JPH09155235A - 遠心分離機用スイングロ−タおよび遠心分離方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、医学、薬学、遺伝子工学等の分野
で使用されている遠心分離機のロ−タに関し、マイクロ
プレート又はマイクロプレ−ト状マイクロチュ−ブ集合
体に注入された液体試料を高遠心加速度下で遠心分離す
るためのスイングロータを提供するものである。 【解決手段】 上記目的は、マイクロプレートを装着す
るバケットの構造をマイクロプレートの底面と適合する
形状とすることでマイクロプレートの試料注入穴部の裏
底面に接してマイクロプレ−トの遠心荷重を負担し、更
にロ−タボディ及び前記バケットを包み込み一体となっ
て回転するシェルにより風損を低減することにより達成
される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、医学、薬学、遺伝
子工学等の分野で使用されている遠心分離機用ロ−タに
関し、マイクロプレートを遠心分離するためのスイング
ロータに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】まずマイクロプレートについて図８を用
いて説明する。マイクロプレート４の使用形態は、例え
ば、血液等の体液に反応試薬を滴下した上で遠心分離機
に掛けられたり、中間工程として遠心分離工程を含む組
織培養分野や遺伝子工学分野における様々な実験に使用
されたりしている。このようなマイクロプレート４は、
一般にポリスチレンやポリプロピレン等のプラスチック
材料から成り、モールド成形により形成されている。寸
法は縦約１３０mm、横約９０mm、高さ約１０〜５０mm程
度の箱形の容器であり、その上面部には試料を注入する
ための多数の小さな凹状の試料注入穴部５が縦横整然と
設けられている。マイクロプレート４には上下に重ねた
場合のことを考慮して、マイクロプレート４の箱形外形
壁７の下部に切欠部８を設けている。この切欠部８の寸
法はマイクロプレート４の上面部の寸法とほぼ一致して
おり、これにより上下に重ねられたマイクロプレート４
相互間の位置ずれを防止している。この切欠部８はマイ
クロプレート４のプレート底面９よりも低い位置に設け
なければ、マイクロプレート４を上下に重ねてた場合の
相互間の位置ずれを防止することができないため、結果
として、マイクロプレート４の箱形外形壁７はプレート
底面９よりも低い位置まで延在する構成となっている。

【０００３】次に上記したマイクロプレート４内の試料
を遠心分離するための遠心分離機用ロータについて説明
する。このようなマイクロプレート遠心分離用ロータ
は、例えば実公昭５７−９３４号公報にも示されている
が、本説明においては図６及び図７を用いて説明する。
図６はスイング形式のロータの外観斜視図、図７は図６
に示すスイングロータに装着されている金属製のアダプ
タの外観斜視図である。図６において、ロータは、基本
的にはロータボディ１、バケット２から構成されてお
り、図示していない遠心分離機によりロータボディ１に
回転力が付与され、この回転力に起因する遠心力により
バケット２が外方向にスイングして、バケット２に保持
された試料に遠心加速度を付加する構成である。

【０００４】このようなスイングロータをマイクロプレ
ート４に内蔵された試料の分離に使用するために、バケ
ット２に金属製のアダプタ３を装着することが一般的で
ある。アダプタ３はバケット２に対してガタが無いよう
に保持される外形寸法となっており、更にアダプタ３に
は、マイクロプレート４を保持したときにマイクロプレ
ート４とのガタを無くすために、マイクロプレート４の
外周を保持する折り曲げ部１２，１３が設けられてい
る。アダプタ３はステンレス鋼板やアルミ板等の金属製
板を加工されることで製作されており、その底部１１は
平坦である。

【０００５】このようなアダプタ３に上記したマイクロ
プレート４を装填すると、図８に示す構成となる。上記
したように、マイクロプレート４の箱形外形壁７はプレ
ート底面９よりも低い位置まで延在する構成となってお
り、更にアダプタ３の底部１１は平坦に構成されている
ため、マイクロプレート４とアダプタ３の間には隙間部
１０が存在していた。このような状態で通常、回転数は
約２，０００ｒｐｍ，最大遠心加速度は７００×ｇ程度
で使用されているのが普通である。

【０００６】近年、マイクロプレートを利用して、人体
の健康に関する諸症状の検査や組織培養分野における様
々な実験が盛んに行われるようになり、検査や実験の中
間工程で必要となる遠心分離工程の効率向上が求められ
ている。遠心分離工程の効率向上は、ローを回転させる
回転数を上昇させることによって遠心加速度を大きくす
ることで達成できる。

【０００７】しかし、上記のように構成されたロータを
効率向上のために回転数を上昇させると、マイクロプレ
ート４の試料注入穴部５の群部と箱形外形壁７との境界
部６から試料注入穴部５の群部が陥没する形で破損して
しまい、遠心分離目的を達成できない。この原因は、マ
イクロプレート４に遠心加速度による遠心荷重が加わっ
た際、マイクロプレート４のプレート底面９とアダプタ
３の底部１１の間に隙間部１０が存在するため、試料注
入穴部５が遠心荷重により隙間部１０側に撓み、結果的
に試料注入穴部５の群部と箱形外形壁７の境界部６に大
きな曲げモーメントが加わり、境界部６が破損に至るも
のである。出願人の試験によれば、市販されている通常
のマイクロプレート４を試験したところ、約１，０００
×ｇ（重力加速度の１，０００倍）で、境界部６の破損
が発生した。マイクロプレート４の材質は、一般にポリ
スチレンが多く用いられており、ポリスチレンの特性で
ある強度的に脆いということも前記破損の一因である。

【０００８】このため、従来、このような構成のロ−タ
では、マイクロプレートの破損が起こらない範囲に属す
る、最高回転数が２,０００rpm，最大遠心加速度が６０
０〜８００×ｇ程度のものが市販されている。

【０００９】本発明が意図している用途、応用分野とし
ては、遺伝子工学分野等で盛んに研究されているＤＮＡ
やＲＮＡ関連の研究の効率向上に向けられている。この
分野の、ＤＮＡシ−ケンシングの過程では、ＤＮＡを試
料とした遠心分離が重要な処理過程の一つである。特
に、ＤＮＡを含む溶液にエタノ−ル等を適量添加して行
うエタノ−ル沈殿によるＤＮＡ回収法では、より高い回
収率が望まれているが、従来の最高回転数が２,０００r
pm，最大遠心加速度が６００〜８００×ｇ程度のロータ
では、回収率が７５％程度であった。

【００１０】この回収率を増加させるためには、より高
い遠心加速度の下で分離をする必要があり、そのため、
従来、０.２mlから２ml程度のプラスチック製マイクロ
チュ−ブ(試験管)を使用して、１２,０００rpm（１０,
０００×ｇ程度）程度で１０分間程度の遠心分離が行わ
れていた。

【００１１】しかし、この操作では、マイクロチュ−ブ
を１本１本扱うため、操作が煩雑で、かつ、マイクロプ
レートではなく、マイクロチューブを使用するため、遠
心分離における装置の制限から、一度の運転で、多くて
４８本程度の処理量であった。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】遠心分離機を利用し
て、人体の健康に関する検査、ＤＮＡ、ＲＮＡ関連の諸
研究、組織培養分野における様々な実験が盛んに行われ
るようになり、検査や実験の中間工程で必要となる遠心
分離工程の効率向上が求められている。遠心分離工程の
効率向上は、回転数を上昇させることによって試料に与
えられる遠心加速度を大きくすることにより目的物の回
収率を向上させることと、一度に処理できる検体数を増
加することによって達成できる。

【００１３】然るに、従来の遠心分離機用ロ−タにおい
ては、１枚当り９６検体を一度に処理できるメリットを
有するマイクロプレ−トを使用することによって効率を
向上することができるものであるが、マイクロプレ−ト
用ロ−タを更に回転数を上昇させて遠心分離工程の効率
を向上しようとすると、上記したようにマイクロプレー
トが破損し、目的を達成できない。

【００１４】そこで、出願人は、マイクロプレートの裏
底面側に存在する隙間部をなくすために、マイクロプレ
ートの裏底面と接触する座面を有するマイクロプレート
用アダプタを発明し、本件とは別の発明として出願して
いる。マイクロプレート用アダプタにマイクロプレート
の裏底面と接触する座面を設けることにより、マイクロ
プレートの裏底面側に存在する隙間部をなくし、マイク
ロプレートにかかる遠心力をアダプタの座面で受けるこ
とで、従来約１，０００×ｇで破壊していたマイクロプ
レートを回転試験をしたところ、２，０００×ｇまで問
題なく遠心加速度を付加することができ、従来のアダプ
タに比較して２倍の遠心加速度に耐えられることを確認
できた。

【００１５】しかし、更に高い遠心加速度をマイクロプ
レートに付与しようとすると、マイクロプレート自体は
アダプタにより支承されているため破壊はしないもの
の、ロータが図９に示す構成となっているため、回転数
をより高くすると、ロータの回転による風損も大きくな
り、この風損により回転エネルギーが消費され、回転を
上昇させることが困難であった。

【００１６】本発明の目的は、上記した欠点を改良し、
現状のマイクロプレート又はマイクロプレ−ト状マイク
ロチュ−ブ集合体を高遠心加速度下で使用出来るように
して、遠心分離工程の効率を向上することである。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記目的は、遠心分離機
の駆動軸に取り付けられ、複数個のバケット収納部を有
するロ−タボディと、前記各収納部にあって該ロ−タボ
ディに対して揺動可能に係合されたバケットとからなる
遠心分離機用スイングロ−タであって、回転することに
より生じる遠心力によって該バケット内に収納された試
料を遠心分離する遠心分離機用スイングロ−タにおい
て、前記バケットの構造をマイクロプレートの底面と適
合する形状とすることで該マイクロプレートの試料注入
穴部の裏底面に接してマイクロプレ−トの遠心荷重を負
担し、更に前記ロ−タボディ及び前記バケットを包み込
み一体となって回転するシェルを有することにより達成
される。

【００１８】

【発明の実施の形態】まず、マイクロプレートを保持す
るアダプタ３の構成を図４及び図５を用いて説明する。
図４は図１のロータに装着されているアダプタ３を示す
外観斜視図である。アダプタ３には、マクロプレート４
の外側を支持するための折り曲げ部１２，１３が設けら
れており、更にその底面には、マクロプレート４の裏底
面と接触する座面１７と、マクロプレート４の箱形外形
壁７が入り込むための段差部１８が設けられている。な
お、このアダプタ３自身を図４に示すように必ずしもす
る必要は無く、図５に示すように、従来タイプの底部が
平坦なアダプタに座面１７と段差部１８を有するパッド
１９を載置する構成としても良い。なお、アダプタ３の
製作方法としては、折り曲げ部１２，１３は金属板の折
り曲げ加工、パット１９はゴムやプラスチックで製作し
接着する方法や、アダプタ３全体をプラスチックで成形
する方法などがある。

【００１９】このようなアダプタ３を有する遠心分離機
用スイングロータにつき図１を用いて説明する。図１は
本発明の第１の実施例のスイングロ−タを示す外観斜視
図である。図１において、ロ−タボディ１は２ヵ所のバ
ケット収納部１４を有しており、前記バケット収納部１
４には、バケット２がロ−タボディ１との間にピン１５
を介して揺動可能に取り付けられている。バケット２内
にはマイクロプレ−ト４を保持するためのアダプタ３が
上方から挿入されている。更にこれらロ−タボディ１と
バケット２の組立体を取り囲むようにシェル１６が取り
付けられている。シェル１６は、バケット２が揺動する
際に、バケットの先端がシェルに接触しないように寸法
が決定されており、更にロータボディ１と下側で一体に
構成されるもので、その外周面に凹凸がなく、回転時に
風損を極力抑えるように構成されている。更にシェル１
６の上部は、マイクロプレート４の装着及び取外しを容
易にするために、開口部２０を有している。なお、ロ−
タボディ１、バケット２、シェル１６は、アルミ合金を
用いて加工され、形状付けられている。勿論、強度的に
許されれば、プラスチック材料や複合材料を用いること
も可能である。

【００２０】このように構成された遠心分離機用スイン
グロータを図示しない遠心分離機により回転駆動する
と、従来のシェル１６のない構成と比較して、最も高い
風損が起こるロータの外周部において風損が極めて少な
くなり、より高い回転数で回転することが可能となる。

【００２１】なお、図１に示したシェル１６の開口部２
０を閉塞すれば、更に風損を下げることができる。開口
部２０を蓋２１で閉塞した例を図２に示す。図２は本発
明の第２の実施例のスイングロ−タを示す縦断面図であ
り、左側半分はロータが静止している状態、右側半分は
ロータが回転している状態である。なお、図３は図２を
断面した上面図である。

【００２２】図２の構成は、図１に示したスイングロ−
タのロータボディ１の中央にセンターピン２２を螺号若
しくは接着等により固定し、このセンターピン２２に係
合する係合部材２３を有する蓋２１を装着した構成であ
る。蓋２１はシェル１６に対して脱着可能であり、マイ
クロプレート４の装着及び取外し時には蓋２１をシェル
１６から外し、遠心分離中は蓋２１をシェル１６に装着
する。このように構成されたスイングロータは、図１に
示したスイングロータよりもその上面における風損を低
減することができるので、更に高い回転数で回転するこ
とが可能となる。

【００２３】なお、図１及び図２に示すスイングロータ
のシェル１６には、その底部に穴部２４が設けられてい
る。図１に示すスイングロータ、若しくは図２に示すス
イングロータで蓋２１を装着忘れて回転してしまった場
合、シェル１６内の空気は、遠心力によりシェル１６の
外部に出されてしまう。すると、シェル１６内の空気は
密度が低く、シェル１６外の空気は密度が高くなる。即
ち、シェル１６内外に空気密度の差異（圧力の差異）が
生じ、この差異により、スイングロータ全体を図２の状
態で上方に持ち上げる力が発生する。ロータが上方に持
ち上げられると、図示しない遠心分離機の駆動部との係
合が外れてしまい、非常に危険な状態となる。これを避
けるため、シェル１６内外に空気密度の差異をなくする
ために、シェル１６の底部に穴部２４が設けられてい
る。なお、この穴部２４では空気がシェル１６の外側か
ら内側に流れるため、遠心力によりシェル１６内部の空
気を外部に排出しようと作用するロータ外周側に設ける
ことは望ましくなく、回転軸心に近いほうが望ましい。

【００２４】以上のように構成した遠心分離機用スイン
グロータを実際に使用した場合について説明する。図２
のように構成された遠心分離機用スイングロ−タを使用
して、市販のマイクロプレ−トを回転試験したところ、
５,７００ｒｐｍ，５,０００×ｇまで問題なく回転する
ことができた。これは、従来のロ−タに比較して約６倍
の遠心加速度に耐えられることが確認できたことにな
る。

【００２５】また、実際の遠心分離効果についても実験
した。ラムダファ−ジのＤＮＡであるラムダＤＮＡ溶液
(３２g/ml)からエタノ−ル沈殿法によりＤＮＡの回収実
験を行った。回収の際に遠心する回転数を変え(遠心時
間は１０分間で一定)、ＤＮＡの回収率に与える回転数
の影響を調べた。回転数が２,０００rpm(最大遠心加速
度６２０xg)では回収率が約７５％、回転数が３,０００
rpm(最大遠心加速度１,３９０xg)では回収率が約８０％
であったのに対して、回転数が５,７００rpm(最大遠心
加速度５,０１０xg)では回収率が１００％であった。

【００２６】このように、高速回転ほど高回収率とな
り、最大遠心加速度５,０００×ｇ以上で、ＤＮＡの回
収率が１００％となることがわかった。これにより、本
発明による遠心分離機用スイングロータにマイクロプレ
ートを装着して最大遠心加速度５,０００×ｇ以上にな
るように回転すれば、高回収率であって、しかもマイク
ロプレートを使用できるので一度に処理する検体も多く
することができ、結果として遠心分離工程の効率を向上
することができる。

【００２７】

【発明の効果】本発明によれば、マイクロプレ−ト又は
マイクロプレ−ト状マイクロチュ−ブ集合体を、高遠心
加速度下で回転することができるので、遠心分離工程の
効率を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１の実施例のスイングロ−タを示
す外観斜視図。

【図２】 本発明の第２の実施例のスイングロ−タを示
す縦断面図

【図３】 図２を断面した上面図。

【図４】 図１のロータに装着されているアダプタを示
す外観斜視図。

【図５】 図４のアダプタの変形例を示す断面図。

【図６】 従来のスイングロータを示す外観斜視図。

【図７】 図６のスイングロータに装着されているアダ
プタの外観斜視図。

【図８】 図７のアダプタにマイクロプレートを載置し
た状態を示す縦断面図。

【符号の説明】

１はロータボディ、２はバケット、３はアダプタ、４は
マイクロプレート、１６はシェルである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山崎 厳 茨城県ひたちなか市武田1060番地 日立工 機エンジニアリング株式会社内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 遠心分離機の駆動軸に取り付けられ、複
   数個のバケット収納部を有するロ−タボディと、前記各
   収納部にあって該ロ−タボディに対して揺動可能に係合
   されたバケットとからなる遠心分離機用スイングロ−タ
   であって、回転することにより生じる遠心力によって該
   バケット内に収納された試料を遠心分離する遠心分離機
   用スイングロ−タにおいて、前記バケットの構造をマイ
   クロプレートの底面と適合する形状とすることで該マイ
   クロプレートの試料注入穴部の裏底面に接してマイクロ
   プレ−トの遠心荷重を負担し、更に前記ロ−タボディ及
   び前記バケットを包み込み一体となって回転するシェル
   を有することを特徴とする遠心分離機用スイングロ−
   タ。
2. 【請求項２】 前記シェルの開口部を覆う蓋体を有する
   ことを特徴とする請求項１に記載の遠心分離機用スイン
   グロータ。
3. 【請求項３】 前記バケットにおいて、前記マイクロプ
   レートの底面と適合する形状のアダプタを有し、該アダ
   プタを前記バケットに一体に構成したことを特徴とする
   請求項１に記載の遠心分離機用スイングロータ。
4. 【請求項４】 前記マイクロプレ−トは、多数のプラス
   チック製マイクロチュ−ブを収容する構造であることを
   特徴とする請求項１に記載の遠心分離機用スイングロー
   タ。
5. 【請求項５】 ロ−タボディと、該ロ−タボディに対し
   て揺動可能であって、マイクロプレートの底面と適合す
   る形状としたバケットと、該ロ−タボディ及び該バケッ
   トを包み込み一体となって回転するシェルを有する遠心
   分離機用スイングロ−タを使用して、液体試料溶液が注
   入されたマイクロプレ−トに対して重力加速度の５，０
   ００倍以上の遠心力を付与することで、前記液体試料溶
   液の遠心分離を行うことを特徴とする遠心分離方法。
6. 【請求項６】 前記液体試料は、核酸又は蛋白質を含む
   溶液にアルコ−ルを適量加えた懸濁液であることを特徴
   とする請求項５に記載の遠心分離方法。