JP4407068B2 - 磁気粒子泳動方法および装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、蛋白質や核酸等の生体高分子をその種類に応じて泳動させることができる泳動方法および装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、蛋白質や核酸等の生体高分子を分離同定する方法として電気泳動法はよく知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、電気泳動法では、分別対象の蛋白質が必ずしも荷電しているとは限らないためＳＤＳ（ドデシル硫酸ナトリウム）処理等を行なう必要があるが、このような前処理においては分別対象粒子（蛋白質）が変成してしまうという課題があった。
【０００４】
本発明の目的は、上記の課題を解決するもので、蛋白質や核酸等の生体高分子に磁気粒子を付加しておき、これに磁場を作用させるだけで生体高分子を容易に泳動させることのできる、前処理が容易で、分別対象粒子の変性を起こす恐れもない磁気粒子泳動方法および装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、請求項１の発明では、
予め前処理により生体高分子の種類に対応して異なる大きさまたは材質の磁気粒子が結合された分別対象の生体高分子を含む溶液に対して、空間的に強度の分布を持つ磁界を印加することにより、生体高分子を磁界の分布に対応して泳動させて分離し、その空間位置を検出して磁気粒子との前記対応関係に基づいて、分別対象の生体高分子をその種類に応じて分別するようにしたことを特徴とする。
【０００６】
本発明では、分別対象の生体高分子に磁気粒子を結合しておき、その生体高分子を含む溶液に空間的な分布磁界を印加する。磁界印加により磁気粒子に磁気力が作用して生体高分子と共に泳動する。このとき磁気粒子の大きさあるいは材質に応じて泳動速度に違いが生じ、泳動後の位置に違いが生じる。このようにして分別対象分子の分離が行われる。
なお、分別対象の生体高分子に磁気粒子を結合する処理は、電気泳動におけるＳＤＳ処理等と同様に簡単な処理であり、しかも分別対象分子が変成するようなこともない。
【０００７】
請求項２の発明は、
泳動分離器に置かれた分別対象の生体高分子をその種類に応じて分別する磁気粒子泳動装置であって、
生体高分子の種類に対応して異なる大きさまたは材質の磁気粒子が予め前処理により結合された前記分別対象の生体高分子を含む溶液に対して、空間的に強度の分布を持つ磁界を与える磁場発生手段と、
前記印加磁界の分布に対応して泳動し分離された生体高分子または磁気粒子の泳動分離器内における空間位置を検出する検出器と、
を具備し、
前記空間位置から、磁気粒子との前記対応関係に基づいて、分別対象の生体高分子をその種類に応じて分別することを特徴とする。
【０００８】
磁気粒子が結合された前記生体高分子を含む溶液に対して、磁場発生手段により空間的に強度の分布を持つ磁界を与える。これにより生体高分子は磁気粒子と共に移動するが、磁気粒子の大きさあるいは材質の違いにより移動速度（泳動速度）に違いが生じ、生体高分子は泳動分離器上に展開される。
【０００９】
この場合、印加磁界を、請求項３のように、分別対象の生体高分子が置かれている空間内で単純増加または単純減少の傾斜分布を持つようにすることもできる。
また、請求項４のように、磁場発生手段は、固定磁場ではなく、前記泳動分離器に対して掃引することもできる。
【００１０】
そしてこの場合、前記磁気粒子および分別対象分子は、請求項５のように高分子ゲル中に置かれ泳動できるようになっている。
【００１１】
分別対象の分子の泳動後の位置を検出するには、請求項６のように分別対象の分子に付加した、蛍光分子からの蛍光または放射性物質により検出するように構成することができる。また、請求項７のように、空間位置の代わりに時刻を用いて、泳動中の特定位置を通過する時刻を蛍光または放射性物質により検出するように構成することもできる。
【００１２】
分別対象の分子と磁気粒子の結合は、具体的には請求項８のように共有結合またはイオン結合により結合させる。あるいは、請求項９のように分別対象の分子と磁気粒子のそれぞれにストレプトアビジンとビオチンを結合しておき、そのストレプトアビジンとビオチンを結合により前記分子と磁気粒子を結合させることもできる。
【００１３】
また、印加磁場は、請求項１０のように、磁気粒子と結合した分別対象の分子が泳動により１次元状または２次元状に展開されるように、印加することができる。特に、２次元状に展開する場合、請求項１１のように１ｃｍ２以下の大きさの泳動分離器（チップ）に適用されるのが望ましい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下図面を用いて本発明を詳しく説明する。図１は本発明に係る磁気粒子泳動方法のフローチャートである。以下工程順に説明する。
【００１５】
（１）分別対象となる生体高分子に、その種類に応じて大きさあるいは材質の異なる磁気粒子を付加する（ステップＳ１）。
磁気粒子の大きさあるいは材質の違いにより磁気泳動時の泳動速度が異なる。
生体高分子と磁気粒子の結合には、周知の技法である共有結合、イオン結合、ストレプトアビジンとビオチンによる結合等を用いることができる。
【００１６】
なお、共有結合は周知のように生体高分子と磁気粒子の電子の共有による結合であり、またイオン結合は生体高分子と磁気粒子の静電的な引力による結合である。ストレプトアビジンとビオチンによる結合は、図２に示すように、磁気粒子１にはストレプトアビジン２を、生体高分子３にはビオチン４をそれぞれ結合させておき、その後ストレプトアビジンとビオチンを結合させて磁気粒子を生体高分子に付加する方式である。
【００１７】
（２）磁気粒子が付加された高分子を含む溶液に対して、空間的な強度分布を有する磁界を印加する（ステップＳ２）。
（３）印加磁界の分布に対応して泳動された磁気粒子の空間位置を検出する（ステップＳ３）。
【００１８】
このようにして分別対象の生体高分子を泳動させ分離同定することができる。この場合、前処理として従来の電気泳動において行なったようなＳＤＳ処理等は全く行なわないため、生体高分子の変成は起こらない。
【００１９】
図３は本発明の磁気粒子泳動方法を実現するための装置の一実施例を示す要部構成図である。本発明の磁気粒子泳動装置は、泳動分離器１０、磁場発生手段２０および検出器３０からなる。
泳動分離器１０の各ウェル１１には生体高分子を含む溶液が注入される。この生体高分子には、前処理により各生体高分子に対応して大きさや質量などの異なる磁気粒子がそれぞれ付加されている。
【００２０】
磁場発生手段２０は泳動分離器１０に対して（換言すれば磁気粒子が結合された生体高分子を含む溶液に対して）空間的に強度の分布を持つ磁界を印加するものであり、その磁界強度分布は例えば図４に示すように泳動分離器１０の泳動方向に対応して漸次増加する傾斜分布である。このような磁場は、例えば、電磁コイルや永久磁石等を用いて発生させることができる。
【００２１】
検出器３０は、磁気粒子が付加された分別対象粒子が磁界の分布に対応して泳動したときの空間位置（移動位置）を検出するものであり、例えば分別対象粒子に蛍光分子を付加しておき励起光照射により発光する蛍光を検出して空間位置を検出する方式、あるいは分別対象粒子に放射性物質（ＲＩ：ラジオアイソトープ）を付着させておきこのＲＩを検出して空間位置を知る方式等が用いられる。
【００２２】
このような構成における動作を次に説明する。まず、分別対象となる分子（生体高分子）にそれぞれ大きさまたは材質の異なる磁気粒子をあらかじめ付加しておく。
分別対象粒子に磁気粒子を付加するには、共有結合またはイオン結合あるいはストレプトアビジンとビオチンの結合等の周知の結合技法を用いることができる。
【００２３】
このような前処理により磁気粒子の結合された分別対象粒子を含む溶液を泳動分離器１０のウェル１１に注入する。磁場発生手段２０により磁場を発生し印加すると、分別対象粒子に結合した磁気粒子は磁気力により引っ張られて高分子ゲル中を移動し、図５に示すように分離する。移動速度や移動位置は、結合した磁気粒子の大きさあるいは材質に応じて異なる。
【００２４】
上記のように移動した粒子の泳動位置を検出することにより分別対象粒子を特定することができる。あるいは、粒子が特定位置を通過する時刻を検出することにより分別対象粒子を分離検出することもできる。なお、蛍光により粒子を検出する場合には、励起光を粒子に照射する必要がある。
【００２５】
なお、本発明は、上記実施例に限定されることなく、その本質から逸脱しない範囲で更に多くの変更、変形をも含むものである。
例えば、空間的に強度の分布を持つ磁界は、実施例では固定した電磁コイルや永久磁石等により固定的に印加しているが、図６に示すように棒磁石を泳動分離器１０上で泳動方向に掃引して磁界を移動するようにしてもよい。
【００２６】
また、磁場分布は１次元方向に限らず、２次元方向とし、分別対象粒子と磁気粒子の結合体が泳動分離器１０の２次元平面上に展開されるようにしても構わない。このような２次元平面上の展開は１ｃｍ２以下の泳動分離器（チップ）に適用するのが好適である。
また、磁場は、分別対象粒子が置かれている空間内で単調増加または単調減少の傾斜分布を持つようにしてもよい。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、蛋白質や核酸等の生体高分子に磁気粒子を付加しておき、これに磁場を印加して磁気粒子を吸引することにより、容易に生体高分子も泳動させることができる。
また、本発明によれば、電気泳動におけるようなＳＤＳ処理を必要としないため、分別対象粒子の変成の恐れもないという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る磁気粒子泳動方法のフローチャートである。
【図２】ストレプトアビジンとビオチンによる結合の説明図である。
【図３】本発明の磁気粒子泳動方法を実現するための装置の一実施例を示す要部構成図である。
【図４】磁界強度分布の一例を示す図である。
【図５】磁気泳動による分子の分離を説明する説明図である。
【図６】磁場印加の他の一例を示す構成図である。
【符号の説明】
１ 磁気粒子
２ ストレプトアビジン
３ 生体高分子
４ ビチオン
１０ 泳動分離器
１１ ウェル
２０ 磁場発生手段
２１ 棒磁石
３０ 検出器
【発明の属する技術分野】
本発明は、蛋白質や核酸等の生体高分子をその種類に応じて泳動させることができる泳動方法および装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、蛋白質や核酸等の生体高分子を分離同定する方法として電気泳動法はよく知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、電気泳動法では、分別対象の蛋白質が必ずしも荷電しているとは限らないためＳＤＳ（ドデシル硫酸ナトリウム）処理等を行なう必要があるが、このような前処理においては分別対象粒子（蛋白質）が変成してしまうという課題があった。
【０００４】
本発明の目的は、上記の課題を解決するもので、蛋白質や核酸等の生体高分子に磁気粒子を付加しておき、これに磁場を作用させるだけで生体高分子を容易に泳動させることのできる、前処理が容易で、分別対象粒子の変性を起こす恐れもない磁気粒子泳動方法および装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、請求項１の発明では、
予め前処理により生体高分子の種類に対応して異なる大きさまたは材質の磁気粒子が結合された分別対象の生体高分子を含む溶液に対して、空間的に強度の分布を持つ磁界を印加することにより、生体高分子を磁界の分布に対応して泳動させて分離し、その空間位置を検出して磁気粒子との前記対応関係に基づいて、分別対象の生体高分子をその種類に応じて分別するようにしたことを特徴とする。
【０００６】
本発明では、分別対象の生体高分子に磁気粒子を結合しておき、その生体高分子を含む溶液に空間的な分布磁界を印加する。磁界印加により磁気粒子に磁気力が作用して生体高分子と共に泳動する。このとき磁気粒子の大きさあるいは材質に応じて泳動速度に違いが生じ、泳動後の位置に違いが生じる。このようにして分別対象分子の分離が行われる。
なお、分別対象の生体高分子に磁気粒子を結合する処理は、電気泳動におけるＳＤＳ処理等と同様に簡単な処理であり、しかも分別対象分子が変成するようなこともない。
【０００７】
請求項２の発明は、
泳動分離器に置かれた分別対象の生体高分子をその種類に応じて分別する磁気粒子泳動装置であって、
生体高分子の種類に対応して異なる大きさまたは材質の磁気粒子が予め前処理により結合された前記分別対象の生体高分子を含む溶液に対して、空間的に強度の分布を持つ磁界を与える磁場発生手段と、
前記印加磁界の分布に対応して泳動し分離された生体高分子または磁気粒子の泳動分離器内における空間位置を検出する検出器と、
を具備し、
前記空間位置から、磁気粒子との前記対応関係に基づいて、分別対象の生体高分子をその種類に応じて分別することを特徴とする。
【０００８】
磁気粒子が結合された前記生体高分子を含む溶液に対して、磁場発生手段により空間的に強度の分布を持つ磁界を与える。これにより生体高分子は磁気粒子と共に移動するが、磁気粒子の大きさあるいは材質の違いにより移動速度（泳動速度）に違いが生じ、生体高分子は泳動分離器上に展開される。
【０００９】
この場合、印加磁界を、請求項３のように、分別対象の生体高分子が置かれている空間内で単純増加または単純減少の傾斜分布を持つようにすることもできる。
また、請求項４のように、磁場発生手段は、固定磁場ではなく、前記泳動分離器に対して掃引することもできる。
【００１０】
そしてこの場合、前記磁気粒子および分別対象分子は、請求項５のように高分子ゲル中に置かれ泳動できるようになっている。
【００１１】
分別対象の分子の泳動後の位置を検出するには、請求項６のように分別対象の分子に付加した、蛍光分子からの蛍光または放射性物質により検出するように構成することができる。また、請求項７のように、空間位置の代わりに時刻を用いて、泳動中の特定位置を通過する時刻を蛍光または放射性物質により検出するように構成することもできる。
【００１２】
分別対象の分子と磁気粒子の結合は、具体的には請求項８のように共有結合またはイオン結合により結合させる。あるいは、請求項９のように分別対象の分子と磁気粒子のそれぞれにストレプトアビジンとビオチンを結合しておき、そのストレプトアビジンとビオチンを結合により前記分子と磁気粒子を結合させることもできる。
【００１３】
また、印加磁場は、請求項１０のように、磁気粒子と結合した分別対象の分子が泳動により１次元状または２次元状に展開されるように、印加することができる。特に、２次元状に展開する場合、請求項１１のように１ｃｍ２以下の大きさの泳動分離器（チップ）に適用されるのが望ましい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下図面を用いて本発明を詳しく説明する。図１は本発明に係る磁気粒子泳動方法のフローチャートである。以下工程順に説明する。
【００１５】
（１）分別対象となる生体高分子に、その種類に応じて大きさあるいは材質の異なる磁気粒子を付加する（ステップＳ１）。
磁気粒子の大きさあるいは材質の違いにより磁気泳動時の泳動速度が異なる。
生体高分子と磁気粒子の結合には、周知の技法である共有結合、イオン結合、ストレプトアビジンとビオチンによる結合等を用いることができる。
【００１６】
なお、共有結合は周知のように生体高分子と磁気粒子の電子の共有による結合であり、またイオン結合は生体高分子と磁気粒子の静電的な引力による結合である。ストレプトアビジンとビオチンによる結合は、図２に示すように、磁気粒子１にはストレプトアビジン２を、生体高分子３にはビオチン４をそれぞれ結合させておき、その後ストレプトアビジンとビオチンを結合させて磁気粒子を生体高分子に付加する方式である。
【００１７】
（２）磁気粒子が付加された高分子を含む溶液に対して、空間的な強度分布を有する磁界を印加する（ステップＳ２）。
（３）印加磁界の分布に対応して泳動された磁気粒子の空間位置を検出する（ステップＳ３）。
【００１８】
このようにして分別対象の生体高分子を泳動させ分離同定することができる。この場合、前処理として従来の電気泳動において行なったようなＳＤＳ処理等は全く行なわないため、生体高分子の変成は起こらない。
【００１９】
図３は本発明の磁気粒子泳動方法を実現するための装置の一実施例を示す要部構成図である。本発明の磁気粒子泳動装置は、泳動分離器１０、磁場発生手段２０および検出器３０からなる。
泳動分離器１０の各ウェル１１には生体高分子を含む溶液が注入される。この生体高分子には、前処理により各生体高分子に対応して大きさや質量などの異なる磁気粒子がそれぞれ付加されている。
【００２０】
磁場発生手段２０は泳動分離器１０に対して（換言すれば磁気粒子が結合された生体高分子を含む溶液に対して）空間的に強度の分布を持つ磁界を印加するものであり、その磁界強度分布は例えば図４に示すように泳動分離器１０の泳動方向に対応して漸次増加する傾斜分布である。このような磁場は、例えば、電磁コイルや永久磁石等を用いて発生させることができる。
【００２１】
検出器３０は、磁気粒子が付加された分別対象粒子が磁界の分布に対応して泳動したときの空間位置（移動位置）を検出するものであり、例えば分別対象粒子に蛍光分子を付加しておき励起光照射により発光する蛍光を検出して空間位置を検出する方式、あるいは分別対象粒子に放射性物質（ＲＩ：ラジオアイソトープ）を付着させておきこのＲＩを検出して空間位置を知る方式等が用いられる。
【００２２】
このような構成における動作を次に説明する。まず、分別対象となる分子（生体高分子）にそれぞれ大きさまたは材質の異なる磁気粒子をあらかじめ付加しておく。
分別対象粒子に磁気粒子を付加するには、共有結合またはイオン結合あるいはストレプトアビジンとビオチンの結合等の周知の結合技法を用いることができる。
【００２３】
このような前処理により磁気粒子の結合された分別対象粒子を含む溶液を泳動分離器１０のウェル１１に注入する。磁場発生手段２０により磁場を発生し印加すると、分別対象粒子に結合した磁気粒子は磁気力により引っ張られて高分子ゲル中を移動し、図５に示すように分離する。移動速度や移動位置は、結合した磁気粒子の大きさあるいは材質に応じて異なる。
【００２４】
上記のように移動した粒子の泳動位置を検出することにより分別対象粒子を特定することができる。あるいは、粒子が特定位置を通過する時刻を検出することにより分別対象粒子を分離検出することもできる。なお、蛍光により粒子を検出する場合には、励起光を粒子に照射する必要がある。
【００２５】
なお、本発明は、上記実施例に限定されることなく、その本質から逸脱しない範囲で更に多くの変更、変形をも含むものである。
例えば、空間的に強度の分布を持つ磁界は、実施例では固定した電磁コイルや永久磁石等により固定的に印加しているが、図６に示すように棒磁石を泳動分離器１０上で泳動方向に掃引して磁界を移動するようにしてもよい。
【００２６】
また、磁場分布は１次元方向に限らず、２次元方向とし、分別対象粒子と磁気粒子の結合体が泳動分離器１０の２次元平面上に展開されるようにしても構わない。このような２次元平面上の展開は１ｃｍ２以下の泳動分離器（チップ）に適用するのが好適である。
また、磁場は、分別対象粒子が置かれている空間内で単調増加または単調減少の傾斜分布を持つようにしてもよい。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、蛋白質や核酸等の生体高分子に磁気粒子を付加しておき、これに磁場を印加して磁気粒子を吸引することにより、容易に生体高分子も泳動させることができる。
また、本発明によれば、電気泳動におけるようなＳＤＳ処理を必要としないため、分別対象粒子の変成の恐れもないという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る磁気粒子泳動方法のフローチャートである。
【図２】ストレプトアビジンとビオチンによる結合の説明図である。
【図３】本発明の磁気粒子泳動方法を実現するための装置の一実施例を示す要部構成図である。
【図４】磁界強度分布の一例を示す図である。
【図５】磁気泳動による分子の分離を説明する説明図である。
【図６】磁場印加の他の一例を示す構成図である。
【符号の説明】
１ 磁気粒子
２ ストレプトアビジン
３ 生体高分子
４ ビチオン
１０ 泳動分離器
１１ ウェル
２０ 磁場発生手段
２１ 棒磁石
３０ 検出器
Claims (11)
- 予め前処理により生体高分子の種類に対応して異なる大きさまたは材質の磁気粒子が結合された分別対象の生体高分子を含む溶液に対して、空間的に強度の分布を持つ磁界を印加することにより、生体高分子を磁界の分布に対応して泳動させて分離し、その空間位置を検出して磁気粒子との前記対応関係に基づいて、分別対象の生体高分子をその種類に応じて分別するようにしたことを特徴とする磁気粒子泳動方法。
- 泳動分離器に置かれた分別対象の生体高分子をその種類に応じて分別する磁気粒子泳動装置であって、
生体高分子の種類に対応して異なる大きさまたは材質の磁気粒子が予め前処理により結合された前記分別対象の生体高分子を含む溶液に対して、空間的に強度の分布を持つ磁界を与える磁場発生手段と、
前記印加磁界の分布に対応して泳動し分離された生体高分子または磁気粒子の泳動分離器内における空間位置を検出する検出器と、
を具備し、
前記空間位置から、磁気粒子との前記対応関係に基づいて、分別対象の生体高分子をその種類に応じて分別することを特徴とする磁気粒子泳動装置。 - 前記印加磁界は、分別対象の生体高分子が置かれている空間内で単純増加または単純減少の傾斜分布を持つことを特徴とする請求項２記載の磁気粒子泳動装置。
- 前記磁場発生手段は、印加磁界を前記泳動分離器に対して掃引することができるように構成したことを特徴とする請求項２または３記載の磁気粒子泳動装置。
- 前記磁気粒子および分別対象分子は高分子ゲル中に置かれ泳動できるようにしたことを特徴とする請求項２〜４記載の磁気粒子泳動装置。
- 前記分別対象の分子には蛍光分子または放射性物質が付加されており、泳動後の位置は蛍光分子からの蛍光または放射性物質の検出により求めることができるようにしたことを特徴とする請求項２〜５記載の磁気粒子泳動装置。
- 前記分別対象の分子には蛍光分子または放射性物質が付加されており、前記検出器は泳動中の特定位置を通過する時刻を、前記蛍光分子からの蛍光または放射性物質の検出により求めることができるようにし、前記空間位置の代わりに前記時刻を用いたことを特徴とする請求項２〜６記載の磁気粒子泳動装置。
- 前記磁気粒子は、分別対象の分子と共有結合またはイオン結合により結合されていることを特徴とする請求項２〜７記載の磁気粒子泳動装置。
- 前記磁気粒子は、分別対象の分子とそれぞれに付加されたストレプトアビジンとビオチンにより結合されていることを特徴とする請求項２〜８記載の磁気粒子泳動装置。
- 前記磁場発生手段は、前記磁気粒子と結合した分別対象の分子が泳動により１次元状または２次元状に展開されるように磁場を印加することを特徴とする請求項２〜９記載の磁気粒子泳動装置。
- 前記２次元状の展開は１ｃｍ２以下のチップに適用したことを特徴とする請求項１０記載の磁気粒子泳動装置。
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Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|
| JP2002282734A JP2002282734A (ja) | 2002-10-02 |
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| US (1) | US7521024B2 (ja) |
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