JP2012202805A

JP2012202805A - 電気泳動装置

Info

Publication number: JP2012202805A
Application number: JP2011067415A
Authority: JP
Inventors: Toru Kaji; 徹加地
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2011-03-25
Filing date: 2011-03-25
Publication date: 2012-10-22

Abstract

【課題】１本の分離流路によって広い範囲の電気泳動による良好な分離を得ることができるようにする。
【解決手段】制御部１８には、第１分離媒体を用いた電気泳動（第１電気泳動）を行なうように構成された第１電気泳動手段２０、及び第１電気泳動後に第２分離媒体を用いた電気泳動（第２電気泳動）を行なうように構成された第２電気泳動手段２２が設けられている。第１電気泳動時、第２電気泳動時にそれぞれ分離流路２８の所定の位置に電気泳動により分離したサンプル成分の検出を行なう検出部１０が設けられている。検出部１０の検出信号に基づいて演算処理を行なう演算処理部２４が設けられている。演算処理部２４は、第１電気泳動時の検出部１０の検出信号により得られる一定範囲の解析結果と第２電気泳動時の検出部１０の検出信号により得られる一定範囲の解析結果を互いの重複部分を重ね合わせて結合し、１つの解析データとする処理を行なうように構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、電気泳動分析を行なうための電気泳動装置に関するものである。

キャピラリを用いた電気泳動分析は、タンパク質やＤＮＡなどの分析に適しており、臨床医学や医薬品、環境物質のモニタリング等の用途に広く利用されている。特に、微細加工技術により形成したマイクロチップ型の電気泳動デバイスは取り扱いの容易さなどから広く用いられている。

一般的なマイクロチップ型電気泳動デバイスは、石英ガラス基板などの透明基板に形成された１本の分離流路を備え、その一端部にサンプルを分注するためのサンプルウエルが設けられ、その上部にリザーバが設けられている。分離流路の他端部にもウエルが設けられ、その上部にもリザーバが設けられている。分離流路内に分離媒体とサンプルを注入した後、両リザーバにバッファ液を充填し、そのバッファ液内に電極を挿入して電圧を印加することで、分離流路においてサンプルの電気泳動を行なう。

しかし、電気泳動によってＤＮＡの配列の解析を行なう場合、１本の分離流路を用いた１回の電気泳動でＤＮＡの全ての領域の分離が得られるわけではない。短鎖から長鎖まで広いレンジでＤＮＡを良好に分離させるためには、相当の長さをもつ分離流路が必要であり、電気泳動デバイスや電気泳動装置が大型化するなどの問題がある。

特開２００８−２４１５２３号公報

上記問題を解決するために、本発明者はマイクロチップに２本の分離流路を設け、それらの流路に分離特性の異なる分離媒体を注入して電気泳動を行なうようにした電気泳動装置を提案している（特許文献１参照。）。マイクロチップに設けられた２本の分離流路は互いに長さが同じであるが、短鎖ＤＮＡを良好に分離させる分離媒体と長鎖ＤＮＡを良好に分離させる分離媒体を各流路において用いることにより、短鎖ＤＮＡと長鎖ＤＮＡとを良好に分離させ、短い分離流路で幅広い領域での解析結果を得ることができる。

本発明は、１本の分離流路によって広い範囲の電気泳動による良好な分離を容易に得ることができるようにすることを目的とするものである。

本発明の電気泳動装置は、第１領域に属する塩基配列の分離に適した分離特性をもつ第１分離媒体を貯留するための第１分離媒体貯留部と、第１領域と一部分が重複する第２領域に属する塩基配列の分離に適した分離特性をもつ第２分離媒体を貯留するための第２分離媒体貯留部と、電気泳動を行なうための１つの分離流路を有する電気泳動デバイスの分離流路に第１分離媒体及び第２分離媒体のいずれか一方を注入するための分離媒体注入機構と、サンプルを分離流路に注入するためのサンプル注入機構と、分離媒体と試料が注入された分離流路の両端に所定電圧を印加するための電圧印加部と、分離流路の所定の位置において電気泳動により分離された成分を検出するための検出部と、分離媒体注入機構、サンプル注入機構、電圧印加部及び検出部を制御する制御部であって、第１分離媒体を分離流路に注入するとともにサンプルを分離流路に注入し、分離流路の両端に所定電圧を印加することによりサンプルの第１電気泳動を実行するように構成された第１電気泳動手段、及び第１電気泳動の後に第２分離媒体を分離流路に注入するとともにサンプルを分離流路に注入し、分離流路の両端に所定電圧を印加することによりサンプルの第２電気泳動を実行するように構成された第２電気泳動手段を有する制御部と、第１電気泳動時と第２電気泳動時の検出部による第１領域と第２領域の解析結果を互いの重複部分を重ね合わせて結合し解析データを作成する演算処理部と、を備えたものである。

「第１領域」、「第２領域」とは、電気泳動によって分離された核酸の一定範囲の塩基数を意味し、例えば第１領域は短鎖側の領域、第２領域は長鎖側の領域である。短鎖側、長鎖側とは、明確な基準が存在するものではなく、第１領域と第２領域の相対的な関係によるものである。

なお、第１電気泳動と第２電気泳動では、泳動のための印加電圧を同一にすることができる。その場合は電源装置の設定を変更することなく両電気泳動を実行することができるので、構成も操作も簡単である。それに対し、第１電気泳動と第２電気泳動で印加電圧を異ならせることもできる。分離する塩基配列の領域に応じて分離能と泳動時間からそれぞれに適した電気泳動条件に設定することができる。

本発明は、１種類のサンプルについての電気泳動処理の回数を２回に限定するものではない。例えば、第１分離媒体又は第２分離媒体と一部分が重複する第３領域に属する塩基配列の分離に適した分離特性をもつ第３分離媒体を貯留するための第３分離媒体貯留部をさらに備え、制御部は第２電気泳動のさらに後に第３分離媒体を分離流路に注入するとともにサンプルを分離流路に注入し、分離流路の両端に所定電圧を印加することによりサンプルの第３電気泳動を実行するように構成された第３電気泳動手段をさらに有し、演算処理部は第１電気泳動から第３電気泳動までの解析結果を互いに重複部分を重ね合わせて結合して解析データを作成するように構成されていてもよい。

本発明の電気泳動装置は、従来の電気泳動装置と同様に一本の分離流路を備えた電気泳動デバイスを用いて電気泳動を行なうものであり、各部を制御するための制御部に、第１領域に属する塩基配列の分離に適した分離特性をもつ第１分離媒体と第２領域に属する塩基配列の分離に適した分離特性をもつ第２分離媒体をそれぞれ用いて第１電気泳動と第２電気泳動を実行するための第１及び第２電気泳動手段を設け、演算処理部により第１電気泳動時と第２電気泳動時の検出部による第１領域と第２領域の解析結果を互いの重複部分を重ね合わせて結合し解析データを作成するようにしたので、既存の電気泳動装置の構成を大幅に変更することなく広い塩基数の範囲の正確な解析データを容易に得ることができる。

電気泳動装置の一実施例を概略的に示すブロック図である。同実施例で使用されるマイクロチップの一例を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は分離流路に沿う方向における断面図である。同実施例の動作の一例を示すフローチャートである。同実施例の装置により解読可能な塩基数の範囲を示すグラフである。

図１及び図２を用いて電気泳動装置の一実施例について説明する。
この電気泳動装置は、図２に示されている試料の電気泳動を行なうための１本の分離流路２８を備えたマイクロチップ（電気泳動デバイス）２６を用いるものである。マイクロチップ２６は２枚の透明基板２６ａ，２６ｂが貼り合わされて構成されており、その接合面に分離流路２８が形成されている。分離流路２８の一端にサンプルウエル３０、他端に廃液ウエル３４が設けられている。サンプルウエル３０の上部にサンプルウエル３０よりも大容量の第１リザーバ３２が設けられ、廃液ウエル３４の上部に廃液ウエル３４よりも大容量の第２リザーバ３６が設けられている。

このマイクロチップ２６に対して直接的に処理を行なう構成として、分離媒体注入機構２、試料分注機構４、バッファ液分注機構６及び電圧印加部８が設けられている。この電気泳動装置は分離媒体として第１分離媒体と第２分離媒体を使用するため、第１分離媒体貯留部１２ａと第２分離媒体貯留部１２ｂを備えている。一般に、ＤＮＡシーケンスの鎖長解析では、高濃度の分離媒体を用いると短鎖ＤＮＡは良好に分離されるものの、長鎖ＤＮＡの分離が悪くなる。一方で、低濃度の分離媒体を用いると、長鎖ＤＮＡは良好に分離されるものの、短鎖ＤＮＡの分離が悪くなる。そこで、短鎖ＤＮＡを良好に分離させるための第１分離媒体と、長鎖ＤＮＡを良好に分離させるための第２分離媒体を用いる。第１分離媒体の分離能（第１領域）と第２分離媒体の分離能（第２領域）は互いに一部が重複している。分離能とは良好に分離させることができる塩基配列数の範囲である。

分離媒体注入機構２は、貯留部１２ａ，１２ｂのいずれかから第１又は第２の分離媒体の吸引と吐出を行なうことができるノズルとともに、分離媒体を分注したリザーバの上面を封止して加圧空気により分離媒体を分離流路２８に注入することができる加圧機構を備えている。試料分注機構４は試料貯留部１４からの試料の吸引と吐出を行なうことができるノズルを備えている。バッファ液分注機構６はバッファ液貯留部１６からのバッファ液の吸引と吐出を行なうことができるノズルを備えている。分離媒体注入機構２、試料分注機構４及びバッファ液分注機構６のノズルとして１つのノズルを洗浄しながら共用することができる。電圧印加部８は２本の電極と両電極間に電圧を発生させる電圧発生回路を備えている。

分離媒体注入機構２、試料分注機構４、バッファ液分注機構６及び電圧印加部８を制御するための制御部１８が設けられている。制御部１８には、第１分離媒体を用いた電気泳動（第１電気泳動）を行なうように構成された第１電気泳動手段２０、及び第１電気泳動後に第２分離媒体を用いた電気泳動（第２電気泳動）を行なうように構成された第２電気泳動手段２２が設けられている。

第１電気泳動時、第２電気泳動時にそれぞれ分離流路２８の所定の位置に電気泳動により分離したサンプル成分の検出を行なう検出部１０が設けられている。検出部１０としては、例えば、光学的な蛍光検出、ＵＶ（紫外線）吸収検出、化学発光検出、作用電極と検出電極を設けた電気化学検出、あるいは分離流路末端から工レクトロスプレイ法によりイオン化して質量分析計で検出するなどの方法によりサンプル成分の検出を行なうものが挙げられる。

検出部１０の検出信号に基づいて演算処理を行なう演算処理部２４が設けられている。演算処理部２４は、図４に示されているように、第１電気泳動時の検出部１０の検出信号に基づいて得られる一定範囲の解析結果と第２電気泳動時の検出部１０の検出信号に基づいて得られる一定範囲の解析結果とを互いの重複部分を重ね合わせて結合し、１つの解析データとする処理を行なうように構成されている。

この実施例の電気泳動装置の動作の一例について図２及び図３を用いて説明する。
まず、サンプルウエル３０に第１分離媒体を供給する（ステップＳ１）。サンプルウエル３０の上面を封止しながら加圧することにより、第１分離媒体を分離流路２８内に注入する（ステップＳ２）。このとき、第１分離媒体が廃液ウエル３４側に溢れだすまで第１リザーバ３２内を加圧する。なお、分離媒体の供給及び加圧は廃液ウエル３４から行なってもよい。

サンプルウエル３０、第１リザーバ３２、廃液ウエル３４及び第２リザーバ３６の第１分離媒体を吸引ノズルにより吸引して除去することにより、分離流路２８内にのみ第１分離媒体を残す（ステップＳ３）。サンプルウエル３０に試料を分注し、第２リザーバ３６にバッファ液を分注する（ステップＳ４）。サンプルウエル３０内及び第２リザーバ３６内にそれぞれ電極を挿入し、両電極間に所定の電圧を印加することにより試料を分離流路２８内に導入する（ステップＳ５）。その後、サンプルウエル３０内に残存する試料を吸引ノズルで吸引して除去し、第１リザーバ３２にバッファ液を分注する（ステップＳ６）。

第１リザーバ３２内及び第２リザーバ３６内にそれぞれ電極を挿入し、両電極間に所定電圧を印加することにより第１電気泳動を行なう（ステップＳ７）。この第１電気泳動では、サンプルＤＮＡの短鎖側の領域の解析結果を得ることができる。

第１電気泳動が終了した後、分離流路２８、サンプルウエル３０、第１リザーバ３２、廃液ウエル３４及び第２リザーバ３６の内部を例えば純水などの洗浄液を用いて洗浄する（ステップＳ８）。

第１分離媒体の場合と同じ要領で、第２分離媒体を分離流路２８内にのみ第２分離媒体を残す（ステップＳ９〜Ｓ１１）。サンプルウエル３０に第１電気泳動と同じ試料を分注し、第２リザーバ３６にバッファ液を分注する（ステップＳ１２）。サンプルウエル３０内及び第２リザーバ３６内にそれぞれ電極を挿入し、両電極間に所定の電圧を印加することにより試料を分離流路２８内に導入する（ステップＳ１３）。その後、サンプルウエル３０内に残存する試料を吸引ノズルで吸引して除去し、第１リザーバ３２にバッファ液を分注する（ステップＳ１４）。

第１リザーバ３２内及び第２リザーバ３６内にそれぞれ電極を挿入し、両電極間に所定電圧を印加することにより第２電気泳動を行なう（ステップＳ１５）。この第１電気泳動では、サンプルＤＮＡの長鎖側の領域の解析結果を得ることができる。第２電気泳動で得た解析結果と第２電気泳動で得た解析結果を重複する塩基数部分を重ね合わせて結合することにより、１つの解析データを作成する（ステップＳ１６）。

なお、この実施例では、１種類の試料に対して第１分離媒体を用いた第１電気泳動と第２分離媒体を用いた第２電気泳動の２回の電気泳動を行なうものとなっているが、３種類以上の分離媒体を用いて３回以上の電気泳動を行ない、各電気泳動で得られた解析結果を結合して１つの解析データを作成するようにしてもよい。

２分離媒体注入機構
４試料分注機構
６バッファ液分注機構
８電圧印加部
１０検出部
１２ａ第１分離媒体貯留部
１２ｂ第２分離媒体貯留部
１４試料貯留部
１６バッファ液貯留部
１８制御部
２０第１電気泳動手段
２２第２電気泳動手段
２４演算処理部
２６マイクロチップ
２８分離流路
３０サンプルウエル
３２第１リザーバ
３４廃液ウエル
３６第２リザーバ

Claims

第１領域に属する塩基配列の分離に適した分離特性をもつ第１分離媒体を貯留するための第１分離媒体貯留部と、
前記第１領域と一部分が重複する第２領域に属する塩基配列の分離に適した分離特性をもつ第２分離媒体を貯留するための第２分離媒体貯留部と、
電気泳動を行なうための１つの分離流路を有する電気泳動デバイスの前記分離流路に前記第１分離媒体及び第２分離媒体のいずれか一方を注入するための分離媒体注入機構と、
サンプルを前記分離流路に注入するためのサンプル注入機構と、
分離媒体と試料が注入された前記分離流路の両端に所定電圧を印加するための電圧印加部と、
前記分離流路の所定の位置において電気泳動により分離された成分を検出するための検出部と、
前記分離媒体注入機構、サンプル注入機構、電圧印加部及び検出部を制御する制御部であって、前記第１分離媒体を前記分離流路に注入するとともにサンプルを前記分離流路に注入し、前記分離流路の両端に所定電圧を印加することによりサンプルの第１電気泳動を実行するように構成された第１電気泳動手段、及び第１電気泳動の後に前記第２分離媒体を前記分離流路に注入するとともにサンプルを前記分離流路に注入し、前記分離流路の両端に所定電圧を印加することによりサンプルの第２電気泳動を実行するように構成された第２電気泳動手段を有する制御部と、
第１電気泳動時と第２電気泳動時の前記検出部による前記第１領域と第２領域の解析結果を互いの重複部分を重ね合わせて結合し解析データを作成する演算処理部と、を備えた電気泳動装置。
前記第１分離媒体又は第２分離媒体と一部分が重複する第３領域に属する塩基配列の分離に適した分離特性をもつ第３分離媒体を貯留するための第３分離媒体貯留部をさらに備え、
前記制御部は第２電気泳動のさらに後に前記第３分離媒体を前記分離流路に注入するとともにサンプルを前記分離流路に注入し、前記分離流路の両端に所定電圧を印加することによりサンプルの第３電気泳動を実行するように構成された第３電気泳動手段をさらに有し、
前記演算処理部は前記第１電気泳動から第３電気泳動までの解析結果を互いに重複部分を重ね合わせて結合して解析データを作成するように構成されている請求項１に記載の電気泳動装置。