JP2006349531A - 電気泳動システム - Google Patents

Abstract

【課題】
電気泳動、電気泳動パターンの撮影、分離した生体高分子試料の切り出し可能な電気泳動システムにおいて、電気泳動に起因する生体高分子試料の損傷を軽微なものとする電気泳動システムを提供する。
【解決手段】
生体高分子試料を分離するための支持体１０１および電気泳動槽１０、電気泳動パターンの画像を撮影する画像撮影手段６１、および分離した生体高分子試料の画分を支持体より切り出すための切り出し手段６２、画像撮影のため支持体に光照射する光源７１、および支持体への光照射を遮蔽する機構、を備え、電気泳動槽１０あるいは画像撮影手段６１を、Ｘ軸あるいはＹ軸方向に駆動することで、電気泳動パターン画像の撮影、および電気泳動により分離した支持体内の生体高分子試料の画分の位置情報を得、この位置情報に基づき、切り出し手段６２により、電気泳動に起因する損傷の軽微な生体高分子試料の画分の切り出しを連続的に実施する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、生体高分子、とりわけ核酸を分析するための電気泳動システムに関するものである。
本発明は、核酸の電気泳動システムに関し、より詳細には、電気泳動システムにより核酸を分子量毎に分離し、その画像を撮影すると共に電気泳動の支持体より核酸の切り出しおよび抽出回収する技術に関する。

本発明は、電気泳動システムに係り、特に電気泳動により核酸を分子量毎に分離させた結果に基づき、一貫したシステム内で電気泳動の実施、その結果の画像の撮影さらに電気泳動支持体からの核酸の切り出し・抽出回収までを好適に実現できるものである。

従来より、生体高分子とりわけ核酸の電気泳動装置による分子量に基づいた分離、解析方法は、簡便かつ安価であると共に分析精度も高いため、核酸分析の装置として広範囲に利用されている。以下、核酸の電気泳動に関して述べる。

電気泳動による核酸の分析は、まず、両端に電圧を導電する電極を緩衝液で接触させる電気泳動槽に核酸試料が移動する支持体を付設することにより構成されている。この電気泳動の支持体としては、アガロースあるいはポリアクリルアミドなどのゲル状物質が使用されている。また装置の形態としては、取り扱いの容易さから支持体を横面に設置する水平方式の電気泳動装置が汎用されている。電気泳動の動作は、支持体の一端に形成した溝に核酸試料を滴下し、支持体の両端に電圧を印加させ、支持体中の核酸試料を電気的に移動させる。この時に支持体の網目構造により核酸試料の移動が制約を受け、分子量が大きい程、移動度が遅くなることにより、核酸の分子量に基づいた分離が可能となる。さらにこのようにして分離した核酸を支持体より核酸画分毎に切り出し、ＶｏｇｅｌｓｔｅｉｎとＧｉｌｌｅｓｐｉｅの方法（非特許文献１）あるいはＭｏｌｅｃｕｌａｒ Ｃｌｏｎｉｎｇに記載の方法（非特許文献２）などの適当な方法で核酸を抽出回収することにより、核酸試料からの不純物質の分離除去、ベクターへの組み込み、配列マッピングなどへ利用されている。

なお、この核酸分画を回収する方法としては、電気泳動装置を利用する方法以外にも高速液体クロマトグラフィーに代表されるカラムクロマトグラフィーを利用する方法などがあるが、核酸の分離精度に対する装置の簡便性、融通性、装置価格、維持費用などを勘案した場合、電気泳動装置による方法は極めて高効率であるため、専ら核酸画分の回収には電気泳動による方法が利用されている。

この電気泳動装置の利便性をさらに向上させるため、支持体の小型化、電圧印加により生じるジュール熱の抑制する提案がなされ、電気泳動の短時間化が可能となり、設置場所も制約を受けないため作業効率の向上に貢献している（特許文献１および特許文献２）。

次に電気泳動により分離した核酸の検出方法については、臭化エチジウム等の核酸結合性蛍光試薬を電気泳動前に予め支持体中に混合あるいは電気泳動後、支持体をこれらの溶液中に浸漬し、支持体中に浸潤させ、支持体中の核酸試料とこの蛍光試薬を結合させた後、蛍光試薬を紫外線により励起し、蛍光発色させて、支持体中の分離した核酸試料を可視化させる（この紫外線を照射する装置はトランスイルミネーターと呼ばれている）。

この紫外線照射により可視化した核酸試料の結果は、従来、フィルム式カメラを利用した画像撮影によりデータを取得していたが、近年の電子デバイスの進歩と共に電荷結合素子（ＣＣＤ）式カメラを採用した電気泳動画像撮影装置が提案され（特許文献３、非特許文献３）、画像をデジタル化することが可能となり、フィルム式に比べ、撮影の簡便性、データの保存性およびコンピュータ等のデジタルデバイスとの親和性が高く、電気泳動の短時間化と共に一連の電気泳動手技の作業効率向上に貢献している。

さらに近年、電気泳動装置と画像撮影装置を一体化させて、電気泳動のリアルタイムモニタリングが提案されており、電気泳動による最適な核酸分離分析及び画像の取得を可能にしている（特許文献４、特許文献５および特許文献６）。

電気泳動により分離した核酸の支持体からの抽出回収については、従来、鋭利な刃物を利用して支持体より目的の核酸画分を切り出し、非特許文献１あるいは２などの適当な方法により核酸を抽出回収していたが、近年、機械的に支持体より核酸分画を切り出す装置および抽出回収装置（特許文献７、特許文献８、特許文献９、特許文献１０）が提案され、従来の手動による方法に比べ、作業効率を大幅に向上している。
特開平１０−２８８５９７号公報 特開２００２−３２８１１３号公報 特許第２８３８１１７号公報 特開２０００−１０５２１９号公報 特開２００２−３５７５９０号公報 特開２００３−２４０７５６号公報 特許第３３８１４８４号公報 特開２００１−２２１７６号公報 実用新案登録第３１０１１４４号公報 特開２０００−８８８０４号公報 ヴォーゲルステイン（Vogelstein. B.）、ギレスピー（Gillespie. D.），「米国科学アカデミー紀要（Proc. Natl. Acad. Sci. USA）」，１９７９年，第７６巻，ｐ．６１５−６１９ サンブルック（Sambrook. J.）、フリッチ（Fritsch. E. F.）、マニアティス（Maniatis. T.）編，モレキュラークローニング（Molecular Cloning）第２版，コールドスプリングハーバー研究所出版（Cold Spring Harbor Laboratory Press）刊，１９８９年，ｐ．６．２２−６．３５ サザーランド（Sutherland. J. F.）ら，「アナリティカルバイオケミストリー（Anal. Biochem.）」，１９８７年，第１６３巻，ｐ．４４６−４５７

しかしながら、前記従来の電気泳動装置では、装置本体を小型化することにより核酸試料量を軽減し、電気泳動時間の短縮に貢献できているが、その利用用途が、少ない試料数の核酸試料に対し、試料中の核酸の分子量の決定、核酸試料の夾雑物の有無の判定、をする目的だけに限定され、多量あるいは多数の試料に対する電気泳動を実施すること、および電気泳動により分離した核酸画分の適当量を分取することが困難となるという課題を有していた。

次に、電気泳動画像撮影装置は、ＣＣＤカメラの採用により利便性は向上したが、従来からのフィルム式カメラの場合と同様に、少ない試料数から、多量試料数の電気泳動結果および泳動長が５０〜３００ｍｍ程度までの大小さまざまな寸法の支持体に対して対応可能なようにするために、撮影範囲を広く設計する必要があり、結果として、装置の占有面積、装置自身の外寸が大きくなり、設置場所を制約してしまうことがフィルム式カメラによる撮影装置からの課題として残されていた。また、比較的大きな寸法の支持体全体を撮影しようとする場合、被写体である支持体とカメラ位置の距離を遠くにしなければならないが、遠距離になるに従い、支持体中の核酸試料の蛍光強度が減衰するため、カメラ距離が遠くても撮像可能なように蛍光を励起するための過度の紫外線光量を必要としなければならず、そのため通常は、高光量の紫外線蛍光管を複数本並列に設置するようにしている。しかしながら、蛍光管のソケット形状および蛍光管交換の作業性の観点から蛍光管同士には若干の間隔が生じているため、蛍光管配置位置と蛍光管同士の隙間位置では、紫外線光量のムラが発生する。このため、支持体を蛍光管と平行方向の位置に存在する核酸試料の蛍光強度が一定であるのに対し、垂直方向では、蛍光強度が一定しないという課題を有していた。さらに、蛍光管の経時変化や温度特性により、規定の電圧を印加しても常に一定の紫外線光量を照射することは困難であるという課題を有していた。

このカメラ距離の課題を解決するため、カメラレンズを広角仕様にし、カメラ距離が遠くなくても撮像範囲を広くすることは可能であるが、この場合、広角レンズによる被写体の取り込みは、画像を湾曲させてしまうという欠点を有しているため、その使用を困難にしているという課題を有している。

このように、被写体である支持体とカメラ位置の距離により生じる課題を解決するためには、支持体に対し必要以上の高光量の紫外線を照射しなければならないが、そのために紫外線暴露により誘引される核酸分子の部分断絶、核酸分子に存在する塩基であるチミン同士の重合（チミンダイマー）形成を、回避することができず、支持体から回収した核酸試料を利用した後続の試験結果には、これらの影響が存在していることを考慮しなければならないという課題を有していた。

次に電気泳動装置および画像撮影を一体化させた装置においては、電気泳動のリアルタイムモニタリングを実現し、最適な核酸分離状態を検出可能とするが、一体型装置の外寸は、電気泳動装置の外寸により規定され、電気泳動装置の外寸が大きくなるに従い、一体型装置自身の外寸も大きくなるため、設置場所が制約されると共に、断続的に紫外線を暴露するため、上述した通り核酸分子の部分断絶、チミンダイマー形成を回避できず、支持体からの核酸回収に不適であるという課題を有していた。そのため、一体型装置においての電気泳動は、装核酸の分子量に基づいた分離分析にのみにその使用が制限されているという課題を有していた。

さらに電気泳動後の支持体からの核酸画分の切り出しは、専ら手動で鋭利な刃物を利用し切り出すため、紫外線を直視しながら操作する必要がある。この際、紫外線の暴露から作業者を保護する保護具を着用するが、通常、紫外線ランプには、紫外光以外にも紫色可視光を混合させているため、高光量の紫色可視光を直視しなければならず、作業者に重篤な眼性疲労を誘引する原因となっている。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、装置の可動が容易であるため設置場所を制限せず、かつ、支持体の寸法に柔軟に対応可能な電気泳動装置と、電気泳動画像取得手段とを一体化すると共に、電気泳動後の支持体から分離した核酸画分を切り出す機能をも一体化し、さらに、切り出し・回収した核酸画分を後続作業に供する場合に、損傷の軽微な核酸画分の試料を分取可能とするようにした、かつ、小型で安価である、電気泳動システムを提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の請求項１にかかる電気泳動システムは、生体高分子試料を分離解析する電気泳動システムであって、前記生体高分子試料を、支持体を用いて電気泳動させるための電気泳動槽と、前記電気泳動槽に付設した前記支持体の両端に電圧を印加し、前記生体高分子試料を電気泳動させる電圧印加手段と、前記電気泳動支持体に対し光を照射する手段を有し前記電気泳動の結果を撮影する画像撮影手段と、前記画像撮影手段により獲得した画像に基づき、前記電気泳動支持体における生体高分子画分の位置情報を算出し、該支持体で分離した生体高分子の画分を切り出す切り出し手段とを有し、前記電気泳動の実施から、前記電気泳動による前記生体高分子分画画分の抽出回収までを、一連に実施可能であり、かつ、前記電気泳動支持体面に前記画像撮影手段における光源から照射される光に対し、任意の照射領域を遮蔽可能とする任意照射領域遮蔽手段を備えた、ことを特徴とするものである。

本発明の請求項２にかかる電気泳動システムは、請求項１に記載の電気泳動システムにおいて、前記任意照射領域遮蔽手段は、光透過部を有する光遮蔽平板、シャッター開口部を調整可能なカーテンシャッター、あるいは、その部分領域に電圧を印加することにより光透過部を形成可能な液晶板機構よりなる、ことを特徴とするものである。

本発明の請求項３にかかる電気泳動システムは、請求項１または請求項２に記載の電気泳動システムにおいて、前記電気泳動に供される生体高分子試料が、核酸であり、前記電気泳動の支持体面に照射する光源に、紫外線光源を含み、前記任意照射領域遮蔽手段が、前記核酸試料に紫外線が照射されるのを遮蔽する、ことを特徴とするものである。

本発明の請求項４にかかる電気泳動システムは、請求項２または請求項３に記載の電気泳動システムにおいて、前記電気泳動支持体に対して紫外線が照射される領域が、前記電気動槽に設けられた前記電気泳動の泳動状態の基準となるサイズマーカーを含む領域であり、該サイズマーカーを用いて電気泳動の進行状況を観察可能である、ことを特徴とするものである。

本発明の請求項５にかかる電気泳動システムは、請求項４に記載の電気泳動システムにおいて、Ｘ軸およびＹ軸方向のいずれか、あるいはその双方に駆動可能である、前記電気泳動槽を設置するテーブル機構、Ｘ軸およびＹ軸方向のいずれか、あるいはその双方に駆動可能である、前記電気泳動結果を撮影する画像撮影手段を設置する第１のキャリッジ機構が設けられ、前記画像撮影手段により、前記電気泳動結果を複数の画像に分割して撮影可能であり、前記画像撮影手段、前記テーブル機構、および第１のキャリッジ機構の駆動状況より算出される位置情報に基づき、前記分割撮影した画像を一体化合成可能である、ことを特徴とするものである。

本発明の請求項６にかかる電気泳動システムは、請求項５に記載の電気泳動システムにおいて、Ｘ軸およびＹ軸方向のいずれか、あるいはその双方に駆動可能である、前記電気泳動槽を設置するテーブル機構、Ｘ軸およびＹ軸方向のいずれか、あるいはその双方に駆動可能である、前記電気泳動結果を撮影する画像撮影手段を設置する第１のキャリッジ機構、および、Ｘ軸およびＹ軸方向のいずれか、あるいはその双方に駆動可能であり、Ｚ軸方向にも駆動可能である、前記生体高分子画分を切り出すための切り出し手段を設置する第２のキャリッジ機構が設けられ、前記電気泳動槽に付設した支持体、該支持体にて分離したサイズマーカー、および生体高分子画分の位置情報を、前記画像撮影手段、前記テーブル機構、および第１、及び第２のキャリッジ機構の駆動状況より算出可能である、ことを特徴とするものである。

本発明の請求項７にかかる電気泳動システムは、請求項６に記載の電気泳動システムにおいて、前記任意照射領域遮蔽手段は、前記電気泳動の支持体面の任意の領域を遮蔽し、前記切り出し手段により回収・抽出される前記支持体中の生体高分子試料画分を、前記紫外線が照射されていないものとする、ことを特徴とするものである。

本発明の電気泳動システムによれば、システム本体の設置場所を制限しない可動性を有する電気泳動システムであり、電気泳動の実施、電気泳動による核酸試料の分離をし、電気泳動画像の撮影をした後、撮影した画像データからの分離した核酸画分の位置情報に基づいて、該核酸画分を支持体より切り出す機構を一体化した電気泳動システムにあって、切り出し・回収する核酸画分を後続操作に供する場合、電気泳動操作に起因する核酸試料の損傷が軽微である核酸分画試料を分取可能とするものであり、電気泳動実施から結果の画像撮影、さらにそれ以後の支持体より分離した核酸画分の切り出し回収を、一貫したシステム内で容易に実現可能とする、小型で安価な電気泳動システムを提供することができる。

以下、本発明の実施の形態による電気泳動システムを図面とともに詳細に説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１による電気泳動システムの内部の概略構成の斜視図を示すものであり、図２は、電気泳動システムのブロック構成図を示すものである。

本電気泳動システムは、主に、Ｙ軸方向に駆動可能なテーブル機構４０、Ｘ軸方向に駆動可能なキャリッジ機構６０、Ｚ軸方向に駆動可能な切り出し手段６２、画像撮影手段６１、および紫外線照射部７０から構成されている。テーブル機構４０は、図中には明示されない部分もあるが、動力伝達部４２に歯車５１，５２を介してステッピングモータなどの駆動量を制御可能な駆動用モータ５０に接続され、駆動用モータ５０の回転動力を直線運動に変換することにより駆動する。このテーブル機構４０の中心部は、窓状に開口されているか、または、紫外線透過性アクリル樹脂（例えば、住友化学製スミペックス０１０など）、あるいは紫外線透過性ガラス（例えば、旭テクノグラス製ＵＶ−３３Ｓ、ＵＶ−２９など）などの紫外線透過性の高い材料で構成されている。さらに、前記テーブル機構４０には、Ｙ軸方向にスライド移動可能なスライドテーブル４５を挿入可能であり、スライドテーブル４５は、前記テーブル機構４０と同様に、中心部が窓状に開口しているか、または、前出のような紫外線透過性の高い材料で構成され、テーブル機構４０内をＹ軸方向に移動することができる。また、スライドテーブル４５は、電気泳動槽１０の設置部４０ａ、切り出し器具ホルダー３０の設置部４０ｂを有している。

前記スライドテーブル４５に設置可能な電気泳動槽１０は、電気泳動用ゲル１０１を付設するための支持体付設面１１を有し、該支持体付設面１１に設置された電気泳動用ゲル１０１の両端に、白金線等の電極１４を備えており、前記電極に電圧を印加するための受電部１２を有し、該受電部１２は電気泳動システム本体に設けられた電力供給部（図示せず）と脱着可能な構造となっている。

テーブル機構４０の直上には、画像撮影手段６１と、前記切り出し器具２１を把持可能な切り出し手段６２とを一体として有したキャリッジ機構６０が配置されている。本実施の形態１では、画像撮影手段６１にはエリアＣＣＤ方式のカメラを採用し、撮影された電気泳動パターン画像をデジタル化することが可能である。切り出し手段６２は、電気泳動槽１０の支持体付設面１１に対して垂直なＺ軸方向に動作するように切り出し器具動作用モータ５６と、前記切り出し器具動作用モータ５６に接続された歯車５３と、それに連結する切り出し器具把持ピン６７とから構成され、切り出し器具把持ピン６７は、切り出し器具２１の上部孔２２に接続可能な構成となっている。

前記キャリッジ機構６０は、Ｘ軸方向に直線移動が可能なように、Ｘ軸方向に設置された直動シャフト６３と、スラスト軸受け部６５によって連結され、また、キャリッジモータ５５に接続されたリードスクリュー６４と、スクリューナット６４ａによって連結されている。

また、前記テーブル機構４０の下部には、紫外線照射部７０を設けている。紫外線照射７０は、紫外線光源７１を設けるとともに、該紫外線光源７１と、テーブル機構４０との間に、可視光以上の波長の光（例えば４００ｎｍ以上の波長の光）をカットする第一の光学フィルター９１を設置する。また、前記キャリッジ機構６０に搭載された画像撮影手段６１には、紫外線をカットする（例えば６００ｎｍ以下の光をカットする）第２の光学フィルター９２が設置してある。さらに、紫外線照射部７０の点灯、画像撮影手段６１の撮影制御、撮影された画像を元にした電気泳動槽１０の電圧制御、自動的にまたは手動により指定した箇所のゲルを切り出すためのテーブル機構４０の駆動、キャリッジ機構６０の駆動、および、切り出し手段６２の駆動、を制御するシステム制御部１２０を備えている。さらに、該システム制御部１２０においては、前記テーブル機構４０、およびキャリッジ機構６０、および電気泳動パターン画像撮影手段６１を操作して分割撮影して得た複数枚のゲル画像を１枚の画像に合成するための画像合成手段１３０と、撮影したゲル画像から核酸画分の位置を計測する核酸画分位置計測手段１４０とを有している。

図５および図６は、本発明の実施の形態１による電気泳動システムによる照射領域遮蔽手段５１０を示す正面図、および側面図である。

図５および図６に示すように、本発明の実施の形態１による電気泳動システムは、テーブル機構４０と紫外線光源７０との間に、光透過窓２０１を有する光遮蔽平板２００を用いて構成した照射領域遮蔽手段５１０を設けたものである。光遮蔽平板２００の側面には、ローラ２０２が備え付けてあり、ガイドレール２０３上をＹ軸方向に駆動可能な構成となっている。

以上のように構成された電気泳動システムについて、以下、その動作および作用を説明する。
まず、電気泳動槽１０内に電気泳動用ゲル１０１を設置する。支持体である電気泳動用ゲル１０１の一端に設けた注入口に核酸試料を注入した後、ゲルの両端に設置された１対の電極間に規定の電圧を印加する。電圧を印加することで、負に帯電している核酸試料は、陰極から陽極方向に向かって移動を開始する。ゲル内部は微細な網目状となっているため、ゲル内部を移動する核酸試料は、その分子量の大きさによって移動する速度が異なるため、一定時間の電圧を加えたゲル内部では、分子量に基づいてゲルの注入口とほぼ同じ幅の帯状に分離される。このとき、紫外線光源７１を点灯して核酸試料に紫外線を照射すると、核酸試料に予め混合しておいた臭化エチジウムなどの核酸結合性蛍光試薬が蛍光発色する。この蛍光を、画像撮影手段６１にて撮影することで、核酸試料が分子量に基づいて帯状に分離している電気泳動パターンの画像を得ることが出来る。このとき、第一の光学フィルター９１により、紫外線光源７１から発している紫外線より長い波長の不用な光をカットすることで、撮影画質を向上させることができる。また、画像撮影手段６１に取り付けられた第２の光学フィルター９２により、紫外線光源から発光される紫外線をカットすることで、核酸試料に混合された核酸結合性蛍光試薬の蛍光状態のみを、より鮮明に撮影することができる。本実施の形態１では、詳しくは紫外線照射部７０の発光面に４００ｎｍ以上の波長の光を遮断する第１の光学フィルター９１を設け、画像撮影手段においては、撮影面には６００ｎｍ以下の波長の光を遮断する第２の光学フィルター９２を設けている。

また、本電気泳動システムにおいては、電気泳動槽１０がテーブル機構４０の直上に設置されていることと、画像撮影手段６１がゲル面上の移動可能なキャリッジ機構に搭載されていることとから、画像撮影手段６１であるカメラと、被写体であるゲルとの距離が小さく、それに伴い撮影範囲も小さくなる。そこで、前記画像撮影手段６１の撮影範囲を超えるような大面積ゲルの撮影を行う場合は、システム制御部を用いて駆動用モータ５０とキャリッジ用モータ５５を駆動させることで、テーブル機構４０、およびキャリッジ機構をゲル面上の任意の場所に移動させることができ、画像撮影手段６１にてゲルを部分的に分割して撮影し、システム制御部内の記録装置に記録する。システム制御部１２０の記録装置内に記録された分割画像は、システム制御部に設けられた画像合成手段を利用することで、１枚の電気泳動パターン画像を得ることができる。

上記の方法を用いれば、核酸試料の泳動中の状態を連続的または一定間隔の時間で撮影し、核酸画分位置を計測する核酸画分位置計測手段１４０を用いて、最適な泳動パターンを自動で判断し、電気泳動槽の電極への印加電圧を制御することが可能である。また、画像撮影手段６１が電気泳動用ゲル１０１上を走査するため、画像撮影手段６１による電気泳動用ゲル１０１の画像は、ゲルサイズに影響されず、同一の解像度の画像を獲得することが可能となり、従来の画像撮影装置のようにゲルサイズが大きい場合のズーム機能による縮小撮影が必要でなくなり、縮小による画像解像度の低下も発生しない。また、画像撮影手段６１と、被写体であるゲル１０１および紫外線照射部７０が、比較的近距離に設置した構造であるため、紫外線光源７１の光量を必要最小限にすることが可能となり、従来、紫外線光源の光量に９０ワット程度を要していたが、本実施の形態１においては、１５ワット程度で、画像撮影は可能であり、核酸試料に対して、過度の紫外線の暴露を、回避可能としている。

次に、本電気泳動システムにおいて、ゲル切り出し手段６２を用いて、電気泳動実施後の分離した核酸を核酸画分毎に切り出す動作ついて説明する。これまで述べたように、電気泳動から撮影までを実施した核酸試料を、更に後の実験にて使用する際には、ゲルの切り出しによる核酸試料の抽出が必要となる。本電気泳動システムにおいては、まず前記のような方法によって電気泳動パターンを撮影する。その電気泳動パターン画像を元に、目的とする核酸試料が含まれる核酸画分を自動的に検出するか、または表示部に表示された電気泳動パターンの画像を、元に作業者によって手動で指定する。作業者によって切り出し開始命令が実行されると、キャリッジ機構６０がスライドテーブル４５上の切り出し器具ホルダー３０に収納された、切り出し器具２１の直上まで移動し、切り出し手段６２を下方向に移動させることで、切り出し器具２１を把持する。次に、電気泳動パターン撮影画像を元に、指定された場所へ切り出し手段６２を移動させるため、システム制御部において、前記移動すべき量をテーブル機構４０とキャリッジ機構６０の駆動量に変換し、駆動用モータを回転駆動させる。キャリッジ機構６０が指定した位置へ移動したのちは、切り出し器具動作用モータ５６を駆動させることにより切り出し器具把持ピンをゲル設置方向へ降下させ、把持している切り出し器具２１をゲルに押し付け、ゲルの切り出しを行う。切り出されたゲルが切り出し器具２１内部に留まった状態で、キャリッジ機構６０は切り出し器具ホルダー３０の直上まで移動し、ゲルを内部に留置した状態の切り出し器具２１を切り出し手段６２から外して、切り出し器具２１を切り出し器具ホルダー３０へ収納して、切り出し作業を終了する。さらに、テーブル機構４０はテーブル排出動作に移行し、電気泳動槽１０および切り出し器具ホルダー３０を電気泳動システムの外部へと排出し、作業者は、切り出し器具ホルダー３０から切り出し器具２１を取り出し、ピペットなどで切り出し器具２１内部に留置された核酸試料をゲルごと取り出す。本実施の形態１においては、画像撮影手段６１と、切り出し手段６２とを一体ユニット化したキャリッジ機構６０を例示しているが、このように画像撮影手段６１と、切り出し手段６２とをユニット化することで、電気泳動用ゲル１０１の切り出し過程、および切り出し手段６２による切り出し器具２０の切り出し器具ホルダー３０からの把持、収納を、キャリッジによる影が生じることなく、画像撮影手段６１によって詳細に追跡することが可能となる。その後は、背景技術に示したＶｏｇｅｌｓｔｅｉｎとＧｉｌｌｅｓｐｉｅの方法、あるいはＭｏｌｅｃｕｌａｒ Ｃｌｏｎｉｎｇに記載の方法などの適当な方法で、核酸試料を抽出回収することが可能となる。

このような、本電気泳動システムにおいては、電気泳動槽１０と、電気泳動槽１０を搭載可能なＹ軸方向に直線移動が可能なテーブル機構４０と、電気泳動槽１０内のゲルの一部を切り出すことが可能な切り出し器具２０と、切り出し器具２０を把持しゲル面に対して垂直なＺ軸方向に切り出し器具２０を移動させてゲルの切り出しを行う切り出し手段６２と、切り出し手段６２と、画像撮影手段とを備え、ゲル面上Ｘ軸方向に平行移動可能なキャリッジ機構６０と、テーブル機構４０に搭載された電気泳動槽１０内のゲルに紫外線を照射可能な紫外線照射部７０と、キャリッジ機構６０に搭載されたゲルの電気泳動パターンを撮影する画像撮影手段６１と、泳動パターンを撮影するために紫外線照射部７０の点灯、および画像撮影手段６１の撮影制御、電気泳動槽１０の電圧制御、およびテーブル機構４０、キャリッジ機構６０、切り出し手段６２の駆動制御、を行うシステム制御部１２０とを備えることにより、電気泳動の実施、電気泳動パターン画像取得、および、支持体より分離した核酸画分の切り出し回収作業を、作業者が介在することなく実施可能となり、電気泳動用による感電、作業者の紫外線暴露、の防止などの電気泳動に関する作業の安全性の向上と、作業の自動化に伴う研究作業の効率化、を期待できると共に、小型で安価な電気泳動システムを提供することができる。

また、本実施の形態１においては、光透過窓２０１を有する光遮蔽平板２００を設置することにより、テーブル機構４０上の電気泳動槽１０に据え付けた電気泳動用ゲル１０１に対して、紫外線光源７０により照射される紫外線の暴露を防止し、電気泳動用ゲル１０１にて電気泳動を実施する核酸試料の紫外線による損傷を回避することが可能となるものである。

即ち、光遮蔽平板２００には、その一部に光透過窓２０１が設けられており、この光透過窓２０１の垂直方向に電気泳動用ゲル１０１の核酸試料導入溝１０２が存在し、この場所に、電気泳動の際に核酸試料と同時に、比較対照試料として電気泳動にかける核酸のサイズマーカー１６を導入することにより、電気泳動中のサイズマーカー１６の泳動状態を画像撮影手段６１により観察し、電気泳動の進行を追跡することが可能となる。

電気泳動終了後は、光遮蔽平板２００をスライドさせて、電気泳動槽１０の下部からはずすことで、電気泳動用ゲル１０１全面に紫外線が照射され、電気泳動の全体像を、画像撮影手段６１により撮影する。撮影後は、紫外線光源７１の電源を停止するか、あるいは、光遮蔽平板２００を再び、電気泳動槽１０下部にスライドさせて、核酸試料への過度の紫外線暴露を防止することにより、核酸の紫外線暴露を最小限として、核酸の紫外線暴露による損傷を軽微にすることが可能となる。

これにより、切り出し手段６２により切り出した核酸画分を利用して行う後続操作に、紫外線暴露に起因する損傷のない核酸試料を提供することが可能となる。

このような本実施の形態１による電気泳動システムによれば、電気泳動支持体面に前記画像撮影手段における光源から照射される光に対し、任意の照射領域を遮蔽可能とする任意照射領域遮蔽手段５１０を設けたことにより、切り出し手段６２により切り出した核酸画分を利用した、後続操作に紫外線暴露に起因する損傷のない核酸試料を提供することが可能となる効果が得られる。

（実施の形態２）
図７および図８は、本発明の実施の形態２による電気泳動システムにおける照射領域遮蔽手段５２０を示す正面図、および側面図である。

図７および図８に示される本実施の形態２による電気泳動システムは、テーブル機構４０の下部両側に、カーテンシャッター３００（３００ａ，３００ｂ）を設けたものである。

本実施の形態２においては、カーテンシャッター３００ａ，３００ｂは、Ｘ軸方向にそれぞれ独立して駆動可能であり、該両カーテンシャッター３００ａ，３００ｂを、該両者間のシャッター開口部３００ｃが、電気泳動用ゲル１０１の比較対照試料としての、電気泳動にかける核酸のサイズマーカー１６を導入する任意の核酸試料導入溝１０２の部位のみに形成されるよう駆動することにより、この核酸試料導入溝１０２の部位のみに紫外線光源７０からの紫外線を照射することが可能となる。

電気泳動の状態観察は、実施の形態１と同様に、電気泳動中のサイズマーカー１６の泳動状態を画像撮影手段６１により観察し、電気泳動の進行を追跡することができる。

電気泳動終了後は、カーテンシャッター３００ａ，３００ｂをそれぞれ左右側にスライドさせて、該シャッター３００ａ，３００ｂを各々シャッターケース３０５に収納することにより、電気泳動用ゲル１０１の全面に紫外線が照射され、電気泳動の全体像を画像撮影手段６１により撮影する。

撮影後は、紫外線光源７１の電源を停止するか、あるいは、光遮蔽平板２００を再び、電気泳動槽１０の下部にスライドさせて、核酸試料への過渡の紫外線暴露を防止し、核酸の紫外線暴露を最小限として、核酸の紫外線暴露による損傷を軽微にすることが可能となる。

これにより、切り出し手段６２により切り出した核酸画分を利用した後続操作に、紫外線暴露に起因する損傷のない核酸試料を、提供することが可能となる。

このような本実施の形態２による電気泳動システムによれば、電気泳動支持体面に前記画像撮影手段における光源から照射される光に対し、任意の照射領域を遮蔽可能とするカーテンシャッター３００よりなる照射領域遮蔽手段５２０を設けたことにより、切り出し手段６２により切り出した核酸画分を利用して行なう後続操作に、紫外線暴露に起因する損傷のない核酸試料を提供することが可能となる効果が得られる。

（実施の形態３）
図９は、本発明の実施の形態３による電気泳動システムにおける照射領域遮蔽手段５３０を示す正面図である。

図９に示される電気泳動システムは、テーブル機構４０の下部に、液晶板機構４００を設けたものである。

図９において、前記液晶板機構４００は、２枚の導光板４０１に液晶層４０２を挟んだ構成をしており、システム制御部１２０において、紫外線光源７０からの紫外線を電気泳動槽１０の任意の領域に照射することを指定することが可能となる。

本実施の形態３においては、液晶板機構４００の任意の領域を指定し、電圧を印加すると、紫外線光源７０からの紫外線が液晶板機構４００を透過可能となり、その上部の電気泳動槽１０中の電気泳動用ゲル１０１に紫外線が照射することになる。図９に例示するように電気泳動用ゲル１０１の比較対照試料として、電気泳動にかける核酸のサイズマーカー１６を導入する任意の核酸試料導入溝１０２の部位に対向する液晶板機構４００の液晶層４０２の部分領域４０３に電圧を印加することにより、この領域のみを紫外線が透過可能となり、核酸試料導入溝１０２の部位のみに紫外線光源７０からの紫外線を照射できる。

電気泳動の状態観察は、実施の形態１、および実施の形態２と同様に、電気泳動中のサイズマーカーの泳動状態として画像撮影手段６１により観察し、電気泳動の進行を追跡することができる。

電気泳動終了後は、部分領域４０３を電気泳動ゲル１０１の全面になるように指定して、液晶機構４００に電圧を印加することで、電気泳動用ゲル１０１の全面に紫外線を照射可能とし、電気泳動の全体像を画像撮影手段６１により撮影する。

撮影後は、紫外線光源７１の電源を停止するか、あるいは、液晶板機構４００の電圧印加を停止することにより、核酸試料への過渡の紫外線暴露を防止し、核酸の紫外線暴露を最小限として、核酸の紫外線暴露による損傷を軽微にすることが可能となる。

これにより、切り出し手段６２により切り出した核酸画分を利用した後続操作に、紫外線暴露に起因する損傷のない核酸試料を、提供することが可能となる。

このような本実施の形態３による電気泳動システムによれば、電気泳動支持体面に前記画像撮影手段における光源から照射される光に対し、任意の照射領域を遮蔽可能とする任意照射領域遮蔽手段５３０を設けたことにより、切り出し手段６２により切り出した核酸画分を用いて行う、後続操作に紫外線暴露に起因する損傷のない核酸試料を提供することが可能となる効果が得られる。

以上、核酸を試料として、本発明の電気泳動システムについて例示したが、試料としての核酸は、デオキシリボ核酸（ＤＮＡ）、あるいはリボ核酸（ＲＮＡ）であって、１本鎖あるいは２本鎖のいずれのものであっても、適用可能である。

また、本発明の電気泳動システムは、核酸に限定されるものではなく、タンパク質、ペプチドなど他の生体高分子についても、実施可能である。

また、本発明においては、生体高分子は、生体に由来するものに限定されるものではなく、化学合成産物、ポリメラーゼ連鎖反応、あるいはｉｎ ｖｉｔｒｏ転写反応などの増幅産物、ＤＮＡポリメラーゼ、あるいはＲＮＡポリメラーゼによる複製産物などであっても、適用可能である。

本発明にかかる電気泳動システムは、ゲル電気泳動、および電気移動パターンの撮影、電気泳動後の核酸試料の切り出し作業を、自動的に一括して実施可能であると共に、核酸試料が電気泳動に起因する損傷を軽微なものとし、かつ小型で安価な電気泳動装置を提供できるものであり、生体高分子の分析で一般的に利用される電気泳動に関連する技術分野において有用である。

本発明の実施の形態１による電気泳動システムの内部の概要を示した斜視図 本発明の実施の形態１による電気泳動システムのブロック構成図 本発明の実施の形態１による電気泳動システムにおけるテーブル機構の構成を示す斜視図 本発明の実施の形態１による電気泳動システムにおける切り出し手段及び画像撮影手段を示す図 本発明の実施の形態１による電気泳動システムの内部の概要を示した正面図 本発明の実施の形態１による電気泳動システムの内部の概要を示した側面図 本発明の実施の形態２による電気泳動システムの内部の概要を示した正面図 本発明の実施の形態２による電気泳動システムの内部の概要を示した側面図 本発明の実施の形態３による電気泳動システムの内部の概要を示した正面図

符号の説明

１０ 電気泳動槽
１１ 支持体付設面
１２ 受電部
１４ 白金線等の電極
２１ 切り出し器具
２２ 上部孔
３０ 切り出し器具ホルダー
４０ テーブル機構
４０ａ 電気泳動槽設置部
４０ｂ 切り出し器具ホルダー設置部
４２ テーブル機構動力伝達部
４５ スライドテーブル
５１、５２ 歯車
５３ 歯車
５５ キャリッジ機構動作モータ
５６ 切り出し器具動作用モータ
６０ キャリッジ機構
６１ 画像撮影手段
６２ 切り出し手段
６３ 直動シャフト
６４ リードスクリュー
６４ａ スクリューナット
６５ スラスト軸受け部
６７ 切り出し器具把持ピン
７０ 紫外線照射部
７１ 紫外線光源
１０１ 電気泳動用ゲル
１０２ 試料導入溝
１２０ システム制御部
１３０ 画像合成手段
１４０ 核酸画分位置計測手段
２００ 光遮蔽平板
２０１ 光透過窓
２０２ ローラ
２０３ ガイドレール
３００ カーテンシャッター
３０１ ガイドレール
３０２ スラット
３０３ ローラ
３０４ 巻き取りシャフト
３０５ シャッターケース
４００ 液晶板機構
４０１ 導光板
４０２ 液晶層

Claims (7)

1. 生体高分子試料を分離解析する電気泳動システムであって、
   前記生体高分子試料を、支持体を用いて電気泳動させるための電気泳動槽と、
   前記電気泳動槽に付設した前記支持体の両端に電圧を印加し、前記生体高分子試料を電気泳動させる電圧印加手段と、
   前記電気泳動支持体に対し光を照射する手段を有し前記電気泳動の結果を撮影する画像撮影手段と、
   前記画像撮影手段により獲得した画像に基づき、前記電気泳動支持体における生体高分子画分の位置情報を算出し、該支持体で分離した生体高分子の画分を切り出す切り出し手段とを有し、
   前記電気泳動の実施から、前記電気泳動による前記生体高分子分画画分の抽出回収までを、一連に実施可能であり、かつ、
   前記電気泳動支持体面に前記画像撮影手段における光源から照射される光に対し、任意の照射領域を遮蔽可能とする任意照射領域遮蔽手段を備えた、
   ことを特徴とする電気泳動システム。
2. 請求項１に記載の電気泳動システムにおいて、
   前記任意照射領域遮蔽手段は、光透過部を有する光遮蔽平板、シャッター開口部を調整可能なカーテンシャッター、あるいは、その部分領域に電圧を印加することにより光透過部を形成可能な液晶板機構よりなる、
   ことを特徴とする電気泳動システム。
3. 請求項１または請求項２に記載の電気泳動システムにおいて、
   前記電気泳動に供される生体高分子試料が、核酸であり、
   前記電気泳動の支持体面に照射する光源に、紫外線光源を含み、
   前記任意照射領域遮蔽手段が、前記核酸試料に紫外線が照射されるのを遮蔽する、
   ことを特徴とする電気泳動システム。
4. 請求項２または請求項３に記載の電気泳動システムにおいて、
   前記電気泳動支持体に対して紫外線が照射される領域が、前記電気動槽に設けられた前記電気泳動の泳動状態の基準となるサイズマーカーを含む領域であり、該サイズマーカーを用いて電気泳動の進行状況を観察可能である、
   ことを特徴とする電気泳動システム。
5. 請求項４に記載の電気泳動システムにおいて、
   Ｘ軸およびＹ軸方向のいずれか、あるいはその双方に駆動可能である、前記電気泳動槽を設置するテーブル機構、Ｘ軸およびＹ軸方向のいずれか、あるいはその双方に駆動可能である、前記電気泳動結果を撮影する画像撮影手段を設置する第１のキャリッジ機構が設けられ、
   前記画像撮影手段により、前記電気泳動結果を複数の画像に分割して撮影可能であり、
   前記画像撮影手段、前記テーブル機構、および第１のキャリッジ機構の駆動状況より算出される位置情報に基づき、前記分割撮影した画像を一体化合成可能である、
   ことを特徴とする電気泳動システム。
6. 請求項５に記載の電気泳動システムにおいて、
   Ｘ軸およびＹ軸方向のいずれか、あるいはその双方に駆動可能である、前記電気泳動槽を設置するテーブル機構、Ｘ軸およびＹ軸方向のいずれか、あるいはその双方に駆動可能である、前記電気泳動結果を撮影する画像撮影手段を設置する第１のキャリッジ機構、および、Ｘ軸およびＹ軸方向のいずれか、あるいはその双方に駆動可能であり、Ｚ軸方向にも駆動可能である、前記生体高分子画分を切り出すための切り出し手段を設置する第２のキャリッジ機構が設けられ、
   前記電気泳動槽に付設した支持体、該支持体にて分離したサイズマーカー、および生体高分子画分の位置情報を、前記画像撮影手段、前記テーブル機構、および第１及び第２のキャリッジ機構の駆動状況より算出可能である、
   ことを特徴とする電気泳動システム。
7. 請求項６に記載の電気泳動システムにおいて、
   前記任意照射領域遮蔽手段は、前記電気泳動の支持体面の任意の領域を遮蔽し、前記切り出し手段により回収・抽出される前記支持体中の生体高分子試料画分を、前記紫外線が照射されていないものとする、
   ことを特徴とする電気泳動システム。

Images