自轉)的方法、使磁體沿著容器的圓周方向移動的方法等來實施。

圖2的a～d為與容器10的長度方向正交的面(圖1的iia-iib)的剖視圖，在使管的長度方向呈水平配置的狀態(tài)下使容器旋轉，從而概念性示出實施本發(fā)明的顆粒操作時的顆粒的移動的狀態(tài)。這些圖中，紙面的下方為鉛直下方。在容器10內(nèi)封入液體35，液體中包含磁性體顆粒70。圖2的a示出將容器的長度方向呈水平保持并靜置的狀態(tài)，為磁性體顆粒70利用重力堆積于容器10的鉛直下方的內(nèi)壁面上的狀態(tài)。

使容器10旋轉時，通過壁面內(nèi)壁面附近的液體的壁面摩擦、容器內(nèi)壁面與磁性體顆粒的摩擦力等作用，存在于容器的內(nèi)壁面附近的磁性體顆粒沿著圓周方向在容器內(nèi)壁面附近移動。圖2的b中，利用重力的作用，維持一部分顆粒堆積于容器的鉛直下方的內(nèi)壁面上的狀態(tài)。增大容器的轉速時，堆積于容器的鉛直下方的顆粒利用與容器的內(nèi)壁面的摩擦力等而依次沿容器的圓周方向移動。繼續(xù)容器的旋轉時，圖2的c所示那樣，顆粒以遍及容器的內(nèi)壁面的整個圓周地分散為帶狀的狀態(tài)沿容器的內(nèi)壁面在圓周方向上移動。

如此，在磁性體顆粒以沿圓周方向移動的狀態(tài)下將容器的旋轉減速或停止時，減弱使顆粒向圓周方向移動的外力(容器的內(nèi)壁面與液體、顆粒之間的摩擦力等)。因此，顆粒因重力而向鉛直下方移動。此時，如圖2的d所示那樣，顆粒朝向鉛直下方以橫截容器10的徑向的方式在液體層35內(nèi)移動。需要說明的是，“在徑向上移動”是指，未必以通過圓的中心的方式移動，也包括：如沿圓弧的弦的移動那樣，在比容器內(nèi)壁面靠近內(nèi)側移動的情況。將旋轉完全停止時，如圖2的a所示那樣，在容器內(nèi)的徑向上移動的顆粒在容器的內(nèi)壁面上堆積。

將容器10的旋轉再次開始(或者增速)時，如圖2的c所示那樣，顆粒再次進行圓周方向移動，成為沿著容器的內(nèi)壁面的帶狀的霧，分散于液體中。將旋轉停止或減速時，如圖2的d所示那樣，顆粒再次在徑向上移動。

圓周方向的運動可以不受液體層的厚度、容量的限制而連續(xù)地進行，與沿著管的長度方向的往復運動相比，可以使顆粒有效地分散為帶狀。但是，顆粒僅在圓周方向上移動時，如圖2的c所示那樣，顆粒的分散停留在液體層的內(nèi)壁面附近。本發(fā)明的顆粒操作中，在圓周方向移動后，實施向徑向的移動，由此利用液體層35的整體使顆粒分散。另外，向徑向移動時，來自液體的阻力大，因此，形成聚集塊的顆粒的聚集容易被消除。進而，重復進行圓周方向的移動和徑向的移動，因此，可以將顆粒的整體供至徑向移動而分散，液體中的顆粒的分散效率進一步提高。

如此，通過提高液體中的磁性體顆粒的分散效率，顆粒與液體的接觸機會增大。因此，通過應用本發(fā)明的顆粒操作，可以期待目標物質(zhì)的收率提高、純度提高、檢查精度提高等。例如，將液體試樣中的目標物質(zhì)固定于顆粒表面時，如果應用上述顆粒操作，則固定于顆粒表面的目標物質(zhì)的量增大，可以期待分離·提取操作中的收率提高、檢查中的定量性提高。

將固定有目標物質(zhì)的磁性體顆粒清洗時，如果應用上述顆粒操作，則清洗液與顆粒的接觸機會增大，因此，附著于顆粒表面的夾雜物被有效地去除，可以提高目標物質(zhì)的純度、檢查精度。另外，固定有目標物質(zhì)的顆粒與液體中的物質(zhì)反應時，如果應用上述顆粒操作，則可以提高反應效率。將固定有目標物質(zhì)的顆粒在液體中溶出時，如果應用上述顆粒操作，則可以提高目標物質(zhì)的收率。

圖2的a～d中，對通過重復容器10的轉速的變化、或者旋轉與停止來重復實施顆粒的圓周方向移動和徑向的移動的例子進行說明，但顆粒操作的方法不限定于此。例如，使容器在單向上旋轉，從沿著容器的內(nèi)壁面使顆粒在圓周方向上運動的狀態(tài)，如果反轉容器的旋轉方向，則容器內(nèi)壁面附近的液體的流動發(fā)生變化，存在于內(nèi)壁面附近的顆粒向容器的中心部附近、對面的內(nèi)壁面移動，因此，可以實施徑向移動。即，使容器旋轉規(guī)定時間后將旋轉方向反轉，將旋轉繼續(xù)規(guī)定時間后，再次將旋轉方向反轉，重復上述操作，從而可以重復實施圓周方向的移動和徑向的移動。

如上述那樣，通過改變?nèi)萜鞯霓D速、旋轉方向，可以重復顆粒的圓周方向移動和徑向移動，使顆粒分散于液體中。該方法無需除旋轉容器之外的操作，因此還具有能夠容易進行顆粒操作的自動化的優(yōu)點。顆粒操作的自動化可以通過使用如下裝置進行，所述裝置具備：容器保持部，其用于將裝填有液體和顆粒的容器以長度方向成為水平的方式保持；和，旋轉機構，其構成為能夠旋轉容器。旋轉機構可以以使容器保持部旋轉的方式構成。

可以利用除容器的旋轉之外的外力，使顆粒在圓周方向上移動。作為這樣的外力，可以舉出：磁力、重力、如具有指向性那樣調(diào)整了相位的超聲波、使容器自轉公轉運動而產(chǎn)生的離心力。利用磁力時，可以舉出：如圖3的a所示那樣，與容器的外壁相接觸或者接近于容器的外壁而配置磁體，使容器旋轉(自轉)的方法；如圖3的b所示那樣，邊沿容器的外壁或者接近于容器的外壁邊使磁體在圓周方向上移動的方法(即，以容器的長度方向的軸為中心的公轉)等。如圖3的c所示那樣，以磁體9為中心使容器10公轉，也可以實現(xiàn)磁場沿容器的圓周方向的變化。

使用電磁體代替永久磁體也可以進行磁場操作。例如，如圖3的d所示那樣，在容器10的外周配置多個電磁體91～98，改變各電磁體的電流量，從而可以沿容器的圓周方向改變磁場。例如，從僅在電磁體91中通電的狀態(tài)，與阻斷向電磁體91的通電大致同時地在電磁體92中通電，可以在相鄰的電磁體中依次進行通電。另外，通過邊減少電磁體91的通電量邊增加電磁體92的通電量，連續(xù)地改變向相鄰的電磁體的通電量的方法，也可以沿圓周方向改變磁場。電磁體中通電的電流可以為交流。例如，如圖3的d所示那樣，沿容器的外周以等間隔配置8個電磁體時，使相鄰的電磁體中通電的交流電流的相位各遲π/4，從而可以使磁場沿容器10的圓周方向連續(xù)地變化。

如此，利用磁場的變化進行磁性體顆粒的操作時，不限定容器的配置方向，容器的長度方向可以為水平方向、鉛直方向、傾斜方向，均可。以在水平方向或者傾斜方向上配置容器的長度方向的狀態(tài)改變磁場時，有時可以在磁力的基礎上，利用重力而進行顆粒操作，可以提高顆粒的分散效率。

在通過磁場的變化而使磁性體顆粒在圓周方向上移動的狀態(tài)下，將沿圓周方向的磁場的變化減速或者停止，從而減弱使磁性體顆粒向圓周方向移動的外力，磁性體顆粒以被磁體所吸引的方式，在容器的液體層內(nèi)移動。因此，與圖2的c和圖2的d所示的情況同樣地，可以使顆粒在徑向上移動。

另外，在通過磁場的變化而使磁性體顆粒在圓周方向上移動的狀態(tài)下，改變來自容器的外壁面?zhèn)鹊拇艌龅膹姸?，也可以使磁性體顆粒在徑向上移動。例如，在距離容器的外壁隔著規(guī)定距離地配置磁體的狀態(tài)下，使容器旋轉時，與磁場的影響相比，容器的內(nèi)壁面上的摩擦等的影響更大地發(fā)揮作用，因此，磁性體顆粒以沿容器內(nèi)壁面呈帶狀的狀態(tài)在圓周方向上移動。將磁體接近于容器時，磁性體顆粒受到的磁場的強度增大，因此，磁性體顆粒以被磁體所吸引的方式，在容器的液體層內(nèi)移動。

通過磁場的變化進行顆粒操作時，也可以以一系列的動作進行圓周方向的移動和徑向的移動。例如，圖4所示的方案中，在使容器旋轉的狀態(tài)下，連續(xù)地改變來自容器的外壁面?zhèn)鹊拇艌龅拇笮。瑥亩貜瓦M行圓周方向移動步驟和徑向移動步驟。圖4的a1、b1、c1為示出容器截面中的磁性體顆粒的移動的狀態(tài)的示意圖，圖4的a2、b2、c2為各狀態(tài)下的從容器正面的觀察照片。

圖4的a1中，在磁體9存在于距離容器10的外壁面為距離d1的位置的狀態(tài)下，容器10旋轉，施加于容器內(nèi)的磁場小，因此，磁性體顆粒分散為沿容器的內(nèi)壁面的帶狀，在圓周方向上移動。在使容器旋轉的狀態(tài)下，將磁體9接近于容器10時，施加于容器內(nèi)的磁場變大，如圖4的b1所示那樣，磁性體顆粒以被磁體9所吸引的方式，在容器的液體層內(nèi)移動。由圖4的b2的照片可知，磁性體顆粒變?yōu)殪F狀而移動，在液體層內(nèi)被分散。進而，將磁體9接近于容器10時，如圖4的c1所示那樣，磁性體顆粒在容器的內(nèi)壁面附近聚集。將磁體9遠離容器10時，如圖4的a1所示那樣，磁性體顆粒再次分散為沿容器內(nèi)壁面的帶狀。

如此，邊繼續(xù)旋轉容器而改變沿圓周方向的磁場，邊改變?nèi)萜髋c磁體的距離，從而來自容器外壁面?zhèn)鹊拇艌龅拇笮∵B續(xù)地變化，因此，重復進行磁性體顆粒的圓周方向移動和徑向移動。另外，代替改變?nèi)萜?0與永久磁體9的距離，將電磁體配置于容器外壁面附近，通過對電磁體的通電的開·關、電流量的改變，也可以改變來自容器外壁面?zhèn)鹊拇艌龅拇笮　?/p>

[設備的構成]

作為應用上述顆粒操作的設備的例子，圖1中示出在管狀容器內(nèi)交替重疊有凝膠狀介質(zhì)層與液體層的設備，但進行顆粒操作的設備只要在管狀容器內(nèi)包含液體和磁性體顆粒就對其構成沒有特別限定。

＜容器＞

本發(fā)明中，在裝填于管狀容器10內(nèi)的液體中，進行顆粒操作。只要使磁性體顆粒能夠在容器內(nèi)移動、且能夠保持液體就對其材質(zhì)沒有特別限定。為了通過來自容器外的磁場操作而使容器內(nèi)的磁性體顆粒移動，優(yōu)選塑料等透磁性材料，例如可以舉出：聚丙烯、聚乙烯等聚烯烴、四氟乙烯等氟系樹脂、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、環(huán)狀聚烯烴等樹脂材料。除了這些原材料之外，也可以使用陶瓷、玻璃、有機硅、非磁性金屬等。為了提高容器內(nèi)壁面的拒水性，也可以利用氟系樹脂、有機硅等進行涂覆。

作為容器的形狀，例如可以舉出：內(nèi)徑1～2mm左右、長度50mm～200mm左右的直管狀結構體(毛細管)。管的內(nèi)徑、長度根據(jù)應處理的物質(zhì)的量、磁性體顆粒的量等而選擇適當?shù)膬?nèi)徑、長度即可。容器只要為管狀即可，對其形狀沒有特別限定。為了順利進行磁性體顆粒的圓周方向的移動，容器的截面形狀優(yōu)選為圓形，也可以為橢圓形、多邊形等。另外，容器未必是直管狀，沿管的長度方向觀察時，也可以存在直徑大的部分、直徑小的部分。

在顆粒操作中或者操作后，進行吸光度、熒光、化學發(fā)光、生物發(fā)光、折射率變化等光學測定的情況、進行光照射的情況下，優(yōu)選使用具有透光性的容器。另外，從可以目視確認容器內(nèi)的顆粒操作的狀況的觀點考慮，也優(yōu)選容器為透光性的。另一方面，需要將液體、磁性體顆粒等遮光的情況下，優(yōu)選使用不具有透光性的遮光性的容器。也可以根據(jù)使用目的等采用具有透光部分和遮光部分的容器。

本發(fā)明的顆粒操作方法無需利用吸移管等產(chǎn)生液流，因此可以在密閉體系中實施。如果將液體和磁性體顆粒密封裝填于容器內(nèi)，則可以防止來自外部的污染。因此，將rna等容易分解的目標物質(zhì)固定于磁性體顆粒并操作的情況下、使用容易與空氣中的氧氣等發(fā)生反應的液體的情況下等，特別有用。使容器為密閉體系時，可以使用將容器的開口部熱熔接的方法、適當?shù)拿芊馐侄蚊芊?。需要將操作后的顆粒、目標物質(zhì)、溶出后的液體取出到容器外的情況下，優(yōu)選使用樹脂塞能夠拆卸地密封開口部。另外，如圖1所示的設備那樣，與液體相接觸地配置凝膠層等，從而也可以密封裝填液體。

＜液體＞

裝填于容器內(nèi)的液體提供固定于磁性體顆粒表面的目標物質(zhì)的提取、純化、反應、分離、檢測、分析等化學操作的場所。對液體的種類沒有特別限定，但是液體層間由凝膠狀介質(zhì)層隔開的情況下，優(yōu)選為不溶解凝膠狀介質(zhì)的液體。因此，作為液體，優(yōu)選使用水溶液、水和有機溶劑的混合溶液等水系液體。液體除了能夠作為用于這些化學操作的單純的介質(zhì)發(fā)揮功能之外，還可以直接參與化學操作或者含有參與該操作的化合物作為成分。作為液體中含有的物質(zhì)，可例示出與固定于磁性體顆粒的反應性物質(zhì)反應的物質(zhì)、與通過該反應而固定于磁性體顆粒表面的物質(zhì)進一步反應的物質(zhì)、反應試劑、熒光物質(zhì)、各種緩沖劑、表面活性劑、鹽類、和其它各種輔助劑、以及醇等有機溶劑等。水系液體可以以水、水溶液、水懸浮液等任意方式提供。

將液體試樣中所含的目標物質(zhì)固定于磁性體顆粒的表面的情況下，液體中，除應固定于磁性體顆粒的表面的目標物質(zhì)之外，有時包含多種多樣的夾雜物。液體試樣中，例如也可以包含：動植物組織、體液、排泄物等生物體試樣、細胞、病原蟲、真菌、細菌、病毒等核酸包含體等。體液中包括血液、髄液、唾液、乳汁等，排泄物中包括糞便、尿、汗等。細胞中包括血液中的白血球、血小板、口腔細胞等粘膜細胞的剝離細胞、唾液中白血球等。

包含核酸、抗原、抗體等目標物質(zhì)的液體試樣例如可以以與細胞懸浮液、勻漿、細胞溶解液的混合液等方式制備。將血液等源自生物體的試樣中所包含的目標物質(zhì)固定于顆粒表面的情況下，液體試樣為血液等源自生物體的試樣與用于從其中提取目標物質(zhì)的細胞溶解液(核酸提取液)的混合物。細胞溶解液包含離液序列高的物質(zhì)、表面活性劑等能夠溶解細胞的成分。

＜凝膠狀介質(zhì)＞

液體層間由凝膠狀介質(zhì)隔開時，凝膠狀介質(zhì)只要在顆粒操作前為凝膠狀、或糊劑狀即可。凝膠狀介質(zhì)對相鄰的液體層的液體為不溶性或難溶性，優(yōu)選為化學上非活性的物質(zhì)。凝膠狀介質(zhì)的材料、組成等沒有特別限定。例如，如wo2012/086243號中記載那樣，將非水溶性或難水溶性的液體物質(zhì)加熱，向加熱后的該液體物質(zhì)中添加凝膠化劑，使凝膠化劑完全溶解后，在溶膠·凝膠轉移溫度以下進行冷卻，從而形成物理凝膠。

作為凝膠狀介質(zhì)，也可以使用化學凝膠。作為化學凝膠，可以使用：聚乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、(甲基)丙烯酸類聚合物等烴系凝膠；聚硅氧烷、pdms、硅烷凝膠等硅氧烷系凝膠；ptfe、pfa、fep、etfe、pctfe等氟系凝膠；和以它們?yōu)橹鞒煞值哪z狀、或者糊劑狀的混合物等。作為上述烴系凝膠的具體例，可以舉出：以聚乙烯為主成分的plastibase(注冊商標)等。

化學凝膠是通過化學反應使多個聚合物鏈借助共價鍵交聯(lián)而成的，只要維持交聯(lián)結構，就可以保持凝膠狀態(tài)。因此，磁性體顆粒通過凝膠狀介質(zhì)后也保持凝膠狀態(tài)。顆粒通過化學凝膠介質(zhì)中時，凝膠暫時穿孔，但利用凝膠的復原力，穿孔立即被修復。因此，基本不會存在源自凝膠的成分附著于磁性體顆粒的表面、以夾雜物的形式被帶出至凝膠外的情況。因此，通過使用化學凝膠作為凝膠狀介質(zhì)，可以提高利用顆粒操作的目標物質(zhì)的純化、檢測的精度。另外，使用化學凝膠時，無需進行容器內(nèi)的凝膠化，因此可以容易進行凝膠向容器內(nèi)的裝填操作?；瘜W凝膠的穩(wěn)定性高，因此，由于裝填凝膠后的設備的搬運時、保存時的振動等物理作用、暴露于高溫環(huán)境時的加熱也不易產(chǎn)生溶膠化。因此，作為液體層和凝膠狀介質(zhì)層被預先裝填于容器內(nèi)的狀態(tài)的設備而提供的情況下，也可以提高設備搬運·保存時的穩(wěn)定性。

上述化學凝膠中，適合使用硅氧烷凝膠。作為構成硅氧烷凝膠的聚合物，可以舉出：交聯(lián)型有機聚硅氧烷、烷基改性部分交聯(lián)型有機聚硅氧烷、硅氧烷支鏈型烷基改性部分交聯(lián)型有機聚硅氧烷等交聯(lián)型有機聚硅氧烷。作為有機聚硅氧烷，可以使用：二甲聚硅氧烷、乙烯基二甲聚硅氧烷、甲基聚三甲基硅氧烷、甲基乙烯基硅氧烷、月桂基二甲聚硅氧烷、或者它們的共聚物等。聚合物的分子結構沒有特別限定，可以為直鏈、支鏈狀直鏈、環(huán)狀、或網(wǎng)狀。硅氧烷凝膠通過使上述交聯(lián)型有機聚硅氧烷的聚合物(或低聚物)在油劑中溶脹而得到。作為油劑，適合使用使上述聚合物溶脹、且不與水系液體混和的物質(zhì)。作為這樣的油劑，可以舉出：環(huán)五硅氧烷、環(huán)甲硅油、二甲聚硅氧烷、聚二甲基硅氧烷醇、甲基聚三甲基硅氧烷、苯基聚三甲基硅氧烷、環(huán)五硅氧烷、二苯基硅氧基苯基聚三甲基硅氧烷、礦物油、異十二烷、新戊酸異十二烷酯、三辛酸甘油酯、角鯊烷等。例如，通過將使交聯(lián)型有機聚硅氧烷的聚合物微粒化而成的物質(zhì)與油劑混合，從而可以得到凝膠狀或者糊劑狀的硅氧烷凝膠。

使交聯(lián)型有機聚硅氧烷在油劑中溶脹而成的硅氧烷凝膠為具有交聯(lián)結構的化學凝膠，且具有粘稠性。因此，硅氧烷凝膠可以使磁性體顆粒、磁性固體容易通過，而且即使凝膠暫時穿孔也可以立即修復，因此使用磁性體顆粒的操作中，適合作為用于隔開液體層間的凝膠狀介質(zhì)。

凝膠狀介質(zhì)和液體向容器內(nèi)的裝填可以通過適當?shù)姆椒ㄟM行。使用管狀的容器時，優(yōu)選的是，在裝填之前先將容器一端的開口密封，從另一個端的開口部依次裝填凝膠狀介質(zhì)和液體。

裝填于容器內(nèi)的凝膠狀介質(zhì)和液體的容量可以根據(jù)成為操作對象的磁性體顆粒的量、操作的種類等適當設定。在容器內(nèi)設置多層的凝膠狀介質(zhì)層、液體層的情況下，各層的容量可以相同或不同。各層的厚度也可以適當設定?？紤]到操作性等的情況下，層厚例如優(yōu)選為2mm～20mm左右。

[顆粒操作的例子]

如上述那樣，使用磁性體顆粒的操作中，重復進行將磁性體顆粒在液體中分散與磁性體顆粒向其他液體中的移動，從而進行目標物質(zhì)的分離、純化、反應、檢測等。例如進行elisa(酶聯(lián)免疫吸附試驗(enzyme-linkedimmuno-sorbentassay))時，使用固定有第一次抗體的磁性體顆粒，在包含被檢抗原(被檢物質(zhì))的第一液體中，進行固定于磁性體顆粒的第一次抗體與被檢抗原的反應。由此，液體中的被檢抗原選擇性地固定于磁性體顆粒表面。在第二液體中進行磁性體顆粒的清洗后，在第三液體中進行酶標記第二次抗體與固定于磁性體顆粒表面的被檢抗原的抗原抗體反應。由此，第二次抗體在磁性體顆粒表面上借助第一次抗體和被檢抗體固定于磁性體顆粒表面。在第四液體中進行磁性體顆粒的清洗后，在第五液體中，在跟固定于顆粒表面的第二次抗體結合的酶與顯色物質(zhì)之間進行一定時間的顯色反應。通過利用分光光度計的吸光度測定，監(jiān)視該顯色反應，從而可以進行定量評價。需要說明的是，如果為定性評價，則可以通過目視確認顯色反應。

在第五液體中，進行一定時間的顯色反應后，可以使磁性體顆粒從第五液體移動至第六液體。通過使磁性體顆粒向第五液體的外部移動，從而可以停止顯色反應。因此，可以進行定量評價而不重新加入氫氧化鈉等反應停止試劑以使顯色反應停止，因此，第五液體被密封裝填的情況下，也可以進行定量測定。

如上述那樣，進行elisa時，為了重復反應與清洗，使磁性體顆粒依次移動，在各液體中，進行磁性體顆粒的分散?？梢酝ㄟ^本發(fā)明的方法進行顆粒在這些各液體中的分散。作為使分散后的顆粒向其他液體移動的手段，可以舉出如下方法：將磁體靠近容器，從而以使顆粒集合于容器內(nèi)壁面的狀態(tài)，去除容器中的液體，注入其他液體。另外，如圖1所示那樣，使用管狀容器內(nèi)交替重疊有凝膠狀介質(zhì)層與液體層的設備時，使磁體靠近容器的外壁面，以將顆粒聚集于容器內(nèi)壁面的狀態(tài)，使磁體沿外壁面在容器的長度方向上移動，從而顆粒通過凝膠狀介質(zhì)層向其他液體層中移動。

圖5為示出能夠?qū)嵤╊w粒操作的自動化的顆粒操作用裝置的一個方案的構成概念圖。裝置100具備：能夠旋轉安裝于支撐板133的容器保持部181。容器保持部181如下構成：能夠保持交替裝填有液體層134、135、136和凝膠狀介質(zhì)層124、125的管狀容器110。容器的保持方法沒有特別限定，優(yōu)選能夠離合地保持容器。

容器保持部181與電動機等適當?shù)尿?qū)動手段連接，基于來自控制部105的信號，可以改變旋轉方向、轉速。利用容器保持部181的旋轉，容器110以長度方向為軸進行旋轉(自轉)。重復保持于容器保持部的容器110的旋轉的開始·停止、轉速的大小的變化、旋轉方向的反轉等，從而液體層135內(nèi)的磁性體顆粒70重復圓周方向的移動和徑向的移動，分散于液體內(nèi)。

裝置100還具備磁場施加部190。磁場施加部如下構成：能夠改變施加的磁場。圖5所示的方案中，磁場施加部190具備：固定于支撐板133的導桿193、和能夠滑動安裝在導桿上的磁場控制機構195。在磁場控制機構195上安裝有永久磁體191。磁場控制機構195具備步進電動機等適當?shù)尿?qū)動手段，基于來自控制部105的信號，在與容器10的長度方向平行地設置的導桿193上滑動，可以改變其位置。因此，磁體191能夠沿著容器的長度方向移動，能夠沿著容器的長度方向改變磁場。另外，安裝于磁場控制機構195的磁體191基于來自控制部105的信號，能夠改變與容器110的距離。由此，可以改變來自容器的外壁面?zhèn)鹊拇艌龅拇笮　?/p>

利用容器保持部181的旋轉來進行顆粒在液體層35內(nèi)的分散時，如果事先增大磁體191與容器110的距離，則施加于液體層135的磁場的影響小，因此，可以順利進行磁性體顆粒70的圓周方向移動。另外，進行顆粒在液體層內(nèi)的分散時，使安裝于磁場控制機構195的磁體191在圖的上下方移動，從而連續(xù)地改變來自容器110的外壁面?zhèn)鹊拇艌龅拇笮?，通過與圖4所示的同樣的機制，也可以使磁性體顆粒分散。

實施規(guī)定時間的磁性體顆粒在液體中的分散后，停止容器保持部181的旋轉，使磁體191靠近容器110時，磁性體顆粒70被磁體191吸引，聚集于容器內(nèi)壁面。在該狀態(tài)下，通過使磁場控制機構195沿著導桿193移動，從而被磁體191吸引的磁性體顆粒70從液體層135通過凝膠狀介質(zhì)層125向液體層136移動。

將磁性體顆粒向液體層136移動后，使磁體191遠離容器110，從而聚集于容器內(nèi)壁面的磁性體顆粒70的基于磁體的拘束被解開，能夠在液體層136內(nèi)分散。在該狀態(tài)下，再次使容器保持部181旋轉，控制其轉速、旋轉方向，從而可以使磁性體顆粒分散在液體層136內(nèi)。

如此，如果應用本發(fā)明的顆粒操作方法，則可以容易使顆粒在液體中的分散和顆粒在液體層間的移動自動化。需要說明的是，圖5中，對使用永久磁體191的例子進行了說明，但如果使用電磁體代替永久磁體，則可以更容易且準確地進行施加磁場的控制。

圖5所示的實施方式中，對使容器保持部181旋轉從而使容器110自轉的例子進行了說明，但利用沿容器110的圓周方向的磁場的變化而進行磁性體顆粒的圓周方向移動的情況下，顆粒操作用裝置也可以如下構成：導桿在容器110的周圍旋轉(公轉)，使磁體在容器周圍旋轉。另外，也可以以能夠進行容器的自轉和磁體的公轉這兩者的方式構成裝置。

作為使用磁性體顆粒的操作，對elisa的例子進行了說明，但本發(fā)明可以用于使用磁性體顆粒的各種化學操作。例如，使用實施了二氧化硅涂覆的磁性體顆粒進行核酸的分離·提取時，在包含核酸的試樣中，使磁性體顆粒分散，將核酸固定于磁性體顆粒的表面后，使磁性體顆粒向清洗液中移動。在清洗液中，使磁性體顆粒分散，去除附著于表面的夾雜蛋白質(zhì)等后，使磁性體顆粒向核酸溶出液中移動。使磁性體顆粒向核酸溶出液中移動。在核酸提取液中使磁性體顆粒分散，從而可以將固定于顆粒表面的核酸在溶出液中回收。

作為用于進行核酸的提取的細胞溶解液(核酸提取液)，可以舉出：離液序列高的物質(zhì)、edta等螯合劑、含有tris鹽酸等的緩沖液。另外，細胞溶解液中也可以包含tritonx-100等表面活性劑。作為離液序列高的物質(zhì)，可以舉出：胍鹽酸鹽、胍異硫氰酸鹽、碘化鉀、尿素等。細胞溶解液除上述之外，也可以包含蛋白酶k等蛋白質(zhì)分解酶、各種緩沖劑、鹽類、和其他各種輔助劑、以及醇等有機溶劑等。

使用包含表面活性劑、離液序列高的鹽等的細胞溶解液使源自生物體的試樣中的細胞溶解時，液體中，除作為目標物質(zhì)的核酸之外，包含多種多樣的夾雜物，因此，磁性體顆粒彼此容易聚集。如此，利用夾雜蛋白質(zhì)等使磁性體顆粒聚集時，在使磁性體顆粒在液體中有效地分散的方面，有效的是，通過施加來自容器外部的磁場，進行磁性體顆粒的徑向的移動。

作為清洗液，只要能夠保持核酸固定于顆粒表面的狀態(tài)不變地使試樣中所含的除核酸之外的成分(例如蛋白質(zhì)、糖類等)、核酸提取等處理中使用的試劑等在清洗液中游離即可。作為清洗液，例如可以舉出：氯化鈉、氯化鉀、硫酸銨等高鹽濃度水溶液、乙醇、異丙醇等醇水溶液等。

作為核酸溶出液，可以使用包含水或低濃度的鹽的緩沖液。具體而言，可以使用tris緩沖液、磷酸鹽緩沖液、蒸餾水等，一般使用調(diào)節(jié)為ph7～9的5～20mm的tris緩沖液。通過使固定有核酸的磁性體顆粒在溶出液中分散，從而可以使核酸在核酸溶出液中游離溶出?；厥盏暮怂岣鶕?jù)需要進行濃縮、干固等操作后，可以供于分析、反應等。

附圖標記說明

10、110容器

70磁性體顆粒

9磁體

91～98電磁體

130液體層

31、32、35、134、135、136液體(層)

21、22、124、125凝膠狀介質(zhì)(層)

100顆粒操作用裝置

105控制部

181容器保持部(旋轉機構)

190磁場施加部

195磁場控制機構