JP3887963B2 - Isoelectric focusing device - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ペプチド、タンパク質等の両性電解質をその等電点で分離し分析する電気泳動装置に関し、さらに詳しくは分離流路の所定の範囲にわたって分離した試料成分を検出できる電気泳動装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、ペプチドやタンパク質等を分離し分析する技術として、キャピラリ等電点電気泳動というものがある。図1は、従来のキャピラリ等電点電気泳動装置を表す概略図である。
【0003】
内面処理を施して電気浸透流が生じないようにしたキャピラリ1内に種々の電離度をもつ多数の両性電解質混合物(ポリアミノポリカルボン酸混合物やポリアミノポリスルホン酸混合物など:ポリバッファという)を溶かした水溶液3を充填し、キャピラリ1の一端を水溶液3に含まれる電解質の中で最も酸性の強いものよりも低いpHを与える酸性の溶液(リン酸水溶液など)5に浸し、他端を水溶液3に含まれる電解質の中で最も塩基性の強いものよりも高いpHを与えるアルカリ性の溶液(水酸化ナトリウム水溶液など)7に浸す。溶液5及び溶液7には電極が浸されており、溶液5は陽極液、溶液7は陰極液となっている。また、図示は省略されているが、キャピラリ1の検出点の位置に、紫外線吸収検出や電気伝導率検出等による検出器が備えられている。
【0004】
溶液5及び溶液7に電圧をかけると、それぞれの両性電解質が等電点の位置まで移動したのち停止し、キャピラリ内にpH勾配が形成される。この時、溶液3にタンパク質などの両性電解質試料を加えておくと、その成分はpH勾配上の等電点の位置で細いゾーンに濃縮される。
定常状態に達したのち、ゾーンを検出点まで移動させるためにキャピラリ内の液を種々の方法で移動させ、各成分のゾーンを検出する。ゾーンを移動させる方法として、電極液を変えて電圧印加を続ける方法と、圧力差で押し出す方法がある。
【0005】
図1に示した従来技術では、電圧を印加しながら両性電解質成分を等電点に濃縮する過程と、濃縮された成分のゾーンを検出点まで移動させる過程の2つの過程があり、ゾーンを移動させるために、電極液を変えて電圧印加を続けるか、又は圧力差で押し出す必要がある。ゾーンを移動させるこれらの方法は、どちらも時間がかかる上に、pH勾配上に正しく濃縮されたゾーンを検出点まで移動させることによりゾーンを乱れさせることは避けられない。
【0006】
このような不具合を解決するために、ゾーンを移動させることなく検出する方法が提案されている。その方法は、分離が定常状態に達した後、分離流路の所定の範囲にわたって光を照射し、各位置における光の吸収又は発光を所定に範囲にわたって検出する。光検出手段としては、分離流路に沿って配列されたアレイ状の受光素子を有する検出器などが用いられる。この方法では試料分離後にゾーンを移動させることがないので、分離状態を乱さずに、高速で測定を行なうことができる。
【0007】
分離流路に形成されるpH勾配の位置精度及び再現性は、両性電解質の組成、注入状況などによって変化するため、pHを分離位置だけで正確に決定することは不可能である。これを解決するため、pHが既知のマーカサンプルを試料とともに分離流路に注入し、そのマーカサンプルをpH軸の基準点として、分離した試料成分のpHの決定を行なっている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
通常は、手作業で、マーカサンプルの分離位置関係から、分離した試料成分のpHを決定しているので、pH軸による試料成分の自動同定は困難であった。
また、pH勾配を詳細に把握するために多数のマーカサンプルを注入すると、試料とマーカサンプルとの区別がつきにくいという問題もあった。
そこで本発明は、試料分離後にゾーンを移動させずに試料の同定を行なう等電点電気泳動装置において、試料成分のpHを正確に自動で同定することを目的とするものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】
図2は本発明を表すブロック図である。
所定の範囲にわたって分離流路からの光を検出する光検出手段2は、検出信号を分離流路の検出位置に対応して記憶する検出信号記憶部4に接続されている。検出信号記憶部4は、pH勾配関数f(x)を算出するpH勾配関数演算部6、pH勾配関数f(x)を校正してpH勾配関数g(x)を得るpH勾配関数校正部8、及び分離した試料成分をpH勾配関数g(x)に基づいて同定する試料成分同定部10に接続されている。pH勾配関数演算部6で算出されたpH勾配関数f(x)はpH勾配関数記憶部12に記憶された後、pH勾配関数g(x)算出時にpH勾配関数校正部8に送られる。
ここで、pH勾配関数とは、多数の両性電解質混合物を分離流路に充填して電圧を印加したときに形成されるpH勾配を表すものであり、検出位置(分離位置)xに対するpHの関数である。
【0010】
本発明による等電点電気泳動装置は、透明部材の内部に分離流路が形成された電気泳動部材と、分離流路の両端間に泳動電圧を印加する泳動電源装置と、分離流路の所定の範囲にわたって光を照射する照射手段と、分離流路内で分離された各成分による光の吸収又は発光を所定の範囲にわたって検出する光検出手段と、その光検出手段の検出信号を分離流路の各位置に対応させて記憶する検出信号記憶部と、複数種類の等電点既知のマーカサンプルをポリバッファを充填した分離流路に導入して分離する第一の分析を行ない、マーカサンプルの検出ピーク位置及び等電点からpH勾配関数f(x)を算出するpH勾配関数演算部と、pH勾配関数f(x)を記憶するpH勾配関数記憶部と、複数種類のマーカサンプルとともに試料を上記ポリバッファと同じポリバッファを充填した分離流路に導入して分離する第二の分析を行ない、検出したマーカサンプルの検出ピーク位置及び等電点に基づいてpH勾配関数f(x)を校正してpH勾配関数g(x)を得るpH勾配関数校正部と、pH勾配関数g(x)に基づいて、分離した試料成分のpHを決定する試料成分同定部とを備えるものである。
【0011】
複数種類のマーカサンプルを分離流路に注入し分離して第一の分析を行ない、その分離状態を光検出手段2により検出して検出信号記憶部4に記憶し、各マーカサンプルの検出位置及び既知の等電点に基づいて分離流路におけるpH勾配関数f(x)をpH勾配関数演算部6により算出する。注入するマーカサンプルの種類は確実に分離できる範囲で多い方が好ましく、より高精度なpH勾配関数f(x)を算出することができる。
そのpH勾配関数f(x)をpH勾配関数記憶部12に記憶する。
【0012】
次に、試料とともに複数種類のマーカサンプルを分離流路に注入し分離して第二の分析を行ない、その分離状態を光検出手段2により検出して検出信号記憶部4に記憶する。pH勾配関数校正部8により、pH勾配関数記憶部12から読み出したpH勾配関数f(x)を第二の分析におけるマーカサンプルの検出位置及び既知の等電点に基づいて、必要に応じて平行移動、伸縮などの校正を行ない、pH勾配関数g(x)を得る。注入するマーカサンプルは2、3種類といった少数でよい。マーカサンプル数が少なければ、試料ピークとマーカサンプルピークの区別がしやすくなる。
【0013】
ここで、本発明では第一の分析及び第二の分析に同じポリバッファを用いている。第二の分析における試料の混入によるマーカの等電点への影響は弱いので、第一の分析及び第二の分析におけるpH勾配関数f(x),g(x)の基本的な形はあまり変わらず、pH勾配関数g(x)はpH勾配関数f(x)と比較して平行移動や伸縮変形のみを受けていると仮定することができる。
試料成分同定部10により、校正されたpH勾配関数g(x)に基づいて、検出信号記憶部4に記憶された第二の分析のデータからそれぞれ分離した試料成分のpHを決定する。
【0014】
【実施例】
図3は一実施例を表す概略構成図である。この実施例では本発明を、透明板状部材の内部に分離流路が形成されたマイクロチップを用いたマイクロチップ電気泳動装置に適用した。測定にはアレイ型光センサを用い、流路に沿ってライン状に光照射するか、又は流路に沿って光学的にスキャンすることにより光照射を行なう。検出方法としては、紫外線吸収による吸光度を求める方法やレーザ蛍光法など、濃度情報が得られる方法であればいずれも利用できる。この実施例では吸光度法を用い、検出器としてフォトダイオードを分離流路に沿って配列したアレイ型光検出器を用いている。
【0015】
ガラス基板内部に分離流路14と試料導入流路16が交差して形成されたマイクロチップ18が備えられている。マイクロチップ18の一表面には、分離流路14の両端及び試料導入流路16の両端に対応する位置に、分離流路14又は試料導入流路16に達する穴がそれぞれ形成されている。分離流路14の両端及び試料導入流路16の両端に泳動電圧を印加する泳動電源装置20が備えられている。
【0016】
光源22と分光器24により構成され、分離流路14の所定の範囲にわたって光を照射する光照射手段26が備えられている。マイクロチップ18の照射手段26とは反対側に、分離流路14からの光をそれぞれの位置で検出する光受光素子が分離流路14に沿って並べられたアレイ型光検出器28が備えられている。アレイ型光検出器28は、検出信号を増幅する増幅回路30及びアナログ信号をデジタル信号に変換するA/D変換器32を介して、CPU34に接続されている。図2で示した検出信号記憶部4、pH勾配関数演算部6、pH勾配関数校正部8、試料成分同定部10及びpH勾配関数記憶部12は、CPU34により構成される。
【0017】
マーカサンプルや試料、ポリバッファがそれぞれ入れられた容器36が設置されている。マイクロチップ18、容器36間を移動し、マーカサンプルや試料、ポリバッファを分離流路14又は試料導入流路16の一端に注入するニードル38が備えられている。ニードル38の動作はモータ40により駆動される。ニードル38には、設定された量のマーカサンプル、試料又はポリバッファを吸引/吐出するシリンジ42が接続されている。シリンジ42の動作はモータ44により駆動される。モータ40,44は、モータ制御回路44を介して、CPU34に接続され、CPU34により制御される。
【0018】
マイクロチップ18の材質が石英やホウ珪酸ガラス等の場合は、分離流路14及び試料導入流路16の内壁表面は、電気浸透流が発生しないように、リニアアクリルアミドやポリビニルアルコール等により予め処理してシラノール基を化学修飾しておくことが好ましい。
【0019】
次に、この実施例の動作を説明する。
(pH勾配関数f(x)の決定(第一の分析))
CPU34により、モータ制御回路44を介してモータ40を駆動させ、ニードル38をポリバッファの入った容器36に移動させる。モータ44を駆動させて、シリンジ42により、所定量のポリバッファを吸引する。ニードル38をマイクロチップ18の分離流路14の一端の穴に移動させ、シリンジ42を動作させて、分離流路14及び試料導入流路16にポリバッファを充填する。
ニードル38をマイクロチップ18上から退けた後、光照射手段26により、分離流路14の所定の範囲に光を照射する。分離流路14からの光をアレイ型光検出器28により検出し、増幅回路30、A/D変換器32を介して、CPU34の検出信号記憶部4にバックグラウンドとして記憶する。
【0020】
次に、例えば等電点の異なる4種類のマーカサンプルを含む溶液(マーカサンプル溶液)の入った容器36にニードル38を移動させ、シリンジ42により、所定量のマーカサンプル溶液を吸引する。ニードル38をマイクロチップ18の試料導入流路16の一端の穴に移動させ、シリンジ42を動作させて、試料導入流路16にマーカサンプル溶液を注入する。
ニードル38をマイクロチップ18上から退けた後、泳動電源装置20により分離流路14及び試料導入流路16より所定の電圧を所定の時間だけ印加し、マーカサンプルを分離流路14と試料導入流路16の交点に移動させる。さらに、所定の電圧を所定の時間だけ印加し、分離流路14のpH勾配に従って4種類のマーカサンプルを分離する。マーカサンプルはそれぞれの等電点位置に濃縮される。
【0021】
分離完了後、光照射手段26により、分離流路14の所定の範囲に光を照射する。分離流路14からの光をアレイ型光検出器28により検出し、その検出信号を増幅回路30、A/D変換器32を介して、CPU34の検出信号記憶部4に送る。
CPU30の検出信号記憶部4に、増幅及びA/D変換された検出信号を、検出位置に対応してバックグラウンドを差し引いて記憶する。
【0022】
図4(a)は、第一の分析のマーカサンプルの分離を表すデータである。縦軸は検出強度、横軸は検出位置(x)を表す。検出位置(x)は、アレイ型光検出器28の分離流路に沿って並べられた検出素子の、分離流路14と試料導入流路16の交点側から数えた順番である。
等電点がそれぞれpH1,pH2,pH3,pH4のマーカサンプルが検出位置x1,x2,x3,x4でそれぞれ検出されている。分離順序から各マーカサンプルを同定することができる。導電点の大小関係は、pH1<pH2<pH3<pH4である。
【0023】
図4(b)は、第一の分析のpH勾配関数f(x)を表すグラフである。縦軸はpH、横軸は検出位置(x)を表す。
pH勾配関数演算部6により、検出信号記憶部4に記憶された第一の分析データからそれぞれのマーカサンプルにおいて検出位置xに対するpHをプロットし、最小二乗法による多項式近似やスプライン補間などを用いてpH勾配関数f(x)を推定する。
そのpH勾配関数f(x)をpH勾配関数記憶部12に記憶する。
【0024】
(実試料の測定(第二の分析))
第一の分析と同様にして、分離流路14及び試料導入流路16に第一の分析と同じポリバッファを注入し、分離流路14の所定の範囲に光を照射し、分離流路14からの光をアレイ型光検出器28により検出し、増幅回路30、A/D変換器32を介して、CPU34の検出信号記憶部4にバックグラウンドとして記憶する。
試料と、試料とは区別できる等電点の異なる2種類のマーカサンプルとを含む溶液(試料溶液)の入った容器36にニードル38を移動させ、シリンジ42により、所定量の試料溶液を吸引する。ニードル38をマイクロチップ18の試料導入流路16の一端の穴に移動させ、シリンジ42を動作させて、試料導入流路16に試料溶液を注入する。
【0025】
ニードル38をマイクロチップ18上から退けた後、泳動電源装置20により分離流路14及び試料導入流路16より所定の電圧を所定の時間だけ印加し、マーカサンプル及び試料を分離流路14と試料導入流路16の交点に移動させる。さらに、所定の電圧を所定の時間だけ印加し、分離流路14のpH勾配に従ってマーカサンプル及び試料を分離する。マーカサンプル及び試料成分はそれぞれの等電点位置に濃縮される。
分離完了後、第一の分析と同様にして、分離状態を検出し、その検出信号を検出信号記憶部4にバックグラウンドを差し引いて記憶する。
【0026】
図5(a)は、第二の分析のマーカサンプルの分離を表すデータである。縦軸は検出強度、横軸は検出位置(x)を表す。
等電点がそれぞれpH0,pH00のマーカサンプルが検出位置x0,x00でそれぞれ検出され、その間の検出位置に分離した試料成分が検出されている。導電点の大小関係は、pH0<pH00である。
【0027】
図5(b)は、第一の分析のpH勾配関数f(x)を実線で表し、第二の分析のpH勾配関数g(x)を一点鎖線で表すグラフである。縦軸はpH、横軸は検出位置(x)を表す。
pH勾配関数校正部8により、検出信号記憶部4に記憶された第二の分析のデータからマーカサンプルのデータのみを取り出し、検出位置xに対するpHをプロットする。pH勾配関数記憶部12からpH勾配関数f(x)を読み出し、第二の分析のpHプロットに基づいてpH勾配関数f(x)を必要に応じて平行移動又は線形伸縮による校正を行ない、pH勾配関数g(x)を決定する。
試料成分同定部10により、そのpH勾配関数g(x)と検出信号記憶部4に記憶された第二の分析のデータを用いて、各試料成分のpHを求める。
【0028】
この実施例では、第一の分析時に等電点の異なる4種類のマーカサンプルを用いたが、これに限定されるものではなく、3種類以上のマーカサンプルを用いればpH勾配関数f(x)が求まる。第二の分析時にマーカサンプルが3種類以上ある場合は、pH軸は単純な比例伸縮ではなく、スプライン曲線などを用いた高次の関数フィットをすることによりpH精度をさらに向上させることができる。
【0029】
【発明の効果】
本発明は、試料分離後にゾーンを移動させずに試料の同定を行なう等電点電気泳動装置において、複数種類のマーカサンプルをポリバッファを充填した分離流路に導入し、マーカサンプルの検出ピーク位置及び等電点からpH勾配関数f(x)を算出する第一の分析と、複数種類のマーカサンプルとともに試料を上記ポリバッファと同じポリバッファを充填した分離流路に導入し、検出したマーカサンプルの検出ピーク位置及び等電点に基づいてpH勾配関数f(x)を平行移動や伸縮させて校正を行なってpH勾配関数g(x)を求め、pH勾配関数g(x)に基づいて、分離した試料成分のpHを決定する第二の分析を行ない、試料成分のpHを自動的に決定するようにしたので、分析作業の効率化を図ることができ、さらに信頼性の高いデータが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 従来のキャピラリ等電点電気泳動装置を表す概略図である。
【図2】 本発明を表すブロック図である。
【図3】 一実施例を表す概略構成図である。
【図4】 (a)は、第一の分析のマーカサンプルの分離を表すデータであり、(b)は、第一の分析のpH勾配関数f(x)を表すグラフである。
【図5】 (a)は、第二の分析のマーカサンプルの分離を表すデータであり、(b)は、第一の分析のpH勾配関数f(x)を実線で表し、第二の分析のpH勾配関数g(x)を一点鎖線で表すグラフである。
【符号の説明】
2 光検出手段
4 検出信号記憶部
6 pH勾配関数演算部
8 pH勾配関数校正部
10 試料成分同定部
12 pH勾配関数記憶部
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an electrophoresis apparatus for separating and analyzing amphoteric electrolytes such as peptides and proteins at their isoelectric points, and more particularly to an electrophoresis apparatus capable of detecting sample components separated over a predetermined range of a separation channel. is there.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, there is a technique called capillary isoelectric focusing as a technique for separating and analyzing peptides and proteins. FIG. 1 is a schematic diagram showing a conventional capillary isoelectric focusing apparatus.
[0003]
An aqueous solution in which a large number of amphoteric electrolyte mixtures (polyaminopolycarboxylic acid mixture, polyaminopolysulfonic acid mixture, etc .: polybuffer, etc.) having various ionization degrees are dissolved in the capillary 1 which has been subjected to inner surface treatment so as not to generate electroosmotic flow. 3, one end of the capillary 1 is immersed in an acidic solution (such as phosphoric acid aqueous solution) 5 that gives a lower pH than the most acidic electrolyte in the aqueous solution 3, and the other end is contained in the aqueous solution 3. Soaked in an alkaline solution (such as an aqueous sodium hydroxide solution) 7 that gives a higher pH than the most basic electrolyte. Electrodes are immersed in the solution 5 and the solution 7, and the solution 5 is an anolyte and the solution 7 is a catholyte. Although not shown, a detector by ultraviolet absorption detection, electrical conductivity detection or the like is provided at the detection point position of the capillary 1.
[0004]
When a voltage is applied to the solution 5 and the solution 7, each amphoteric electrolyte stops after moving to the position of the isoelectric point, and a pH gradient is formed in the capillary. At this time, if an amphoteric electrolyte sample such as protein is added to the solution 3, the component is concentrated in a narrow zone at the isoelectric point on the pH gradient.
After reaching the steady state, the liquid in the capillary is moved by various methods in order to move the zone to the detection point, and the zone of each component is detected. As a method of moving the zone, there are a method of continuing the voltage application by changing the electrode liquid and a method of pushing out by the pressure difference.
[0005]
In the prior art shown in FIG. 1, there are two processes: a process of concentrating the ampholyte component to the isoelectric point while applying a voltage, and a process of moving the concentrated component zone to the detection point. In order to achieve this, it is necessary to continue the voltage application by changing the electrode solution or to extrude with a pressure difference. Both of these methods of moving the zone are time consuming, and it is unavoidable to disturb the zone by moving the correctly concentrated zone on the pH gradient to the detection point.
[0006]
In order to solve such a problem, a method for detecting without moving the zone has been proposed. In the method, after the separation reaches a steady state, light is irradiated over a predetermined range of the separation flow path, and light absorption or emission at each position is detected over the predetermined range. As the light detection means, a detector having an array of light receiving elements arranged along a separation channel is used. In this method, since the zone is not moved after sample separation, measurement can be performed at high speed without disturbing the separation state.
[0007]
Since the positional accuracy and reproducibility of the pH gradient formed in the separation channel vary depending on the composition of the ampholyte, the injection state, etc., it is impossible to accurately determine the pH only from the separation position. In order to solve this, a marker sample having a known pH is injected into the separation channel together with the sample, and the pH of the separated sample component is determined using the marker sample as a reference point of the pH axis.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
Normally, since the pH of the separated sample component is determined manually from the separation position relationship of the marker sample, it is difficult to automatically identify the sample component on the pH axis.
In addition, when a large number of marker samples are injected to grasp the pH gradient in detail, there is a problem that it is difficult to distinguish between the sample and the marker sample.
Therefore, an object of the present invention is to accurately and automatically identify the pH of sample components in an isoelectric focusing apparatus that identifies a sample without moving the zone after sample separation.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
FIG. 2 is a block diagram showing the present invention.
The light detection means 2 that detects light from the separation channel over a predetermined range is connected to a detection signal storage unit 4 that stores a detection signal corresponding to the detection position of the separation channel. The detection signal storage unit 4 is a pH gradient function calculation unit 6 that calculates a pH gradient function f (x), and a pH gradient function calibration unit 8 that calibrates the pH gradient function f (x) to obtain a pH gradient function g (x). , And the sample component identification unit 10 that identifies the separated sample component based on the pH gradient function g (x). The pH gradient function f (x) calculated by the pH gradient function calculation unit 6 is stored in the pH gradient function storage unit 12 and then sent to the pH gradient function calibration unit 8 when the pH gradient function g (x) is calculated.
Here, the pH gradient function represents a pH gradient formed when a large number of amphoteric electrolyte mixtures are filled in a separation channel and a voltage is applied, and a pH function with respect to a detection position (separation position) x. It is.
[0010]
An isoelectric focusing device according to the present invention includes an electrophoresis member having a separation channel formed inside a transparent member, an electrophoresis power supply device that applies an electrophoresis voltage between both ends of the separation channel, and a predetermined separation channel. Irradiating means for irradiating light over a range, a light detecting means for detecting light absorption or emission by each component separated in the separation flow path over a predetermined range, and a detection signal of the light detection means for the separation flow path The detection signal storage unit that stores the signal corresponding to each position and a first analysis for introducing a plurality of types of marker samples with known isoelectric points into a separation channel filled with a polybuffer for separation. A pH gradient function calculation unit that calculates a pH gradient function f (x) from the detected peak position and isoelectric point, a pH gradient function storage unit that stores the pH gradient function f (x), and a sample together with a plurality of types of marker samples Above poly The second analysis is performed by introducing the sample into the separation channel filled with the same polybuffer as the buffer, and the pH gradient function f (x) is calibrated based on the detected peak position and isoelectric point of the detected marker sample. A pH gradient function calibration unit that obtains a pH gradient function g (x) and a sample component identification unit that determines the pH of the separated sample component based on the pH gradient function g (x) are provided.
[0011]
A plurality of types of marker samples are injected into the separation channel and separated to perform the first analysis, the separation state is detected by the light detection means 2 and stored in the detection signal storage unit 4, and the detection position of each marker sample and Based on the known isoelectric point, the pH gradient function f (x) in the separation channel is calculated by the pH gradient function calculation unit 6. The number of types of marker samples to be injected is preferably large within a range that can be reliably separated, and a more accurate pH gradient function f (x) can be calculated.
The pH gradient function f (x) is stored in the pH gradient function storage unit 12.
[0012]
Next, a plurality of types of marker samples are injected together with the sample into the separation channel and separated to perform a second analysis, and the separation state is detected by the light detection means 2 and stored in the detection signal storage unit 4. The pH gradient function f (x) read from the pH gradient function storage unit 12 by the pH gradient function calibration unit 8 is paralleled as necessary based on the detection position of the marker sample and the known isoelectric point in the second analysis. Calibration such as movement and expansion / contraction is performed to obtain a pH gradient function g (x). A small number of marker samples to be injected, such as a few. If the number of marker samples is small, the sample peak and the marker sample peak can be easily distinguished.
[0013]
Here, in the present invention, the same polybuffer is used for the first analysis and the second analysis. Since the influence of the marker in the second analysis on the isoelectric point of the marker is weak, the basic shape of the pH gradient functions f (x) and g (x) in the first analysis and the second analysis is not so much. As it is, it can be assumed that the pH gradient function g (x) is subjected only to translation and expansion / contraction deformation as compared with the pH gradient function f (x).
Based on the calibrated pH gradient function g (x), the sample component identification unit 10 determines the pH of each sample component separated from the second analysis data stored in the detection signal storage unit 4.
[0014]
【Example】
FIG. 3 is a schematic configuration diagram showing an embodiment. In this embodiment, the present invention is applied to a microchip electrophoresis apparatus using a microchip in which a separation channel is formed inside a transparent plate member. For the measurement, an array-type optical sensor is used, and light irradiation is performed by irradiating light in a line shape along the flow path or by optically scanning along the flow path. As a detection method, any method can be used as long as it can obtain concentration information, such as a method for obtaining absorbance by absorption of ultraviolet rays or a laser fluorescence method. In this embodiment, an absorbance method is used, and an array type photodetector in which photodiodes are arranged along a separation channel is used as a detector.
[0015]
A microchip 18 in which a separation channel 14 and a sample introduction channel 16 intersect with each other is provided inside the glass substrate. On one surface of the microchip 18, holes reaching the separation channel 14 or the sample introduction channel 16 are formed at positions corresponding to both ends of the separation channel 14 and both ends of the sample introduction channel 16. An electrophoresis power supply device 20 that applies an electrophoresis voltage to both ends of the separation channel 14 and to both ends of the sample introduction channel 16 is provided.
[0016]
A light irradiating means 26 configured to irradiate light over a predetermined range of the separation channel 14 is provided, which includes a light source 22 and a spectroscope 24. On the opposite side of the microchip 18 from the irradiation means 26, there is provided an array type photodetector 28 in which light receiving elements for detecting light from the separation channel 14 are arranged along the separation channel 14 at respective positions. ing. The array-type photodetector 28 is connected to the CPU 34 via an amplification circuit 30 that amplifies a detection signal and an A / D converter 32 that converts an analog signal into a digital signal. The detection signal storage unit 4, the pH gradient function calculation unit 6, the pH gradient function calibration unit 8, the sample component identification unit 10 and the pH gradient function storage unit 12 shown in FIG.
[0017]
Containers 36 each containing a marker sample, a sample, and a polybuffer are installed. A needle 38 that moves between the microchip 18 and the container 36 and injects a marker sample, sample, or polybuffer into one end of the separation channel 14 or the sample introduction channel 16 is provided. The operation of the needle 38 is driven by a motor 40. The needle 38 is connected to a syringe 42 that sucks / discharges a set amount of marker sample, specimen or polybuffer. The operation of the syringe 42 is driven by a motor 44. The motors 40 and 44 are connected to the CPU 34 via the motor control circuit 44 and are controlled by the CPU 34.
[0018]
When the material of the microchip 18 is quartz, borosilicate glass, or the like, the inner wall surfaces of the separation channel 14 and the sample introduction channel 16 are previously treated with linear acrylamide, polyvinyl alcohol, or the like so as not to generate an electroosmotic flow. It is preferable to chemically modify the silanol group.
[0019]
Next, the operation of this embodiment will be described.
(Determination of pH gradient function f (x) (first analysis))
The CPU 34 drives the motor 40 via the motor control circuit 44 to move the needle 38 to the container 36 containing the polybuffer. The motor 44 is driven and a predetermined amount of polybuffer is sucked by the syringe 42. The needle 38 is moved to the hole at one end of the separation channel 14 of the microchip 18 and the syringe 42 is operated to fill the separation channel 14 and the sample introduction channel 16 with the polybuffer.
After the needle 38 is withdrawn from the microchip 18, the light irradiating means 26 irradiates a predetermined range of the separation channel 14 with light. The light from the separation channel 14 is detected by the array-type photodetector 28 and stored as a background in the detection signal storage unit 4 of the CPU 34 via the amplifier circuit 30 and the A / D converter 32.
[0020]
Next, for example, the needle 38 is moved to a container 36 containing a solution (marker sample solution) containing four types of marker samples having different isoelectric points, and a predetermined amount of the marker sample solution is sucked by the syringe 42. The needle 38 is moved to the hole at one end of the sample introduction channel 16 of the microchip 18 and the syringe 42 is operated to inject the marker sample solution into the sample introduction channel 16.
After the needle 38 has been withdrawn from the microchip 18, a predetermined voltage is applied for a predetermined time from the separation channel 14 and the sample introduction channel 16 by the migration power supply device 20, and the marker sample is separated from the separation channel 14 and the sample introduction flow. Move to the intersection of the roads 16. Further, a predetermined voltage is applied for a predetermined time, and the four types of marker samples are separated according to the pH gradient of the separation channel 14. The marker sample is concentrated at each isoelectric point position.
[0021]
After completion of the separation, the light irradiation means 26 irradiates a predetermined range of the separation channel 14 with light. Light from the separation channel 14 is detected by the array type photodetector 28, and the detection signal is sent to the detection signal storage unit 4 of the CPU 34 via the amplifier circuit 30 and the A / D converter 32.
The detection signal storage unit 4 of the CPU 30 stores the amplified and A / D converted detection signal by subtracting the background corresponding to the detection position.
[0022]
FIG. 4A is data representing separation of marker samples in the first analysis. The vertical axis represents the detection intensity, and the horizontal axis represents the detection position (x). The detection position (x) is the order of detection elements arranged along the separation flow path of the array-type photodetector 28 from the intersection of the separation flow path 14 and the sample introduction flow path 16.
Marker samples with isoelectric points pH1, pH2, pH3, and pH4 are detected at detection positions x1, x2, x3, and x4, respectively. Each marker sample can be identified from the separation order. The magnitude relationship between the conduction points is pH1 <pH2 <pH3 <pH4.
[0023]
FIG. 4B is a graph showing the pH gradient function f (x) of the first analysis. The vertical axis represents pH, and the horizontal axis represents the detection position (x).
The pH gradient function calculation unit 6 plots the pH with respect to the detection position x in each marker sample from the first analysis data stored in the detection signal storage unit 4, and uses polynomial approximation or spline interpolation by the least square method. Estimate the pH gradient function f (x).
The pH gradient function f (x) is stored in the pH gradient function storage unit 12.
[0024]
(Measurement of actual sample (second analysis))
In the same manner as in the first analysis, the same polybuffer as in the first analysis is injected into the separation channel 14 and the sample introduction channel 16, and light is irradiated to a predetermined range of the separation channel 14. Is detected by the array-type photodetector 28 and stored as a background in the detection signal storage unit 4 of the CPU 34 via the amplifier circuit 30 and the A / D converter 32.
The needle 38 is moved to a container 36 containing a solution (sample solution) containing a sample and two types of marker samples having different isoelectric points that can be distinguished from the sample, and a predetermined amount of the sample solution is sucked by the syringe 42. . The needle 38 is moved to the hole at one end of the sample introduction channel 16 of the microchip 18 and the syringe 42 is operated to inject the sample solution into the sample introduction channel 16.
[0025]
After the needle 38 is withdrawn from the microchip 18, a predetermined voltage is applied from the separation power supply device 20 from the separation channel 14 and the sample introduction channel 16 for a predetermined time, and the marker sample and the sample are separated from the separation channel 14 and the sample. It moves to the intersection of the introduction flow path 16. Further, a predetermined voltage is applied for a predetermined time, and the marker sample and the sample are separated according to the pH gradient of the separation channel 14. The marker sample and the sample component are concentrated at each isoelectric point position.
After the separation is completed, the separation state is detected in the same manner as in the first analysis, and the detection signal is stored in the detection signal storage unit 4 with the background subtracted.
[0026]
FIG. 5A is data representing separation of marker samples in the second analysis. The vertical axis represents the detection intensity, and the horizontal axis represents the detection position (x).
Marker samples having isoelectric points of pH 0 and pH 00 are detected at detection positions x0 and x00, respectively, and sample components separated at the detection positions in between are detected. The magnitude relationship between the conduction points is pH0 <pH00.
[0027]
FIG. 5B is a graph in which the pH gradient function f (x) of the first analysis is represented by a solid line, and the pH gradient function g (x) of the second analysis is represented by a one-dot chain line. The vertical axis represents pH, and the horizontal axis represents the detection position (x).
The pH gradient function calibration unit 8 extracts only the marker sample data from the second analysis data stored in the detection signal storage unit 4, and plots the pH with respect to the detection position x. The pH gradient function f (x) is read from the pH gradient function storage unit 12, and the pH gradient function f (x) is calibrated by translation or linear expansion / contraction as necessary based on the pH plot of the second analysis, and pH A gradient function g (x) is determined.
The sample component identification unit 10 determines the pH of each sample component using the pH gradient function g (x) and the second analysis data stored in the detection signal storage unit 4.
[0028]
In this embodiment, four types of marker samples having different isoelectric points were used in the first analysis. However, the present invention is not limited to this. If three or more types of marker samples are used, the pH gradient function f (x) is used. Is obtained. When there are three or more types of marker samples at the time of the second analysis, the pH axis is not simply proportional expansion and contraction, and the pH accuracy can be further improved by performing higher-order function fitting using a spline curve or the like.
[0029]
【The invention's effect】
The present invention relates to an isoelectric focusing apparatus that identifies a sample without moving the zone after sample separation, and introduces a plurality of types of marker samples into a separation channel filled with a polybuffer, and detects the detection peak position of the marker sample. And a first analysis for calculating the pH gradient function f (x) from the isoelectric point, and a marker sample detected by introducing a sample together with a plurality of types of marker samples into a separation channel filled with the same polybuffer as the polybuffer. Based on the detected peak position and isoelectric point, the pH gradient function f (x) is translated and stretched and calibrated to obtain the pH gradient function g (x). Based on the pH gradient function g (x), Since the second analysis to determine the pH of the separated sample components was performed and the pH of the sample components was automatically determined, the efficiency of the analysis work can be improved and the reliability can be improved. Data can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram showing a conventional capillary isoelectric focusing apparatus.
FIG. 2 is a block diagram illustrating the present invention.
FIG. 3 is a schematic configuration diagram illustrating an embodiment.
FIG. 4A is data representing the separation of the marker sample of the first analysis, and FIG. 4B is a graph representing the pH gradient function f (x) of the first analysis.
FIG. 5A is data representing the separation of the marker sample of the second analysis, and FIG. 5B is a solid line representing the pH gradient function f (x) of the first analysis. Is a graph showing the pH gradient function g (x) of
[Explanation of symbols]
2 Photodetection means 4 Detection signal storage unit 6 pH gradient function calculation unit 8 pH gradient function calibration unit 10 Sample component identification unit 12 pH gradient function storage unit

Claims (1)

透明部材の内部に分離流路が形成された電気泳動部材と、
前記分離流路の両端間に泳動電圧を印加する泳動電源装置と、
前記分離流路の所定の範囲にわたって光を照射する照射手段と、
前記分離流路内で分離された各成分による前記光の吸収又は発光を所定の範囲にわたって検出する光検出手段と、
前記光検出手段の検出信号を前記分離流路の各位置に対応させて記憶する検出信号記憶部と、
複数種類の等電点既知のマーカサンプルを両性電解質混合物を充填した前記分離流路に導入して分離する第一の分析を行ない、前記マーカサンプルの検出ピーク位置及び等電点からpHと検出位置xとの関係を示すpH勾配関数f(x)を算出するpH勾配関数演算部と、
前記pH勾配関数f(x)を記憶するpH勾配関数記憶部と、
試料とともに複数種類のマーカサンプルを前記両性電解質混合物と同じ両性電解質混合物を充填した前記分離流路に導入して分離する第二の分析を行ない、検出した前記マーカサンプルの検出ピーク位置及び等電点に基づいて前記pH勾配関数f(x)を校正してpHと検出位置xとの関係を示すpH勾配関数g(x)を得るpH勾配関数校正部と、
校正された前記pH勾配関数g(x)に基づいて、分離した試料成分のpHを決定する試料成分同定部と、を備えたことを特徴とするマイクロチップ電気泳動装置。
An electrophoretic member having a separation channel formed inside the transparent member;
An electrophoretic power supply device for applying an electrophoretic voltage between both ends of the separation channel;
Irradiating means for irradiating light over a predetermined range of the separation channel;
A light detection means for detecting absorption or light emission of the light by each component separated in the separation channel over a predetermined range;
A detection signal storage unit for storing the detection signal of the light detection means in correspondence with each position of the separation channel;
A plurality of types of marker samples with known isoelectric points are introduced into the separation channel filled with the amphoteric electrolyte mixture to perform a first analysis, and the detection peak position of the marker sample and the pH and detection position from the isoelectric point. a pH gradient function calculation unit for calculating a pH gradient function f (x) indicating a relationship with x;
A pH gradient function storage unit for storing the pH gradient function f (x);
A plurality of types of marker samples are introduced together with the sample into the separation channel filled with the same amphoteric electrolyte mixture as the amphoteric electrolyte mixture, and then subjected to a second analysis to detect the detected peak position and isoelectric point of the marker sample. A pH gradient function calibration unit that calibrates the pH gradient function f (x) based on the above to obtain a pH gradient function g (x) indicating the relationship between the pH and the detection position x;
A microchip electrophoresis apparatus comprising: a sample component identification unit that determines a pH of a separated sample component based on the calibrated pH gradient function g (x).
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