JP2004309136A - 容器および相互作用方法 - Google Patents

Abstract

【課題】液体を収容し、液体中に固体を浸漬して液体と固体との間に相互作用させるための円筒形容器であって、位置決め精度に基づく安定した回転と容器着脱の容易さを両立して提供する。また、該容器とその安定した回転を利用した固体の洗浄、固体と液体との反応、液体成分の測定を提供する。
【解決手段】突起部の内表面を構成する空洞部の少なくとも一部に、容器を下方から回転させる機構と着脱可能に噛み合う噛合部を設け、噛合部を介して液体ごと容器を回転させる。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は固体表面の洗浄、反応の促進、および、反応を利用した測定を行うための容器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
固体表面と、これに接する液体との間で相互作用を行わせるにあたって、液体に流動を与えることで固体表面と液体との間の相互作用を促進することは広く行われている。相互作用及び相互作用を伴う過程としては、洗浄、吸着、化学反応などが挙げられる。また、液体に流動を与える方法としては様々な方法が考えられるが、広口の容器においては収容された液体を何らかの方法で攪拌することで液体の流動を作り、ここへ対象となる固体を浸漬することが一般的である。
【０００３】
攪拌方法の一つとして、容器を自転させることがしばしば行われる。すなわち、この攪拌方法は、容器の中心軸と同軸の回転機構を通して、ある回転数の回転駆動力を容器外部から与えることにより、容器内の液体の粘性によって容器の内壁近傍の液体に流動が発生し、この流動を元に液体全体を攪拌する方法である。特許文献１にはこの方法により、液体内に微細粒子の分散を行う方法が開示されている。
【０００４】
また、いわゆる攪拌とは異なるものであるが、対象となる固体を容器の液体内へ懸垂するなどして液体に対して静置接触させ、容器を自転させることにより、液体を該固体に対して相対的に流動させることができる。特許文献２記載の方法では、この方法によりセンサーを試料溶液に効率的に接触させ、蛍光免疫法などの測定に利用している。
これらの方法は、攪拌羽根や攪拌子を必要としないため、装置の保守や試料の汚染防止などにおいて有利であり、また、対象となる液体の交換が容易であるという利点も有している。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−１９６００６号公報
【特許文献２】
特開２００２−２５７７３２号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１及び２の方法では、容器の載置および回転駆動力の伝達に、カップ型の受け器が使用されており、このような装置形態では、容器の交換を容易にするために受け器を大きめに設計すると、該受け器内で容器の載置が不安定になって容器の回転に支障をきたしたり、容器が転倒するおそれがある。このような容器の載置および回転の不安定性は、容器の中心軸が受け器の回転軸に対してわずかに偏芯した場合に発生する非等方的な遠心力に起因するものであり、簡易的かつ確実に容器の中心軸と受け器の回転軸を位置合わせできる機構が必要となる。
【０００７】
本発明は、以上のような状況に鑑みなされたものであり、特に円筒形の容器内の液体中に上方から懸垂、浸漬させた固体に対し、容器を回転させて該液体へ固体に対する相対的な流動を与えることにより、該固体（表面）と該液体との相互作用を促進し、効果的な相互作用を行なうことを目的としている。
【０００８】
【発明を解決するための手段】
すなわち、本発明は液体を収容し、該液体中に固体を浸漬して、該液体中の成分と該固体との間で相互作用をさせるための容器であって、該容器が、
（１）下端に底部を有し、上端が開口する円筒形状の外周壁と、
（２）該底部から該開口方向に伸び、該外周壁の円筒形状の中心軸と同心をなす回転体としての外形を有する突起部と、
（３）該外周壁と該突起部の間の空間として形成された液体の収容部と、
（４）該底部の外面に開口を有し、該突起部の内部に伸びた空洞部と、
（５）該空洞部の少なくとも一部に設けられ、該容器を回転するための回転軸が着脱自在に嵌合し、かつ該突起部と噛合し得る噛合部と、を有することを特徴とする容器に関する。
【０００９】
本発明は更に、前記空洞部の少なくとも一部に前記中心軸方向でのテーパー形状が設けられていることが好ましい。
本発明は更に、前記噛合部がリブを有することが好ましい。
本発明は更に、前記リブの少なくとも一部の高さを前記突起部の中心軸方向の下方向に向かって連続的に低くしたことが好ましい。
本発明は更に、前記リブの数が２〜４個であることが好ましい。
本発明は更に、前記容器が、ポリプロピレン樹脂組成物を含むことが好ましい。
【００１０】
本発明は、液体を収容し、該液体中に固体を浸漬して、該液体中の成分と該固体との間で相互作用を行なう方法であって、
該容器が、
（１）下端に底部を有し、上端が開口する円筒形状の外周壁と、
（２）該底部から該開口方向に伸び、該外周壁の円筒形状の中心軸と同心をなす回転体としての外形を有する突起部と、
（３）該外周壁と該突起部の間の空間として形成された液体の収容部と、
（４）該底部の外面に開口を有し、該突起部の内部に伸びた空洞部と、
（５）該空洞部の少なくとも一部に設けられ、該容器を回転するための回転軸が着脱自在に嵌合し、かつ該突起部と噛合し得る噛合部と、
を有し、該容器を回転させるための回転軸が該容器の噛合部と接合し、該噛合部を介して該容器を回転させることによって、相互作用を行なうことを特徴とする相互作用方法に関する。
本発明は更に、前記相互作用が、前記液体による前記固体表面の洗浄を含むことが好ましい。
本発明は更に、前記相互作用が、前記固体表面と前記液体中の成分との反応を含むことが好ましい。
【００１１】
本発明は更に、前記相互作用を行なう際の前記反応によって、前記液体中の成分量を測定することが好ましい。
本発明は更に、前記相互作用を行なう際の前記反応が、前記液体中の抗原を、前記固体表面に予め固定された少なくとも１種の抗体に捕捉する反応であることが好ましい。
本発明は更に、前記反応を行なう際の前記抗原が、細菌及びウイルスの少なくとも一つであることが好ましい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の容器は円筒形の外形を有しており、容器内の液体中に上方から懸垂、浸漬させた固体に対し、容器を回転させて該液体へ該固体に対する相対的な流動を与え、該固体（表面）と該液体との相互作用を促進することを目的としている。ここで、相互作用とは液体中の成分と固体表面との反応や、液体成分の固体表面への吸着、固体表面の洗浄、固体表面から液体中への溶出または抽出等を表す。
【００１３】
図１は、本発明の容器の一例を示した斜視図であり、図２は本発明の容器の一例の断面図（容器の中心軸を含む断面で切断）及び底面図である。容器１は円筒形状の外周壁の内側に設けられた液体収容部２１を有し、液体収容部２１の中心部には、突起部２が設けられている。突起部２は、容器１の円筒形状の中心軸を中心とした回転体の外形を有し、液体収容部２１の底面から中心軸に沿って開口方向に伸びている。この突起部２が存在するため、液体収容部２１を容器上面から見た場合、リング状となっており、容器内の液体に流動を与えた時、液体はリング状の流路を流れる。上方から懸垂、浸漬させた固体は、幅を狭められた該流路の中で容器の回転と共に流動する液体と効率よく接触することができる。また、突起部２は、収容する液体の量を必要最小限に設定したい際に、余分の空間を埋め、液体収容部２１の体積を最小にするものとしても機能する。さらに、突起部２は天面３を有し、これは天面３を液面に合わせることで容器に所定体積量の液体を入れる際の液面の目安となる。
【００１４】
突起部２の内部は空洞部５を構成し、空洞部５の底面は開口４となっている。空洞部５には噛合部が形成されている。噛合部は空洞部５全てに形成されていても、空洞部５の一部を構成していても良い。本発明における主たる特徴は、該空洞部内の噛合部を通じて空洞部５内に、下方から容器を回転させる機構と噛み合わせることができる点にある。この噛合方式は、容器への回転機構の着脱を容易にすると同時に容器の中心軸の位置決め精度向上を両立させている。
【００１５】
空洞部５の少なくとも一部には、容器の中心軸方向に下方から上方にかけて、突起部２の内径が小さくなるようなテーパー形状２３が設けられていることが好ましい。テーパー部は、突起部全体の５０〜１００体積％であることが好ましい。テーパー部壁面の角度は１〜３０度であることが好ましい。このテーパー形状２３を設けることにより、突起部２の内径と、下方から空洞部５に挿入される回転機構側の外径との差を接触箇所において小さくしても、容器の着脱に支障をきたすことが少なくなる。また、容器１の中心軸を回転機構の回転中心軸に精度よく合わせることができ、安定した容器の回転を得ることができる。回転は一方向のみに連続的に行なっても良いし、所定のインターバルをおいて回転方向を断続的に反転させても良い。
容器外表面には遮蔽物がないため、手動、自動を問わず、容器を把持しやすい。
【００１６】
空洞部５には、回転機構からの回転力を伝達するための噛合部が設けられる。噛合部の好ましい形態としては、前記空洞部５に設けたリブ６が挙げられる。この一実施態様は、図３に示されている。容器の載置部７として回転機構の上に角錐状の部位を用意し、該部位が容器１の空洞部５に嵌合する。角錐状部位の側壁は回転機構の回転開始時に、容器１のリブ６に当たったまま容器の回転駆動力によって固定されると共に、この接触部分を通して回転駆動力が回転機構から容器へと伝達される。噛合部のその他の形態としては、角柱状やラチェット機構などが挙げられるが、リブ構造が作製容易かつ有効であり好ましい。
リブの形状については、少なくともリブの一部の高さ（突起部の軸方向と垂直な方向の長さ）が、突起部の軸方向の下部に向かって連続的に低くなっている（張り出しが小さくなっている）ものが望ましい（図３の２５）。
【００１７】
これは、容器１の載置にあたり、図３のような角錐状の回転機構側部位とリブ６の端面が接触した場合に、互いの接触面が斜めに滑り合うことにより、回転に伴って自然推移的に最適な回転機構とリブの噛合状態に至ることが可能となるためである。リブの個数は１個以上であれば良いが、容器着脱の容易さと回転駆動力の伝達性に鑑みて、２〜４個であることが望ましい。
【００１８】
容器の大きさは、浸漬する固体の大きさおよび形状に依存するものであり、特に限定されるものではないが、外周壁と突起部に囲まれる流路の幅および深さは、固体との衝突がなく、かつ、固体表面に対して有効な相対的流速を与える間隙を設定できるものである必要がある。また、同じ外周壁内径であっても、突起部の外径を大きくすることにより、収容できる液量は減少し、容器回転時の液体と固体の相対的流速が増大する。したがって、扱うべき液量に応じて、外周壁の外径および突起部の内径を設定し、かつ、所望の相対的流速が得られるよう回転数を設定する必要がある。
【００１９】
表面積の大きい固体を用いると共に、使用する液体量を最小限に抑えるために（突起部の外径）／（外周壁の内径）は０．２〜０．８が好ましく、０．４〜０．６がより好ましい。液面の目安としたり、回転機構と噛合部とが安定的に噛み合い、安定的な回転駆動を行なうために（突起部の高さ）／（収容部の深さ）は、０．５〜１．０が好ましく、０．７〜０．９がより好ましい。また、所望の液流速を得ると共に、使用する液体量を最小限に抑えるために（収容部の深さ）／（外周壁の内径）は、０．５〜３．０が好ましく、１．０〜２．５がより好ましい。
【００２０】
容器の材質は、用いる液体および液体中に存在する成分によって選択すべきものであるが、抗原抗体反応のようなタンパク質が関わる系で、なおかつ、検査用などで使い捨てが望ましい場合には、吸着が少なく安価であるポリプロピレン樹脂組成物を含む材料であることが望ましい。
また、本発明の容器は、公知の方法によって成形することができるが、好ましくは射出成形法を用いるのが良い。
【００２１】
本発明における相互作用は、上記の方法で容器を回転させることにより、容器内の液体中に上方から懸垂、浸漬させた固体に対し、該液体の相対的な流動を与えることによって行われる。好適な相互作用の形態としては、（１）該固体の表面の該液体による洗浄、（２）該固体の表面と該液体中の成分との反応、（３）該固体表面から該液体中への溶出または抽出が挙げられる。本発明の相互作用方法では、液体を流動させることにより、液体と固体の接触が効果的に行われるためこのような相互作用を効果的に行なうことができる。これらの相互作用は単独で行なっても複数を組み合わせても良い。
【００２２】
また、ここでいう反応とは、物理吸着や抽出のような非化学反応、共有結合、配位結合及び電子移動などを伴う化学反応を含んでいる。また、測定プローブとして用いる固体表面を界面活性剤等の洗浄剤を有する液体によって洗浄することができる。
また、例えば、活性炭からなる固体表面への水溶液中に含まれる有機化合物の吸着、固体表面に担持したキレート剤と液体中の金属イオンとの鎖形成反応、固体表面のレジスト膜からの溶解部分の液体中への溶出、固体表面に担持した抗体による液体中の抗原の補足反応等が挙げられる。
【００２３】
前記反応を、液体中の特定成分量を測定するための手段として用いることは、本発明の一実施形態として有用である。すなわち、上記の容器構造と噛合方式に基づく安定した回転機構は、様々な定量分析を行なう測定における、感度、定量性、再現性を簡便に確保するために好適である。また、容器が簡易に着脱容易であることは、多数の試料を交換して扱う場合に利便性が高い。液体試料中に浸漬された固体を測定プローブとして使用し、その表面に濃縮された液体中の成分を、その場で、もしくは別の場所へ移動してから適当な手段により計測することが望ましい。測定プローブ表面には、必要であれば、吸着剤やレセプターなど適切な捕捉機能を設けても良い。
【００２４】
前記の液体中の成分、すなわち、測定対象としては、分子やイオンのような溶質、分散している微粒子などが挙げられるが、特に、自己拡散の小さい微粒子に対して有効である。このような微粒子としては重金属の微粒子、細菌、ウイルスなどが挙げられる。すなわち、液体中の熱的摂動による移動度が大きい低分子などでは、液体の流動がなくても測定プローブ表面への接近がある程度容易であるが、例えば、細菌のようなマイクロメートルオーダーの微粒子では、液体の流動によって測定プローブへの接近が促進され、感度、定量性、再現性に優れた定量分析を行なうことができる。したがって、本発明の好ましい実施形態として、液体試料中の抗原を測定プローブ表面に予め固定された抗体に捕捉する免疫法測定が挙げられ、特に前記抗原が、自己拡散の小さい細菌及びウイルスの少なくとも一つである測定が挙げられる。細菌は、大腸菌、サルモネラ菌、黄色ブドウ球菌などが挙げられる。ウイルスは、肝炎ウイルス、インフルエンザウイルスなどが挙げられる。抗体としては前記抗原またはその一部にそれぞれ対応するものを用いることが好ましい。これらの細菌、ウイルスは単独で測定を行なっても良いし、これらの抗体を組み合わせて、２種以上の細菌、ウイルスの測定を行なっても良い。
【００２５】
【実施例】
（実施例）
ポリプロピレン樹脂組成物の射出成形により、図１の形状の内容量１０ｍｌ、容器（外周壁内径２５ｍｍおよび２３ｍｍ（上部および底部）、収容部深さ４０ｍｍ、突起部外径１３ｍおよび１５ｍｍ（天面および底部）、突起部高さ３５ｍｍ）を作製した。これを用いて蛍光免疫法測定を行った例を示す。この例には、本発明の相互作用方法の例として、容器内の洗浄液による測定プローブの洗浄と、検体溶液中の抗原の捕捉反応が含まれている。
測定プローブとしては、図４に示す形状のポリスチレン樹脂製プローブ９（全長４４ｍｍ、ファイバー形状部長４１ｍｍ、ファイバー形状部径０．７ｍｍ）を用いた。このプローブを浸漬時に懸垂するためのフランジ部位１２と、蛍光を集光するためのレンズ状部位１１とファイバー状部位１０とから構成されている。プローブのファイバー形状部位１０表面には抗大腸菌Ｏ１５７：Ｈ７ポリクローナル抗体が固定してある。励起および測光には、図５に示す光学系を用いた。半導体レーザー１８の光（６３５ｎｍ）はハーフミラー１７を通過してプローブ９の上方から入射される。プローブからの帰還光はハーフミラー１７で水平方向へ取り出され、光ファイバ１９を経由して分光光度計２０に導入される。
【００２６】
測定ポート１３には洗浄液が満たされ、プローブが液浸された状態で励起および測光が行われる。洗浄液は、０．５質量％のポリオキシエチレン（２０）ソルビタンモノラウレートを含む０．０１Ｍリン酸緩衝液（ｐＨ７．４）を用いた。蛍光標識抗体は、前記抗体にＣｙ５ ｂｉｓｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ ｒｅａｃｔｉｖｅ ｄｙｅ（アマシャムバイオサイエンス社製）を作用させて作製し、前記洗浄液に、この蛍光標識抗体を２μｇ／ｍｌ溶解して用いた。また、検体としては、水中に１００ＣＦＵ／ｍｌ、１０００ＣＦＵ／ｍｌ、１００００ＣＦＵ／ｍｌの大腸菌Ｏ１５７：Ｈ７を含むものを用いた。容器Ａ、Ｂと示したものは本発明の容器をそれぞれ用いている。
【００２７】
はじめに、ブランク測定として、前記プローブに対して以下の動作を行った。
（１）標識抗体溶液に５ｍｉｎ静置浸漬。
（２）洗浄液のみを入れた容器Ａに浸漬し、容器Ａを１００ｒｐｍで１０ｍｉｎ同一方向に連続回転。
（３）測定ポートに移動して、励起および測光。
【００２８】
次に、本測定として同プローブに対して以下の動作を行った。
（１）検体を入れた容器Ｂに浸漬し、容器Ｂを１００ｒｐｍで１０ｍｉｎ同一方向に連続回転。
（２）標識抗体溶液に５ｍｉｎ静置浸漬。
（３）洗浄液のみを入れた容器Ａに浸漬し、容器Ａを１００ｒｐｍで１０ｍｉｎ同一方向に連続回転。
（４）測定ポートに移動して、励起および測光。
【００２９】
本測定は、継続して４回行った。本測定の信号からブランク測定の信号を差し引き、正味の蛍光信号とした。
１００ＣＦＵ／ｍｌ、１０００ＣＦＵ／ｍｌ、１００００ＣＦＵ／ｍｌの大腸菌Ｏ１５７：Ｈ７を含む検体に対して、それぞれ、本測定回数に比例した信号増加が得られ、各信号変化率は菌数（ＣＦＵ／ｍｌ）に比例していた。
【００３０】
（比較例）
洗浄液、検体、測定プローブは実施例１と同様のものを用い、容器は突起部を有さない円筒形のものを用いた。また、測定プローブの洗浄及び抗原の補足反応時に容器の攪拌を行なわなかった以外は、実施例１と同様の蛍光免疫法測定法により測定を行なった。
【００３１】
本測定は、継続して４回行った。１０００ＣＦＵ／ｍｌ、１００００ＣＦＵ／ｍｌの大腸菌Ｏ１５７：Ｈ７を含む検体に対してはそれぞれ、本測定回数に比例した信号増加が得られたが、１００ＣＦＵ／ｍｌの大腸菌Ｏ１５７：Ｈ７を含む検体に対しては、測定回数に比例した定量的な信号増加が得られなかった。
【００３２】
【発明の効果】
容器に収容した液体中に固体を浸漬して液体と固体との間に相互作用させるため、容器を回転させて該液体へ該固体に対する相対的な流動を与える容器において、位置決め精度に基づく安定した回転と容器着脱の容易さを両立して確保することができる。さらに、前記の効果より、液体中の成分量を測定した際に、測定の感度、定量性、再現性、利便性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（ａ）は、本発明の容器の一例の上方からの斜視図である。図１（ｂ）は、本発明の容器の一例の下方からの斜視図である。
【図２】図２（ａ）は、本発明の容器の中心軸を含む面で切断した断面図である。図２（ｂ）は、本発明の容器の底面を表した概略図である。
【図３】本発明における容器と回転機構の噛合状態を示す概略図である。
【図４】実施例における測定プローブを示す概略図である。
【図５】実施例における光学系を示す概略図である。
【符号の説明】
１ 容器
２ 突起部
３ 突起部天面
４ 開口
５ 空洞部
６ リブ
７ 容器載置部
８ 角錐状部位
９ 光学プローブ
１０ ファイバー状部位
１１ レンズ状部位
１２ フランジ部位
１３ 測定ポート
１４、１５、１６ レンズ
１７ ハーフミラー
１８ 半導体レーザー
１９ 光ファイバー
２０ 分光光度計
２１ 液体収容部
２２ リブの中心軸方向に高さが減少していく部分
２３ テーパー形状

Claims (12)

1. 液体を収容し、該液体中に固体を浸漬して、該液体中の成分と該固体との間で相互作用をさせるための容器であって、
   該容器が、
   （１）下端に底部を有し、上端が開口する円筒形状の外周壁と、
   （２）該底部から該開口方向に伸び、該外周壁の円筒形状の中心軸と同心をなす回転体としての外形を有する突起部と、
   （３）該外周壁と該突起部の間の空間として形成された液体の収容部と、
   （４）該底部の外面に開口を有し、該突起部の内部に伸びた空洞部と、
   （５）該空洞部の少なくとも一部に設けられ、該容器を回転するための回転軸が着脱自在に嵌合し、かつ該突起部と噛合し得る噛合部と、
   を有することを特徴とする容器。
2. 前記空洞部の少なくとも一部に前記中心軸方向でのテーパー形状が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の容器。
3. 前記噛合部がリブを有する請求項１又は２に記載の容器。
4. 前記リブの少なくとも一部の高さを前記突起部の中心軸方向の下方向に向かって連続的に低くしたことを特徴とする請求項３に記載の容器。
5. 前記リブの数が２〜４個である請求項３又は４に記載の容器。
6. 前記容器が、ポリプロピレン樹脂組成物を含むことを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載の容器。
7. 液体を収容し、該液体中に固体を浸漬して、該液体中の成分と該固体との間で相互作用を行なう方法であって、
   該容器が、
   （１）下端に底部を有し、上端が開口する円筒形状の外周壁と、
   （２）該底部から該開口方向に伸び、該外周壁の円筒形状の中心軸と同心をなす回転体としての外形を有する突起部と、
   （３）該外周壁と該突起部の間の空間として形成された液体の収容部と、
   （４）該底部の外面に開口を有し、該突起部の内部に伸びた空洞部と、
   （５）該空洞部の少なくとも一部に設けられ、該容器を回転するための回転軸が着脱自在に嵌合し、かつ該突起部と噛合し得る噛合部と、
   を有し、該容器を回転させるための回転軸が該容器の噛合部と接合し、該噛合部を介して該容器を回転させることによって、相互作用を行なうことを特徴とする相互作用方法。
8. 前記相互作用が、前記液体による前記固体表面の洗浄を含むことを特徴とする請求項７に記載の相互作用方法。
9. 前記相互作用が、前記固体表面と前記液体中の成分との反応を含むことを特徴とする請求項７又は８に記載の相互作用方法。
10. 前記反応によって、前記液体中の成分量を測定することを特徴とする請求項９に記載の相互作用方法。
11. 前記反応が、前記液体中の抗原を、前記固体表面に予め固定された少なくとも１種の抗体に捕捉する反応である請求項９又は１０に記載の相互作用方法。
12. 前記抗原が、細菌及びウイルスの少なくとも一方である請求項１１に記載の相互作用方法。

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