JP2009042033A - 電気泳動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 回収容器への異なった画分の混入を防止することができる電気泳動装置を提供する。
【解決手段】 生体高分子試料を分離解析する電気泳動装置にあって、電気泳動槽と、電気泳動槽に付設した支持体を有し、支持体における生体高分子画分の位置情報を算出し、支持体から生体高分子の画分を切り出す切り出し手段を有し、画分を回収する機構と、回収された画分を収納する回収容器を備え、連続して回収作業を行うときの画分の回収時の移送経路が交差しないものとする。
【選択図】 図３

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装置に関するものである。

本発明は、核酸の電気泳動装置に関し、より詳細には、電気泳動装置により核酸を分子量毎に分離し、電気泳動の支持体より核酸の切り出し及び回収する技術に関する。

本発明は、電気泳動装置に係り、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、電気泳動支持体からの核酸の回収を好適に実現できるものである。

従来、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、この核酸分画を抽出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、専ら核酸画分の抽出回収には電気泳動による方法が利用されている。

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により、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。

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１、特許文献２、特許文献３）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。
特許第３３８１４８４号公報 特開２０００−８８８０４号公報 特開平７−１３２０７９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）」、７６巻、６１５−６１９頁、１９７９年 Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｃｌｏｎｉｎｇ（モレキュラークローニング）第２版、６．２２−６．３５頁、サンブルック（Ｓａｍｂｒｏｏｋ．Ｊ．），フリッチ（Ｆｒｉｔｓｃｈ．Ｅ．Ｆ．），マニアティス（Ｍａｎｉａｔｉｓ．Ｔ．）編、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

しかしながら、前記従来の電気泳動装置、特に、電気泳動後の支持体からの核酸画分の切り出しを作業者による手動で行う装置の場合、作業者は専ら鋭利なナイフを利用して切り出すため、紫外線を直視しながら操作する必要がある。このとき、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。また、作業中は紫外線を照射し続ける必要があるため、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）形成を回避できない。このため、支持体からの核酸の抽出回収に不適であるという課題を有していた。

また、一連の支持体からの核酸画分の切り出し、回収作業を自動化した前記従来の電気泳動装置では、切り出された画分を定められた経路に基づいて移送し、回収容器に納めることになる。画分の移送に際し、切り出し器具からの脱落が発生し、回収容器の所定の位置に画分を収納できないという課題を有していた。特に、既に抽出回収された画分が入っている回収容器の開口上を、新たに抽出回収された別の画分が通過する時に画分の脱落が発生し、回収容器の同一箇所に複数の画分が混入するという課題を有していた。

さらに、一つの支持体から複数の画分を自動的に連続して抽出回収作業を行うようにしている場合、画分が移送途中の落下等により回収容器に正しく納められないと、その画分は装置中の不定の場所に位置することになる。このとき、これらの画分があった支持体上の位置情報との関連が不明となるため、作業者による回収作業を行っても、事後の実験にこれらの画分を使用することができないという課題を有していた。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、電気泳動後の支持体から核酸画分を抽出回収する際に、回収容器に異なった画分が混入するのを防止すると共に、回収容器への収納に失敗した場合においても、事後に回収した画分の、支持体上の位置情報がわかるようにした電気泳動装置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、本発明の電気泳動装置は、生体高分子試料を分離解析する電気泳動装置にあって、電気泳動槽と、前記電気泳動槽に付設した支持体を有し、前記支持体における生体高分子画分の位置情報を算出し、前記支持体から生体高分子の画分を切り出す切り出し手段を有し、前記画分を回収する機構と、回収された前記画分を収納する回収容器を備え、連続して回収作業を行うときの前記画分の回収時の移送経路が交差しないことを特徴としたものである。

本発明の電気泳動装置によれば、回収容器への異なった画分の混入を防止することができる。

以下に、本発明の電気泳動装置の実施の形態を図面とともに詳細に説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の電気泳動装置の概略構成を示した図である。実施の形態１の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から構成されている。テーブル機構４０には電気泳動槽１０の設置部、切り出し器具ホルダー３０の設置部を有しており、これらの設置部に対し、電気泳動槽１０及び切り出し器具ホルダー３０が設置される。電気泳動層１０の両端には白金線等の電極を備えており、電気泳動層１０に設置された支持体に対し、電極に電圧を印加することにより、電気泳動を実施する。切り出し器具ホルダー３０には、複数の切り出し器具２０が収容される。キャリッジ機構６０は、画像撮影手段６１と電気泳動槽１０の支持体を付設する面に対して垂直なＺ軸方向に駆動可能な切り出し手段６２を一体として有し、テーブル機構４０の直上に位置する。切り出し手段６２には、切り出し器具２０が着脱可能な状態で取り付けられ、切り出し手段６２をＺ軸方向に駆動させることで、電気泳動によって分離された核酸試料を支持体と共に切出すことが可能である。

以上のように構成された電気泳動装置について、以下その動作及び作用を説明する。図２は、本発明の電気泳動装置のテーブル機構４０の斜視図である。

まず、電気泳動槽１０内に支持体として電気泳動用ゲル１０１を設置する。電気泳動用ゲル１０１の一端に設けた注入口１０２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おり、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。なお、ここでは電気泳動パターンを得るために、電気泳動を実施する一例を示したが、予め電気泳動を実施したゲルを電気泳動槽１０に設置しても、紫外線を照射し撮影することで、電気泳動パターンを得ることができる。

撮影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。本発明による電気泳動装置においては、撮影された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判断するようになる。その方法として、画像処理による自動検出、もしくは、表示手段に表示された電気泳動パターンの画像を元に作業者が手動で指定するといった方法が提供される。切り出し作業は、キャリッジ機構６０が切り出し器具ホルダー３０に予め収納された切り出し器具２０の直上まで移動し、切り出し手段６２により切り出し器具２０を把持する。次に、テーブル機構４０とキャリッジ機構６０を駆動して、指定された場所に切り出し器具２０が位置するように切り出し手段６２を移動させる。この位置において、切り出し手段６２を作動させ、把持している切り出し器具２０をゲルに押し付け、ゲルの切り出しを行う。切り出し器具２０内部に切り出されたゲルが留まった状態となった後、切り出し器具ホルダー３０の直上の位置に切り出し器具２０を移動させ、ゲルを内部に留置した状態の切り出し器具２０を切り出し手段６２から外して、切り出し器具ホルダー３０に切り出し器具２０を回収させる。さらに別の部分のゲルを切り出す場合には、再度切り出し器具ホルダー３０に収納されている、別の切り出し器具２０を把持させ、一連の切り出し動作を繰り返し行うようにする。図３は、本発明の電気泳動装置の切り出し器具２０のゲル移送経路を示したものである。ゲルを内部に留置した状態の切り出し器具２０が、切り出し器具ホルダー３０に移動する際の移送経路７０は、一つの電気泳動用ゲル１０１に対して複数の切り出し作業を行う場合、図３に示すように、切り出す画分ごとに異なるようにし、その経路が交差しないようにする。従って、図３中に示した移送経路７１のような経路を本測定装置ではとらない。これにより、移送途中に切り出し器具２０からゲルが脱落した場合、もしくは、ゲルを内部に留置した状態の切り出し器具２０が切り出し手段６２から脱落した場合、その場所が、他の核酸試料が収納される箇所であったときに発生する、他の核酸試料との混合が回避される。また、ゲルもしくは切り出し器具２０の脱落が、前述した切り出し器具ホルダー３０上でない場合には、その移送経路７０は画分ごとに異なるため、移送しているゲルが元来位置していた電気泳動用ゲル１０１上の位置とは固有の関係を持つ。そこで、作業者による回収作業を行っても、そのゲルがあった電気泳動用ゲル１０１上の位置を容易に把握することができるため、事後の実験にそのゲルを使用することができる。もし、移送経路７１のような経路を取った場合、他の経路と交差しているため、その交差した箇所で落下が起こった場合には、どちらの経路を通る画分であるか判断できない。このとき、作業者がその経路を把握できるように移送経路７０を表示する構成を備えた装置とすることが望ましい。

以上のように、本実施の形態においては、ゲルの移送経路が切り出し作業毎に交差しないようにし、異なる核酸試料の混入を防止することができる。

本発明にかかる電気泳動装置は、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作業者の安全と労力の低減を図り、かつ異なる核酸試料の混入を防止する装置を提供でき、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で有用である。

本発明の一実施の形態における電気泳動装置の斜視図 同電気泳動装置のテーブル機構部の斜視図 同電気泳動装置の電気泳動槽の上面図

符号の説明

１０ 電気泳動槽
２０ 切り出し器具
３０ 切り出し器具ホルダー
４０ テーブル機構
６０ キャリッジ機構
６１ 画像撮影手段
６２ 切り出し手段
７０ 移送経路
７１ 移送経路
１０１ 電気泳動用ゲル
１０２ 注入口

Claims (1)

1. 生体高分子試料を分離解析する電気泳動装置にあって、電気泳動槽と、前記電気泳動槽に付設した支持体を有し、前記支持体における生体高分子画分の位置情報を算出し、前記支持体から生体高分子の画分を切り出す切り出し手段を有し、前記画分を回収する機構と、回収された前記画分を収納する回収容器を備え、連続して回収作業を行うときの前記画分の回収時の移送経路が交差しないことを特徴とした電気泳動装置。

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