JP2005172621A

JP2005172621A - ゲル切り出し装置

Info

Publication number: JP2005172621A
Application number: JP2003413231A
Authority: JP
Inventors: Toshihiro Matsuo; 智弘松尾; Yoshifumi Yamaguchi; 芳文山口; Kazunori Hake; 一徳吐合
Original assignee: Yaskawa Electric Corp
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 2003-12-11
Filing date: 2003-12-11
Publication date: 2005-06-30

Abstract

【課題】切り出し時間を短縮でき、構造を大型化することなく複数個の資料を同時に切り出すことができ、抽出精度を向上でき、さらに切り出しを確実に行うことのできるゲル切り出し装置を提供する。
【解決手段】ゲル４が上向きになるように載置された基台２と、基台２の上方に配置され基台２上に載置されたゲル４の所定部分を切り出す切り出し器具８と、切り出し器具８を基台２の面に平行なＸ，Ｙ方向と基台２の面に垂直なＺ方向とに移動させて切り出し器具８によるゲルの所定部分の切り出し動作を行う作業アーム機構１０を設けたゲル切り出し装置において、作業アーム機構１０を複数備える。作業アーム機構１０を複数台配置することにより、Ｘ，Ｙ，Ｚ駆動部を独立して駆動でき、このため、切り出し作業が短縮され、ゲルの乾燥に伴うＤＮＡやタンパク質の内部構造の変化が生じることなく分取作業が可能である。
【選択図】図１

Description

本発明は、ライフサイエンスの分野においてゲル電気泳動装置により分離されたＤＮＡやタンパク質等の高分子物質試料の所定の断片部分を分取するゲル切り出し装置に関する。

従来の電気泳動からのゲル切り出し装置は、たとえば、特開平９−０１５２０６号公報（特許文献１）に記載されたものが知られている。これを、図６を用いて説明する。基台２上には、すでに電気泳動が終了したゲル４がガラス板６を下にして載置されている。ゲル４の所定部分を切り出すために、基台２の上方に切り出し器具８が配置され、切り出し器具８をＸ，Ｙ，Ｚ方向に移動させてゲル４の所定部分の切り出し動作を行う作業アーム機構１０が設けられている。ゲル４に展開した泳動パターンを光学的に認識するため、基台２の上方には光源３０と光検出器３２が設けられており、分取制御部３４は光検出器３２による検出信号をもとにして標準試料のパターンと対象試料のパターンを比較して、対象試料の特異パターンを認識し、その特異パターンのゲルを切り出し器具８により切り取るように、Ｘ駆動部１６、Ｙ駆動部２０、Ｚ駆動部１２の駆動を制御する。

次に、ゲルの切り出し方法について説明する。切り出し器具８には、中空のパイプが用いられ、ゲル４の肉厚方向に押し付けることで、パイプ内にゲルを詰めこんでいる。そのパイプをゲル４の所定部分４ａで平面状の位置を変えながら上下方向に移動させてゲル４の肉厚方向に押し付ける操作を繰り返すことで、ゲル４の所定部分４ａから複数の試料を切り取る。切り出し器具８のパイプに詰め込んだゲルの試料を回収するために、パイプ上部には加圧空気を供給する押し出し機構（図示せず）が設けられており、所定の容器（図示せず）内またはその上部に切り出し器具８のパイプを移動させ、前記押し出し機構により加圧空気を供給してパイプに詰めこんだゲルの試料を前記容器へ吐出していた。

特開平９−０１５２０６号公報

しかしながら、上記従来のゲル切り出し装置においては、対象試料から分取されるゲルの数は１０００〜３０００個であるが、１度に１つの試料しか取り扱うことができないため、単位時間あたりの処理量が少ないので６〜１０時間の作業が生じていたほか、標準試料が乾燥し、ＤＮＡやタンパク質の内部構造が変化する等の問題が生じていた。
また、効率的に平面内にパターン化された試料を分取するためには、平面内を自在に動作する駆動部が必要であるが、従来の分取装置のようにＸ，Ｙ，Ｚ駆動部を配置するだけでは、複数個の試料を同時に切り出すことはできない。単純に操作軸数を増やすだけでは、構造が大型になるなどの問題が生じていた。
さらに、上記従来のゲル切り出し装置においては、中空パイプは１種類しか用意されておらず、ゲルのサイズによらず用いられていたため、微量のＤＮＡやタンパク質の場合は、ゲル量が多くなるために抽出精度が悪くなっていた。
また、中空パイプをゲルに押し付けることで切り取っていたが、押し付けるだけでは基台底面に付着したゲルが切り取られず完全に切り出すことができなかった。
そこで本発明は、切り出し時間を短縮でき、構造を大型化することなく複数個の資料を同時に切り出すことができ、抽出精度を向上でき、さらに切り出しを確実に行うことのできるゲル切り出し装置を提供することを目的とする。

本発明の第１の構成は、ゲルが上向きになるように載置された基台と、その基台の上方に配置され前記基台上に載置されたゲルの所定部分を切り出す切り出し器具と、その切り出し器具を前記基台の面に平行なＸ，Ｙ方向と前記基台の面に垂直なＺ方向とに移動させてその切り出し器具によるゲルの所定部分の切り出し動作を行う作業アーム機構を設けたゲル切り出し装置において、前記作業アーム機構を複数備えたことを特徴としている。
この第１の構成においては、作業アーム機構が複数台配置されているため、Ｘ，Ｙ，Ｚ駆動部を独立して駆動できる。このため、切り出し作業が短縮され、ゲルの乾燥に伴うＤＮＡやタンパク質の内部構造の変化が生じることなく分取作業が可能である。

本発明の第２の構成は、前記作業アーム機構のＸ駆動部が移動テーブルと固定子とを備えたリニアモータ構造であり、前記移動テーブルは電機子巻線と移動テーブルの位置を制御するコントローラを有し、前記固定子はマグネットを有することを特徴としている。
この第２の構成においては、移動テーブルに設けられた電機子巻線に電流を流すことで、固定子のマグネットとの磁気作用でＸ駆動部を駆動することができる。

本発明の第３の構成は、前記作業アーム機構のＸ駆動部が移動テーブルと固定子とを備えたリニアモータ構造であり、前記移動テーブルはマグネットを搭載し、前記固定子は電機子巻線を有し、前記移動テーブルの移動位置を検出するリニアエンコーダからの位置信号により各テーブルに対応した電気子巻線を切り替える制御回路を備えたことを特徴としている。
この第３の構成においては、複数台のＸ駆動部の各移動テーブルの位置を検出しながら、相互の干渉なく移動できる。

本発明の第４の構成は、前記作業アーム機構のＸ駆動部に、微調用Ｙ駆動部とＺ駆動部を搭載したことを特徴としている。
この第４の構成においては、微調Ｙ駆動部およびＺ駆動部をＸ駆動部に搭載することで小型化できるので、装置全体の姿態を変えることなく提供できる。

本発明の第５の構成は、ゲルが上向きになるように載置された基台と、その基台の上方に配置され前記基台上に載置されたゲルの所定部分を切り出す切り出し器具と、その切り出し器具を前記基台の面に平行なＸ，Ｙ方向と前記基台の面に垂直なＺ方向とに移動させて前記切り出し器具によるゲルの所定部分の切り出し動作を行う作業アーム機構を設けたゲル切り出し装置において、前記切り出し器具の先端の開口径が開口調整可能である構造としたことを特徴としている。
この第５の構成においては、切り出し器具に開口径の調整ができるアクチュエータを備えたことで、抽出するＤＮＡやタンパク質に合わせたサイズに変形することができるので、微量を抽出することができ、抽出後のゲル中のＤＮＡやタンパク質の量を増やすことができ、抽出精度を向上できる。また、開口径を最小径にすることで、切り出し器具の先端は完全に遮蔽されることから基台底面に付着したゲルも切り取ることが可能であり、微量のＤＮＡやタンパク質を完全に抽出することが可能である。

本発明の第６の構成は、前記切り出し器具の開口調整構造が、直動駆動アクチュエータと、複数個に分割されて全体で開口を形成する刃部とが、弾発機構により連結された構造としたことを特徴としている。
この第６の構成においては、直動駆動アクチュエータを弾発機構を介して駆動することで、複数個の刃部によって形成される開口を任意の径に調整することができる。

本発明の第７の構成は、前記直動駆動アクチュエータが、形状記憶合金の形状記憶作用で直動して前記刃部の開口を調整することを特徴としている。
この第７の構成においては、形状記憶合金に予め直動駆動アクチュエータとしての形状を付与しておけば、相変態温度で形状記憶作用が表れ、刃部の開口が可変する。

本発明の第８の構成は、前記直動駆動アクチュエータが、モータの回転運動を直動運動に変換するねじ機構を有するものであることを特徴としている。
この第８の構成においては、モータとねじ機構により、切り出し器具の開口調整が行える。

本発明の第１から４の構成によれば、作業アーム機構を複数台配置し、Ｘ，Ｙ，Ｚ駆動部が独立して駆動できる。このため、６〜１０時間生じていた切り出し作業が短縮でき、ゲルの乾燥に伴うＤＮＡやタンパク質の内部構造の変化が生じることなく分取作業が可能である。
また、複数台のＸ駆動部を載置するが、各移動テーブルの位置を検出しながら、移動テーブルを制御することにより、相互の干渉なく移動できる。また、微調Ｙ駆動部およびＺ駆動部をＸ駆動部に搭載することで小型化できるので、装置全体の姿態を変えることなく提供できる。
本発明の第５から第８の構成によれば、切り出し器具に開口径の調整ができるアクチュエータを備えたことで、抽出するＤＮＡやタンパク質に合わせたサイズに変形することができるので、微量を抽出することができ、抽出後のゲル中のＤＮＡやタンパク質の量を増やすことができ、抽出精度を向上できる。また、開口径を最小径にすることで、切り出し器具の先端は完全に遮蔽されることから基台底面に付着したゲルも切り取ることが可能であり、微量のＤＮＡやタンパク質を完全に抽出することが可能である。

以下、本発明の実施の形態を、図１から図５を用いて説明する。
（第１実施形態）
図１〜図３は、本発明の第１実施形態に係るゲル切り出し装置の構成を示す斜視図である。
図１において、本実施形態のゲル切り出し装置は、チップ１と、筐体１１と、基台２と、容器３と、切り出し器具８と、作業アーム機構１０と、Ｚ駆動部１２と、Ｘ駆動部１６と、Ｙ駆動部２０と、微調Ｙ駆動部２１とで構成される。
基台２は筐体１１に配置され、ゲル４は上向きになるように基台２に載置される。切り出し器具８は基台２上方に配置され、基台２上に載置されたゲル４の所定部分を切り出す。切り出し器具８先端には、取替可能なＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）等の樹脂からなるチップ１が装着されている。さらに、切り出し器具８は、基台２に平行なＸ，Ｙ方向と基台２の面に垂直なＺ方向とに移動させる作業アーム機構１０に搭載されている。

作業アーム機構１０は、本実施形態では８台配置されており、各々が独立して動作することが可能である。また、作業アーム機構１０は、図２に示すようにＸ駆動部１６の移動テーブル１６１が電機子巻線１６２とコントローラ１６３からなり、固定子１６４がマグネット１６５からなるリニアモータ構造となっており、微調Ｙ駆動部２１とＺ駆動部１２を搭載した構成である。コントローラ１６３には，図示しないリニアエンコーダからの信号を処理する回路と、移動テーブル１６１の位置に伴った電流を電機子巻線１６２に通電するドライブ回路とを備え、移動テーブル１６１を所定の位置に位置決めしている。

次に、切り出し動作について説明する。標準試料のパターンと対象試料のパターンを比較して、対象試料の特異パターンを認識し、その特異パターンのゲル４を切り出し器具８により切り取るように、Ｘ駆動部１６、Ｙ駆動部２０、Ｚ駆動部１２の移動指令が与えられる。切り出したいゲル４の位置は点在しているため、一例として、図３に示すように８つの作業アーム機構１０は独立に所定の位置に移動し、切り出し作業を行う。この際、ゲル４切り出し時のクロスコンタミネーションを防止するために、切り出し器具８には、取替可能なチップ１をチップホルダにより装着し、作業する。切り出されたゲル４は、容器３に図示しないポンプによりチップ１内が加圧されることで吐出される。

この第１実施形態によれば、作業アーム機構１０を複数台配置し、Ｘ駆動部１６，微調Ｙ駆動部２１，Ｚ駆動部１２が独立して駆動できるため、６〜１０時間生じていた切り出し作業が短縮でき、ゲル４の乾燥に伴うＤＮＡやタンパク質の内部構造の変化が生じることなく分取作業が可能である。
また、複数台の作業アーム機構１０を駆動するＸ駆動部１６を設けているが、各移動テーブル１６１の位置を検出しながら駆動するため、相互の干渉なく移動できる。また、微調Ｙ駆動部２１およびＺ駆動部１２をＸ駆動部１６に搭載することで小型化できるので、装置全体の姿態を変えることなく提供できる。

なお、Ｘ駆動部１６の別の構成として、移動テーブル１６１がマグネットを搭載し、固定子１６４が電機子巻線からなり、移動テーブル１６１の移動位置を検出するリニアエンコーダからの位置信号により各移動テーブル１６１に対応した電気子巻線を切り替える図示しない制御回路を備えた構成とすることもできる。

（第２実施形態）
図４は、本発明の第２実施形態に係る切り出し器具８の構成を示す断面図である。この切り出し器具８は、図１に示したゲル切り出し装置に用いられるものであり、先端の開口調整をするために、図４に示すように、形状記憶合金８１からなる中空円筒形状の多重構造からなる直動駆動機構と、複数個に分割された刃部８２を有し、かつ刃部間が弾発機構８３により連結されている、刃部８２間の弾発機構８３は、ポリウレタンやゴム材料からなり、伸縮自在で刃部８２間を隙間なく充填している。さらに、刃部８２は直線方向に移動可能に周方向よりガイド８４で案内されている。

切り出し器具８の動作について説明する。直動駆動機構の形状記憶合金８１に電流を通電すると、ジュール熱により温度が上昇するので、形状記憶合金８１は伸張する。多重構造になった形状記憶合金８１は順次伸張することで、変位拡大され、刃部８２を直線方向に移動させる。この場合、刃部８２の周方向からガイド８４は先端へ行くに従い、小径となる構造としているため、刃部８２先端は小口径になる。
以上の動作により、刃部８２先端の口径を変えることが可能である。

（第３実施形態）
図５は、本発明の第３実施形態に係る切り出し器具８の構成を示す断面図である。この切り出し器具８は、図１に示したゲル切り出し装置に用いられるものであり、先端の開口調整をするために、送りねじ８７を用いた例である。モータ８５に連結された送りねじ８７が直接、めねじ加工した移動体８６と嵌合し、モータ８５の回動を直動に変換している。この直動運動により、前記刃部８２先端口径は可変する。

以上、第２および第３実施形態では、形状記憶合金とねじ機構を用いて、直動機構を構成した例について説明したが、直動動作が可能であれば、ピエゾアクチュエータを用いた静電式、超音波式、電磁式でもよく、特にアクチュエータの形式を限定するものではない。

本発明は、ライフサイエンスの分野においてゲル電気泳動装置により分離されたＤＮＡやタンパク質等の高分子物質試料の所定の断片部分を分取するゲル切り出し装置において利用することができる。

本発明の第１実施形態に係るゲル切り出し装置の構成を示す斜視図である。本発明の第１実施形態のＸ駆動部の構造を示す斜視図である。本発明の第１実施形態の切り出し動作を示す説明図である。本発明の第２実施形態に係る切り出し機構を示す断面図である。本発明の第３実施形態に係る切り出し機構を示す断面図である。従来のゲル切り出し装置の構成を示す図である。

符号の説明

１チップ
２基台
３容器
４ゲル
８切り出し器具
８１形状記憶合金
８２刃部
８３弾発機構
８４ガイド
８５モータ
８６移動体
８７送りねじ
１０作業アーム機構
１１筐体
１２Ｚ駆動部
１６Ｘ駆動部
１６１移動テーブル
１６２電機子巻線
１６３コントローラ
１６４固定子
１６５マグネット
２０Ｙ駆動部
２１微調Ｙ駆動部

Claims

ゲルが上向きになるように載置された基台と、その基台の上方に配置され前記基台上に載置されたゲルの所定部分を切り出す切り出し器具と、その切り出し器具を前記基台の面に平行なＸ，Ｙ方向と前記基台の面に垂直なＺ方向とに移動させて前記切り出し器具によるゲルの所定部分の切り出し動作を行う作業アーム機構を設けたゲル切り出し装置において、前記作業アーム機構を複数備えたことを特徴とするゲル切り出し装置。
前記作業アーム機構のＸ駆動部が移動テーブルと固定子とを備えたリニアモータ構造であり、前記移動テーブルは電機子巻線と，移動テーブルの位置を制御するコントローラを有し、前記固定子はマグネットを有することを特徴とする請求項１記載のゲル切り出し装置。
前記作業アーム機構のＸ駆動部が移動テーブルと固定子とを備えたリニアモータ構造であり、前記移動テーブルはマグネットを搭載し、前記固定子は電機子巻線を有し、前記移動テーブルの移動位置を検出するリニアエンコーダからの位置信号により各テーブルに対応した電気子巻線を切り替える制御回路を備えたことを特徴とする請求項１記載のゲル切り出し装置。
前記作業アーム機構のＸ駆動部に、微調用Ｙ駆動部とＺ駆動部を搭載したことを特徴とする請求項１から３のいずれかの項に記載のゲル切り出し装置。
ゲルが上向きになるように載置された基台と、その基台の上方に配置され前記基台上に載置されたゲルの所定部分を切り出す切り出し器具と、その切り出し器具を前記基台の面に平行なＸ，Ｙ方向と前記基台の面に垂直なＺ方向とに移動させて前記切り出し器具によるゲルの所定部分の切り出し動作を行う作業アーム機構とを設けたゲル切り出し装置において、前記切り出し器具の先端の開口径が開口調整可能である構造としたことを特徴とするゲル切り出し装置。
前記切り出し器具の開口調整構造が、直動駆動アクチュエータと、複数個に分割されて全体で開口を形成する刃部とが、弾発機構により連結された構造としたことを特徴とする請求項５に記載のゲル切り出し装置。
前記直動駆動アクチュエータが、形状記憶合金の形状記憶作用で直動して前記刃部の開口を調整することを特徴とする請求項６に記載のゲル切り出し装置。
前記直動駆動アクチュエータが、モータの回転運動を直動運動に変換するねじ構造を有するものであることを特徴とする請求項６に記載のゲル切り出し装置。