分離装置および分離方法
【課題】精度よく、また試料中の生死状態を維持したままグラム陰性菌を全細菌から分離して検出することのできる分離装置を提供する。
【解決手段】分離装置５００は、チェンバ５３内に外気を導入するためのエア管５６およびファン５５と、チェンバ５３内のグラム陰性菌のトラップした微粒子を残留させて液体を排出するための流路管５８、バルブ５８Ａ、およびフィルタ５８Ｂと、チェンバ５３内に解離液を導入するためのチェンバ５４、流路管５７、およびバルブ５７Ａとを備え、チェンバ５３内の、グラム陰性菌と特異的に反応する抗体を表面に修飾した微粒子を含む液体に外気を導入し、チェンバ５３内の液体とグラム陰性菌のトラップした微粒子とを分離し、グラム陰性菌のトラップした微粒子が残留したチェンバ５３内に解離液を導入することで、グラム陰性菌と微粒子の表面に修飾された抗体との結合を解離させる。
【解決手段】分離装置５００は、チェンバ５３内に外気を導入するためのエア管５６およびファン５５と、チェンバ５３内のグラム陰性菌のトラップした微粒子を残留させて液体を排出するための流路管５８、バルブ５８Ａ、およびフィルタ５８Ｂと、チェンバ５３内に解離液を導入するためのチェンバ５４、流路管５７、およびバルブ５７Ａとを備え、チェンバ５３内の、グラム陰性菌と特異的に反応する抗体を表面に修飾した微粒子を含む液体に外気を導入し、チェンバ５３内の液体とグラム陰性菌のトラップした微粒子とを分離し、グラム陰性菌のトラップした微粒子が残留したチェンバ５３内に解離液を導入することで、グラム陰性菌と微粒子の表面に修飾された抗体との結合を解離させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は分離装置および分離方法に関し、特に、グラム陰性菌を分離するための分離装置および分離方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
菌類は、その構造から大きく分けてグラム陽性菌とグラム陰性菌とに分類され、一般的に、グラム陰性菌の方が毒性が高いとされている。そのため、これらの菌種を判別することは重要である。
【０００３】
従来、菌類を測定する方法として、エアサンプラによって捕集した菌類を培養する方法が代表的なものとして挙げられる。しかしながら、この手法では測定に数日間を要し、また生菌のみしか検出できない。
【０００４】
生物発光を利用した菌検出方法は、迅速であるが、菌由来以外のＡＴＰ（アデノシン三リン酸）が存在した場合、正確な測定が行なうことができない。その結果、グラム陽性菌とグラム陰性菌との区別もできない。
【０００５】
このような問題を解消するため、たとえば特開２００７−１２１２８２号公報（以下、特許文献１）は、グラム陽性菌表層に結合するたんぱく質を用いた判別方法を開示している。詳しくは、特許文献１に開示の判別方法は、細菌の細胞壁に結合するたんぱく質とレポーターたんぱく質との融合たんぱく質を用い、グラム陰性細菌の外膜の透過性亢進処理の有無により、グラム陽性細菌およびグラム陰性細菌の検出、または、グラム陽性細菌のみの検出を行なうものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−１２１２８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に開示されている方法でグラム陰性菌を検出しようとした場合、上述のように特許文献１の方法では外膜の透過性亢進処理を行なうため、検出されたグラム陰性菌は死菌となる可能性が高い。つまり、たとえば検出後の実験等に生菌として用いるなどの用途でグラム陰性菌を検出しようとしても、特許文献１の方法を利用すると試料中の菌の生死状態を維持したままグラム陰性菌が検出されない場合がある、という問題がある。
【０００８】
また、他の問題として、グラム陰性菌を識別／計測するためには、全細菌からグラム陽性菌を差し引く必要がある。そのため、全細菌とグラム陽性菌とのそれぞれを計測するために２つの試料が必須となる。ところが、それら２つの試料中に細菌数の偏りが有ると、グラム陰性菌の検出が精度よく検出されない、という問題もある。
【０００９】
本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであって、精度よく、また試料中の生死状態を維持したままグラム陰性菌を全細菌から分離して検出することのできる分離装置および分離方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明のある局面に従うと、分離装置はグラム陰性菌を分離するための分離装置であって、チェンバと、チェンバ内に外気を導入するための第１の機構と、チェンバ内にグラム陰性菌のトラップした微粒子を残留させて液体を排出するための第２の機構と、チェンバ内に解離液を導入するための第３の機構と、それら機構を制御するための制御装置とを備える。制御装置は第１〜第３の機構を制御することで、チェンバ内の、グラム陰性菌と特異的に反応する抗体を表面に修飾した微粒子を含む液体に、外気を導入する動作と、チェンバ内にグラム陰性菌のトラップした微粒子を残留させて、液体を排出する動作と、グラム陰性菌のトラップした微粒子が残留したチェンバ内に解離液を導入し、微粒子からグラム陰性菌を解離させる動作とを実行する。
【００１１】
好ましくは、第２の機構は、チェンバ内の液体を微粒子よりも孔のサイズの小さいフィルタを通してチェンバ外に排出するための機構である。
【００１２】
好ましくは、微粒子は磁気の影響を受ける素材を含み、第２の機構は、磁気分離によってチェンバ内の液体からグラム陰性菌のトラップした微粒子を分離するための機構である。
【００１３】
好ましくは、分離装置は、液体に含まれる生物由来の粒子を捕集するための捕集装置に解離液が導入された後のチェンバ内の液体を導入するための第４の機構をさらに備える。
【００１４】
より好ましくは、捕集装置は、誘電泳動を利用して液体中の、微粒子から解離したグラム陰性菌を電極上に付着させることで、グラム陰性菌を捕集する。
【００１５】
本発明の他の局面に従うと、分離方法はグラム陰性菌を分離する方法であって、外気を、グラム陰性菌と特異的に反応する抗体を表面に修飾した微粒子を含む液体に取り込むステップと、液体とグラム陰性菌のトラップした微粒子とを分離し、液体を排出するステップと、グラム陰性菌のトラップした微粒子を解離液に取り込むことで、微粒子からグラム陰性菌を解離させるステップとを備える。
【発明の効果】
【００１６】
この発明によると、精度よく、また試料中の生死状態を維持したままグラム陰性菌を全細菌から分離して検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】グラム陽性菌の細胞壁の構造（Ａ）とグラム陰性菌の細胞壁の構造（Ｂ）との概略を表わした図である。
【図２】実施の形態にかかる捕集システムの構成の具体例、および該捕集システムに含まれる分離装置の構成の具体例を示す図である。
【図３】分離装置での分離方法を説明するための概略図である。
【図４】実施の形態にかかる捕集システムに含まれる捕集装置の構成の具体例を示す図である。
【図５】捕集装置の基板の排出孔側に設けられる流路の１つの具体例を示す図である。
【図６】捕集装置の基板の構成の１つの具体例を示す図である。
【図７】捕集装置の電極表面に付着したグラム陰性菌の状態を表わした図である。
【図８】捕集システムでの捕集動作の流れの概要を表わした図である。
【図９】制御装置５０での制御の流れを表わすフローチャートである。
【図１０】制御装置１０での制御の流れを表わすフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品および構成要素には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。
【００１９】
＜分離の原理＞
実施の形態にかかる分離装置は、グラム陽性菌とグラム陰性菌との細胞壁の構造の差異による細胞表面の性質の差異に着目し、抗原抗体反応を利用してグラム陽性菌を分離する。なお、代表的なグラム陽性菌としては黄色ブドウ球菌やボツリヌス菌などが挙げられ、代表的なグラム陰性菌としては大腸菌やサルモネラ菌などが挙げられる。
【００２０】
図１は、グラム陽性菌の細胞壁の構造（Ａ）とグラム陰性菌の細胞壁の構造（Ｂ）との概略を表わした図である。
【００２１】
図１を参照して、大きな差異として、グラム陽性菌はグラム陰性菌と比較してペプチドグルカンが厚く、そのペプチドグルカンにタイコ酸、蛋白、多糖が存在している。
【００２２】
一方、グラム陰性菌はグラム陽性菌と比較してペプチドグルカンが薄く、そのペプチドグルカンの外側に外膜が存在する。外膜は、糖鎖からなるリポ多糖（ＬＰＳ）を含む。リポ多糖（ＬＰＳ）は内毒素（エンドトキシン）であり、グラム陰性菌の菌体成分である。
【００２３】
グラム陰性菌の表層は、菌の内側から細胞質膜、ペプチドグリカン、および外膜の順の３層構造を有している。すなわち、外膜の最も外側であって、グラム陰性菌が外界と接する表面にリポ多糖が存在する。
【００２４】
リポ多糖は、疎水性の脂質部分を外膜脂質二重層に埋め込み、親水性の多糖部分を菌体外に突き出した形で存在している。
【００２５】
リポ多糖に含まれる糖鎖は特定の抗体に対して抗原として認識される。特定の抗体としては、たとえばポリクローナル抗体が挙げられる。ポリクローナル抗体は、免疫したウサギ、ラット、マウス、モルモットなどの動物から回収した血清を精製することで得られる。
【００２６】
そこで、本実施の形態にかかる分離装置では、グラム陰性菌を含んだ試料液中にポリクローナル抗体などの抗体を混入して試料液中のグラム陰性菌を抗原抗体反応を利用して抗体に吸着させることで、他の菌などから分離して捕集する。
【００２７】
＜システム構成＞
図２は、本実施の形態にかかる捕集システムの構成の具体例、および該捕集システムに含まれる分離装置５００の構成の具体例を示す図である。
【００２８】
図２を参照して、本実施の形態にかかる捕集システムは、捕集装置１００と分離装置５００とを含み、分離装置５００で空気中の粒子からグラム陰性菌を分離した後、捕集装置１００でグラム陰性菌を捕集する。
【００２９】
＜分離装置の説明＞
さらに図２を参照して、分離装置５００は、装置全体を制御するための制御装置５０と、制御装置５０で実行されるプログラムを記憶するためのメモリ５１と、動作開始などの指示入力を行なうための入力部５２と、分離用のチェンバ５３と、緩衝液や洗浄液などを保持するためのチェンバ５４と、ファン５５と、エア管５６と、チェンバ５４からチェンバ５３に液体を流入させるための流路管５７と、チェンバ５３から廃液を排出させるための流路管５８と、チェンバ５３から捕集装置１００に液体を流入させるための流路管５９と、を含む。
【００３０】
制御装置５０が入力部５２からの操作信号の入力を受け付けると、制御装置５０内の図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）がメモリ５１に記憶されるプログラムを読み出して実行し、その実行に伴って各部に対して制御信号を出力する。
【００３１】
エア管５６は、一方端をチェンバ５３内に位置させ、他端をチェンバ５３外に位置させるように配置される。
【００３２】
ファン５５はエア管５６の途中に設置され、稼動することで、チェンバ５３外に位置する一端からチェンバ５３内に位置する他端に向けて気流が発生する。ファン５５の稼動は制御装置５０からの制御信号によって制御される。
【００３３】
流路管５７，５８，５９には、それぞれ、バルブ５７Ａ，５８Ａ，５９Ａが設けられ、その開閉が制御装置５０からの制御信号によって制御される。
【００３４】
さらに、図２に示される例では、チェンバ５３と流路管５８との間にフィルタ５８Ｂが設けられる。
【００３５】
一例として、図２では、チェンバ５４がチェンバ５３の上方に設置される例が示されている。これにより、バルブ５７Ａが開状態となることで、チェンバ５４内の液体が流路管５７内を通ってチェンバ５３に導入される。
【００３６】
たとえば、チェンバ５４からチェンバ５３に向かう方向に流路管５７内の液体を移動させるためのポンプなどの導入機構が備えられる場合には、これらチェンバの位置関係は図２の例に限定されない。
【００３７】
また、一例として、図２では、チェンバ５３が捕集装置１００の上方に設置される例が示されている。これにより、バルブ５８Ａが開状態となり、かつバルブ５９Ａが閉状態なることで、チェンバ５３内の液体が流路管５８内を通って捕集装置１００に導入される。なお、チェンバ５３内の液体が流路管５８内を通って捕集装置１００に移動する際、チェンバ５３と流路管５８との間に設けられたフィルタ５８Ｂを通り抜けることになる。
【００３８】
チェンバ５３と捕集装置１００との位置関係についても、たとえば、チェンバ５３から捕集装置１００チェンバ５４に向かう方向に流路管５８内の液体を移動させるためのポンプなどの導入機構が備えられる場合には、その位置関係は図２の例に限定されない。
【００３９】
図３は、分離装置５００での分離方法を説明するための概略図である。
図３を参照して、分離装置５００で分離動作を行なう第１段階（＃１）として、チェンバ５３内に、水面がエア管５６の先端を越える位置までバッファ液を満たし、その中にグラム陰性菌と特異的に反応する、ポリクロール抗体やモノクロール抗体などの抗体を表面に修飾させた個体担体を分散させる。
【００４０】
ここでのバッファ液は特定の液体に限定されず、純水、緩衝液、マニトールなどの化合物を所定濃度含む水溶液等、どのような液体であってもよい。
【００４１】
個体担体は不溶性担体であって、たとえばビーズ等の、ガラス、プラスチック、ゴムなどからなる微粒子が該当する。ここで用いられるビーズ等の微粒子である個体担体は、その径がフィルタ５８Ｂの孔径よりも大きいものであればよい。図３において、個体担体は白丸で表わされている。
【００４２】
第２段階（＃２）として、エア管５６のバッファ液面下にある端部とは逆の端部から、バッファ液に外気を導入する。これにより、チェンバ５３内のバッファ液内に外気中の浮遊粒子が取り込まれる。図３において、チェンバ５３内のバッファ液内に取り込まれた粒子は塗りつぶし丸、三角、および四角で表わされ、その内の黒丸がグラム陰性菌を表わしている。
【００４３】
バッファ液内に取り込まれたグラム陰性菌は、バッファ液内の個体担体表面に修飾された抗体と反応する。グラム陰性菌は、その表面構造の違いからグラム陽性菌と比較して格段に親水性が高い。そのため、グラム陰性菌のみが抗体と結合し、その結果、個体担体表面にトラップ（吸着）する。
【００４４】
第３段階（＃３）として、チェンバ５３内のバッファ液を排出する。このとき、バッファ液はフィルタ５８Ｂを通って流路管５８内へ流れ込み、そのまま排出される。そのため、フィルタ５８Ｂの孔よりもサイズの大きい個体担体は、その表面にグラム陰性菌がトラップした状態でチェンバ５３内に残留し、グラム陽性菌等の他の粒子は廃液であるバッファ液と共にチェンバ５３外に排出される。すなわち、この状態で、第２段階でバッファ液に取り込まれた粒子からグラム陰性菌が分離される。
【００４５】
第４段階（＃４）として、チェンバ５３にチェンバ５４から解離液を導入する。解離液とは、抗原抗体反応によるグラム陰性菌と抗体との結合を解離させるための溶液であって、通常、酢酸溶液や塩酸溶液などの酸性溶液が用いられる。
【００４６】
第４段階では、第１段階でチェンバ５３内に満たされたバッファ液よりも少ない量の解離液をチェンバ５３内に導入する。これにより、第３段階でチェンバ５３内に残留した個体担体が解離液内で解離し、グラム陰性菌の溶液中の濃度が第２段階での濃度よりも濃縮される。
【００４７】
なお、この例では、チェンバ５３の流路管５８への排出口にフィルタ５８Ｂが設けられ、フィルタ５８Ｂを利用してグラム陰性菌がトラップした個体担体を分離するものとしているが、分離方法はこの方法に限定されない。他の方法として、いわゆる磁気分離と呼ばれる方法を利用したものであってもよい。すなわち、個体担体として酸化鉄などの磁気の影響を受ける物質を含んだ微粒子を利用し、磁力でグラム陰性菌がトラップした個体担体を分離するようにしてもよい。
【００４８】
＜捕集装置の説明＞
図４は、捕集装置１００の構成の具体例を示す図である。
【００４９】
ここでは、一例として、捕集装置１００が誘電泳動を利用して、溶液中のグラム陰性菌を捕集するものであるとして説明する。しかしながら、捕集装置１００での捕集原理は誘電泳動を利用するものに限定されず、他の方法であってもよい。他の方法として、たとえば、グラム陰性菌と個体担体との比重の差を利用した遠心分離を行なうことでグラム陰性菌を捕集する方法などが挙げられる。
【００５０】
図４を参照して、捕集装置１００は、装置全体を制御するための制御装置１０と、制御装置１０で実行されるプログラムを記憶するためのメモリ１１と、流路管５９の分離装置５００側の端部と逆側の端部側に配置される、誘電泳動に適した液体を保持するためのチェンバ１６とを含む。
【００５１】
制御装置１０は分離装置５００の制御装置５０と電気的に接続され、制御装置５０からの分離動作の終了を通知する信号の入力を受け付ける。該操作信号を受け付けると、制御装置１０内の図示しないＣＰＵがメモリ１１に記憶されるプログラムを読み出して実行し、その実行に伴って各部に対して制御信号を出力する。
【００５２】
チェンバ１６内部には、複数の貫通孔２０が削孔された基板１５が設けられる。基板１５の表面には誘電泳動用の電極１４が設けられる。
【００５３】
チェンバ１６の、流路管５９と反対側の面（図では下面）に排出孔１７が設けられる。基板１５と排出孔１７との間には空間が設けられ、基板１５が排出孔１７の備えられた側のチェンバ１６の内面に対して壁３１で支持されてもよい。
【００５４】
図５は、基板１５の排出孔１７側に設けられる流路の１つの具体例を示す図である。
図５を参照して、壁３１は基板１５に設けられた貫通孔２０と接続され、貫通孔２０から排出孔１７へ向けてらせん状に形成されたらせん状流路２１を有してもよい。
【００５５】
図６は、基板１５の構成の１つの具体例を示す図である。
図６を参照して、基板１５の流路管５９に近い側の面（図では上面）には、複数の円形の貫通孔２０と、電極端子３５，３６を有した櫛型の１対の電極１４とが形成される。貫通孔２０の形状は円形には限定されず、基板１５を貫通して、液体を通すことができれば他の形状であってもよい。また、その数は１つまたは複数のいずれでもよい。また、貫通孔２０の位置および配置は、後述するように、チェンバ１６内の基板１５の上にある液体が排出孔１７を通って流れた場合に、電極１４の表面を流れるか、電極１４表面に衝突して流れるように形成されれば、特定の位置および配置に限定されない。
【００５６】
さらに図４を参照して、排出孔１７には、流路管４，５が接続されている。流路管４の排出孔１７近傍にはバルブ２２Ａが設けられ、流路管５の排出孔１７近傍にはバルブ２２Ｂが設けられている。バルブ２２Ａ，２２Ｂの開閉は制御装置１０からの制御信号によって制御される。
【００５７】
流路管４には、循環用の機構として、ポンプ７およびフィルタ１２が、チェンバ１６から排出孔１７へ向かう方向にその順で配されている。ポンプ７の稼動も、制御装置１０からの制御信号によって制御される。
【００５８】
誘電泳動用の電極１４としては櫛型電極が一般に提案されているが、従来提案されているものをそのまま使用できる。また、図６では電極１４が一対の櫛型電極で形成される例が示されているが、基板１５表面に複数対形成されてもよい。後述するように、複数対形成されることは、液体中の微生物を短時間でより多く電極付近に集めることが可能になるので利点がある。
【００５９】
捕集装置１００では、誘電泳動の原理を利用して、分離装置５００から流路管５９を通って導入されたグラム陰性菌を含んだ液中のグラム陰性菌を電極に付着させる。ここで利用される誘電泳動とは、生物由来の粒子であるグラム陰性菌と媒質（ここでは水等）との誘電率などの電気的な性質の差異を利用し、生物由来の粒子を電極に付着させたり乖離させたりする現象を指す。
【００６０】
詳しくは、グラム陰性菌を含む液体中に交流の電界を発生させることでグラム陰性菌内部がプラスとマイナスとに分極する。特定の周波数帯とすることによって細胞膜の破損していない正常なグラム陰性菌（生菌）のみ強電場側に引き寄せられ（正の誘電泳動）、破損したグラム陰性菌（死菌または損傷菌）は生菌と誘電率が異なるために反発する（負の誘電泳動）、という現象が起きる。
【００６１】
捕集装置１００では、この現象を利用して所定の電圧を印加した電極１４に液体中のグラム陰性菌を付着させた上で液体を排出して、液体中のグラム陰性菌を濃縮することでグラム陰性菌を捕集する。上記のように、生菌と死菌または損傷菌とが分離できる周波数を用いた場合は、グラム陰性菌のうちの、さらに生菌のみまたは死菌または損傷菌のみを捕集することができる。また、生菌と死菌または損傷菌ともに電極に引き寄せられる周波数を用いた場合は、両方のグラム陰性菌が捕集できる。
【００６２】
捕集装置１００では、バルブ２２Ｂは閉塞したままでバルブ２２Ａのみ開放してポンプ７を稼動させることでチェンバ１６内から流路管４を通る流路で循環させつつ、電極１４（図６の例では電極端子３５，３６）に所定の周波数の電圧が印加されることで、誘電泳動が行なわれる。液体の循環に伴って液体中のグラム陰性菌が順次電極１４付近に接近するので、電極１４表面に形成される誘電泳動力により液体中のグラム陰性菌が順次電極１４表面に付着する。これにより、効率的に電極１４表面にグラム陰性菌が捕集される。
【００６３】
図７は、電極１４表面に付着したグラム陰性菌の状態を表わした図である。図７に示されるように、液体中のグラム陰性菌は、電極１４の間に鎖状に付着する。
【００６４】
＜動作概要＞
図８は、本実施の形態にかかる捕集システムでの捕集動作の流れの概要を表わした図である。
【００６５】
図８を参照して、まず、分離動作として、ステップＳ１で分離装置５００に大気が導入される。これによって、分離装置５００のチェンバ５３内の、抗体が表面に修飾された個体担体にグラム陰性菌がトラップする。
【００６６】
次に、ステップＳ２でチェンバ５３中のバッファ液とグラム陰性菌がトラップした担体とを分離する。この一例として、以降の例ではフィルタ５８Ｂを通して排水する例を用いて説明するが、固体担体が磁力の影響を受ける素材である場合、磁気分離してもよい。
【００６７】
次に、ステップＳ３でチェンバ５３に解離液を導入することで、グラム陰性菌と抗体との結合を解離させる。
【００６８】
以上で、グラム陰性菌を分離するための分離動作を終了し、ステップＳ４で分離装置５００から捕集装置１００に液体を移動させる。
【００６９】
そして、ステップＳ５で捕集装置１００において捕集動作が行なわれ、液体中のグラム陰性菌が捕集される。一例として捕集装置１００が図４に示された誘電泳動を利用した者である場合、チェンバ１６および流路管４内で液体を循環させつつ電極１４に電圧を印加することで電極１４表面にグラム陰性菌を付着させ、その後、チェンバ１６から液体を排出させることで、グラム陰性菌を捕集する。
【００７０】
＜動作フロー＞
図９および図１０は、上記捕集動作を行なう際の、制御装置５０および制御装置１０それぞれでの制御の流れを表わすフローチャートである。これらフローチャートで表わされる制御は、制御装置５０および制御装置１０それぞれに含まれる図示しないＣＰＵがメモリ５１，１１に記憶されるプログラムを読み出して実行し、主にＣＰＵ上に形成される各機能を発揮させることで実現される。
【００７１】
図９を参照して、ステップＳ１０１で制御装置５０は、初期状態としてすべてのバルブ５７Ａ，５８Ａ，５９Ａを閉塞する。
【００７２】
入力部５２からの捕集開始の指示入力を受け付けると（ステップＳ１０３でＹＥＳ）、ステップＳ１０５で制御装置５０はファン５５を駆動させる。これによって、チェンバ５３内の、抗体が表面に修飾された個体担体を含む液体中にエア管５６を通って外気が取り込まれ、外気中のグラム陰性菌が個体担体の抗体と結合する。このときの状態が図３の第２段階（＃２）で表わされている。
【００７３】
予め規定されている駆動量、または指示された駆動量駆動させた後、ファン５５の駆動を終了し（ステップＳ１０７）、制御装置５０はステップＳ１０９でバルブ５８Ａを開放する。これによって、チェンバ５３内の液体はフィルタ５８Ｂを通って流路管５８内に流れ込み、排出される。チェンバ５３内には、フィルタ５８Ｂの孔よりもサイズの大きな個体担体が残留することによって、その表面に付着したグラム陰性菌が残留し、グラム陽性菌が排出される。このときの状態が図３の第３段階（＃３）で表わされている。
【００７４】
ステップＳ１１１で制御装置５０はバルブ５８Ａを閉塞した後にバルブ５７Ａを開放する。これによって、チェンバ５４内の解離液が流路管５７を通ってチェンバ５３に導入される。チェンバ５３に残留していたグラム陰性菌は、解離液によって抗体との結合から解離する。この状態が図３の第４段階（＃４）で表わされている。
【００７５】
ステップＳ１１３で制御装置５０は、バルブ５９Ａを開放する。これによって、チェンバ５３内の液体は流路管５９を通って捕集装置１００のチェンバ１６に移動する。この液中では、グラム陰性菌が抗体から解離した状態で存在している。
【００７６】
なお、このとき、ステップＳ１１５で制御装置５０は、捕集装置１００の制御装置１０に対して、分離動作の終了を通知する信号を出力し、一連の動作を終了する。
【００７７】
図１０を参照して、ステップＳ２０１で制御装置１０は、初期状態としてすべてのバルブ２２Ａ，２２Ｂを閉塞する。
【００７８】
分離装置５００の制御装置５０からの、分離動作終了の通知を受け付けると（ステップＳ２０３でＹＥＳ）、制御装置１０はステップＳ２０５でバルブ２２Ａを開放して、ステップＳ２０７でポンプを駆動し、ステップＳ２０９で電極１４に所定電圧を印加する。これによって、チェンバ１６および流路管４内をグラム陰性菌を含んだ液体が循環し、電極１４付近を通過する。そして、電極１４に形成される誘電泳動力によりグラム陰性菌が電極１４表面に付着する。
【００７９】
制御装置１０は予め規定した時間が経過すると、ステップＳ２１１でポンプの駆動を終了し、電極１４への印加を終了する。そして、ステップＳ２１３でバルブ２２Ｂを開放する。これによって、チェンバ１６内の液体が廃液として流路管５を通って排出される。
【００８０】
＜実施の形態の効果＞
捕集システムが上述のように構成され、上述のように動作することで、分離装置５００において精度よくグラム陰性菌がグラム陽性菌等から分離され、グラム陰性菌を高濃度で含む液体が得られる。
【００８１】
さらに、分離装置５００では抗原抗体反応を利用してグラム陰性菌を分離するため、試料とする外気中のグラム陰性菌の静止状態を維持したまま分離することができる。
【００８２】
また、捕集装置１００が一例として上述のように誘電泳動を利用したものである場合、効率的に短時間でグラム陽性菌が捕集できると共に、その生死状態を維持したまま捕集することができる。
【００８３】
従って、これら装置を含む捕集システムでは、試料とする外気中からグラム陰性菌を精度よく、またその生死状態を維持したまま捕集することができる。
【００８４】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００８５】
４，５，５７，５８，５９ 流路管、７ ポンプ、１０，５０ 制御装置、１１，５１ メモリ、１２，５８Ｂ フィルタ、１４ 電極、１５ 基板、１６，５３，５４ チェンバ、１７ 排出孔、２０ 貫通孔、２１ らせん状流路、２２Ａ，２２Ｂ，５７Ａ，５８Ａ，５９Ａ バルブ、３１ 壁、３５，３６ 電極端子、５２ 入力部、５５ ファン、５６ エア管、１００ 捕集装置、５００ 分離装置。
【技術分野】
【０００１】
この発明は分離装置および分離方法に関し、特に、グラム陰性菌を分離するための分離装置および分離方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
菌類は、その構造から大きく分けてグラム陽性菌とグラム陰性菌とに分類され、一般的に、グラム陰性菌の方が毒性が高いとされている。そのため、これらの菌種を判別することは重要である。
【０００３】
従来、菌類を測定する方法として、エアサンプラによって捕集した菌類を培養する方法が代表的なものとして挙げられる。しかしながら、この手法では測定に数日間を要し、また生菌のみしか検出できない。
【０００４】
生物発光を利用した菌検出方法は、迅速であるが、菌由来以外のＡＴＰ（アデノシン三リン酸）が存在した場合、正確な測定が行なうことができない。その結果、グラム陽性菌とグラム陰性菌との区別もできない。
【０００５】
このような問題を解消するため、たとえば特開２００７−１２１２８２号公報（以下、特許文献１）は、グラム陽性菌表層に結合するたんぱく質を用いた判別方法を開示している。詳しくは、特許文献１に開示の判別方法は、細菌の細胞壁に結合するたんぱく質とレポーターたんぱく質との融合たんぱく質を用い、グラム陰性細菌の外膜の透過性亢進処理の有無により、グラム陽性細菌およびグラム陰性細菌の検出、または、グラム陽性細菌のみの検出を行なうものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−１２１２８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に開示されている方法でグラム陰性菌を検出しようとした場合、上述のように特許文献１の方法では外膜の透過性亢進処理を行なうため、検出されたグラム陰性菌は死菌となる可能性が高い。つまり、たとえば検出後の実験等に生菌として用いるなどの用途でグラム陰性菌を検出しようとしても、特許文献１の方法を利用すると試料中の菌の生死状態を維持したままグラム陰性菌が検出されない場合がある、という問題がある。
【０００８】
また、他の問題として、グラム陰性菌を識別／計測するためには、全細菌からグラム陽性菌を差し引く必要がある。そのため、全細菌とグラム陽性菌とのそれぞれを計測するために２つの試料が必須となる。ところが、それら２つの試料中に細菌数の偏りが有ると、グラム陰性菌の検出が精度よく検出されない、という問題もある。
【０００９】
本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであって、精度よく、また試料中の生死状態を維持したままグラム陰性菌を全細菌から分離して検出することのできる分離装置および分離方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明のある局面に従うと、分離装置はグラム陰性菌を分離するための分離装置であって、チェンバと、チェンバ内に外気を導入するための第１の機構と、チェンバ内にグラム陰性菌のトラップした微粒子を残留させて液体を排出するための第２の機構と、チェンバ内に解離液を導入するための第３の機構と、それら機構を制御するための制御装置とを備える。制御装置は第１〜第３の機構を制御することで、チェンバ内の、グラム陰性菌と特異的に反応する抗体を表面に修飾した微粒子を含む液体に、外気を導入する動作と、チェンバ内にグラム陰性菌のトラップした微粒子を残留させて、液体を排出する動作と、グラム陰性菌のトラップした微粒子が残留したチェンバ内に解離液を導入し、微粒子からグラム陰性菌を解離させる動作とを実行する。
【００１１】
好ましくは、第２の機構は、チェンバ内の液体を微粒子よりも孔のサイズの小さいフィルタを通してチェンバ外に排出するための機構である。
【００１２】
好ましくは、微粒子は磁気の影響を受ける素材を含み、第２の機構は、磁気分離によってチェンバ内の液体からグラム陰性菌のトラップした微粒子を分離するための機構である。
【００１３】
好ましくは、分離装置は、液体に含まれる生物由来の粒子を捕集するための捕集装置に解離液が導入された後のチェンバ内の液体を導入するための第４の機構をさらに備える。
【００１４】
より好ましくは、捕集装置は、誘電泳動を利用して液体中の、微粒子から解離したグラム陰性菌を電極上に付着させることで、グラム陰性菌を捕集する。
【００１５】
本発明の他の局面に従うと、分離方法はグラム陰性菌を分離する方法であって、外気を、グラム陰性菌と特異的に反応する抗体を表面に修飾した微粒子を含む液体に取り込むステップと、液体とグラム陰性菌のトラップした微粒子とを分離し、液体を排出するステップと、グラム陰性菌のトラップした微粒子を解離液に取り込むことで、微粒子からグラム陰性菌を解離させるステップとを備える。
【発明の効果】
【００１６】
この発明によると、精度よく、また試料中の生死状態を維持したままグラム陰性菌を全細菌から分離して検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】グラム陽性菌の細胞壁の構造（Ａ）とグラム陰性菌の細胞壁の構造（Ｂ）との概略を表わした図である。
【図２】実施の形態にかかる捕集システムの構成の具体例、および該捕集システムに含まれる分離装置の構成の具体例を示す図である。
【図３】分離装置での分離方法を説明するための概略図である。
【図４】実施の形態にかかる捕集システムに含まれる捕集装置の構成の具体例を示す図である。
【図５】捕集装置の基板の排出孔側に設けられる流路の１つの具体例を示す図である。
【図６】捕集装置の基板の構成の１つの具体例を示す図である。
【図７】捕集装置の電極表面に付着したグラム陰性菌の状態を表わした図である。
【図８】捕集システムでの捕集動作の流れの概要を表わした図である。
【図９】制御装置５０での制御の流れを表わすフローチャートである。
【図１０】制御装置１０での制御の流れを表わすフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品および構成要素には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。
【００１９】
＜分離の原理＞
実施の形態にかかる分離装置は、グラム陽性菌とグラム陰性菌との細胞壁の構造の差異による細胞表面の性質の差異に着目し、抗原抗体反応を利用してグラム陽性菌を分離する。なお、代表的なグラム陽性菌としては黄色ブドウ球菌やボツリヌス菌などが挙げられ、代表的なグラム陰性菌としては大腸菌やサルモネラ菌などが挙げられる。
【００２０】
図１は、グラム陽性菌の細胞壁の構造（Ａ）とグラム陰性菌の細胞壁の構造（Ｂ）との概略を表わした図である。
【００２１】
図１を参照して、大きな差異として、グラム陽性菌はグラム陰性菌と比較してペプチドグルカンが厚く、そのペプチドグルカンにタイコ酸、蛋白、多糖が存在している。
【００２２】
一方、グラム陰性菌はグラム陽性菌と比較してペプチドグルカンが薄く、そのペプチドグルカンの外側に外膜が存在する。外膜は、糖鎖からなるリポ多糖（ＬＰＳ）を含む。リポ多糖（ＬＰＳ）は内毒素（エンドトキシン）であり、グラム陰性菌の菌体成分である。
【００２３】
グラム陰性菌の表層は、菌の内側から細胞質膜、ペプチドグリカン、および外膜の順の３層構造を有している。すなわち、外膜の最も外側であって、グラム陰性菌が外界と接する表面にリポ多糖が存在する。
【００２４】
リポ多糖は、疎水性の脂質部分を外膜脂質二重層に埋め込み、親水性の多糖部分を菌体外に突き出した形で存在している。
【００２５】
リポ多糖に含まれる糖鎖は特定の抗体に対して抗原として認識される。特定の抗体としては、たとえばポリクローナル抗体が挙げられる。ポリクローナル抗体は、免疫したウサギ、ラット、マウス、モルモットなどの動物から回収した血清を精製することで得られる。
【００２６】
そこで、本実施の形態にかかる分離装置では、グラム陰性菌を含んだ試料液中にポリクローナル抗体などの抗体を混入して試料液中のグラム陰性菌を抗原抗体反応を利用して抗体に吸着させることで、他の菌などから分離して捕集する。
【００２７】
＜システム構成＞
図２は、本実施の形態にかかる捕集システムの構成の具体例、および該捕集システムに含まれる分離装置５００の構成の具体例を示す図である。
【００２８】
図２を参照して、本実施の形態にかかる捕集システムは、捕集装置１００と分離装置５００とを含み、分離装置５００で空気中の粒子からグラム陰性菌を分離した後、捕集装置１００でグラム陰性菌を捕集する。
【００２９】
＜分離装置の説明＞
さらに図２を参照して、分離装置５００は、装置全体を制御するための制御装置５０と、制御装置５０で実行されるプログラムを記憶するためのメモリ５１と、動作開始などの指示入力を行なうための入力部５２と、分離用のチェンバ５３と、緩衝液や洗浄液などを保持するためのチェンバ５４と、ファン５５と、エア管５６と、チェンバ５４からチェンバ５３に液体を流入させるための流路管５７と、チェンバ５３から廃液を排出させるための流路管５８と、チェンバ５３から捕集装置１００に液体を流入させるための流路管５９と、を含む。
【００３０】
制御装置５０が入力部５２からの操作信号の入力を受け付けると、制御装置５０内の図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）がメモリ５１に記憶されるプログラムを読み出して実行し、その実行に伴って各部に対して制御信号を出力する。
【００３１】
エア管５６は、一方端をチェンバ５３内に位置させ、他端をチェンバ５３外に位置させるように配置される。
【００３２】
ファン５５はエア管５６の途中に設置され、稼動することで、チェンバ５３外に位置する一端からチェンバ５３内に位置する他端に向けて気流が発生する。ファン５５の稼動は制御装置５０からの制御信号によって制御される。
【００３３】
流路管５７，５８，５９には、それぞれ、バルブ５７Ａ，５８Ａ，５９Ａが設けられ、その開閉が制御装置５０からの制御信号によって制御される。
【００３４】
さらに、図２に示される例では、チェンバ５３と流路管５８との間にフィルタ５８Ｂが設けられる。
【００３５】
一例として、図２では、チェンバ５４がチェンバ５３の上方に設置される例が示されている。これにより、バルブ５７Ａが開状態となることで、チェンバ５４内の液体が流路管５７内を通ってチェンバ５３に導入される。
【００３６】
たとえば、チェンバ５４からチェンバ５３に向かう方向に流路管５７内の液体を移動させるためのポンプなどの導入機構が備えられる場合には、これらチェンバの位置関係は図２の例に限定されない。
【００３７】
また、一例として、図２では、チェンバ５３が捕集装置１００の上方に設置される例が示されている。これにより、バルブ５８Ａが開状態となり、かつバルブ５９Ａが閉状態なることで、チェンバ５３内の液体が流路管５８内を通って捕集装置１００に導入される。なお、チェンバ５３内の液体が流路管５８内を通って捕集装置１００に移動する際、チェンバ５３と流路管５８との間に設けられたフィルタ５８Ｂを通り抜けることになる。
【００３８】
チェンバ５３と捕集装置１００との位置関係についても、たとえば、チェンバ５３から捕集装置１００チェンバ５４に向かう方向に流路管５８内の液体を移動させるためのポンプなどの導入機構が備えられる場合には、その位置関係は図２の例に限定されない。
【００３９】
図３は、分離装置５００での分離方法を説明するための概略図である。
図３を参照して、分離装置５００で分離動作を行なう第１段階（＃１）として、チェンバ５３内に、水面がエア管５６の先端を越える位置までバッファ液を満たし、その中にグラム陰性菌と特異的に反応する、ポリクロール抗体やモノクロール抗体などの抗体を表面に修飾させた個体担体を分散させる。
【００４０】
ここでのバッファ液は特定の液体に限定されず、純水、緩衝液、マニトールなどの化合物を所定濃度含む水溶液等、どのような液体であってもよい。
【００４１】
個体担体は不溶性担体であって、たとえばビーズ等の、ガラス、プラスチック、ゴムなどからなる微粒子が該当する。ここで用いられるビーズ等の微粒子である個体担体は、その径がフィルタ５８Ｂの孔径よりも大きいものであればよい。図３において、個体担体は白丸で表わされている。
【００４２】
第２段階（＃２）として、エア管５６のバッファ液面下にある端部とは逆の端部から、バッファ液に外気を導入する。これにより、チェンバ５３内のバッファ液内に外気中の浮遊粒子が取り込まれる。図３において、チェンバ５３内のバッファ液内に取り込まれた粒子は塗りつぶし丸、三角、および四角で表わされ、その内の黒丸がグラム陰性菌を表わしている。
【００４３】
バッファ液内に取り込まれたグラム陰性菌は、バッファ液内の個体担体表面に修飾された抗体と反応する。グラム陰性菌は、その表面構造の違いからグラム陽性菌と比較して格段に親水性が高い。そのため、グラム陰性菌のみが抗体と結合し、その結果、個体担体表面にトラップ（吸着）する。
【００４４】
第３段階（＃３）として、チェンバ５３内のバッファ液を排出する。このとき、バッファ液はフィルタ５８Ｂを通って流路管５８内へ流れ込み、そのまま排出される。そのため、フィルタ５８Ｂの孔よりもサイズの大きい個体担体は、その表面にグラム陰性菌がトラップした状態でチェンバ５３内に残留し、グラム陽性菌等の他の粒子は廃液であるバッファ液と共にチェンバ５３外に排出される。すなわち、この状態で、第２段階でバッファ液に取り込まれた粒子からグラム陰性菌が分離される。
【００４５】
第４段階（＃４）として、チェンバ５３にチェンバ５４から解離液を導入する。解離液とは、抗原抗体反応によるグラム陰性菌と抗体との結合を解離させるための溶液であって、通常、酢酸溶液や塩酸溶液などの酸性溶液が用いられる。
【００４６】
第４段階では、第１段階でチェンバ５３内に満たされたバッファ液よりも少ない量の解離液をチェンバ５３内に導入する。これにより、第３段階でチェンバ５３内に残留した個体担体が解離液内で解離し、グラム陰性菌の溶液中の濃度が第２段階での濃度よりも濃縮される。
【００４７】
なお、この例では、チェンバ５３の流路管５８への排出口にフィルタ５８Ｂが設けられ、フィルタ５８Ｂを利用してグラム陰性菌がトラップした個体担体を分離するものとしているが、分離方法はこの方法に限定されない。他の方法として、いわゆる磁気分離と呼ばれる方法を利用したものであってもよい。すなわち、個体担体として酸化鉄などの磁気の影響を受ける物質を含んだ微粒子を利用し、磁力でグラム陰性菌がトラップした個体担体を分離するようにしてもよい。
【００４８】
＜捕集装置の説明＞
図４は、捕集装置１００の構成の具体例を示す図である。
【００４９】
ここでは、一例として、捕集装置１００が誘電泳動を利用して、溶液中のグラム陰性菌を捕集するものであるとして説明する。しかしながら、捕集装置１００での捕集原理は誘電泳動を利用するものに限定されず、他の方法であってもよい。他の方法として、たとえば、グラム陰性菌と個体担体との比重の差を利用した遠心分離を行なうことでグラム陰性菌を捕集する方法などが挙げられる。
【００５０】
図４を参照して、捕集装置１００は、装置全体を制御するための制御装置１０と、制御装置１０で実行されるプログラムを記憶するためのメモリ１１と、流路管５９の分離装置５００側の端部と逆側の端部側に配置される、誘電泳動に適した液体を保持するためのチェンバ１６とを含む。
【００５１】
制御装置１０は分離装置５００の制御装置５０と電気的に接続され、制御装置５０からの分離動作の終了を通知する信号の入力を受け付ける。該操作信号を受け付けると、制御装置１０内の図示しないＣＰＵがメモリ１１に記憶されるプログラムを読み出して実行し、その実行に伴って各部に対して制御信号を出力する。
【００５２】
チェンバ１６内部には、複数の貫通孔２０が削孔された基板１５が設けられる。基板１５の表面には誘電泳動用の電極１４が設けられる。
【００５３】
チェンバ１６の、流路管５９と反対側の面（図では下面）に排出孔１７が設けられる。基板１５と排出孔１７との間には空間が設けられ、基板１５が排出孔１７の備えられた側のチェンバ１６の内面に対して壁３１で支持されてもよい。
【００５４】
図５は、基板１５の排出孔１７側に設けられる流路の１つの具体例を示す図である。
図５を参照して、壁３１は基板１５に設けられた貫通孔２０と接続され、貫通孔２０から排出孔１７へ向けてらせん状に形成されたらせん状流路２１を有してもよい。
【００５５】
図６は、基板１５の構成の１つの具体例を示す図である。
図６を参照して、基板１５の流路管５９に近い側の面（図では上面）には、複数の円形の貫通孔２０と、電極端子３５，３６を有した櫛型の１対の電極１４とが形成される。貫通孔２０の形状は円形には限定されず、基板１５を貫通して、液体を通すことができれば他の形状であってもよい。また、その数は１つまたは複数のいずれでもよい。また、貫通孔２０の位置および配置は、後述するように、チェンバ１６内の基板１５の上にある液体が排出孔１７を通って流れた場合に、電極１４の表面を流れるか、電極１４表面に衝突して流れるように形成されれば、特定の位置および配置に限定されない。
【００５６】
さらに図４を参照して、排出孔１７には、流路管４，５が接続されている。流路管４の排出孔１７近傍にはバルブ２２Ａが設けられ、流路管５の排出孔１７近傍にはバルブ２２Ｂが設けられている。バルブ２２Ａ，２２Ｂの開閉は制御装置１０からの制御信号によって制御される。
【００５７】
流路管４には、循環用の機構として、ポンプ７およびフィルタ１２が、チェンバ１６から排出孔１７へ向かう方向にその順で配されている。ポンプ７の稼動も、制御装置１０からの制御信号によって制御される。
【００５８】
誘電泳動用の電極１４としては櫛型電極が一般に提案されているが、従来提案されているものをそのまま使用できる。また、図６では電極１４が一対の櫛型電極で形成される例が示されているが、基板１５表面に複数対形成されてもよい。後述するように、複数対形成されることは、液体中の微生物を短時間でより多く電極付近に集めることが可能になるので利点がある。
【００５９】
捕集装置１００では、誘電泳動の原理を利用して、分離装置５００から流路管５９を通って導入されたグラム陰性菌を含んだ液中のグラム陰性菌を電極に付着させる。ここで利用される誘電泳動とは、生物由来の粒子であるグラム陰性菌と媒質（ここでは水等）との誘電率などの電気的な性質の差異を利用し、生物由来の粒子を電極に付着させたり乖離させたりする現象を指す。
【００６０】
詳しくは、グラム陰性菌を含む液体中に交流の電界を発生させることでグラム陰性菌内部がプラスとマイナスとに分極する。特定の周波数帯とすることによって細胞膜の破損していない正常なグラム陰性菌（生菌）のみ強電場側に引き寄せられ（正の誘電泳動）、破損したグラム陰性菌（死菌または損傷菌）は生菌と誘電率が異なるために反発する（負の誘電泳動）、という現象が起きる。
【００６１】
捕集装置１００では、この現象を利用して所定の電圧を印加した電極１４に液体中のグラム陰性菌を付着させた上で液体を排出して、液体中のグラム陰性菌を濃縮することでグラム陰性菌を捕集する。上記のように、生菌と死菌または損傷菌とが分離できる周波数を用いた場合は、グラム陰性菌のうちの、さらに生菌のみまたは死菌または損傷菌のみを捕集することができる。また、生菌と死菌または損傷菌ともに電極に引き寄せられる周波数を用いた場合は、両方のグラム陰性菌が捕集できる。
【００６２】
捕集装置１００では、バルブ２２Ｂは閉塞したままでバルブ２２Ａのみ開放してポンプ７を稼動させることでチェンバ１６内から流路管４を通る流路で循環させつつ、電極１４（図６の例では電極端子３５，３６）に所定の周波数の電圧が印加されることで、誘電泳動が行なわれる。液体の循環に伴って液体中のグラム陰性菌が順次電極１４付近に接近するので、電極１４表面に形成される誘電泳動力により液体中のグラム陰性菌が順次電極１４表面に付着する。これにより、効率的に電極１４表面にグラム陰性菌が捕集される。
【００６３】
図７は、電極１４表面に付着したグラム陰性菌の状態を表わした図である。図７に示されるように、液体中のグラム陰性菌は、電極１４の間に鎖状に付着する。
【００６４】
＜動作概要＞
図８は、本実施の形態にかかる捕集システムでの捕集動作の流れの概要を表わした図である。
【００６５】
図８を参照して、まず、分離動作として、ステップＳ１で分離装置５００に大気が導入される。これによって、分離装置５００のチェンバ５３内の、抗体が表面に修飾された個体担体にグラム陰性菌がトラップする。
【００６６】
次に、ステップＳ２でチェンバ５３中のバッファ液とグラム陰性菌がトラップした担体とを分離する。この一例として、以降の例ではフィルタ５８Ｂを通して排水する例を用いて説明するが、固体担体が磁力の影響を受ける素材である場合、磁気分離してもよい。
【００６７】
次に、ステップＳ３でチェンバ５３に解離液を導入することで、グラム陰性菌と抗体との結合を解離させる。
【００６８】
以上で、グラム陰性菌を分離するための分離動作を終了し、ステップＳ４で分離装置５００から捕集装置１００に液体を移動させる。
【００６９】
そして、ステップＳ５で捕集装置１００において捕集動作が行なわれ、液体中のグラム陰性菌が捕集される。一例として捕集装置１００が図４に示された誘電泳動を利用した者である場合、チェンバ１６および流路管４内で液体を循環させつつ電極１４に電圧を印加することで電極１４表面にグラム陰性菌を付着させ、その後、チェンバ１６から液体を排出させることで、グラム陰性菌を捕集する。
【００７０】
＜動作フロー＞
図９および図１０は、上記捕集動作を行なう際の、制御装置５０および制御装置１０それぞれでの制御の流れを表わすフローチャートである。これらフローチャートで表わされる制御は、制御装置５０および制御装置１０それぞれに含まれる図示しないＣＰＵがメモリ５１，１１に記憶されるプログラムを読み出して実行し、主にＣＰＵ上に形成される各機能を発揮させることで実現される。
【００７１】
図９を参照して、ステップＳ１０１で制御装置５０は、初期状態としてすべてのバルブ５７Ａ，５８Ａ，５９Ａを閉塞する。
【００７２】
入力部５２からの捕集開始の指示入力を受け付けると（ステップＳ１０３でＹＥＳ）、ステップＳ１０５で制御装置５０はファン５５を駆動させる。これによって、チェンバ５３内の、抗体が表面に修飾された個体担体を含む液体中にエア管５６を通って外気が取り込まれ、外気中のグラム陰性菌が個体担体の抗体と結合する。このときの状態が図３の第２段階（＃２）で表わされている。
【００７３】
予め規定されている駆動量、または指示された駆動量駆動させた後、ファン５５の駆動を終了し（ステップＳ１０７）、制御装置５０はステップＳ１０９でバルブ５８Ａを開放する。これによって、チェンバ５３内の液体はフィルタ５８Ｂを通って流路管５８内に流れ込み、排出される。チェンバ５３内には、フィルタ５８Ｂの孔よりもサイズの大きな個体担体が残留することによって、その表面に付着したグラム陰性菌が残留し、グラム陽性菌が排出される。このときの状態が図３の第３段階（＃３）で表わされている。
【００７４】
ステップＳ１１１で制御装置５０はバルブ５８Ａを閉塞した後にバルブ５７Ａを開放する。これによって、チェンバ５４内の解離液が流路管５７を通ってチェンバ５３に導入される。チェンバ５３に残留していたグラム陰性菌は、解離液によって抗体との結合から解離する。この状態が図３の第４段階（＃４）で表わされている。
【００７５】
ステップＳ１１３で制御装置５０は、バルブ５９Ａを開放する。これによって、チェンバ５３内の液体は流路管５９を通って捕集装置１００のチェンバ１６に移動する。この液中では、グラム陰性菌が抗体から解離した状態で存在している。
【００７６】
なお、このとき、ステップＳ１１５で制御装置５０は、捕集装置１００の制御装置１０に対して、分離動作の終了を通知する信号を出力し、一連の動作を終了する。
【００７７】
図１０を参照して、ステップＳ２０１で制御装置１０は、初期状態としてすべてのバルブ２２Ａ，２２Ｂを閉塞する。
【００７８】
分離装置５００の制御装置５０からの、分離動作終了の通知を受け付けると（ステップＳ２０３でＹＥＳ）、制御装置１０はステップＳ２０５でバルブ２２Ａを開放して、ステップＳ２０７でポンプを駆動し、ステップＳ２０９で電極１４に所定電圧を印加する。これによって、チェンバ１６および流路管４内をグラム陰性菌を含んだ液体が循環し、電極１４付近を通過する。そして、電極１４に形成される誘電泳動力によりグラム陰性菌が電極１４表面に付着する。
【００７９】
制御装置１０は予め規定した時間が経過すると、ステップＳ２１１でポンプの駆動を終了し、電極１４への印加を終了する。そして、ステップＳ２１３でバルブ２２Ｂを開放する。これによって、チェンバ１６内の液体が廃液として流路管５を通って排出される。
【００８０】
＜実施の形態の効果＞
捕集システムが上述のように構成され、上述のように動作することで、分離装置５００において精度よくグラム陰性菌がグラム陽性菌等から分離され、グラム陰性菌を高濃度で含む液体が得られる。
【００８１】
さらに、分離装置５００では抗原抗体反応を利用してグラム陰性菌を分離するため、試料とする外気中のグラム陰性菌の静止状態を維持したまま分離することができる。
【００８２】
また、捕集装置１００が一例として上述のように誘電泳動を利用したものである場合、効率的に短時間でグラム陽性菌が捕集できると共に、その生死状態を維持したまま捕集することができる。
【００８３】
従って、これら装置を含む捕集システムでは、試料とする外気中からグラム陰性菌を精度よく、またその生死状態を維持したまま捕集することができる。
【００８４】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００８５】
４，５，５７，５８，５９ 流路管、７ ポンプ、１０，５０ 制御装置、１１，５１ メモリ、１２，５８Ｂ フィルタ、１４ 電極、１５ 基板、１６，５３，５４ チェンバ、１７ 排出孔、２０ 貫通孔、２１ らせん状流路、２２Ａ，２２Ｂ，５７Ａ，５８Ａ，５９Ａ バルブ、３１ 壁、３５，３６ 電極端子、５２ 入力部、５５ ファン、５６ エア管、１００ 捕集装置、５００ 分離装置。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
グラム陰性菌を分離するための分離装置であって、
チェンバと、
前記チェンバ内に外気を導入するための第１の機構と、
前記チェンバ内に前記グラム陰性菌のトラップした微粒子を残留させて液体を排出するための第２の機構と、
前記チェンバ内に解離液を導入するための第３の機構と、
それら機構を制御するための制御装置とを備え、
前記制御装置は前記第１〜第３の機構を制御することで、
前記チェンバ内の、グラム陰性菌と特異的に反応する抗体を表面に修飾した微粒子を含む液体に、外気を導入する動作と、
前記チェンバ内にグラム陰性菌のトラップした微粒子を残留させて、前記液体を排出する動作と、
前記グラム陰性菌のトラップした微粒子が残留した前記チェンバ内に前記解離液を導入し、前記微粒子からグラム陰性菌を解離させる動作とを実行する、分離装置。
【請求項２】
前記第２の機構は、前記チェンバ内の液体を前記微粒子よりも孔のサイズの小さいフィルタを通して前記チェンバ外に排出するための機構である、請求項１に記載の分離装置。
【請求項３】
前記微粒子は磁気の影響を受ける素材を含み、
前記第２の機構は、磁気分離によって前記チェンバ内の液体から前記グラム陰性菌のトラップした微粒子を分離するための機構である、請求項１に記載の分離装置。
【請求項４】
液体に含まれる生物由来の粒子を捕集するための捕集装置に、前記解離液が導入された後の前記チェンバ内の液体を導入するための第４の機構をさらに備える、請求項１〜３のいずれかに記載の分離装置。
【請求項５】
前記捕集装置は、誘電泳動を利用して前記液体中の、前記微粒子から解離したグラム陰性菌を電極上に付着させることで、グラム陰性菌を捕集する、請求項４に記載の分離装置。
【請求項６】
グラム陰性菌を分離する方法であって、
外気を、グラム陰性菌と特異的に反応する抗体を表面に修飾した微粒子を含む液体に取り込むステップと、
前記液体とグラム陰性菌のトラップした前記微粒子とを分離し、前記液体を排出するステップと、
前記グラム陰性菌のトラップした微粒子を解離液に取り込むことで、前記微粒子からグラム陰性菌を解離させるステップとを備える、分離方法。
【請求項１】
グラム陰性菌を分離するための分離装置であって、
チェンバと、
前記チェンバ内に外気を導入するための第１の機構と、
前記チェンバ内に前記グラム陰性菌のトラップした微粒子を残留させて液体を排出するための第２の機構と、
前記チェンバ内に解離液を導入するための第３の機構と、
それら機構を制御するための制御装置とを備え、
前記制御装置は前記第１〜第３の機構を制御することで、
前記チェンバ内の、グラム陰性菌と特異的に反応する抗体を表面に修飾した微粒子を含む液体に、外気を導入する動作と、
前記チェンバ内にグラム陰性菌のトラップした微粒子を残留させて、前記液体を排出する動作と、
前記グラム陰性菌のトラップした微粒子が残留した前記チェンバ内に前記解離液を導入し、前記微粒子からグラム陰性菌を解離させる動作とを実行する、分離装置。
【請求項２】
前記第２の機構は、前記チェンバ内の液体を前記微粒子よりも孔のサイズの小さいフィルタを通して前記チェンバ外に排出するための機構である、請求項１に記載の分離装置。
【請求項３】
前記微粒子は磁気の影響を受ける素材を含み、
前記第２の機構は、磁気分離によって前記チェンバ内の液体から前記グラム陰性菌のトラップした微粒子を分離するための機構である、請求項１に記載の分離装置。
【請求項４】
液体に含まれる生物由来の粒子を捕集するための捕集装置に、前記解離液が導入された後の前記チェンバ内の液体を導入するための第４の機構をさらに備える、請求項１〜３のいずれかに記載の分離装置。
【請求項５】
前記捕集装置は、誘電泳動を利用して前記液体中の、前記微粒子から解離したグラム陰性菌を電極上に付着させることで、グラム陰性菌を捕集する、請求項４に記載の分離装置。
【請求項６】
グラム陰性菌を分離する方法であって、
外気を、グラム陰性菌と特異的に反応する抗体を表面に修飾した微粒子を含む液体に取り込むステップと、
前記液体とグラム陰性菌のトラップした前記微粒子とを分離し、前記液体を排出するステップと、
前記グラム陰性菌のトラップした微粒子を解離液に取り込むことで、前記微粒子からグラム陰性菌を解離させるステップとを備える、分離方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１２−２５４０４８（Ｐ２０１２−２５４０４８Ａ）
【公開日】平成２４年１２月２７日（２０１２．１２．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１２９７８８（Ｐ２０１１−１２９７８８）
【出願日】平成２３年６月１０日（２０１１．６．１０）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月２７日（２０１２．１２．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月１０日（２０１１．６．１０）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
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