JP2883565B2

JP2883565B2 - 低導電率緩衝液中での電気泳動方法

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Publication number: JP2883565B2
Application number: JP7313268A
Authority: JP
Inventors: ヘルテーンステラン; リアオジアリー
Original assignee: Bio Rad Laboratories Inc
Current assignee: Bio Rad Laboratories Inc
Priority date: 1995-01-30
Filing date: 1995-11-30
Publication date: 1999-04-19
Anticipated expiration: 2015-11-30
Also published as: US5464517A; CA2162336C; JPH08220069A; EP0724154A1; CA2162336A1

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、毛管電気泳動の
技術分野に属する発明である。

【０００２】

【従来の技術】化学および生化学の分析は、化学、医薬
および臨床の実験室で多数実施されており、これら実験
室の技術者は、与えられた分析を行うのに必要な時間を
短縮する必要性が常に増大していることを体験してい
る。その理由のいくつかは、労務費の問題および高価な
実験室の空間と設備の利用可能性に対する要求に関する
ものである。他の理由は、これらの分析で試験される多
くの物質は例えば生化学のカップリング反応を含む迅速
な化学反応に関与する物質のように不安定であり、そし
て放射性化合物のような他の物質は寿命が短いというこ
とに基づいている。

【０００３】分析法として最も広く使用されているもの
の一つは、電気泳動であるが、その理由は、この方法が
用途が広くかつ化学および生化学の複雑な混合物の成分
を分離し同定する性能を有することである。異なる形態
の各種電気泳動法が現在使用されており、電気泳動法の
応用範囲は、単純な有機分子からポリペプチド類、酵素
類、血液因子類および他の生物学的化合物のような巨大
分子までの範囲の多数の異なる種類の分子、ならびに核
酸の分析にまで拡大している。また、毛管電気泳動法が
開発されて、分析が極めて小さな試料で行うことが可能
になり、しかもその電気泳動の媒体が高電圧に耐えるの
で、分離時間が一層短くなり、かつ複雑な分離を達成で
きることによって、電気泳動法の有用性がさらに拡大し
ている。毛管の電気泳動は、通常、１００〜３００Ｖ／
ｃｍの電圧で行われるが、分離度を著しく損なう原因に
なる熱によって起こる帯域変形がない。毛管以外の電気
泳動セルでは、典型的な電圧は、１０〜１００Ｖ／ｃｍ
である。

【０００４】チューブゲル、スラブゲルおよび他の形態
の電気泳動媒体はもとより、毛管の場合も、電気泳動を
行うのに必要な時間をより一層短くすることにおいて実
験室は恩恵に浴そうとするであろう。電気泳動の必要時
間を短くする一つの論理的な方法は、個々の溶質の泳動
速度を増大させることである。溶質が検出器まで移動す
るのに要する時間は、下記の式（数１）で示すように、
電界強度に反比例する。

【０００５】

【数１】

【０００６】ここで、ｔは、泳動時間、Ｌは、検出器ま
での泳動距離、ｕは、溶質の移動度（すなわち、溶質の
速度を電界強度で割った値）、Ｆは、電界強度である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】電界強度が上昇する
と、泳動時間は明らかに低下するであろうが、電界強度
が高いと、通常、高いジュール発熱が付随して起こり、
そのジュール発熱によって帯域変形が起こり、その結果
溶質の分離度が低下する。また、高電界強度は、水蒸気
の泡も生成させる。これらの泡によって、電気泳動は妨
害され、帯域の分離度が損なわれる。この発明は、電気
泳動法を、ジュール発熱なく、分離度を低下させずに、
高速で短時間に行うことを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この度、発明者らは、電
気泳動法が低導電率の緩衝液で実施することができ、し
かも高い分離度を達成できることを発見した。低導電率
の緩衝液を用いると、通常の緩衝液を用いた場合に遭遇
する難点をより少なく体験しながら、電気泳動を高電界
強度で実施可能であり、この発明に至った発見の一つ
は、低導電率の緩衝剤を用いれば、分離度を損なうこと
なく、毛管電気泳動法で典型的に用いられるレベルを充
分越えるレベルに電界強度を増大できるということであ
る。この発明は、電気泳動法に全般的に利用できるが、
特に興味深いのは、毛管電気泳動法に利用できること
で、ここでは典型的に高電界強度が用いられる。

【０００９】毛管電気泳動法で用いる緩衝溶液の導電率
κ（Ｓ／ｃｍ、ジーメンス毎センチメートル）は、下記
式（数２）で求められる。

【００１０】

【数２】

【００１１】ここで、Ｖは、毛管の両端の全電圧
（Ｖ）、Ｌ’は、毛管チューブの長さ、Ｉは、電流（ア
ンペア）、Ｒは、毛管の内半径（ｃｍ）である。

【００１２】式（数２）は、Hjerten, S.が、"Zone bro
adening in electrophoresis withspecial reference t
o high-performance electrophoresis in capillaries:
Aninterplay between theory and practice", Electro
phoresis, １１巻、６６５〜６９０頁、１９９０年にお
いて引用している。したがって、この発明は、従来の技
術の緩衝液の導電率（式（数２）による導電率は、１０
^-3Ｓ／ｃｍ以上の範囲内にあるが）より相当に低い導電
率の緩衝溶液を使用することにある。

【００１３】さらに、この発明は、緩衝液としての効能
を維持しながら、低い導電率を与える各種クラスの緩衝
液を使用することにある。これらのクラスは、次のとお
りである。

【００１４】（１）１分子当たり少数の荷電基（電荷を
有する基）を含有し、好ましくは分子量が比較的高い緩
衝剤、（２）等電収束（isoelectric focusing）により
狭いｐＨ範囲に分画された両性電界質担体、（３）等電
点（isoelectric points）において低分子量の緩衝両性
電界質（その等電点は、その両性電界質の一つのｐＫ値
に近い値のところである）、および（４）その酸性およ
び塩基性の基が同じかまたは非常に近いｐＫ値を有する
高分子量の緩衝両性電解質。

【００１５】この発明の他の特徴および利点は、以下の
説明から明らかになるであろう。

【００１６】

【発明の実施の形態】この発明は、全ての形式と形態、
とりわけ毛管、スラブおよびチューブ、のセル中で行う
全てのタイプの電気泳動に応用することができる。毛管
の場合、分離媒体は、緩衝溶液自体の場合が最も多く、
一方、スラブセル、チューブセルおよびゲル充填毛管の
場合、分離媒体は緩衝溶液で平衡化し飽和させたゲルで
ある。以下、「緩衝液」なる用語で包括する。

【００１７】この発明で使用する緩衝溶液は、ピークの
分離度（分解能）を実質的に損なうことなく、毛管電気
泳動法に用いられる典型的な電圧を充分越えた電圧を使
用できるほどに充分低い導電率であることを、少なくと
一つの特徴とする。導電率は、どの程度速い分離が望ま
れるか、したがって、どの程度高い電圧が必要なのかに
よって変えることができるのであるが、ほとんどの場
合、２５×１０^-5Ｓ／ｃｍ以下の範囲内の導電率で最高
の結果が得られる。この発明の好ましい実施態様では、
導電率は、約１×１０^-5Ｓ／ｃｍ〜約２０×１０^-5Ｓ／
ｃｍの範囲内にあり、特に好ましい実施態様では、導電
率は、約２×１０^-5Ｓ／ｃｍ〜約１０×１０^-5Ｓ／ｃｍ
の範囲内にある。これら導電率は、全て上記の式（数
２）により定められるものである。

【００１８】この発明の利点は、特定のタイプの電気泳
動セルに用いる通常の範囲より高い電圧で達成される。
一般に、この発明は、約３００ボルト／ｃｍ（電圧方向
の距離に沿って）の電圧において有利である。毛管の場
合、使用される電圧は、一般に他の形態の場合より高い
が、この発明を実施するのに好ましい電圧は、毛管の長
さの１ｃｍ当り約６００ボルト以上の範囲である。より
好ましいのは、カラムの長さ１ｃｍ当り少なくとも約７
５０ボルトの電圧であり、そして最も好ましいのは、カ
ラムの長さ１ｃｍ当り少なくとも約２，０００ボルトの
電圧である。

【００１９】式（数２）が示すように、毛管で分離を行
うのに用いる緩衝溶液の導電率は、毛管を流れる電流を
測定することによって容易に求めることができる。その
電流は、緩衝剤を選択することによって制御されるもの
である。この発明の特徴に合致する４種の緩衝剤を先に
列挙したが、以下に各緩衝剤について詳細に説明する。

【００２０】Ａ．１分子当りの荷電基が少ない緩衝剤これらの緩衝液は、１分子当りの荷電基が少ないことに
よって導電率が低い。その数は、好ましくは、１〜４の
範囲内（この明細書に示す範囲は、全てその上限と下限
を含むものとする）であり、より好ましくは、１〜３で
あり、そして最も好ましくは、２である。これら緩衝剤
の分子量は、好ましくは、１００以上であり、より好ま
しくは、約２，０００以上であり、そして最も好ましく
は、約２，５００〜約５，０００である。ポリマーの場
合、これらの分子量の範囲は、重量平均分子量を意味す
る。

【００２１】これら緩衝剤は、単一の種で構成されてい
てもよく、または２種以上の種を組み合わせてもよい
が、酸性と塩基性の緩衝基の両者を提供する。２種以上
の種の混合物の場合、上記分子量の範囲は、それらの種
の間の重量平均の分子量を意味し、単独の種について
は、固有の分子量の範囲がある。分子量が２，０００よ
り低い緩衝剤の一例は、ｐＫ₃が８．８のジアミノピメ
リン酸とｐＫが８．４の２−アミノ−２−メチル−１，
３−プロパンジオールの混合物である。分子量が約２，
０００以上の緩衝剤の例は、１分子当りの荷電緩衝基の
数が１〜３、好ましくは２、の誘導体化されたポリオキ
シエチレン類である。誘導体化されたポリオキシエチレ
ン類は、組み合わせて用いてもよい。例えば、第一の１
分子当り２個の塩基性緩衝基を有するものと第二の１分
子当り２個の酸性緩衝基を有するものの組み合わせがあ
る。このような組み合わせの一例は、ｐＫ値がそれぞれ
約９と５のポリオキシエチレンビス（３−アミノ−２−
ヒドロキシプロピル）とポリオキシエチレンビス（酢
酸）の混合物である。

【００２２】Ｂ．等電収束され狭いｐＨ範囲に分画され
る両性電解担体両性電解質担体は、電気泳動法を使用する生化学者らに
とって公知であり、等電収束に広く使用されている。
「両性電解質担体」という用語は、等電点が異なる分子
の複合混合物を意味する。その等電点は、その混合物中
の分子の充分な数の異なる等電点によってある範囲に広
がり、基本的には等電点の値の連続を生成する。したが
って、フラットプレートのサンドイッチ、チューブまた
は毛管のようなセルまたは容器に両性電解質担体の溶液
を満たし、次いでアノード液としての酸およびカソード
液としての塩基によって前記溶液の両端に電圧を印加す
ると、個々の両性電解質分子自体が、電圧の方向に沿っ
て等電点が増大する順に配列する。

【００２３】両性電解質担体は、合成物質または天然産
の物質で製造することができる。各種の合成の両性電解
質担体は、研究所から購入できる。その例としては、ス
ェーデン、ウプサラ所在のＰｈａｒｍａｃｉａＬＫＢ
社の「ＰＨＡＲＭＡＬＹＴＥＳ」（登録商標）および米
国、カリフォルニア州、ハーキュリーズ所在のＢｉｏ−
ＲａｄＬａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ，Ｉｎｃ．社の
「ＢＩＯ−ＬＹＴＥＳ」（登録商標）がある。天然物質
由来の両性電解質担体の例は、各種の加水分解されたタ
ンパク質である。

【００２４】両性電解質担体の例として、ＢＩＯ−ＬＹ
ＴＥＳは、アクリル酸によって誘導体化されたポリエチ
レンイミンであり、分子量が約１，０００以上である。
等電点の変化は、出発ポリエチレンイミンが多数の異性
体の形態（isometric forms）を有していることによっ
て起こり、その範囲は単一の誘導体化反応によって得ら
れる。

【００２５】この発明に用いる場合、両性電解質担体を
等電収束し（等電点電気泳動に付し）、次いで選択され
たｐＨの画分を単離し回収する。この分画と回収は、こ
の目的のために設計された実験装置を用い、予備的等電
収束法（分離用等電点電気泳動法）によって容易に実施
される。予備的等電収束セルの１例は、Ｂｉｏ−Ｒａｄ
Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ社製の「ＲＯＴＯＦＯＲ
Ｃｅｌｌ」である。最高の結果を得るには、分画は、簡
便に可能な範囲でできるだけ狭いｐＨ範囲を達成するよ
うな方法で実施することが好ましい。この発明の態様の
好ましい実施態様では、画分のｐＨ範囲は、幅が大きく
ても約０．２のｐＨ単位であり、最も好ましい実施態様
では約０．１ｐＨ単位の幅である。これらの好ましい実
施態様のｐＨ範囲の中間点は、約ｐＨ３〜約ｐＨ１０で
あり、最も好ましくは、約ｐＨ５〜約ｐＨ９である。

【００２６】Ｃ．多数のｐＫ値および一つのｐＫ値に
近い等電点を有する低分子量の両性電解質この項で引用する両性電解質は、比較的低分子量の化合
物であり、好ましくは、分子量が約１，０００以下でか
つ緩衝基が塩の形態に中和されていない遊離形態の化合
物である。この項における両性電解質は、二酸化炭素を
含有しない脱イオン水に溶解され、得られる溶液のｐＨ
は、その両性電解質の等電点に非常に近い。したがっ
て、その溶液の導電率は、非常に低い。上記性状に合致
し、等電点にほぼ等しいｐＫ値を有する両性電解質は、
電気泳動のランニング緩衝液として使用するのに充分な
かなりの緩衝容量をもっている。

【００２７】このグループの両性電解質は好ましくは、
３個以上のｐＫ値を有し、そのｐＫ値の少なくとも一つ
は、その両性電解質の等電点から約１．０以内の値であ
る。これらの値は、７または８のｐＫ単位までの間隔が
あってもよく、または２個以上の値が非常に近い値であ
ってもよい。これらの性状に合致する両性電解質の例
は、リシン、アスパルチル−アスパラギン酸、グリシル
−Ｌ−ヒスチジン、グリシル−アスパラギン酸、ヒドロ
キシリシン、グリシル−グリシル−Ｌ−ヒスチジン、Ｎ
−シクロヘキシル−イミノジ酢酸、Ｎ−（１−カルボキ
シシクロヘキシル）−イミノジ酢酸、およびシクロブタ
ン−１，２−ビス（Ｎ−イミノジ酢酸）である。

【００２８】Ｄ．ｐＫ値が等しい酸性基と塩基性基を有
する高分子量の両性電解質このタイプの好ましい両性電解質は、分子量が約２，５
００以上の誘導体化されたポリマーである。ポリオキシ
エチレングリコール類がこの目的のために有効に使用で
きるポリマーの例である。誘導体化は、例えば、そのポ
リマーに、その一方の末端にホウ酸またはホウ酸誘導体
を結合させ、他方の末端にアミノ誘導体を結合させるこ
とによって達成できる。ホウ酸誘導体の一例は、３−
（アミノフェニル）ホウ酸であり、アミノ誘導体の例
は、２−アミノ−２−メチル−１，３−プロパンジオー
ルおよび２−アミノ−２−メチル−１−プロパノールで
ある。酸性基と塩基性基について実質的に等しいｐＫ値
は、アミノ基残基のｐＫ値よりいくぶん高いｐＫ値を有
するホウ酸残基を与え、次いでソルビトールを添加する
ことによってｐＨをアミノ基のｐＫ値に調節する方式
で、化合物を合成して達成することができる。

【００２９】

【実施例】以下の実施例は、例示することを目的として
提供するものであり、この発明を限定または定義するも
のではない。

【００３０】材料、方法および条件下記の材料は、米国、ミズーリ州、セントルイス所在の
ＳｉｇｍａＣｈｅｍｉｃａｌＣｏ．社から入手し
た。２−アミノ−２−メチル−１，３−プロパンジオール２，６−ジアミノピメリン酸ポリオキシエチレンビス（酢酸）ポリオキシエチレンビス（３−アミノ−２−ヒドロキシ
プロピル） β−ラクトグロブリンウマのミオグロビンウシのカルボニックアンヒドラーゼ下記の材料は米国、カリフォルニア州、ハーキュリーズ
所在のＢｉｏ−ＲａｄＬａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ，Ｉ
ｎｃ．社から入手した。アガロース（電気泳動用純度）アクリルアミド（電気泳動用純度）過硫酸アンモニウム（電気泳動用純度）テトラメチルエチレンジアミン（電気泳動用純度）大豆トリプシンインヒビター、ニワトリオバルブミン、
コンアルブミンおよびウマミオグロミンからなるタンパ
ク質アニオン交換標準ＢＩＯ−ＬＹＴＥ７〜９（等電収束用両性電解質担体）さらに、γ−メタクリルオキシプロピルトリメチルシラ
ンをスェーデン、ウプサラ所在のＰｈａｒｍａｃｉａ
ＬＫＢ社から入手し、ヒト血清アルブミンとトランスフ
ェリンをスェーデン、ストックホルム所在のＫＡＢＩ社
から入手し、そして溶融シリカのチュービングをドイ
ツ、ミュンヘン所在のＭｉｃｒｏＱｕａｒｔｚＧｍｂ
Ｈ社から入手した。ＢＩＯ−ＬＹＴＥ７〜９の分画は、
米国、カリフォルニア州、ハーキュリーズ所在のＢｉｏ
−ＲａｄＬａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ社から入手したＲ
ＯＴＯＦＯＲ装置で行った。

【００３１】電気泳動の試験は、全て、電気浸透および
溶質の毛管壁への吸着を抑制するため、直鎖状ポリアク
リルアミドでコートされた溶融シリカ毛管で実施した。
毛管の寸法は、内径が０．０５ｍｍで、外径が０．３５
ｍｍで、長さが１５ｃｍであり、そして検出器までの泳
動距離は１１．５ｃｍであった。試料は、全て、その電
気泳動試験に用いられる緩衝液に予め溶解した。試料の
毛管への添加は、１，０００Ｖで１５〜２０秒間の電気
泳動で行い、そして電気泳動による分離は、５，０００
Ｖ〜３０，０００Ｖの範囲の電圧で行った。

【００３２】検出は、特にことわらない限り、短い立ち
上がり時間（０．１秒）の検出器を用いて２１０ｎｍの
波長で０．０００５ＡＵＦＳ（ａｂｓｏｒｂａｎｃｅ
ｕｎｉｔｓｆｕｌｌｓｃａｌｅ）の感度で、光の吸
光度を測定して行った。異なる電圧で行う一連の試験の
場合、同じ幅の電気泳動図を達成してその一連の試験内
の電気泳動図を容易に比較できるように、チャートの速
度を電圧の変化に比例して調節した。それに従って水平
軸のタイムスケールが変わるが、実際の検出時間を各電
気泳動図ごとに示す。

【００３３】下記の第Ｖ項の吸収スペクトルは、オース
トラリア、ビクトリア所在のＶａｒｉａｎＴｅｃｈｔ
ｒｏｎＰｔｙ．Ｌｉｍｉｔｅｄ社から入手できるモ
デルＤＭＳ１００／ＵＶＶｉｓｉｂｌｅＳｐｅｃｔ
ｒｏｐｈｏｔｏｍｅｔｅｒにおいて、１ｃｍキュべット
を用いて測定した。

【００３４】試験および試験結果Ｉ．電荷が少ない高分子量の緩衝剤Ａ．ポリオキシエチレンビス（３−アミノ−２−ヒドロ
キシプロピル）とポリオキシエチレンビス（酢酸）…図
１〜３一連の電気泳動による分離を、ポリオキシエチレンビス
（３−アミノ−２−ヒドロキシプロピル）０．３％（重
量／容量）およびポリオキシエチレンビス（酢酸）０．
０２５％（重量／容量）の混合物からなる緩衝液（ｐＨ
８．６）中の低分子量化合物の混合物において実施し
た。試料混合物は、下記の芳香族カルボン酸で構成され
ていた。安息香酸（Ｂ）４−ヒドロキシ安息香酸（ＨＢ）４−ヒドロキシ−３−メトキシ安息香酸（ＨＭＢ） βナフチル酢酸（Ｎ）各々、最終濃度が約０．０１ｍｇ／ｍＬになるまで緩衝
溶液に溶解した。上記の式（数２）によるこの緩衝液の
伝導率は、６×１０^-5Ｓ／ｃｍである。第一の試験は、
５，０００Ｖの電圧（３３０Ｖ／ｃｍ、０．４μＡ）で
実施した。得られた電気泳動図を図１の（ａ）に示した
が、ピークを上記の文字記号で識別してある。第二の試
験は、３０，０００ボルトの電圧（２，０００Ｖ／ｃ
ｍ、２．５μＡ）で実施し、得られた電気泳動図を図１
の（ｂ）に示す。

【００３５】これらの二つの電気泳動図を比較すると、
使用した緩衝剤は極端に高い電界強度下で分析すること
が可能なため、分析時間が非常に短く、しかも分離度
（分解能）が目立って損なわれることがないことを示し
ている。そのうえに、両方の電気泳動図においてピーク
は対称形をしており、このことは、チューブ壁への吸着
が無視できる程度であり、かつ一つの帯域における導電
率とｐＨがいずれも周囲の緩衝液と有意差がないことを
示している。

【００３６】比較のため、同じ試料を、従来技術の緩衝
剤を用い４種の電圧で試験した。緩衝液は０．１Ｍのト
リス−ＨＣｌ（トリス（ヒドロキシメチル）アミノメタ
ン塩酸塩）であった。上記の式（数２）によるこの緩衝
液の導電率は、１２０×１０^-5Ｓ／ｃｍである。使用し
た電圧および得られた電気泳動図を示す図は、次のとお
りである。図９（ａ）５，０００Ｖ（３３０Ｖ／ｃｍ、７．６μＡ）（ｂ）１０，０００Ｖ（６７０Ｖ／ｃｍ、１５．６μＡ）（ｃ）２０，０００Ｖ（１３００Ｖ／ｃｍ、３６．６μＡ）（ｄ）３０，０００Ｖ（２０００Ｖ／ｃｍ、７３．６μＡ）これらの四つの電気泳動図は、強力なジュール熱によっ
て分離度が低下し、さらに、電圧が上昇するにつれてベ
ースラインの不安定な状態が高まったことを示してい
る。

【００３７】次に、上記のポリオキシエチレンビス（３
−アミノ−２−ヒドロキシプロピル）／ポリオキシエチ
レンビス（酢酸）緩衝液を、巨大分子に対するこの緩衝
液の効力を示すため、タンパク質の分離に使用した。一
つの試料混合物は、ヒト血清アルブミン（Ａｌｂ）とヒ
トトランスフェリン（Ｔｆ）で構成され、各タンパク質
をそれぞれ１．５ｍｇ／ｍＬおよび３．０ｍｇ／ｍＬの
最終濃度で上記緩衝液に溶解した。第一試験は、５，０
００Ｖ（３３０Ｖ／ｃｍ、０．４８μＡ）で実施し、そ
の電気泳動図を図２の（ａ）に示し、第二試験は、３
０，０００Ｖ（２，０００Ｖ／ｃｍ、３．５μＡ）で実
施し、その電気泳動図を図２の（ｂ）に示す。これら二
つの電気泳動図は、図１の二つの電気泳動図と同様に、
電界強度が２，０００Ｖ／ｃｍまで大きく増大した場
合、分析時間が著しく短くなったにもかかわらず、分離
度は目立って損なわれることなく、そして高い分離度で
ピークが対称形であることを示している。

【００３８】同じ緩衝溶液で分離したタンパク質の第二
試料混合物は、β−ラクトグロブリン（Ｌ）、ヒトトラ
ンスフェリン（Ｔｆ）、ウマのミオグロビン（Ｍ）およ
びウシのカルボニックアンヒドラーゼ（ＣＡ）で構成さ
れた混合物であり、２ｍｇの各タンパク質を１ｍＬの上
記緩衝液に溶解した。再び、異なる電圧下で二つの試験
を行った。すなわち、一方の試験は、５，０００Ｖ（３
３０Ｖ／ｃｍ、０．４５μＡ）（図３の（ａ））で行
い、他方の試験は、３０，０００Ｖ（２，０００Ｖ／ｃ
ｍ、３．２μＡ）（図４の（ｂ））で行った。先に行っ
た比較と同様に、高電圧電気泳動図を低電圧電気泳動と
比較すると、分離度は全く損なわれず、そして両電圧に
おいてピークは対称形である。

【００３９】Ｂ．ジアミノピメリン酸と２−アミノ−２
−メチル−１，３−プロパンジオール…図４０．０１Ｍのジアミノピメリン酸と０．００５Ｍの２−
アミノ−２−メチル−１，３−プロパンジオールの混合
物からなる緩衝液（ｐＨ８．６）を使用して、二つの分
離試験を行った。上記の式（数２）で求めたこの緩衝液
の導電率は、１８×１０^-5Ｓ／ｃｍである。試料混合物
は、上記の項で列挙したのと同じ芳香族カルボン酸の混
合物であった。

【００４０】図４の（ａ）は、５，０００Ｖ（３３０Ｖ
／ｃｍ、１，２μＡ）で実施した試験の電気泳動図であ
り、図４の（ｂ）は、３０，０００Ｖ（２，０００Ｖ／
ｃｍ、７．５μＡ）で実施した試験の電気泳動図であ
る。やはり、ピークは対称形であり、電圧を上昇させて
も分離度が損なわれないので、電界強度の高い方が分析
時間が短くなるから好ましい。

【００４１】ＩＩ．等電収束された両性電解質…図５ＢＩＯ／ＬＹＴＥ７−９の１０％（容量／容量）溶液４
０ｍＬをＲＯＴＯＦＯＲ装置で、１２時間、等電収束す
ることによって緩衝液を調製した。得られたｐＨ勾配液
を、ｐＨの中央値が６．７２、６．９４、７．６７、
８．０３、８．３２、８．５１、８．６９、８．８１、
８．９０、８．９８、９．０５、９．１１、９．１６、
９．２０、９．２７、９．３４、９．５０、９．６２、
９．７７および１０．１０である２０個の画分に分割し
た。ｐＨが８．６９の画分を単離し、その１量部を３９
量部の水で希釈した。得られた緩衝液の上記の式（数
２）で求めた導電率は、５×１０^-5Ｓ／ｃｍであった。
試験試料としては、図２の（ａ）と（ｂ）に示した試験
に使ったのと同じヒト血清アルブミン（Ａｌｂ）とヒト
トランスフェリン（Ｔｆ）の試料混合物を使った。

【００４２】使用した電圧および得られた電気泳動図を
示す図は、次のとおりである。図５（ａ）５，０００Ｖ（３３０Ｖ／ｃｍ、０．３３μＡ）（ｂ）１０，０００Ｖ（６７０Ｖ／ｃｍ、０．６７μＡ）（ｃ）２０，０００Ｖ（１３３０Ｖ／ｃｍ、１．３７μＡ）（ｄ）３０，０００Ｖ（２０００Ｖ／ｃｍ、１．９９μＡ）上記の項で得られた結果と同様に、これらの電気泳動図
は、この緩衝液による分離度が電界強度に依存しないこ
とを示している。したがって、分離度を犠牲にせず、分
析時間を短くするために高い電界強度を用いることがで
きる。

【００４３】ＩＩＩ．等電点に近いｐＫを有する低分子
量の両性電解質…図６０．００５ＭのリシンｐＨ９．６を緩衝液として使用し
て一連の分離を行った。上記の式（数２）で求めたこの
緩衝液の導電率は、１３×１０^-5Ｓ／ｃｍであった。こ
の場合の検出器の感度は、０．０１／ＡＵＦＳであっ
た。試料は、その緩衝液に溶解した下記のタンパク質で
構成されたものである。大豆トリプシンインヒビター、２．５ｍｇ／ｍＬニワトリオバルブミン、３．０ｍｇ／ｍＬコンアルブミン、２．５ｍｇ／ｍＬウマのミオグロビン、１．０ｍｇ／ｍＬ使用した電圧および得られた電気泳動図を示す図は、次
のとおりである。図６（ａ）５，０００Ｖ（３３０Ｖ／ｃｍ、０．８９μＡ）（ｂ）１０，０００Ｖ（６７０Ｖ／ｃｍ、１．７６μＡ）（ｃ）２０，０００Ｖ（１３３０Ｖ／ｃｍ、３．７６μＡ）（ｄ）３０，０００Ｖ（２０００Ｖ／ｃｍ、５．５μＡ）。

【００４４】これらの実施例で得られた他の結果と同様
に、図６の（ａ）〜（ｄ）は、電界強度によって分析時
間が短くなり、この緩衝液で得られるピークは対称形で
あり、そしてピークの分離度は電界強度に依存しないこ
とを示している。

【００４５】ＩＶ．分離度対濃度および導電率の考察これら実施例の先の項で使用した緩衝液の濃度を変え、
つまり導電率（上記の式（数２）で求めた）を変えて、
同じ溶質混合物を分離する追加の試験を行った。その条
件は、下記の表に列挙されている。その表には、これら
の実施例の先の項で報告された分離の条件および追加の
分離条件が含まれている。溶質の分離度は、緩衝液の濃
度と導電率の関数として考察した。下記表中の下線を付
けた記入数値は、その数値より小さい場合には分離度が
低下した濃度および導電率の数値を示しており、すなわ
ち、これらの数値、分離度が緩衝液の濃度に依存しない
最低の濃度と導電率である。この発明の緩衝液が従来技
術のトリス／ＨＣｌ緩衝液より改良されていることは、
１２０のκ値においてトリス／ＨＣｌの最低限界が他の
緩衝剤の最低限界より少なくとも６．７倍も高いことか
ら、極めて明らかである。

【００４６】

【表１】

【００４７】Ｖ．溶質移動度の測定…図７これら実施例の先の項で報告した試験で使用した溶質に
ついて、ＩのＡの項のポリオキシエチレンビス（３−ア
ミノ−２−ヒドロキシプロピル）／ポリオキシエチレン
ビス（酢酸）緩衝液中で、一連の異なる電界強度下で試
験した。これら溶質の泳動速度ｖを測定し、次いで下記
の式（数３）によって移動度に変換した。

【００４８】

【数３】

【００４９】ここで、ｕは移動度を表し、Ｌ’は毛管の
長さを表し、そしてＶは電圧を表す。４種の芳香族カル
ボン酸（Ｂ、ＨＢ、ＨＭＢおよびＮ）、ヒト血清アルブ
ミン（Ａｌｂ）およびヒトトランスフェリン（Ｔｆ）の
移動度を電界強度に対してプロットして図７に示した
が、図７は、各溶質の移動度が一定で電界強度とは無関
係であることを示している。このことは、ジュール熱は
無視可能であり、そしてタンパク質のコンホメーション
（立体配座）が高い電界強度によって影響を受けないこ
とを裏付けている。

【００５０】ＶＩ．低導電率の緩衝液のＵＶスペクトル
…図８先に試験した各緩衝液について、光の吸光度で溶質を検
出するのに最適の範囲を求めるため、上記緩衝液のＵＶ
スペクトルを、従来技術の緩衝液のスペクトルとともに
測定した。各々の場合において、ブランクのキュベット
には水をいれた。図８にこれらのスペクトルを示す。測
定した緩衝液は、次のとおりである。ａ：ポリオキシエチレンビス（３−アミノ−２−ヒドロ
キシプロピル０．３％（重量／容量）とポリオキシエチ
レンビス（酢酸）０．０２５％（重量／容量）の混合
物、ｐＨ８．６ｂ：０．０１Ｍのジアミノピメリン酸と０．００５Ｍの
２−アミノ−２−メチル−１，３−プロパンジオールの
混合物、ｐＨ８．６ｃ：等電収束されたＢＩＯ−ＬＹＴＥ７−９のｐＨ８．
６９の画分ｄ：０．０００５Ｍのリシン、ｐＨ９．７１：０．０５Ｍのホウ酸ナトリウム、ｐＨ８．６２：０．０２Ｍのリン酸ナトリウム、ｐＨ６．８３：０．０５Ｍのトリス−酢酸、ｐＨ８．６。

【００５１】これらのスペクトルは、ポリオキシエチレ
ン緩衝剤（ａ）が、ホウ酸塩（１）およびリン酸塩
（２）と同様に、ＵＶ吸光度が非常に低いことを示して
いる。ジアミノピメリン酸／２−アミノ−２−メチル−
１，３−プロパンジオール緩衝液（ｂ）のスペクトル
は、トリス−酢酸緩衝液（３）のスペクトルに類似して
いる。これらの緩衝液の吸光度は、２１５ｎｍを越える
波長では無視できる。これに対して、両性電解質担体の
緩衝液（ｃ）とリシン（ｄ）は、それぞれ、約２５０ｎ
ｍと約２３５ｎｍまでの波長の光について強い吸光度を
もっている。しかし、図５〜６は、これらの緩衝剤が２
１０ｎｍでの検出に依然として効果的に使用できること
を示している。

【００５２】上記は、主に例示を目的として提供するも
のである。このシステムのここに記載された操作条件、
材料、操作ステップ、および他のパラメータは、この発
明の思想と範囲から逸脱することなく、各種の方法でさ
らに変形または置換できることが、当該技術分野の当業
者にとって明らかであろう。

【図面の簡単な説明】

【図１】低分子量化合物の混合物について、２種の異
なる電圧で電気泳動分離を行ったときの検出器出力曲線
である。

【図２】巨大分子の混合物について、２種の異なる電
圧で図１の場合と同じ緩衝剤を用いて電気泳動分離を行
ったときの検出器出力曲線である。

【図３】巨大分子の別の混合物について、２種の異な
る電圧で図１の場合と同じ緩衝剤を用いて電気泳動分離
を行ったときの検出器出力曲線である。

【図４】図１で用いた混合物の試料について、２種の
異なる電圧でジアミノピメリン酸と２−アミノ−２−メ
チル−１，３−プロパンジオールの混合物を緩衝剤とし
て用いて電気泳動分離を行ったときの検出器出力曲線で
ある。

【図５】タンパク質の混合物について、等電収束され
た両性電解質担体の画分を緩衝剤として用いて、４種の
異なる電圧で電気泳動分離を行ったときの検出器出力曲
線である。

【図６】タンパク質の混合物について、４種の異なる
電圧で、リシンを緩衝剤として用いて電気泳動分離を行
ったときの検出器出力曲線である。

【図７】ポリオキシエチレンビス（３−アミノ−２−
ヒドロキシプロピル）およびポリオキシエチレンビス
（酢酸）の混合物からなる緩衝剤中での各種溶質の泳動
速度を、電界強度の関数として示すグラフである。

【図８】以上の図で使用した緩衝剤および従来技術の
緩衝剤の紫外線吸収スペクトルである。

【図９】従来技術の緩衝剤を使用して、電圧を変えて
電気泳動分離を行ったときの検出器出力曲線である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) C01N 27/447 ＷＰＩ（ＤＩＡＬＯＧ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】溶質混合物中の溶質を電気泳動で分離す
る方法であって、（ａ）２５×１０^-5Ｓ／ｃｍより低い導電率を有する緩
衝溶液で飽和された電気泳動分離媒体中に前記混合物の
分取を注入するステップと、（ｂ）前記媒体の両端に媒体の長さ１ｃｍ当たり少なく
とも３００ボルトの電圧を印加して、前記分取中の溶質
を、前記媒体にそって電気泳動により泳動させて、実質
的に別々の帯域に分離させるステップと、（ｃ）前記溶質を同定する手段として前記帯域を検出す
るステップと、を含んでなる方法。
【請求項２】請求項１に記載の方法において、前記電圧が１ｃｍ当たり１，０００〜５，０００ボルト
であり、前記緩衝溶液の導電率が２×１０^-5Ｓ／ｃｍ〜
１０×１０^-5Ｓ／ｃｍであることを特徴とする方法。
【請求項３】請求項１に記載の方法において、（ａ）のステップが、前記分取を前記緩衝溶液で満たし
た毛管カラムの中に注入することを含み、かつ（ｂ）のステップが、前記毛管カラムの両端に少なくと
も１ｃｍ当たり６００ボルトの電圧を印加することを含
むことを特徴とする方法。
【請求項４】請求項１に記載の方法において、前記緩衝溶液が（ｉ）分子量が少なくとも１００であり、かつ電荷を有
する緩衝基を１分子当たり１〜４個有する緩衝剤、（ｉｉ）等電収束により平衡化された両性電解質担体か
ら画分を回収することによって得られる、ｐＨ範囲が
０．２以下の両性電解質担体の画分、（ｉｉｉ）分子量が１，０００以下で一つの等電点を有
する緩衝両性電解質として定義される低分子量の緩衝両
性電解質であって、前記等電点に平衡化されさらに３個
以上のｐＫ値を有し、そのｐＫ値の内の少なくとも一つ
が前記等電点から１．０以内にある緩衝両性電解質、お
よび（ｉｖ）分子量が少なくとも２，５００でかつ誘導体化
されて１個の酸性基と１個の塩基性基を含有する緩衝両
性電解質として定義される高分子量の緩衝両性電解質で
あって、その酸性基と塩基性基が実質的に等しいｐＫ値
を有する緩衝両性電解質、からなる群から選択されるメンバーの溶液であることを
特徴とする方法。
【請求項５】請求項１に記載の方法において、前記緩衝溶液が、分子量が２，５００〜５，０００で１
分子当たり１〜３個の電荷を有する緩衝基を含有する誘
導体化ポリオキシエチレンの溶液であることを特徴とす
るも方法。
【請求項６】請求項１に記載の方法において、前記緩衝溶液が、ポリオキシエチレンビス（３−アミノ
−２−ヒドロキシプロピル）とポリオキシエチレンビス
（酢酸）の混合物の溶液であり、これら化合物が各々
３，０００〜３，５００の分子量を有することを特徴と
する方法。
【請求項７】請求項１に記載の方法において、前記緩衝溶液が、等電収束により平衡化された両性電解
質担体から画分を回収することによって得られる、０．
１以下のｐＨ範囲を有し、かつ中間点がｐＨ５〜ｐＨ９
の範囲内にある両性電解質担体の画分の溶液であること
を特徴とする方法。
【請求項８】請求項１に記載の方法において、前記緩衝溶液が、リシン、アスパルチル−アスパラギン
酸、グリシル−Ｌ−ヒスチジン、グリシル−アスパラギ
ン酸、ヒドロキシリシン、グリシル−グリシル−Ｌ−ヒ
スチジン、Ｎ−シクロヘキシル−イミノジ酢酸およびシ
クロブタン−１，２−ビス（Ｎ−イミノジ酢酸）からな
る群から選択され、等電点に平衡化された緩衝両性電解
質として定義される低分子量の緩衝両性電解質の溶液で
あることを特徴とする方法。
【請求項９】請求項１に記載の方法において、前記緩衝溶液が、一方の末端にホウ酸部分を有し、他方
の末端にアミン部分を有する誘導体化ポリオキシエチレ
ングリコールで構成されている高分子量の緩衝両性電解
質の溶液である請求項１記載の方法。