JP2004508549A - 複数のスラブゲル用電気泳動セル - Google Patents

Abstract

電気泳動は、１つのセル内の多数のスラブゲルにおいて同時に行われる。セルは、緩衝溶液に浸漬されている間はスラブゲルを鉛直かつ互いに平行に支持し、一対の板電極を通じて全てのゲルに同時に電圧を供給する。温度制御は、セルを通って上方に流れ、各スラブゲルの底部付近に流入して上部付近から流出する緩衝溶液の循環と、セルの底部に配置されるチューブ熱交換器による緩衝溶液の冷却とによって達成される。

Description

【０００１】
発明の背景
１．発明の分野
本発明は、電気泳動装置の分野においてなされたものであり、特にスラブゲルにおける電気泳動セルの構造に関するものである。
【０００２】
２．従来技術の説明
スラブゲルにおける電気泳動は、生物学的解析を行う実験技術者に汎用性及び迅速性を提供する。１つのスラブゲルは、分離媒体として機能する。その分離媒体においては、スラブを平行なレーンに分割して各サンプルに１つのレーンを使用することによって、多数の個別のサンプルを同時に解析できる。このことは、迅速性並びに労力、エネルギー、材料、装置及び時間の有効な使用を提供するだけでなく、サンプルのシリーズの各々について独立した処理がなされているときに通常発生する多くの問題を排除する。その問題には、例えば、ゲルの品質及び作業条件の変化並びに作業者の過失の危険性から生じる不均一性が含まれる。しかし、スラブゲルの最も重要な用途の１つは、２次元の電気泳動を行うときに使用されることである。２次元の電気泳動においては、第１次元での分離は、ゲルチューブ又はストリップのような直線的な媒体において行なわれ、次に、第２次元での分離が直線的な媒体の軸線を横断する方向になるように、直線的な媒体がスラブのエッジの１つに沿って配置される。２次元の電気泳動においては、第１次元での分離に対する最も一般的な分離技術は、等電集束法である。次に第２次元での分離は、伝統的な電気泳動の変形形態の全てによって実行可能であり、その結果、第１次元に形成された各領域は、それぞれの構成要素内に分離される。従って、スラブゲルは、多層分離の効率的な実行に加えて、１次元分離では分離できない非常に複雑なタンパク質混合物の分離を可能にする。
【０００３】
スラブゲル電気泳動における有効性及び均一性は、共通の緩衝溶液並びに共通の温度及び電位を有する共通の電気泳動セル内において直列のスラブゲルが同時に作動したときは、より一層改善される。これまでに種々のセル構造が提案されており、その代表例が１９７８年５月９日にＮｏｒｍａｎ　Ｌ．Ａｎｄｅｒｓｏｎに付与された米国特許４，０８８，５６１号に開示されている。Ａｎｄｅｒｓｏｎの特許は、配列されたスラブゲルの各辺に電極として機能するワイヤーグリッドを備えた細長い矩形のチャンバー内に、１０個のスラブゲルを収容させるセルを示している。これらのセルの使用時に見出される典型的な問題は、ゲル全体に広がる電場を均一にすることと、ゲル温度を制御することとが困難であることとを含む。各ゲルを通って流れる電流によって発生した熱は、多数のゲルが存在しているときは混合されるからである。
【０００４】
発明の概要
先に列挙した困難性及びいくつかのスラブセルを収容する構造の電気泳動セルに関する他の困難性は、複数のスラブゲル用電気泳動セルに関する本発明にて鋭意検討される。本発明においては、板電極が電位を得るために使用され、緩衝溶液が循環経路内にあるセルの内部を循環し、それにより、各ゲルスラブカセットがセル内で接している間は、緩衝液がセル内を通って上方向に連続的に流れる。本発明の好適な実施形態においては、セルの内部冷却も行われる。冷却液が循環する閉流路は、セルの底付近に配置されることが最も好ましく、それにより、循環する緩衝溶液は、スラブゲルを通って上方へ流れる前にセルの底付近で冷却される。本発明のさらなる好適な実施形態においては、セルの構造は、ゲルカセットを適所に保持することと、陽極区画及び陰極区画として機能するセルの異なる区画の間並びにゲルの周りを流れる電流のバイパスを最小化又は防止することとの双方のために、特殊な構造の保持部材を有する。保持部材はまた、セルに組み込まれたゲルカセットの数が、セルが収容できる最大数よりも少ないときは、流体及び電流の漏洩を最小化又は防止する構造を有する。
【０００５】
本発明のこれら及び他の目的、長所、特徴及び実施形態は、以下の説明から明らかになるであろう。
【０００６】
発明の詳細な説明及び特殊な実施形態
本発明は、広範囲の形状、配置及び実施形態に使用できるが、以下の説明は、その構造的及び機能的態様が本発明全体の理解に役立つような特殊な実施例に焦点を当てて行う。
【０００７】
図１は、本発明に従う電気泳動セル１１を表しており、そのセルは、タンク１２及び取外し可能な蓋１３を有する。蓋１３は、タンク上部の開口部を覆うように適合して、タンク内容物を外部の物体及び環境から保護するとともにタンクからの蒸発損失を低減する。また蓋１３の取外しによって、タンク内部への容易なアクセスが可能になる。タンク１２は、いくつかのゲルカセットを収容し、ゲルカセット１４のいくつかは図面に表されている。複数のゲルカセットは、カセットサポート１５、１６によって、互いに平行に鉛直方向に保持される。
【０００８】
本発明の利用の際に用いられるゲルカセットは、一般的な構造であり、多くの構造や構成は、この技術分野ではよく知られるとともに広く利用されている。スラブゲルカセットは、一対の矩形の平板を通常は有し、好ましくは、その平板は、ガラス又はプラスチックのような透過性材料から成り、適当なスペーサによって互いに結合されて、ゲルスペースとして機能する制御された正確な既知の幅の間隙を確保する。スラブゲルは、スラブが有する２つの互いに反対側のエッジが、電気接点として露出した状態となるような方法によって、電極及び電極が浸漬される緩衝溶液のいずれか一方とともに、スペース内に成形される。このとき、電気泳動的な移動は、一方の露出したエッジから他方のエッジへ向かう方向に発生する。
【０００９】
従って、図１に示されるカセット１４の各々は、３層構造として表されており、ここで外側の２層は不活性のサポート板であり、内側の層はゲルである。ゲルが有する露出したエッジは鉛直なエッジであり、各ゲルの鉛直なエッジ１７は１つだけ図１に示されている。各々の側方にある対向する露出したエッジは板電極であり、板電極１８は１つだけ図示されている。カセットサポート１５、１６の鉛直なエッジは、タンク内側の壁面にある溝と係合し、それらの溝２１、２２は２つだけ図に表されている。同様に、板電極１８の鉛直なエッジは、タンク内側の壁面に同じように設けられたさらなる溝と係合し、それらの溝２３の１つだけが図示されている。全ての溝内への係合は十分に緩いため、カセットサポートの両方及び板電極の両方は、それぞれの溝に対して手動で挿入されかつ引出されることができる。
【００１０】
蓋１１は、電気接続部２４、２５を具備して電極板に電圧を供給し、蓋の上の各接続部は、それらに対応する板電極の電気的取付部品に容易に係合できる。取付部品は、次の図に示されており、後に説明される。
【００１１】
図２ａ及び図２ｂは、２つのカセットサポート１５の１つについて、その上面を上から見た図（図２ａ）及び正面図（図２ｂ）である。サポートは、カセットが無い状態で図２ａ及び図２ｂに図示されている。サポートは、平行に配列された鉛直方向のスロット３１を有し、各スロットは、カセットを挿入するために上部３２において開口しており、またカセットの鉛直方向の位置を固定して全てのカセットが同一高さになることを確実にするために、底部３３において閉止されている。図２ａに最も容易に示されるように、サポートは、外板３４、内板３５及び外板と内板の間にあるガスケット材料からなる直列のストリップ３６からなる３層構造である。内板及び外板は、双方の板及びガスケットストリップを貫通するねじ３７によって互いに固定される。
【００１２】
ガスケットストリップの作用は、鉛直スロット３１の１つをそれぞれ表す拡大図３ａ及び拡大図３ｂに図示されている。図２ａは、ゲルカセットに占有されておらず、隣接するガスケットストリップ３６ａ、３６ｂによって閉止されるスロットを示しており、一方図２ｂは、カセット１４が挿入された状態のスロットを示している。各ガスケットストリップは余剰の幅を有しており、隣接するストリップは、互いに対して押付けられて、ストリップ側方の各々にある長手方向のエッジの撓みを発生させる（各ストリップの１つのエッジのみ示されている）。従って、各ストリップはＵ字形状の断面を有し（また、Ｕ字の半分のみ示されている）、Ｕ字形状が有する脚がスロット内に伸びる。隣接するストリップの脚４１、４２は、スロット内で互いに押付けられて、液体を漏らさない閉鎖状態となるようにスロット開口部を閉止する。ゲルカセット１４が挿入されたときは、図３ｂに示されるように、カセットは、隣接するストリップの脚４１、４２を分離させ、スロット３１は、カセット及び２つのストリップのいずれをも収容する十分な幅を有する。ここで前の状態よりも大きく曲げられたストリップは、カセット１４の外表面に押付けられ、漏洩しないようにカセットをシールする。
【００１３】
図４は、２つの板電極１８の一方を表しており、他方は、以下に説明するように、構成材料の違いがあり得る以外は鏡像である。各板電極は、電気絶縁材料からなるサポート板４６の一方の表面に、電気伝導性材料４５をコーティングしたものを有する。２つの板は、それらの鉛直なエッジが適合するスロット２３（図１）に入るように、さらに各板の電導性コーティングがタンク中央すなわちゲルカセットに面するように、タンク１２（図１）内に挿入される。各板のコーティングは、典型的にはサポート板４６の総面積よりも小さい面積を覆うであろうが、最大数のゲルカセットが存在するときは、全てのゲルカセットの鉛直なエッジを覆う十分な面積になるように延長された長さ及び幅の総面積よりも小さい面積を覆うことが好ましい。電導性コーティング４５に電気的に接続される適当な電気プラグ４７（図４）は、サポート板４６の各々に結合され、上方に伸びる。上方に伸びたプラグは、タンク上の蓋を単に下方に押すことにより、蓋が有する電気接続部２４、２５（図１）に係合する。この構造の長所は、蓋を持ち上げてタンクを開口することによって、電力が直ちに遮断されることである。コーティング４５に実際に使用される電導性材料は、本発明にとって重要なものではなく、変更されてもよい。陰極板のコーティングは、例えばステンレス鋼であってもよく、陽極板のコーティングは、腐食防止のためにプラチナをコーティングしたチタンであってもよい。代替可能な他の電気伝導性コーティング材料は、この技術分野に熟練した者には直ちに明白となろう。
【００１４】
図５は、タンク１２の外部に表される緩衝液の循環システム及び冷却システムを示している。緩衝液循環システムは、蓋１３の取付部分５１を通じてタンク上部から緩衝溶液を抜出す。外部循環ライン５３が有するポンプ５２は、緩衝溶液を抜出して、その液をＹ形コネクタ５４を通じてタンク底部に戻す。冷却システムは液体冷媒（冷却液）を使用する。冷却液は、タンク内部の伝熱チューブを通って流れ、給液ライン５５を通ってタンク底部に流入し、流出ライン５６を通ってまたタンク底部から流出する。循環流は冷却液ポンプ５７によって発生し、冷却液の冷却は、冷却液をタンクに戻す前に、外部にある冷却又は冷凍装置５８によって行われる。ポンプ及び冷却装置は一般的な構造及び構成であり、そのような装置の多くは装置供給元から入手可能である。各々の装置を特別に選定することは、本発明にとって重要ではない。
【００１５】
図６は、タンクの底６１と、緩衝液の循環システム及び冷却システム双方のための内部のチューブとを示している。緩衝液循環システムにおいては、タンク外側にあるＹ形コネクタ５４は、タンク内側に配置される一対のロッド形状のチューブ６２、６３に接続される。各チューブは、Ｙ形コネクタ５４と反対の端部にて閉止され、チューブの裏側（上方からみたこの図には示されていない）の長さ方向に沿うように配列する孔が開けられている。緩衝溶液は、これらの孔を通ってチューブから流出し、タンクを通ってチューブの周りを上方へ流れる。冷却流路は、２つの閉止されたＵ字形状のチューブ６４、６５をタンク内側に有し、各々は概ねタンク底の長さだけ伸び、一方のチューブは冷却液入口５５に連通し、他方は冷却液出口５６に連通する。内部のＵ字形状チューブが有する内側の端部は、外部の短いＵ字形状チューブ６６に接続され、Ｗ形状の冷却液閉流路を形成する。従って冷却液は、底を前後に２回流れ、底の全長を４回移動することになる。
【００１６】
緩衝液の循環システム及び冷却システムのさらなる構成要素は、タンク１２及び蓋１３の断面図であってゲルサポート１６の１つを示す図７に表されている。列をなす短い長さのチューブ７１（又はチューブアダプタのような取付部品）は、蓋１３から下方にタンク内部へ伸びる。蓋の孔（図示されていない）は、これらの各チューブを、蓋の上部表面にある中空の上方流れチャンバー７２の内部に連通させる。各チューブ７１は、ゲルカセットがタンクに組入れられたときに、ゲルカセットの上方のエッジより下方に伸びる十分な長さを有する。使用中は、ゲルカセットの上方のエッジのすぐ下のレベルまで緩衝溶液がタンク内に入れられており、チューブ７１の開口した下方の端部は、緩衝液の液面より下方に伸びる。緩衝液循環ポンプ５２（図５）が接続されているときは、緩衝溶液は、チューブ７１を通じて上方へ引上げられて上方流れチャンバー７２内に送られて、そこから、チャンバー上部の取付部品５１を通じて、さらに外部の再循環ラインを通じて抜出される。タンクへ戻る緩衝溶液は、タンク底部のロッド形状のチューブ（ロッド形状チューブ６３の１つが図示されている）に流入し、チューブ裏面に沿う孔７３を通ってそれらのチューブから流出して、タンク内部へ流入する。次に緩衝溶液は、タンク内部を通って上方に流れて、蓋から伸びるチューブ７１に向かって、各ゲルカセットの双方の側方を通過する。
【００１７】
上述したように、本発明による装置は、広範囲の寸法のカセットを含むスラブゲルカセットの使用に一般的に適しており、必要であれば直ちに改作可能である。カセットは、通常は正方形又は矩形であり、典型的なカセットは約２０ｃｍ〜約２５ｃｍの高さ及び同様に約２０ｃｍ〜約２５ｃｍの幅を有する。カセットが有するガラス製又はプラスチック製の板の間にあるゲルスペースは、典型的には約０．５ｍｍ〜約３ｍｍの幅、好ましくは約１．０ｍｍ〜約２．０ｍｍの幅であり、板の間の適当なスペーサによって確保される。板を含むカセット全体の幅は、典型的には約１．０ｃｍ又はそれ以下である。カセットサポートが収容できるカセットの数は、広範囲に変更することができる。サポートは、例えば、３〜３０個のカセット、好ましくは８〜２４個のカセットを保持するように構成できる。タンク及び緩衝液循環システム（チューブ及びポンプを含む）の付属部品は、典型的には約１０〜５００リットル、最も好ましくは最大約５０リットルの緩衝液（タンクに組入れられるカセットは無い状態で）を収容する。
【００１８】
構成材料は、同様に重要ではなく、化学的に不活性な絶縁材料がタンクと、蓋と、カセットサポートと、電導性コーティングを除く他の全ての部品とに使用されることを前提に、広範囲に変更することができる。透明なアクリル又は透明なポリカーボネートは、タンク及び蓋に使用できる材料の実例であり、シリコンゴムは、ガスケットストリップに使用できる材料の実例である。冷却チューブ６４、６５（図６）は、セラミック又は熱交換チューブとして効果的に機能するであろう他の材料から都合よく作製される。
【００１９】
セルは、電気泳動分離の典型的条件下にて操作可能である。典型的な運転電圧は、直流２００ボルト（最大電圧１０００ボルト）が可能であり、典型的なカセット当たりの電流は、３０〜５０ｍＡが可能である。冷却システムが処理する典型的な緩衝溶液温度は、２５℃又はそれ以下（最低温度１５℃）である。
【００２０】
前述の内容は、主として図解目的に提供されている。本発明の構成要素及び方法における種々のパラメータのさらなる修正及び変更は、この技術分野に熟練した者には直ちに明白となるものであり、また本発明の特許請求の範囲に含まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明に従う電気泳動セルの部分断面図を含む斜視図であって、タンク及び蓋並びにいくつかの内部部品を示す図である。
【図２ａ】
図１のセルが有する２つのゲルカセットサポートの１つを示す上面図である。
【図２ｂ】
図１のセルが有する２つのゲルカセットサポートの１つを示す正面図である。
【図３ａ】
図２ａ及び図２ｂのゲルカセットサポートにおいてゲルカセットが挿入される部分の断面図であって、ゲルカセットが取付けられていない状態の形状を示す図である。
【図３ｂ】
図２ａ及び図２ｂのゲルカセットサポートにおいてゲルカセットが挿入される部分の断面図であって、ゲルカセットが取付けられた状態の形状を示す図である。
【図４】
図１のセルが有する電極板の１つを示す正面図である。
【図５】
緩衝液の循環システム及び冷却システムの構成要素を示す、図１のセルの外部の斜視図である。
【図６】
図１のセルが有するタンク部分の底に沿うチューブを上からみた図であって、緩衝液の循環システム及び冷却システムの一部を示す図である。
【図７】
図１のセルの縦断面図である。

Claims (10)

1. 各々のスラブゲルが該スラブゲルの互いに反対側の鉛直なエッジを露出させる個別のカセットに保持されている複数のスラブゲルで、電気泳動を行うための装置であって、
   取外し可能な蓋を備えるタンクと、
   前記鉛直なエッジを露出させながら複数のカセットを互いに平行に保持する保持手段をともに有する第１及び第２カセットサポートであって、前記保持手段が、前記カセットを前記カセットサポートに対して実質的にシールして、それらの間の液体の漏れを実質的に防ぐようになっている第１及び第２カセットサポートと、
   前記第１及び第２カセットサポートを前記タンクに取付けて、前記カセットサポートによって保持された全てのカセットが鉛直に方向付けられ、かつ前記カセットサポートが前記タンクを、前記カセットサポートの間の中央区画と、該中央区画の各側にそれぞれ位置する第１及び第２の側方区画とに分割するようにする、カセットサポート取付手段と、
   前記タンクを横切って概ね均一な電位を発生するように配置される第１及び第２電極と、
   前記タンクの上方部分から緩衝溶液を抜出して、前記緩衝溶液を循環させて前記タンクの下方部分へ戻し、それにより前記緩衝溶液を前記タンクを通じて上方へ連続的に流すための緩衝液循環手段と、
   を具備する装置。
2. 前記第１及び第２カセットサポートの前記保持手段は、最大８〜２４個のカセットを収容する請求項１に記載の装置。
3. 前記第１及び第２カセットサポートの各々はフレームを有し、前記保持手段は、複数の弾力的な液体不浸透性のストリップを有し、それらストリップは、各々のストリップが撓曲自在な外側の長手方向エッジを有するように、各々のフレームに固定され、隣接するストリップが互いに押付けられて、前記ストリップの前記長手方向エッジが曲げられて各ストリップがＵ字形状断面になり、隣接するストリップの前記曲げられた長手方向エッジは、互いに押付けられて流体流れに対するバリヤーを形成するとともに、さらにカセットを収容するように曲げることができる請求項１に記載の装置。
4. 前記第１及び第２電極は、板であるとともに、前記第１及び第２カセットサポートによって保持されることができる全てのカセットの前記鉛直なエッジに及ぶ十分な広さを各々有する請求項１に記載の装置。
5. 前記第１及び第２カセットサポートはフレームを有し、前記カセットサポート取付手段は、前記タンクの向かい合う内壁に形成された溝を具備して、前記フレームの鉛直なエッジを取外し可能に受容する請求項１に記載の装置。
6. 前記電極は板電極であり、前記装置は、前記タンクの向かい合う内壁に形成された溝をさらに具備して、前記板電極を取外し可能に受容することによって前記電極を支持する請求項１に記載の装置。
7. 前記タンクは底及び側壁を有し、前記緩衝液循環手段は、
   前記タンク内側の前記底に沿って複数の孔を有する有孔チューブと、
   前記蓋から下方に伸びる複数の管状部材と、
   ポンプ手段を備えるとともに前記管状部材と前記有孔チューブとを接合する外部循環ラインであって、前記ポンプ手段は、前記管状部材を通じて前記タンクから緩衝溶液を抜出し、前記有孔チューブを通じて前記タンクから緩衝溶液を戻すように配置されている、外部循環ラインと、
   を具備する請求項１に記載の装置。
8. 前記緩衝液循環手段は、前記タンク内側の前記底に沿って配置される複数の有孔チューブを有する請求項７に記載の装置。
9. 外部の冷却液供給源から前記タンク内部に出入りする冷却液を連続的に流すための閉流路をさらに有する請求項１に記載の装置。
10. 前記タンクの上方部分から緩衝溶液を抜出して、前記緩衝溶液を循環させて前記タンクの下方部分へ戻し、それにより前記緩衝溶液を前記タンクを通じて上方へ連続的に流すための緩衝液循環手段をさらに有する請求項１に記載の装置。