JP2002370022A - 高粘度溶液の混合方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 少量でしかも高粘度溶液を含む複数の溶液
を、短時間で能率良く均一に、しかも気泡の混入を防止
して混合できるようにする。 【解決手段】 中心管５の外周に上部が開放した環状液
室６を有する複数の溶液ポケット４が形成された溶液ト
レイ１と、溶液ポケット４の環状液室６の幅Ｌより小さ
い寸法を有して環状液室６に装入される磁性撹拌子１４
と、溶液トレイ１の下部に各溶液ポケット４に対応して
配置され環状液室６に沿い回転可能な回転磁石１３とを
備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高粘度溶液の混合
方法及び装置に関し、構造生物学、特に構造ゲノム科学
におけるタンパク質結晶化のための溶液の調整、或いは
バイオ科学における溶液の調整等、少量で膨大な種類及
び数の溶液を混合・調整する際に好適に用いられる高粘
度溶液の混合方法及び装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】タンパク質の立体構造を明らかにして物
理化学的に生体の全機能を解明する構造ゲノム科学にお
いて使用されるタンパク質結晶化のための溶液、或いは
バイオ科学において用いられる溶液は、一般に小容積の
多数の溶液ポケットが備えられた溶液トレイを用いて、
該溶液トレイの各溶液ポケットに少量の種々の溶液を供
給することにより、様々な試験を行っている。

【０００３】上記試験には、種々の溶液を混合した混合
溶液を用いる場合が多く、例えば高粘度の溶液と低粘度
の溶液とを混合したもの、或いは高粘度の溶液同士を混
合したもの、更には２種以上の多数の溶液を混合したも
の等、種々の混合溶液が用いられる。

【０００４】通常、このような混合溶液は均一に混合さ
れていることが必要とされ、しかも気泡等の混入のない
ことが条件とされる場合が多い。

【０００５】こうした試験に用いられる混合液の調整
は、従来一般には、予め試験管等に混合すべき複数の溶
液を供給し、撹拌器等を用いて撹拌することにより混合
を行った後、試験管内で調整された混合溶液を前記溶液
トレイの溶液ポケットに適量ずつ分け入れていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来方法
では、特に高粘度の溶液と低粘度の溶液とを混合する場
合に均一混合が難しく、又、混合時に気泡が発生し易
く、気泡が発生した場合には気泡を除去するために半日
程度放置する必要があり、気泡除去に長時間を要して試
験作業を能率的に行う際の障害になる、等の問題を有し
ていた。

【０００７】更に従来では、まず混合すべき溶液を適量
ずつ試験管に供給し、その後、試験管を撹拌器にかけて
混合を行い、その後試験管内の混合溶液を適量取出して
溶液トレイの溶液ポケットに供給するという作業を繰返
すことになるために、溶液トレイの全ての溶液ポケット
に対して混合溶液の供給が終了するまでに長時間を要
し、このために試験作業の能率が悪いという問題があ
る。

【０００８】本発明は、かかる従来方法のもつ問題点を
解決すべくなしたもので、少量でしかも高粘度溶液を含
む複数の溶液を、短時間で能率良く均一に、しかも気泡
の混入を防止して混合できるようにした高粘度溶液の混
合方法及び装置を提供することを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、中心管の外周
に環状液室を有する複数の溶液ポケットが形成された溶
液トレイを設け、該溶液トレイにおける溶液ポケットの
環状液室に、該環状液室の幅寸法より小さい磁性撹拌子
を装入し、更に、少なくとも１種が高粘度をもつ複数の
溶液を前記磁性撹拌子が没入される量で環状液室に供給
し、前記溶液ポケットの下部に回転磁石を設け、該回転
磁石を環状液室に沿って回転させ、磁力により前記磁性
撹拌子を移動させて前記溶液を混合することを特徴とす
る高粘度溶液の混合方法、に係るものである。

【００１０】本発明は、中心管の外周に上部が開放した
環状液室を有する複数の溶液ポケットが形成された溶液
トレイと、溶液ポケットの環状液室の幅より小さい寸法
を有して環状液室に装入される磁性撹拌子と、溶液トレ
イの下部に各溶液ポケットに対応して配置され前記環状
液室に沿い回転可能な回転磁石と、を備えたことを特徴
とする高粘度溶液の混合装置、に係るものである。

【００１１】上記手段において、磁性撹拌子は四面体磁
性撹拌子であってもよく、又、磁性撹拌子は円錐体磁性
撹拌子であってもよく、又、磁性撹拌子は２つの円錐体
の底面を合体した形状を有していてもよく、又、溶液ポ
ケットに備えられる中心管が観察用照明穴であり、高粘
度溶液の混合装置をタンパク質結晶化溶液の混合に用い
てもよい。

【００１２】本発明では、混合すべき溶液を溶液トレイ
の各溶液ポケットに形成された環状液室に供給すると共
に、磁性撹拌子を環状液室に装入した後、回転磁石を回
転させ、磁性撹拌子を溶液中に移動させて溶液を混合す
るようにしたので、高粘度溶液を短時間で均一に混合す
ることができ、更に、磁性撹拌子を溶液の液面の下部に
没入した状態で移動させることにより、混合時に気泡が
溶液に混入するのを防止できる。

【００１３】磁性撹拌子が、回転磁石の磁力により引っ
ぱられて環状液室の溶液中を移動し、磁性撹拌子が溶液
に種々の変化した流れを生じさせるので、撹拌効果が高
められ、高粘度溶液が効果的に撹拌される。

【００１４】又、タンパク質結晶化試験のように、初期
条件の探索から最適条件の確立までに、少量の高粘度溶
液を短時間で均一にしかも気泡の混入を防止した状態で
混合する必要がある場合に、本発明の混合装置は大変有
効に用いられる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
を図面に基づいて説明する。

【００１６】図１は本発明の高粘度溶液の混合装置の一
例を示す切断側面図、図２は本発明の溶液混合に用いら
れる溶液トレイ、特に構造ゲノム科学におけるタンパク
質結晶化のための溶液の混合に用いられる溶液トレイの
平面図、図３は図２のＩＩＩ−ＩＩＩ方向矢視図であ
る。

【００１７】図２、図３に示す溶液トレイ１は、上部外
周に張出部２が形成された外壁３の内部に、左右、前後
に整列した状態で複数の溶液ポケット４が形成されるよ
うに合成樹脂にて作成されている。各溶液ポケット４
は、鉛直に形成されてその上端が外壁３の上下中間位置
まで延びた中心管５を中心部に備えており、該中心管５
の外周に環状液室６を形成するようにした周壁７が一体
に設けられており、該周壁７は前記中心管５の上端より
上方まで延びている。

【００１８】図１に示すように、前記溶液トレイ１の上
部外周の張出部２を支持するようにした支持部材８を作
業台９に設け、溶液トレイ１を作業台９の上部に略水平
に支持できるようにする。

【００１９】更に、作業台９上には、溶液トレイ１の各
溶液ポケット４の下部に位置するように、モータ１０に
より前記中心管５の軸心と略一致する回転軸１１を中心
に水平回転する回転台１２を設け、該回転台１２上に、
前記環状液室６に沿って回転するようにした回転磁石１
３を設ける。

【００２０】前記溶液トレイ１の各溶液ポケット４に形
成されている環状液室６には、該環状液室６の幅Ｌより
小さい寸法の磁性撹拌子１４を１個もしくは複数個装入
する。

【００２１】図４は、磁性撹拌子１４が四面体磁性撹拌
子１４ａの場合を示しており、この四面体磁性撹拌子１
４ａは、四面体の一辺の長さＡが、環状液室６の幅Ｌの
略５０〜９０％程度の寸法になるようにしている。更
に、四面体磁性撹拌子１４ａの高さＢは、前記環状液室
６に所定量供給される溶液の液面より下部に没入される
大きさとしている。

【００２２】又、図６は、磁性撹拌子１４が円錐体磁性
撹拌子１４ｂの場合を示しており、この円錐体磁性撹拌
子１４ｂは、円錐底面の直径Ｃと斜面の長さＤが略同一
の寸法となっている。尚、この円錐底面の直径Ｃと斜面
の長さＤは任意に選定し得る。更に、この直径Ｃと斜面
の長さＤとは、環状液室６の幅Ｌの略５０〜９０％程度
の寸法としており、かつ円錐体磁性撹拌子１４ｂは、前
記環状液室６に所定量供給される溶液の液面より下部に
没入する大きさとしている。

【００２３】又、図８は、磁性撹拌子１４が、２つの円
錐体１４ｃ、１４ｄの底面を合体した形状を有した場合
を示している。そして、一方の円錐体１４ｃは高さが高
く、また他方の円錐体１４ｄは高さが低くなっている。
尚、この合体した２つの円錐体１４ｃ、１４ｄの底面の
直径Ｅは、前記環状液室６に所定量供給される溶液の液
面より下部に没入する大きさとしている。

【００２４】尚、前記四面体磁性撹拌子１４ａ、円錐体
磁性撹拌子１４ｂ、及び２つの円錐体１４ｃ、１４ｄを
合体した磁性撹拌子１４は、その大きさを任意に設定す
ることができ、又、磁性撹拌子１４は、前記図４、図
６、及び図８に示した形状以外も種々の形状とすること
もできる。

【００２５】以下に上記形態例の作用を説明する。

【００２６】溶液トレイ１の溶液ポケット４の開口が上
側に向くようにして溶液トレイ１の張出部２を支持部材
８に載置し、これにより溶液トレイ１を作業台９の上部
に略水平に支持させる。

【００２７】溶液トレイ１の各溶液ポケット４に形成さ
れている環状液室６に、該環状液室６の幅Ｌより小さい
寸法に形成された磁性撹拌子１４を１個ずつ或いは複数
個ずつ装入する。

【００２８】続いて、前記環状液室６に混合すべき複数
の溶液を夫々所定量ずつ供給する。このとき、磁性撹拌
子１４が溶液の液面より下部に没入されるようにする。
又、前記磁性撹拌子１４は、環状液室６に溶液を供給し
た後で環状液室６に装入するようにしてもよい。

【００２９】続いて、モータ１０を駆動して回転台１２
を回転させると、回転台１２に設けた回転磁石１３が環
状液室６に沿って回転し、この時の回転磁石１３の磁力
により前記磁性撹拌子１４が引っぱられて溶液中を移動
し、この磁性撹拌子１４の移動によって溶液の混合が行
われる。

【００３０】このとき、図４に示した四面体磁性撹拌子
１４ａは、図５に示すように環状液室６の内部底面に沿
って矢印Ｖ方向にスムーズに移動し、この移動によっ
て、溶液に種々の変化した流れＳが形成されて撹拌が促
進され、これにより高粘度溶液は短時間で均一に混合さ
れる。

【００３１】又、図６に示した円錐形磁性撹拌子１４ｂ
は、図７に示すように環状液室６の内部底面に沿って、
円錐形磁性撹拌子１４ｂの円錐面が矢印Ｖ方向にスムー
ズに移動し、この移動によって、溶液に種々の変化した
流れＳが形成されて撹拌が促進され、これにより高粘度
溶液は短時間で均一に混合される。この時、前記円錐形
磁性撹拌子１４ｂは、図６のように立った状態で移動す
るのではなく、図７のように倒れた状態となって、円錐
面が環状液室６の内部底面に沿って移動する方が撹拌効
果が高い。従って、図６の円錐底面の直径Ｃに比して斜
面の長さＤを大きくし、これによって円錐形磁性撹拌子
１４ｂが高粘度溶液中を移動する時に倒れ易くした形状
にすることは好ましい。

【００３２】又、図８に示した磁性撹拌子１４は、２つ
の円錐体１４ｃ、１４ｄの底面を合体した形状を有して
いるので、図９に示すように磁性撹拌子１４は倒れた状
態を有して環状液室６の内部底面に沿い矢印Ｖ方向にス
ムーズに移動する。この移動によって、溶液に種々の変
化した流れＳが形成されて撹拌が促進され、これにより
高粘度溶液は短時間で均一に混合される。

【００３３】このように、磁性撹拌子１４が、回転磁石
１３の磁力により引っぱられて環状液室６の溶液中を矢
印Ｖ方向に移動し、磁性撹拌子１４が溶液に種々の変化
した流れＳを生じさせるので、撹拌効果が高められ、よ
って微量の高粘度溶液を短時間で均一に混合できる。

【００３４】又、前記磁性撹拌子１４は、溶液の液面の
下部に没入された状態で溶液中を移動して混合を行うの
で、混合時に溶液に気泡が混入するのを防止することが
できる。

【００３５】上記において、混合すべき溶液を、溶液ト
レイ１の各溶液ポケット４に形成されている環状液室６
に供給すると共に、磁性撹拌子１４を環状液室６に装入
した後、溶液の供給が終了した環状液室６に対応した回
転磁石１３を回転させて溶液の混合を順次開始するよう
にしてもよく、又、総ての環状液室６に混合すべき溶液
の供給と磁性撹拌子１４の装入とを行った後に、総ての
回転磁石１３を同時に回転させて、総ての溶液ポケット
４の溶液を同時に混合させるようにしてもよい。

【００３６】上記方法によれば、高粘度溶液を短時間の
うちに均一に混合することができた。この高効率な溶液
混合によって、次の試験作業を直ちに実施することがで
きる。

【００３７】図１０は上記溶液トレイ１を用いてタンパ
ク質結晶化の試験を行う場合の原理を示したものであ
り、溶液ポケット４の環状液室６に混合溶液が収容され
た状態の中心管の上端には、ロワーガラス１５がグリー
ス等のシール材１６を介して装着されている。

【００３８】又、図１０に仮想線で示すように、所定位
置に水平に設けたアッパーガラス１７の上面に、タンパ
ク質溶液をピペット等を用いて所定の微少量供給してタ
ンパク質ドロップを形成すると共に、該タンパク質ドロ
ップに、前記環状液室６の混合溶液を、ピペット等にて
所定の微少量供給して混合することにより、混合ドロッ
プ１８を形成する。そして、上記混合ドロップ１８を備
えたアッパーガラス１７を矢印で示すように上下反転さ
せて混合ドロップ１８が生成された面が下側になるよう
にし、アッパーガラス１７を、グリース等のシール材１
６を介して周壁７の上端に装着して図１０の実線状態と
する。

【００３９】この状態で所定時間維持すると、結晶化剤
にタンパク質溶液が混合されて密閉の溶液ポケット４の
アッパーガラス１７にぶら下げられ、気相で隔てられた
混合ドロップ１８と、環状液室６の混合溶液間の結晶化
剤濃度の平衡化を利用したハンギングドロップ蒸気拡散
法により、混合ドロップ１８内で緩やかなタンパク質の
過飽和状態がつくり出されて結晶化が実現される。

【００４０】中心管５及びロワーガラス１５を通して下
部から混合ドロップ１８に照明を当て、アッパーガラス
１７上から結晶１９の生成の観察を行う。

【００４１】タンパク質の結晶化条件（ｐＨ、結晶化
剤、温度等）は、タンパク質ごとに異なっており理論的
にも十分解明されていないため、さまざまな条件で結晶
化の試行を繰り返さなければならない。

【００４２】従って、初期条件の探索から最適条件の確
立までに多数の試験を行うために、一個の混合ドロップ
１８で使用するタンパク質量は極力少なくする必要があ
り、又、タンパク質に対応させて環状液室６に供給する
溶液の量も少量とする必要があり、従って、このように
少量の溶液を用いて試験を実施し、短時間で均一にしか
も気泡の混入が無い状態で混合することが要求される場
合に、前記図１に示した混合装置は大変有効に用いられ
る。

【００４３】尚、本発明は上記形態例にのみ限定される
ものではなく、図示し説明した溶液以外の種々の溶液の
混合にも用い得ること、その他本発明の要旨を逸脱しな
い範囲内において種々変更を加え得ること、等は勿論で
ある。

【００４４】

【発明の効果】本発明によれば、混合すべき溶液を溶液
トレイの各溶液ポケットに形成された環状液室に供給す
ると共に、磁性撹拌子を環状液室に装入した後、回転磁
石を回転させ、磁性撹拌子を溶液中に移動させて溶液を
混合するようにしたので、高粘度溶液を短時間で均一に
混合することができ、更に、磁性撹拌子を溶液の液面の
下部に没入した状態で移動させることにより、混合時に
気泡が溶液に混入するのを防止できる効果がある。

【００４５】又、タンパク質結晶化試験のように、初期
条件の探索から最適条件の確立までに、少量の高粘度溶
液を短時間で均一にしかも気泡の混入を防止した状態で
混合する必要がある場合に、本発明の混合装置は大変有
効に用いられる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の高粘度溶液の混合方法を実施する混合
装置の一例を示す切断側面図である。

【図２】構造ゲノム科学におけるタンパク質結晶化方法
の溶液の混合に用いられる溶液トレイの平面図である。

【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ方向矢視図である。

【図４】四面体磁性撹拌子の斜側面図である。

【図５】図４の四面体磁性撹拌子により溶液を撹拌する
際の溶液の流れ状態を示す側面図である。

【図６】円錐体磁性撹拌子の斜側面図である。

【図７】図６の円錐体磁性撹拌子により溶液を撹拌する
際の溶液の流れ状態を示す側面図である。

【図８】２つの円錐体の底面を合体した形状を有する磁
性撹拌子の側面図である。

【図９】図８の磁性撹拌子により溶液を撹拌する際の溶
液の流れ状態を示す側面図である。

【図１０】溶液トレイを用いてタンパク質結晶化の試験
を行う場合の原理を示す切断側面図である。

【符号の説明】

１ 溶液トレイ ４ 溶液ポケット ５ 中心管 ６ 環状液室 １３ 回転磁石 １４ 磁性撹拌子 １４ａ 四面体磁性撹拌子 １４ｂ 円錐体磁性撹拌子 １４ｃ、１４ｄ 円錐体 Ｌ 幅

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 利昭 茨城県稲敷郡東町釜井1720 石川島検査計 測株式会社霞ヶ浦事業所内 (72)発明者 木村 祐二 茨城県稲敷郡東町釜井1720 石川島検査計 測株式会社霞ヶ浦事業所内 (72)発明者 神谷 信夫 兵庫県佐用郡三日月町光都１−１−１ 理 化学研究所 播磨研究所内 (72)発明者 引間 孝明 兵庫県佐用郡三日月町光都１−１−１ 理 化学研究所 播磨研究所内 Ｆターム(参考） 4G035 AB41 AE17 AE19 4G036 AC22

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 中心管の外周に環状液室を有する複数の
   溶液ポケットが形成された溶液トレイを設け、該溶液ト
   レイにおける溶液ポケットの環状液室に、該環状液室の
   幅寸法より小さい磁性撹拌子を装入し、更に、少なくと
   も１種が高粘度をもつ複数の溶液を前記磁性撹拌子が没
   入される量で環状液室に供給し、前記溶液ポケットの下
   部に回転磁石を設け、該回転磁石を環状液室に沿って回
   転させ、磁力により前記磁性撹拌子を移動させて前記溶
   液を混合することを特徴とする高粘度溶液の混合方法。
2. 【請求項２】 中心管の外周に上部が開放した環状液室
   を有する複数の溶液ポケットが形成された溶液トレイ
   と、溶液ポケットの環状液室の幅より小さい寸法を有し
   て環状液室に装入される磁性撹拌子と、溶液トレイの下
   部に各溶液ポケットに対応して配置され前記環状液室に
   沿い回転可能な回転磁石と、を備えたことを特徴とする
   高粘度溶液の混合装置。
3. 【請求項３】 磁性撹拌子が、四面体磁性撹拌子である
   ことを特徴とする請求項２に記載の高粘度溶液の混合装
   置。
4. 【請求項４】 磁性撹拌子が、円錐体磁性撹拌子である
   ことを特徴とする請求項２に記載の高粘度溶液の混合装
   置。
5. 【請求項５】 磁性撹拌子が、２つの円錐体の底面を合
   体した形状を有することを特徴とする請求項２に記載の
   高粘度溶液の混合装置。
6. 【請求項６】 溶液ポケットに備えられる中心管が観察
   用照明穴であり、高粘度溶液の混合装置がタンパク質結
   晶化溶液の混合に用いられることを特徴とする請求項２
   〜５のいずれかに記載の高粘度溶液の混合装置。