特許 7421192 攪拌装置及び前処理装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-01-16

(45)【発行日】2024-01-24

(54)【発明の名称】攪拌装置及び前処理装置

(51)【国際特許分類】

   C12M 1/02 20060101AFI20240117BHJP

   C12M 1/00 20060101ALI20240117BHJP

   G01N 1/38 20060101ALI20240117BHJP

   G01N 35/02 20060101ALI20240117BHJP

【ＦＩ】

C12M1/02 A

C12M1/00 A

G01N1/38

G01N35/02 D

【請求項の数】 2

(21)【出願番号】P 2020531264

(86)(22)【出願日】2019-07-10

(86)【国際出願番号】 JP2019027325

(87)【国際公開番号】W WO2020017409

(87)【国際公開日】2020-01-23

【審査請求日】2021-01-13

【審判番号】

【審判請求日】2022-08-10

(31)【優先権主張番号】P 2018134174

(32)【優先日】2018-07-17

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２９年度、国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構「植物等の生物を用いた高機能品生産技術の開発／高生産性微生物創製に資する情報解析システムの開発」委託研究、産業技術力強化法第１７条の適用を受ける特許出願

(73)【特許権者】

【識別番号】504150450

【氏名又は名称】国立大学法人神戸大学

(73)【特許権者】

【識別番号】000001993

【氏名又は名称】株式会社島津製作所

(74)【代理人】

【識別番号】100141852

【弁理士】

【氏名又は名称】吉本 力

(72)【発明者】

【氏名】虎井 彩

(72)【発明者】

【氏名】松本 好弘

(72)【発明者】

【氏名】蓮沼 誠久

【合議体】

【審判長】加々美 一恵

【審判官】福井 悟

【審判官】天野 貴子

(56)【参考文献】

【文献】特開平８－２６１８９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－１２７８６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－９６９１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１９８６２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１４－５０４７３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１６／００６０９７（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

C12M1/00-3/10

G01N1/00-37/00

B01F1/00-17/56

ＭＥＤＬＩＮＥ／ＥＭＢＡＳＥ／ＢＩＯＳＩＳ／ＷＰＩＤＳ（ＳＴＮ）

ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＭＥＤＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

細胞に試薬を混合した混合液を攪拌するための攪拌装置であって、
前記混合液が収容された容器の上端部を保持するための保持機構と、
前記保持機構により前記上端部が保持された前記容器の底部を受ける台座部と、
前記台座部に対して偏心した位置に設けられた回転軸を有し、当該回転軸を回転させることにより前記台座部を旋回させるモータと、
前記モータの回転を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、前記モータが正回転及び逆回転を交互に繰り返すように制御し、
前記保持機構と前記台座部は、それぞれ独立した位置に設けられていることを特徴とする攪拌装置。

【請求項2】

細胞に対する前処理を行うための前処理装置であって、
細胞を含む培養液が収容された容器に対して遠心分離を行う遠心分離機構と、
前記遠心分離機構により前記容器内で遠心分離された細胞以外の液体を除去する液体除去機構と、
前記液体除去機構により液体が除去された後の前記容器内の細胞に試薬を混合して混合液を生成する試薬供給機構と、
前記試薬供給機構により生成された混合液を攪拌する請求項１に記載の攪拌装置とを備えることを特徴とする前処理装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、細胞に試薬を混合した混合液を攪拌するための攪拌装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

微生物や植物の細胞を培養槽内の培養液中で培養し、その培養液から細胞を回収して前処理を行った上で、液体クロマトグラフ質量分析装置に供給することにより、メタボローム解析などの分析を行う技術が知られている。この種の技術では、細胞を含む培養液をサンプリングするためのサンプリング装置と、サンプリングされた培養液に含まれる細胞に対して前処理を行うための前処理装置とが用いられている。培養液のサンプリングは、無菌状態にて行われる（例えば、下記特許文献１参照）。

【0003】

前処理装置では、例えば、培養液に対する遠心分離、遠心分離された細胞以外の液体の除去、細胞への試薬の供給、細胞及び試薬を含む混合液の撹拌などが順次行われる。このうち、混合液の撹拌は、例えば、専用の撹拌装置で行われる。

【0004】

撹拌装置として、混合液を収容する試験管を保持した状態で、試験管を高速で動かして撹拌を行う装置が利用されている。このような装置は、モータと、モータの駆動軸から離れた位置（駆動軸から偏心した位置）で試験管を保持する保持機構とを備えている。そして、モータからの駆動力が保持機構に付与されることで、試験管が高速で動かされる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０１２－２００２３９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

上記した撹拌装置では、混合液の撹拌が完了するまでモータを高速で回転させ続ける。そのため、保持機構や撹拌機構に長時間にわたって負荷がかかり、これらの機構が損傷するという不具合が生じることがあった。撹拌に要する時間が長くなると、特に、試験管と接触する部分が摩耗により損傷するという不具合が生じてしまう。
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、撹拌に要する時間を短縮できる撹拌装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

（１）本発明に係る攪拌装置は、細胞に試薬を混合した混合液を攪拌するための攪拌装置である。前記攪拌装置は、台座部と、モータと、制御部とを備える。前記台座部は、前記混合液が収容された容器の底部を受ける。前記モータは、前記台座部に対して偏心した位置に設けられた回転軸を有し、当該回転軸を回転させることにより前記台座部を旋回させる。前記制御部は、前記モータの回転を制御する。前記制御部は、前記モータが正回転及び逆回転を交互に繰り返すように制御する。

【0008】

このような構成によれば、攪拌装置では、制御部の制御により、モータが、正回転及び逆回転を交互に繰り返す。そして、台座部が、一方向の旋回と他方向の旋回とを交互に繰り返す。さらに、台座部が受ける容器が、一方向への動きと他方向への動きを交互に繰り返す。
これにより、容器内の混合液に、一方向に回る渦と他方向に回る渦とが交互に生じる。
そのため、容器内の混合液を効率良く攪拌することができる。
その結果、容器内の混合液の攪拌に要する時間を短縮できる。

【0009】

（２）本発明に係る前処理装置は、細胞に対する前処理を行うための前処理装置である。前記前処理装置は、遠心分離機構と、液体除去機構と、試薬供給機構と、前記攪拌装置とを備える。前記遠心分離機構は、細胞を含む培養液が収容された容器に対して遠心分離を行う。前記液体除去機構は、前記遠心分離機構により前記容器内で遠心分離された細胞以外の液体を除去する。前記試薬供給機構は、前記液体除去機構により液体が除去された後の前記容器内の細胞に試薬を混合して混合液を生成する。前記攪拌装置は、前記試薬供給機構により生成された混合液を攪拌する。

【0010】

このような構成によれば、前処理装置において、攪拌に要する時間を短縮できる。そして、全体の作業時間を短縮できる。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、攪拌装置では、制御部の制御により、モータが、正回転及び逆回転を交互に繰り返す。そして、台座部が、一方向の旋回と他方向の旋回とを交互に繰り返す。さらに、台座部が受ける容器が、一方向への動きと他方向への動きを交互に繰り返す。これにより、容器内の混合液に、一方向に回る渦と他方向に回る渦とが交互に生じる。そのため、容器内の混合液を効率良く攪拌することができる。その結果、容器内の混合液の攪拌に要する時間を短縮できる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の一実施形態に係る前処理装置を備えた自動前処理システムの概略構成を示したブロック図である。

【図2】本発明の一実施形態に係る攪拌装置の構成を示した斜視図である。

【図3】図２の攪拌装置の正面図である。

【図4】図３のＡ－Ａ線に沿う断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

１．自動前処理システムの概略構成
図１は、本発明の一実施形態に係る前処理装置を備えた自動前処理システム１０の概略構成を示したブロック図である。この自動前処理システム１０は、分析対象物に対する前処理を自動で行うための装置である。本実施形態において、分析対象物は、例えば培養された細胞であり、より具体的には菌体である。

【0014】

自動前処理システム１０には、サンプリング装置１及び前処理装置２が備えられている。自動前処理システム１０により前処理が行われた後の細胞からは、その細胞の代謝産物が抽出されて、液体クロマトグラフ質量分析装置３に供給される。液体クロマトグラフ質量分析装置３は、分析対象物を分析するための分析装置の一例に過ぎず、他の分析装置を用いて分析を行うことも可能である。

【0015】

サンプリング装置１は、容器（培養容器）から液体をサンプリングするための装置である。例えば、微生物や植物の細胞は、バイオリアクタと呼ばれる容器内において培養液中で培養され、バイオリアクタ内の細胞を含む培養液がサンプリング装置１によりサンプリングされる。バイオリアクタ内には、例えば磁力を用いて回転される攪拌部材や、溶存酸素の濃度を検知するための酸素濃度センサなどが設けられており、バイオリアクタ内において培養液を攪拌しながら溶存酸素濃度を調整することにより、サンプリング装置１内において細胞が培養される。

【0016】

前処理装置２は、バイオリアクタ内からサンプリングされた培養液に含まれる細胞に対して前処理を行う。サンプリング装置１では、細胞を含む培養液が、容器（サンプリング容器）としての試験管に収容される。前処理装置２には、遠心分離機構４、液体除去機構５、試薬供給機構６、攪拌機構７及び抽出機構８などが備えられており、これらの各機構により、試験管内の培養液に含まれる細胞に対して前処理が順次行われる。

【0017】

遠心分離機構４は、細胞を含む培養液が収容された試験管に対して遠心分離を行う。これにより、試験管内の培養液に遠心力が付与され、細胞（固体）と細胞以外の液体とに分離される。そして、遠心分離機構４により試験管内で遠心分離された細胞以外の液体が、液体除去機構５を用いて除去されることにより、細胞が回収される。

【0018】

液体除去機構５により液体が除去された後の試験管内には、試薬供給機構６により試薬が供給される。これにより、試験管内の細胞に試薬が混合され、混合液が生成される。そして、試薬供給機構６により生成された混合液が、攪拌機構７により攪拌される。

【0019】

本実施形態において使用される試薬は、細胞中の代謝産物を抽出するための試薬であり、細胞に試薬が混合された混合液を攪拌することにより、細胞中から代謝産物が抽出された懸濁液が得られる。このようにして得られた懸濁液の一部が、抽出液として抽出機構８により抽出され、液体クロマトグラフ質量分析装置３に供給される。

【0020】

２．攪拌装置の構成
図２は、本発明の一実施形態に係る攪拌装置１１の構成を示した斜視図である。図３は、攪拌装置１１の正面図である。図４は、図３のＡ－Ａ線に沿う断面図である。

【0021】

攪拌装置１１は、上記した前処理装置２に設けられる。攪拌装置１１は、フレーム１２と、上記した攪拌機構７と、保持機構１３と、移動機構１４と、制御部１５とを備えている。

【0022】

フレーム１２は、側面視Ｌ字状に形成されており、金属材料からなる。フレーム１２は、水平フレーム１２１と、鉛直フレーム１２２とを備えている。水平フレーム１２１は、板状に形成されており、水平面に沿うように延びている。水平フレーム１２１は、設置面（図示せず）に固定されている。鉛直フレーム１２２は、水平フレーム１２１の上面に固定されている。鉛直フレーム１２２は、板状に形成されており、水平フレーム１２１の一端部（図２及び図４における左端部）から上方に向かって延びている。

【0023】

攪拌機構７は、水平フレーム１２１上に固定されている。攪拌機構７は、複数（４つ）の脚部７１と、筐体７２と、基台部７３と、モータ７４と、回転部７５と、ベアリング７６と、台座部７７と、ばね７８とを備えている。

【0024】

各脚部７１は、水平フレーム１２１の上面に固定されている。各脚部７１は、上方に向かって先細るテーパー状に形成されている。複数（４つ）の脚部７１は、互いに間隔を隔てて配置されている。
筐体７２は、脚部７１上に固定されている。筐体７２は、中空状の直方体形状に形成されている。

【0025】

図３及び図４に示すように、基台部７３は、筐体７２の上面の中央部に固定されている。基台部７３は、円筒状に形成されている。
モータ７４は、筐体７２に固定されている。モータ７４は、モータ本体７４１と、回転軸７４２とを備えている。モータ本体７４１は、筐体７２内に固定されている。回転軸７４２は、モータ本体７４１から上方に向かって延びている。回転軸７４２は、筐体７２の上面に形成された開口（図示せず）、及び、基台部７３の内部空間を挿通している。回転軸７４２の先端部は、筐体７２の上方に配置されている。

【0026】

回転部７５は、回転軸７４２に固定されている。回転部７５は、略円柱状に形成されている。回転部７５は、上方側部分の径が小さく、下方側部分の径が大きくなるように形成されている。回転部７５の下方側部分には、上方に向かって窪む凹部が形成されている。回転部７５の凹部に、モータ７４の回転軸７４２が挿入されている。

【0027】

ベアリング７６は、回転部７５の上端部に載置されている。すなわち、回転部７５の上端部は、ベアリング７６の内部空間を挿通している。ベアリング７６の内面の一部は、回転部７５の上端部の周面に当接している。

【0028】

台座部７７は、ベアリング７６上に固定されている。台座部７７は、筒部７７１と、板部７７２とを備えている。
筒部７７１は、円筒状に形成されており、ベアリング７６に固定されている。筒部７７１は、ベアリング７６の上面及び外周面を覆っている。

【0029】

板部７７２は、筒部７７１の上端部に固定されている。板部７７２は、円板状に形成されており、ゴム材料からなる。板部７７２の下面の中央部は、下方に向かって突出している。板部７７２の下端部（下面中央部の突出部分）は、筒部７７１の上端部の内部に嵌められている。

【0030】

ばね７８は、コイルばねであって、基台部７３と台座部７７（筒部７７１）との間に配置されている。具体的には、ばね７８の下端部は、基台部７３の外周面に固定されており、ばね７８の上端部は、筒部７７１の下端部の外周面に固定されている。モータ７４の回転軸７４２、及び、回転部７５は、ばね７８の内方に配置されている。

【0031】

保持機構１３は、試験管Ｓを保持するための機構である。移動機構１４は、保持機構１３を移動させるための機構である。移動機構１４は、鉛直フレーム１２２に固定されている。保持機構１３は、移動機構１４に接続されている。

【0032】

図４に示すように、移動機構１４は、上下シリンダ１４１と、本体部１４２と、接続部１４３とを備えている。
上下シリンダ１４１は、鉛直フレーム１２２の下端部に固定されている。上下シリンダ１４１は、空気供給部（図示せず）から空気が供給されることにより、シリンダを上下方向に移動させる。

【0033】

本体部１４２は、上下シリンダ１４１の上方に配置されている。本体部１４２は、移動機構１４のベース部分を構成している。本体部１４２の下端部は、上下シリンダ１４１（上下シリンダ１４１におけるシリンダ部分）に接続されている。本体部１４２は、上下シリンダ１４１のシリンダ部分とともに上下方向に移動する。

【0034】

接続部１４３は、本体部１４２の上端部に取り付けられている。接続部１４３は、水平方向に延びる円柱状に形成されている。接続部１４３の一端部（図４における右端部）は、鉛直フレーム１２２から内方側（攪拌機構７側）に突出している。

【0035】

保持機構１３は、アーム部１３１と、本体部１３２と、１対の把持部１３３とを備えている。
図２に示すように、アーム部１３１は、移動機構１４の接続部１４３の一端部に固定されている。アーム部１３１は、屈曲した板状に形成されており、接続部１４３から内方側（攪拌機構７側）に延びている。
本体部１３２は、略直方体形状に形成されており、アーム部１３１に固定されている。

【0036】

各把持部１３３は、本体部１３２の上端部に取り付けられている。各把持部１３３は、板状に形成されている。１対の把持部１３３は、水平方向において互いに対向している。１対の把持部１３３は、本体部１３２の上面に沿うようにして対向方向に移動可能である。把持部１３３は、空気供給部（図示せず）から空気が供給されることにより移動する。具体的には、１対の把持部１３３が対向方向において近づくように移動することで、それらの間で試験管Ｓが挟持される。また、この状態から、１対の把持部１３３が対向方向において離間するように移動することで、試験管Ｓの挟持状態が解除される。

【0037】

制御部１５は、モータ７４などと電気的に接続されている。制御部１５は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）を含み、当該ＣＰＵが制御プログラムを実行することにより、モータ７４などの動作を制御することができる。

【0038】

攪拌装置１１では、ベアリング７６及び台座部７７は、モータ７４の回転軸７４２に対して偏心した位置に設けられている。具体的には、図３に示すように、台座部７７（ベアリング７６及び台座部７７）の軸線Ｌ２は、モータ７４の（回転軸７４２）の軸線Ｌ１に対してずれている（一致しない位置にある）。

【0039】

３．攪拌装置の動作
自動前処理システム１０では、まず、細胞を含む培養液が試験管Ｓに導入され、その試験管Ｓに対して遠心分離の処理が行われる。これにより、試験管Ｓ内の培養液が、細胞（固体）と細胞以外の液体とに分離される。さらに、試験管Ｓ内の液体が除去された後、試験管Ｓ内に試薬が導入される。そして、この状態の試験管Ｓが、攪拌装置１１に設置される。

【0040】

具体的には、試験管Ｓは、その上端部にキャップが被せられ、かつ、上下方向に沿う状態で、保持機構１３に保持される。このとき、試験管Ｓの上端部は、保持機構１３の把持部１３３により挟持されている。試験管Ｓが攪拌装置１１に設置されたときには、図３及び図４に示すように、試験管Ｓは、攪拌機構７の台座部７７の上方に位置しており、台座部７７に対して間隔を隔てている。

【0041】

この状態から、移動機構１４の上下シリンダ１４１の動作により、本体部１４２及び接続部１４３が下方に向かって移動する。そして、接続部１４３とともに保持機構１３が下方に向かって移動する。

【0042】

すると、試験管Ｓの底部が、台座部７７（板部７７２）の上面に接触する。試験管Ｓが板部７７２に接触すると、上下シリンダ１４１の動作が停止され、本体部１４２及び接続部１４３の移動が停止されて、保持機構１３の移動が停止される。これにより、試験管Ｓの底部が板部７７２の上面に接触した状態が維持される。

【0043】

この状態で、制御部１５の制御により、モータ７４の動作が開始される。このとき、制御部１５は、正回転と逆回転とを交互に繰り返すように、モータ７４の動作を制御する。

【0044】

制御部１５がモータ７４（モータ本体７４１）を正回転させると、図３に示すように、モータ７４の回転軸７４２は、軸線Ｌ１を中心として一方向に回転する。すると、台座部７７及びベアリング７６が、軸線Ｌ１を中心とする円の円周上を軸線Ｌ２が移動するようにして、一方向に旋回する。このとき、ばね７８は、弾性変形する。このようにして、モータ７４の正回転に伴って、台座部７７が一方向に旋回する。

【0045】

また、制御部１５がモータ７４（モータ本体７４１）を逆回転させると、モータ７４の回転軸７４２は、軸線Ｌ１を中心として他方向に回転する。すると、台座部７７及びベアリング７６が、軸線Ｌ１を中心とする円の円周上を軸線Ｌ２が移動するようにして、他方向に旋回する。このとき、ばね７８は、弾性変形する。このようにして、モータ７４の正回転に伴って、台座部７７が他方向に旋回する。

【0046】

制御部１５は、モータ７４が正回転と逆回転とを交互に繰り返すように、モータ７４の動作を制御する。具体的には、制御部１５は、モータ７４の正回転を数秒間実施し、その後、モータ７４の逆回転を数秒間実施するという動作を繰り返す。モータ７４の正回転及び逆回転のそれぞれの実施時間は、例えば、１～３秒である。

【0047】

このようにして台座部７７の一方向への旋回と他方向への旋回が交互に繰り返されると、試験管Ｓ（試験管Ｓの底部）が、一方向への移動と他方向への移動とを交互に繰り返す。これにより、試験管Ｓ内の混合液に、一方向に回る渦と他方向に回る渦とが交互に生じる。

【0048】

試験管Ｓ内の混合液に、一方向に回る渦と他方向に回る渦とが交互に生じると、渦の回転の切り替わりの際に、既に回っている渦と新しく発生する渦とがぶつかり合う。これにより、混合液が、上下方向に大きく動く。このようにして、試験管Ｓ内の混合液は、回転するように攪拌されるとともに、上下方向に動くように攪拌される。

【0049】

そのため、試験管Ｓ内の混合液を効率良く攪拌することができる。そして、試験管Ｓ内の混合液の攪拌に要する時間を短縮できる。
攪拌装置１１での攪拌処理が終了すると、試験管Ｓ内の懸濁液は、抽出機構８により抽出され、液体クロマトグラフ質量分析装置３に供給される（図１参照）。

【0050】

４．作用効果
（１）本実施形態では、攪拌装置１１において、制御部１５の制御により、モータ７４が、正回転及び逆回転を交互に繰り返す。そして、台座部７７が、一方向への旋回と他方向への旋回とを交互に繰り返す。

【0051】

これにより、試験管Ｓ（試験管Ｓの底部）が、一方向への移動と他方向への移動とを交互に繰り返し、試験管Ｓ内の混合液に、一方向に回る渦と他方向に回る渦とが交互に生じる。そして、試験管Ｓ内の混合液は、回転するように攪拌されるとともに、上下方向に動くように攪拌される。
そのため、試験管Ｓ内の混合液を効率良く攪拌することができる。
その結果、試験管Ｓ内の混合液の攪拌に要する時間を短縮できる。

【0052】

（２）また、本実施形態では、攪拌機構７（攪拌装置１１）は、前処理装置２に設けられる。
そのため、前処理装置２において、攪拌に要する時間を短縮できる。そして、全体の作業時間を短縮できる。

【0053】

５．変形例
以上の実施形態では、培養液から生成される混合液を攪拌装置１１で攪拌する場合について説明した。しかし、攪拌装置１１は、他の任意の液体を攪拌する場合に用いることができる。

【符号の説明】

【0054】

２ 前処理装置
４ 遠心分離機構
５ 液体除去機構
６ 試薬供給機構
７ 攪拌機構
１１ 攪拌装置
１５ 制御部
７４ モータ
７７ 台座部
７４１ モータ本体
７４２ 回転軸
７７１ 筒部
７７２ 板部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】