JP2022058279A - 電極およびその応用 - Google Patents

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Abstract

【課題】ゲル電気泳動装置のpH値測定用電極として、また電気泳動電極としても使用可能な電極を提供し、ゲル電気泳動装置のコストを大幅に低減する。【解決手段】ゲル電気泳動装置用緩衝液のpH値測定または外部電源との電気的接続に用いられる電極を提供し、前記緩衝液のpH値が7~9であり、前記電極が、チタン、白金、チタン/イリジウム酸化物およびステンレス鋼のいずれかの材質の金属ワイヤを含むことを特徴とする電極およびその応用。また、金属ワイヤにより作製された電極の構造は簡易で可撓性に優れ、実際のゲル電気泳動装置の構造によって折り曲げることができ、多様な応用場面に適応することができる。【選択図】図5

Description

本発明は、ゲル電気泳動検出技術分野に関し、特に、電極およびその応用に関する。
ゲル電気泳動検出過程では、pH値測定用電極により緩衝液をpH検出する必要がある一方で、電気泳動電極によりゲル電気泳動装置と電源との電気的接続を図る必要がある。しかしながら、従来のゲル電気泳動検出装置では、コストの問題を考慮する必要がある。
これに鑑みて、上記欠陥の少なくとも1つを克服するための電極を提供する必要がある。
また、本発明は、上記電極を含むpH値測定装置、ゲル電気泳動装置およびゲル電気泳動システムを提供する。
また、本発明は、上記ゲル電気泳動装置を含む核酸検出キットを提供する。
本発明は、ゲル電気泳動装置用緩衝液のpH値測定または外部電源との電気的接続に用いられる電極を提供し、前記緩衝液のpH値が7~9であり、前記電極が、チタン、白金、チタン/イリジウム酸化物およびステンレス鋼のいずれかの材質の金属ワイヤを含む。
本願実施の形態において、前記金属ワイヤの材質は、ステンレス鋼である。
本願実施の形態において、前記電極の直径は、0.2mm~1.0mmである。
本願実施の形態において、前記電極の直径は、0.25mm、0.3mm、0.48mm、0.5mmおよび0.8mmのいずれかである。
本願実施の形態において、前記電極は、前記金属ワイヤの表面に設けられ表面処理層をさらに含む。
本願実施の形態において、前記表面処理層の材質は、亜鉛、錫、ニッケル及びクロムの少なくとも1種を含む。
本発明はpH値測定装置をさらに提供し、前記pH値測定装置は、検出ホストと、前記検出ホストと電気的に接続され、ゲル電気泳動装置用緩衝液のpHを測定するための電極とを備え、前記電極は、チタン、白金、チタン/イリジウム酸化物およびステンレス鋼のいずれかの材質の金属ワイヤを含む。
本発明はゲル電気泳動装置をさらに提供し、前記ゲル電気泳動装置は、電気泳動槽と、電気泳動槽内に設けられた緩衝液と、前記緩衝液に設けられるゲル媒体と、2つの電極と、を備え、前記電極が、チタン、白金、チタン/イリジウム酸化物およびステンレス鋼のいずれかの材質の金属ワイヤを含み、前記2つの電極は、それぞれ、ゲル媒体の対向する両端に位置しており、各前記電極の一端は前記電気泳動槽を貫通して前記緩衝液に進入し、他端はいずれも外部電源と電気的に接続される。
本発明は、pH値測定装置と、ゲル電気泳動装置と、を含むゲル電気泳動システムをさらに提供する。前記pH値測定装置は、検出ホストと、前記検出ホストと電気的に接続され、緩衝液のpHを測定するためのpH値測定用電極とを備え、前記pH値測定用電極は、チタン、白金、チタン/イリジウム酸化物およびステンレス鋼のいずれかの材質の金属ワイヤを含み、前記ゲル電気泳動装置は、電気泳動槽と、電気泳動槽内に設けられた緩衝液と、前記電気泳動槽に設けられるゲル媒体と、2つの電極と、を備え、前記電極が、チタン、白金、チタン/イリジウム酸化物およびステンレス鋼のいずれかの材質の金属ワイヤを含み、前記2つの電極は、それぞれ、ゲル媒体の対向する両端に位置しており、各前記電極の一端は前記電気泳動槽を貫通して前記緩衝液に進入し、他端はいずれも外部電源と電気的に接続される。
本発明は核酸検出キットをさらに提供し、前記核酸検出キットは、箱体と、検出チップと、上記のようなゲル電気泳動装置と、コネクタと、を備え、前記検出チップ、前記ゲル電気泳動装置および前記コネクタは、いずれも前記箱体内に設けられており、前記検出チップおよび前記ゲル電気泳動装置は、いずれも前記コネクタに電気的に接続される。
本発明により提供される電極は、従来技術に比べて多様な用途を有しており、ゲル電気泳動装置のpH値測定用電極としてもよいし、ゲル電気泳動装置の電気泳動電極としてもよく、ゲル電気泳動装置のコストを大幅に低減している。また、金属ワイヤにより作製された電極の構造は簡易で可撓性に優れ、実際のゲル電気泳動装置の構造によって折り曲げることができ、多様な応用場面に適応することができる。
本発明のある実施の形態によるpH値測定用電極の構造模式図である。 本発明のある実施の形態によるpH値測定装置の構造模式図である。 本発明のある実施の形態による電気泳動電極の構造模式図である。 本発明のある実施の形態による電気泳動装置の構造模式図である。 本発明のある実施の形態による電気泳動システムの模式図である。 本発明のある実施の形態による核酸検出キットの爆発図である。 本発明のある実施の形態による核酸検出キットが箱体を取り除いた構造模式図である。
以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態をさらに説明する。本発明の実施形態における技術的解決手段は、本発明の実施形態における図面を参照して以下に明確かつ完全に説明される。なお、記載された各実施形態は、本発明の実施形態の一部に過ぎず、すべての実施形態ではないことは明らかである。
なお、ある要素がもう1つの要素に「固定された」と称される場合、それは直接前記もう1つの要素に存在してもよいし、他の要素を介して前記もう1つの要素に固定されてもよい。1つの要素がもう1つの要素に「接続される」と考えられる場合、それは前記もう1つの要素に直接接続されてもよいし、他の要素を介して前記もう1つの要素に接続されてもよい。ある要素がもう1つの要素に「設けられる」と考えられる場合、それは前記もう1つの要素に直接設けられてもよいし、他の要素を介して前記もう1つの要素に設けられてもよい。本明細書で使用される用語「垂直」、「水平」、「左」、「右」及び類似する表現は、説明の目的だけに使用される。
以下のシステムの実施形態は単なる例示であり、前記モジュールまたは回路の分割は論理機能の分割に過ぎず、実際の実装は別の分割方法を有してもよい。また、「含む」という言葉は、他の要素またはステップを除外しないことを理解されたい。システム請求項に記載される複数のユニットまたは装置は、同一のユニットまたは装置が、ソフトウェアまたはハードウェアで実現されてもよい。第1、第2などの単語は、名前を示すために使用され、特定の順序を示すものではない。
本明細書で使用されるすべての技術用語および科学用語は、特に定義されない限り、本発明が属する技術分野の当業者によって一般に理解されるのと同じ意味を有する。本発明の明細書で使用される用語は、具体的に実施形態を説明するためのものであり、本発明を限定するものではない。本明細書で使用される用語「及び/又は」は、1つ又は複数の関連する項目の任意及びすべての組み合わせを含む。
ゲル電気泳動装置は、pH測定用電極により緩衝液のpH値を測定するとともに、電気泳動電極を用いてゲル電気泳動装置と電源との電気的接続を図ることができる。pH測定用電極に用いられる基材はガラスであり、物理気相成長(Physical Vapor Deposition、PVD)技術により、ガラス基材上にTi(チタン)/Pt(白金)等の金属を化学蒸着により複合金属めっき層を形成し、金属めっき層の導電性を利用してpHの測定の目的を達成する。しかし、このようなpH測定用電極は、ガラス電極であり、使用時に割れやすく、可撓性を持たず、一度成形すると仕様や形状が一定であるため、実際のニーズに応じて多様な仕様や形状を設計する必要があり、適性に劣る。また、PVD技術は、真空引きが必要であり、しかも貴金属が高価であり、製造コストが高い。電気泳動電極も、PVD技術により、基材(金属基材またはその他の導電しない基材であってもよい)上にTi/Pt等の金属を化学蒸着して複合金属めっき層を形成して、ゲル電気泳動装置と電源との電気的接続を実現するものであるが、このような電気泳動電極は、PVD技術および貴金属めっきを用いる必要があり、非常に高コストである。
図1を参照して、本発明のある実施例によるゲル電気泳動装置用緩衝液のpH値測定に用いるpH値測定用電極10であって、前記緩衝液のpH値は7~9であり、pH値測定用電極10は、金属ワイヤ1を含み、材質金属ワイヤ1の材質は、チタン、白金、チタン/イリジウム酸化物およびステンレス鋼等の導電性金属を含むが、これらに限定されない。本発明は、導電性金属ワイヤを用いて可撓性と測定信頼性とを両立したpH値測定用電極10を作製し、その製造が簡単で、自由に折り曲げることができ、多様な応用場面に適用でき、しかも価格が安くて、材料が得やすい。特に、小型のゲル電気泳動装置における緩衝液のpHの測定については、その測定精度が従来のガラス白金電極に匹敵し、従来のガラス白金電極を置き換えることができる。
本実施形態において、金属ワイヤ1は、ステンレス鋼であることが好ましい。ステンレス鋼は安価であり、従来のガラス白金電極に比べてコストを大幅に低減している。
本実施の形態では、上記ステンレス鋼の型番は、SUS304、SUS312およびSUS316を含み、具体的には、SUS304が好ましい。
pH値測定用電極10の直径の選択は、電極の性能にも影響し、本発明で一般的に用いられるpH値測定用電極10の直径は0.2~1.0mmである。
なお、本実施形態において、pH測定用電極10の直径は、0.25mm、0.3mm、0.48mm、0.5mm、0.8mmであってもよいが、これらに限定されない。電極の直径が大きすぎると、抵抗も増加し、測定効果に影響を与えるため、電極の直径は大きすぎるべきでなく、前記pH測定用電極10の直径は0.3mmであることが好ましい。
再び図1を参照して、pH測定用電極10は、金属ワイヤ1の表面に設けられた表面処理層2をさらに含む。金属表面処理プロセスにより、金属ワイヤ1の表面に表面処理層2が形成され、金属ワイヤ1の耐腐食性を向上させ、金属ワイヤ1の電気的性能の安定を保障し、pHの測定精度をさらに向上させることができる。
本実施形態では、表面処理層2の材質は、亜鉛、錫、ニッケル及びクロムのいずれかを含むが、そのうちの一つに限定されない。
以下、本発明を具体的実施例および比較例を併せて詳細に説明する。
[実施例1]
pH値測定用電極10はチタンワイヤで作製され、その直径φは0.25mmである。
[実施例2]
pH値測定用電極10はSUS304線材で作製され、その直径φは0.3mmである。
[比較例]
従来のガラス白金電極を用いた。
具体的には、pH値測定方法は、小型のゲル電気泳動装置の電気泳動槽に緩衝液または標準液を置き、まず、比較例のガラス白金電極を用いてpH値の測定を行い、その後、実施例1および実施例2の金属ワイヤ電極をそれぞれガラス白金電極の本来の位置に装着し、pH値測定装置を架設し、pH値の測定を行う。ここで、Buffer緩衝液の組成は、Tris緩衝液(Tris(hydroxymethyl)aminomethane:242g/l、酢酸:58.1g/l、EDTA:18.6g/lである。
表1に示すように、比較例と実施例1~2の電極とを用いてゲル電気泳動槽内の緩衝液のpH値測定を行った測定結果である。
Figure 2022058279000002
3種類の電極によりBuffer緩衝液にブランク条件で測定されたpH値が表1に示され、表1の試験結果から明らかなように、本発明で提供される実施例1~2からの2種類の金属ワイヤで作製されたpH測定用電極10は、比較例のガラス白金電極に比べて、その試験結果の正確性の差は大きくならず、特にSUS304ステンレス電極は、比較例のガラス白金電極に比べて、その試験結果の正確性が非常に類似しており、ガラス白金電極と同様のpH値測定値の正確性を示した。したがって、SUS304のステンレス電極を従来のガラス白金電極に置き換えることは可能になるため、SUS304(φ0.3mm)を作業電極の材料とすることが好ましい。
本発明によるpH測定用電極10、特にステンレス材質のpH測定用電極10の最適な使用条件は、試験液が弱アルカリ性で、温度が80℃を超えない条件であり、当該条件では、ステンレスワイヤが酸化されることなく、また、pH測定用電極10の使用過程における測定精度は、従来のガラス白金電極とは異ならない。このため、本発明により提供されるpH値測定用電極10は、特に小型のゲル電気泳動装置に適用しており、このようなゲル電気泳動装置は、一般に携帯型の核酸検出装置に適用されている。電気泳動槽内の緩衝液のpHは弱アルカリ性である7~9の間であり、通常80℃以下の使用温度を有するため、従来のガラス白金電極に代えて、本発明により提供される金属ワイヤによるpH測定用電極10を利用することが可能となり、コストを大幅に低減することができる。
図2を参照して、検出ホスト101と、上記のようなpH値測定用電極10の電極とを備えるpH値測定装置100が提供される。
pH値測定の過程においては、2つの上記pH値測定用電極10の一端をいずれも検出ホスト101に電気的に接続する必要があり、一方のpH値測定用電極10は検出電極としてゲル電気泳動装置の緩衝液に挿入され、他方のpH値測定用電極10は参照電極として標準液に挿入され、緩衝液と標準液との電位差を検出することにより緩衝液のpHを求める。
図3を参照して、本発明は、金属ワイヤ3を含む、電気泳動装置と電源との電気的接続を実現するための電気泳動電極20を提供する。
具体的には、金属ワイヤ3の表面には表面処理層4が形成されている。金属ワイヤ3と表面処理層4の材質は、pH値測定用電極10の金属ワイヤ1と表面処理層2の材質とそれぞれ同じである。pH測定用電極10に適用した実施形態は、いずれも上記電気泳動電極20に適用しているが、ここでは過多な説明はしない。
本発明による金属ワイヤで作製された電気泳動電極20は、主に、ゲル電気泳動装置に適用して、可撓性を有し、サイズの多様性があり、多様なデバイス仕様の要求に応えることができ、かつ汎用金属ワイヤの価格が安く、材料が入手しやすく、電気泳動電極20のコストを大幅に低減しており、特に小型で使い捨てのゲル電気泳動装置に好適なものである。
図4を参照して、本発明は、電気泳動槽30と、電気泳動槽30内に設けられた緩衝液40と、電気泳動槽30内に設けられ、緩衝液40内に浸漬されるゲル媒体50と、電気泳動槽30の両端にそれぞれ設けられた電気泳動電極20とを備えたゲル電気泳動装置200を提供する。2つの電気泳動電極20は、それぞれ、ゲル媒体50の対向する両端に位置している。各電気泳動電極20の一端は電気泳動槽30内に設けられて緩衝液40に進入し、他端は制御板と電気的に接続され、2つの電気泳動電極20によってゲル電気泳動装置200に通電される。
本実施形態では、電気泳動溝30は、底板11と、底板11に接続された複数の側壁12と、側壁12の底板11から離れた一端に設けられた蓋板(図示せず)とを備えている。底板11、複数の側壁12、及び蓋板は、共に槽体に形成されている。ゲル媒体50および緩衝液40は、いずれも槽体内に位置している。
本実施の形態では、その1つの側壁12に2つの貫通孔13が設けられており、2つの電気泳動電極20はそれぞれ、2つの貫通孔13を通って緩衝液40内に進入している。
本実施形態では、各貫通孔13の外側には固定部材14が設けられており、固定部材14は、貫通孔13が位置する側壁12に固定し、電気泳動電極20は、固定部材14を通して貫通孔13に固定することで、電気泳動電極20の揺れや変位が回避して、電気的接続効果が損なわれることがないようにする。
本発明が提供する電気泳動電極20は、ゲル電気泳動装置200の構造を変更する必要がなく、従来の電極が装着される位置に電気泳動電極20を装着するだけでよく、コストを効果的に低減できる。また、本発明が提供する電気泳動電極20は、構造が簡単で、取り付けが簡便で、自由に折り曲げることができ、多様な応用場面に適応することができる。
図5を参照して、本発明は、pH値測定装置100と、ゲル電気泳動装置200と、を含むゲル電気泳動システム1000をさらに提供する。pH測定用電極10と電気泳動電極20とは、材質が同じで作用が異なるため、本発明では、緩衝液40のpHの測定と、ゲル電気泳動装置200の電源との電気的な接続との両立を一つの電極セットで実現する。このように、ゲル電気泳動装置200の全体のコストをより低減することに有利である。
図6と図7を参照して、本発明は、箱体301と、検出チップ302と、前述したようなゲル電気泳動装置200と、コネクタ303と、を備え、検出チップ302、ゲル電気泳動装置200およびコネクタ303は、いずれも箱体301内に設けられており、検出チップ302は、ゲル電気泳動装置200に連通しており、検出チップ302およびゲル電気泳動装置200は、いずれもコネクタ303に電気的に接続されている、核酸検出キット300をさらに提供する。核酸検出キット300は、核酸増幅反応及び電気泳動検出を行うためのものであり、核酸サンプルを含む検出液を検出チップ302の通路内に入れ、核酸増幅反応を行って生成物を得る。この生成物は、検出チップ302から電気泳動装置200内に直接入って電気泳動検出を行い、最後に、核酸検出キット300に合わせた画像取得装置により、電気泳動検出の蛍光写真である電気泳動カ装置200の画像を撮像する。本発明は、検出チップ302と電気泳動装置200を1つの箱体301内に集積することにより、全体構成が簡単であり、複雑な大型の設備を必要とせず、低コストで、検出液が核酸増幅を完了すると電気泳動カ装置200に直接入れて電気泳動検出を行うことができ、異なる検出プロセスにおけるサンプル転送と配合の接続過程を簡素化し、検出効率を向上する。
本実施形態では、検出チップ302の表面には、コネクタ303と電気的に接続され、検出チップ302を加熱するための加熱配線板304が設けられている。ゲル電気泳動装置200上の電気泳動電極20は、電気泳動槽30から離れた一端が、加熱配線板304に接続され、コネクタ303との電気的な接続を実現する。電気泳動電極20を加熱配線板304に直接接続することで、構造が簡単であり、組み立てが簡便であり、核酸検出キット300の構造を簡素化することができる。
本実施形態では、電気泳動電極20は、バックル305により加熱配線板304に引っ掛かり、ひいては加熱配線板304との電気的接続を実現する。
本発明により提供される電極は、従来技術に比べて多様な用途を有しており、ゲル電気泳動装置のpH値測定用電極10としてもよいし、ゲル電気泳動装置の電気泳動電極20としてもよく、ゲル電気泳動装置のコストを大幅に低減している。また、金属ワイヤにより作製された電極の構造は簡易で可撓性に優れ、実際のゲル電気泳動装置の構造によって折り曲げることができ、多様な応用場面に適応することができる。
ゲル電気泳動システム 1000
pH値測定装置 100
検出ホスト 101
pH値測定用電極 10
金属ワイヤ 1,3
表面処理層 2,4
ゲル電気泳動装置 200
電気泳動電極 20
電気泳動槽 30
底板 11
側壁 12
貫通孔 13
固定部材 14
緩衝液 40
ゲル媒体 50
核酸検出キット 300
箱体 301
検出チップ 302
コネクタ 303
加熱配線板 304
バックル 305

Claims (10)

  1. ゲル電気泳動装置用緩衝液におけるpH値を測定し、または前記ゲル電気泳動装置と外部電源を電気的に接続させるための電極であって、
    前記緩衝液のpH値が7~9であり、
    前記電極は、金属ワイヤを含み、前記金属ワイヤの材質は、チタン、白金、チタン/イリジウム酸化物およびステンレス鋼のいずれか1種の材質であることを特徴とする電極。
  2. 前記金属ワイヤの材質は、ステンレス鋼であることを特徴とする請求項1に記載の電極。
  3. 前記電極の直径は、0.2mm~1.0mmであることを特徴とする請求項1に記載の電極。
  4. 前記電極の直径は、0.25mm、0.3mm、0.48mm、0.5mmおよび0.8mmのいずれかであることを特徴とする請求項3に記載の電極。
  5. 前記電極は、さらに前記金属ワイヤの表面に設けられる表面処理層を含む、請求項1に記載の電極。
  6. 前記表面処理層の材質は、亜鉛、錫、ニッケル及びクロムの少なくとも1種を含むことを特徴とする請求項5に記載の電極。
  7. 検出ホストと、前記検出ホストと電気的に接続される電極とを備え、
    前記電極は、ゲル電気泳動装置用緩衝液のpH値を測定し、
    前記電極は、金属ワイヤを含み、前記金属ワイヤの材質は、チタン、白金、チタン/イリジウム酸化物およびステンレス鋼のいずれか1種の材質であることを特徴とするpH値測定装置。
  8. 電気泳動槽と、電気泳動槽内に設けられた緩衝液と、前記緩衝液に設けられるゲル媒体と、2つの電極と、を備え、
    前記電極が、金属ワイヤを含み、前記金属ワイヤの材質は、チタン、白金、チタン/イリジウム酸化物およびステンレス鋼のいずれか1種の材質であり、前記2つの電極のそれぞれは、前記ゲル媒体に対向する両端に位置し、
    各前記電極の一端は、前記電気泳動槽を貫通して前記緩衝液内に進入し、他端は、いずれも外部電源と電気的に接続されることを特徴とするゲル電気泳動装置。
  9. pH値測定装置と、ゲル電気泳動装置と、を備えるゲル電気泳動システムであって、
    前記pH値測定装置は、検出ホストと、前記検出ホストと電気的に接続され、緩衝液のpH値を測定するためのpH値測定用電極とを備え、
    前記pH値測定用電極は、金属ワイヤを含み、前記金属ワイヤの材質は、チタン、白金、チタン/イリジウム酸化物およびステンレス鋼のいずれか1種の材質であり、
    前記ゲル電気泳動装置は、電気泳動槽と、電気泳動槽内に設けられた緩衝液と、前記電気泳動槽内に設けられるゲル媒体と、2つの電極と、を備え、
    前記電極が、金属ワイヤを含み、前記金属ワイヤの材質は、チタン、白金、チタン/イリジウム酸化物およびステンレス鋼のいずれか1種の材質であり、前記2つの電極のそれぞれは、ゲル媒体に対向する両端に位置しており、
    各前記電極の一端は、前記電気泳動槽を貫通して前記緩衝液に進入し、他端は、いずれも外部電源と電気的に接続されることを特徴とする電気泳動システム。
  10. 箱体と、検出チップと、請求項8に記載するゲル電気泳動装置と、コネクタと、を備え、
    前記検出チップ、前記ゲル電気泳動装置および前記コネクタは、いずれも前記箱体内に設けられ、
    前記検出チップおよび前記ゲル電気泳動装置は、いずれも前記コネクタに電気的に接続されることを特徴とする核酸検出キット。
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