特開 2022-170049 試料採取用濾過装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022170049

(43)【公開日】2022-11-10

(54)【発明の名称】試料採取用濾過装置

(51)【国際特許分類】

   G01N 1/04 20060101AFI20221102BHJP

【ＦＩ】

G01N1/04 H

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021075921

(22)【出願日】2021-04-28

【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用申請有り （１）環境ＤＮＡ学会第３回大会 第３６回個体群生態学会 合同大会 ビッグデータ・オープンデータ時代の生態学（オンライン開催） プログラム集、要旨集、ポスター（ＰＰ０４２）にて発表。 （２）ＡＳＴＭＨ ６９ｔｈ Ａｎｎｕａｌ Ｍｅｅｔｉｎｇ（オンライン開催） ＬＡＴＥ－ＢＲＥＡＫＥＲ ＡＢＳＴＲＡＣＴＳ ＰＲＥＳＥＮＴＡＴＩＯＮ ＳＣＨＥＤＵＬＥ、ポスター（ＬＢ－５０９４）にて発表。 （３）第７３回日本衛生動物学会（オンライン開催） プログラム、Ｚｏｏｍによるスライド（Ａ０８）を用いての口頭発表。

(71)【出願人】

【識別番号】521185767

【氏名又は名称】橋爪 裕宜

(74)【代理人】

【識別番号】100218062

【弁理士】

【氏名又は名称】小野 悠樹

(72)【発明者】

【氏名】橋爪 裕宜

(72)【発明者】

【氏名】星 友矩

(72)【発明者】

【氏名】多賀 優

(72)【発明者】

【氏名】日達 真美

(72)【発明者】

【氏名】金子 聰

(72)【発明者】

【氏名】門司 和彦

【テーマコード（参考）】

2G052

【Ｆターム（参考）】

2G052AA06

2G052AB20

2G052AC01

2G052AD12

2G052AD26

2G052AD52

2G052BA22

2G052EA03

2G052EA14

2G052EA15

2G052GA29

2G052JA02

2G052JA07

(57)【要約】

【課題】 低コストで流通が行いやすく、野外調査での取り回しが容易であり、汚染リスクが低く、短時間で濾過処理が可能な試料採取用濾過装置を提供する。
【解決手段】 試料を保持するためのフィルター２と、該フィルターを保持するためのフィルターベース３０及び排水口３２を有するベース部材３と、試料水容器とベース部材とを接続可能なジョイント部材４とを含む濾過装置であって、ジョイント部材は、カバー部４１と、フィルター固定部４１２、容器接続部４３、バルブ部４４、給気孔４５及び通水孔４６が設けられた気体供給部４２を備えている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

試料を保持するためのフィルターと、該フィルターを保持するためのフィルターベース及び排水口を有するベース部材と、前記ベース部材に接続可能なジョイント部材とを含む濾過装置であって、
前記ジョイント部材は、ベース接続部とフィルター固定部を有するカバー部と、
試料水容器と接合可能な容器接続部と、逆止弁とバルブからなるバルブ部と、該バルブ部に外部から気体を供給するための給気孔及び、試料水を前記フィルターに供給するための通水孔とが設けられた気体供給部とを備えることを特徴とする試料採取用濾過装置。

【請求項2】

前記ベース部材と、前記ジョイント部材の少なくとも一部が３Ｄプリンターを用いて印刷により作製されていることを特徴とする請求項１に記載の試料採取用濾過装置。

【請求項3】

前記バルブが自転車用空気バルブであり、逆止弁が虫ゴムであることを特徴とする請求項１又は２に記載の試料採取用濾過装置。

【請求項4】

前記ベース部材と前記ジョイント部材の間には、パッキンが設けられていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の試料採取用濾過装置。

【請求項5】

前記カバー部と、前記気体供給部が別体に設けられていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の試料採取用濾過装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、試料採取用濾過装置に関するものであり、詳しくは、環境ＤＮＡに関する試料を採取するために用いる試料採取用濾過装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

蚊媒介感染症は、ウィルスや原虫などの病原体を持った蚊が人を刺すことにより生じる感染症であり、主として熱帯・亜熱帯地域を中心に流行している。このような侵略的外来蚊の広がりは世界で報告されており、中でもデング熱を媒介するヤブカ属はヨーロッパや北アメリカで広がっている。

【0003】

このような問題の発生の兆候を察知するとともに、昆虫媒介性の熱帯病の蔓延等を未然に防止する観点から、環境ＤＮＡのモニタリング調査は極めて有効な手段であり、近年では、環境ＤＮＡを効果的にモニタリングするための新たな技術が提案されている（例えば特許文献１）。

【0004】

一方、このような環境ＤＮＡを利用した生態学研究では、ＤＮＡを扱うがゆえに繊細な作業が求められる。特に、現地の環境中の試験水を採取した後、ＤＮＡの分解をできるだけ防ぎ、また汚染されないように、この試料水を濾過装置に通して環境ＤＮＡ試料を抽出する作業は繊細かつ重要な作業である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１７－９９３７６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、環境ＤＮＡの試料水を採取する環境は、通常、山中など車の移動手段が利用できない不便な場所が多く、特に熱帯地域・農村地域では、実験設備が整っていないことも多い。さらに、通常用いられている環境ＤＮＡ試料を抽出するための濾過装置は大型であり、また、濾過処理に時間がかかるため、現地で汚染リスクが低い環境で効率的に環境ＤＮＡ試料を抽出、採取することは困難であった。

【0007】

本発明は以上のような事情に鑑みてなされたものであり、ＤＮＡの分解を防ぐため調査現場で濾過ができ、低コストで流通しやすく、野外調査での取り回しが容易であり、汚染リスクが低く、短時間で確実に濾過処理が可能な試料採取用濾過装置を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の試料採取用濾過装置は、上記の技術的課題を解決するためになされたものであって、以下のことを特徴としている。
第１に、本発明の試料採取用濾過装置は、試料を保持するためのフィルターと、該フィルターを保持するためのフィルターベース及び排水口を有するベース部材と、前記ベース部材に接続可能なジョイント部材とを含む濾過装置であって、
前記ジョイント部材は、ベース接続部とフィルター固定部を有するカバー部と、
試料水容器と接合可能な容器接続部と、逆止弁とバルブからなるバルブ部と、該バルブ部に外部から気体を供給するための給気孔及び、試料水を前記フィルターに供給するための通水孔とが設けられた気体供給部とを備えることを特徴とする。
第２に、上記第１の発明の試料採取用濾過装置において、前記ベース部材と、前記ジョイント部材の少なくとも一部が３Ｄプリンターを用いて印刷により作製されていることが好ましい。
第３に、上記第１又は第２の発明の試料採取用濾過装置において、前記バルブが自転車用空気バルブであり、逆止弁が虫ゴムであることが好ましい。
第４に、上記第１から第３の発明の試料採取用濾過装置において、前記ベース部材と前記ジョイント部材の間には、パッキンが設けられていることが好ましい。
第５に、上記第１から第４の発明の試料採取用濾過装置において、前記フィルター固定部と、前記気体供給部が別体に設けられていることが好ましい。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、上記構成を採用したことにより、野外調査での取り回しが容易であり、汚染リスクが低く、短時間で確実な濾過処理が可能な試料採取用濾過装置を実現できる。また、本発明の試料採取用濾過装置は、特に環境ＤＮＡ試料の採取、抽出に好ましく適用することができる。さらに、試料採取用濾過装置を構成する部材を３Ｄプリンターで印刷して作製することにより、より低コスト化、軽量化、小型化も実現される。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明に係る試料採取用濾過装置の概略断面図である。

【図2】本発明に係る試料採取用濾過装置に試料水容器を接続した状態の外観実物写真である。

【図3】バルブ部及びフィルターを除く試料採取用濾過装置の分解斜視図である。

【図4】バルブ部及びフィルターを除く試料採取用濾過装置の断面斜視図である。

【図5】（Ａ）は、ベース部材にフィルター及びパッキンを載置した状態を示す実物写真であり、（Ｂ）は気体供給部の実物写真である。

【図6】試料採取用濾過装置の実物写真である。

【図7】空気孔にポンプの空気針を嵌合させた状態を示す写真である。

【図8】供給した気体の流れを示す概略断面図である。

【図9】環境ＤＮＡを採取するための構成を示す写真である。

【図10】（Ａ）～（Ｄ）は、環境ＤＮＡの採取手順を説明するための写真である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本発明の試料採取用濾過装置の実施形態について図面に基づいて以下に詳述する。図１は、本発明の実施形態に係る、環境ＤＮＡの試料を採取するための試料採取用濾過装置の概略断面図であり、図２は外観実物写真、図３は、バルブ部及びフィルターを除く試料採取用濾過装置の分解斜視図、図４は、バルブ部及びフィルターを除く試料採取用濾過装置の断面斜視図である。

【0012】

本実施形態の試料採取用濾過装置（以下、濾過装置ともいう）は、試料水容器１１に接続して用いられる濾過装置１であって、フィルター２、ベース部材３及びジョイント部材４とを備えている。

【0013】

＜試料水容器＞
試料水容器１１は、採取した試料水を収容するための容器であり、密閉性を有するとともに、内圧がかかっても破損や変形しないものであれば特に限定されるものではなく、例えば金属製容器、ガラス製容器、プラスチック製容器等を例示することができる。これらの中でも、採取した試料水を視認できる点、安価に入手することができる点等から耐圧ペットボトルを好適に用いることができる。

【0014】

また、試料水容器１１の容量は、採取する試料水の量に応じて適宜設定することができ、特に限定されるものではないが、通常、５００ミリリットル～２リットル程度のものを好適に用いることができる。

【0015】

＜濾過装置＞
本実施形態の濾過装置１は、図１に示すように、フィルター２と、ベース部材３及びジョイント部材４から構成されている。
（フィルター）
フィルター２は、試料水中の環境ＤＮＡの試料を保持するためのものであり、その種類は、ガラス濾紙フィルター、紙フィルター、不織布フィルター、ポリカーボネートフィルター、セルロースフィルター等の種類のフィルターを例示することができる。これらの中でも、試料水中のＤＮＡ保持等の観点から、ガラス濾紙フィルターを好適に用いることができる。フィルター２の通水率は、採取する環境ＤＮＡの種類等に応じて適宜設定できるが、通常保持粒子能０.７μｍのガラス濾紙フィルターを好適に用いることができる。

【0016】

（ベース部材）
ベース部材３は、フィルター２を保持するためのフィルターベース３０と、該フィルターベース３０を保持するフィルターベース保持部３１と、排水口３２を有している。フィルターベース３０とフィルターベース保持部３１は、ベース部材３にフィルター２を安定して配設することができ、且つ排水口３２から効率的に排水可能であればその形状は特に限定されることはなく、例えば、図３、図４に示すようなメッシュ状あるいはスリットが設けられたフィルターベース３０や、十字型のフィルターベース保持部３１を例示することができる。また、ベース部材３の外縁部には、ジョイント部材４との接続を可能とするための雄ネジ３３が形成されている。また、ベース部３の最下端部には、ベース部３の内側の排水口３２側から外側に貫通する切り欠き状の排水路３４が設けられている。排水口３４を設けることにより、ベース部材３側を下向きに立設して採取操作を行った場合でも、排水の逆流を防止して効率的に濾過装置１外に排出することが可能となる。

【0017】

（ジョイント部材）
ジョイント部材４は、ベース部材に接続するとともにフィルター２を押さえる部材であり、カバー部４１と気体供給部４２から構成されている。

【0018】

カバー部４１には、ベース部材３との接続を可能とするためのベース接続部４１１とフィルター２を押さえるフィルター固定部４１２が設けられている。ベース接続部４１１は、ベース部材３の外縁部に形成された雄ネジ３３と螺合する雌ネジが形成されている。そして、フィルター固定部４１２は、ベース部材３とジョイント部材４を接続した状態で、フィルター２が移動しないように挟み込み、固定できるようになっている。

【0019】

なお、本発明においては、フィルター２の固定をより確実にするとともに、ベース部材３とジョイント部材４との接合部からの漏水を防止するために、ベース部材３のフィルターベース３０と、ジョイント部材４のフィルター固定部４１２の間にパッキン４１３を設けるのが好ましい。パッキン４１３としては図１、図５（Ａ）に示すようなＯリングを好適に用いることができる。

【0020】

気体供給部４２には、試料水容器１１との接合を可能とするための容器接続部４３と、バルブ部４４と、該バルブ部４４に外部から気体を供給するための給気孔４５及び、試料水をフィルター２に供給するための通水孔４６が設けられている。

【0021】

容器接続部４３は、試料水容器１１として例えばペットボトルを用いる場合、ペットボトルのスクリューキャップ部に設けられた雄ネジと螺合する雌ネジが形成されている。これにより、市販のペットボトルを試料水容器１１として使用することが可能となる。

【0022】

バルブ部４４は、試料水容器１１に気体を導入するために設けられるものであり、ノズル状のバルブ４４１と逆止弁４４２から構成されている。バルブ４４１は、強度等の観点から市販のバルブ４４１を接続するのが好ましく、具体的には、図５（Ｂ）に示すように、自転車のタイヤチューブに用いられる自転車用空気バルブを用いるのが好ましい。また、バルブ４４１として自転車用空気を用いる場合の逆止弁４４２としては虫ゴムを用いるのが好ましい。なお、バルブ４４１として自転車用空気バルブを用いる場合には、気体供給部４２の本体に、自転車用空気バルブにバルブナットと螺合させるために設けられている雄ネジと螺合する雌ネジ部を設けることにより、容易かつ確実にバルブ４４１を取り付けることが可能となる。

【0023】

また、気体供給部４２には、外部からバルブ部４４を通して試料水容器１１に気体を供給するための給気孔４５が設けられている。給気孔４５は、気体供給部４２本体の側部からバルブ４４１の下端部に通じるように貫通して設けられており、給気孔４５の外部開孔部は、例えば図７に示すような球技用ボールの空気入れに用いる空気針が嵌合する形状や、自転車用空気入れのアダプターが接続可能な形状に形成されている。なお、給気孔４５からの気体の供給は、自転車用空気入れや小型ボンベ等により行うことができるが、空気の供給量を調整できる等の観点から自転車用空気入れを好適に用いることができる。

【0024】

さらに、気体供給部４２には、試料水容器１１中の試料水をフィルター２に供給するための通水孔４６が設けられている。通水孔４６の数や大きさは気体供給部４２の設計に応じて適宜設定することができる。

【0025】

本実施形態では、濾過装置１の低コスト化を図るため、ベース部材３及びジョイント部材４の少なくとも一部を３Ｄプリンターで印刷し、組み立てが可能な構造とすることができる。３Ｄプリンターとしては、作製する濾過装置１の重さや強度、耐久性等を考慮して通常入手可能な方式のものであれば特に限定させず、熱溶解積層方式、光造形方式、インクジェット方式、粉末燃結方式、粉末固着方式等を適宜選択して使用することができる。

【0026】

３Ｄプリンターにより作製する濾過装置１の各部材は、材質としての最適な素材（ＡＢＳ樹脂やＡＳＡ樹脂、ポリ乳酸樹脂、ポリカーボネート樹脂、ＰＥＴ樹脂、エポキシ樹脂等）を選択的に用て製造することができる。本発明の濾過装置１の各構造部材は、３Ｄプリンターにより作製できるため、３Ｄプリンターの設備があれば、設計データを持ち運び、また、インターネット等を介して受信することにより、遠隔地や国を跨いで何処ででも本発明の濾過装置１を印刷して製造し、組み立てることが可能となる。

【0027】

以上、本発明を実施形態に基づいて説明してきたが、本発明によれば、上記実施形態に限定されることなく、種々の変形、変更が可能である。

【0028】

例えば、上記実施形態では、３Ｄプリンターによる作製を前提として、ジョイント部材４におけるカバー部４１と気体供給部４２を別体に作製して接合する構成としているが、カバー部４１と気体供給部４２を一体に成形してジョイント部材４としてもよい。また、フィルターベース３０を別体としているが、ベース部材３と一体に成形することもできる。なお、この場合にはフィルターベース保持部３１を省略することができる。

【0029】

また、上記実施形態では、バルブ４４１として自転車のタイヤチューブに用いられる自転車用空気バルブを用いているが、強度が確保できる構成であれば３Ｄプリンターにより一体に成形することもできる。

【0030】

上記構成の本発明の濾過装置１によれば、野外調査での取り回しが容易であり、汚染リスクが低く、短時間で濾過処理が可能であり、構成する部材を３Ｄプリンターで印刷して作製することにより、より低コスト化が図れ、軽量化、小型化も実現することが可能となる。

【0031】

次に、上記構成の実施形態の濾過装置１の濾過の機序について説明する。
まず、図６に示すように、ベース部材３、フィルター２及びジョイント部材４を一体に接合した濾過装置１に、環境ＤＮＡ採取対象の試料水を入れた試料水容器１１を接続し、図８に示すように、試料水容器１１の開口を下向きにして、下に接続した濾過装置１に試料水が来るように載置する。なお、この状態では、試料水容器１１が密閉状態であり、また、ジョイント部材４のバルブ部４４の逆止弁４４２が機能しているため、試料水が濾過装置１の給気孔４５から漏れ出すことはない。

【0032】

次に、図８の破線矢印で示すように、ジョイント部材４側部の給気孔４５から気体を供給すると、気体はバルブ部４４を介して試料水容器１１内に導入され、試料水容器１１の内圧を上昇させる。そして、内圧が上昇した試料水容器１１内の試料水は導入された気体に押されて、ジョイント部材４の通水孔４６を通してフィルター２を通過する。これにより、フィルター２の表面に試料水中の環境ＤＮＡの試料が捕獲され採取することができる。なお、フィルター２を通過した濾過後の試料水は排水口３２を通して廃棄される。また、濾過後の試料水は、ベース部３の最下端部に設けられ排水路３４からも排出されるため、例えば、本発明の濾過装置１を立設させて採取操作を行った場合であっても、試験水は濾過装置の下に溜まることがなく効率的に排水処理がなされる。このように、外部からの気体の供給により、試料水を強制的にフィルター２を通過させ、濾過することにより、容易かつ確実に環境ＤＮＡの試料を採取することが可能となる。

【0033】

次に、本発明の濾過装置１を用いた環境ＤＮＡ試料採取の具体的な方法について説明する。

【0034】

まず、清浄な環境で、ベース部材３のフィルターベース３０にフィルター２を載置し、フィルター２の縁部上にパッキン４１３のＯリングを載置する。この状態でジョイント部材４のカバー部４１をベース部材３に接続し、ベース部材３、フィルター２及びジョイント部材４を一体に接合して濾過装置１を組み立てる。なお、フィルター２はベース部材３のフィルターベース３０とＯリング（パッキン４１３）及びジョイント部材４のフィルター固定部４１２の押圧により撓まないようにしっかりと固定される。このように組み上げた濾過装置１を、コンタミネーションを防止する目的で、図１０（Ａ）に示すように清浄されたビニール袋などに入れて試料水を採取する現場まで運ぶ。

【0035】

次に、現場において、環境ＤＮＡを検査する試料水を試料水容器１１のペットボトルに入れる。なお、この際、落葉等の比較的大きな異物がある場合には、図１０（Ｂ）に示すように、約１１０μｍ程度のメッシュに通してプレ濾過を行うことが好ましい。次に、先に準備した濾過装置１を試料水を入れた試料水容器１１のペットボトルと接合する（図１０（Ｃ））。この接合は、ペットボトルのスクリューキャップ部に設けられた雄ネジと、ジョイント部材４の容器接続部４３に設けられた雌ネジとを螺合することにより容易に接合することができる。

【0036】

ペットボトル１１と濾過装置１との接合が完了したら、ペットボトル１１を上側に、濾過装置１を下側にして載置する（図９、図１０（Ｄ））。そして、自転車用空気入れ５に空気針を接続して、該空気針を濾過装置１の空気孔に差し込み、空気入れ５を操作して空気をペットボトル１１内に供給する。これにより、ペットボトル１１内の試料水は供給した気体に押し出され、フィルター２を通過し、フィルター２表面に環境ＤＮＡの試料を残して排出口から排出される。

【0037】

そして、ペットボトル１１内の試料水が全て排出された段階で、ペットボトル１１を濾過装置１から分離し、コンタミネーションを考慮して、表面に環境ＤＮＡを保持したフィルター２を内設した状態の濾過装置１をビニール袋やケースに戻して持ち帰る。以上の手順により、簡便に目的の環境ＤＮＡの試料を採取することができる。

【0038】

上記構成を有する本発明の試料採取用濾過装置は、軽量、小型であるため野外調査での取り回しが容易であり、汚染リスクが低く、短時間で環境ＤＮＡの試料を採取が可能となる。また、本発明の試料採取用濾過装置は、上記環境ＤＮＡ試料の採取等、生体分野以外の環境分野、例えば、環境水中の浮遊物質量や海洋マイクロプラスチックの汚染状況の調査、研究に対して使用することができる。また、災害時における生活用水の確保等にも使用が可能である。

【符号の説明】

【0039】

１ 試料採取用濾過装置
１１ 試料水容器（ペットボトル）
２ フィルター
３ ベース部材
３０ フィルターベース
３１ フィルターベース保持部
３２ 排水口
３３ 雄ネジ
３４ 排水路
４ ジョイント部材
４１ カバー部
４１１ ベース接続部
４１２ フィルター固定部
４１３ パッキン（Ｏリング）
４２ 気体供給部
４３ 容器接続部
４４ バルブ部
４４１ バルブ
４４２ 逆止弁（虫ゴム）
４５ 給気孔
４６ 通水孔
５ 空気入れ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】