JP2744293B2 - 電気泳動装置 - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はゲル電気泳動の分野に関し、さらに特定すれ
ば、ゲル中の電界の形状および配向を調節して粒子の泳
動を制御する装置に関する。
ば、ゲル中の電界の形状および配向を調節して粒子の泳
動を制御する装置に関する。
ゲル泳動は、たんぱくおよび核酸のような巨大分子
を、その大きさ、荷電および／または構造にもとづいて
分離することができる。多くの応用においては単一の電
極対を使用して電界を発生させる。この電界は必然的に
均一であって単一の方向に配向する。その結果従来の技
術は多くの点で制約を受ける。
を、その大きさ、荷電および／または構造にもとづいて
分離することができる。多くの応用においては単一の電
極対を使用して電界を発生させる。この電界は必然的に
均一であって単一の方向に配向する。その結果従来の技
術は多くの点で制約を受ける。
たとえば、従来の電気泳動は50キロベースより大きい
DNA断片を分離することができない。最近、電界の配向
を交互に変える新しい電極配置が導入されて、大きな２
メガベースまでの巨大なDNA分子を分離することができ
るようになった。たとえば米国特許第4,473,452号の開
示するDNA分子の電気泳動分離方法は、従来公知の電気
泳動方法が電界を均一としていたのに対して、不均一に
することを考案した。しかし電界が不均一であると、ゲ
ル中に試料を負荷させる位置によって、DNA分子が泳動
する移動度および軌道が変わる。それ故、多数の試料を
ゲル中で比較することが困難となる。
DNA断片を分離することができない。最近、電界の配向
を交互に変える新しい電極配置が導入されて、大きな２
メガベースまでの巨大なDNA分子を分離することができ
るようになった。たとえば米国特許第4,473,452号の開
示するDNA分子の電気泳動分離方法は、従来公知の電気
泳動方法が電界を均一としていたのに対して、不均一に
することを考案した。しかし電界が不均一であると、ゲ
ル中に試料を負荷させる位置によって、DNA分子が泳動
する移動度および軌道が変わる。それ故、多数の試料を
ゲル中で比較することが困難となる。
たとえば、従来の電気泳動では、ゲルの周辺部の分子
が中央部の分子よりも遅く泳動するという歪みを生じ
る。従って、電気泳動電圧を、分子の適当な分離に必要
な値より低くするという非能率な技術が多かった。
が中央部の分子よりも遅く泳動するという歪みを生じ
る。従って、電気泳動電圧を、分子の適当な分離に必要
な値より低くするという非能率な技術が多かった。
たとえば、従来の電気泳動では、帯域拡大による分離
技術に限られていた。
技術に限られていた。
また、従来の電気泳動技術では、二次的構造が異なる
巨大分子を固定することができなかった。これを達成す
るために、二次元電気泳動が開発されたが、この技術は
ゲルの調節を含むので、技術的に困難である。
巨大分子を固定することができなかった。これを達成す
るために、二次元電気泳動が開発されたが、この技術は
ゲルの調節を含むので、技術的に困難である。
本発明の主な目的は、ゲル中の粒子の泳動を制御する
目的で電界の形状および配向を調節する装置を提供する
ことである。
目的で電界の形状および配向を調節する装置を提供する
ことである。
本発明の他の目的は、特に大きさが２メガベース前後
のDNA分子のような巨大分子を、ゲル中の位置に関係な
く高分解能で分離する装置を提供することである。
のDNA分子のような巨大分子を、ゲル中の位置に関係な
く高分解能で分離する装置を提供することである。
本発明のまた他の目的は、大きさが50キロベース未満
のDNAのように比較的小さい巨大分子を、高電圧でも歪
みなく分離する装置を提供することである。
のDNAのように比較的小さい巨大分子を、高電圧でも歪
みなく分離する装置を提供することである。
本発明のさらに他の目的は、巨大分子の電気泳動分離
において帯域拡大を最小にする装置を提供することであ
る。
において帯域拡大を最小にする装置を提供することであ
る。
本発明の別の目的は、巨大分子の二次的構造を同定で
きる装置を提供することである。
きる装置を提供することである。
本発明のこれらおよびその他の目的は、発明の付加的
な特徴とともに、以下の詳細な説明によって明らかにな
るであろう。
な特徴とともに、以下の詳細な説明によって明らかにな
るであろう。
本発明は、一つには、閉止輪郭線が形成する周辺に配
置され、所定の電位に保持された複数の電極による均一
または不均一な電界を使用して、電気泳動分離技術に伴
なう制限を克服する発明ということができる。この「周
辺に配置され、所定の電位に保持された複数の電極によ
る電界」とは、複数の電極が閉止輪郭線に沿って配置さ
れ、かつ所定の電位に保持されており、これらの電極に
よって発生する電界のことであり、「均一」とは、電界
が周辺を形成する閉止輪郭線の内部で方向および強度が
均一ということである。
置され、所定の電位に保持された複数の電極による均一
または不均一な電界を使用して、電気泳動分離技術に伴
なう制限を克服する発明ということができる。この「周
辺に配置され、所定の電位に保持された複数の電極によ
る電界」とは、複数の電極が閉止輪郭線に沿って配置さ
れ、かつ所定の電位に保持されており、これらの電極に
よって発生する電界のことであり、「均一」とは、電界
が周辺を形成する閉止輪郭線の内部で方向および強度が
均一ということである。
本発明の装置の特殊な応用としては、ゲルに均一また
は不均一な電界を印加することであり、それには複数の
電極を所定の電位に保持し、少なくとも２つの電極を異
なる電位に保持して駆動電極とし、かつ他の少なくとも
２つの電極を中間の電位に固定して、電界の性質をさら
に規定する。
は不均一な電界を印加することであり、それには複数の
電極を所定の電位に保持し、少なくとも２つの電極を異
なる電位に保持して駆動電極とし、かつ他の少なくとも
２つの電極を中間の電位に固定して、電界の性質をさら
に規定する。
本発明の１つの顕著な応用としては、均一な電界を使
用して大きな巨大分子を分離することである。駆動電極
は、電位差φ０＝φ２−φ１に対応する電位φ１および
φ２に保持する。
用して大きな巨大分子を分離することである。駆動電極
は、電位差φ０＝φ２−φ１に対応する電位φ１および
φ２に保持する。
残りの電極は多辺形の周辺に沿って駆動電極の中間の
位置に配置し、次式で規定される中間の電位に保持す
る。
位置に配置し、次式で規定される中間の電位に保持す
る。
φ＝（Yn/a）（φ２−φ１）＋φ１ （式中、φ１およびφ２は駆動電極の電位であり、φ１
が低い電位を示す。ａは対向する駆動電極の間の垂直距
離、すなわちφ１電極に垂直な方向における距離を示
し、Ynは第ｎ番目の中間電極とφ１電極との間の垂直距
離を示す。こうして、閉止輪郭線に沿った位置は、均一
な電界に対応する電位に等しい電位に保持される。電極
の数は規定しないが、これらの電極は輪郭線に沿って配
置し、この輪郭線の内部で正確に均一な電界を発生し、
実際に、また本明細書に記載するように、比較的少数の
電極で、所望の均一電界に極めて近い電界を発生するこ
とができる。
が低い電位を示す。ａは対向する駆動電極の間の垂直距
離、すなわちφ１電極に垂直な方向における距離を示
し、Ynは第ｎ番目の中間電極とφ１電極との間の垂直距
離を示す。こうして、閉止輪郭線に沿った位置は、均一
な電界に対応する電位に等しい電位に保持される。電極
の数は規定しないが、これらの電極は輪郭線に沿って配
置し、この輪郭線の内部で正確に均一な電界を発生し、
実際に、また本明細書に記載するように、比較的少数の
電極で、所望の均一電界に極めて近い電界を発生するこ
とができる。
本発明は実施態様について説明するが、本発明はこれ
に限定されるものではなく、特許請求の範囲および発明
の精神に含まれるすべての変更および均等を含むもので
ある。
に限定されるものではなく、特許請求の範囲および発明
の精神に含まれるすべての変更および均等を含むもので
ある。
本発明の基礎とする装置は、駆動電極として作用する
少なくとも２つの電極または電極群を有する二次元の閉
止輪郭線に沿って配置された電極によって発生する電界
を、適当な媒体中の粒子に作用させて、粒子を同定す
る。通常、輪郭線は多辺形であって、少なくとも２つの
平行な辺を有する。駆動電極は電位差φ０を有し、電界
の一般的な方向を規定する。整形電極（以下、中間電極
ともいう）は、駆動電極の間に位置して、中間の電位を
有し、電界を均一または不均一とするように調節する。
この電界は、粒子の泳動をより有効に制御して、分離を
良好にし、また二次的構造に関する情報を得ることがで
き、なお他の利点も有する。
少なくとも２つの電極または電極群を有する二次元の閉
止輪郭線に沿って配置された電極によって発生する電界
を、適当な媒体中の粒子に作用させて、粒子を同定す
る。通常、輪郭線は多辺形であって、少なくとも２つの
平行な辺を有する。駆動電極は電位差φ０を有し、電界
の一般的な方向を規定する。整形電極（以下、中間電極
ともいう）は、駆動電極の間に位置して、中間の電位を
有し、電界を均一または不均一とするように調節する。
この電界は、粒子の泳動をより有効に制御して、分離を
良好にし、また二次的構造に関する情報を得ることがで
き、なお他の利点も有する。
輪郭線に沿って配置された電極によって形成される電
界（以下、周辺固定電極による電界ともいう）を強調す
ることによって、ゲル中の電界の形状を制御し変化させ
ることができる。周辺固定電極による電界は実際に多様
な有用性を有する。この電界は交番電界と組み合わせ
て、さらに応用範囲を広げることができる。均一または
不均一の電界を、交番または非交番の電界と組み合わせ
ると、現在入手可能なゲル電気泳動装置で得られる結果
より優れた多様な結果を得ることができる。均一電界を
組み合せ、均一電界を交番させると、極めて大きい核
酸、たとえば２メガベース前後の大きなDNAを分離する
ことができる。均一な非交番電界は、中程度から小さい
DNA分子、たとえば約50kbp以下の分子を高い分解能で迅
速に分離することができる。均一ではあるが、電界強度
の異なる交番電界を使用すると、粒子の泳動は二次的構
造によって変化する。不均一な非交番電界は、分解能を
変化させたり、帯域拡大を減少させることができる。周
辺固定電極による電界と、交番または非交番電界との他
の組合せでは、分解能、泳動経路および分離率を変化さ
せることができる。
界（以下、周辺固定電極による電界ともいう）を強調す
ることによって、ゲル中の電界の形状を制御し変化させ
ることができる。周辺固定電極による電界は実際に多様
な有用性を有する。この電界は交番電界と組み合わせ
て、さらに応用範囲を広げることができる。均一または
不均一の電界を、交番または非交番の電界と組み合わせ
ると、現在入手可能なゲル電気泳動装置で得られる結果
より優れた多様な結果を得ることができる。均一電界を
組み合せ、均一電界を交番させると、極めて大きい核
酸、たとえば２メガベース前後の大きなDNAを分離する
ことができる。均一な非交番電界は、中程度から小さい
DNA分子、たとえば約50kbp以下の分子を高い分解能で迅
速に分離することができる。均一ではあるが、電界強度
の異なる交番電界を使用すると、粒子の泳動は二次的構
造によって変化する。不均一な非交番電界は、分解能を
変化させたり、帯域拡大を減少させることができる。周
辺固定電極による電界と、交番または非交番電界との他
の組合せでは、分解能、泳動経路および分離率を変化さ
せることができる。
「粒子」とは、電界の影響によってゲル中を泳動でき
るどのような物質であってもよい。従って粒子は分子の
大きさに関係せずに、アミノ酸およびヌクレオチドから
大きなたんぱくおよび核酸、たとえば染色体を含む。
るどのような物質であってもよい。従って粒子は分子の
大きさに関係せずに、アミノ酸およびヌクレオチドから
大きなたんぱくおよび核酸、たとえば染色体を含む。
多くの場合、電極は多辺形の輪郭線を形成するが、規
則的な二次元の配置は必要でなく、閉じた輪郭線であれ
ばその形は不規則であってもよい。しかし、便宜上、４
辺形、または６辺形の配置として、その他の規則的また
は不規則な多辺形の代表とする。
則的な二次元の配置は必要でなく、閉じた輪郭線であれ
ばその形は不規則であってもよい。しかし、便宜上、４
辺形、または６辺形の配置として、その他の規則的また
は不規則な多辺形の代表とする。
電気泳動は、粒子を大きさ、荷電、構造またはこれら
の組合せによって同定したり、粒子の混合物を分離した
り、粒子を精製したりなどする。電気泳動は、ゲル剤と
して通常のようにアガロースまたはポリアクリルアミド
を使用して調製したゲル中で行なうが、他のゲル剤を使
用することもできる。
の組合せによって同定したり、粒子の混合物を分離した
り、粒子を精製したりなどする。電気泳動は、ゲル剤と
して通常のようにアガロースまたはポリアクリルアミド
を使用して調製したゲル中で行なうが、他のゲル剤を使
用することもできる。
本発明の装置を実施するに当って、所望の形状の電界
をゲル中に発生させる。電気泳動中は、均一もしくは不
均一、または交番もしくは非交番の電界を保持し、２つ
の方向の角度は通常60°以上とし、90°,120°または他
の角度でもよい。ゲルは緩衝媒体を入れた容器内に入
れ、電極を配置する閉止輪郭線すなわち周辺の内部にお
く。ゲルの１端の近くに１つ以上の試料を負荷する。ゲ
ルは電極を配置する周辺の内部におき、粒子を適当な方
向に泳動させる。多くの場合、ゲルは直角形とする。
をゲル中に発生させる。電気泳動中は、均一もしくは不
均一、または交番もしくは非交番の電界を保持し、２つ
の方向の角度は通常60°以上とし、90°,120°または他
の角度でもよい。ゲルは緩衝媒体を入れた容器内に入
れ、電極を配置する閉止輪郭線すなわち周辺の内部にお
く。ゲルの１端の近くに１つ以上の試料を負荷する。ゲ
ルは電極を配置する周辺の内部におき、粒子を適当な方
向に泳動させる。多くの場合、ゲルは直角形とする。
緩衝媒体を循環し冷却して、ゲルに電界を印加する。
電界は十分な時間保持して粒子を所望の距離泳動させ
て、粒子を少なくとも十分に分離する。
電界は十分な時間保持して粒子を所望の距離泳動させ
て、粒子を少なくとも十分に分離する。
まず、電界強度が同一または異なる交番電界を有する
均一電界について述べる。
均一電界について述べる。
大きな巨大分子、たとえば２メガベース前後のDNA染
色体の電気泳動分離は、周辺固定電極によって均一電界
を交番配向させて有効に行なうことができる。
色体の電気泳動分離は、周辺固定電極によって均一電界
を交番配向させて有効に行なうことができる。
第２および３図は、本発明の基礎とする原理を説明す
るための２つの装置を例示する。２つの装置は、全体と
して20で示す一連の電極の位置によって２つの方向の間
で交番配向する均一な周辺固定電界を印加する。図示の
ように、２つの装置の輪郭線は閉じており、第２図の装
置は４辺形、第３図の装置は６辺形である。しかし多辺
形の輪郭線は４辺形または６変形に限らず、少なくとも
１対の平行な辺を有する閉止輪郭線に多数の電極が配置
され、かつ適当な電位に保持されてさえいれば、他の周
辺形に沿って配置することができる。
るための２つの装置を例示する。２つの装置は、全体と
して20で示す一連の電極の位置によって２つの方向の間
で交番配向する均一な周辺固定電界を印加する。図示の
ように、２つの装置の輪郭線は閉じており、第２図の装
置は４辺形、第３図の装置は６辺形である。しかし多辺
形の輪郭線は４辺形または６変形に限らず、少なくとも
１対の平行な辺を有する閉止輪郭線に多数の電極が配置
され、かつ適当な電位に保持されてさえいれば、他の周
辺形に沿って配置することができる。
本発明の基礎とする装置の構造を、第２図を参照して
さらに詳しく明かにする。電極20は、図示しない緩衝槽
に懸垂していて緩衝液中に浸漬している。この緩衝液は
通常の方法で循環して冷却する。サンドブラストしたガ
ラス板21のような試料ホルダを、緩衝槽内の図示の位置
におき、染色体の移動方向を板の縁に平行とする。ゲル
を試料ホルダ21の表面に付け、ゲル中に形成されたウェ
ルに、分離すべき分子を含むインサートを入れる。第６
図に示すように、１つの態様は緩衝槽80が試料81、導入
手段83、排出手段84を含み、これらの手段は図示しない
適当なポンプを介して緩衝液を循環させる。所望であれ
ば、緩衝溶液は図示しない適当な冷却手段によって冷却
することができる。
さらに詳しく明かにする。電極20は、図示しない緩衝槽
に懸垂していて緩衝液中に浸漬している。この緩衝液は
通常の方法で循環して冷却する。サンドブラストしたガ
ラス板21のような試料ホルダを、緩衝槽内の図示の位置
におき、染色体の移動方向を板の縁に平行とする。ゲル
を試料ホルダ21の表面に付け、ゲル中に形成されたウェ
ルに、分離すべき分子を含むインサートを入れる。第６
図に示すように、１つの態様は緩衝槽80が試料81、導入
手段83、排出手段84を含み、これらの手段は図示しない
適当なポンプを介して緩衝液を循環させる。所望であれ
ば、緩衝溶液は図示しない適当な冷却手段によって冷却
することができる。
電極20は図示のように等間隔とし、内部に電界を発生
すべき閉止輪郭線すなわち周辺に沿って配置する。電極
はたとえば直径0.76mm（0.030inch）の白金線とし、上
記のように緩衝液中に懸垂する。電極は点または線状と
して、核酸の移動面に垂直か、またはこの面内に配置す
る。第２図の態様の電極は、Ａ対を形成する電極22,23
と、Ｂ対を形成する電極24,25の２つの対と考えること
ができる。
すべき閉止輪郭線すなわち周辺に沿って配置する。電極
はたとえば直径0.76mm（0.030inch）の白金線とし、上
記のように緩衝液中に懸垂する。電極は点または線状と
して、核酸の移動面に垂直か、またはこの面内に配置す
る。第２図の態様の電極は、Ａ対を形成する電極22,23
と、Ｂ対を形成する電極24,25の２つの対と考えること
ができる。
電極はゲルから離し、またはゲルに接するなど異なる
方法で配置することができる。通常、交番電界では、電
極をゲルから離して、電極間の距離を所望のようにゲル
と電極との距離より小さくする。
方法で配置することができる。通常、交番電界では、電
極をゲルから離して、電極間の距離を所望のようにゲル
と電極との距離より小さくする。
たとえば一方のＡ対を付勢して電位差φ０に保持し
て、第１および第２組の駆動電極とし、他方のＢ対は、
Ａ対間の電界の不均一性を制御する電位に保持した中間
電極、すなわち第３および第４組の整形電極として作用
する。第２図の装置は２つの配向の間で電界を交番する
ように配置する。Ｂ対は電位差φ０に保持し、Ａ対は、
Ｂ対間の電界を均一にする中間電位に保持された中間電
極として作用する。
て、第１および第２組の駆動電極とし、他方のＢ対は、
Ａ対間の電界の不均一性を制御する電位に保持した中間
電極、すなわち第３および第４組の整形電極として作用
する。第２図の装置は２つの配向の間で電界を交番する
ように配置する。Ｂ対は電位差φ０に保持し、Ａ対は、
Ｂ対間の電界を均一にする中間電位に保持された中間電
極として作用する。
これを行なう方法を説明する。まず各電極はＡまたは
Ｂの電源に接続し、さらに抵抗を介して隣接する電極に
接続している。抵抗31はＡ−電極の間を接続し、抵抗32
はＡ＋電極の間を接続し、抵抗33はＢ−電極の間を接続
し、抵抗34はＢ＋電極の間を接続する。さらに抵抗35,3
6,37および38は、図示のようにＡ対およびＢ対の間をそ
れぞれ接続する。
Ｂの電源に接続し、さらに抵抗を介して隣接する電極に
接続している。抵抗31はＡ−電極の間を接続し、抵抗32
はＡ＋電極の間を接続し、抵抗33はＢ−電極の間を接続
し、抵抗34はＢ＋電極の間を接続する。さらに抵抗35,3
6,37および38は、図示のようにＡ対およびＢ対の間をそ
れぞれ接続する。
電極に電位を印加するために、第４図に示す切換電源
をＡおよびＢに対応する電極に接続する。この切換電源
は、電源40の正および負の端子がリレー41、好ましくは
エレクトロニックス・リレーに接続している。リレーを
駆動するタイマ42は、第２または３図の電極に接続した
一連のエレクトロニックス・スイッチ43,44を導通また
は非導通として制御する。簡単のために、リレー41は機
械的リレーとして図示してあるが、次の記載から明らか
なように、適当なシフトレジスタ、ダイオードまたは出
力トランジスタを組み込むことができる。電源の負端子
はスイッチ43に接続し、これは実線の位置では、負端子
をＡ−電極に接続し、交番時には破線のように、負端子
をＢ−電極に接続する。同様に、電源の正端子は、スイ
ッチ44に接続し、実線の位置では正端子をＡ＋電極に接
続し、交番時には破線のようにＢ＋電極に接続する。タ
イマ42は、たとえば約20〜200秒の範囲の所定の間隔で
スイッチを切換える。
をＡおよびＢに対応する電極に接続する。この切換電源
は、電源40の正および負の端子がリレー41、好ましくは
エレクトロニックス・リレーに接続している。リレーを
駆動するタイマ42は、第２または３図の電極に接続した
一連のエレクトロニックス・スイッチ43,44を導通また
は非導通として制御する。簡単のために、リレー41は機
械的リレーとして図示してあるが、次の記載から明らか
なように、適当なシフトレジスタ、ダイオードまたは出
力トランジスタを組み込むことができる。電源の負端子
はスイッチ43に接続し、これは実線の位置では、負端子
をＡ−電極に接続し、交番時には破線のように、負端子
をＢ−電極に接続する。同様に、電源の正端子は、スイ
ッチ44に接続し、実線の位置では正端子をＡ＋電極に接
続し、交番時には破線のようにＢ＋電極に接続する。タ
イマ42は、たとえば約20〜200秒の範囲の所定の間隔で
スイッチを切換える。
図示の端子の位置では、電源からの電位差φ０をＡ＋
〜Ａ−電極に印加して矢印45で示す方向に電界を発生す
る。こうして、Ａ対の端子に電位差φ０が印加されて図
示の方向に電界を発生する。電界を均一にする目的でＢ
端子は中間電極として作用する。Ｂ−対には抵抗36,3
3、および37を介して、またＢ＋対には抵抗35,34および
38を介して、Ａ対の電極とそれぞれ接続する。１つの構
成として、使用する抵抗は、それぞれ820ohm、2Wattと
し、これによって各中間電極は適当な電位に保持され
て、Ａ＋およびＡ−電極の間に囲まれる領域全体を実質
的に均一な電界とする。電界の方向を切換えるときは、
第４図のタイマ42がスイッチ43,44を切換えて、Ｂ対の
電極を電位差φ０に保持し、Ａ対の電極を中間の抵抗に
よって中間電極として作用させ、Ｂ対電極で発生する方
向46の電界を均一とする。
〜Ａ−電極に印加して矢印45で示す方向に電界を発生す
る。こうして、Ａ対の端子に電位差φ０が印加されて図
示の方向に電界を発生する。電界を均一にする目的でＢ
端子は中間電極として作用する。Ｂ−対には抵抗36,3
3、および37を介して、またＢ＋対には抵抗35,34および
38を介して、Ａ対の電極とそれぞれ接続する。１つの構
成として、使用する抵抗は、それぞれ820ohm、2Wattと
し、これによって各中間電極は適当な電位に保持され
て、Ａ＋およびＡ−電極の間に囲まれる領域全体を実質
的に均一な電界とする。電界の方向を切換えるときは、
第４図のタイマ42がスイッチ43,44を切換えて、Ｂ対の
電極を電位差φ０に保持し、Ａ対の電極を中間の抵抗に
よって中間電極として作用させ、Ｂ対電極で発生する方
向46の電界を均一とする。
周知のように、電界の方向を周期的に交番させると、
交番しないときに分離できる大きさより大きい粒子また
は分子を分離することができる。たとえば、Cantorらの
米国特許第4,473,452号は交番電界を使用する４辺形配
置を開示する。しかし、この電界を発生する電極は、試
料の一方の側に単一の電極があり、他方の側に線状に配
置した複数の電極がある。従って、両側の電極の間で発
生する電位勾配は、ゲル中の位置によって配向方向が異
なる。
交番しないときに分離できる大きさより大きい粒子また
は分子を分離することができる。たとえば、Cantorらの
米国特許第4,473,452号は交番電界を使用する４辺形配
置を開示する。しかし、この電界を発生する電極は、試
料の一方の側に単一の電極があり、他方の側に線状に配
置した複数の電極がある。従って、両側の電極の間で発
生する電位勾配は、ゲル中の位置によって配向方向が異
なる。
本発明によると、このような電位勾配は発生しない。
言い換えれば電位差φ０に保持された電極の間では電界
が均一である。第２図の４辺形配置では、電界がＡ電極
対とＢ電極対との間で交番するときに、ゲル中では位置
に関係なく、全体が90°の角度で再配向する。その結
果、すべての正電荷分子は、等しい大きさの矢印48で示
すように、90°の再配向角を二等分する方向に移動す
る。核酸は負電荷を有するので、これと反対の方向に移
動する。
言い換えれば電位差φ０に保持された電極の間では電界
が均一である。第２図の４辺形配置では、電界がＡ電極
対とＢ電極対との間で交番するときに、ゲル中では位置
に関係なく、全体が90°の角度で再配向する。その結
果、すべての正電荷分子は、等しい大きさの矢印48で示
すように、90°の再配向角を二等分する方向に移動す
る。核酸は負電荷を有するので、これと反対の方向に移
動する。
再配向角を90°にすると、分解能が損失するととも
に、ゲル中をDNAが比較的迅速に移動する。しかし再配
向角を120°に増加すると、DNAは、断片であっても完全
な分子であっても、２メガベースまでの大きさの全範囲
にわたって良好に分離することができる。
に、ゲル中をDNAが比較的迅速に移動する。しかし再配
向角を120°に増加すると、DNAは、断片であっても完全
な分子であっても、２メガベースまでの大きさの全範囲
にわたって良好に分離することができる。
従って、第３図の装置は再配向角を120°として構成
してある。第３図において、閉止輪郭線は６辺形であ
り、等間隔の対向電極の対を６辺形の各辺に配置する。
図示のように、Ａ対の電極22′,23′、Ｂ対の電極24′,
25′、さらにＣ対の電極26,27がある。第２図の装置と
同様に、抵抗、たとえば抵抗31′を、隣接する各電極対
の間に接続して輪郭線を閉じている。第３図の装置で
は、抵抗470ohm,2Wattを使用した。矢印48′は正荷電粒
子の移動方向を示す。核酸または他の負荷電粒子は、こ
れと反対の方向に移動する。
してある。第３図において、閉止輪郭線は６辺形であ
り、等間隔の対向電極の対を６辺形の各辺に配置する。
図示のように、Ａ対の電極22′,23′、Ｂ対の電極24′,
25′、さらにＣ対の電極26,27がある。第２図の装置と
同様に、抵抗、たとえば抵抗31′を、隣接する各電極対
の間に接続して輪郭線を閉じている。第３図の装置で
は、抵抗470ohm,2Wattを使用した。矢印48′は正荷電粒
子の移動方向を示す。核酸または他の負荷電粒子は、こ
れと反対の方向に移動する。
Ａ対の電極を電位差φ０に保持すると、電界は矢印50
の方向となる。この条件において、電極24′,25′,26,2
7はすべて中間電極として作用して、Ａ対の電極の間の
電界を一層均一とする。同様に、第４図の電源を切換え
て、Ｂ対の電極を電位差φ０に保持すると、Ａ対および
付加的な対26,27はすべて中間電極として、適当な電位
に保持され、矢印51で示すＢ対の電極間の電界を一層均
一にする。第３図の構成が第２図の構成より優れている
点として、第２図の４つに対して、８つの中間電極を有
する。
の方向となる。この条件において、電極24′,25′,26,2
7はすべて中間電極として作用して、Ａ対の電極の間の
電界を一層均一とする。同様に、第４図の電源を切換え
て、Ｂ対の電極を電位差φ０に保持すると、Ａ対および
付加的な対26,27はすべて中間電極として、適当な電位
に保持され、矢印51で示すＢ対の電極間の電界を一層均
一にする。第３図の構成が第２図の構成より優れている
点として、第２図の４つに対して、８つの中間電極を有
する。
染色体分離パターンは、電界の再配向角を変えると、
著しい変化を示す。CarleおよびOlsonの装置では、ゲル
中の位置によって再配向角が120°〜150°の範囲で変化
する。６辺形配置では、この角は120°、４辺形配置で
は90°である。電界の再配向角が120。のときは、２メ
ガベースまでの大きさのすべての範囲にわたるDNAを良
好に分離できるが、これより大きな分子は、これとは異
なる配向角を必要とする。90°においては、ゲル中のDN
Aの移動は著しく増加して、これに伴って分解能が損失
する。60°では染色体の移動は一層速かであり、分離は
良好でない。
著しい変化を示す。CarleおよびOlsonの装置では、ゲル
中の位置によって再配向角が120°〜150°の範囲で変化
する。６辺形配置では、この角は120°、４辺形配置で
は90°である。電界の再配向角が120。のときは、２メ
ガベースまでの大きさのすべての範囲にわたるDNAを良
好に分離できるが、これより大きな分子は、これとは異
なる配向角を必要とする。90°においては、ゲル中のDN
Aの移動は著しく増加して、これに伴って分解能が損失
する。60°では染色体の移動は一層速かであり、分離は
良好でない。
パルス時間および電圧は、分離すべき分子の大きさで
異なる、DNA分子が大きくなるとパルス時間が長くな
る。一般にパルス時間は１秒から数時間の範囲である
が、通常は５秒から60分の範囲である。電圧は一般に50
〜400voltの範囲である。
異なる、DNA分子が大きくなるとパルス時間が長くな
る。一般にパルス時間は１秒から数時間の範囲である
が、通常は５秒から60分の範囲である。電圧は一般に50
〜400voltの範囲である。
電界変換によるゲル電気泳動は酵母染色体DNAの分離
に応用されてきた。C.F.Carle,N.FrankおよびN.V.Olso
n,Science，232,65（1986）参照。電界は周期的に変換
して、単一の電極対を使用して均一な電界を発生させ
る。従って、再配向角は180°に限定される。この系は
大きなDNAを良好に分離し、分離パターンは一般にゲル
中の位置によって変らない。パルス時間によっては、DN
Aの泳動は大きさの単調な関係でなくて、大きさが著し
く異なる分子も一緒に泳動するという望ましくない結果
になる。この問題を避けるには、電気泳動中に、適当な
範囲のパルス時間を選ぶ。
に応用されてきた。C.F.Carle,N.FrankおよびN.V.Olso
n,Science，232,65（1986）参照。電界は周期的に変換
して、単一の電極対を使用して均一な電界を発生させ
る。従って、再配向角は180°に限定される。この系は
大きなDNAを良好に分離し、分離パターンは一般にゲル
中の位置によって変らない。パルス時間によっては、DN
Aの泳動は大きさの単調な関係でなくて、大きさが著し
く異なる分子も一緒に泳動するという望ましくない結果
になる。この問題を避けるには、電気泳動中に、適当な
範囲のパルス時間を選ぶ。
比較のために、単一のパルス時間で配向を交番させ
て、大きさDNAを良好に分離することができる。こうし
て、泳動と分子量の間に単調な相関関係が一般に保たれ
る。従って、物理的パラメータ、すなわち電界強度、再
配向角、およびパルス時間を独立に制御することがで
き、これは電界変換ゲル電気泳動技術と異なる点であ
る。
て、大きさDNAを良好に分離することができる。こうし
て、泳動と分子量の間に単調な相関関係が一般に保たれ
る。従って、物理的パラメータ、すなわち電界強度、再
配向角、およびパルス時間を独立に制御することがで
き、これは電界変換ゲル電気泳動技術と異なる点であ
る。
次の態様は、均一な非交番構成を例示する。50キロベ
ース未満のDNAのような小さい巨大分子を電気泳動分離
することは、本発明の均一な周辺固定電界を使用して非
交番構成において効果的に行なうことができる。
ース未満のDNAのような小さい巨大分子を電気泳動分離
することは、本発明の均一な周辺固定電界を使用して非
交番構成において効果的に行なうことができる。
従来の50キロベース未満のDNAの電気泳動は、短い周
期の時間で適当な分離をするのに高電圧を使用できる。
しかし、この方法の欠点は、ゲルを通る泳動パターンが
歪むことである。DNA分子の泳動はゲルの縁では中央よ
りも遅くなり、この傾向は分子量が小さい程著しい。
期の時間で適当な分離をするのに高電圧を使用できる。
しかし、この方法の欠点は、ゲルを通る泳動パターンが
歪むことである。DNA分子の泳動はゲルの縁では中央よ
りも遅くなり、この傾向は分子量が小さい程著しい。
この問題は本発明によって解消することができる。第
５図は本発明の標準的な水平ゲル装置である。ゲルおよ
び電極の構成は適当な相対的比例によって描いてある。
標準的な水平ゲル装置は、T.Maniatis,E.F.Fritschおよ
びJ.Sambrook,Molecular Cloning:A Laboratory Manua
l,153（Cold Spring Harbor Laboratory,1982）に記載
されており、２つの主電極、すなわち正極61および負極
62が、緩衝槽64の端にあるウェル63に沈められている。
この標準的な装置に、２組の65,66の新しい６つの中間
電極を加え、主電極61,62を結ぶ装置の両側においてゲ
ル面に垂直になるように配向させる。この電極の配置
が、ゲルを囲む閉止輪郭線を形成する。均一な深さの緩
衝槽内に、均等な電界が、ゲルの端に実質的に密接して
配置された電極によって、発生する。この均等な電界の
配置は、輪郭線のジオメトリを示す第５図の破線67,68
によって示す。電界の制御は、電極を主電極61,62を結
ぶ一連の可変抵抗69,69′によって生ずる電位に保持し
て行なう。端子の低い方の対を結ぶ破線70から明かなよ
うに、ゲルの両側の均等な位置において同一の電位に保
持されるように、各対応する対を相互に接続する。図の
装置において、抵抗69′は960ohm、各抵抗69は470ohmと
して、均一な電界を発生した。
５図は本発明の標準的な水平ゲル装置である。ゲルおよ
び電極の構成は適当な相対的比例によって描いてある。
標準的な水平ゲル装置は、T.Maniatis,E.F.Fritschおよ
びJ.Sambrook,Molecular Cloning:A Laboratory Manua
l,153（Cold Spring Harbor Laboratory,1982）に記載
されており、２つの主電極、すなわち正極61および負極
62が、緩衝槽64の端にあるウェル63に沈められている。
この標準的な装置に、２組の65,66の新しい６つの中間
電極を加え、主電極61,62を結ぶ装置の両側においてゲ
ル面に垂直になるように配向させる。この電極の配置
が、ゲルを囲む閉止輪郭線を形成する。均一な深さの緩
衝槽内に、均等な電界が、ゲルの端に実質的に密接して
配置された電極によって、発生する。この均等な電界の
配置は、輪郭線のジオメトリを示す第５図の破線67,68
によって示す。電界の制御は、電極を主電極61,62を結
ぶ一連の可変抵抗69,69′によって生ずる電位に保持し
て行なう。端子の低い方の対を結ぶ破線70から明かなよ
うに、ゲルの両側の均等な位置において同一の電位に保
持されるように、各対応する対を相互に接続する。図の
装置において、抵抗69′は960ohm、各抵抗69は470ohmと
して、均一な電界を発生した。
次に、不均一な非交番電界を使用する例を示す。輪郭
線に沿って配置された電極を結ぶ抵抗の値を変えること
によって、この装置は、適当な環境において所望の電界
強度勾配を発生するように変化することができる。
線に沿って配置された電極を結ぶ抵抗の値を変えること
によって、この装置は、適当な環境において所望の電界
強度勾配を発生するように変化することができる。
負の電界強度勾配、すなわち電界強度が駆動電極θ２
の近傍より、駆動電極θ１の近傍において小さいとき
は、DNAの泳動に多くの影響を与える。まずDNAの移動度
は、ゲルを通って移動すると減少する。第１に、電気泳
動は小さいDNA分子を失うことなく延伸できるので、大
きなDNAの分解能を増大することができる。第２に、負
の勾配は帯域拡大を防ぐので、低分子量の分子種にはも
っとも有利である。帯域拡大は、不均一な加熱によって
おきる対流、拡散、およびゲル安定剤による泳動経路の
多様化によっておきる渦状泳動を含む多様な因子の結果
である。帯域の先端は、後の端よりも受ける起電力が弱
いので、適当な強さの負の電界勾配は帯域を集中させ
る。第３に、DNAの泳動は、ゲルを通るに従って経路の
幅が次第に広がる曲線状の軌道となる。負の電界強度勾
配では電界の方向が必然的に発散する。従って負の電界
強度勾配を適用する２つの可能性がある。すなわち弱い
勾配は帯域拡大を防止して、分解能を改良する。また強
い勾配は小さいDNA分子をゲルの上に保持するように調
節して、同一ゲル上で大きな分子を分離する時間が多く
得られる。電界強度が負、ゼロおよび正の勾配を使用す
ることは、Chuからの論文Separation of Large DNA Mol
ecules by Contour-Clamped Homogeneous Electric Fie
lds,Science（1987-1986）234,1582-1585にも記載され
ている。
の近傍より、駆動電極θ１の近傍において小さいとき
は、DNAの泳動に多くの影響を与える。まずDNAの移動度
は、ゲルを通って移動すると減少する。第１に、電気泳
動は小さいDNA分子を失うことなく延伸できるので、大
きなDNAの分解能を増大することができる。第２に、負
の勾配は帯域拡大を防ぐので、低分子量の分子種にはも
っとも有利である。帯域拡大は、不均一な加熱によって
おきる対流、拡散、およびゲル安定剤による泳動経路の
多様化によっておきる渦状泳動を含む多様な因子の結果
である。帯域の先端は、後の端よりも受ける起電力が弱
いので、適当な強さの負の電界勾配は帯域を集中させ
る。第３に、DNAの泳動は、ゲルを通るに従って経路の
幅が次第に広がる曲線状の軌道となる。負の電界強度勾
配では電界の方向が必然的に発散する。従って負の電界
強度勾配を適用する２つの可能性がある。すなわち弱い
勾配は帯域拡大を防止して、分解能を改良する。また強
い勾配は小さいDNA分子をゲルの上に保持するように調
節して、同一ゲル上で大きな分子を分離する時間が多く
得られる。電界強度が負、ゼロおよび正の勾配を使用す
ることは、Chuからの論文Separation of Large DNA Mol
ecules by Contour-Clamped Homogeneous Electric Fie
lds,Science（1987-1986）234,1582-1585にも記載され
ている。
本発明の装置は、周辺の電極による均一に保持された
電界において、配向を交番させることによって、歪みが
なく多きな巨大分子を分離し、また配向を交番させない
ことによって、高電圧においても歪みがなく小さな巨大
分子を分離することができ、かつ周辺の電極による電界
の勾配を負とすることによって、帯域拡大の減少または
分解能の相違を達成することができる。
電界において、配向を交番させることによって、歪みが
なく多きな巨大分子を分離し、また配向を交番させない
ことによって、高電圧においても歪みがなく小さな巨大
分子を分離することができ、かつ周辺の電極による電界
の勾配を負とすることによって、帯域拡大の減少または
分解能の相違を達成することができる。
次に、交番のまたは異なる電界強度を有する均一な交
番電界の例を示す。DNAのような巨大分子の二次的構造
も本発明によって同定できることに注目すべきである。
生物系はDNA分子を多重コイル形の円、切り開いた形の
円、枝分れ形の円、または投げ縄のような形に形成す
る。このような分子は、電圧の変化に対して、直線状の
DNAと比べて移動度が不規則に変化する。本発明の周辺
の電極による均一な電界は、直線状のDNAの混合物から
二次的構造を有するDNAを分離するのに使用できる。２
つのディメンションにおける電圧が互いに異なる均一な
電界を１つの試料にかける。二次的構造を有するDNA
は、直線状分子の曲線軌道から外れた点に現れる。この
電界配向は、二次元的電気泳動で行なうように、ゲルを
調節する必要なく、単に電子的に切替えることができ
る。さらに電界の切替を間欠的に行なって、所望の分離
を達成したときに、中止することができる。第２図の装
置は、単にＢ＋端子に４つの等しい抵抗を加えて、Ｂ電
極を通る電圧をＡ電極を通る電圧より小さくすることに
よって、所望の効果を得ることができる。
番電界の例を示す。DNAのような巨大分子の二次的構造
も本発明によって同定できることに注目すべきである。
生物系はDNA分子を多重コイル形の円、切り開いた形の
円、枝分れ形の円、または投げ縄のような形に形成す
る。このような分子は、電圧の変化に対して、直線状の
DNAと比べて移動度が不規則に変化する。本発明の周辺
の電極による均一な電界は、直線状のDNAの混合物から
二次的構造を有するDNAを分離するのに使用できる。２
つのディメンションにおける電圧が互いに異なる均一な
電界を１つの試料にかける。二次的構造を有するDNA
は、直線状分子の曲線軌道から外れた点に現れる。この
電界配向は、二次元的電気泳動で行なうように、ゲルを
調節する必要なく、単に電子的に切替えることができ
る。さらに電界の切替を間欠的に行なって、所望の分離
を達成したときに、中止することができる。第２図の装
置は、単にＢ＋端子に４つの等しい抵抗を加えて、Ｂ電
極を通る電圧をＡ電極を通る電圧より小さくすることに
よって、所望の効果を得ることができる。
次の実施例は本発明を例示するものであるが、これに
よって特許請求の範囲を限定するものではない。
よって特許請求の範囲を限定するものではない。
本発明の装置の実施態様は、閉止輪郭線の角にある２
つの電極の間の間隔が、閉止輪郭線の辺に沿っている電
極の間の間隔の半分に固定されている。第1A〜1C図に示
す本発明の実施態様では、６辺形の閉止輪郭線を使用
し、角にある電極対、たとえば電界がＡ電極に垂直に配
向する場合は電極対4,5、および電界がＢ電極に垂直に
配向する場合は電極8,9の間の距離は、辺に沿っている
電極相互間の距離の半分である。この配置によって閉止
輪郭線の角における電位を一層正確に保持することがで
きる。
つの電極の間の間隔が、閉止輪郭線の辺に沿っている電
極の間の間隔の半分に固定されている。第1A〜1C図に示
す本発明の実施態様では、６辺形の閉止輪郭線を使用
し、角にある電極対、たとえば電界がＡ電極に垂直に配
向する場合は電極対4,5、および電界がＢ電極に垂直に
配向する場合は電極8,9の間の距離は、辺に沿っている
電極相互間の距離の半分である。この配置によって閉止
輪郭線の角における電位を一層正確に保持することがで
きる。
第1A図の構成の１つの態様として、第７図に示すよう
に、角にある電極間の正味抵抗は電界配向とともに切替
えて、電位をこの配向に適するようにする。これを行な
うには、角にある６対の電極の間に６つの抵抗を並列に
付加する。４つの場合は、抵抗R25,R26,R27およびR28
を、それぞれダイオードD5,D8,D17およびD20と直列にな
るように付加する。この変更によって、電極対4,5;8,9;
16,17および20,21のそれぞれの間の電位差は、電界の配
向に応じて変化する。Ａ＋電極およびＡ−電極が電界を
駆動するときは、電極対4,5間および20,21間の電位差
は、電極対8,9間および16,17間の電位差の半分に低下す
る。これは第1B図に示すように、Ａ−電極によって形成
されるゼロ等電位線から電極５までの垂直距離が、電極
５〜12の間でそれぞれ隣接する電極相互間の垂直距離の
半分であることを反映する。
に、角にある電極間の正味抵抗は電界配向とともに切替
えて、電位をこの配向に適するようにする。これを行な
うには、角にある６対の電極の間に６つの抵抗を並列に
付加する。４つの場合は、抵抗R25,R26,R27およびR28
を、それぞれダイオードD5,D8,D17およびD20と直列にな
るように付加する。この変更によって、電極対4,5;8,9;
16,17および20,21のそれぞれの間の電位差は、電界の配
向に応じて変化する。Ａ＋電極およびＡ−電極が電界を
駆動するときは、電極対4,5間および20,21間の電位差
は、電極対8,9間および16,17間の電位差の半分に低下す
る。これは第1B図に示すように、Ａ−電極によって形成
されるゼロ等電位線から電極５までの垂直距離が、電極
５〜12の間でそれぞれ隣接する電極相互間の垂直距離の
半分であることを反映する。
これに反して、第1C図に示すように、Ｂ＋,B−電極が
電界を駆動するときは、電極対4,5間および20,21間の電
位差が、Ｂ＋およびＢ−電極についての垂直距離を適切
に反映する。これらの電位差は均一な電界を発生するの
に必要である。それはどの中間電極における電位も、中
間電極から駆動アース電極によって形成される假想線ま
での垂直距離に比例しなければならないためである。
電界を駆動するときは、電極対4,5間および20,21間の電
位差が、Ｂ＋およびＢ−電極についての垂直距離を適切
に反映する。これらの電位差は均一な電界を発生するの
に必要である。それはどの中間電極における電位も、中
間電極から駆動アース電極によって形成される假想線ま
での垂直距離に比例しなければならないためである。
第10図に模式的に示す実施態様においては、上述のリ
レーの代りに、ソリッドステート・リレー、たとえばCr
ydon PVR 3301を切換機構として使用する。ソリッドス
テート・リレーを使用すると、所望であれば一層迅速に
切換えることができ、かつ信頼性を増加し、可聴ノイズ
を減少することができる。
レーの代りに、ソリッドステート・リレー、たとえばCr
ydon PVR 3301を切換機構として使用する。ソリッドス
テート・リレーを使用すると、所望であれば一層迅速に
切換えることができ、かつ信頼性を増加し、可聴ノイズ
を減少することができる。
他の実施態様において、トランジスタ緩衝回路を各電
極および駆動回路の間に使用する。第8B図に示すよう
に、緩衝回路B1〜B24を使用して、電極を一層正確に適
当な電位に保持する。これは化学的緩衝体を通る電極間
の抵抗路が、抵抗電圧分割器から電気的に分離されてい
て、抵抗電圧分割器を一層正確に作動させるためであ
る。このような緩衝回路は相対的に入力インピーダンス
が高いので、抵抗電圧分割器に大量の電流を通さず、ま
た出力インピーダンスが相対的に低いので、電極を適当
な電位に保持することができる。本発明のどの実施態様
においても、緩衝回路、たとえばB1〜B20を有利に使用
できることを理解すべきである。同様に本発明のどの実
施態様においても、緩衝回路、たとえばB1〜B24を有利
に使用できることを理解すべきである。本発明の実施態
様において、このような緩衝回路は第11図に示すように
形成されており、エミッタホロワ・プルアップおよびプ
ルダウン・トランジスタT98および99をそれぞれ使用す
る。トランジスタによる利得は、１連のトランジスタに
よって形成される電圧分割器を一層正確に作動させて、
抵抗に大量の電流を通すことはない。このような実施態
様において、次の阻止を使用する。
極および駆動回路の間に使用する。第8B図に示すよう
に、緩衝回路B1〜B24を使用して、電極を一層正確に適
当な電位に保持する。これは化学的緩衝体を通る電極間
の抵抗路が、抵抗電圧分割器から電気的に分離されてい
て、抵抗電圧分割器を一層正確に作動させるためであ
る。このような緩衝回路は相対的に入力インピーダンス
が高いので、抵抗電圧分割器に大量の電流を通さず、ま
た出力インピーダンスが相対的に低いので、電極を適当
な電位に保持することができる。本発明のどの実施態様
においても、緩衝回路、たとえばB1〜B20を有利に使用
できることを理解すべきである。同様に本発明のどの実
施態様においても、緩衝回路、たとえばB1〜B24を有利
に使用できることを理解すべきである。本発明の実施態
様において、このような緩衝回路は第11図に示すように
形成されており、エミッタホロワ・プルアップおよびプ
ルダウン・トランジスタT98および99をそれぞれ使用す
る。トランジスタによる利得は、１連のトランジスタに
よって形成される電圧分割器を一層正確に作動させて、
抵抗に大量の電流を通すことはない。このような実施態
様において、次の阻止を使用する。
T98 2N 3439 T99 2N 5416 R98 150K 1/4 Watt R99 150K 1/4 Watt D98 1N 4004 D99 1N 4004 上述の実施態様においては、比再配向角が電極配置に
よって規定される閉止輪郭線の形に依存するが、他の実
施態様においては任意の再配向角を単一の閉止輪郭線の
内部に設定することができる。この実施態様によれば、
単一の閉止輪郭線を規定する単一装置を使用して所望の
再配向角を設定することができる。このような構成の態
様は、第8A図に示すように、角の電極を適当な電位に保
持することによって、再配向角を制御する。これにはた
とえば第8B図に示すような回路を使用できる。第8B図に
示すように、抵抗値Riを有する抵抗対R31,R32および抵
抗値Rjを有する抵抗対R33,R34がある。第8B図の１つの
態様として、 R1〜R20 2K 1/2W R31,R33 10K 2W R32,R34 20K以下 2W 再配向角φ＝2tan-1（Rj/Ri） （１） 抵抗R31〜34は電圧分割器として作用し、第8A図にお
いて、角の電極1,6,11および16を、所定の電界配向に適
する電位に保持する。電極１および11は駆動電極Ａ−お
よびＡ＋であり、電極６および16は電界の配向角を固定
する電位に保持する（第9Aおよび9B図参照）。
よって規定される閉止輪郭線の形に依存するが、他の実
施態様においては任意の再配向角を単一の閉止輪郭線の
内部に設定することができる。この実施態様によれば、
単一の閉止輪郭線を規定する単一装置を使用して所望の
再配向角を設定することができる。このような構成の態
様は、第8A図に示すように、角の電極を適当な電位に保
持することによって、再配向角を制御する。これにはた
とえば第8B図に示すような回路を使用できる。第8B図に
示すように、抵抗値Riを有する抵抗対R31,R32および抵
抗値Rjを有する抵抗対R33,R34がある。第8B図の１つの
態様として、 R1〜R20 2K 1/2W R31,R33 10K 2W R32,R34 20K以下 2W 再配向角φ＝2tan-1（Rj/Ri） （１） 抵抗R31〜34は電圧分割器として作用し、第8A図にお
いて、角の電極1,6,11および16を、所定の電界配向に適
する電位に保持する。電極１および11は駆動電極Ａ−お
よびＡ＋であり、電極６および16は電界の配向角を固定
する電位に保持する（第9Aおよび9B図参照）。
垂直に対して角1/2φの電界配向、すなわち交番電界
相互間の再配向角φに対しては、Ｖ′は駆動電極からの
相対的垂直距離を反映すべきである。これらの距離は、
第9A図において、ＸおよびＹである。
相互間の再配向角φに対しては、Ｖ′は駆動電極からの
相対的垂直距離を反映すべきである。これらの距離は、
第9A図において、ＸおよびＹである。
ｘ＝d sin（1/2φ） （２） ｙ＝d cos（1/2φ） （３） 同様な計算により、式（５）を得る。
第9B図の抵抗電圧ブリッジは、次の正確な関係を有す
る電位Ｖ′およびＶ″を発生する。
る電位Ｖ′およびＶ″を発生する。
角φを次の関係によって規定すれば、 次に式（９）となる。
さらに、式（８）および（９）を式（６）および
（７）に代入すれば、式（４）および（５）の形の電圧
Ｖ′およびＶ″を得る。こうして、Ｖ′およびＶ″が配
向角1/2φを有する電界に適当な値であることをシミュ
レートして式（１）の正当性を証明する。
（７）に代入すれば、式（４）および（５）の形の電圧
Ｖ′およびＶ″を得る。こうして、Ｖ′およびＶ″が配
向角1/2φを有する電界に適当な値であることをシミュ
レートして式（１）の正当性を証明する。
第8B図に示すように他の実施態様において、典型的に
20K,5Wattである可変抵抗を電気回路のＢ部分の抵抗R35
として使用すると、単一電源を使用しながら、Ｂ方向で
使用する電位をＡ方向の電位より低くする。これはたと
えば、二次的構造を有するDNAを分離するための構成に
有利に使用できる。
20K,5Wattである可変抵抗を電気回路のＢ部分の抵抗R35
として使用すると、単一電源を使用しながら、Ｂ方向で
使用する電位をＡ方向の電位より低くする。これはたと
えば、二次的構造を有するDNAを分離するための構成に
有利に使用できる。
本発明のこの実施態様によって、第７および10図につ
いてさきに述べたようにソリッドステート・リレーを使
用することができ、また第７および11図についてさきに
述べたように緩衝回路を使用することができる。
いてさきに述べたようにソリッドステート・リレーを使
用することができ、また第７および11図についてさきに
述べたように緩衝回路を使用することができる。
第1A〜1C図は本発明の装置の閉止輪郭線と、電界方向の
変化に伴なって特定の角において発生する電位を示す説
明図であり、 第２図は４辺形の周辺固定電極配置による均一な交番電
界発生装置の配線図であり、 第３図は６辺形の周辺固定電極配置による均一な交番電
界発生装置の配線図であり、 第４図は第２および３図の装置の電極に接続する電源切
換配線図であり、 第５図は非交番電界の電力供給配線図であり、 第６図は循環および冷却手段を含む本発明の装置の説明
図であり、 第７図は第1A〜1C図に示す本発明の電位を達成するため
の回路の配線図であり、 第8A図は４辺形電極配置の説明図であり、 第8B図は本発明の電極の駆動に適する回路の配線図であ
り、 第9A図は第8A図の電極配置の角における作用を示すベク
トル線図であり、 第9B図は第9A図の回路モデルを示す配線図であり、 第10図は本発明の装置の切換回路にソリッドステート・
リレーを使用する配線図であり、 第11図は本発明の電極の駆動に適する回路の配線図であ
る。 20……電極、22,23,22′,23′……駆動電極、24,25,2
4′,25′,26,27……整形電極、31,32,33,34,35,36,37,3
8……抵抗、45,46,50,51……電界の配向角、43,44……
スイッチ、60……水平なゲル装置、61,62……主電極、6
9,69′……可変抵抗、80……緩衝槽、81……試料、83…
…導入手段、84……排出手段。
変化に伴なって特定の角において発生する電位を示す説
明図であり、 第２図は４辺形の周辺固定電極配置による均一な交番電
界発生装置の配線図であり、 第３図は６辺形の周辺固定電極配置による均一な交番電
界発生装置の配線図であり、 第４図は第２および３図の装置の電極に接続する電源切
換配線図であり、 第５図は非交番電界の電力供給配線図であり、 第６図は循環および冷却手段を含む本発明の装置の説明
図であり、 第７図は第1A〜1C図に示す本発明の電位を達成するため
の回路の配線図であり、 第8A図は４辺形電極配置の説明図であり、 第8B図は本発明の電極の駆動に適する回路の配線図であ
り、 第9A図は第8A図の電極配置の角における作用を示すベク
トル線図であり、 第9B図は第9A図の回路モデルを示す配線図であり、 第10図は本発明の装置の切換回路にソリッドステート・
リレーを使用する配線図であり、 第11図は本発明の電極の駆動に適する回路の配線図であ
る。 20……電極、22,23,22′,23′……駆動電極、24,25,2
4′,25′,26,27……整形電極、31,32,33,34,35,36,37,3
8……抵抗、45,46,50,51……電界の配向角、43,44……
スイッチ、60……水平なゲル装置、61,62……主電極、6
9,69′……可変抵抗、80……緩衝槽、81……試料、83…
…導入手段、84……排出手段。
フロントページの続き (72)発明者 ダグラス ボルラス アメリカ合衆国，カリフォルニア 94041，マウンテン ビュー，アパート メント １，チャーチ ストリート 98 (72)発明者 ロン デイビス アメリカ合衆国，カリフォルニア 94301，パロ アルト，キングスレイ 433
Claims (20)
- 【請求項１】電界を使用して、試料粒子を電気泳動的に
分離および検出するために、 試料の１つ以上の粒子を負荷するゲル媒体の支持体と、 このゲル媒体を囲む閉止輪郭線に沿って配置された複数
の電極であっで、１つ以上の駆動電極の第１組と、１つ
以上の駆動電極の第２組と、閉止輪郭線の第１辺におい
て、第１および第２組の駆動電極の間に配置された１つ
以上の外部駆動される整形電極の第３組と、閉止輪郭線
の第１辺に対向する第２辺において、第１および第２組
の駆動電極の間に配置された１つ以上の外部駆動される
整形電極の第４組と、 第１組の駆動電極を第１電位に保持する手段と、 第２組の駆動電極を、第１電位と第２電位との差が閉止
輪郭線の内部の電界の一般的な配向および強度を設定す
る駆動電位として作用する第２電位に保持する手段と、 第３組の整形電極に属する１つ以上の外部駆動される整
形電極を、第１電位と第２電位との中間の第１整形電位
に保持する手段と、 第４組の整形電極に属する１つ以上の外部駆動される整
形電極を、第１電位と第２電位との中間の第１整形電位
に保持する手段とを有する装置であって、 第３組の残りの整形電極を、第１駆動電位と第１整形電
位との中間の電位、または第２駆動電位と第１整形電位
との中間の電位に保持する手段と、 第４組の残りの整形電極を、第１駆動電位と第２整形電
位との中間の電位、または第２駆動電位と第２整形電位
との中間の電位に保持する手段とを有することを特徴と
する装置。 - 【請求項２】閉止輪郭線が多辺形である、請求項１記載
の装置。 - 【請求項３】多辺形が４辺または６辺を有する、請求項
１記載の装置。 - 【請求項４】各整形電極を選択された電位に保持する手
段が、 φ＝（Y/a）（φ２−φ１）＋φ１ （式中、φ１が前記第１電位であり、φ２がこれより高
い前記第２電位であり、ａが第１組の駆動電極と第２組
の駆動電極との間の垂直距離であり、かつｙがこの整形
電極と第１組の駆動電極との間の垂直距離である）で規
定される電位にこの整形電極を保持する手段である、請
求項１〜３のいずれかに記載の装置。 - 【請求項５】整形電極の電位を保持する手段が、この整
形電極を、閉止輪郭線の内部に不均一な電界を発生させ
る電位に保持する手段を有する、請求項１〜３のいずれ
かに記載の装置。 - 【請求項６】電極を各電位に保持する手段が、少なくと
も２つの異なる配向の間で電界を交番させる手段を有す
る請求項１〜３のいずれかに記載の装置。 - 【請求項７】電界を交番させる手段が、電界の強度を各
配向において同一に保つ手段をさらに有する、請求項６
記載の装置。 - 【請求項８】電界を交番させる手段が、電界の強度を各
配向において相違させる手段をさらに有する、請求項６
記載の装置。 - 【請求項９】整形電位を発生する手段が、整形電極の間
に連結された１連の抵抗器である、請求項１〜３のいず
れかに記載の装置。 - 【請求項１０】流体をゲル媒体に接触して保持する貯蔵
手段を有する、請求項１記載の装置。 - 【請求項１１】この流体を循環し冷却する手段を有す
る、請求項10記載の装置。 - 【請求項１２】電極電位保持手段が、電界を変化させる
手段を有する、請求項１記載の装置。 - 【請求項１３】電極電位保持手段が、電界を固定して保
持する手段を有する請求項１記載の装置。 - 【請求項１４】電界の配向を交番させる手段が切換手段
を有する、請求項６記載の装置。 - 【請求項１５】切換手段が機械的リレーまたはソリッド
ステート・リレーである、請求項14記載の装置。 - 【請求項１６】切換手段が１つ以上の切換ダイオードで
ある、請求項15記載の装置。 - 【請求項１７】角にあって隣接する２つの電極の間を接
続する抵抗器の抵抗が、角にない隣接する電極の間を接
続する抵抗器の抵抗の半分である、請求項２記載の装
置。 - 【請求項１８】抵抗器と電極との間に接続された緩衝回
路手段を有する、請求項９記載の装置。 - 【請求項１９】緩衝回路手段が、複数の緩衝回路を有
し、各緩衝回路が１つの電極と組みになっており、かつ
この緩衝回路が組みになった１つの抵抗器から入力参照
電圧を受け取る入力端子と、 組みになった電極に接続された出力端子と、 入力参照電圧に応答して電位に電域保持電圧を供給する
手段とを有する、請求項18記載の装置。 - 【請求項２０】電極電位保持電圧を供給する手段が１つ
以上のトランジスタを有する請求項１記載の装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/235,296 US5165898A (en) | 1986-08-13 | 1988-08-23 | Electrophoresis using contour-clamped electric fields |
| US235296 | 1988-08-23 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02114169A JPH02114169A (ja) | 1990-04-26 |
| JP2744293B2 true JP2744293B2 (ja) | 1998-04-28 |
Family
ID=22884910
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1213110A Expired - Lifetime JP2744293B2 (ja) | 1988-08-23 | 1989-08-21 | 電気泳動装置 |
Country Status (8)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5165898A (ja) |
| EP (1) | EP0356187B1 (ja) |
| JP (1) | JP2744293B2 (ja) |
| AT (1) | ATE191787T1 (ja) |
| CA (1) | CA1340313C (ja) |
| DE (1) | DE68929192T2 (ja) |
| ES (1) | ES2147174T3 (ja) |
| GR (1) | GR3033906T3 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
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| US5935401A (en) * | 1996-09-18 | 1999-08-10 | Aclara Biosciences | Surface modified electrophoretic chambers |
| US6808609B1 (en) | 1990-02-28 | 2004-10-26 | Aclara Biosciences, Inc. | Device and method for moving charged particles |
| US5750015A (en) | 1990-02-28 | 1998-05-12 | Soane Biosciences | Method and device for moving molecules by the application of a plurality of electrical fields |
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| EP0745844A3 (en) * | 1995-02-07 | 1998-03-04 | Centro Nacional De Investigaciones Cientificas | Apparatus for separating DNA molecules of chromosomal size by electrophoresis |
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| CU22855A1 (es) | 2001-06-08 | 2003-05-26 | Cnic Ct Nac Investigaciones | Circuito para imponer los voltajes en los electrodos de las cubetas del sistema chef de electroforesis de campos pulsantes |
| US7597791B2 (en) * | 2001-10-19 | 2009-10-06 | The Trustees Of Princeton University | Method and apparatus for generating electric fields and flow distributions for rapidly separating molecules |
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-
1988
- 1988-08-23 US US07/235,296 patent/US5165898A/en not_active Expired - Lifetime
-
1989
- 1989-08-21 ES ES89308464T patent/ES2147174T3/es not_active Expired - Lifetime
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- 1989-08-21 EP EP89308464A patent/EP0356187B1/en not_active Expired - Lifetime
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