JP2013205344A - 電気泳動用試験具の製造装置および製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電気泳動によるタンパク質の分離精度を向上できる電気泳動用試験具の製造装置および製造方法を提供すること。
【解決手段】ステージと、該ステージ上に設置された基材上にゲル材料液を塗布する塗布部と、冷却部とを備え、前記冷却部が、前記ステージと前記塗布部におけるゲル材料液とのうち少なくとも一方を冷却するように構成されたことを特徴とする電気泳動用試験具の製造装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、基材上にゲル層が形成されてなる電気泳動用試験具の製造装置および製造方法に関する。

電気泳動法は、溶液またはこれに浸漬した親水性の支持体などの媒体に電圧をかけることによって、該媒体中の荷電物質がその電荷に応じて電界中を移動する現象を利用した分離分析法である。特に、媒体としてゲルを用いる電気泳動（ゲル電気泳動法）は、タンパク質および核酸のような生体高分子を分離する手法として、生化学、分子生物学などの生命科学分野や臨床検査の分野などにおいて広く利用されている。

タンパク質の電気泳動法には、主として、タンパク質の大きさ（分子量）により分離する方法と、電荷（等電点）により分離する方法とがある。分子量による分離には、ポリアクリルアミドゲルを用いて、ドデシル硫酸ナトリウム（SDS）の存在下で行う電気泳動（SDS-PAGE法）が広く利用されている。SDS-PAGE法では、タンパク質は一定の割合でSDSと結合してその電荷密度が一定となり、この状態でタンパク質が網目状構造を有するポリアクリルアミド中を移動することで、タンパク質は分子ふるい効果により、その分子量に応じて分離される。

等電点による分離には、pH勾配の存在下で行う電気泳動（等電点電気泳動法）が利用されている。等電点電気泳動法では、pH勾配中で、タンパク質が自身の等電点と等しいpHの位置に集まることによって、タンパク質が分離される。等電点電気泳動法の媒体として、従来は両性担体が用いられていたが、近年では、通電中にpH勾配が崩れることのない固定化pH勾配（Immobilized pH Gradient：IPG）ゲルがよく用いられている。

近年では、生物が有する全タンパク質の構造および機能を網羅的に解析することを目的とするプロテオーム解析の一環として、上記の２つの電気泳動法を組み合わせた二次元電気泳動法が利用されている。二次元電気泳動法では、一次元目に等電点電気泳動が行われ、続く二次元目にSDS-PAGEが行われる。これにより、数千種類ものタンパク質を高い分解能で一挙に分離することが可能となった。

このように、ゲル電気泳動法はタンパク質などの生体高分子の分離分析に不可欠な手法であるが、いずれの電気泳動法においても分析の精度および再現性は、用いるゲルの品質によるところが大きい。したがって、当該分野においては、分解能の高いゲルを搭載した電気泳動用試験具を安定して製造可能な技術の開発が望まれている。

例えば、特許文献１には、濃度が異なる２種類のゲル原液を撹拌槽で混合し、その混合液をゲル容器内へ底部から導入してゲル化させることにより濃度傾斜を有するゲルシートを作製する方法が開示されている。この場合、ゲル容器内へ導入する混合液中の各ゲル原液の割合を変化させることによって、所定の濃度傾斜を有するSDS-PAGE用ゲルシートが得られる。また、特許文献１に記載のグラジェントメイカーを用い、ｐＨが異なる２種類のゲル原液を撹拌槽で混合し、その混合液をゲル容器内へ底部から導入してゲル化させることによりｐＨ傾斜を有するゲルシートを作製することができる。この場合、ゲル容器内へ導入する混合液中の各ゲル原液の割合を変化させることによって、所定のｐＨ傾斜を有するゲルシートが得られ、このゲルシートをｐＨ傾斜方向に所定の幅で切断して細長いプレート上に貼り付けることにより、等電点電気泳動用のゲルプレートが得られる。

特許文献１に記載のゲルプレート製造方法では、ゲル容器内での濃度傾斜またはｐＨ傾斜の管理が難しく、安定した品質のゲルプレートが得られ難いという面があった。そこで、濃度傾斜またはｐＨ傾斜を精度よく管理できる技術として、プレート上にモノマー溶液を塗布するゲルプレート製造方法が特許文献２に開示されている。すなわち、プレート上に液たまりを形成し、液たまりにモノマー溶液を吐出した後、重合開始剤を塗布して塗布膜をゲル化させることにより、基材上にゲル層を形成する。この場合、濃度またはｐＨが異なる２種類のモノマー溶液を混合比率を変化させながら混合して液たまりに塗布することにより、所定の濃度傾斜を有するSDS-PAGE用ゲルシートまたは所定のｐＨ傾斜を有する等電点電気泳動用のゲルプレートが得られる。

特許文献１および２のようにして作製されたゲル層を長期間保存できるようにするために、通常はゲル層を乾燥する。そして、使用時に乾燥膜に試料溶液を吸収させ膨潤させることにより、ゲル層を復元する。

特開昭６２−１６７４５９号公報 特開２０１２−２７３９号公報

特許文献２の製造方法では、液たまりとモノマー溶液とが混合した塗布膜に対して重合開始剤を吐出するため、塗布膜中に重合開始剤が均一に拡散する前からゲル化が開始する。そのため、得られたゲル層は、重合度が高く網目構造が細かい部分と重合度が低く網目構造が粗い部分が形成され易い。電気泳動でのタンパク質の分離は、高い分離精度を得る上でゲル層の網目構造が一様であることが重要であるが、特許文献２の製造方法で得られたゲル層ではこの点が不十分である。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、電気泳動によるタンパク質の分離精度を向上できる電気泳動用試験具の製造装置および製造方法を提供することを目的とする。

かくして、本発明によれば、ステージと、該ステージ上に設置された基材上にゲル材料液を塗布する塗布部と、冷却部とを備え、前記冷却部が、前記ステージと前記塗布部におけるゲル材料液とのうち少なくとも一方を冷却するように構成された電気泳動用試験具の製造装置が提供される。

また、本発明の別の観点によれば、基材上にゲル材料液を塗布して塗布膜を形成する塗布工程と、前記塗布膜をゲル化させてゲル層を形成するゲル化工程とを含み、前記塗布工程において、基材と塗布されるゲル材料液とのうち少なくとも一方が冷却状態である電気泳動用試験具の製造方法が提供される。

また、本発明のさらに別の観点によれば、基材上にゲル材料液を塗布して塗布膜を形成する塗布工程と、前記塗布膜をゲル化させてゲル層を形成するゲル化工程とを含み、
前記塗布工程において、常温下でゲル材料液としてのモノマー溶液を基材上に塗布した後、基材上の前記モノマー溶液の塗布膜を冷却し、冷却された前記モノマー溶液の塗布膜にゲル材料液としての重合開始剤を塗布する電気泳動用試験具の製造方法が提供される。

本発明によれば、塗布工程において、基材上の塗布膜の温度が常温よりも低下する。そのため、塗布工程中では、塗布膜のゲル化が抑制され、塗布膜中に重合開始剤を均一に拡散させることができる。この結果、その後のゲル化工程において、塗布膜がむら無く一様にゲル化し、均一な網目構造を有するゲル層が形成され、高精度なタンパク質分離が可能となる高品質な電気泳動用試験具を得ることができる。

本発明の電気泳動用試験具の製造装置の実施形態１を示す構成図である。 実施形態１の製造装置におけるインクジェットヘッドを下方から見た概略底面図である。 実施形態１の製造装置におけるインクジェットヘッドのノズル孔群を示す拡大図である。 実施形態１の製造装置を用いて基材へ酸性モノマー溶液を塗布する状態を示す説明図である。 図４（Ａ）から引き続いて基材へ酸性モノマー溶液を塗布する状態を示す説明図である。 図４（Ｂ）から引き続いて基材へ重合開始剤を塗布する状態を示す説明図である。 実施形態１の製造装置による塗布工程の完了状態を示す説明図である。 実施形態１の製造装置により製造した等電点電気泳動用試験具を示す斜視図である。 図６（Ａ）の等電点電気泳動用試験具におけるゲル層を乾燥した後の保存可能な状態を示す斜視図である。 実施例１の等電点電気泳動用試験具におけるゲル層表面の顕微鏡写真である。 比較例１の等電点電気泳動用試験具におけるゲル層表面の顕微鏡写真である。 図８（Ａ）の部分拡大写真である。 実施例２の等電点電気泳動用試験具の表面を撮影した写真である。 比較例２の等電点電気泳動用試験具の表面を撮影した写真である。

先ず、本発明の電気泳動用試験具の製造装置および製造方法によって製造される電気泳動用試験具について説明する。

（電気泳動用試験具について）
本発明において、電気泳動用試験具は、基材上にゲル層が形成され固定されたものであり、二次元電気泳動における一次元目の等電点電気泳動に用いられる試験具と、二次元電気泳動における二次元目のＳＤＳ−ＰＡＧＥに用いられる試験具との両方が含まれる。すなわち、本発明の電気泳動用試験具の製造装置および製造方法は、これら両方の試験具を製造することができる。

電気泳動用試験具の基材の形態は、特に限定されるものではなく、例えば、細長プレート、平板プレート、所定形状に成型したチップ等が挙げられる。基材の材料としては、電気泳動用試験具の基材としての機能が発揮できるものであれば特に限定されず、例えば、石英ガラス、無アルカリガラス等のガラス、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリメタクリル酸メチル樹脂（ＰＭＭＡ）等の樹脂、アルミナ、低温同時焼成セラミック等のセラミックスなどが挙げられる。また、基材が疎水性材料からなる場合、基材におけるゲル層が形成される面を親水性処理してもよく、これにより基材に対する後述のモノマー溶液の濡れ性が向上し、モノマー溶液がゲル化したゲル層と基材との密着性が向上する。親水性処理としては、硫酸を用いたニトロ化、硝酸を用いたスルホン化、酸素プラズマ処理等が挙げられる。

電気泳動用試験具のゲル層の材料は、電気泳動用試験具のゲル層としての機能が発揮できるものであれば特に限定されず、例えば、一般的なポリアクリルアミドゲルの材料としては、アクリルアミド（モノマー）、ビスアクリルアミド（架橋剤）、ｐＨ調整材料（ｐＨバッファ）、テトラメチルエチレンジアミン（ＴＥＭＥＤ：重合促進剤）、過硫酸アンモニウム（ＡＰＳ：重合開始剤）および純水が挙げられる。

本発明において、ゲル層は、ゲル材料液を基材上に塗布しゲル化させることにより形成される。この際、予め重合開始剤を添加したゲル材料液（重合開始剤入りゲル材料液）を基材上に塗布する場合と、重合開始剤以外の材料を混合したモノマー溶液（重合開始剤を含まないゲル材料液）を基材上に塗布した後、この塗布膜上に重合開始剤を塗布する場合があり、本発明ではこれら両方の場合を包含する。

よって、本発明において、「ゲル材料液」とは、特に言及がない限り、予め重合開始剤を添加したゲル材料液、重合開始剤を含まないゲル材料液、および重合開始剤の全てを意味する。以下、「予め重合開始剤を添加したゲル材料液」を「重合開始剤入りゲル材料液」という場合があり、「重合開始剤を含まないゲル材料液」を「モノマー溶液」という場合がある。

（電気泳動用試験具の製造装置および製造方法について）
本発明の電気泳動用試験具の製造装置（以下、「試験具製造装置」という場合がある）は、ステージと、該ステージ上に設置された基材上にゲル材料液を塗布する塗布部と、冷却部とを備える。
また、本発明の電気泳動用試験具の製造方法（以下、「試験具製造方法」という場合がある）は、基材上にゲル材料液を塗布して塗布膜を形成する塗布工程と、前記塗布膜をゲル化させてゲル層を形成するゲル化工程とを含む。

ステージは、基材を支持する台であり、例えば、基材と同じ材料（ガラス、樹脂、セラミックス等）、あるいはステンレス、チタン、ニッケル合金等の耐薬品性金属、銅、アルミニウム等の熱導電性が高い金属と耐薬品性材料との複合材にて形成することができる。また、ステージにおける基材を設置する上面には、基材を嵌め入れる位置決め凹部が設けられてもよい。

塗布部としては、ステージ上にセットされた基材上面の所定領域にゲル材料液を塗布できるものであれば特に限定されず、例えば、ピペッター、ディスペンサー、インクジェット装置等が挙げられる。これらの中でも、高精度に微小液滴を吐出して基材に付着させるインクジェットヘッドを備えたインクジェット装置を用いることが好ましい。インクジェットヘッドを用いれば、細長い基材の所定領域にも高精度かつ定量的に微小液滴を塗布することができるため、得ようとするゲル層の形成領域、膜厚、ｐＨ傾斜および濃度傾斜等を容易かつ高精度に制御することができる。

塗布部は、メンテナンス性の観点から、モノマー溶液と、重合開始剤とを個別に基材上に塗布するように構成されることが好ましい。すなわち、塗布部は、モノマー溶液を吐出するモノマー溶液吐出部と、重合開始剤を吐出する重合開始剤吐出部とを有するインクジェット装置であることが好ましい。

さらに、モノマー溶液吐出部が、第１液吐出部と第２吐出部とを有していてもよい。このようにすれば、試験具製造装置にて等電点電気泳動用試験具を製造する場合、第１吐出部が酸性モノマー溶液を吐出する酸性溶液吐出部であり、第２吐出部が塩基性モノマー溶液を吐出する塩基性溶液吐出部であるように構成することができる。これにより、酸性溶液吐出部からの酸性モノマー溶液と塩基性吐出部からの塩基性モノマー溶液の塗布量を調整することにより、ゲル層の高精度なｐＨ傾斜を容易に形成することができる。
また、試験具製造装置にてＳＤＳ−ＰＡＧＥ用試験具を製造する場合、第１吐出部から第１の濃度のモノマー溶液を吐出し、第２吐出部から第１の濃度と異なる第２の濃度のモノマー溶液を吐出するように構成することができる。これにより、第１吐出部からのモノマー溶液と第２吐出部からのモノマー溶液の塗布量を調整することにより、ゲル層の高精度な濃度傾斜を容易に形成することができる。

冷却部は、前記ステージと前記塗布部におけるゲル材料液とのうち少なくとも一方を冷却するように構成されている。すなわち、冷却部は、ステージのみを冷却するか、あるいは塗布部におけるゲル材料液のみを冷却するか、あるいはステージと塗布部におけるゲル材料液との両方を冷却するように構成されている。これにより、塗布工程中において、基材上の塗布膜の温度が常温より低下するため、塗布膜のゲル化を抑制しながら塗布膜中に重合開始剤を均一に拡散させることができる。この結果、その後のゲル化工程において、塗布膜がむら無く一様にゲル化し、均一な網目構造を有するゲル層が形成され、タンパク質を高精度に分離可能な高品質な電気泳動用試験具を得ることができる。このような観点から、冷却部は、ステージと塗布部におけるゲル材料液との両方を冷却することが特に好ましい。

冷却部としては、特に限定されず、例えば、ペルチェ素子、冷媒と熱交換器を用いたヒートポンプ等が挙げられる。試験具製造装置の小型化と低コスト化、および、冷却したい複数箇所を容易かつ少ないエネルギーで冷却することができる観点から、冷却部としてペルチェ素子を用いることが好ましい。

また、冷却部は、前記モノマー溶液吐出部におけるモノマー溶液と、前記重合開始剤吐出部における重合開始剤との少なくとも一方を冷却するように構成されてもよい。モノマー溶液吐出部から吐出されるモノマー溶液はゲル層の質量の大半を構成するため、モノマー溶液吐出部用の冷却部によってモノマー溶液を冷却することは、基材上に冷却された塗布膜を迅速に形成する上で有効である。モノマー溶液と重合開始剤の両方を冷却することが特に好ましく、これにより塗布工程中の塗布膜のゲル化をさらに抑制することができる。

試験具製造装置は、電気泳動用試験具の製造をより自動化する上で、ステージと塗布部を相対的に移動させる移動機構をさらに備えてもよい。移動機構としては、直線方向または平面方向に移動するものであれば特に限定されない。
例えば、直線的移動機構としては、モータにより駆動するボールネジ、チェーン・スプロケット、ベルト・プーリ、ラック・ピニオン等を用いたリニアガイド機構、エアーまたはオイルシリンダ機構等が挙げられる。平面的移動機構としては、直線的移動機構の組み合わせ、ロボットアーム等が挙げられる。

等電点電気泳動用試験具を製造する場合は細長い基材上にゲル層を形成するため直線的移動機構を採用し、ＳＤＳ−ＰＡＧＥ用試験具を製造する場合は平板形の基材上にゲル層を形成するため平面的移動機構を採用すればよい。さらに、このような移動機構は、固定した塗布部に対してステージを移動させるように構成されることが、装置構成を簡素化できる上で好ましい。

試験具製造装置は、ステージおよび塗布部を収納するケースと、ケース内に不活性ガスを導入する不活性ガス導入部とをさらに備えてもよい。これにより、不活性ガス雰囲気下で塗布工程を行うことができるため、ゲル化の阻害要因となる酸素が塗布膜中に混入することが防止されるため、高品質なゲル層を形成することができる。また、ケース内の空気を不活性ガスと置換することにより、乾燥雰囲気下で塗布工程を行うことができるため、ステージ周辺の結露が防止され、結露による水滴が基材に付着してゲル層の品質が低下するという不具合を防止できる。

塗布工程後にステージから塗布膜を有する基材を取り出して常温下に放置することにより、塗布膜の温度が徐々に上昇してゲル化が促進する。よって、ステージから塗布膜を有する基材を取り出すことによりゲル化工程が開始される。また、ゲル化をより促進して生産性を上げる上で、常温を超える雰囲気下で塗布膜をゲル化させる、基材を加熱する、あるいはこれらの両方を行うようにしてもよい。また、不活性ガス雰囲気下でゲル化工程を行ってもよい。

ゲル化工程後、形成されたゲル層を乾燥させる乾燥工程を行い、さらにその後に冷凍工程を行ってもよい。あるいは、ゲル化工程後、フリーズドライ工程を行ってもよい。これにより、電気泳動用試験具の保存性を高めることができる。

以下、図面を参照しながら本発明の電気泳動用試験具の製造装置および製造方法の実施形態を詳説する。

（実施形態１）
図１は本発明の電気泳動用試験具の製造装置の実施形態１を示す構成図である。また、図６（Ａ）は実施形態１の製造装置により製造した等電点電気泳動用試験具を示す斜視図である。なお、実施形態１では、等電点電気泳動用試験具の製造装置および製造方法を説明する。

実施形態１の試験具製造装置は、基材Ｓがセットされるステージ１０と、冷却部としての複数のペルチェ素子２０と、塗布部としてのインクジェット装置３０と、ステージ１０を直線方向に移動させる移動機構４０と、これらを収納する密閉可能なケース５０と、ケース５０内の空気を排気する排気部６０と、ケース５０内に不活性ガスを導入する不活性ガス導入部７０と、図示しない制御部とを備える。なお、ケース５０には図示しない開閉扉が設けられている。

移動機構４０は、ペルチェ素子２０を介してステージ１０を支持する支持台４０ａを有し、この支持台４０ａが図示しないリニアガイド機構によって直線方向に往復移動可能とされている。塗布工程では、移動機構４０によってステージ１０は一定速度で移動すると共に、設定した吐出ピッチでゲル材料液がインクジェット吐出される。本実施形態の場合、吐出制御は次の如くである。

移動機構はガラススケール等を含み、基準距離（例えば、：0.1μｍ）毎に現在座標を常時、後述の制御部に出力する。なお、基準距離は移動機構の種類に依存する。制御部では、移動機構からの信号に対し、予め装置使用者が設定した分周比（例えば、30倍）に従って、整数倍された距離だけ移動機構が移動する毎に、インクジェットヘッドに信号を送る。そして、インクジェットヘッドは制御部からの入力信号に従って、ゲル材料液を吐出する。このような制御により、移動機構を連続的に動作させつつ、移動機構と吐出の同期をとっている。なお、本明細書において、「吐出ピッチ」とは、基準距離と分周比を掛け合わせた値であり、基準距離0.1μｍの場合、装置使用者が分周比を30倍に設定することで吐出ピッチ3μｍでのゲル材料液を吐出させることができる。

ステージ１０を冷却するペルチェ素子２０は、その吸熱面がステージ１０の下面と接触し、放熱面が支持台４０ａの上面と接触している。これにより、ステージ１０から奪われた熱が支持台４０ａへ伝えられるため、支持台４０ａはヒートシンクとしても機能する。

図１において、実線で示された支持台４０ａは待機位置にあり、塗布工程において２点鎖線で示された位置まで支持台４０ａ、それに搭載されたペルチェ素子２０、ステージ１０および基材Ｓは直進する。これにより、ステージ１０上にセットされた基材Ｓは、後述する第１〜第３インクジェットヘッド３１ｂ、３２ｂ、３３ｂの真下を通過する。

インクジェット装置３０は、酸性溶液吐出部３１と、塩基性溶液吐出部３２と、重合開始剤吐出部３３と、負圧調整部３４とを備える。
酸性溶液吐出部３１は、酸性モノマー溶液Ａを貯蔵する第１タンク３１ａと、第１インクジェットヘッド３１ｂと、第１タンク３１ａから第１インクジェットヘッド３１ｂへ酸性モノマー溶液Ａを送る第１パイプ３１ｃと、第１パイプ３１ｃに設けられた図示しない電磁弁とを有し、水頭差を利用して第１タンク３１ａから第１インクジェットヘッド３１ｂへ酸性モノマー溶液Ａが供給されるように構成されている。

塩基性溶液吐出部３２は、塩基性溶液Ｂを貯蔵する第２タンク３２ａと、第２インクジェットヘッド３２ｂと、第２タンク３２ａから第２インクジェットヘッド３２ｂへ塩基性溶液Ｂを送る第２パイプ３２ｃと、第２パイプ３２ｃに設けられた図示しない電磁弁とを有し、水頭差を利用して第２タンク３２ａから第２インクジェットヘッド３２ｂへ塩基性モノマー溶液Ｂが供給されるように構成されている。

重合開始剤吐出部３３は、重合開始剤Ｃを貯蔵する第３タンク３３ａと、第３インクジェットヘッド３３ｂと、第３タンク３３ａから第３インクジェットヘッド３３ｂへ重合開始剤Ｃを送る第３パイプ３３ｃと、第３パイプ３３ｃに設けられた図示しない電磁弁とを有し、水頭差を利用して第３タンク３３ａから第３インクジェットヘッド３３ｂへ重合開始剤Ｃが供給されるように構成されている。

第１〜第３インクジェットヘッド３１ｂ〜３３ｂとしては、サーマルジェット方式、ピエゾジェット方式、静電駆動方式等が挙げられるが、インクジェット装置３０における各液（酸性モノマー溶液Ａ、塩基性モノマー溶液Ｂ、重合開始剤Ｃ）を冷却する場合は、各液に熱を加えるサーマルジェット方式を用いず、ピエゾジェット方式または静電駆動方式を用いることが望ましい。

負圧調整部３４は、第１〜第３タンク３１ａ〜３３ａとパイプ３５〜３７にて接続されており、第１〜第３タンク３１ａ〜３３ａ内の気圧を管理し、第１〜第３インクジェットヘッド３１ｂ〜３３ｂのノズル孔Ｈ（図５参照）から液が垂れ落ちない所定の圧力となるよう、第１〜第３タンク３１ａ〜３３ａ内を大気圧より低い所定圧で一定になるように調整する。なお、後述する排気部６０の排気管６０ａにおける真空ポンプ６０ｂとバルブ６０ｃとの間に分岐管を接続し、電磁弁が設けられた前記パイプ３５〜３７を前記分岐管に接続することにより、負圧調整部３４を構成することもできる。

第１〜第３インクジェットヘッド３１ｂ〜３３ｂは一体化されて１組の吐出ヘッドユニットＵが構成されており、この吐出ヘッドユニットＵは図示しない固定部材にて固定されている。そして、図３に示すように、この基材Ｓの移動軌跡Ｅ上に、第１〜第３インクジェットヘッド３１ｂ〜３３ｂは一列で配置されているが、ヘッド配置順はこの順番に限定されない。なお、実施形態１の場合、基材Ｓの移動方向の上流側から第１〜第３インクジェットヘッド３１ｂ〜３３ｂの順で配置されている。

また、図３と図４に示すように、基材Ｓの移動軌跡Ｅと対向する第１〜第３インクジェットヘッド３１ｂ〜３３ｂの下面には、移動軌跡Ｅの方向と直交する方向に複数のノズル孔Ｈが１列で設けられている。すなわち、１列のノズル孔群ＨＧが、移動軌跡Ｅの方向と直交する方向に、かつ移動軌跡Ｅの幅を超える長さで延びている。ノズル孔径Ｄおよびノズル孔間隔Ｐは特に限定されないが、ノズル孔Ｈの径は10〜100μｍ程度が適当であり、ノズル孔間隔Ｐは100〜200μｍ程度が適当である。なお、ノズル列が直線状に配置されている場合、ヘッド向きを傾けることで見掛け上、ノズル孔間隔を狭くする方法も使用できる。また、第１〜第３インクジェットヘッド３１ｂ〜３３ｂにおいて、ノズル孔群ＨＧは２列以上の複数列で設けられていてもよい。

吐出ヘッドユニットＵの外面にはペルチェ素子２０が吸熱面を接触させて設けられると共に、第１〜第３タンク３１ａ〜３３ａの外面にもペルチェ素子２０が吸熱面を接触させて設けられている。このように構成することにより、各吐出部３１〜３３における各液（酸性モノマー溶液Ａ、塩基性モノマー溶液Ｂ、重合開始剤Ｃ）が冷却されて増粘するため、各液に添加する増粘剤の添加量を低減することができる。なお、インクジェットヘッド側のペルチェ素子２０とタンク側のペルチェ素子２０のうちいずれか一方を省略してもよいが、インクジェットヘッド側のペルチェ素子２０は残しておく方が好ましい。

排気部６０は、ケース５０の所定箇所に形成された排気孔と接続された排気管６０ａと、排気管６０ａと接続された真空ポンプ６０ｂと、前記排気孔と真空ポンプ６０ｂとの間の排気管６０ａに設けられたバルブ（電磁弁）６０ｃとを備え、ケース５０内の空気を外部に排出する。

不活性ガス導入部７０は、ケース５０の所定箇所に形成された導入孔と接続された導入管７０ａと、導入管７０ａと接続された不活性ガスボンベ７０ｂと、前記排気孔とガスボンベ７０ｂとの間の導入管７０ａに設けられたバルブ（電磁弁）７０ｃとを備え、不活性ガスボンベ７０ｂ内の不活性ガス（例えば、窒素またはアルゴン等）をケース５０内に導入する。

図示しない制御部は、試験具製造装置における各種の駆動部およびセンサと電気的に接続されている。ここで、各種駆動部としては、例えば、移動機構４０のモータ、ペルチェ素子２０の電源、ペルチェ素子２０の放熱面側と熱交換する図示しないチラー、各電磁弁、真空ポンプ６０ｂ、負圧調整部３４等が挙げられる。また、各種センサ（図示省略）としては、ステージ１０上に設けられた温度センサ、第１〜第３インクジェットヘッド３１ｂ、３２ｂ、３３ｂ内の液温および気圧を検知する温度センサおよび圧力センサ等が挙げられる。

また、制御部は、所定のプログラムデータを記憶する記憶部、記憶部に所定のプログラムデータを入力する入力部、各種センサから入力された信号が入力された検知信号とプログラムデータとを比較する判定部、判定部からの制御信号を各駆動部へ出力する出力部等を備え、各種センサからの検知信号と所定のプログラムに基づいて、各種駆動部の駆動を制御して塗布工程を所定の手順で行う。

次に、本発明の試験具製造装置を用いた試験具製造方法の一例について説明する。
先ず、図１に示すように、待機位置にあるステージ１０上に細長い矩形の基材Ｓをセットする。また、各ペルチェ素子２０を通電して、ステージ１０上の基材Ｓと、酸性溶液吐出部３１の酸性モノマー溶液と、塩基性溶液吐出部３２の塩基性モノマー溶液と、重合開始剤吐出部３３の重合開始剤とを冷却する。なお、冷却温度としては、２０℃以下が好ましく、例えば、５〜２０℃である。続いて、ケース５０を密閉し、排気部６０を駆動してケース５０内の空気を外部に排出した後、不活性ガス導入部７０からケース５０内に不活性ガス（例えば、窒素ガス）を大気圧付近まで導入する。

次に、所定のプログラムに基づく塗布工程が行われる。すなわち、図４（Ａ）、（Ｂ）および図５（Ａ）、（Ｂ）に示すように、移動機構４０により支持台４０ａが矢印Ｍ方向に断続的に一定速度で移動すると共に、第１〜第３インクジェットヘッド３１ｂ〜３３ｂから微小液滴Ｌａ、Ｌｂ、Ｌｃが一定時間間隔で断続的に吐出して、基材Ｓ上に常温より低温の塗布膜Ｌ３が形成される。

詳しく説明すると、図４（Ａ）に示すように、基材Ｓの一端Ｓ₁がインクジェット装置３０の第１インクジェットヘッド３１ｂのノズル孔群ＨＧの真下位置まで移動したところで、第１インクジェットヘッド３１ｂから冷却された酸性モノマー溶液の微小液滴Ｌａが吐出されて冷却された基材Ｓ上に塗布される。これにより、図４（Ｂ）に示すように、常温より低温の酸性モノマー溶液の塗布膜Ｌ１が基材Ｓの一端Ｓ₁側に形成される。この場合、ステージ１０上に微小液滴Ｌａが吐出されないように、第１インクジェットヘッド３１ｂにおけるノズル孔群ＨＧのうちから微小液滴Ｌａを吐出するノズル孔Ｈが選択されており、これについては第２および第３インクジェットヘッド３２ｂ、３３ｂでも同様である。

そして、基材Ｓの一端Ｓ₁が第２インクジェットヘッド３２ｂのノズル孔群ＨＧの真下位置まで移動したところで、第２インクジェットヘッド３２ｂから冷却された塩基性モノマー溶液の微小液滴Ｌｂが吐出されて冷却された塗布膜Ｌ１上に塗布される。これにより、図５（Ａ）に示すように、酸性モノマー溶液と塩基性モノマー溶液とが混合した混合モノマー溶液の塗布膜Ｌ２が基材Ｓの一端Ｓ₁側に形成される。

そして、基材Ｓの一端Ｓ₁が第３インクジェットヘッド３３ｂのノズル孔群ＨＧの真下位置まで移動したところで、第３インクジェットヘッド３３ｂから冷却された重合開始剤の微小液滴Ｌｃが吐出されて冷却された塗布膜Ｌ２上に塗布される。これにより、前記混合モノマー溶液と重合開始剤とが混合した重合開始剤入りゲル材料液の塗布膜Ｌ３（図５（Ｂ）参照）が基材Ｓの一端Ｓ₁側に形成され、このようにして基材Ｓの一端Ｓ₁側から他端Ｓ₂側に向かって連続的に塗布膜Ｌ３が形成されていく。

そして、基材Ｓの他端Ｓ₂が第１〜第３インクジェットヘッド３１ｂ〜３３ｂを順次通過した時点で、図５（Ｂ）に示すように、第１〜第３インクジェットヘッド３１ｂ〜３３ｂからの液滴吐出が順次停止し、塗布工程が完了する。なお、第１および第２インクジェットヘッド３１ｂ、３２ｂからの酸性モノマー溶液（微小液滴Ｌａ）および塩基性モノマー溶液（微小液滴Ｌｂ）の吐出量は、ゲル化工程後に得られるゲル層の長手方向（矢印Ｍ方向）のｐＨ傾斜が所定の傾斜となるように調整される。

この塗布工程において、基材Ｓ上に形成される塗布膜Ｌ３は冷却状態が維持され、重合開始剤の不活性化が維持されているため、塗布膜Ｌ３のゲル化は抑制され続けると共に、重合開始剤が塗布膜Ｌ３中に均一に拡散していく。また、窒素雰囲気下で塗布工程が行われるため、ゲル化を阻害する酸素が塗布膜Ｌ３中に混入することがなく、その後のゲル化工程において塗布膜Ｌ３のゲル化を確実かつ順調に進めることができる。さらに、ケース５０内は窒素置換により空気中の水分も排除されて乾燥雰囲気となるため、冷却された基材Ｓ上に結露が生じたり、冷却された吐出ヘッドユニットＵの外面に結露が生じてその水滴が基材Ｓ上に落下して塗布工程が行えなくなるという不具合も確実に防止される。

その後、支持台４０ａが待機位置まで戻り、ケース５０の扉を開けて基材Ｓを取り出し、ゲル化工程用のケース内に収納し、そのケース内で塗布膜Ｌ３のゲル化工程を常温下で行う。常温下のゲル化工程では、塗布膜Ｌ３の温度が常温までゆっくりと上昇するため、塗布膜Ｌ３のゲル化もゆっくりと進行し、均一な網目構造を有するゲル層が形成される。なお、常温下でのゲル化完了までには3〜5時間程度の時間を要する。ゲル化完了後は、図７に示すように、四方の端部に丸みを有するゲル層Ｇ₁が基材Ｓ上に形成された等電点電気泳動用試験具ＧＰ₁が得られる。この試験具ＧＰ₁のゲル層Ｇ₁の厚みとしては、例えば、200〜1000μｍ程度である。

試験具ＧＰ₁を保存可能な状態とする場合、ゲル層Ｇ₁をヒータにて加熱する、あるいはゲル層Ｇ₁に熱風を吹き付けて乾燥する乾燥工程が行われる。図８は図７で示された等電点電気泳動用試験具を乾燥した状態を示す斜視図である。すなわち、乾燥工程によって、基材Ｓ上のゲル層Ｇ₁が乾燥した乾燥膜Ｄ₁を有する試験具ＧＰＤが得られる。さらに、乾燥工程後に、ゲル層Ｇ₁を−２０℃以下に冷却する冷却工程を行ってもよい。あるいは、乾燥工程および冷却工程の代わりに、フリーズドライ工程を行ってもよい。

（実施形態２）
実施形態１では、基材上に直接モノマー溶液を塗布した場合を例示したが、次の実施形態２のようにしてもよい。
図示省略するが、実施形態２の製造方法では、塗布工程において、基材上に予め水膜を形成し、この水膜上に実施形態１の如くモノマー溶液と重合開始剤を個別に塗布する。基材上への水膜形成は、例えば、ピペットにて所定量の純水を基材上に塗布することにより行われる。

実施形態２によれば、先ず基材上に水膜を形成し、水膜上にモノマー溶液を塗布するため、基材表面に対するモノマー溶液の濡れ性が改善される。また、塗布工程中は基材上の塗布膜が冷却され続けるため、水膜中にモノマー溶液が均一に拡散しながら重合開始剤も均一に拡散することができる。したがって、その後のゲル化工程において、塗布膜がゲル化して均一な網目構造を有するゲル層が形成される。

（実施形態３）
実施形態１および２では、塗布工程において、基材およびゲル材料液の少なくとも一方を冷却する場合を例示したが、次の実施形態３のようにしてもよい。
図示省略するが、実施形態３の製造方法では、前記塗布工程において、常温下でゲル材料液としてのモノマー溶液を基材上に塗布した後、基材上の前記モノマー溶液の塗布膜を冷却し、冷却された前記モノマー溶液の塗布膜にゲル材料液としての重合開始剤を塗布する。この場合、塗布前のモノマー溶液は常温であり、塗布前の重合開始剤は常温または冷却されている。このようにしても、その後のゲル化工程において、均一な網目構造を有するゲル層が形成される。

（他の実施形態）
１．実施形態１（図１参照）では、吐出ヘッドユニットＵを固定しかつ移動機構４０にてステージ１０を移動させる場合を例示したが、ステージ１０を固定しかつ吐出ヘッドユニットＵを移動させるようにしてもよい。

２．実施形態１では、吐出ヘッドユニットＵの下を基材Ｓが１度通過することにより塗布膜Ｌ３が形成される場合を例示したが、基材Ｓを１往復以上移動させて塗布膜Ｌ３を形成してもよい。この場合、重合開始剤の塗布時期を、例えば、毎回の移動時、所定回の移動時、あるいは最後の移動時に設定することができる。

３．実施形態１では、第１〜第３インクジェットヘッド３１ｂ〜３３ｂが一体化された吐出ヘッドユニットを１組備え、１組の吐出ヘッドユニットにて１枚の基材Ｓ上に塗布膜Ｌ３を形成する等電点電気泳動用試験具の製造装置および製造方法を説明したが、吐出ヘッドユニットは２組以上の複数組みが設けられてもよい。この場合、複数組の吐出ヘッドユニットを基材の移動方向（矢印Ｍ方向）と直交する方向に並べると共に、ステージ１０上に複数枚の基材を平行にセットし、各吐出ユニットにて各基材上に塗布膜を形成するように構成する。これにより、等電点電気泳動用試験具の生産性を高めることができる。

４．本発明はＳＤＳ−ＰＡＧＥ用試験具の製造装置および製造方法にも適用できる。この場合、支持台を副走査方向（矢印Ｍ方向：図１参照）およびこの方向と直交する走査方向に移動可能に構成すると共に、吐出ヘッドユニットの各ノズル孔群ＨＧ（図３参照）の方向を副走査方向に変更する。そして、ステージ上の平板形基材を走査方向に往動させながら液滴を吐出し、次に基材を副走査方向に所定距離移動させ（この間の液滴吐出は停止する）、その後、基材を走査方向に復動させながら液滴を吐出し、基材を副走査方向に所定距離移動させる（この間の液滴吐出は停止する）動作を繰り返す。この場合、所定の濃度傾斜を有するゲル層が得られるように、ゲル濃度が異なる２種類の液滴（モノマー溶液）を吐出量を調整しながら吐出する。

５．前記ＳＤＳ−ＰＡＧＥ用試験具の製造装置および製造方法は、生産性の高い別の等電点電気泳動用試験具の製造装置および製造方法として用いることもできる。この場合、走査方向のｐＨは一定であり、副走査方向にｐＨ傾斜が形成された平板形のゲル層を形成することができる。そして、このゲル層を基材と共に副走査方向に所定幅で切断することにより、図６（Ａ）に示された試験具ＧＰ₁を得ることができる。あるいは、ゲル層を乾燥した乾燥膜を基材と共に副走査方向に所定幅で切断することにより、図６（Ｂ）で示された試験具ＧＰＤ₁を得ることができる。

６．実施形態１では、モノマー溶液と重合開始剤を個別に基材上へ塗布する場合を例示したが、重合開始剤入りゲル材料液を基材上へ塗布してもよい。この場合、塗布工程中に重合開始剤入りゲル材料液のゲル化が進行しないよう、冷却状態の重合開始剤入りゲル材料液が用いられる。例えば、塗布部において、冷却されたモノマー溶液と冷却された重合開始剤とをノズル付近で混合し、さらにはノズル付近も冷却して吐出前の重合開始剤入りゲル材料液も冷却する。それに加え、基材を冷却してもよい。なお、実施形態２も同様である。

７．実施形態１の試験具製造装置において、インクジェット装置の代わりに、ピペッターまたはディスペンサーを用いてもよく、さらにこれらは、メンテナンス性の観点から、モノマー溶液と、重合開始剤とを個別に基材上に塗布するように構成されることが好ましい。

（実施例１）
実施形態１の製造装置を用い、かつ実施形態２の要領で塗布工程を行った後、常温で塗布膜をゲル化させて実施例１の等電点電気泳動用試験具（図６（Ａ）参照）を製造した。この場合、ペルチェ素子による冷却温度を５℃に設定し、重合開始剤の吐出ピッチを１３０μｍに設定した。

その後、得られた等電点電気泳動用試験具のゲル層の表面状態を調べるために顕微鏡写真を撮った。図７は実施例１の等電点電気泳動用試験具におけるゲル層表面の顕微鏡写真である。図７から、実施例１の等電点電気泳動用試験具におけるゲル層表面には重合開始剤の液滴痕は見られなかった。この結果から、実施例１では、塗布工程において、基材を介して塗布膜が冷却され、それにより塗布膜中の重合開始剤が不活性化されたためゲル化が抑制され、かつ重合開始剤が塗布膜中を十分拡散し、その後のゲル化工程において塗布膜がむら無く一様にゲル化し、均一な網目構造を有するゲル層が形成されたと考えられる。

（比較例１）
基材を冷却しなかったこと以外は、実施例１と同様にして比較例１の等電点電気泳動用試験具（図６（Ａ）参照）を製造した。その後、得られた等電点電気泳動用試験具のゲル層の表面状態を調べるために顕微鏡写真を撮った。図８は比較例１の等電点電気泳動用試験具におけるゲル層表面の顕微鏡写真である。図８から、比較例１の等電点電気泳動用試験具におけるゲル層表面には整然と並んだ複数個の重合開始剤の液滴痕を確認できた。この結果から、比較例１では、塗布工程において、基材を介して塗布膜が冷却されなかったため、塗布膜に重合開始剤の液滴が滴下した直後からゲル化が開始したため、重合開始剤の塗布膜中への拡散が十分行われず、その後のゲル化工程において塗布膜のゲル化にむらが生じてしまい、不均一な網目構造を有するゲル層が形成されたと考えられる。

（実施例２および比較例２）
実施例２および比較例２では、実施例１および比較例１の等電点電気泳動用試験具のゲル層を乾燥して、実施例２および比較例２の等電点電気泳動用試験具（図６（Ｂ）参照）を作製し、それらを用い、次の条件で２次元電気泳動における１次元目電気泳動を行った後、等電点の違いによるタンパク質の分離状況を観察した。

《試薬膨潤》
実施例２および比較例２で作製したゲル層の乾燥膜を所定の容器に配置し、下記評価用マーカー溶液中に乾燥膜を18時間浸漬し、復元したゲル層内にマーカー等を浸透させた。なお、試薬膨潤の際、乾燥膜の上面から所定量のシリコンオイルを導入し、大気中の水分影響を受けない環境下で試料膨潤を行った。

＜評価用マーカー溶液組成＞
評価用マーカー溶液は、膨潤液、アンフォライト、ジチオトレイオール、タンパク質マーカーから構成され、具体的には下記組成である。
膨潤液：162μL
アンフォライト(pH3-10)：1μL、ジチオトレイオール：4μL
タンパク質マーカー：1μL
ここで、タンパク質マーカーは、β-ラクトグロブミン、カルボニックアンヒドラーゼをそれぞれ蛍光ラベル化剤（IC5-OSu）で修飾した混合物を使用した。また、膨潤液は8Mウレア、2Mチオウレア、4wt%チャップス混合水溶液である。

《電気泳動》
試薬膨潤させたゲル層を汎用の電気泳動装置にセットし、電極を介してゲル層両端に電界印加することでマーカー物質を電気泳動させた。泳動時の電界印加条件は数段階、段階的に電界を上げながら印加し、最終的に2kV、30分印加する方法とした。

《スキャナ評価》
泳動直後に汎用のスキャナ評価装置を用い、ゲル層面内の蛍光強度分布を評価することでタンパク質の分離状況を観察した。
図９（Ａ）および（Ｂ）は実施例２および比較例２の等電点電気泳動用試験具の表面を撮影した写真である。図９（Ａ）より、本発明の製造方法で作製したゲルを用い、等電点電気泳動により、タンパク質を分離できることが確認できた。一方、比較例１のように表面に大きな凹凸がある状態のゲルでは、図９（Ｂ）のように、表面凹凸がタンパク質の泳動を阻害してしまうことが確認された。なお、図９（Ａ）および（Ｂ）においてはゲル層の輪郭が判別し難いため黒線で縁取りした。

１０ ステージ
２０ ペルチェ素子（冷却部）
３０ インクジェット装置（塗布部）
３１ 酸性溶液吐出部（モノマー溶液吐出部の第１吐出部）
３１ｂ 第１インクジェットヘッド
３２ 塩基性溶液吐出部（モノマー溶液吐出部の第２吐出部）
３２ｂ 第２インクジェットヘッド
３３ 重合開始剤吐出部
３３ｂ 第３インクジェットヘッド
４０ 移動機構
５０ ケース
７０ 不活性ガス導入部
Ａ 酸性モノマー溶液
Ｂ 塩基性モノマー溶液
Ｃ 重合開始剤
Ｄ₁ 乾燥膜
Ｇ₁ ゲル層
ＧＰ₁ 使用可能な状態となった等電点電気泳動用試験具（ゲルプレート）
ＧＰＤ₁ 保存可能な状態となった等電点電気泳動用試験具
Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３ 塗布膜
Ｌａ 酸性モノマー溶液の微小液滴
Ｌｂ 塩基性モノマー溶液の微小液滴
Ｌｃ 重合開始剤
Ｓ 基材

Claims (9)

1. ステージと、該ステージ上に設置された基材上にゲル材料液を塗布する塗布部と、冷却部とを備え、
   前記冷却部が、前記ステージと前記塗布部におけるゲル材料液とのうち少なくとも一方を冷却するように構成されたことを特徴とする電気泳動用試験具の製造装置。
2. 前記塗布部が、ゲル材料液としてのモノマー溶液を吐出するモノマー溶液吐出部と、ゲル材料液としての重合開始剤を吐出する重合開始剤吐出部とを有する請求項１に記載の電気泳動用試験具の製造装置。
3. 前記冷却部が、前記モノマー溶液吐出部におけるモノマー溶液と、前記重合開始剤吐出部における重合開始剤との少なくとも一方を冷却するように構成された請求項２に記載の電気泳動用試験具の製造装置。
4. 前記塗布部が、前記モノマー溶液吐出部と前記重合開始剤吐出部を有するインクジェット装置からなる請求項２または３に記載の電気泳動用試験具の製造装置。
5. 前記ステージおよび前記塗布部を収納するケースと、該ケース内に不活性ガスを導入する不活性ガス導入部とをさらに備えた請求項１〜４のいずれか１つに記載の電気泳動用試験具の製造装置。
6. 基材上にゲル材料液を塗布して塗布膜を形成する塗布工程と、前記塗布膜をゲル化させてゲル層を形成するゲル化工程とを含み、
   前記塗布工程において、基材と塗布されるゲル材料液とのうち少なくとも一方が冷却状態であることを特徴とする電気泳動用試験具の製造方法。
7. 基材上にゲル材料液を塗布して塗布膜を形成する塗布工程と、前記塗布膜をゲル化させてゲル層を形成するゲル化工程とを含み、
   前記塗布工程において、常温下でゲル材料液としてのモノマー溶液を基材上に塗布した後、基材上の前記モノマー溶液の塗布膜を冷却し、冷却された前記モノマー溶液の塗布膜にゲル材料液としての重合開始剤を塗布することを特徴とする電気泳動用試験具の製造方法。
8. 前記塗布工程において、ゲル材料液としてのモノマー溶液を基材上に塗布した後、基材上の前記モノマー溶液の塗布膜にゲル材料液としての重合開始剤を塗布する請求項６に記載の電気泳動用試験具の製造方法。
9. 前記塗布工程において、塗布される前記モノマー溶液と塗布される前記重合開始剤とのうち少なくとも一方が冷却状態である請求項８に記載の電気泳動用試験具の製造方法。