粒子操作方法以及粒子操作用器件的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及用于進行目標物質的分離、提取、提純、反應等化學操作的粒子的操作方法及其使用的操作用器件。
【背景技術】
[0002]在醫學檢查、食品安全衛生上的管理、環境保護用的監測等中，要求從含有多種多樣的夾雜物的試樣中，提取目標物質，并將其用于檢測、反應。例如，在醫學檢查中，必須對從動植物分離取得的血液、血清、細胞、尿、糞便等生物試樣中所含的核酸、蛋白質、糖、月旨類、細菌、病毒、放射性物質等進行檢測、鑒定、定量。進行這些檢查時，為了排除夾雜物引起的背景(background)等的負面影響，有時必須將目標物質分離、提純。
[0003]例如，在基因檢查中，使生物試樣中的核酸通過PCR(聚合酶鏈式反應)等基因擴增法擴增，決定其排列。為了通過PCR等基因擴增法有效地擴增核酸，必須從含有各種夾雜物的生物試樣中提取并純化核酸，并將其用于反應。在提取并純化生物試樣中的核酸時，以往標準使用的是苯酚-氯仿法。但是，苯酚-氯仿法存在操作繁瑣、并且使用的試劑有害、廢液處理花費成本的問題。
[0004]在專利文獻1中，提出了利用核酸會特異性吸附到二氧化硅的性質，通過粒子操作，從生物試樣中提取并純化核酸的方法(Boom法)。在該方法中，首先，將在蛋白酶以及表面活性劑的存在下處理試樣后得到的溶解液在胍鹽、碘化物鹽、尿素等離液序列高的物質的存在下，與二氧化硅粒子混合，使核酸吸附至粒子表面。為了除去夾雜物，對核酸所吸附的二氧化硅粒子進行數次清洗。然后，向鹽濃度低的溶液(洗脫液)中，投入二氧化硅粒子復合物的話，被提純的核酸洗脫至洗脫液中，得到核酸的提純試樣。使用了此種粒子操作的化學操作除了以核酸為對象，也正在推進向利用了抗原抗體反應的免疫測定等的應用(例如參照專利文獻2)。
[0005]在使用了粒子的操作中，必須適當地分離吸附了核酸等目標試樣的粒子(固相)和含有未被粒子吸附的夾雜物的水基液體(液相)。作為此種分離操作(B/F分離)，提出有以下方法:使分散有粒子的水基液體作為液滴存在于不與水基液體混和的液體(例如油)中，在該水基液體的液滴中使核酸等吸附到粒子表面后，僅僅使得吸附了核酸的粒子從液滴移動至油中。此外，基于使粒子的選擇性移動變得容易的觀點，提出有以下方法:使用涂覆了二氧化硅的磁性粒子等，通過磁場操作，使粒子移動。
[0006]水基液體在油中作為液滴存在時，油的流體阻力、油和水基液體界面的防水力、粒子表面的親水基與水基液體的相互作用等會成為保持液滴的位置和形狀的力。因此，即使僅僅要使磁性粒子從水基液體的液滴中移動至油中而分離，由于液滴會伴著磁性粒子而追隨磁場，因此僅僅使粒子從水基液體的液滴中分離到油中是不容易的。
[0007]鑒于此種問題，提出抑制水基液體的液滴移動、選擇性地僅使粒子移動至油中的方法。例如，專利文獻3中，公開了通過在封入有液滴以及油的容器的內面設置隔壁等物理結構體來攔阻液滴，僅使磁性粒子從部分間隙移動而分離的方法。但是，專利文獻3公開的方法必須在油封入部分進行特殊的微細加工，因此器件的結構復雜。此外，即使設置物理結構，也不能完全攔阻附著在粒子周圍的水基液體，因此B/F分離性稱不上充分。
[0008]專利文獻4中，公開了通過在液滴的輸送面施加電場，使得液滴被固定在輸送面的規定位置，在此狀態下，僅僅使得磁性粒子分離的方法。但是，該方法必須始終對器件施加電場才能固定液滴，因此存在器件的結構復雜、且無法在電力等能量供給不足的環境下使用的問題。因此，稱不上適用于發展中國家等基礎設施建設落后的環境、恐怖事件和災害等緊急事態等需要在短時間內檢查大量檢驗體的環境下。此外，生物試樣的操作所使用的器件基于污染等不理想狀況的抑制、防止感染等的觀點，優選為一次性的。基于此種觀點，要求開發出簡便、迅速、低成本、且可以在各種現場進行提純和檢查等的化學操作方法及其所使用的器件。
[0009]專利文獻5中，公開了在不與水基液體混和的液體(硅油等)中，添加羥基脂肪酸、糊精脂肪酸酯、甘油脂肪酸酯等低分子凝膠劑，形成物理凝膠，將水基液體的液滴固定在油中的規定位置的方法。物理凝膠在高于溶膠-凝膠轉變溫度的高溫下，成為具有流動性的溶膠，在低于溶膠-凝膠轉變溫度的低溫下，成為不具有流動性的半固體的凝膠狀。因此，若向被加熱至溶膠-凝膠轉變溫度以上的溶膠狀油中投入水基液體后，通過冷卻使油凝膠化的話，水基液體的液滴被包埋固定在凝膠中。通過此方法，在將水基液體液滴固定在凝膠內的規定位置的情況下，通過磁場操作，可以僅僅使得磁性粒子移動至凝膠的內部。因此，可以簡便且高效地分離含有夾雜物的水基液體和固定有目標試樣的粒子。
[0010]此外，專利文獻5的方法中，將油加熱而成為溶膠狀的話，液滴從包埋固定狀態解放，可以在溶膠狀的油中移動。因此，通過在封入有物理凝膠的容器內設置溫度梯度，使得油為凝膠狀態的區域和油為溶膠狀態的區域共存，可以在低溫的凝膠區域進行核酸提取純化操作，在高溫的溶膠區域的油中使得液滴與粒子共同移動，由此進行PCR的溫度循環。通過此方法，需要將液滴固定在規定位置的核酸提取純化、以及需要液滴的移動的PCR可以在保持密閉狀態下的一個器件內進行。
現有技術文獻專利文獻
[0011]專利文獻1:日本專利特開平2-289596號公報專利文獻2:W02002/095407號國際公開說明書
專利文獻3:W02005/069015號國際公開說明書專利文獻4:日本專利特開2009-162580號公報專利文獻5:日本專利特開2011-232260號公報
【發明內容】
發明要解決的問題
[0012]專利文獻5公開的方法中，必須在加熱物理凝膠而使其溶膠化后封入液滴，因此在器件開始使用時需要加熱單元。因此，難以稱得上適用于電力等能量供給不足的環境下。此外，制作器件時，為了在容器中封入凝膠，必須向油中添加凝膠劑，加熱至溶膠-凝膠轉變溫度以上并混和后，保持溶膠狀態封入容器內，在容器內凝膠化，因此凝膠的裝填操作繁瑣。
[0013]另外，專利文獻5公開的發明通過使用會產生溶膠-凝膠轉變的物理凝膠，可以達成其目的，但由于物理凝膠在高溫環境下會溶膠化，因此在高溫環境中，有時無法達成“將水基液體的液滴包埋固定在凝膠中而分離水基液體和粒子”的期望目的。此外，物理凝膠因氫鍵、范德華力、疏水的相互作用、靜電引力等弱分子間結合力而形成三維網絡，因此即使在常溫環境下，因輸送時的振動等而對凝膠施加了剪切力、壓力等外力的話，有時分子間結合網絡也會被破壞而產生溶膠化。
[0014]此外，根據本發明者們的研究確認:通過使用了物理凝膠的粒子操作，進行核酸的分離.提純時，核酸溶液會有源自雜質的吸收峰。在目標物的檢測、鑒定、定量等解析作業中，有時此種雜質會使得測定數據產生高背景，造成解析精度下降、誤判等問題。
[0015]有鑒于此，本發明的目的是提供一種能夠簡便、迅速、低成本、并不被環境左右地使用的粒子操作方法以及用于進行該粒子操作的器件。
用于解決問題的手段
[0016]關于上述的使用了物理凝膠的粒子操作中的雜質混入，本發明者們所研究的結果推測為，該雜質來自于其他液體部分通過粒子透過凝膠時產生的穿孔而混入的液體、或者凝膠的構成成分。另一方面，發現了將化學凝膠用作凝膠介質的情況下，不僅凝膠的裝填操作容易，還消除了使用物理凝膠時的雜質混入問題，從而完成了本發明。
[0017]本發明涉及粒子的操作方法。本發明的粒子的操作方法包括:使存在于水基液體中的粒子被移動至不溶或難溶于水基液體的凝膠狀介質內部的步驟；以及使存在于凝膠狀介質內部的粒子被移動至凝膠狀介質外部的步驟。優選方式中，粒子向凝膠狀介質的外部的移動，是移動至與最初含有粒子的水基液體不同的其他水基液體中。
[0018]上述粒子操作是在例如裝填有多個水基液體、各水基液體間隔著凝膠狀介質的器件內進行的。優選在該器件內，使存在于水基液體中的粒子被移動至凝膠狀介質內部的步驟、以及使存在于凝膠狀介質內部的粒子被移動至其他水基液體中的步驟被多次進行。一實施方式中，器件內的多個水基液體中，至少有2個水基液體具有互不相同的組成。該方式中，可以在1個器件內進行多種化學操作(分離、提取、提純、反應等)。
[0019]凝膠狀介質優選為含有化學交聯聚合物的凝膠，例如，適宜使用含有交聯型有機聚硅氧烷的有機硅凝膠。此外，凝膠狀介質的稠度優選為340?475。一實施方式中，凝膠狀介質還含有油劑。
[0020]本發明的粒子的操作方法中，優選在使粒子從水基液體被移動至凝膠狀介質內部時，以及粒子在凝膠狀介質內被移動時，附隨在所述粒子上的水基液體從粒子被分離。
[0021 ] 本發明所使用的粒子優選為可以選擇性地固定特定物質的粒子。作為可以被選擇性固定在粒子上的物質，可列舉出例如，核酸、蛋白質、糖、脂類、抗體、受體、抗原、配體、細胞等生物來源物質。另外，“生物來源物質”指的是，不一定非要是來自從生物提取的試樣，也包含in vivo所得到的物質(例如，通過PCR擴增的核酸等)。
[0022]在本發明的一實施方式中，作為粒子操作的對象的粒子是磁性粒子。此時，優選通過磁場的操作，進行粒子的移動。
[0023]本發明的粒子操作可適用于例如被固定在粒子上的核酸的提取、粒子表面的抗原抗體反應等。
[0024]另外，本發明涉及一種適用于上述粒子操作的器件。本發明的器件具有:水基液體、在水基液體中為不溶性或難溶性的凝膠狀介質、保持水基液體以及凝膠狀介質的容器、以及應該在容器內被移動的粒子。
[0025]此外，本發明涉及一種用于制作上述器件的試劑盒(kit)。本發明的器件制作用試劑盒含有水基液體、凝膠狀介質以及粒子。該試劑盒的這些構成要素中的一部分也可以被預先裝填在規定的容器內。
發明效果
[0026]本發明的粒子操作方法中，通過使得固定有目標物質的粒子與規定的凝膠接觸、或者使得固定有目標物質的粒子通過凝膠內，在保持固定有目標物質的狀態的同時，附隨在所述粒子上的水基液體從粒子被分離。因此可以簡便、迅速、低成本地實施B/F分離。此夕卜，由于幾乎不會產生源自凝膠的夾雜物，因此可以排除夾雜物所引起的背景等的負面影響。因此，可以正確且高效地進行目標物質的分離、提純、反應等化學操作。此外，根據本發明的方法，無需對裝填有凝膠和水基液體的容器進行開閉，可以在1個器件內的密閉系統中進行多個化學操作。因此，除了操作簡便，還可以排除污染等的負面影響。
【附圖說明】
[0027]圖1是示出本發明的粒子操作方法的概要的模式圖。
圖2是示出通過磁場操作進行粒子的移動的實施方式的模式圖。