JP5047928B2 - Electrophoresis device and components thereof - Google Patents
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本発明は、電気泳動装置およびその構成器具に関するものであり、具体的には、ゲル中の被分離物質を濃縮してから分離する電気泳動装置およびその構成器具に関するものである。 The present invention relates to an electrophoresis apparatus and its constituent instruments, and more specifically, to an electrophoresis apparatus and its constituent instruments for concentrating and separating a substance to be separated in a gel.
ヒトゲノムプロジェクトが終了した後、プロテオーム研究が盛んに行われている。プロテオームとは、特定の細胞、器官、または臓器の中で翻訳生産されているタンパク質全体を意図しており、プロテオーム研究としては、タンパク質のプロファイリング等が挙げられる。 After the completion of the Human Genome Project, proteome research has been actively conducted. The proteome is intended for a specific cell, organ, or the entire protein produced by translation in an organ, and proteome research includes protein profiling and the like.
プロテオームは多数のタンパク質の混合物であり、個々のタンパク質は表面電荷および分子量においてそれぞれ独特の性質を有している。このため、タンパク質を電荷のみ、または分子量のみに依存して分離するよりも、両者を組み合わせて分離することによって、より多くのタンパク質を高い分解能で分離することができる。このような手法として、タンパク質の二次元泳動が最もよく用いられている。 The proteome is a mixture of many proteins, each protein having unique properties in surface charge and molecular weight. For this reason, it is possible to separate more proteins with high resolution by separating them in combination rather than separating proteins depending only on charge or molecular weight alone. As such a technique, two-dimensional protein migration is most often used.
二次元電気泳動は、変性剤存在下および非存在下にてサンプルを分離する電気泳動であり、数百種以上のタンパク質を一度に分離し得る、優れた手法である(例えば特許文献1および非特許文献1参照)。二次元電気泳動は、タンパク質を電荷に依存して分離する等電点電気泳動と、分子量に依存して分離するスラブゲル電気泳動(SDS−PAGE)との2つの電気泳動からなる。 Two-dimensional electrophoresis is electrophoresis that separates a sample in the presence and absence of a denaturing agent, and is an excellent technique that can separate several hundreds of proteins at a time (for example, Patent Document 1 and Non-Patent Document 1). Patent Document 1). Two-dimensional electrophoresis consists of two types of electrophoresis: isoelectric focusing that separates proteins depending on electric charge, and slab gel electrophoresis (SDS-PAGE) that separates proteins depending on molecular weight.
SDS−PAGE(ドデシル硫酸ナトリウム−ポリアクリルアミドゲル電気泳動)は、陰イオン性界面活性剤の一種であるSDSをタンパク質の可溶化剤として用いる一般的な電気泳動方法である。SDS−PAGEには多くの種類があるが、現在、最も多く利用されているのはLaemmli法である(例えば非特許文献2参照)。Laemmli法では、分離を行うゲル(分離用ゲル)の他に、タンパク質の濃縮を行うゲル(濃縮用ゲル)が用いられる。 SDS-PAGE (sodium dodecyl sulfate-polyacrylamide gel electrophoresis) is a general electrophoresis method using SDS, which is a kind of anionic surfactant, as a protein solubilizer. There are many types of SDS-PAGE, but the Laemmli method is most frequently used at present (see, for example, Non-Patent Document 2). In the Laemmli method, a gel for concentrating proteins (concentration gel) is used in addition to a gel for separation (separation gel).
SDS−PAGEにおいて用いられる従来のゲルについて、図8を参照して以下に説明する。図8は、濃縮用ゲル301および分離用ゲル302を示す斜視図である。
A conventional gel used in SDS-PAGE will be described below with reference to FIG. FIG. 8 is a perspective view showing the
図8に示すように、従来のゲルでは、サンプル導入領域303と分離用ゲル302との間に濃縮用ゲル301が配置されている。このようなゲルを用いて電気泳動を行う際は、濃縮用ゲル301側にある電極をマイナス(−)の電位に、分離用ゲル302側にある電極をプラス(+)の電位にする。このとき、SDSで平衡化されたサンプルはマイナスからプラス方向に向けて移動するが、濃縮用ゲル301中におけるサンプルの移動度に比べて、分離用ゲル302中におけるサンプルの移動度が小さいために、サンプルは濃縮用ゲル301と分離用ゲル302との界面にて濃縮される。このため、分離用ゲル302において分離されるサンプルは、明確な分離バンドを形成する。
しかしながら、分離用ゲルの上に濃縮用ゲルを作ることは、ゲル全体の構造を複雑にすることであるため、ゲルの作成を信頼性よく行うことは困難である。 However, making a concentrating gel on a separating gel complicates the structure of the entire gel, so it is difficult to produce the gel with high reliability.
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、タンパク質の電気泳動において、濃縮ゲルを用いずとも、サンプルを濃縮して明確な分離バンドを得ることのできる電気泳動装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object thereof is an electrophoresis apparatus capable of concentrating a sample and obtaining a clear separation band without using a concentration gel in protein electrophoresis. Is to provide.
本発明者らは、鋭意検討の結果、濃縮ゲルを用いずとも、ゲルの被分離物質導入領域に電圧を印加する濃縮電極を用いることによって、被分離物質を濃縮できることを見出し、発明を完成させた。 As a result of intensive studies, the present inventors have found that a substance to be separated can be concentrated by using a concentration electrode that applies a voltage to the substance to be separated introduction region of the gel without using a concentrated gel, thereby completing the invention. It was.
すなわち、本発明に係る電気泳動装置は、ゲルに導入された被分離物質を、当該ゲルの特定の位置に濃縮してから、当該ゲルにおける分離方向に分離する電気泳動装置であって、第1の濃縮電極を備え、上記第1の濃縮電極は、上記特定の位置に上記被分離物質を濃縮させる位置に設けられていることを特徴としている。 That is, the electrophoresis apparatus according to the present invention is an electrophoresis apparatus that concentrates a substance to be separated introduced into a gel at a specific position of the gel and then separates the separated substance in the separation direction of the gel. The first concentration electrode is provided at a position where the substance to be separated is concentrated at the specific position.
上記構成によれば、上記被分離物質を上記特定の位置まで電気泳動することができる。その結果、上記被分離物質は上記特定の位置に集められ、当該位置にて濃縮される。 According to the said structure, the said to-be-separated substance can be electrophoresed to the said specific position. As a result, the substance to be separated is collected at the specific position and concentrated at the position.
上記被分離物質を上記特定の位置まで電気泳動するためには、上記特定の位置の近傍にある第1の濃縮電極と、もう一つの電極とで上記被分離物質を挟み、当該電極間に電圧を印加すればよい。例えば、上記被分離物質がSDS平衡化されたタンパク質であれば、負の電荷を有しているので、第1の濃縮電極から上記もう一つの電極に向かう方向に電圧を印加することにより、当該被分離物質を第1の濃縮電極に向けて電気泳動させることができる。 In order to perform electrophoresis of the substance to be separated to the specific position, the substance to be separated is sandwiched between the first concentrating electrode and another electrode in the vicinity of the specific position, and a voltage is applied between the electrodes. May be applied. For example, if the substance to be separated is a protein equilibrated with SDS, it has a negative charge, so by applying a voltage in the direction from the first concentration electrode to the other electrode, The substance to be separated can be electrophoresed toward the first concentration electrode.
上記もう一つの電極としては、例えば、上記被分離物質に対して第1の濃縮電極とは反対側に設けた別の濃縮用の電極を使用してもよいし、または、電気泳動装置が元々備えている分離用の電極を用いてもよい。すなわち、ゲル中の被分離物質を分離する電気泳動装置は、ゲルを挟むように一対の分離用の電極を備えているので、少なくとも片方の分離用の電極は、第1の濃縮電極とともに上記被分離物質を挟んでおり、当該分離用の電極を上記もう一つの電極として使用することができる。 As the other electrode, for example, another concentration electrode provided on the opposite side to the first concentration electrode with respect to the substance to be separated may be used, or an electrophoresis apparatus is originally provided. A separation electrode provided may be used. That is, since the electrophoresis apparatus for separating the substance to be separated in the gel includes a pair of separation electrodes so as to sandwich the gel, at least one of the separation electrodes and the first concentration electrode together with the above-described substance to be separated. A separation substance is sandwiched, and the separation electrode can be used as the other electrode.
そして、上記のように被分離物質が濃縮された後に通常の電気泳動を行えば、上記特定位置に濃縮された被分離物質は分離され、明確な分離バンドを形成する。したがって、本発明に係る電気泳動装置を用いれば、特別なゲルを調製せずとも、被分離物質の分析精度を向上させることができるという効果を奏する。 Then, if normal electrophoresis is performed after the substance to be separated is concentrated as described above, the substance to be separated concentrated at the specific position is separated to form a clear separation band. Therefore, if the electrophoresis apparatus according to the present invention is used, the analysis accuracy of the substance to be separated can be improved without preparing a special gel.
また、本発明に係る電気泳動装置において、第1の濃縮電極と対になって、上記被分離物質が導入される被分離物質導入領域を挟む第2の濃縮電極をさらに備えていることが好ましい。 In addition, the electrophoresis apparatus according to the present invention preferably further includes a second concentration electrode that is paired with the first concentration electrode and sandwiches the substance to be separated introduction region into which the substance to be separated is introduced. .
上記構成によれば、第1および第2の濃縮電極間に電圧を印加することによって、被分離物質導入領域に導入された被分離物質を上記特定位置に首尾よく濃縮することができる。上記構成では、電気泳動装置の備える分離用の電極を、第1の濃縮電極と対になる電極として用いずともよいため、電気的な接続の切り替えを必要としない。 According to the above configuration, by applying a voltage between the first and second concentration electrodes, the substance to be separated introduced into the substance introduction region can be successfully concentrated at the specific position. In the above configuration, since the separation electrode provided in the electrophoresis apparatus does not have to be used as an electrode paired with the first concentration electrode, switching of electrical connection is not necessary.
また、本発明に係る電気泳動装置において、第1および第2の濃縮電極の形状は線状であり、第1および第2の濃縮電極は、上記分離方向に直交して平行に配置されていることが好ましい。 In the electrophoresis apparatus according to the present invention, the first and second concentration electrodes have a linear shape, and the first and second concentration electrodes are arranged in parallel and orthogonal to the separation direction. It is preferable.
上記構成によれば、第1および第2の濃縮電極は分離方向に直交して互いに平行に配置される線状の電極であるため、電気泳動装置における分離時の電圧に対して影響を及ぼすことが殆どない。このため、第1および第2の濃縮電極の存在に関わらず、被分離物質を好適に分離することができる。 According to the above configuration, the first and second concentration electrodes are linear electrodes that are arranged in parallel to each other perpendicular to the separation direction, and thus have an influence on the voltage during separation in the electrophoresis apparatus. There is almost no. For this reason, a to-be-separated substance can be isolate | separated suitably irrespective of presence of the 1st and 2nd concentration electrode.
また、濃縮された上記被分離物質が分離方向に直交する線状になり、好適な分離パターンを得ることができる。 Further, the concentrated substance to be separated becomes a line orthogonal to the separation direction, and a suitable separation pattern can be obtained.
また、本発明に係る電気泳動装置において、上記ゲルを支持する基板をさらに備えており、第1および第2の濃縮電極は、上記基板における上記ゲルの支持面に形成されていることが好ましい。また、上記基板の上記支持面には、第1および第2の濃縮電極のスイッチングを行うアクティブ素子が形成されていることが好ましい。 The electrophoresis apparatus according to the present invention preferably further includes a substrate that supports the gel, and the first and second concentration electrodes are preferably formed on a support surface of the gel on the substrate. Moreover, it is preferable that an active element for switching the first and second concentration electrodes is formed on the support surface of the substrate.
上記構成によれば、第1および第2の濃縮電極を、半導体技術によって形成することができる。また、アクティブ素子のスイッチング機能によって、第1および第2の濃縮電極間に印加される電圧のオンオフを素早く行うことができる。 According to the above configuration, the first and second concentration electrodes can be formed by semiconductor technology. In addition, the voltage applied between the first and second concentration electrodes can be quickly turned on and off by the switching function of the active element.
さらに、本発明に係る電気泳動装置において、上記アクティブ素子が、連続粒界結晶シリコン、低温ポリシリコン、高温ポリシリコン、またはアモルファスシリコンから構成されることが好ましい。 Furthermore, in the electrophoresis apparatus according to the present invention, it is preferable that the active element is composed of continuous grain boundary crystalline silicon, low-temperature polysilicon, high-temperature polysilicon, or amorphous silicon.
上記構成によれば、アクティブ素子を回路の一部として容易に形成することができる。 According to the above configuration, the active element can be easily formed as a part of the circuit.
また、本発明に係る電気泳動装置において、上記ゲルには転写膜が重ねられており、上記ゲル及び上記転写膜を挟む一対の転写用電極をさらに備えており、上記転写用電極は、上記分離方向に沿って並べられた複数の電極領域、上記複数の電極領域間を接続する整流素子、および上記整流素子に印加されるバイアスの正負を切り替えるスイッチング機構を備えていることが好ましい。 Further, in the electrophoresis apparatus according to the present invention, a transfer film is superimposed on the gel, and further includes a pair of transfer electrodes sandwiching the gel and the transfer film, and the transfer electrode is separated from the separation electrode. It is preferable to include a plurality of electrode regions arranged along the direction, a rectifying element that connects the plurality of electrode regions, and a switching mechanism that switches between positive and negative of the bias applied to the rectifying element.
上記構成では、ゲル中の被分離物質を濃縮してから分離した後、整流素子に対して正方向のバイアスを印加すると、整流素子に電流が流れて、各電極領域は電気的に接続される。このとき、一対の転写用電極間には電圧が印加される。このとき、一対の転写用電極のうち、転写膜側の一方を陽極として電圧が印加されれば、分離された被分離物質は転写膜へと移動して、転写膜に転写される。 In the above configuration, after the substance to be separated in the gel is concentrated and separated, when a positive bias is applied to the rectifying element, a current flows through the rectifying element, and each electrode region is electrically connected. . At this time, a voltage is applied between the pair of transfer electrodes. At this time, if a voltage is applied using one of the pair of transfer electrodes as the anode on the transfer film side, the separated substance to be separated moves to the transfer film and is transferred to the transfer film.
なお、ゲル中の被分離物質の濃縮および分離の間では、整流素子に対して負方向のバイアスを印加しておけば、整流素子には電流が流れず、各電極領域は電気的に絶縁される。よって、転写用電極の存在が、被分離物質の濃縮および分離に対して悪影響を及ぼすことはない。 During the concentration and separation of the substances to be separated in the gel, if a negative bias is applied to the rectifier element, no current flows through the rectifier element, and each electrode region is electrically insulated. The Therefore, the presence of the transfer electrode does not adversely affect the concentration and separation of the substance to be separated.
上記構成によれば、被分離物質の濃縮、分離、および転写を、1つの装置において簡便に実施することができる。 According to the above configuration, concentration, separation, and transfer of a substance to be separated can be easily performed in one apparatus.
また、本発明に係る電気泳動装置の構成器具は、本発明に係る電気泳動装置が備える構成器具であって、上記基板、第1および第2の濃縮電極、ならびに、上記アクティブ素子を備えていることを特徴としている。 Moreover, the component instrument of the electrophoresis apparatus according to the present invention is a component instrument included in the electrophoresis apparatus according to the present invention, and includes the substrate, the first and second concentration electrodes, and the active element. It is characterized by that.
上記構成によれば、本発明に係る構成器具を脱着可能な部品として電気泳動装置に設けることができる。本発明に係る構成器具を設けた電気泳動装置は、本発明に係る電気泳動装置と同様の効果を奏することができる。 According to the said structure, the component instrument which concerns on this invention can be provided in an electrophoresis apparatus as a detachable component. The electrophoresis apparatus provided with the component instrument according to the present invention can achieve the same effects as the electrophoresis apparatus according to the present invention.
本発明に係る電気泳動方法は、ゲルの被分離物質導入領域に被分離物質を導入する導入工程と、上記ゲル上の特定位置に配置された第1の濃縮電極、および、当該第1の濃縮電極と対になって上記被分離物質導入領域を挟む第2の濃縮電極によって、上記被分離物質導入領域における特定方向に電圧を印加して、上記被分離物質を濃縮する濃縮工程と、上記濃縮工程に続いて、上記ゲルにおける上記特定方向に電圧を印加して、上記被分離物質を上記ゲルにおける上記特定方向に分離する分離工程とを包含することを特徴としている。 The electrophoresis method according to the present invention includes an introduction step of introducing a substance to be separated into a substance separation region of a gel, a first concentration electrode disposed at a specific position on the gel, and the first concentration. A concentration step of concentrating the substance to be separated by applying a voltage in a specific direction in the substance introduction region to be separated by a second concentration electrode sandwiching the substance introduction region to be separated with the electrode; and the concentration Subsequent to the step, the method includes a separation step of applying a voltage in the specific direction in the gel to separate the substance to be separated in the specific direction in the gel.
上記導入工程では、ゲルの被分離物質導入領域に被分離物質を導入する。被分離物質は、ゲル中で負の電荷を帯びる。 In the introduction step, the substance to be separated is introduced into the substance to be separated introduction region of the gel. The substance to be separated is negatively charged in the gel.
上記濃縮工程では、上記ゲル上の特定位置に配置された第1の濃縮電極、および、当該第1の濃縮電極と対になって上記被分離物質導入領域を挟む第2の濃縮電極によって、上記被分離物質導入領域における特定方向に電圧を印加する。このとき、第1の濃縮電極を陽極として用いて電圧を印加すれば、被分離物質は、第1の濃縮電極へと移動するが、第1の濃縮電極を超えて進むことができない。このため、被分離物質は、上記特定位置の近傍に濃縮される。 In the concentration step, the first concentration electrode arranged at a specific position on the gel and the second concentration electrode paired with the first concentration electrode and sandwiching the separated substance introduction region, A voltage is applied in a specific direction in the substance introduction region. At this time, if a voltage is applied using the first concentration electrode as an anode, the substance to be separated moves to the first concentration electrode, but cannot travel beyond the first concentration electrode. For this reason, the substance to be separated is concentrated in the vicinity of the specific position.
上記分離工程では、上記濃縮工程に続いて、上記ゲルにおける上記特定方向に電圧を印加して、上記被分離物質を上記ゲルにおける上記特定方向に分離する。分離された被分離物質は、明確な分離バンドを形成する。 In the separation step, following the concentration step, a voltage is applied in the specific direction in the gel to separate the substance to be separated in the specific direction in the gel. The separated substance to be separated forms a clear separation band.
したがって、本発明に係る電気泳動方法を用いれば、被分離物質の分析精度を向上させることができる。 Therefore, if the electrophoresis method according to the present invention is used, the analysis accuracy of the substance to be separated can be improved.
本発明に係る電気泳動装置によれば、ゲル中の被分離物質の濃縮を行う第1の濃縮電極を備えているので、濃縮用ゲルを用いることなく明確な分離結果を得ることができ、さらには電気泳動結果の再現性を高めることができる。 According to the electrophoresis apparatus according to the present invention, since the first concentration electrode for concentrating the substance to be separated in the gel is provided, a clear separation result can be obtained without using the concentration gel. Can improve the reproducibility of electrophoresis results.
(二次元電気泳動装置100)
本発明の一実施形態について図1から図7に基づいて説明すると以下の通りである。なお、本実施形態では、電気泳動装置10が、二次元電気泳動装置100に組み込まれているものとして説明するが、本発明はこれに限られず、単体で利用されるものであってもよい。
(Two-dimensional electrophoresis apparatus 100)
An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. In the present embodiment, the
まず、二次元電気泳動装置100の概略構成について、図2を参照して説明する。図2は、本実施形態に係る二次元電気泳動装置100を示す模式図である。
First, a schematic configuration of the two-
図2に示すように、二次元電気泳動装置100は、等電点によりサンプルを分離する一次元目電気泳動領域101と、分子量により被分離物質を分離する二次元目電気泳動領域102(電気泳動装置10)と、抗原抗体反応の高い特異性でサンプルを検出する免疫反応領域103とから構成されている。
As shown in FIG. 2, a two-
なお、本実施形態におけるサンプル(被分離物質)はタンパク質抽出物であるが、本発明はこれに限定されず、電気泳動によって分析すべき物質であればよい。具体的には、生物材料(例えば、生物個体、体液、細胞株、組織培養物、または組織断片)からの調製物を好適に用いることができ、ポリペプチドまたはポリヌクレオチドをより好適に用いることができる。 Note that the sample (substance to be separated) in the present embodiment is a protein extract, but the present invention is not limited to this and may be any substance to be analyzed by electrophoresis. Specifically, a preparation from a biological material (for example, an individual organism, a body fluid, a cell line, a tissue culture, or a tissue fragment) can be preferably used, and a polypeptide or a polynucleotide can be more preferably used. it can.
一次元目電気泳動領域101には、サンプル導入および膨潤槽106、等電点電気泳動槽107、およびSDS平衡化槽108が設けられている。サンプル導入および膨潤槽106では、支持体104の先端に支持された固定化pH勾配(Immobilized pH Gradient、IPG)ゲル105に対してサンプルが充填される。
In the first-
等電点電気泳動槽107では等電点電気泳動が行われ、固定化pH勾配ゲル105中のサンプルは、タンパク質の等電点の違いによって分離(Isoelectric Focusing、IEF)される。また、SDS平衡化槽108では、分離された固定化pH勾配ゲル105中のサンプルにSDSが導入される。
Isoelectric focusing is performed in the isoelectric focusing
SDS平衡化槽108における処理が終わった後、固定化pH勾配ゲル105は、電気泳動装置1に運ばれ、ゲル(SDS−PAGE用ゲル)6のサンプル導入領域7(図1参照)に配置される。電気泳動装置10では、SDS−PAGE電気泳動が行われる。なお、後述にて説明するが、電気泳動装置10において転写が行われてもよい。
After the treatment in the
電気泳動装置10における処理が終わった後、ゲル6またはゲル6から転写された転写膜は、免疫反応領域103の反応層109に運ばれ、好適なサンプル解析(抗原抗体反応等)が行われる。
After the processing in the
(電気泳動装置10)
次に、電気泳動装置10の構成について以下に説明する。
(Electrophoresis device 10)
Next, the configuration of the
図2に示すように、電気泳動装置10は、緩衝液槽2および3、分離電極4および5、ならびに基板8を備えている。緩衝液槽2および3は緩衝液を充填するために用いられる。緩衝液としては、一般に電気泳動に用いられる組成の緩衝液を用いればよい。緩衝液槽2内には分離電極4が設けられており、緩衝液槽3内には分離電極5が設けられている。緩衝液槽2および3に挟まれた領域上には、一対の基板8が、ゲル6の平面を挟むように配置されている。なお、本発明はこれに限られず、1つの基板8がゲル6を支持するように配置されていてもよい。
As shown in FIG. 2, the
ゲル6としては、タンパク質の分離に好適なポリアクリルアミドゲルであることが好ましいが、本発明はこれに限られず、アガロースゲルなど一般に電気泳動に用いられるゲルであってもよい。なお、分離電極4を陰極とし、分離電極5を陽極とするとき、ゲル6は、サンプル導入領域7が分離電極4側に位置するよう配置される。
The
次に、基板8について、図1(a)(b)を参照して以下に説明する。図1(a)は、基板8およびゲル6を示す斜視図であり、図1(b)はその上面図である。
Next, the board |
図1(a)(b)に示すように、基板8上には、濃縮電極(第2の濃縮電極)11および濃縮電極(第1の濃縮電極)12が形成されている。濃縮電極12は、ゲル6における被分離物質を濃縮すべき特定の位置の近傍に設けられている。ここで、本明細書において濃縮電極が配置される「特定の位置に被分離物質を濃縮させる位置」とは、濃縮電極に電圧を印加することにより、所定の位置にて被分離物質を濃縮するための当該濃縮電極の位置であり、当業者は濃縮電極の位置と、濃縮される被分離物質の位置とから、適宜調節を行ない「特定の位置に被分離物質を濃縮させる位置」に濃縮電極を配置することができる。また、濃縮電極11および12は、基板8におけるゲル6と接する側の平面上において、サンプル導入領域7を挟むように設けられている。また、濃縮電極11および12の形状は線状であり、サンプルの分離方向に直交して平行に配置されている。このとき、濃縮電極11および12の形成された基板8は、電気泳動装置10の構成器具1として脱着可能に構成されていることが好ましい。
As shown in FIGS. 1A and 1B, a concentration electrode (second concentration electrode) 11 and a concentration electrode (first concentration electrode) 12 are formed on the
濃縮電極11および12は、電源13と電気的に接続される。濃縮電極11および12の材料は、導電性を有する素材であればよく、緩衝液に接触させても劣化しない素材であることが好ましい。具体的には、これらに限定されるものではないが、白金、金、銅、または亜鉛等を用いることができる。電源13は、半導体製造技術または薄型表示装置製造技術を用いて基板8に内蔵されていてもよい。
The
電気泳動装置1の動作については以下の通りである。なお、濃縮電極11が陰極であり、濃縮電極12が陽極であるとして説明するが、これらは逆であってもよい。
The operation of the electrophoresis apparatus 1 is as follows. Although the description will be made assuming that the
まず、ゲル6のサンプル導入領域7にサンプルが導入された後、電源13をONにして、濃縮電極11および12間に電圧を印加する。このとき、サンプルが濃縮電極12(陽極)付近の上記特定の位置に濃縮されるまで、一定時間、電圧を印加する。サンプルが濃縮電極12付近に濃縮された後は、電源13をOFFにして、濃縮電極11および12間の電圧を切ることが好ましい。次いで、分離電極4および5が接続する電源をONにして、分離電極4および5間に電圧を印加する。これによって、サンプルの分離が開始する。
First, after a sample is introduced into the
以上の動作によって、ゲル6中のサンプルの濃縮および分離が行われ、明確な分離バンドを得ることができる。
By the above operation, the sample in the
基板8上には濃縮電極11および12の他の回路等が形成されていてもよい。
Other circuits or the like of the
例えば、図5に示すように、基板8上には、濃縮電極11および12のスイッチングを行うアクティブ素子17が形成されていることが好ましい。このとき、濃縮電極12は、アクティブ素子17を介して電源13に接続される。図5(a)は、アクティブ素子17が形成された基板8から構成される構成器具30を示す斜視図であり、図5(b)は、その回路図である。
For example, as shown in FIG. 5, an
図5(b)に示すように、アクティブ素子17は陽極、陰極、およびゲート電極の3極管構造を有しており、ゲート電極は濃縮電極12に接続され、陽極(または陰極)はX電極18に接続され、陰極(または陽極)はY電極19に接続される。
As shown in FIG. 5B, the
濃縮電極12にアクティブ素子17を設ける工程について図6を参照して以下に説明する。図6(a)〜(d)は、半導体層形成工程の工程断面図を示す図である。
The process of providing the
まず、基板8上に、ゲート電極/配線202の材料となる薄膜を形成する。基板8としては、ガラス基板を用いることが好適であるが、アクリル板等のプラスチック基板、または、PET(Polyethylene Terephthalate、ポリエチレンテレフタレート)等のフィルムを用いてもよい。また、ゲート電極/配線材料202としては、タンタル(Ta)、モリブデン(Mo)、アルミニウム(Al)、または、これらの合金等を用いることができる。ゲート電極/配線202の材料の薄膜形成は、プラズマCVD法(Chemical Vapor Deposition、化学気相成膜法)またはスパッタリング法を用いることが好ましいが、PE−CVD法(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)を用いてもよい。ゲート電極/配線202の材料の薄膜成膜後、これをフォトリソグラフィー法とエッチング法によって所望のパターンにパターニングする。
First, a thin film serving as a material for the gate electrode /
次に、図6(a)に示すように、SiNX(窒化シリコン)膜等を用いてゲート絶縁膜203を形成する。更に、ゲート絶縁膜203上に、半導体層204を形成する。半導体層204としては、a-シリコン(アモルファス(非晶質)状態シリコン)、CG(Continuous Grain、連続粒界結晶)シリコン、または、低温もしくは高温ポリ(多結晶)シリコン、およびこれらの不純物添加シリコンを用いることができる。
これらのゲート電極/配線202、ゲート絶縁膜203、および半導体層204は、各層の界面における清浄性の観点から、真空中で連続して形成されることが好ましい。
Next, as shown in FIG. 6A, a
The gate electrode /
次に、図6(b)に示すように、ソース電極/配線205およびドレイン電極/配線206を形成する。ソース電極/配線205およびドレイン電極/配線206の材料としては、信号遅延の影響を少なくするために、低抵抗な材料を用いることが好適である。例えば、Al(アルミニウム)系の合金を用いることができる。また、半導体層204のソース電極205、およびドレイン電極206のコンタクト部では、半導体層に高濃度の不純物を添加することによって、ソース電極205およびドレイン電極206とのコンタクト抵抗を下げることが好ましい。以上の工程によって、アクティブ素子17が形成される。
Next, as shown in FIG. 6B, a source electrode /
次に、図6(c)に示すように、アクティブ素子17上に層間絶縁膜(保護膜)207を形成する。層間絶縁膜207は、アクティブ素子17を保護する役割を果たすものであり、SiNX膜を用いることができる。ただし、アクティブ素子17上が平坦であることが求められる場合には、SiO2(酸化シリコン)を用いることが好ましい。このとき、CMP(Chemical Mechanical Polishing、機械的化学的研磨)法で研磨するか、またはBPSG(Boronic Phosphoric Silicate Glass)によりリフローすることによって、SiO2を平坦化することができる。
Next, as shown in FIG. 6C, an interlayer insulating film (protective film) 207 is formed on the
次に、図6(d)に示すように、スルーホール208、ならびに濃縮電極11および12を形成する。スルーホール208をドレイン電極/配線206上に設け、ドレイン電極206と濃縮電極12とを電気的に接続する。
Next, as shown in FIG. 6D, the through
以上のように形成されたアクティブ素子17は、TFT(Thin Film Transistor、薄膜トランジスタ)として働く。アクティブ素子17がn型TFTであるときの動作について以下に説明する。
The
アクティブ素子17がON状態の時、ゲート電極202にプラスバイアスが印加され、半導体層204がn+状態になる。このとき、ソース電極205からドレイン電極206までの間が(n+)-(n+)-(n+)状態となり、電流が流れる。
When the
一方、アクティブ素子17がOFF状態の時、ゲート電極202にマイナスバイアスが印加され、半導体層204がp型となり、ソース電極からドレイン電極までの間が(n+)-(p)-(n+)状態となり、電流が流れなくなる。
On the other hand, when the
したがって、アクティブ素子17のON状態とOFF状態とを切り替えることによって、濃縮電極11および12のスイッチングを素早く行うことができる。
Therefore, the
また、他の実施形態において、濃縮電極11は設けられていなくともよい。濃縮電極11の代わりに、分離電極4を用いることにより同等の効果を奏することができる。すなわち、分離電極4と濃縮電極12との間に電圧を印加すれば、被分離物質を上記特定の位置に電気泳動することができる。
In other embodiments, the
また、濃縮電極11および12を設ける場所に関しては、図1に限定されず、半導体製造技術、または、薄型表示装置製造技術を用いれば、当業者が最も好適と考えられる場所に設計することができる。例えば、一実施形態において、図3に示すように、サンプル導入領域7よりもゲル6側に形成されていてもよい。図3(a)は、構成器具1の他の形態を示す斜視図であり、図3(b)はその上面図である。このように、被分離物質が導入される領域の一部を挟むように濃縮電極11および12が設けられている実施形態も本発明の範囲内である。このような形態であっても、拡散等により被分離物質は何れ濃縮電極11および12に挟まれた位置に移動し、そして、上記特定の位置に濃縮される。
In addition, the place where the
またさらに、他の実施形態において、図4に示すように、基板8上には、転写用のストライプ電極14が形成されていてもよい。図4は、ストライプ電極14が形成された基板8から構成される構成器具20を示す斜視図である。
Furthermore, in another embodiment, as shown in FIG. 4, a
ストライプ電極14は、線状の導電体が平行に複数並べられた構造を有している。この導電体の材料は、導電性を有する素材であればよく、緩衝液に接触させても劣化しない素材であることが好ましい。具体的には、これらに限定されるものではないが、白金、金、銅、または亜鉛等を用いることができる。また、ストライプ電極14の有する各導電体の間には、ストライプ電極14をスイッチングするダイオード(整流素子)15が設けられている。ストライプ電極14およびダイオード15は、従来の半導体製造技術または薄型表示装置製造技術を用いることによって基板8上に形成され得る。
The
図4に示す構成器具20を用いて電気泳動および転写を行う場合は、一対の基板8が、ゲル6および転写膜を挟むようにを配置される。一対の基板8にそれぞれ形成されているストライプ電極14のうち、転写膜側の基板8に形成されたストライプ電極14を陽極とし、他の片側の基板8に形成されたストライプ電極14を陰極とする。
When electrophoresis and transfer are performed using the
なお、転写膜としては、サンプルを固定し得る物質からなるものであればよく、薄膜状のものが好ましい。具体的には、周知のウエスタンブロッティング法等の生体高分子解析技術に用いるニトロセルロースメンブレン、PVDFメンブレン、またはナイロンメンブレン等を好適に用いることができる。 The transfer film may be made of a substance that can fix the sample, and a thin film is preferable. Specifically, a nitrocellulose membrane, a PVDF membrane, a nylon membrane, or the like used for a biopolymer analysis technique such as a well-known Western blotting method can be suitably used.
構成器具20を用いて電気泳動および転写を行う動作は以下の通りである。まず、ダイオード15に対して負方向のバイアスを印加して、ストライプ電極14のスイッチをオフにした状態で、ゲル6のサンプル導入領域7にサンプルが導入された後、濃縮電極11および12間に電圧を印加する。サンプルが濃縮された後、濃縮電極11および12間の電圧を切る。次いで、分離電極4および5間に電圧を印加して、サンプルを分離する。サンプルが分離された後、分離電極4および5の電圧を切る。次いで、ダイオード15に対して正方向のバイアスを印加して、ストライプ電極14のスイッチをオンにし、一対のストライプ電極14間に電圧を印加する。これによって、サンプルは陽極のストライプ電極14側に移動し、ゲルから転写膜に転写される。
The operation of performing electrophoresis and transfer using the
以上のように、図4に示す構成器具20を用いることによって、電気泳動装置10において電気泳動および転写の両方を行うことができる。
As described above, by using the
また、一実施形態において、図7に示すように、基板8上には、上述した転写用のストライプ電極14とアクティブ素子17との両方が形成されていてもよい。図7は、ストライプ電極14およびアクティブ素子17が形成された基板8から構成される構成器具40の上面図である。この構成器具40は、ストライプ電極14およびアクティブ素子17による機能を兼ね備えており、それぞれのスイッチングを素早く行うことができる。
In one embodiment, as shown in FIG. 7, both the
また、一実施形態において、基板8上には、さらに、アクティブ素子17およびストライプ電極14に対する通電等を制御するロジック回路やメモリ回路等が形成されていてもよい。これが基板8上に形成されていれば、さらに高機能化した電気泳動装置10を提供することができる。
In one embodiment, a logic circuit, a memory circuit, or the like that controls energization to the
(電気泳動方法)
本発明に係る電気泳動方法は、ゲルの被分離物質導入領域に被分離物質を導入する導入工程と、上記ゲルの特定位置に配置された第1の濃縮電極、および、当該第1の濃縮電極と対になって上記被分離物質導入領域を挟む第2の濃縮電極によって、上記被分離物質導入領域における特定方向に電圧を印加して、上記被分離物質を上記特定位置に濃縮する濃縮工程と、上記濃縮工程に続いて、上記ゲルにおける上記特定方向に電圧を印加して、上記被分離物質を上記ゲルにおける上記特定方向に分離する分離工程とを包含していればよい。なお、分離工程では、濃縮電極間に電圧を印加しないことが好ましい。
(Electrophoresis method)
The electrophoresis method according to the present invention includes an introduction step of introducing a substance to be separated into a substance separation region of a gel, a first concentration electrode disposed at a specific position of the gel, and the first concentration electrode. A concentration step of concentrating the substance to be separated to the specific position by applying a voltage in a specific direction in the substance introduction area to be separated by a second concentration electrode sandwiched between the substance introduction area to be separated and Then, following the concentration step, a separation step of applying a voltage in the specific direction in the gel to separate the substance to be separated in the specific direction in the gel may be included. In the separation step, it is preferable not to apply a voltage between the concentration electrodes.
本発明に係る電気泳動装置は、サンプルを濃縮してから分離する電気泳動方法に対して好適に利用することができる。 The electrophoresis apparatus according to the present invention can be suitably used for an electrophoresis method in which a sample is concentrated and then separated.
1、20、30、40 構成器具
4、5 分離電極
8 基板
10 電気泳動装置
11、12 濃縮電極
14 ストライプ電極
15 ダイオード
17 アクティブ素子
1, 20, 30, 40
Claims (4)
第1の濃縮電極を備え、
上記第1の濃縮電極は、上記特定の位置に上記被分離物質を濃縮させる位置に設けられており、
上記第1の濃縮電極と対になって、上記被分離物質が導入される被分離物質導入領域を挟む、第2の濃縮電極をさらに備えており、
第1および第2の濃縮電極の形状は線状であり、第1および第2の濃縮電極は、上記分離方向に直交して平行に配置されており、
上記ゲルを支持する基板をさらに備えており、
第1および第2の濃縮電極は、上記基板における上記ゲルの支持面に形成されており、
上記支持面に形成され、かつ第1または第2の濃縮電極に接続されたアクティブ素子をさらに備えており、
上記アクティブ素子は第1および第2の濃縮電極間に電圧を印加するか否かのスイッチングを行うようになっており、
上記ゲルには転写膜が重ねられており、
上記ゲル及び上記転写膜を挟む一対の転写用電極をさらに備えており、
上記転写用電極は、
上記分離方向に沿って並べられた複数の電極領域、
上記複数の電極領域間を接続する整流素子、および
上記整流素子に印加されるバイアスの正負を切り替えるスイッチング機構を備えていることを特徴とする電気泳動装置。 An electrophoretic apparatus for concentrating a substance to be separated introduced into a gel at a specific position on the gel and then separating the substance in the separation direction of the gel,
A first concentration electrode;
The first concentration electrode is provided at a position where the substance to be separated is concentrated at the specific position ,
A second concentrating electrode that is paired with the first concentrating electrode and sandwiches a substance introduction region into which the substance to be separated is introduced;
The shapes of the first and second concentration electrodes are linear, and the first and second concentration electrodes are arranged in parallel and perpendicular to the separation direction,
It further comprises a substrate that supports the gel,
The first and second concentration electrodes are formed on the support surface of the gel in the substrate,
An active element formed on the support surface and connected to the first or second concentration electrode;
The active element performs switching as to whether or not a voltage is applied between the first and second concentration electrodes,
The gel is overlaid with a transfer film,
It further includes a pair of transfer electrodes sandwiching the gel and the transfer film,
The transfer electrode is
A plurality of electrode regions arranged along the separation direction;
A rectifying element for connecting the plurality of electrode regions, and
An electrophoretic device comprising a switching mechanism that switches between positive and negative biases applied to the rectifying element .
上記基板、第1および第2の濃縮電極、上記アクティブ素子、ならびに上記転写用電極を備えていることを特徴とする電気泳動装置の構成器具。 A component instrument of an electrophoresis apparatus provided in the electrophoresis apparatus according to claim 1 or 2 ,
A component of an electrophoresis apparatus, comprising the substrate, the first and second concentration electrodes , the active element , and the transfer electrode .
上記ゲルの上記被分離物質導入領域に上記被分離物質を導入する導入工程と、
第1の濃縮電極、および、第2の濃縮電極によって、上記分離方向に電圧を印加して、上記被分離物質を濃縮する濃縮工程と、
上記濃縮工程に続いて、上記ゲルにおける上記分離方向に電圧を印加して、上記被分離物質を上記ゲルにおける上記分離方向に分離する分離工程とを包含することを特徴とする電気泳動方法。
An electrophoresis method using the electrophoresis apparatus according to claim 1 or 2,
An introduction step of introducing the object to be separated material to the be separated substance introduction region of the gel,
A concentration step of concentrating the substance to be separated by applying a voltage in the separation direction by the first concentration electrode and the second concentration electrode;
A separation step of applying a voltage in the separation direction in the gel and separating the substance to be separated in the separation direction in the gel following the concentration step.
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