JP4316139B2 - ポリマー支持材料から試料を採取する装置及び方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の試料をポリマー支持材料から採取するか移動するために設けられている試料採取装置と、このタイプの試料採取装置を用いる方法とに関する。本発明は、特に、一定の物質を含む複数の部分領域を支持材料から分離することによる、例えば、複数の物質バンド(Substanzbanden)を複数の分離ゲルから押し抜くことによる、試料の採取に関する。
【０００２】
【従来の技術】
化学、生化学、医学及び分子生物工学からは、支持体中の物質混合物を物質に特有に空間的に分離し、続いて複数の他の処理段階に晒す多数の分理法が一般に知られている。ゲノム研究の分野では、例えばタンパク質混合物、ゲノム配列又はＤＮＳ混合物を分離するために、１次元又は多次元の分離ゲルを用いた電気泳動分離法を用いる。
【０００３】
２次元のゲル電気泳動の場合、例えば複数のタンパク質を第１の分離段階で酸又は塩基特性に従って分離し、第２の分離段階で第２の次元で寸法に応じて分離する。結果として、複数の分離されたフラグメントがいわゆる２次元のゲルの中にある。このゲルは約８ｃｍ×１２ｃｍ乃至２０ｃｍ×３０ｃｍの平面及び約０，５ｍｍ乃至１ｍｍの厚みのゲル層の形を有する。分離後に、視覚化のために、これらのフラグメントは有機物質（例えばクーマシーブルーのような従来の染料）又は無機物質（例えば銀染色）で染色されるので、複数のバンド、斑点又は無規則に形成されたスポットが形成される。以下、支持体中の分離されたフラグメントを一般にバンドと呼ぶ。これらのバンドは、物質特性に応じて、２次元のゲル中に不規則的に分布されている。複数の分離されたフラグメントを更に処理及び分析するために、従来では、複数のバンドを手動又は半自動式にメスでゲルから切り出して、特殊に、例えば質量分析を用いて、複数の更なる試験を行なう。
【０００４】
ゲノム研究しかし又例えば現代の組合せ化学における複数の前記適用では、関心は、出来る限り短い時間で、出来る限り多数の物質を分離し、分離された複数のフラグメント又は試料を更に処理することにある。分離技術、及び複数の試料の更なる分析的試験は、今日では、試料の高い流量を可能にする。しかし、更なる処理の出発点である複数の基板への、分離されたフラグメントの移転は、従来、隘路である。US-A-587 062からは、複数の試料を電気泳動分離ゲルから採取する装置が公知である。この装置は、分離ゲルが載っている支持テーブルの面上で移動可能であり、かつ試料採取のために作動可能である押抜き工具を含む。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、多数の試料を同時に処理することができるように改善されている試料採取装置及びその方法を提供することである。本発明は、特に、ゲル電気泳動分離法での適用を目指している。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この課題は請求項１に記載の特徴を有する装置と、請求項１０に記載の特徴を有する方法とによって解決される。本発明の複数の好ましい実施の形態は複数の従属請求項から明らかである。
【０００７】
本発明の基本思想は、複数の試料が取り出されるべき元である材料から間隔をあけて基準面に沿って共に移動可能であり、この材料の方に選択的に動かされるか作動されることができる複数の個別に作動可能な分離工具を有する試料採取装置を製造することができることにある。材料からの試料の分離は順次なされるのが好ましい。このことは、試料採取装置が、常に交互に、基準面に沿って、一定の位置に移動され、次に、複数の分離工具のうちの１が試料のロードのために作動されること、を意味する。基準面に沿って移動するために、試料採取装置は調整装置を有する。次に、すべての分離工具から同時にかつ平行に標的基板上へ移動されることができる。
【０００８】
試料採取装置の制御が撮像装置との組合せでなされるのは好ましい。撮像装置は、試料の複数の位置（例えばバンドの複数の位置）を検知するカメラ装置を有する。試料の複数の位置から、調整装置のあらゆる移動のために、標的座標が導き出される。（複数の分離工具を有する）試料採取装置と、撮像装置との組合せは、本発明の重要な特徴である。何故ならば、このことにより、試料採取工程全体の自動化及び加速が可能となるからである。
【０００９】
本発明は、一般的に、試料を支持材料又は試料材料から取り出して標的基板に移動すべきであるすべての工程に、適用可能である。従って、試料採取とは、一般に、試料を材料から分離（例えば切取り、差込、押抜き等）をすること及び分離された試料を所定の方法で標的基板に置くこと、を意味する。本発明は、複数のポリマー支持材料（層状又は体積形状）、あるいは、複数の他の材料（例えば複数の膜、又は基板上に設けられた複数の生物的材料、例えばセル・クラスター(Zellhaufen)のような）によって、特に良好に用いられる。標的基板がマイクロタイタープレートであることは好ましい。本発明の好ましい適用は、複数の試料を複数の分離ゲルから制御で取り出すことと、取り出された複数の試料の、マイクロタイタープレートの複数の窪みへの移動とにある。前者の場合には、複数の取出し位置は画像処理によって所定の方法で決定され、取出し位置への接近、及び複数の分離工具（差込用細管）を用いた試料の取出しが順次になされ、後者の場合には、移動のために、複数の窪みに時間的に平行に試料を置くことがなされる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、複数の図面を参照して、本発明の更なる詳細及び利点を説明する。以下、８つの細管状の差込工具を有する一連の分離工具を具備する試料採取装置を参照して、本発明を説明する。しかし乍ら、本発明はこの実施の形態に限定されず、異なった形状の複数の分離工具で、マトリックス状に行及び桁を作って設けられた複数の分離工具で、あるいは、用途に応じて数が変わる分離工具で補充可能である。
【００１１】
本発明に係わる試料採取装置１００は、図１に示すように、複数の分離工具１０と、保持装置２０と、複数の作動手段３０とを有する。
【００１２】
複数の分離工具１０は、例えば差込用細管１１乃至１８の形をした複数の管状の差込又は押抜き工具を有する。この代わりに、複数の他の切断工具を設けることもできる。各差込工具の一端は軸方向に移動可能に保持装置２０の案内部２１に接続されている。各差込工具の他端には刃先が設けられている。複数の差込工具の横断面形状と、複数の幾何学的寸法と、相対配置とは用途に応じて決定される。分離ゲルでの試料採取のためには、各差込工具が細管によって形成されることは好ましい。細管の端部には、刃先が、細管の壁部の端部によって与えられている。細管の内径が使用に応じて選択され、複数の試料を取り出すべき元である材料（分離ゲル、膜等）の厚みよりも小さいことは好ましい。通常の２次元的な分離ゲルの場合、内径が約０，５乃至２ｍｍ、例えば約１ｍｍであることは好ましい。細管の壁部の厚み及び材料は、分離工程の際に十分な抵抗性を達成するべく、選択される。細管は、例えば金属、ガラス、セラミック又はプラスチックのような不活性材料からなることができる。複数のスチール細管は高い抵抗性の故に好ましい。複数の細管の間の相互間隔は用途に応じて標的基板の諸条件に適合される。標的基板は例えばマイクロタイタープレート（図２を参照）であるとき、細管の間隔はマイクロタイタープレートのリザーバの間隔に対応する（例えば９ｍｍ）。
【００１３】
保持装置２０は、複数の支持部２１と、接続プレート２２と、保持プレート２３とからなる。接続プレート２２は、保持装置２０を（図示しない）調整装置と結合するために、設けられている。調整装置は、以下に説明するように、試料採取装置を、基準面に沿って、所定の標的座標を有する標的へ動かすために、設置されている。保持プレート２３は、複数の案内部２１と、複数の作動装置３０と、接続プレート２２とを共に保持するために用いられる。
【００１４】
（例えば各細管用の）各分離工具のためには、二重機能を有する案内部２１が設けられている。まず第一に、案内部２１によって、基本位置から差込位置への分離工具の軸方向移動が決定される。更に、各案内部２１は接続開口部２１ａを含む。（図示しない）圧力装置によって、接続開口部を通して、圧力又は真空が各分離工具に加えられることができる。真空は押し抜かれた試料を分離装置にしっかり保つために用いられる。複数の試料を標的基体に置こうとするとき、真空を僅かな過剰圧力（例えば約１／２ａｔ又は５・１０^―６Ｐａ）で補う。接続開口部２１ａを、更に、洗浄液を供給するために、用いることができる。
【００１５】
試料が細管の中で移動するのを防ぐために、細管の内部に制限装置(Rueckhalteinrichtung)を設けることができる。この制限装置は細管の端部にある試料容量を残りの細管から限定し、例えば細管内部のピンによって、形成される。
【００１６】
複数の作動手段３０は、各々の分離工具に割り当てられている一群の空気圧シリンダ３１，３２，．．．，３８を有する。これらの空気圧シリンダは圧縮空気で操作され、夫々電気式パイロット弁を含む。予め定められた空気圧シリンダが電気式パイロット弁の作動によって始動されると、関連の分離工具は前進距離だけ軸方向に移動される。押抜き工程後に、分離工具の戻りは、内部のばね要素の又は外部の復帰ばねの作用下であるいは圧力駆動によってなされる。本発明の重要な利点は、複数の分離工具又は複数の押抜き工具が個々に制御可能であり、それ故に、試料の採取が試料の如何なる型にも適合されることができること、にある。
【００１７】
複数の空気圧シリンダの代わりに、複数の作動手段３０は複数の他の駆動ユニット、例えば、液圧式の（液圧シリンダによる）、圧電式の又は電磁式の駆動装置を含むことができる。
【００１８】
保持装置２０は、複数の分離工具の軸方向移動の方向が、調整装置の（移動）基準面に対し実質的に垂直にあるように、調整装置に接続されている。
【００１９】
以下、図２を参照して試料採取法を説明する。図２は種々の方法段階にある試料採取装置１００と、調整装置２００と、撮像装置３００と、制御装置４００とを、分離ゲル４０からの試料の採取を例にして略示する。複数の調整・制御装置として、いわゆるスポッティング／ピッキングロボットをベースにした知られた複数の装置を用いることができる。制御装置４００は複数の標的座標を調整装置２００に送り、試料採取装置１００は標的座標に移動されねばならない。これらの標的座標は、以下のように、撮像装置３００によって得られる。分離ゲル４０としては、例えば、２次元のゲルが平坦な基板上に示されている。この代わりに、本発明を、相応に、例えば層の形又はストリップ形の、１次元のゲルでも補充することができる。
【００２０】
撮像装置３００は、規則的又は不規則的に設けられた染色された複数のバンド４１を有する２次元のゲル４０のデジタル画像を作り出す（図示しない）カメラを含む。カメラは試料採取装置のように調整装置に接続されていることは好ましく、ゲル４０の面に対し平行な基準面（ｘ−ｙ面）に沿って、２次元のゲルの面上で移動可能である。デジタル画像は制御装置４００の中で評価される。画像評価が必ずしも分離基板上の所定のマーキングに限定されず、分離ゲルの中で分離された複数のバンド又はスポットに限定されることは好都合である。本発明によって、周囲に対し可変の対照を有することができるこれらのバンド又はスポットも、画像撮影及び画像評価のために適切であることを、まずもって示すことができた。より大きなバンド又はスポットの場合には、複数の押抜き工程さえも実行することができる（例えば、スポットの直径２ｍｍ、差込用細管の直径約１ｍｍ：１つのスポットにつき２乃至３の押抜き工程）。制御装置ではプログラムの走行がなされ、このプログラムの走行はバンドの大きさに従って複数の標的座標を定め、複数の隣接したゲル部分が１つのバンドから何回採取されるべきかを、決定する。複数の標的座標は２次元のゲルの中のバンドに対する試料採取装置１００の位置に関し、その時々に選択されるべき差込用細管の相対座標に従って定められる。本発明の重要な観点は、画像撮影及び画像処理又は画像評価後に、複数の差込用細管を用いた分離ゲルからの所望の試料の自動的な採取が時間的な順序で実行されること、にある。すべての画像認識を自動的におこなうことができることは好都合である。オペレーターによって制御されたカメラ制御は必ずしも必要という訳ではない。複数の押抜き位置は分離結果に従って用途に応じて不規則に分布され、所定のパターンとしては分布されていない。光学式位置決め装置として用いられる撮像装置３００を用いることによって、不規則的なバンドの分布又はスポットの分布の場合でも、標的に向いた押抜きが可能である。
【００２１】
試料採取装置は、複数の差込用細管と、ゲルが載っている基板との間隔が、これらの差込用細管の基本位置において、作動手段（上を参照）の前進距離に実質的に対応しているように、調整装置によって配置されている。
【００２２】
デジタル画像の撮影及び標的座標の検知後に、試料採取装置１００はまず第１の位置Ｐ１に移動される。この位置では、複数の差込用細管のうちの１（例えば１１）は、分離ゲルの中の一定のバンド４２に対して整列されている。試料採取装置がＰ１に達するや否や、空気圧シリンダ３１が作動される。それ故に、差込用細管１１はゲルに突っ込まれ、細管の端部に試料が採取される。続けて、調整装置２００は試料採取装置１００を次の位置Ｐ２へ移動させる。そこでは、次の差込用細管（例えば１２）を用いて同様な工程が繰り返される。位置Ｐ２は同一のバンド４２又は他のバンド４３の中の試料に関することができる。かくて、試料採取装置が差込用細管の数に応じて複数の点Ｐ１乃至Ｐ８に接近する（Ｐ３乃至Ｐ８は図示せず）。従って、複数の位置Ｐ１乃至Ｐ８で順次に複数の差込用細管に試料がロード(beladen)される。順次に試料がロードされる複数の差込用細管には、その配置の順番に試料が必ずしもロードされる必要はない。
【００２３】
続いて、すべての又は用途に応じて幾つかの差込用細管に試料がロードされているとき、試料採取装置は、例えばマイクロタイタープレート５０の形の、標的基板の方に動かされる。試料採取装置は１００は、複数の差込用細管の各端部がマイクロタイタープレート５０のリザーバに対向しているように、位置決めされる。複数の差込用細管に圧力を加えることによって、個々の試料はリザーバに置かれる。マイクロタイタープレート５０への複数の試料への載置はすべての差込用細管に対し同時にかつ平行になされる。試料の載置が試料に特有であることは好都合である。このことは、個々の試料、あるいは共通のバンドに対応する試料群が個々のリザーバ別々に置かれること、を意味する。複数の試料は整然とした格子の中へ移動され、この格子では、更なる評価及び分析がなされる。続いて、場合によっては、清浄浴での清浄段階を挟んで、試料用基板４０での試料の採取という次のシーケンスがなされる。複数の差込用細管での試料の順次式の採取及び平行的な試料の載置は、すべてのバンドが分離ゲルから押し抜かれるまで、何回も繰り返される。
【００２４】
図１及び２に示したシステムを、一直線の列の分離工具でなく、湾曲した列又はマトリックス配列の分離工具が用意されるように、変更することができる。更に、試料採取のシーケンス中に、複数の試料片が１本の差込用細管によって順次に採取されることが実行されることができる。試料の相応に適合された載置の際でも、１本の差込用細管に複数の試料が異なったバンドから採取されることが可能となる。複数本の差込用細管に何回もの試料のロードの際に、複数の試料の間で、複数の分離片を例えばゲル領域から試料なしに採取することがなされることがある。最後に、或る位置（Ｐ１，Ｐ２，．．．）で、場合によっては複数本の差込用細管を同時に作動させることができる。
【００２５】
本発明に係わる試料採取装置は、１時間につき約１０００個の試料という、分離ゲルでの押抜き速度を達成することができる、という利点を有する。これによって、手動の又は半自動式の複数の差込装置を用いた、１時間につき約２００個の試料の押抜き速度を越える。試料採取を自動化することができる。速い押抜き速度は、分離ゲルが場合によっては時間に応じて幾何学的に変化して、かくて、再生可能な他の処理をできなくする前に、例えば、１０００を越えるタンパク質を含む２次元の分離ゲル上での、押抜きを、終えることができる、という追加の利点を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係わる試料採取装置の斜視図である。
【図２】 本発明に係わる方法を図解するための概観略図である。

Claims (15)

1. 複数の試料を支持材料（４０）から採取するために設けられている試料採取装置において、
   前記複数の試料を前記支持材料（４０）から取り出すための複数の分離工具（１０）が設けられており、これらの分離工具（１０）は保持装置（２０）に取着されており、前記複数の分離工具（１０）を個別に制御し作動させることができる作動手段（３０）を夫々有すること、を特徴とする試料採取装置。
2. 前記複数の分離工具は、一端で軸方向に移動可能に各々の作動手段（３１乃至３８）に取着されており、他端で差込用刃を有する管状の差込工具（１１乃至１８）である、請求項１に記載の試料採取装置。
3. 前記複数の差込工具（１１乃至１８）は細管状に形成されている、請求項２に記載の試料採取装置。
4. 前記複数の作動手段（３０）は空気圧シリンダ又は液圧シリンダ（３１乃至３８）あるいは圧電式又は電磁式作動装置である、請求項１乃至３のいずれか１に記載の試料採取装置。
5. 前記複数の分離工具（１０）は列状に又はマトリックス状に前記保持装置（２０）に取着されている、請求項１乃至４のいずれか１に記載の試料採集装置。
6. 前記複数の分離工具（１０）は、これらの分離工具の端部がマイクロタイタープレートの所定の型の中での複数の試料用リザーバの配列に対応する配列を有するように、設けられている、請求項５に記載の試料採集装置。
7. 各分離工具（１０）は案内部（２１）を通して各作動手段（３０）に接続されており、各支持部（２１）は、前記分離工具を圧力装置に接続する接続開口部（２１ａ）を有する、請求項１乃至６のいずれか１に記載の試料採取装置。
8. 前記保持装置（２０）は、前記複数の分離工具（１０）と共に前記保持装置（２０）をｘーｙ基準面で位置決めする調整装置（２００）に接続されている、請求項１乃至７のいずれか１に記載の試料採取装置。
9. 撮像装置（３００）及び制御装置（４００）が設けられており、前記撮像装置（３００）は、複数の試料を取り出すべき元である支持材料の画像データを、前記調整装置を制御すべく標的座標を作るために設けられている前記制御装置に送る、請求項８に記載の試料採取装置。
10. 支持材料（４０）から複数の試料を押し抜き、標的基板（５０）の上に移す試料採取法において、
    複数の分離工具（１０）を有する試料採取装置（１００）を用いて、前記複数の試料の押抜きを、これらの分離工具（１０）の個別の制御及び作動によって、時間的に順次に行ない、取り出された前記複数の試料を時間的に平行して前記標的基板（５０）に移動させる試料採取法。
11. 前記試料採取装置（１００）を調整装置（２００）によって、交互に、まず、所定の標的座標に対応する位置（Ｐ１，Ｐ２，．．．）に移動し、次に、すべて又は幾つかの分離工具（３１乃至３８）に、取り出された複数の試料をロードするまで、分離工具（３１乃至３８）の１つ又は複数を作動させ、続いて、前記試料採取装置（１００）を前記標的基板（５０）に動かし、前記複数の試料を前記複数の分離工具から前記標的基板（５０）に移動する、請求項１１に記載の方法。
12. 前記複数の位置（Ｐ１，Ｐ２，．．．）の前記複数の標的座標を、前記支持材料の画像データから得る、請求項１１に記載の方法。
13. 前記複数の分離工具（３０）を圧縮空気又は圧液で作動させる請求項１０乃至１２のいずれか１に記載の方法。
14. 前記支持材料は分離ゲルであり、前記複数の試料は、前記分離ゲルの中に分布されており、かつ標的基板としてのマイクロタイタープレート（５０）へ移動される複数の物質バンド（４１，４２，４３）である、請求項１０乃至１３のいずれか１に記載の方法。
15. 前記複数の取り出された試料を有する前記複数の分離工具（３０）に真空を加え、前記標的基板に移動するため、過剰圧力を加える、請求項１０乃至１４のいずれか１に記載の方法。

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