DE112019002500T5

DE112019002500T5 - Elektrophorese-verfahren, elektrophorese-system und elektrophorese-gel

Info

Publication number: DE112019002500T5
Application number: DE112019002500.7T
Authority: DE
Inventors: Mima Ogawa; Takahide Yokoi; Chihiro Uematsu
Original assignee: Hitachi High Tech Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2018-07-12
Filing date: 2019-05-28
Publication date: 2021-03-11
Also published as: JP6905961B2; WO2020012805A1; US11493477B2; US20210247358A1; JP2020008513A; CN112313508A

Abstract

Es werden ein Elektrophorese-Verfahren, ein Elektrophorese-System und ein Elektrophorese-Gel zum Rückgewinnen biologischer Substanzen aus dem Elektrophorese-Gel mit hoher Rückgewinnungseffizienz bereitgestellt. Es wird ein Elektrophorese-Verfahren bereitgestellt, das ein Elektrophorese-Gel, das ein Injektionsloch, in das biologische Substanzen injiziert werden, und ein Rückgewinnungsloch, aus dem die biologischen Substanzen zurückgewonnen werden, aufweist, verwendet. Das Elektrophorese-Verfahren beinhaltet das Injizieren der biologischen Substanzen in das Injektionsloch und das Anlegen eines elektrischen Feldes, das das Injektionsloch und das Rückgewinnungsloch durchdringt. Eine Achse mit einer vertikalen Abwärtsrichtung als positiver Richtung wird als X-Achse festgelegt, eine Achse, die parallel zu einer Ebene, die durch irgendwelche Punkte des Injektionslochs und des Rückgewinnungslochs verläuft, und die senkrecht zu der X-Achse verläuft, verläuft, wird als Y-Achse festgelegt, und Koordinaten eines Bodens des Rückgewinnungslochs werden als (XCYC) festgelegt. Wenn die biologische Substanz beim Anlegen des elektrischen Feldes von einem Boden des Injektionslochs zu Koordinaten (X1, YC) in dem Rückgewinnungsloch elektrophoretisiert wird, genügt die X-Koordinate

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Elektrophorese-Verfahren, ein Elektrophorese-System und ein Elektrophorese-Gel.
Hintergrund
Ein Gel-Elektrophorese-Verfahren ist ein Verfahren zum Analysieren biologischer Substanzen wie beispielsweise Nukleinsäuren oder Proteine durch Anwendung eines Phänomens, dass, wenn ein elektrisches Feld an eine geladene Substanz angelegt wird, sich die Substanz in Richtung einer Elektrode mit entgegengesetzter Polarität bewegt. Im Allgemeinen wird ein Elektrophorese-Gel wie beispielsweise ein Agarose-Gel oder ein Acrylamid-Gel als Träger für die biologische Substanz verwendet. Da eine Bewegungsgeschwindigkeit in dem Elektrophorese-Gel abhängig von Molekulargewichten der biologischen Substanzen unterschiedlich ist, werden die biologischen Substanzen als unterschiedliche Banden für die Molekulargewichte separiert. Da das Gel-Elektrophorese-Verfahren hinsichtlich der Separierung der biologischen Substanzen eine hohe Auflösung besitzt, wird das Gel-Elektrophorese-Verfahren auch zum Separieren und Rückgewinnen biologischer Substanzen mit einem Zielmolekulargewicht von biologischen Substanzen mit unterschiedlichen Molekulargewichten eingesetzt.
Ein Verfahren zum Schneiden eines Zielbandes des durch Elektrophorese separierten Elektrophorese-Gels zusammen mit umgebenden Elektrophorese-Gelen und zum Rückgewinnen der biologischen Substanzen aus den geschnittenen Elektrophorese-Gelen wird im allgemeinen als Verfahren zum Rückgewinnen der biologischen Substanzen, die das Zielmolekulargewicht aufweisen, angewandt. Wenn die biologischen Substanzen jedoch aus dem geschnittenen Elektrophorese-Gel zurückgewonnen werden, bestehen Probleme, dass eine Konzentration der biologischen Substanzen verändert ist und ein zusätzlicher Schneideschritt erforderlich ist.
PTL 1 und PTL 2 offenbaren, dass als Verfahren zum gleichzeitigen Rückgewinnen der biologischen Zielsubstanzen zusammen mit der Elektrophorese, ohne das Elektrophorese-Gel zu zerschneiden, in dem Elektrophorese-Gel im Voraus ein Rückgewinnungsloch der biologischen Substanzen vorgesehen ist.
Zitierliste
Patentliteratur

PTL 1: JP 2004-290109 A
PTL 2: JP 2010-502962 A

Überblick über die Erfindung
Technisches Problem
Bei dem in PTL 1 und PTL 2 beschriebenen Verfahren besteht jedoch ein Problem, dass ein Teil der biologischen Substanzen nicht in das Rückgewinnungsloch gelangt und die Rückgewinnungseffizienz verringert ist.
Daher bietet die vorliegende Erfindung eine Elektrophorese-Verfahren, ein Elektrophorese-System und ein Elektrophorese-Gel zum Rückgewinnen biologischer Substanzen aus einem Elektrophorese-Gel mit hoher Rückgewinnungseffizienz.
Lösung des Problems
Um die oben erwähntem Probleme zu lösen, ist ein repräsentatives Elektrophorese-Verfahren der vorliegenden Erfindung ein Elektrophorese-Verfahren, das ein Elektrophorese-Gel einsetzt, das ein Injektionsloch, in das biologische Substanzen injiziert werden, und ein Rückgewinnungsloch, aus dem die biologischen Substanzen zurückgewonnen werden, aufweist. Das Elektrophorese-Verfahren beinhaltet das Injizieren der biologischen Substanzen in das Injektionsloch und das Anlegen eines elektrischen Feldes, das das Injektionsloch und das Rückgewinnungsloch durchdringt. Eine Achse mit einer vertikalen Abwärtsrichtung als positiver Richtung wird als X-Achse festgelegt, eine Achse, die parallel zu einer Ebene, die durch irgendwelche Punkte des Injektionslochs und des Rückgewinnungslochs verläuft, und die senkrecht zu der X-Achse verläuft, verläuft, wird als Y-Achse festgelegt, und Koordinaten eines Bodens des Rückgewinnungslochs werden als (Xc, Yc) festgelegt, und die X-Koordinate Xc des Bodens des Rückgewinnungslochs genügt dem folgenden Ausdruck (1), wenn die biologische Substanz im Schritt des Anlegens des elektrischen Feldes von einem Boden des Injektionslochs zu Koordinaten (X₁, Yc) in dem Rückgewinnungsloch elektrophoretisiert wird.
[Ausdruck 1] $X_{c} > X_{1}$
Ein repräsentatives Elektrophorese-System der vorliegenden Erfindung ist ein Elektrophorese-System mit einem Elektrophorese-Gel und einer Elektrophorese-Vorrichtung. Das Elektrophorese-Gel besitzt ein Injektionsloch, in das biologische Substanzen injiziert werden, und ein Rückgewinnungsloch, aus dem biologische Substanzen zurückgewonnen werden. Die Elektrophorese-Vorrichtung enthält einen Controller, der ein elektrisches Feld, das das Injektionsloch und das Rückgewinnungsloch durchdringt, anlegt. Eine Achse mit einer vertikalen Abwärtsrichtung als positiver Richtung wird als X-Achse festgelegt, eine Achse, die parallel zu einer Ebene, die durch irgendwelche Punkte des Injektionslochs und des Rückgewinnungslochs verläuft, verläuft, und die senkrecht zu der X-Achse verläuft, wird als Y-Achse festgelegt, und Koordinaten eines Bodens des Rückgewinnungslochs werden als (X_C, Y_C) festgelegt, und die X-Koordinate X_C des Bodens des Rückgewinnungslochs genügt dem folgenden Ausdruck (1), wenn die biologische Substanz durch das Anlegen des elektrischen Feldes von einem Boden des Injektionslochs aus zu Koordinaten (X₁, Y_C) in dem Rückgewinnungsloch elektrophoretisiert wird.
[Ausdruck 2] $X_{c} > X_{1}$
Ein repräsentatives Elektrophorese-Gel der vorliegenden Erfindung enthält ein Injektionsloch, in das biologische Substanzen injiziert werden, und ein Rückgewinnungsloch, aus dem die biologischen Substanzen zurückgewonnen werden, wobei das Rückgewinnungsloch tiefer als das Injektionsloch ist.
Vorteilhafte Wirkungen von Erfindungen
Gemäß der vorliegenden Erfindung können die biologischen Substanzen mit hoher Rückgewinnungseffizienz aus dem Elektrophorese-Gel zurückgewonnen werden.
Andere Gegenstände, Konfigurationen und Effekte werden in den folgenden Beschreibungen deutlich gemacht.
Figurenliste

1 ist eine schematische perspektivische Ansicht, die ein Elektrophorese-System gemäß einer ersten Ausführungsform veranschaulicht.
2 ist eine schematische perspektivische Ansicht, die ein bei dem Elektrophorese-System verwendetes Elektrophorese-Gel veranschaulicht.
3 ist eine Querschnittsansicht eines Elektrophorese-Gels 1 gemäß der ersten Ausführungsform, die entlang einer Linie C-C von 2 erfasst wurde.
4 ist eine Querschnittsansicht eines Elektrophorese-Gels 5 gemäß dem Stand der Technik, die entlang der Linie C-C von 2 erfasst wurde.
5A ist eine Querschnittsansicht des Elektrophorese-Gels 5 gemäß dem Stand der Technik, die entlang einer Linie A-A von 2 erfasst wurde.
5B ist eine Querschnittsansicht des Elektrophorese-Gels 5 gemäß dem Stand der Technik, die entlang einer Linie B-B von 2 erfasst wurde.
6 ist eine Querschnittsansicht eines Elektrophorese-Gels 1 gemäß einer zweiten Ausführungsform, die entlang der Linie C-C von 2 erfasst wurde.
7 ist eine Querschnittsansicht eines Elektrophorese-Gels 1 gemäß einer dritten Ausführungsform, die entlang der Linie C-C von 2 erfasst wurde.
8 ist eine Grafik, die die Rückgewinnungseffizienz von Nukleinsäuren in Beispiel 1 und Vergleichsbeispiel 1 zeigt.

Beschreibung von Ausführungsformen
In allen Zeichnungen zum Beschreiben der Ausführungsformen werden Komponenten, die dieselbe Funktion haben, mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet und redundante Beschreibungen hiervon werden so weit wie möglich weggelassen. Die vorliegende Erfindung wird nicht so ausgelegt, dass sie auf die Beschreibungsinhalte der nachstehend darzustellenden Ausführungsformen beschränkt ist. Es ist für den Fachleute leicht verständlich, dass die spezifische Konfiguration geändert werden kann, ohne von der Idee oder dem Gedanken der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Um das Verständnis der Erfindung zu erleichtern, stellen in den Zeichnungen dargestellte Positionen, Größen, Formen und Bereiche von Komponenten nicht unbedingt tatsächliche Positionen, Größen, Formen und Bereiche dar. Daher ist die vorliegende Erfindung nicht notwendigerweise auf die in den Zeichnungen offenbarten Positionen, Größen, Formen und Bereiche beschränkt.
In der vorliegenden Beschreibung schließt eine im Singular dargestellte Komponente den Plural ein, sofern der Kontext nicht eindeutig etwas anderes angibt.
In der vorliegenden Beschreibung wird ein kartesisches XYZ-Koordinatensystem festgelegt, eine vertikale Richtung wird als X-Achse festgelegt und eine zu der X-Achse senkrechte Ebene wird als YZ-Ebene festgelegt. Die X-Achse besitzt eine positive Richtung in einer vertikalen Abwärtsrichtung. Im Folgenden kann eine vertikale Abwärtsrichtung als abwärts und eine vertikale Aufwärtsrichtung als aufwärts bezeichnet werden.
[Erste Ausführungsform]
Ein Elektrophorese-System gemäß einer ersten Ausführungsform wird unter Bezugnahme auf die 1 und 2 beschrieben. 1 ist eine schematische perspektivische Ansicht, die das Elektrophorese-System gemäß der ersten Ausführungsform darstellt. 2 ist eine schematische perspektivische Ansicht, die ein bei dem Elektrophorese-System verwendetes Elektrophorese-Gel darstellt.
Wie in 1 dargestellt, enthält das Elektrophorese-System gemäß der ersten Ausführungsform ein Elektrophorese-Gel 1 und eine Elektrophorese-Vorrichtung 100.
Die Elektrophorese-Vorrichtung 100 enthält einen Elektrophorese-Behälter 9, eine positive Elektrode 10, eine negative Elektrode 11 und einen Spannungsregler 12 (Controller). Der Elektrophorese-Behälter 9 beherbergt das Elektrophorese-Gel 1, eine Pufferlösung 4, die positive Elektrode 10 und die negative Elektrode 11.
Die positive Elektrode 10 und die negative Elektrode 11 sind in die Pufferlösung 4 in dem Elektrophorese-Behälter 9 eingetaucht. Wie in 1 dargestellt, sind die positive Elektrode 10 und die negative Elektrode 11 zum Beispiel an den in Y-Achsenrichtung einander zugewandten Innenwandflächen des Elektrophorese-Behälters 9 angeordnet.
Der Spannungscontroller 12 steuert eine an die positive Elektrode 10 und die negative Elektrode 11 anzulegende Spannung. Die Spannung wird an die positive Elektrode 10 und die negative Elektrode 11 angelegt, weshalb in dem Elektrophorese-Behälter 9 ein elektrisches Feld von der positiven Elektrode 10 zu der negativen Elektrode 11 erzeugt wird. Das heißt, das elektrische Feld ist von einer positiven Richtung einer Y-Achse in eine negative Richtung gerichtet. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird das elektrische Feld als in einem Raum in einem Raum gleichmäßig verteilt beschrieben, aber die Verteilung ist nicht beschränkt. Das in den Elektrophorese-Behälter 9 anzulegende elektrische Feld kann linear oder gekrümmt sein, solange das elektrische Feld von der positiven Elektrode 10 zu der negativen Elektrode 11 gerichtet ist.
Nachfolgend wird als Beispiel ein Fall beschrieben, in dem die biologischen Substanzen Nukleinsäuren sind. Da die Nukleinsäure negativ geladen ist, ist eine Richtung der Elektrophorese entgegengesetzt zu einer Richtung des elektrischen Feldes und die Nukleinsäuren werden von der Seite der negativen Elektrode 11 zu der Seite der positiven Elektrode 10 elektrophoretisiert. Wenn positiv geladene biologische Substanzen verwendet werden, wird eine Richtung des Elektrophorese-Gels 1 umgekehrt oder die Anordnung der positiven Elektrode 10 und der negativen Elektrode 11 wird umgekehrt.
Das Elektrophorese-Gel 1 wird in die Pufferlösung 4 in dem Elektrophorese-Behälter 9 eingetaucht. Beispiele für das Elektrophorese-Gel 1 können ein bekanntes Gel wie beispielsweise ein Agarose-Gel oder ein Polyacrylamid-Gel beinhalten. Eine Dicke des Elektrophorese-Gels 1 ist nicht besonders beschränkt, aber sie beträgt vorzugsweise 2 bis 10 mm unter dem Gesichtspunkt, dass eine Bande der durch die Elektrophorese erhaltenen biologischen Substanzen scharf und leicht zu erkennen ist. Die Dicke des Elektrophorese-Gels 1 ist möglicherweise nicht konstant. In den 1 und 2 ist das Elektrophorese-Gel 1 ein im wesentlichen rechteckiges Parallelepiped, aber eine Form hiervon ist nicht beschränkt.
Wie in den 1 und 2 dargestellt, weist das Elektrophorese-Gel 1 Injektionslöcher 2 und Rückgewinnungslöcher 3 auf. In den 1 und 2 sind in dem Elektrophorese-Gel 1 vier Injektionslöcher 2 und vier Rückgewinnungslöcher 3 einer Richtung der Z-Achse angeordnet, aber die Anzahl von Löchern ist nicht beschränkt.
Das Elektrophorese-Gel 1 kann separiert werden, um geteilte Fließwege zu erhalten, so dass ein Bereich mit einem Injektionsloch 2 und einem Rückgewinnungsloch 3, die in Richtung der Y-Achse benachbart sind, einen Fließweg bildet und das separierte Elektrophorese-Gel kann jeweils in Kammern (nicht dargestellt) des Elektrophorese-Behälters 9 untergebracht werden.
Die Injektionslöcher 2 sind Löcher zum Injizieren einer Mischung biologischer Substanzen mit verschiedenen Molekulargewichten. Die Injektionslöcher 2 sind vorzugsweise an einem Ende des Elektrophorese-Gels 1 in Richtung der Y-Achse vorgesehen. Die biologischen Substanzen werden als Injektionslösung gemischt mit einer Flüssigkeit, deren spezifisches Gewicht höher als das der Pufferlösung 4 ist, in das Injektionsloch 2 injiziert. Beispiele für die Flüssigkeit, mit der die biologischen Substanzen gemischt werden, beinhalten Glycerin und wässrige Lösung von Zucker. Eine Konzentration des Glycerins in der Injektionslösung kann zum Beispiel 6% betragen. Eine Viskosität der Injektionslösung kann zum Beispiel 1 mPa·s betragen.
Die Rückgewinnungslöcher 3 sind Löcher zum Rückgewinnen der biologischen Substanzen mit einem Zielmolekulargewicht. Ein Abstand zwischen dem Injektionsloch 2 und dem Rückgewinnungsloch 3 in Richtung der Y-Achse kann optional eingestellt werden, aber das Rückgewinnungsloch 3 ist vorzugsweise in der Nähe einer Position vorgesehen, an der die biologischen Substanzen mit einem Zielmolekulargewicht als das Band erscheinen.
Das Elektrophorese-Gel 1, in dem die Injektionslöcher 2 auf der Seite der negativen Elektrode 11 und die Rückgewinnungslöcher 3 auf der Seite der positiven Elektrode 10 positioniert sind, ist so innerhalb des Elektrophorese-Behälters 9 angeordnet, dass das in Richtung der Y-Achse wirkende elektrische Feld die Injektionslöcher 2 und die Rückgewinnungslöcher 3 durchdringt. Mit anderen Worten, die Y-Achse ist eine Achse, die parallel zu einer Ebene verläuft, die durch einen beliebigen Punkt des Injektionslochs 2 und einen beliebigen Punkt des Rückgewinnungslochs 3 verläuft und die senkrecht zur X-Achse verläuft. Das Elektrophorese-Gel 1, das ein im Wesentlichen rechteckiger Parallelepiped ist, ist vorzugsweise so angeordnet, dass Seiten jeweils entlang der XYZ-Achsen liegen.
Bei der vorliegenden Ausführungsform sind das Injektionsloch 2 und das Rückgewinnungsloch 3 im Wesentlichen rechteckige Parallelepipede, aber deren Formen und Größen sind nicht begrenzt. Die Größen des Injektionslochs 2 und des Rückgewinnungslochs 3 in der YZ-Ebene können optional eingestellt werden. In den 1 und 2 sind die Abmessungen des Injektionslochs 2 und des Rückgewinnungslochs 3 in der YZ-Ebene gleich, aber sie können unterschiedlich sein. Das Injektionsloch 2 und das die Rückgewinnungsloch 3 durchdringen das Elektrophorese-Gel 1 jedoch vorzugsweise nicht in Richtung der X-Achse. Die Tiefen des Injektionslochs 2 und des Rückgewinnungslochs 3 werden später beschrieben.
Beispiele für ein Verfahren zum Erzeugen der Injektionslöcher 2 und der Rückgewinnungslöcher 3 beinhalten ein Verfahren zum Einsetzen eines Kamms vor dem Verfestigen des Elektrophorese-Gels 1, ein Verfahren zum Erzeugen der Injektionslöcher 2 und der Rückgewinnungslöcher 3 durch Schneiden des verfestigten Elektrophorese-Gels 1, sowie ein Verfahren zum Erzeugen der Injektionslöcher 2 und der Rückgewinnungslöcher 3 durch Schmelzen des verfestigten Elektrophorese-Gels 1 durch Erhitzen, allerdings ist das Verfahren zum Erzeugen dieser Löcher nicht besonders begrenzt.
Als Nächstes wird ein Elektrophorese-Verfahren bei dem Elektrophorese-System gemäß der ersten Ausführungsform unter Bezugnahme auf 3 beschrieben.
Das Elektrophorese-Verfahren gemäß der vorliegenden Ausführungsform beinhaltet einen Schritt des Injizierens der biologischen Substanzen in die Injektionslöcher 2 des Elektrophorese-Gels 1 durch einen Benutzer und einen Schritt des Durchführens der Elektrophorese durch Anlegen des elektrischen Feldes, das die Injektionslöcher 2 und die Rückgewinnungslöcher 3 durchdringt, durch den Spannungsregler 12.
3 ist eine C-C-Querschnittsansicht des Elektrophorese-Gels 1 gemäß der ersten Ausführungsform. Wie in 3 dargestellt, ist in dem Elektrophorese-Gel 1 gemäß der ersten Ausführungsform das Rückgewinnungslochs 3 tiefer als das Injektionsloch 2 ausgebildet. Im Allgemeinen werden die biologischen Substanzen bei einem Gel-Elektrophorese-System mit der Flüssigkeit gemischt, deren spezifisches Gewicht höher als das der Pufferlösung 4 ist und werden in die Injektionslöcher 2 injiziert. Dementsprechend befindet sich die biologische Substanz, die sich in der vertikalen Richtung an der untersten Position befindet, zu Beginn der Elektrophorese im Wesentlichen am Boden des Injektionslochs 2. Hier werden, wie in 3 dargestellt, unter den biologischen Substanzen, die zu Beginn der Elektrophorese in dem Injektionsloch 2 vorhanden sind, Koordinaten der biologischen Substanz mit der größten X-Koordinate, das heißt, der Boden des Injektionslochs 2, als Ursprung verwendet, und diese Koordinaten sind (X₀, Y₀). Koordinaten des Bodens des Rückgewinnungslochs 3 sind (X_C, Y_C).
Die Koordinaten (X₀, Y₀) des Bodens des Injektionslochs 2 sind zum Beispiel eine Mitte des Bodens des Injektionslochs 2 in der YZ-Ebene. Die Koordinaten (X_C, Y_C) des Bodens der Rückgewinnungslochs 3 sind zum Beispiel eine Mitte des Bodens der Rückgewinnungslochs 3 in der YZ-Ebene. Die Position der Koordinaten (X₀, Y₀) des Bodens des Injektionslochs 2 und die Position der Koordinaten (X_C, Y_C) des Bodens der Rückgewinnungslochs 3 sind nicht auf die Mitten in der YZ-Ebene beschränkt, sondern können beliebige Positionen in der YZ-Ebene sein.
Wenn die biologische Substanz, die sich zu Beginn der Elektrophorese am Boden (X₀, Y₀) des Injektionslochs 2 befindet, das elektrische Feld empfängt und bis zur Y-Koordinate Y = Y_C des Rückgewinnungslochs 3 elektrophoretisiert wird, kann davon ausgegangen werden, dass eine Position (X-Koordinate) in der vertikalen Richtung X = X₁ (X₁ = X₀ aus der Richtung des elektrischen Feldes ist. Das heißt, es kann davon ausgegangen werden, dass die biologische Substanz, die sich zu Beginn der Elektrophorese am Boden (X₀, Y₀) des Injektionslochs 2 befindet, zu den Koordinaten (X₁, Y_C) im Rückgewinnungsloch 3 elektrophoretisiert wird.
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist das Rückgewinnungsloch 3 tiefer als das Injektionsloch 2 ausgebildet, so dass die X-Koordinate X_C des Bodens des Rückgewinnungslochs 3 dem folgenden Ausdruck (1) genügt.
[Ausdruck 3] $X_{c} > X_{1}$
Wie in 3 dargestellt, ist die X-Koordinate X₁ in dem Rückgewinnungsloch 3, an der die biologische Substanz elektrophoretisiert wird, kleiner als die X-Koordinate X_C des Bodens der Rückgewinnungslochs 3, indem das die Rückgewinnungsloch 3 tiefer als das Injektionsloch 2 erzeugt wird. Somit kann der obige Ausdruck (1) erfüllt werden. Ein Tiefenunterschied (X_C- X₀ zwischen dem Injektionsloch 2 und dem Rückgewinnungsloch 3 ist nicht begrenzt und kann in Abhängigkeit von Bedingungen wie beispielsweise einem Abstand (Y_C- Y₀ zwischen dem Injektionsloch 2 und dem Rückgewinnungsloch 3 in Richtung der Y-Achse und einer Masse der biologischen Substanz passend geändert werden. Dieser Unterschied beträgt vorzugsweise zum Beispiel 0,25 mm oder mehr.
Als Nächstes wird, wie in 3 dargestellt, eine Beziehung zwischen den Koordinaten (X₀, Y₀) des Bodens des Injektionslochs 2, den Koordinaten (X_C, Y_C) des Bodens der Rückgewinnungslochs 3, einer Steigung a des elektrischen Feldes, wenn das elektrische Feld parallel zu einer Geraden X = aY angelegt wird, beschrieben. Bei der vorliegenden Ausführungsform sind die Koordinaten (X_C, Y_C) des Bodens der Rückgewinnungslochs 3 so festgelegt, dass die Beziehung zwischen den Koordinaten (X₀, Y₀) des Bodens des Injektionslochs 2, den Koordinaten (X_C, Y_C) des Bodens der Rückgewinnungslochs 3 und der Steigung a des elektrischen Feldes dem folgenden Ausdruck (2) genügt.
[Ausdruck 4] $X_{c} > a Y_{c} - a Y_{0} + X_{0}$
Hierbei wird, wenn das elektrische Feld durch einen Vektor E dargestellt wird, unter der Annahme, dass, wenn ein Einheitsvektor in der positiven Richtung der X-Achse e_x ist, ein Einheitsvektor in der positiven Richtung der Y-Achse e_Y ist, ein Einheitsvektor in der positiven Richtung der Z-Achse ez ist, ein Koeffizient in der Richtung der X-Achse B ist, ein Koeffizient in der Richtung der Y-Achse C ist und ein Koeffizient in der Richtung der Z-Achse D ist, der Vektor E durch den folgenden Ausdruck (3) dargestellt. Die Koeffizienten B, C und D sind Werte, die durch eine Stärke und ein Vorzeichen des elektrischen Feldes in der Richtung der X-Achse, der Richtung der Y-Achse und der Richtung der Z-Achse bestimmt werden.
[Ausdruck 5] $\vec{E} = B \vec{e_{X}} + C \vec{e_{Y}} + D \vec{e_{Z}}$
Unter dieser Annahme wird die Steigung a des elektrischen Feldes in der XY-Ebene durch den folgenden Ausdruck (4) dargestellt. Da das elektrische Feld von der positiven Elektrode 10 zu der negativen Elektrode 11 gerichtet ist (in die negative Richtung der Y-Achse gerichtet ist), ist der Koeffizient C ein negativer Wert. Der Koeffizient B ist ein positiver Wert, wenn das elektrische Feld nach unten gerichtet angelegt ist, und ist ein negativer Wert, wenn das elektrische Feld nach oben gerichtet angelegt ist. Dementsprechend ist die Steigung a des elektrischen Feldes in der XY-Ebene ein negativer Wert, wenn das elektrische Feld nach unten gerichtet angelegt ist.
[Ausdruck 6] $a = \frac{B}{C}$
(Wenn die Steigung des elektrischen Feldes a = 0 ist)
Wie in 3 dargestellt, ist, wenn die Steigung des elektrischen Feldes a = 0 ist und das elektrische Feld parallel zur Y-Achse angelegt ist, ein Ausdruck, in dem a = 0 in den obigen Ausdruck (2) eingesetzt wird, X_C > X₀ Das heißt, X_C > X₀kann erfüllt werden, indem der Boden (X_C, Y_C) des Rückgewinnungslochs 3 tiefer als der Boden (X₀, Y₀) des Injektionslochs 2 eingestellt wird.
(Wenn die Steigung des elektrischen Feldes a < 0 ist)
Wenn der obige Ausdruck (2) modifiziert wird, erhält man den folgenden Ausdruck (5). Da Y_C - Y₀ auf der rechten Seite den Abstand zwischen dem Injektionsloch 2 und dem Rückgewinnungsloch 3 in Richtung der Y-Achse angibt, ist hier bei dem folgenden Ausdruck (5) die rechte Seite ein positiver Wert. Wenn also die Steigung des elektrischen Feldes a < 0 ist, besitzt die rechte Seite des folgenden Ausdrucks (5) einen negativen Wert. Dementsprechend ist, selbst wenn die Steigung des elektrischen Feldes a < 0 ist, eine linke Seite (X_C- X₀) des folgenden Ausdrucks (5), das heißt, die Differenz (X_C- X₀), in Tiefen zwischen dem Injektionsloch 2 und dem Rückgewinnungsloch 3 ein positiver Wert, indem der Boden (X_C Y_C) des Rückgewinnungslochs 3 so eingestellt wird, dass er tiefer als der Boden (X₀, Y₀) des Injektionslochs 2 ist. Auf diese Weise können der obige Ausdruck (2) und der folgende Ausdruck (5) erfüllt werden.
[Ausdruck 7] $X_{c} - X_{0} > a (Y_{c} - Y_{0})$
(Wenn die Steigung des elektrischen Feldes a > 0 ist)
Wenn die Steigung des elektrischen Feldes a > 0 ist, ist die rechte Seite des obigen Ausdrucks (5) ein positiver Wert. Dementsprechend können der obige Ausdruck (2) und der obige Ausdruck (5) erfüllt werden, indem der Boden (X_C, Y_C) des Rückgewinnungslochs (3) so eingestellt wird, dass er tiefer als der Boden (X₀, Y₀) des Injektionslochs (2) ist, so dass die Differenz (X_C- X₀ in Tiefen zwischen dem Injektionsloch (2) und dem Rückgewinnungsloch (3) größer ist als ein Produkt (a(Y_C - Yo)) aus der Steigung a des elektrischen Feldes und dem Abstand (Y_C - Y₀) zwischen dem Injektionsloch (2) und dem Rückgewinnungsloch (3) in Richtung der Y-Achse.
Wie oben beschrieben, wird die biologische Substanz, die sich zu Beginn der Elektrophorese am Boden (X₀, Y₀) des Injektionslochs 2 befindet, bei der ersten Ausführungsform über dem Boden (X_C, Y_C) des Rückgewinnungslochs 3 elektrophoretisiert, indem das Rückgewinnungsloch 3 so eingestellt wird, dass es tiefer als das Injektionsloch 2 ist. Dementsprechend können die biologischen Substanzen mit hoher Rückgewinnungseffizienz zurückgewonnen werden.
Als Nächstes wird ein Elektrophorese-System gemäß einem Stand der Technik unter Bezugnahme auf die 4, 5A und 5B beschrieben. Das Elektrophorese-System gemäß dem Stand der Technik enthält eine Elektrophorese-Vorrichtung 100 und ein Elektrophorese-Gel 5. Da die Konfigurationen der Elektrophorese-Vorrichtung 100 und des Elektrophorese-Gels 5 gemäß dem Stand der Technik dieselben sind wie die der Elektrophorese-Vorrichtung 100 und des Elektrophorese-Gels 1 gemäß der ersten Ausführungsform, wird deren Beschreibung weggelassen.
4 ist eine C-C-Querschnittsansicht des Elektrophorese-Gels 5 gemäß dem Stand der Technik. Wie in 4 dargestellt, hat das Elektrophorese-Gel 5 bei dem Elektrophorese-System gemäß dem Stand der Technik ein Injektionsloch 52 und ein Rückgewinnungsloch 53 mit derselben Tiefe, und das elektrische Feld wird parallel zur negativen Richtung der Y-Achse angelegt.
Ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform sind die Koordinaten der biologischen Substanz mit der größten X-Koordinate unter den biologischen Substanzen, die zu Beginn der Elektrophorese im Injektionsloch 52 vorhanden sind, das heißt, die Koordinaten des Bodens des Injektionslochs 52, (X₅₀, Y₅₀). Die Koordinaten des Bodens des Rückgewinnungslochs 53 sind (X_5C, Y_5C). Die Koordinaten (X_5C, Y_5C) des Bodens des Rückgewinnungslochs 53 sind zum Beispiel eine Mitte des Bodens des Rückgewinnungslochs 53 in der YZ-Ebene. Die Koordinaten (X₅₀, Y₅₀) des Bodens des Injektionslochs 52 sind zum Beispiel eine Mitte des Bodens des Injektionslochs 52 in der YZ-Ebene.
Bei dem Elektrophorese-System gemäß Stand der Technik, wie in 4 dargestellt, kann, wenn die biologische Substanz, die zu Beginn der Elektrophorese am Boden (X₅₀, Y₅₀) des Injektionslochs 2 positioniert wird, das elektrische Feld empfängt und bis zu der Y-Koordinate Y = Y_5C des Rückgewinnungslochs 53 elektrophoretisiert wird, davon ausgegangen werden, dass eine Position (X-Koordinate) der biologischen Substanz in der vertikalen Richtung aus der Richtung des elektrischen Feldes X = X₅₁ (X₅₁ = X₅₀) ist. Das heißt, es kann davon ausgegangen werden, dass die biologische Substanz, die zu Beginn der Elektrophorese am Boden (X₅₀, Y₅₀) des Injektionslochs 52 positioniert ist, bis zum Boden (X₅₁, Y_5C) des Rückgewinnungslochs 53 elektrophoretisiert wird.
Da sich die biologischen Substanzen in Wirklichkeit jedoch aufgrund der durch die Brownsche Bewegung verursachten Diffusion und der durch die Schwerkraft verursachten Bewegung zusätzlich zu der durch das elektrische Feld verursachten Bewegung auch in eine andere Richtung als die Richtung des elektrischen Feldes bewegen, wird davon ausgegangen, dass einige biologische Substanzen unter dem Rückgewinnungsloch 53 hindurchgehen und nicht in das Rückgewinnungsloch 53 gelangen.
5A ist eine A-A-Querschnittsansicht des Elektrophorese-Gels 5 gemäß dem Stand der Technik. 5B ist eine B-B-Querschnittsansicht des Elektrophorese-Gels 5 gemäß dem Stand der Technik. Die 5A und 5B zeigen Querschnittsansichten, wenn das Elektrophorese-Gel 5 während der Elektrophorese der biologischen Substanz 6 geschnitten wird. Eine Verteilung der biologischen Substanzen 6 kann durch Färben der biologischen Substanzen 6 bestätigt werden. Wie in den 5A und 5B dargestellt, diffundieren die biologischen Substanzen 6 in der vertikalen und horizontalen Richtung mit zunehmendem Elektrophoreseabstand.
Daher wird die biologische Substanz, die sich zu Beginn der Elektrophorese am Boden (X₀, Y₀) des Injektionslochs 2 befindet, über den Boden des Rückgewinnungslochs 3 elektrophoretisiert, indem das Rückgewinnungsloch 3 wie bei der ersten Ausführungsform so eingestellt wird, dass es tiefer als das Injektionsloch 2 ist. Wenn der Einfluss der Brownschen Bewegung und Schwerkraft auf die biologische Substanz berücksichtigt wird, wird das Rückgewinnungsloch 3, wie oben beschrieben, abhängig von den Bedingungen wie beispielsweise dem Abstand (Y_C - Y₀) zwischen dem Injektionsloch 2 und dem Rückgewinnungsloch 3 in Richtung der Y-Achse und der Masse der biologischen Substanz, tiefer als das Injektionsloch 2 gebildet. Mit einer derartigen Konfiguration können die biologischen Substanzen gemäß der vorliegenden Ausführungsform mit hoher Rückgewinnungseffizienz aus dem Elektrophorese-Gel zurückgewonnen werden.
[Zweite Ausführungsform]
Als Nächstes werden ein Elektrophorese-System und ein Elektrophorese-Verfahren gemäß einer zweiten Ausführungsform unter Bezugnahme auf 6 beschrieben. 6 ist eine C-C-Querschnittsansicht des Elektrophorese-Gels 1 gemäß der zweiten Ausführungsform.
Das Elektrophorese-System gemäß der vorliegenden Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform dadurch, dass, wie in 6 dargestellt, die Tiefen des Injektionslochs 2 und des Rückgewinnungslochs 3 des Elektrophorese-Gels 1 gleich sind und ein elektrisches Feld parallel zu X = aY (a < 0) angelegt wird. Das heißt, bei dem Elektrophorese-Verfahren gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist der Schritt des Anlegens des elektrischen Feldes ein Schritt des Anlegens des elektrischen Feldes mit einer Steigung in der negativen Richtung der X-Achse. Da die Einstellungen der X-Achse, der Y-Achse und der Koordinaten die gleichen wie jene bei der ersten Ausführungsform sind, wird deren Beschreibung weggelassen.
Wie in der 6 dargestellt, in einem Fall, in dem die Tiefen des Injektionslochs 2 und des Rückgewinnungslochs 3 gleich sind (X₀ = X_C) und das elektrische Feld in der negativen Richtung der Richtung der X-Achse geneigt ist (a < 0), kann, wenn die biologische Substanz, die zu Beginn der Elektrophorese am Boden (X₀, Y₀) des Injektionslochs 2 positioniert ist, das elektrische Feld empfängt und bis zur Y-Koordinate Y = Y_C des Rückgewinnungslochs 3 elektrophoretisiert wird, angenommen werden, dass eine Position (X-Koordinate) der biologischen Substanz in der vertikalen Richtung X = X₁ (X₁ < X₀) aus der Richtung des elektrischen Feldes ist. Da die X-Koordinate X₁ in dem Rückgewinnungsloch 3, an der die biologische Substanz elektrophoretisiert wird, kleiner ist als die X-Koordinate X_C des Bodens der Rückgewinnungslochs 3, kann der obige Ausdruck (1) durch Anlegen des elektrischen Feldes mit der Steigung in der negativen Richtung der X-Achse, wie oben angegeben, erfüllt werden. Die Steigung a des elektrischen Feldes kann abhängig vom Abstand (Y_C - Y₀) zwischen dem Injektionsloch 2 und dem Rückgewinnungsloch 3 in Richtung der Y-Achse, der Masse der biologischen Substanz und dergleichen passend geändert werden. Zum Beispiel wird die Steigung a des elektrischen Feldes vorzugsweise so eingestellt, dass die Differenz zwischen der X-Koordinate X₁ in dem Rückgewinnungsloch 3 der vom Boden (X₀, Y₀) des Injektionslochs 2 elektrophoretisierten biologischen Substanz und der X-Koordinate X₀ des Bodens des Injektionslochs 2 0,25 mm oder mehr beträgt. In diesem Fall wird eine obere Grenze der Steigung a des elektrischen Feldes innerhalb eines Bereiches, der dem Ausdruck (1) genügt, bestimmt.
Als Nächstes wird eine Beziehung zwischen den Koordinaten (X₀, Y₀) des Bodens des Injektionslochs 2, den Koordinaten (X_C Y_C) des Bodens des Rückgewinnungslochs 3 und der Steigung a, wenn das elektrische Feld parallel zu der Geraden X = aY angelegt ist, beschrieben. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die Steigung a des elektrischen Feldes so eingestellt, dass die Beziehung zwischen den Koordinaten (X₀, Y₀) des Bodens des Injektionslochs 2, den Koordinaten (X_C, Y_C) des Bodens der Rückgewinnungslochs 3 und der Steigung a des elektrischen Feldes dem obigen Ausdruck (2) und dem obigen Ausdruck (5) genügt.
Wenn die Tiefen des Injektionslochs 2 und des Rückgewinnungslochs 3, wie in 6 dargestellt, gleich sind, ist X_C = X₀. Ein Ausdruck, in dem X_C = X₀in den obigen Ausdruck (5) eingesetzt wird, ist 0 > a (Y_C - Y₀). Da Y_C - Y₀ auf der rechten Seite den Abstand zwischen dem Injektionsloch 2 und dem Rückgewinnungsloch 3 in Richtung der Y-Achse angibt, ist die rechte Seite ein positiver Wert. Somit können der obige Ausdruck (2) und der obige Ausdruck (5) durch Anlegen des elektrischen Feldes mit der negativen Steigung a erfüllt werden. Die Steigung a des elektrischen Feldes kann abhängig von dem Abstand (Y_C - Y₀) zwischen dem Injektionsloch 2 und dem Rückgewinnungsloch 3 in Richtung der Y-Achse, der Masse der biologischen Substanz und dergleichen passend geändert werden.
Bei der zweiten Ausführungsform kann, anstelle das elektrische Feld zu kippen, das Elektrophorese-Gel 1 gekippt und in dem Elektrophorese-Behälter 9 so installiert werden, dass es gleich der Steigung a des elektrischen Feldes ist, und das elektrische Feld kann parallel zur Y-Achse angelegt werden.
Wie oben beschrieben, besitzt die zweite Ausführungsform eine Konfiguration, bei der das an das Elektrophorese-Gel 1 anzulegende elektrische Feld parallel zu X = aY (a < 0) verläuft oder das Elektrophorese-Gel 1 um die Steigung a gekippt ist. Betrachtet man, wie oben beschrieben, den Einfluss der Brownschen Bewegung und der Schwerkraft auf die biologische Substanz, so wird die Steigung a des elektrischen Feldes eingestellt, oder das Elektrophorese-Gel 1 wird um die Steigung a gekippt, abhängig von den Bedingungen wie beispielsweise dem Abstand (Y_C - Y₀) zwischen dem Injektionsloch 2 und dem Rückgewinnungsloch 3 in Richtung der Y-Achse und der Masse der biologischen Substanz. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird mit einer derartigen Konfiguration die biologische Substanz, die sich zu Beginn der Elektrophorese am Boden (X₀, Y₀) des Injektionslochs 2 befindet, über den Boden (X_C, Y_C) des Rückgewinnungslochs 3 elektrophoretisiert. Daher können die biologischen Substanzen mit hoher Rückgewinnungseffizienz aus dem Elektrophorese-Gel zurückgewonnen werden.
[Dritte Ausführungsform]
Als Nächstes werden ein Elektrophorese-System und ein Elektrophorese-Verfahren gemäß einer dritten Ausführungsform unter Bezugnahme auf 7 beschrieben. 7 ist eine C-C-Querschnittsansicht des Elektrophorese-Gels 1 gemäß der dritten Ausführungsform.
Das Elektrophorese-System gemäß der vorliegenden Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform dadurch, dass die Tiefen des Injektionslochs 2 und des Rückgewinnungslochs 3 des Elektrophorese-Gels 1 gleich tief sind und eine Flüssigkeit 8 mit einem spezifischen Gewicht, das höher als jene der Pufferlösung 4 und der Injektionslösung ist, wird, wie in 7 dargestellt, in das Injektionsloch 2 injiziert. Das heißt, das Elektrophorese-Verfahren gemäß der vorliegenden Ausführungsform beinhaltet einen Schritt des Injizierens der Flüssigkeit 8 mit dem spezifischen Gewicht höheren als das der biologischen Substanz in das Injektionsloch 2 vor dem Schritt des Injizierens der biologischen Substanz in das Injektionsloch 2 des Elektrophorese-Gels 1 durch den Benutzer.
Beispiele für die Flüssigkeit 8 sind Glycerin und wässrige Lösung von Zucker mit höheren Konzentrationen als die der Injektionslösung, die die biologischen Substanzen enthält. Wenn es sich bei der Flüssigkeit 8 um Glycerin handelt, ist dessen Konzentration nicht begrenzt, aber sie kann zum Beispiel 90% bis 95% betragen. Eine Viskosität der Flüssigkeit 8 kann zum Beispiel 500 bis 1000 mPa·s betragen, wenn die Flüssigkeit 8 Glycerin ist.
Da die Einstellungen der X-Achse und der Y-Achse die gleichen sind wie jene bei der ersten Ausführungsform, wird auf die Beschreibung hiervon weggelassen. Bei der vorliegenden Ausführungsform werden unter den biologischen Substanzen, die zu Beginn der Elektrophorese in dem Injektionsloch 2 vorhanden sind, die Koordinaten der biologischen Substanz mit der größten X-Koordinate, das heißt, einer Oberseite der Flüssigkeit 8, als Ursprung verwendet, und diese Koordinaten sind (X₀, Y₀). Andere Koordinaten werden ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform gesetzt. Zum Beispiel können die Koordinaten (X₀, Y₀) der Oberseite der Flüssigkeit 8 eine Mitte der Oberseite der Flüssigkeit 8 sein.
Wie in 7 dargestellt, kann, wenn die biologische Substanz, die sich zu Beginn der Elektrophorese auf der Oberfläche (X₀, Y₀) der Flüssigkeit 8 positioniert ist, das elektrische Feld empfängt und bis zu der Y-Koordinate Y = Y_C des Rückgewinnungslochs 3 elektrophoretisiert wird, davon ausgegangen werden, dass die Position (X-Koordinate) in der vertikalen Richtung X = X₁ (X₁ = X₀) aus der Richtung des elektrischen Feldes ist. Dementsprechend ist die X-Koordinate X₁ der biologischen Substanz in dem Rückgewinnungsloch 3 durch Injizieren der Flüssigkeit 8 in das Injektionsloch 2 und Einstellen des Injektionslochs 2 so, dass es weniger tief als das Rückgewinnungsloch 3 ist, kleiner als die X-Koordinate X_C des Bodens der Rückgewinnungslochs 3. Somit kann der obige Ausdruck (1) erfüllt werden. Ein Unterschied zwischen einer Höhe der Oberseite der Flüssigkeit 8 und einer Höhe des Bodens der Rückgewinnungslochs 3 ist nicht begrenzt und kann abhängig von den Bedingungen wie beispielsweise dem Abstand (Y_C - Y₀) zwischen dem Injektionsloch 2 und dem Rückgewinnungsloch 3 in Richtung der Y-Achse und der Masse der biologischen Substanz passend geändert werden. Dieser Unterschied beträgt vorzugsweise zum Beispiel 0,25 mm oder mehr. In diesem Fall wird eine Obergrenze für die Injektionsmenge der Flüssigkeit 8 innerhalb eines Bereichs festgelegt, in dem die Injektionslösung nicht aus dem Injektionsloch 2 überläuft.
Als Nächstes wird eine Beziehung zwischen den Koordinaten (X₀, Y₀) des Bodens des Injektionslochs 2, den Koordinaten (X_C Y_C) des Bodens des Rückgewinnungslochs 3 und der Steigung a des elektrischen Feldes, wenn das elektrische Feld parallel zu der Geraden X = aY angelegt ist, beschrieben. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die Injektionsmenge der Flüssigkeit 8 so eingestellt, dass die Beziehung zwischen den Koordinaten (X₀, Y₀) des Bodens des Injektionslochs 2, den Koordinaten (X_C, Y_C) des Bodens der Rückgewinnungslochs 3 und der Steigung a des elektrischen Feldes dem obigen Ausdruck (2) genügt.
(Wenn die Steigung des elektrischen Feldes a = 0 ist)
Wenn, wie in 7 dargestellt, die Steigung des elektrischen Feldes a = 0 ist und das elektrische Feld parallel zur Y-Achse angelegt ist, ist ein Ausdruck, in dem in dem obigen Ausdruck (2) a = 0 eingesetzt wird, X_C > X₀. Das heißt, dass X_C > X₀erfüllt werden kann, indem die Flüssigkeit 8 so injiziert wird, dass die Oberfläche (X₀, Y₀) der Flüssigkeit 8 weniger tief ist als der Boden (X_C, Y_C) des Rückgewinnungslochs 3.
(Wenn die Steigung des elektrischen Feldes < 0 ist)
Wie oben beschrieben, erhält man, wenn man den obigen Ausdruck (2) modifiziert, den obigen Ausdruck (5). Hier ist Y_C - Y₀ in dem obigen Ausdruck (5) ein positiver Wert, weil Y_C - Y₀ den Abstand zwischen dem Injektionsloch 2 und dem Rückgewinnungsloch 3 in Richtung der Y-Achse angibt. Wenn die Steigung des elektrischen Feldes a < 0 ist, ist die rechte Seite des obigen Ausdrucks (5) ein negativer Wert. Dementsprechend ist die linke Seite (X_C- X₀) des obigen Ausdrucks (5) durch Injizieren der Flüssigkeit 8 derart, dass die Oberseite (X₀, Y₀) der Flüssigkeit 8 weniger tief ist als der Boden (X_C, Y_C) des Rückgewinnungslochs 3, ein positiver Wert. Somit können der obige Ausdruck (2) und der obige Ausdruck (5) erfüllt werden.
(Wenn die Steigung des elektrischen Feldes a > 0 ist)
Wenn die Steigung des elektrischen Feldes a > 0 ist, ist die rechte Seite des obigen Ausdrucks (5) ein positiver Wert. Dementsprechend ist der Unterschied (X_C- X₀) zwischen den Tiefen des Injektionslochs 2 und des Rückgewinnungslochs 3 größer als das Produkt (a(Y_C - Y₀)) aus der Steigung a des elektrischen Feldes und dem Abstand (Y_C - Y₀) zwischen dem Injektionsloch 2 und dem Rückgewinnungsloch 3 in Richtung der Y-Achse. Das heißt, dass X_C - X₀ durch Injizieren der Flüssigkeit 8 derart, dass die obere Oberfläche (X₀, Y₀) der Flüssigkeit 8 weniger tief ist als der Boden (X_C, Y_C) des Rückgewinnungslochs 3, ein positiver Wert ist und somit der obige Ausdruck (2) und der obige Ausdruck (5) erfüllt werden können.
Wie oben beschrieben, besitzt die dritte Ausführungsform eine Konfiguration, bei der die Flüssigkeit 8 in das Injektionsloch 2 injiziert wird. Betrachtet man, wie oben beschrieben, den Einfluss der Brownschen Bewegung und der Schwerkraft auf die biologische Substanz, wird die Injektionsmenge der Flüssigkeit 8 abhängig von den Bedingungen wie beispielsweise dem Abstand (Y_C - Y₀) zwischen dem Injektionsloch 2 und dem Rückgewinnungsloch 3 in Richtung der Y-Achse und der Masse der biologischen Substanz eingestellt. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird mit einer derartigen Konfiguration die biologische Substanz, die zu Beginn der Elektrophorese am Boden (X₀, Y₀) des Injektionslochs 2 positioniert ist, über den Boden (X_C, Y_C) des Rückgewinnungslochs 3 elektrophoretisiert. Daher können die biologischen Substanzen mit hoher Rückgewinnungseffizienz aus dem Elektrophorese-Gel zurückgewonnen werden.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben genannten Ausführungsformen beschränkt und enthält verschiedene Modifikationsbeispiele. Zum Beispiel sind die oben genannten Ausführungsformen ausführlich beschrieben, um das Verständnis der vorliegenden Erfindung zu erleichtern, und sind nicht darauf beschränkt, dass sie all die beschriebenen Komponenten enthalten müssen. Einige der Komponenten einer bestimmten Ausführungsform können durch die Komponenten einer anderen Ausführungsform ersetzt werden, und die Komponenten einer anderen Ausführungsform können der Komponente einer bestimmten Ausführungsform hinzugefügt werden. Darüber hinaus können andere Komponenten einigen der Komponenten der oben genannten Ausführungsform hinzugefügt, von dieser entfernt und zu dieser ersetzt werden.
Beispiele
[Beispiel 1]
Es wird ein Beispiel für die erste Ausführungsform beschrieben.
(Zubereitung von Elektrophorese-Gel)
Es wurde ein Agarose-Gel, das das Injektionsloch 2 und das Rückgewinnungsloch 3 aufweist, zubereitet. Das Agarose-Gel wurde durch Gießen von 3% SeaKem (eingetragene Marke) GTG-TAE (hergestellt durch Lonza) in einen Kunststoffbehälter gegossen, so dass eine Länge (Dicke) in Richtung der X-Achse 5 mm, eine Länge in Richtung der Y-Achse 60 mm betrug und eine Länge in Richtung der Z-Achse 55 mm betrug. Das Agarose-Gel wurde durch Einsetzen eines Kamms, bevor das Agarose-Gel verfestigt wurde, geformt, so dass das Injektionsloch 2 eine Abmessung von 1 mm × 5 mm in der YZ-Ebene und eine Tiefe von 3 mm in Richtung der X-Achse hatte und das Rückgewinnungsloch 3 eine Abmessung von 1 mm × 5 mm in der YZ-Ebene und eine Tiefe von 4 mm in Richtung der X-Achse hatte. Der Abstand zwischen dem Injektionsloch 2 und dem Rückgewinnungsloch 3 in Richtung der Y-Achse betrug 20 mm.
(Elektrophorese)
Das zubereitete Agarose-Gel wurde in einer Elektrophorese-Vorrichtung (Mupid (eingetragene Marke), hergestellt durch Mupid) horizontal angeordnet, und 1 × TAE-Pufferlösung (Tris-Acetat-EDTA-Puffer) wurde in den Elektrophorese-Behälter 9 gegossen und bis zu einer annähernd oberen Oberfläche des Agarose-Gels aufgefüllt. Die Innenseiten des Injektionslochs 2 und des Rückgewinnungslochs 3 wurden ebenfalls mit der TAE-Pufferlösung gefüllt. Danach wurde eine Injektionslösung durch Mischen von 1 µL von 6 × DNA-Ladefarbstoff (hergestellt durch Thermo Fisher Scientific) mit 5 µL einer Probenlösung, die Nukleinsäuren unterschiedlicher Länge enthielt, zubereitet und wurde in das Injektionsloch 2 injiziert.
Nach Injizieren der Injektionslösung wurde eine Spannung von 50 V so angelegt, dass das elektrische Feld linear parallel zur Y-Achse wirkte, und die Elektrophorese wurde 30 Minuten lang durchgeführt. Die in dem Rückgewinnungsloch 3 elektrophoretisierten Nukleinsäuren wurden zusammen mit der TAE-Pufferlösung alle fünf Minuten unmittelbar nach Beginn der Elektrophorese zurückgewonnen. Die TAE-Pufferlösung wurde jedes Mal, wenn die Nukleinsäuren zurückgewonnen wurden, in das Rückgewinnungsloch 3 injiziert.
(Messung der Rückgewinnungseffizienz)
Eine Länge und eine Masse der in der alle 5 Minuten zurückgewonnenen Lösung enthalten Nukleinsäuren wurden durch Verwenden einer TapeStation (hergestellt durch Agilent Technologies) quantifizier, und die Rückgewinnungseffizienz wurde berechnet. Das Ergebnis ist in 8 dargestellt.
(Vergleichsbeispiel 1)
Die Elektrophorese wurde ähnlich wie bei Beispiel 1 durchgeführt, mit der Ausnahme, dass die Tiefe des Rückgewinnungslochs 3 in Richtung der X-Achse auf 3 mm eingestellt wurde und die Tiefen des Injektionslochs 2 und des Rückgewinnungslochs 3 gleich eingestellt wurden. Dann wurde die Rückgewinnungseffizienz der Nukleinsäuren entsprechend Vergleichsbeispiel 1 berechnet. Das Ergebnis ist in 8 dargestellt.
(Messergebnis)
8 ist eine Grafik, die die Rückgewinnungseffizienz der Nukleinsäuren in Beispiel 1 und Vergleichsbeispiel 1 zeigt. Wie in 8 dargestellt, ist zu sehen, dass die Rückgewinnungseffizienz in Beispiel 1 unter Verwendung des Agarose-Gels, bei dem die Tiefe des Rückgewinnungslochs 3 größer als die Tiefe des Injektionslochs 2 war, zweimal oder mehr von der wie bei dem Vergleichsbeispiel 1 unter Verwendung des Agarose-Gels, bei dem die Tiefen des Injektionslochs 2 und des Rückgewinnungslochs 3 gleich waren, betrug.
[Beispiel 2]
Es wird ein Beispiel für die zweite Ausführungsform beschrieben.
(Zubereitung von Elektrophorese-Gel)
Ein Agarose-Gel wurde ähnlich wie bei Beispiel 1 zubereitet, mit der Ausnahme, dass die Tiefen des Injektionslochs 2 und des Rückgewinnungslochs 3 in Richtung der X-Achse jeweils 4 mm betrugen.
(Elektrophorese)
Die Elektrophorese wurde ähnlich wie in Beispiel 1 durchgeführt, mit der Ausnahme, dass das zubereitete Agarose-Gel auf eine geneigte Weise installiert wurde, so dass ein Ende davon auf der Seite der negativen Elektrode 11 3 mm höher lag als ein Ende davon auf der Seite der positiven Elektrode 10, und die Elektrophorese so durchgeführt wurde, dass das elektrische Feld linear parallel zur Y-Achse wirkt. Dann wurden die in dem Rückgewinnungslochs 3 elektrophoretisierten Nukleinsäuren zusammen mit der TAE-Pufferlösung alle fünf Minuten unmittelbar nach dem Beginn der Elektrophorese zurückgewonnen.
(Messung der Rückgewinnungseffizienz)
Ähnlich zu Beispiel 1 wurden die Länge und Masse der in der alle 5 Minuten zurückgewonnenen Lösung enthaltenen Nukleinsäuren quantifiziert und die Rückgewinnungseffizienz wurde berechnet.
(Messergebnis)
Obwohl nicht dargestellt, ist zu erkennen, dass die Rückgewinnungseffizienz bei Beispiel 2, bei dem das Elektrophorese-Gel so angeordnet war, dass die Höhe des Endes auf der Seite der negativen Elektrode 11 in Richtung der X-Achse 3 mm höher war als die Höhe des Endes auf der Seite der positiven Elektrode 10 in Richtung der X-Achse, zweimal oder mehr als die bei Vergleichsbeispiel 1, bei dem dasselbe Elektrophorese-Gel horizontal angeordnet war, betrug.
[Beispiel 3]
Es wird ein Beispiel für die dritte Ausführungsform beschrieben.
(Zubereitung von Elektrophorese-Gel)
Ein Agarose-Gel wurde ähnlich zu Beispiel 1 zubereitet, mit der Ausnahme, dass die Tiefen des Injektionslochs 2 und des Rückgewinnungslochs 3 in Richtung der X-Achse jeweils 4 mm betrugen.
(Elektrophorese)
Das zubereitete Agarose-Gel wurde in einer Elektrophorese-Vorrichtung (Mupid (eingetragene Marke), hergestellt durch Mupid) horizontal angeordnet, und 1 × TAE-Pufferlösung (Tris-Acetat-EDTA-Puffer) wurde in den Elektrophorese-Behälter 9 gegossen und bis zu einer annähernd oberen Oberfläche des Agarose-Gels aufgefüllt. Das Innere des Injektionslochs 2 und des Rückgewinnungslochs 3 wurde ebenfalls mit der TAE-Pufferlösung gefüllt. Danach wurden 5 µL von 90% Glyzerin in das Injektionsloch 2 injiziert. Die Elektrophorese wurde durch andere Operationen ähnlich wie in Beispiel 1 durchgeführt, so dass das elektrische Feld parallel zur Y-Achse wirkte. Dann wurden die in dem Rückgewinnungsloch 3 elektrophoretisierten Nukleinsäuren zusammen mit der TAE-Pufferlösung alle fünf Minuten unmittelbar nach dem Beginn der Elektrophorese zurückgewonnen.
(Messung der Rückgewinnungseffizienz)
Ähnlich zu Beispiel 1 wurden die Länge und die Masse der in der alle 5 Minuten zurückgewonnenen Lösung enthaltenen Nukleinsäuren quantifiziert und die Rückgewinnungseffizienz wurde berechnet.
(Messergebnis)
Obwohl nicht dargestellt, ist zu erkennen, dass die Rückgewinnungseffizienz bei Beispiel 3, bei dem 90% Glyzerin mit einem höheren spezifischen Gewicht als dem der Injektionslösung in das Injektionsloch 2 injiziert wurden, zweimal oder mehr als bei Vergleichsbeispiel 1, bei dem 90% Glyzerin nicht injiziert wurden, betrug.
Bezugszeichenliste

1,5: Elektrophorese-Gel
2,52: Injektionsloch
3,53: Rückgewinnungsloch
4: Pufferlösung
6: biologische Substanz
8: Flüssigkeit
9: Elektrophorese-Behälter
10: positive Elektrode
11: negative Elektrode
12: Spannungscontroller
100: Elektrophorese-Vorrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2004290109 A [0004]
JP 2010502962 A [0004]

Claims

Elektrophorese-Verfahren, das ein Elektrophorese-Gel, das ein Injektionsloch, in das biologische Substanzen injiziert werden, und ein Rückgewinnungsloch, aus dem die biologischen Substanzen zurückgewonnen werden, aufweist, verwendet, wobei das Elektrophorese-Verfahren beinhaltet: Injizieren der biologischen Substanzen in das Injektionsloch; und Anlegen eines elektrischen Feldes, das das Injektionsloch und das Rückgewinnungsloch durchdringt, wobei eine Achse mit einer vertikalen Abwärtsrichtung als positive Richtung als X-Achse festgelegt wird, eine Achse, die parallel zu einer Ebene ist, die durch irgendwelche Punkte des Injektionslochs und des Rückgewinnungslochs verläuft und senkrecht zu der X-Achse verläuft, als Y-Achse festgelegt wird, und Koordinaten eines Bodens des Rückgewinnungslochs als (X_C, Y_C) festgelegt werden, und die X-Koordinate X_C des Bodens des Rückgewinnungslochs, wenn die biologische Substanz von einem Boden des Injektionslochs beim Anlegen des elektrischen Feldes zu Koordinaten (X₁, Y_C) in dem Rückgewinnungsloch elektrophoretisiert wird, dem folgenden Ausdruck (1) genügt. [Ausdruck 1] $X_{c} > X_{1}$
Elektrophorese-Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das Anlegen des elektrischen Feldes das Anlegen des elektrischen Feldes parallel zu einer Geraden X = aY ist, und eine Beziehung zwischen Koordinaten (X₀, Y₀) der biologischen Substanz mit der größten X-Koordinate in dem Injektionsloch zu Beginn des Anlegens des elektrischen Feldes, den Koordinaten (X_C Y_C) des Bodens des Rückgewinnungslochs und einer Steigung a des elektrischen Feldes dem folgenden Ausdruck (2) genügt. [Ausdruck 2] $X_{c} > a Y_{c} - a Y_{0} + X_{0}$
Elektrophorese-Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem das Rückgewinnungsloch tiefer als das Injektionsloch ist.
Elektrophorese-Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das Anlegen des elektrischen Feldes das Anlegen des elektrischen Feldes mit einer Steigung in einer negativen Richtung der X-Achse ist.
Elektrophorese-Verfahren gemäß Anspruch 1, weiterhin aufweist Injizieren einer Flüssigkeit mit einem spezifischen Gewicht, das höher als ein spezifisches Gewicht der biologischen Substanz ist, in das Injektionsloch vor dem Injizieren der biologischen Substanzen.
Elektrophorese-System, das aufweist: ein Elektrophorese-Gel; und eine Elektrophorese-Vorrichtung, wobei das Elektrophorese-Gel ein Injektionsloch, in das biologische Substanzen injiziert werden, und ein Rückgewinnungsloch, aus dem die biologischen Substanzen zurückgewonnen werden, aufweist, die Elektrophorese-Vorrichtung einen Controller, der ein elektrisches Feld, das das Injektionsloch und das Rückgewinnungsloch durchdringt, anlegt, enthält, eine Achse mit einer vertikalen Abwärtsrichtung als positive Richtung als X-Achse festgelegt wird, eine Achse, die parallel zu einer Ebene, die durch irgendwelche Punkte des Injektionslochs und des Rückgewinnungslochs verläuft, und die senkrecht zu der X-Achse verläuft, verläuft, als Y-Achse festgelegt wird, und Koordinaten eines Bodens des Rückgewinnungslochs als (X_C, Y_C) festgelegt werden, und die X-Koordinate X_C des Bodens des Rückgewinnungslochs, wenn die biologische Substanz durch das Anlegen des elektrischen Feldes von einem Boden des Injektionslochs zu Koordinaten (X₁, Y_C) in dem Rückgewinnungsloch elektrophoretisiert wird, dem folgenden Ausdruck (1) genügt. [Ausdruck 3] $X_{c} > X_{1}$
Elektrophorese-System gemäß Anspruch 6, wobei der Controller das elektrische Feld parallel zu einer Geraden X = aY anlegt, und eine Beziehung zwischen Koordinaten (X₀, Y₀) der biologischen Substanz mit der größten X-Koordinate in dem Injektionsloch zu Beginn des Anlegens des elektrischen Feldes, den Koordinaten (X_C, Y_C) des Bodens des Rückgewinnungslochs und einer Steigung a des elektrischen Feldes dem folgenden Ausdruck (2) genügt. [Ausdruck 4] $X_{c} > a Y_{c} - a Y_{0} + X_{0}$
Elektrophorese-System gemäß Anspruch 6, bei dem das Rückgewinnungsloch tiefer als das Injektionsloch ist.
Elektrophorese-System gemäß Anspruch 6, bei dem der Controller das elektrische Feld mit einer Steigung in einer negativen Richtung der X-Achse anlegt.
Elektrophorese-System gemäß Anspruch 6, bei dem eine Flüssigkeit mit einem spezifischen Gewicht, das höher als ein spezifisches Gewicht der biologischen Substanz ist, injiziert wird, bevor die biologischen Substanzen in das Injektionsloch injiziert werden.
Elektrophorese-Gel, das aufweist: ein Injektionsloch, in das biologische Substanzen injiziert werden; und ein Rückgewinnungsloch, aus dem die biologischen Substanzen zurückgewonnen werden, wobei das Rückgewinnungsloch tiefer als das Injektionsloch ist.