JP5744211B2 - Isoelectric focusing cell and isoelectric focusing device - Google Patents
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Description
本発明は、電気泳動セルおよび電気泳動装置に関する。 The present invention relates to an electrophoresis cell and an electrophoresis apparatus.
タンパク質やDNAなどを分析する手法として、生化学や分子生物学などの分野で、電気泳動法を用いた分析手法が広く用いられている。電気泳動の手法の一つとして、例えば下記特許文献1および特許文献2に記載されているような、等電点電気泳動が知られている。
As a technique for analyzing proteins, DNA, and the like, an analytical technique using electrophoresis is widely used in fields such as biochemistry and molecular biology. As one of the methods of electrophoresis, isoelectric focusing is known as described in, for example,
等電点電気泳動は、タンパク質の種類に応じた等電点の違いを利用して、タンパク質の分離や分析を行う電気泳動の手法である。タンパク質を構成しているアミノ酸側鎖やアミノ末端、カルボキシル末端の電荷はpH条件によって変化し、電荷の総和がゼロになるpHの値を等電点という。 Isoelectric focusing is a method of electrophoresis that uses the difference in isoelectric point depending on the type of protein to separate and analyze proteins. The charge at the amino acid side chain, amino terminal, and carboxyl terminal constituting the protein varies depending on the pH condition, and the pH value at which the total charge becomes zero is called the isoelectric point.
等電点電気泳動では、電気泳動装置の電気泳動セル内に電解質を含む溶液を入れ、この溶液に電圧を印加してpH勾配を形成する。複数種類のタンパク質を含むサンプルを、この溶液に添加して電場をかけると、それぞれのタンパク質は、各タンパク質に固有の等電点と同じpHに向かって、pH勾配が形成された溶液中を移動し、各タンパク質毎の等電点と同じpH位置に留まる。このように、溶液中のpH勾配を利用し、各タンパク質の等電点に応じてタンパク質を分離することができる。例えば、pH勾配を有する泳動ゲル中に、キャリアアンフォライトや界面活性剤等を含むサンプル希釈用溶液と、タンパク質混合液や細胞抽出液、組織抽出液、血清などのサンプルとを加え、およそ数千ボルトの高電圧をかけて電気勾配を作ると、各サンプルはそれぞれ固有の等電点に対応するpHの位置へ移動する。 In isoelectric focusing, a solution containing an electrolyte is placed in an electrophoresis cell of an electrophoresis apparatus, and a voltage is applied to the solution to form a pH gradient. When a sample containing multiple types of proteins is added to this solution and an electric field is applied, each protein moves through a solution with a pH gradient toward the same pH as the isoelectric point unique to each protein. However, it remains at the same pH position as the isoelectric point for each protein. Thus, proteins can be separated according to the isoelectric point of each protein using the pH gradient in the solution. For example, a sample dilution solution containing carrier ampholite or surfactant and a sample such as a protein mixture, cell extract, tissue extract, or serum are added to an electrophoresis gel having a pH gradient, and approximately several thousand. When a high voltage of volt is applied to create an electrical gradient, each sample moves to a pH position corresponding to its own isoelectric point.
等電点電気泳動装置を用い、タンパク質を含むサンプルの等電点の違いに応じて各サンプルを分離する場合に、電気浸透流の大きさの程度が、分離精度に大きく影響する。電気浸透流とは、溶液の見かけ上の帯電に伴って生じる溶液の流れのことをいう。例えば特許文献1に記載されているような従来のシリカ製の電気泳動セルを用いた場合には、溶液が封入された管路の内壁面に存在するシラノール基が解離することによって管路の内壁が負に帯電する。この帯電に起因して、電気泳動セル内にある溶液が見かけ上、正に帯電し、電場を印加すると溶液全体が負電極側に流れる。この電気浸透流は、シリカ等に限らず、石英ガラスなど従来用いられていた様々な材質において発生し、溶液中のサンプル分離精度を悪化させていた。例えば特許文献2では、等電点電気泳動法によって電気浸透流が発生しないように、リニアアクリルアミドポリマーやポリビニルアルコール等によって電気泳動セル内の内壁表面を予め処理してシラノール基を化学修飾する旨が記載されているが、リニアアクリルアミドポリマーやポリビニルアルコール等も、分子中のヒドロキシル基の影響によって帯電が発生し、電気浸透流を充分に抑制することができなかった。また、数十回の使用により、上記処理によって被着させたポリマー成分が劣化して剥がれが生じ、繰り返し使用できる回数が少なくなっていた。
When using an isoelectric focusing apparatus and separating each sample according to the difference in isoelectric point of the sample containing protein, the degree of electroosmotic flow greatly affects the separation accuracy. Electroosmotic flow refers to the flow of solution that occurs with the apparent charging of the solution. For example, when a conventional silica electrophoresis cell as described in
本発明は、電気浸透流の発生を抑制し、複数のサンプルを比較的高い精度で分離できる等電点電気泳動セルおよび電気泳動装置を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide an isoelectric focusing cell and an electrophoresis apparatus that can suppress the generation of an electroosmotic flow and can separate a plurality of samples with relatively high accuracy.
本発明は、等電点電気泳動装置に用いられる等電点電気泳動用セルであって、電気泳動させることが可能な溶液が充填される管路を備え、前記管路の内周面は、サファイア単結晶からなることを特徴とする等電点電気泳動用セルを提供する。 The present invention is an isoelectric focusing cell used in an isoelectric focusing device, comprising a conduit filled with a solution that can be electrophoresed, and the inner peripheral surface of the conduit is An isoelectric focusing cell comprising a sapphire single crystal is provided.
また、上記電気泳動セルと、前記管路に充填された前記溶液に電圧を印加するための電圧印加手段とを備えることを特徴とする等電点電気泳動装置を併せて提供する。 Also provided is an isoelectric focusing apparatus comprising the electrophoresis cell and a voltage applying means for applying a voltage to the solution filled in the conduit.
本発明によると、電気浸透流の発生を良好に抑制し、サンプルの分離精度を向上させることができる。 According to the present invention, the generation of electroosmotic flow can be satisfactorily suppressed and the separation accuracy of the sample can be improved.
以下に、本発明の電気泳動セルの一実施形態、および電気泳動セルを用いた電気泳動装置の一実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。 Hereinafter, an embodiment of an electrophoresis cell of the present invention and an embodiment of an electrophoresis apparatus using the electrophoresis cell will be described in detail with reference to the drawings.
なお、実施形態は下記の例示に限らず、本発明の趣旨から逸脱しない範囲で、適宜設計変更可能である。特に、電気泳動一般に関しては、従来公知の技術を適宜利用できる。 The embodiment is not limited to the following examples, and can be appropriately changed in design without departing from the gist of the present invention. In particular, conventionally known techniques can be used as appropriate for general electrophoresis.
図1は、本発明の等電点電気泳動装置の一実施形態である等電点電気泳動装置1(以降、単に装置1ともいう)の概略構成図である。図1に示す装置1は、溶液11(図1では図示されていない)に含まれる測定対象サンプル(以降、単にサンプルともいう)を、pH勾配に応じて泳動させる等電点電気泳動装置である。本実施形態で用いる溶液11は、電解質を含む混合溶液に、それぞれタンパク質を含む複数のサンプルを混合させたものを用いる。混合溶液として、例えば光によってゲル化するゲル化剤溶液とキャリアアンフォライトとの混合溶液を用いる。混合溶液として、例えば熱によってゲル化するゲル化剤溶液とキャリアアンフォライトとの混合溶液を用いてもよい。以下の実施形態では、ゲル化させる前の比較的粘度の小さい溶液11について、等電点電気泳動を実施した後、等電点電気泳動後の溶液11を光や熱によってゲル化させる場合について示している。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an isoelectric focusing apparatus 1 (hereinafter also simply referred to as an apparatus 1) which is an embodiment of the isoelectric focusing apparatus of the present invention. The
装置1は、電気泳動させる対象となる溶液11が充填される管路16(図1では図示せず)を備えた電気泳動セル10と、管路16に充填された溶液11に電圧を印加するための電圧印加手段30と、泳動用電源40と、ゲル化用光照射手段50と、分析部60とを有する。
The
図2は、図1に示す等電点電気泳動装置が備える電気泳動セルについて説明する図であり、(a)は電気泳動セル10の概略斜視図、(b)および(c)はそれぞれ電気泳動セルを構成する部材の概略斜視図である。電気泳動セル10は、電気泳動装置に用いられる電気泳動セルであって、電気泳動させることが可能な溶液11が充填される管路16を備え、管路16の内周面16aは、サファイア単結晶からなる領域を備えている。電気泳動セル10は、4枚のサファイア基板が組み合わされて形成されている。本実施形態では、平面状の一方主面21a(以降、第1一方主面21aともいう)を備える、サファイアからなる第1の基板21と、平面状の一方主面22a(以降、第2一方主面22aともいう)を備えるとともに、この第2一方主面22aの両側に段差部23を備える、サファイアからなる第2の基板22とを、それぞれ2枚ずつ備えている。2つの第1の基板21は、第1一方主面21a同士が平行に対向して配置されており、2つの第1の基板21の組合せからなる第1基板対20αを構成している。図2(b)は、図2(a)に示す2つの第1の基板21のうち、図2(a)中の上側に配置されている第1の基板21を示している。また、2つの第2の基板22も、第2一方主面22a同士が平行に対向して配置されており、2つの第2の基板22の組合せからなる第2基板対20βを構成している。
2A and 2B are diagrams for explaining an electrophoresis cell provided in the isoelectric focusing device shown in FIG. 1, wherein FIG. 2A is a schematic perspective view of the
図2(c)は、図2(a)に示す2つの第2の基板22のうち、図2(a)中の左側に配置されている第2の基板22を示している。電気泳動セル10の、管路16の内周面16aが、第1基板対20αの2つの第1一方主面21aと、第2基板対20βの2つの第2一方主面22aとで構成されている。第2の基板22の段差23は、第2の基板22の第2一方主面22aと垂直な側面23aを備え、側面23aが第1の基板21の第1一方主面21aと平行に対向し、第1の一方主面21aと側面23aとが、接着剤等の図示しない接合部材を介して接合されている。
FIG. 2C shows the
このように電気泳動セル10は、一方の主面(第1一方主面21aおよび第2一方主面22a)同士が対向した、サファイア単結晶からなる2枚の基板(第1の基板21および第2の基板22)の組合せからなる基板対(第1基板対20αおよび第2基板対20β)を備え、管路16の内周面16aが、各基板対の対向する2つの主面(第1一方主面21aおよび第2一方主面22a)それぞれの少なくとも一部を含んで構成されている。
Thus, the
また、2対の基板対(第1基板対20αおよび第2基板対20β)のうち一方の基板対における一方主面が、他方の基板対における一方主面に対して垂直とされている。 In addition, one main surface of one of the two pairs of substrates (first substrate pair 20α and second substrate pair 20β) is perpendicular to one main surface of the other substrate pair.
第1の基板21および第2の基板22は、いずれもサファイア単結晶基板からなり、アルミナ(Al2O3)の含有割合は95質量%以上である。第1の基板21の第1一方主面21aおよび第2の基板22の第2一方主面22aは、例えばサファイア単結晶における結晶面の1つ(例えばA面やC面)と略平行とされている。すなわち、管路16の内周面16aには、サファイア単結晶の結晶面が表れており、管路16の内周面16aの電気的特性は、高精度に均一化され、表面粗さ等、機械的性状のばらつきも少ない。なお、サファイア単結晶の結晶面が表れているとは、この主面と結晶面とのなす角が、絶対値で5°以下のことをいう。Both the
このような、サファイア単結晶からなる第1の基板21および第2の基板22は、例えば、サファイア単結晶の結晶面のC面やA面が表面に現れた比較的大きな単結晶ウエハを所定の大きさに切断することで作製することができる。第2の基板22の段差部23は、切断した後に端部を研削することで形成することができる。なお、第1の基板21および第2の基板22は、管路16の内周面16aに対応する部分、すなわち第1一方主面21aおよび第2一方主面22aが、いずれも鏡面とされている。なお、鏡面とされているとは、表面の算術平均粗さRaが0.8μm以下のことをいう。
As the
第1の基板21および第2の基板22はいずれも、管路16の内周面16aに対応する領域の、内周面に直交する方向の厚さが、0.1mm以上かつ10mm以下とされている。サファイア単結晶からなるサファイア基板(第1の基板21および第2の基板22)は、機械強度が比較的強く、厚さ0.1mm以上かつ10mm以下と厚さが比較的小さくても、割れや欠け等の破損が発生し難い。
In each of the
本実施形態の電気泳動セル10では、第1の基板21および第2の基板22は、長さ方向で75mm、第1一方主面21aおよび第2一方主面22aそれぞれに直交する方向の厚さは、いずれも0.5mmとされている。また、第1の基板21の図2(b)中の横方向の長さが3mmとされている。また、第2の基板22の図2(c)中の縦方向全体の長さが4.5mmとされている。電気泳動セル10の管路16の内周面16aは、図2(a)中の縦方向の長さが1.5mm、図2(a)中の横方向の長さが2mmとされている。
In the
図2に示すように、電気泳動セル10の両端には、管路16を封止するための封止部材18が配置されている。封止部材18は、例えば導電性プラスチック等からなる。封止部材18は、第1の基板21および第2の基板22の端面と導電性接着剤等を介して接合されている。封止部材18として、例えば導電性樹脂フィルム等を用いてもよく、この場合は、エラストマーバンド等によって縛ることで、導電性樹脂フィルムを封止部材18の端部に固定させればよい。
As shown in FIG. 2, sealing
図3は、図1に示す電気泳動装置1の一部を拡大して示す断面図である。装置1では、電気泳動セル10の長さ方向の両側の端部に、管路16に充填された溶液11に電圧を印加するための電圧印加手段30が設けられている。電圧印加手段30は、電解質を含む電極液35が充填される電極液槽32と、電極液槽32の壁面に設けられて電極液35と電気的に接触した電極31とを備える。電極液槽32は壁面の1つに開口33が設けられており、電気泳動セル10の端部がこの開口33に挿入されて、電気泳動セル10によって開口33が閉塞されている。開口33の内周面には、樹脂等からなるシール部材37が設けられている。電極液槽32に貯留された電極液35は、電極液槽32内で電極31と封止部材18とに接する。すなわち、電極31と封止部材18とは、電極液槽32内の電極液35を介して電気的に接続している。管路16の内部に充填された溶液11は、管路16を封止する封止部材を介して電極31と電気的に接続されている。なお、例えば多孔質部材等、複数の貫通孔を備える封止部材を用い、電極液35と管路16内に充填された溶液11とが接触する構成としてもよい。
FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view showing a part of the
電気泳動セル10の両端に配置された各電極31は、泳動用電源40と接続されている。泳動用電源40が、2つの電極31をそれぞれ異なる電位に設定して、2つの電極31の間に電界を形成することで、管路16に充填された溶液11にpH勾配を形成する。
Each
管路16内の溶液11に含まれる各サンプルは、各サンプルに含まれるタンパク質に固有の等電点と同じpHに向かって、pH勾配が形成された溶液11を移動し、各タンパク質毎の等電点と同じpH位置に留まる。
Each sample contained in the
電気泳動セル10は、管路16の内周面16aがサファイア単結晶からなり、泳動用電源40によって電圧が印加された場合の電気浸透流の発生が少ない。これは、サファイア単結晶を構成するAl2O3の各原子同士の結合が比較的強固であり、OH基の付着等による帯電が非常に少ないためである。In the
サファイアを用いた電気泳動セル10は、電気浸透流の発生が少なく、電気浸透流によるサンプルの余計な移動・分離が少ないので、特定のpH位置にサンプルを高精度に分離することができる。また電気浸透流が少ないので、溶液11の粘度が比較的小さい場合も、電気浸透流に応じたサンプルの微小な位置変動が抑制され、比較的高い分離精度を確保できる。本実施形態の電気泳動セル10を用いた場合には、溶液11の粘度を比較的小さくすることができるので、溶液11中のサンプルの移動速度も高く、電気泳動による分離時間も小さくすることができる。また、小さい電圧でも、サンプルが少ない抵抗で容易に移動するので、分離の際の電圧を小さくすることができる。本実施形態の電気泳動セル10を用いると、溶液11をゲル化せずに、短時間で高精度にサンプルを分離することができる。
Since the
また、サファイアは熱伝導性が高く、溶液11の熱を効率的に放出することができる。すなわち、電圧印加に伴う溶液11の温度上昇を抑制することができ、溶液11の温度上昇に伴うタンパク質の変性など、温度上昇に伴う測定誤差要因の発生を抑制することができる。このように、電気泳動セル10を用いた場合は、熱伝導率が高いことで、測定中の溶液11の温度の安定化が図れ、安定した分離が得られる。
In addition, sapphire has high thermal conductivity and can efficiently release the heat of the
なお、上述のように溶液11をゲル化せずに比較的粘度の低い状態で、短時間でサンプルを分離した後に、溶液11をゲル化することで、電圧印加を止めた後も、分離状態を長時間維持させることができる。ゲル化用光照射手段50は、管路16内の溶液11に、サファイア基板20を介して、ゲル化のための光を照射する光照射装置である。上述のように、本実施形態で用いる溶液11は、例えば光によってゲル化するゲル化剤溶液を混合させている。ゲル化用光照射手段50からは、ゲル化剤のゲル化に適した波長および強度の光(図1中の矢印51で示す)が、電気泳動セル10に向けて照射される。ゲル化用光照射手段50は、LED発光素子を用いた発光装置や、レーザーダイオード素子を用いた発光装置など、公知の発光装置を用いればよい。ゲル化させることで、所望のpHに対応する領域を部分的に切り出す等、分離後のサンプルの取り扱いが容易になり、分離後の測定の自由度を向上させることができる。ゲル化した後の溶液は、再び相転移させて液相に戻すことも可能であり、切り出した後に再び液相に戻し、液相から所望成分を取り出してもよい。
In addition, after separating the sample for a short time in a relatively low viscosity state without gelling the
電気泳動セル10はサファイア単結晶からなり、光透過性に優れている。また、サファイア単結晶は機械強度も高く、例えば管路16の内周面16aに対応する第1一方主面21aや主面22aに直交する方向の厚さは、0.1〜10mmと比較的小さくされている。電気泳動セル10を構成するサファイア基板は光透過性が高く、短時間の光照射によって溶液11をゲル化させることができる。ゲル化のための光を長時間照射した場合は、測定する対象のサンプルのタンパク質にダメージを与える場合もある。サファイア単結晶からなる電気泳動セル10を用いた場合には、ゲル化用の光の照射を比較的短くできるので、溶液11に含まれるタンパク質へのダメージを比較的小さくすることができる。
The
なお、溶液11のゲル化の手法として、光照射によるゲル化に限らず、熱によるゲル化を用いてもよい。熱によるゲル化の場合は、熱によってゲル化するゲル化剤溶液とキャリアアンフォライトとの混合溶液を用い、等電点電気泳動を行えばよい。装置10には、ゲル化用光照射手段50に変えて、電気泳動セル10全体に外側から熱を与えて管路16内の溶液11の温度を上げる、図示しない熱印加手段を設ければよい。熱印加手段としては、例えば公知の赤外線照射装置や、発熱抵抗体を備えたヒーター装置などを用いればよい。この場合、サファイアは熱伝導性が高く、熱印加手段から印加された熱が管路16内の溶液11に素早く伝わるので、ゲル化の速度が極めて早く、ゲル化の最中に分離された成分が乱れることが少ない。
Note that the gelation method of the
装置1は、溶液11をゲル化した後、各サンプルの特性の測定を行うことができる。装置1は分析部60を備え、分析部60は、電気泳動セル10に充填された溶液11に光を照射するための光照射部62と、光照射部62からの照射光67に応じて溶液11から出射する光を検出する光検出部64とを備え、光照射部62は、電気泳動セル11を透過させて溶液11に照射光67を照射する。分析部60はまた、光検出部64から出力された信号を受け取って信号処理を行い、所望の物理量を算出するための演算部66を備えている。本実施形態の装置1では、いわゆるラマン分光法を用いた分析を行う。
The
光照射部62は、所定波長のレーザー光を出射するレーザー光源52と、レーザー光源52を管路16の長さ方向に沿って移動させることができる、モーターやレール等を備えて構成されたレーザー光源移動手段54とを備えている。光照射部62は、レーザー光源移動手段54によってレーザー光源52を移動させて、電気泳動セル10の管路16内の溶液11の、電気泳動後の所望のpH位置に対して、レーザー光(照射光67)をサファイア基板20を介して照射することができる。所望のpH位置にある溶液11に含まれる(すなわち、この位置に分離された)サンプルに照射光67が照射されると、この所望のpH位置にあるサンプルによって照射光67が散乱されて、散乱光が溶液11から出射する。散乱光のなかには入射した光と同じ波長の光が散乱されるレイリー散乱(弾性散乱)と、 分子振動によって入射光とは異なる波長に散乱されるラマン散乱(非弾性散乱)が含まれている。
The
光検出部64は、照射光67が溶液11に含まれるサンプルに照射されて生じる、ラマン散乱光の強度の波長分布に応じた信号を出力する。光検出部64は、レイリー散乱光をカットするためのレイリー光除去フィルタ53や、ラマン散乱光を分光する回折格子55、分光した光を波長毎に検出して出力する、CCD[Charge Coupled Device]素子等を備えた光センサ57とを備えている。レイリー光除去フィルタ53と回折格子55と光センサ57とは、ステージ59に載置されている。光検出部64は、管路16の長手方向に沿ってステージ59を移動させるステージ駆動手段68を備えており、レイリー光除去フィルタ53、回折格子55および光センサ57の位置がステージ59ごと調整されて、所望のpH位置にあるサンプルから出射した散乱光を効率良く受光できる構成となっている。光センサ57は受光した各波長毎の光強度に応じた電気信号を出力し、この電気信号を演算部66に送る。
The
演算部66は、公知のCPUを備えたコンピュータであり、光センサ57からの電気信号を受け取り、例えばラマンシフト値など、照射光67を照射したpH位置にあるサンプルの物性値を表す各種情報を算出して、算出した各種情報を、図示しないモニタやプリンタなどの出力手段から出力する。
The
電気泳動セル10はサファイア単結晶からなり、光透過に優れており、照射部62から照射された照射光67を良好に透過する。また、照射光67を受けて溶液11に含まれるサンプルによって散乱されて出射した散乱光69も、良好に透過する。
The
また、上述のように電気浸透流による分離後のサンプルの位置変動も少なく、分析の最中のサンプル位置移動に起因した測定精度の低下も少ない。本実施形態の等電点電気泳動装置は、光照射による測定精度が比較的高い。例えば、電気泳動セルとして石英を用いた場合、電気浸透流を抑制するためにアクリルアミドポリマー等で内面をコーティングする場合があるが、この場合には、このコーティング層が特定波長の光を吸収したり、コーティング層と石英との界面で照射光67が反射したりしてしまう。そのため、照射光67や散乱光69に余計な損失が発生し易く、この損失によって分析精度が低くなっていた。電気泳動セル10をサファイア単結晶で作成した場合は、電気浸透流の発生の抑制と照射光や散乱光の損失の低減とを同時に実現することができる。本発明の電気泳動装置では、上述のラマン分光分析に限らず、いわゆる赤外吸光分析などの各種分析を行うことができる。
In addition, as described above, there is little fluctuation in the position of the sample after separation due to electroosmotic flow, and there is little reduction in measurement accuracy due to movement of the sample position during analysis. The isoelectric focusing device of this embodiment has a relatively high measurement accuracy by light irradiation. For example, when quartz is used as the electrophoresis cell, the inner surface may be coated with an acrylamide polymer or the like to suppress electroosmotic flow. In this case, this coating layer absorbs light of a specific wavelength. The
また、本実施形態の電気泳動セル10は、4枚のサファイア基板が組み合わされて構成されている。本実施形態の電気泳動セル10は、サンプルの分離作業後に、これら4枚のサファイア基板を分解して、それぞれ個別に洗浄することができる。電気泳動セル10は、管路16の内周面16aの、比較的残留成分が付着し易い例えばコーナー部に対応する領域も含め、管路16の内周16a全体で分析後の残留成分を少なくすることができる。また、サファイア単結晶からなるサファイア基板は、表面に傷が付き難く、洗浄の際に発生する基板20の損傷も少ない。本実施形態の電気泳動セル10は、容易に、かつ精度よく、多くの回数にわたって再生利用することができる。
Moreover, the
なお、上述した、光照射によってゲル化するゲル化剤としては、水溶性であると共に電荷を持たない光重合性ハイドロゲル化剤などが利用できる。 As the above-mentioned gelling agent that gels by light irradiation, a photopolymerizable hydrogelling agent that is water-soluble and has no charge can be used.
そのような光重合性ハイドロゲル化剤溶液には、例えば、少なくとも重合性モノマーを含有するものや、少なくとも重合性モノマー及び光重合開始剤を含有するものや、重合性モノマー、架橋性モノマー、水、多価アルコール、光重合開始剤、アミノカルボン酸誘導体、電解質、アクリル酸/メタクリル酸共重合体、pH調整剤、防腐剤、殺菌剤、防黴剤、防錆剤、酸化防止剤、安定剤、香料、界面活性剤、着色剤等を混合させたものが挙げられる。重合性モノマーとしては、例えば、非電解質系アクリルアミド誘導体や、電解質系アクリル誘導体、非電解質系アクリル誘導体、架橋性モノマーとしては、例えば、多官能アクリルアミド誘導体や、多官能アクリルエステル、多官能アリル誘導体などが利用できる。また、上記例に限らず、従来公知の光重合性ハイドロゲル化剤も適宜利用可能である。 Such a photopolymerizable hydrogelator solution includes, for example, a solution containing at least a polymerizable monomer, a solution containing at least a polymerizable monomer and a photopolymerization initiator, a polymerizable monomer, a crosslinkable monomer, water , Polyhydric alcohol, photopolymerization initiator, aminocarboxylic acid derivative, electrolyte, acrylic acid / methacrylic acid copolymer, pH adjuster, antiseptic, bactericidal agent, antifungal agent, rust inhibitor, antioxidant, stabilizer , Fragrances, surfactants, colorants and the like. Examples of the polymerizable monomer include a non-electrolytic acrylamide derivative, an electrolytic acrylic derivative, a non-electrolytic acrylic derivative, and examples of the cross-linkable monomer include a polyfunctional acrylamide derivative, a polyfunctional acrylic ester, and a polyfunctional allyl derivative. Is available. Moreover, not only the said example but a conventionally well-known photopolymerizable hydrogelator can also be utilized suitably.
なお、ゲル化剤としては、温度によってゲル化するゲル化剤を用いてもよい。温度変化によってゲル化するゲル化剤としては、水溶性であると共に電荷を持たない熱可逆性ハイドロゲル化剤などが利用できる。なお、ハイドロゲル化剤は単一種類のものを用いてもよいし、複数種類を組み合わせて用いてもよい。そのような熱可逆性ハイドロゲル化剤には、ヒドロキシプロピルメチルセルロースや、アガロース、ポリN置換アクリルアミド誘導体、ポリN置換メタアクリルアミド誘導体、それらの共重合体、ポリビニルメチルエーテル、ポリビニルアルコール部分酢化物などが挙げられる。また、熱可逆性ハイドロゲル化剤に、例えば、水、多価アルコール、光重合開始剤、アミノカルボン酸誘導体、電解質、アクリル酸/メタクリル酸共重合体、pH調整剤、防腐剤、殺菌剤、防黴剤、防錆剤、酸化防止剤、安定剤、香料、界面活性剤、着色剤等を適宜混合させてもよい。 In addition, as a gelling agent, you may use the gelling agent which gelatinizes with temperature. As a gelling agent that gels when the temperature changes, a thermoreversible hydrogelling agent that is water-soluble and has no charge can be used. In addition, a single type of hydrogelator may be used, or a plurality of types may be used in combination. Examples of such thermoreversible hydrogelators include hydroxypropyl methylcellulose, agarose, poly N-substituted acrylamide derivatives, poly N-substituted methacrylamide derivatives, copolymers thereof, polyvinyl methyl ether, and polyvinyl alcohol partially acetylated products. Can be mentioned. Examples of thermoreversible hydrogelators include water, polyhydric alcohols, photopolymerization initiators, aminocarboxylic acid derivatives, electrolytes, acrylic acid / methacrylic acid copolymers, pH adjusters, preservatives, bactericides, An antifungal agent, an antirust agent, an antioxidant, a stabilizer, a fragrance, a surfactant, a colorant, and the like may be appropriately mixed.
図4(a)〜(c)は、電気泳動セルの他の実施形態(第2の実施形態)である、電気泳動セル110について説明する図である。電気泳動セル110は、一方主面121aに凹条部123が設けられた、サファイア単結晶からなる第1の基板121と、第1の基板121の一方主面121aと接合して凹条部123の開口を閉塞した一方主面122aを備えるサファイア単結晶からなる第2の基板122とを備え、管路126の内周面が、第1の基板121の凹条部123の内周面と第2の基板122の一方主面122aの一部によって形成されている。第1の基板121の一方主面121aと第2の基板122の一方主面122aとは、図示しない接着剤によって接合されている。
4A to 4C are diagrams for explaining an
管路126は、導電性を有する封止部材128によって閉塞されている。電気泳動セル120においても、第1の基板121および第2の基板122は、管路126の内周面に対応する領域の、この内周面に垂直な厚さが、0.1mm以上かつ10mm以下とされている。サファイア基板120も、管路126の内周面に対応する部位は、いずれも鏡面研磨されている。
The
第2の実施形態の電気泳動セル60においても、電気浸透流の発生が殆どなく、電界によって高精度にサンプルを分離することができる。また、電気泳動セル60は、光の透過性も高く、光照射によって高精度に所望の分析を行うことができる。第2の実施形態の電気泳動セル60は機械強度が比較的高く、長期信頼性能が比較的高い。
Also in the
以上のように、本実施形態の電気泳動セルを用いることで、等電点電気泳動を高精度かつ短時間で実施することができる。 As described above, isoelectric focusing can be performed with high accuracy and in a short time by using the electrophoresis cell of the present embodiment.
なお、以上説明した等電点電気泳動を一次元目の電気泳動とし、引き続き、例えばいわゆるSDS−PAGE[Sodium dodecyl sulfate−polyacrylamide gel electrophoresis]による分子量に応じたサンプルの分離を行う、二次元目の分離を行ってもよい。本実施形態の電気泳動セル10は、このような二次元目の分離を行う場合における一次元目の分離にも、好適に用いることができる。
The isoelectric focusing described above is used as the first-dimensional electrophoresis, and then, for example, the second-dimensional sample is separated according to the molecular weight by so-called SDS-PAGE [Sodium dodecyl sulfate-polyacrylamide gel electrophoresis]. Separation may be performed. The
管路16の内周面をサファイアとした電気泳動セル10を用いた場合は、一次元目の等電点電気泳動において、ゲル化させずに粘度の低い溶液のまま、サンプルを高精度に分離することができる。
In the case of using the
例えば、石英等からなる従来の電気泳動セルを用いて一次元目の電気泳動を行った場合は、一次元目の等電気泳動の際に、電気浸透流による余分な泳動を抑制して分離精度を高くするために、比較的粘度が高くなるように溶液をゲル化させていた。この高い粘度にゲル化された溶液について二次元目の電気泳動を行う場合には、溶液が二次元目の電気泳動に適したある程度低い粘度となるよう、例えば各種薬液による煩雑な処理行って粘度の調整を行う必要があった。このような粘度の調整では、例えば電気泳動セルを装置から取り外し、人間の手によってハンドリングして各種処理を順次行う必要があった。本実施形態の電気泳動装置では、比較的低い粘度の溶液11を用いて短時間で一次元目の電気泳動を実施し、粘度の低い状態の溶液11を用いて、そのまま二次元目の電気泳動を行うこともできる。本実施形態の電気泳動装置を用いることで、煩雑な薬液処理を人の手で行うことなく、一次元目の電気泳動と二次元目の電気泳動とを連続して行うことができる。
For example, when the first-dimensional electrophoresis is performed using a conventional electrophoresis cell made of quartz or the like, the separation accuracy is suppressed by suppressing excessive migration due to electroosmotic flow during the first-dimensional isophoresis. In order to increase the viscosity, the solution was gelled so that the viscosity was relatively high. When performing second-dimensional electrophoresis on a solution that has been gelled to such a high viscosity, the viscosity of the solution is reduced by, for example, complicated treatment with various chemical solutions so that the solution has a certain low viscosity suitable for second-dimensional electrophoresis. It was necessary to make adjustments. In such adjustment of the viscosity, for example, it was necessary to remove the electrophoresis cell from the apparatus and handle it by human hands to sequentially perform various processes. In the electrophoresis apparatus of the present embodiment, the first-dimensional electrophoresis is performed in a short time using the
図1に示す電気泳動装置を用い、電気泳動を実施した。アガロース5%、HPMC[hydroxy propyl methyl cellulose]2%、pI−Marker[Marker Protein for pH Gradient Determination of polyacrylamide Gel Isoelectric separation]を含む溶液を、図2に示すサファイア単結晶からなる電気泳動セルに充填させて、電気泳動を行った。電気泳動セル10内の溶液11に印加する印加電圧は、電気泳動開始時の印加電圧を100Vとし、1分間に100Vずつ増加させて5分後に500Vとし、開始後40分まで500Vのままで維持した。マーカーの発色で確認されるサンプル集合位置の中央位置について、泳動開始10分後から40分後までの変化を観察したところ、サファイア単結晶を用いた電気泳動セル10を用いた場合には、サンプル集合位置の±1mm以上の変動は確認できなかった。
Electrophoresis was performed using the electrophoresis apparatus shown in FIG. A solution containing 5% agarose, 2% HPMC [hydroxypropyl methyl cellulose], and pI-Marker [Marker Protein for pH Gradient Determination of polyacrylamide Gel Isoelectric Separation] is filled in an electrophoresis cell made of a sapphire single crystal shown in FIG. Electrophoresis was performed. The applied voltage applied to the
一方、図1と同様の構成の電気泳動装置を用い、電気泳動セルのみを透明プラスチックからなる電気泳動セルに変更し、上記と同様の条件で電気泳動を実施したところ、マーカーの発色で確認されるサンプル集合位置の中央位置は、泳動開始10分後から40分後までに±1cmの範囲にわたって、特定位置に定まることなくゆっくりと変動を続けた。すなわち、従来の電気泳動セルでは、電気浸透流の影響で、サンプル位置が定まることなく変動を続けた。 On the other hand, when an electrophoresis apparatus having the same configuration as in FIG. 1 was used, only the electrophoresis cell was changed to an electrophoresis cell made of transparent plastic, and electrophoresis was performed under the same conditions as above, it was confirmed by the color of the marker. The central position of the sample collection position continued to fluctuate slowly without being fixed at a specific position over a range of ± 1 cm from 10 minutes to 40 minutes after the start of electrophoresis. That is, in the conventional electrophoresis cell, the sample position continued to fluctuate due to the influence of electroosmotic flow.
以上、本発明の一実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものでない。例えば、上記実施形態では、等電点電気泳動装置を例に説明したが、等電点電気泳動に限定されず、各種の電気泳動を行うことができる。単結晶サファイアは電気浸透流が少なく、いかなる電気泳動においても、電気浸透流による影響を低減させることができる。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良および変更を行ってもよいのはもちろんである。 As mentioned above, although one Embodiment of this invention was described in detail, this invention is not limited to the said embodiment. For example, in the above embodiment, the isoelectric focusing device has been described as an example. However, the present invention is not limited to isoelectric focusing, and various types of electrophoresis can be performed. Single crystal sapphire has little electroosmotic flow, and the influence of electroosmotic flow can be reduced in any electrophoresis. Of course, various improvements and modifications may be made without departing from the scope of the present invention.
1 装置
10、110 電気泳動セル
16、126 管路
18 封止部材
20 サファイア基板
21 第1の基板
21a 一方主面(第1一方主面)
22a 一方主面(第2一方主面)
22 第2の基板
23 段差部
23a 側面
30 電圧印加手段
31 電極
32 電極液槽
33 開口
40 泳動用電源装置
50 ゲル化用光照射手段
60 分析部
62 光照射部
64 光検出部
66 演算部DESCRIPTION OF
22a One main surface (second one main surface)
22
Claims (8)
電気泳動させることが可能な溶液が充填される管路を備え、前記管路の内周面は、サファイア単結晶からなることを特徴とする等電点電気泳動用セル。 An isoelectric focusing cell used in an isoelectric focusing apparatus,
A cell for isoelectric focusing, comprising a conduit filled with a solution that can be electrophoresed, wherein the inner peripheral surface of the conduit is made of a sapphire single crystal.
前記管路の内周面が、前記基板対の対向する2つの前記主面それぞれの少なくとも一部を含んで構成されていることを特徴とする請求項1記載の等電点電気泳動用セル。 A substrate pair consisting of a combination of two substrates made of sapphire single crystals with one main surface facing each other,
2. The isoelectric focusing cell according to claim 1, wherein an inner peripheral surface of the conduit includes at least a part of each of the two opposing main surfaces of the pair of substrates.
前記第1の基板の前記一方主面と接合されて前記凹条部の開口を閉塞した一方主面を備える第2の基板とを備え、
前記管路の内周面が、前記第1の基板の前記凹条部の内周面と前記第2の基板の前記一方主面の一部によって形成されていることを特徴とする請求項1記載の等電点電気泳動用セル。 On the other hand, a first substrate made of a sapphire single crystal provided with a recess on the main surface;
A second substrate provided with one main surface bonded to the one main surface of the first substrate and closing the opening of the concave portion,
2. The inner peripheral surface of the conduit is formed by an inner peripheral surface of the concave portion of the first substrate and a part of the one main surface of the second substrate. The isoelectric focusing cell as described.
前記管路に充填された前記溶液に電圧を印加するための電圧印加手段とを備えることを特徴とする等電点電気泳動装置。 The electrophoresis cell according to any one of claims 1 to 6,
An isoelectric focusing device comprising: a voltage applying means for applying a voltage to the solution filled in the conduit.
前記光照射部からの照射光に応じて前記溶液から前記電気泳動セルを透過して出射する光を検出する光検出部と、を備えることを特徴とする請求項7記載の等電点電気泳動装置。
A light irradiation unit for irradiating the solution filled in the electrophoresis cell with light through the electrophoresis cell;
The isoelectric focusing device according to claim 7, further comprising: a light detecting unit that detects light emitted from the solution through the electrophoretic cell in accordance with irradiation light from the light irradiation unit. apparatus.
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