JPH08500052A - 多重ポート弁を使用する流体配送装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、化学試薬の相互汚染を減じかつ構造と制御を簡単にする、オートメ化された化学処理装置における多重ポートロータリー弁の改良に関する。１又は２以上の多重ポートトロータリー弁が分離した複数の弁に関して使用され、各分離弁は装置内に関係する試薬を配送する。本発明の実施例によれば、前記装置は、それぞれが１つの試薬に関係するいくつかの流体枝管を形成する多重ポート弁を使用する。前記弁は共通入口及び共通出口を有し、これらは制御された順に枝管と選択的に連通する。各枝管には、関係する試薬の枝管への導入を制御する２路３ポート弁が設けられている。枝管がロータリー弁によって選択されたとき、枝管に導入された試薬は共通入口からの流れによって共通出口外に配送される。そのようなロータリー弁と分離弁とのいくつかの組合せが、多数の別異の試薬に適応させるために縦並びに又は並行に結合してされる。本発明の他の実施例によれば、試薬は２つの多重ボートロータリー弁間の分離弁を経て導入される。

Description

【発明の詳細な説明】 多重ポート弁を使用する流体配送装置 発明の背景 １．発明の技術分野 本発明は流体配送装置に関し、特にオートメ化された化学処理装置に使用する 多重ポート流体配送装置に関する。 ２．関係技術の説明 １つの流れ装置内において数種の流体を取り扱うように設計された流体配送装 置では、１つの設計上の関心事は流体間の相互汚染を減ずることにある。特に、 化学試薬を取り扱う装置では、別異の試薬の相互汚染は試薬の完全性及びその試 薬に関係する制御された化学反応の効率にしばしば悪影響を与える。たとえば、 オートメ化された核酸合成装置において、種々の工程がシステムコントローラ又 はコンピュータの指示に従って合成反応カラムにサイクルの順に多数の試薬を配 分する試薬配送装置によって実行される。合成効率は、一部、試薬の完全性に依 存する。 背景として、核酸合成（ＤＮＡ合成）化学は良く知られている。 一般に、これは、ＤＮＡの基本的な建築用ブロックである種々のヌクレオチドの 連結によって合成の一本鎖オリゴヌクレオチドを構築する方法である。ＤＮＡ合 成は、米国特許第４，４５８，０６６号明細書に記載されている。この米国特許 明細書に記載された方法は、ＤＮＡを合成する際のいくつかのアプローチの１つ を用いる一本鎖オリゴヌクレオチドを構築する。すなわち、固相支持体に建築用 ブロックを連結する各合成サイクルにデブロッキング／活性化、カップリング、 キャッピング及び酸化の工程が関係するいわゆる固相燐アミダイト（phosphoram idite）法が記載されてい る。さらに、このＤＮＡ合成法に関して、１９８４年IRL Press発行、M. J. Ga it編「O1igonucleiotide Synthesis-A PracticalApproach」、特に、Tom Atokin son 及び Michael Smith著の第３章「SoIid-Phase Synthesis of Oligodeoxyrib onucleotide by thePhosphite-Triester Method」に説明されている。ここでは 、試薬がいくつかの弁を経て反応カラムに配送されることを理解することで十分 である。 ＤＮＡ合成法の効果は試薬の純度に非常に敏感である。試薬の相互汚染は、オ リゴヌクレオチドの生産に悪影響を及ぼす。相互汚染の１つの原因は弁、特に、 別異の試薬の配送を選択する多重ポート弁にある。この弁には、試薬の切り換え に関連して不可避的なよどみ（dead volume）が発生する。このため、相互汚染 の完全な制御を必要とした過去の装置の設計及び試薬の行き当たりばったりの選 択は、相互汚染の防止の困難さのために、多重ポート弁の使用を避けた。しかし 、採用された流体配送装置の設計は、比較的複雑で、装置のための制御計画を作 成するために付加的な努力を必要とする。 発明の要約 本発明は、化学試薬の相互汚染を減じかつ構造と制御を簡単にする、オートメ 化された化学処理装置における多重ポートロータリー弁の改良に関する。１又は ２以上の多重ポートトロータリー弁が分離した複数の弁に関して使用され、各分 離弁は装置内に関係する試薬を配送する。 本発明の実施例によれば、前記装置は、それぞれが１つの試薬に関係するいく つかの流体枝管を形成する多重ポート弁を使用する。 前記弁は共通入口及び共通出口を有し、これらは制御された順に枝 管と選択的に連通する。各枝管には、関係する試薬の枝管への導入を制御する２ 路３ポート弁が設けられている。枝管がロータリー弁によって選択されたとき、 枝管に導入された試薬は共通入口からの流れによって共通出口外に配送される。 そのようなロータリー弁と分離弁とのいくつかの組合せが、多数の別異の試薬 に適応させるために縦並びに又は並行に連結される。 本発明の他の実施例によれば、試薬は２つの多重ポートロータリー弁間の分離 弁を経て導入される。 図面の簡単な説明 図１は、本発明の実施例にかかる流体配送装置と関係する、オートメ化された 核酸合成装置の単純化された概略的流体ダイアグラムである。 図２は、流体配送装置に使用されるロータリー弁の斜視図である。 図３は、ロータリー弁の頂面図である。 図４は、２つの多重ポートロータリー弁間に複数の分離弁が配置されている、 本発明の他の実施例を示す概略的ダイアグラムである。 図示の実施例の詳細な説明 以下の説明は、本発明を実施するに最も好ましい態様を示すものである。この 説明は、本発明の一般原理を示すためのものであり、限定のためではない。本発 明の範囲は、請求の範囲に照らして決定される。 本発明はＤＮＡ合成に関して説明されるが、本発明は他の化学方法、たとえば ペプチド・タンパク質合成、タンパク質シークエンス、オリゴ糖合成・シークエ ンスのほか、別異の試薬の統合した配 送を必要とする装置を改良することを理解すべきである。 図１は、ＤＮＡを合成するための使用に適した、オートメ化された化学処理装 置の単純化された概略的配置を示している。これは、本発明の基本的概念を示す ための簡略化された流体ダイアグラムである。完全にオートメ化された装置は、 より多くの試薬溜め及び付加的なフローコンポーネントからなる。それは、前記 米国特許第４，４５８，０６６号の記載に照らし、本発明に関するオートメ化さ れたＤＮＡ合成装置の構成に必要な試薬溜め及びフローコンポーネントに関係す る当業者の知識のうちにある。 図１を参照するに、溜め１１〜２１はＤＮＡ合成のための適当な化学試薬、た とえば、アセトニトリル（溶剤）、テトラゾール、酸化剤、キャッピング活性剤 、アミダイト活性剤、デブロッカー及び種々のアミダイトを収容している。各溜 めには蓋がされている。 図１においてハッチングが施されていないチュービング２４は、加圧されたヘリ ウムのような不活性ガスをタンク２６から各溜めにおける試薬レベルの上方に送 るガス管である。マニホルド２８〜３０は、加圧ガスを溜め１１〜２１に配分す るために設けられている。 図１においてハッチングが施されているチュービングは、試薬配送用の管である 。チュービング３２は、試薬中に浸された端部を有し、溜めからの配送のオン・ オフを切り換える弁３６，３８，４０，４１〜４８に接続されている。後により 詳しく説明するように、チュービング３２のあるものは、該チュービングを経る 流れを制御する分離弁４１ー４８に接続されている。分離弁が作動する時、この 弁に接続された溜め内の試薬は、加圧されたガスにより該弁を介して接続された チュービングへ強制される。弁３６は、通常閉じられた２ポート弁である。この 弁が作動する時、該弁を経る流 れを生じさせる。この弁が開放される時、該弁を経る流れを遮る。 弁３８，４０は、後に説明する分離弁４１〜４８と同様の２路３ポート弁である 。 付加的な弁３４が、加圧ガスのタンク２６に接続された流体装置の一点に設け られている。この弁３４が作動する時、ガスが、試薬の流れの連続性を遮るよう に流れに注入される。 装置の下流端近くに化学反応室５０があり、該化学反応室は、ヌクレオチドの 合成がここに記載の例において生じるように、所望の化学反応を容易にするよう 設計されている。さらに、下流には、経過する流体の流れから装置の作動を監視 するように、流路に沿って又はこれに隣接して配置された検出器である。流れ装 置の末端には、装置を経て流れた使用済み試薬を集めるための廃物コンテナ５４ が設けられており、化学反応からの反応最終製品を集めることが所望の場合には 収集装置（図示せず）が設けられる。 化学反応室への種々の試薬の配送の制御は、多重ポート弁５６及び複数の分離 弁４１〜４８の組合せによって行われる。図２，３を参照するに、多重ポート弁 ５６は共通入口５８及び共通出口５９を備え、かつ、図示の実施例において流体 枝管８１〜８８（図１参照）に接続された８対の枝管入口６１〜６８及び枝管出 口７１〜７８を備える。より多くのポートを備えるロータリー弁を装置の要求に 従って使用することができる。弁５６はロータリー弁エレメントを備え、該エレ メントは共通入口５８及び共通出口５９を対をなす枝管入口及び枝管出口（６１ 〜６８，７１〜７８）に制御されたシークエンスで選択的に流体連通させる（図 １は接近した枝管８７を示す）。多重ポートロータリー弁５６は、米国テキサス 州ヒューストンのバルコ・インスツルメンツ社から入手することができる （部品番号ＣＳＴ８Ｐ）。 各枝管（８１〜８８）には、該枝管への関係する試薬の導入を制御する２路３ ポート分離弁（４１〜４８）が設けられている。分離弁の１つが作動する時、そ れの３つの弁ポートは開放され、これによりいずれかの弁ポートを経るいずれか の方向への流れを生じる。 その弁が開放される時、関係する溜めに接続された弁ポートのみが閉じられる。 この分離弁はコントローラ８０による制御によって作動するエレクトロメカニカ ルタイプのものである。この分離弁は、米国入ニュージャージィ州フェアーフィ ールドのジェネラル・バルブ社から入手することができる（部品番号２−１０４ −９００）。 分離弁４１〜４８は、図１に示されるようなチュービング９２，９４により枝管 入口及び枝管出口（６１〜６８，７１〜７８）に接続される。 図１は、枝管８７に接近する弁５６を示している。この位置において、溶剤（ アセトニトリル）溜め１１からの流路は、弁３６，３４，３８，４０、弁５６の 共通入口５８、枝管入口６７、枝管８７のチュービング９４、分離弁４７、枝管 ８７のチュービング９２、枝管出口７７、弁５６の共通出口５９、反応室５０を 経て廃物コンテナ５４に至る。ロータリー弁５６が他の枝管に接近するとき、流 路は同様にその枝管を経る。 枝管（８１〜８８）がロータリー弁５６によって選択されるとき、該枝管に導 入される試薬は共通入口５８からの流れに沿って共通出口５９外に配送される。 特に、作動時、溶剤（この例ではアセトニトリル）１１はロータリー弁５６の共 通入口５８へ主流を経て供給され、各枝管に対してロータリー弁を順に回転させ ることによって枝管流路９２，９４のすべてを満たす。その後、溜め中の特 定の試薬が次のステップ順で反応室５０に送られる。すなわち、第１に、その試 薬に関係する対をなす枝管入口及び枝管出口（６１〜６８，７１〜７８）への接 近を選択するようにロータリー弁５６を回転させる。第２に、その試薬を、溶剤 と混合させる流体枝管（８１〜８８）に導入するように関係する分離弁（４１〜 ４８）を作動させる（試薬の導入中、溶剤用のオン・オフ弁は主流を停止するよ うにオフにする）。第３に、試薬の流れを停止するように分離弁を開放する。第 ４に、流体枝管からの試薬のボルスを反応室５０に移すように相当量の溶剤を流 体枝管を経てポンプ圧送し、同時に、試薬の跡を取り除くように流体枝管及び弁 エレメントを洗い流す。第５に、ロータリー弁５６を他の試薬のために他の枝管 入口及び枝管出口へ回転させる。ロータリー弁５６によって最後に接近された流 体枝管は、該流体枝管外への試薬の配送の終わりに溶剤で満たされる。 ロータリー弁５６及び分離弁４１ー４８は、各合成サイクルを完成するために 必要な試薬を配送するように適当に同期して作動される。弁の作動の同期及び他 の装置の働きは、プログラマブル・コントローラによって制御することができ、 当業者は達成すべき所望の作動を与える制御機能を容易に実行することができる ので、ここではその制御の詳細は説明しない。 前記した構造は別異の試薬間の相互汚染を除去する。このタイプの構造での試 薬のよどみは、共通の反応部位に試薬を配送する共通のポートによって結合され た弁によるより実質的に低い。 ０．０２０”Ｉ．Ｄ．チュービングの構造では、装置のよどみを５０％μＬ以下 にすることができると推定される。さらに、この構造においては、安全装置位置 （すなわち、溶剤で満たされた状態で 分離弁がオフの枝管）は洗浄回路を構成し、装置洗浄作用を担う付加的なステッ プを除去する。この試薬配送装置の構造は、他のＤＮＡ合成装置より燐アミダイ トの消費高を３５〜５０％節約することが判った。燐アミダイトは顧客にとって ２グラムにつき２５０ドルもかかり、代表的なユーザーにとってほぼ２週間ごと の供給である。 チュービング９２，９４は内径が試薬のチュービング３２より小さいことが好 ましい。これは、枝管８１〜８８の流量を減じ、チュービングを洗い流すための 溶剤を少なくする。また、分離弁４１〜４８と各枝管の入口６１〜６８及び出口 ７１〜７８間のチュービング９２，９４のセクションの長さは実質的に同じであ ることが好ましい。これは、ロータリー弁５６を経る主流に導かれる試薬とって 反応室５０に達する距離を一定にすることを確実にする。さらに、試薬の溜め１ ４〜２１から各分離弁４１〜４８に至るチュービング３２のセクションの長さが 実質的に同じであることが好ましい。換言すれば、試薬は、中央配送ハブ（ロー タリー弁５６）に関して円形の対称の外形に配置される。流路長さの差及び抵抗 は除去される。多数の試薬の流速の制御及び別異の試薬からの相対流速での圧力 降下は、この対称の外形によって標準化される。流体の流れパラメータにおける いかなるドリフトも別異の試薬の枝管のために調和する。 前記の基本的構造は、より多数の別異の試薬を取り扱うために増設することが できる。例えば、２以上のロータリー弁とこれに加えての分離弁とを平行に、す なわち、１つの主流入口をロータリー弁の入口にまた１又は２以上の出口を多数 の試薬配送部位のために分配して、接続することができる。また、２以上のその ような基本的 構造を縦並びに結合することもでき、この場合上流のロータリー弁の出口は下流 のロータリー弁の入口である。さらに、２以上の基本的構造が、ロータリー弁内 の１又は２以上の分離弁を、分離弁を有するロータリー弁と置き換える態様で接 続することができる。さらに、その基本構造は、ロータリー弁に対する主試薬入 口をもつ枝管に多数の配送部位を生じさせるように逆に使用することもできる。 前記した改良のいずれの組合せも可能である。 図４を参照するに、本発明の他の実施例が示されており、これは２つのロータ リー弁９６，９８を使用し、それらの間に分離弁１０１〜１０５が接続されてい る。この実施例におけるロータリー弁９６，９８は、前記の実施例より構造を簡 単にすることができる。 ロータリー弁９６は共通入口１０７及び複数の出口１０８を有する。共通入口１ ０７からの流れは個々別々の出口１０８に選択的に向けれられる。ロータリー弁 ９８は流れに対して逆に配置され、すなわち、複数の入口１０９及び１つの共通 出口１１０がある。実際に、弁９６，９８は正確に同じにすることができるが、 一方の弁は流れ装置において逆の態様で接続される。分離弁１０１〜１０５はロ ータリー弁間の流体枝管１１１〜１１５に沿って中間に接続されている。これら の分離弁は前記の実施例における分離弁と同じにすることができる。試薬溜めは 前記したと同様に分離弁に接続されている。図４に示される構造全体の機能は、 図１に示したロータリー弁及び分離弁の機能と同様である。この構造を溶剤入口 流に（図１の入口５８で）及び反応室５０への出口流に（出口５９で）接続する ことにより、試薬配送が同様に行われる。両ロータリー弁９６，９８は、単一の ロータリーエレメントが枝管に接続される一対のボートに同時に接近するように 作動される前記の実施例と比較し て、反応室５０への試薬配送の溜めの枝管を選択するために同時に作動される。 図４は、枝管１１３を選択するロータリー弁を示している。 本発明を図示に実施例に関して説明したが、当業者にとって種々の変形が本発 明の範囲内において可能であることは明らかである。 従って、本発明は特定の図示の実施例によって限定されるものでないと理解され るべきである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．流体配送装置であって、 流体の供給手段と、 前記供給手段に結合され、第１の共通ポート及び第２の共通ポートに選択的な 交互の連通をする複数の流体枝管を有する弁手段及び前記流体枝管の１つを経る 流体の流れを選択する手段と、 外部流体に対して各流体枝管に結合された分離弁とを含み、 前記流体は前記第１の共通ポー卜から前記弁手段を経て前記第２の共通ポート へ選択された流体枝管を経て流れ、 前記分離弁は関係する流体枝管に対する外部流体の流れの連通を制御すべく作 動し、これにより多数の外部流体の１つが、関係する流体枝管に導入され、前記 枝管を選択しかつ関係する分離弁を作動させることにより前記第２の共通ポート を経て配送される、流体配送装置。 ２．前記弁手段は選択された流体枝管の２つの端部に同時に接近させるための手 段を有するロータリー弁である、請求項１に記載の流体配送装置。 ３．前記弁手段は第１の弁及び第２の弁からなり、前記第１の弁は、共通入口と 、該共通入口と選択可能な交互の流通をする複数の出口とを備え、前記第２の弁 は、複数の入口と、該入口と選択可能な交互の流通をする共通出口とを備え、ま た、前記共通入口は前記弁手段の第１の共通ポートに対応し、前記共通の出口は 前記弁手段の第２の共通ポートに対応し、さらに前記分離弁は選択された流体枝 管における第１の弁と第２の弁との間の外部流体の流れを制御するために第１の 弁の出口と第２の弁の入口との間で結合されている、請求項１に記載の流体配送 装置。 ４．オートメ化された化学反応処理装置であって、 主流体供給手段と、 前記主流体供給手段に結合され、第１の共通ポート及び第２の共通ポートに選 択的な交互の連通をする複数の流体枝管を有する弁手段及び及び前記流体枝管の １つを経る流体の流れを選択する手段と、 別異の試薬を供給する供給手段と、 該供給手段から関係する流体枝管への試薬の流通を制御するために該供給手段 及び各流体枝管に結合された分離弁と、 別異の試薬が所望の反応を行うために予め定められた順に配送される第２の共 通ポートに結合された反応部位を規定する手段とを含み、 前記流体は前記弁手段を経て前記第１の共通ポートから選択された流体枝管を 経て前記第２の共通ポートへ流れ、前記別異の試薬は関係する流体枝管に導入さ れ、該枝管を順に選択することにより前記第２の共通ポートを経て配送される、 化学反応処理装置。 ５．前記弁手段は選択された流体枝管の２つの端部に同時に接近させるための手 段を有するロータリー弁である、請求項４に記載の化学反応処理装置。 ６．前記弁手段は第１の弁及び第２の弁からなり、前記第１の弁は、共通入口と 、該共通入口と選択可能な交互の流通をする複数の出口とを備え、前記第２の弁 は、複数の入口と、該入口と選択可能な交互の流通をする共通出口とを備え、ま た、前記共通入口は前記弁手段の第１の共通ポートに対応し、前記共通の出口は 前記弁手段の第２の共通ポートに対応し、さらに前記分離弁は選択された流体枝 管における第１の弁と第２の弁との間の外部流体の流れを制御す るために第１の弁の出口と第２の弁の入口との間で結合されている、請求項１に 記載の化学反応装置。 ７．前記分離弁と前記第２の共通ポートとの間の流れの距離は実質的に同じであ る、請求項４に記載の化学反応装置。 ８．前記流体枝管の長さは実質的に同じである、請求項４に記載の化学反応装置 。 ９．前記試薬は拡散合成に適している、請求項４に記載の化学反応装置。 １０．流体配送装置であって、 第１の流体を供給する供給手段と、 入口ポート、出口ポート、複数の枝管入口ポート及び同じ複数の枝管出口ポー トを有する弁手段であって、前記入口ポートを前記枝管入口ポートのいずれか１ つと接続し又前記出口ポートを前記枝管の出口ポートのいずれか１つと接続する 手段を含む弁手段と、 前記第１の流体を前記枝管のいずれか１つを経て流すべく前記弁手段の入口ポ ートと前記弁手段の出口ポートとの間に複数の枝管を形成するように各枝管入口 ポートを各枝管出口ポートに接続する導管手段と、 第２の流体に接続された前記複数の枝管に設けられた分離弁であって、前記第 ２の流体を前記枝管出口ポートに接続するように作動する分離弁とを含み、これ により複数の流体の１つが前記分離弁の出口ポートに接続される、流体配送装置 。