JP6905961B2 - 電気泳動方法、電気泳動システム及び電気泳動ゲル - Google Patents

Description

本発明は、電気泳動方法、電気泳動システム及び電気泳動ゲルに関する。

ゲル電気泳動方法は、電荷を持った物質に電場を印加すると、物質が逆極性の電極方向へ移動する現象を利用して、核酸やたんぱく質などの生体物質を分析する手法である。一般に、生体物質の支持体として、アガロースゲルやアクリルアミドゲルなどの電気泳動ゲルが用いられる。生体物質の分子量によって電気泳動ゲル中の移動速度が異なるため、分子量毎に異なるバンドとして生体物質が分離される。ゲル電気泳動方法は、生体物質の分離に関し高い分解能を持つため、目的とする分子量の生体物質を他の分子量の生体物質から分離し、回収するためにも採用される。

目的とする分子量の生体物質の回収方法として、電気泳動により分離した目的のバンドに対し、周囲の電気泳動ゲルごと切除し、切除された電気泳動ゲルから生体物質を回収する方法が一般に採用される。しかし、切除された電気泳動ゲルから生体物質を回収する際に、生体物質の濃度が変化したり、切除のための工程が余計に必要になったりするという課題があった。

電気泳動ゲルを切除する必要がなく、電気泳動と同時に目的とする生体物質を回収する方法として、例えば特許文献１及び２には、予め電気泳動ゲルに生体物質の回収孔を設けることが開示されている。

特開２００４−２９０１０９号公報 特表２０１０−５０２９６２号公報

しかしながら、特許文献１及び２に記載の方法において、生体物質の一部が回収孔に入らず、回収効率が低くなるという課題がある。

そこで、本発明は、生体物質を電気泳動ゲルから高い回収効率で回収する電気泳動方法、電気泳動システム及び電気泳動ゲルを提供する。

上記課題を解決するために、代表的な本発明の電気泳動方法は、生体物質が注入される注入孔と、前記生体物質が回収される回収孔と、を有する電気泳動ゲルを用いた電気泳動方法において、前記注入孔に前記生体物質を注入するステップと、前記注入孔及び前記回収孔を貫く電場を印加するステップと、を有し、鉛直方向下向きを正の方向とする軸をＸ軸とし、前記注入孔及び前記回収孔の任意の点をそれぞれ通る平面に平行であり、且つ前記Ｘ軸に垂直な軸をＹ軸とし、前記回収孔の底の座標を（Ｘ_Ｃ，Ｙ_Ｃ）として、前記電場を印加するステップにおいて前記生体物質が前記注入孔の底から前記回収孔中の座標（Ｘ_１，Ｙ_Ｃ）に電気泳動される場合、前記回収孔の底のＸ座標Ｘ_Ｃは、下記式（１）を満たすことを特徴とする。

代表的な本発明の電気泳動システムは、電気泳動ゲルと、電気泳動装置と、を備える電気泳動システムであって、前記電気泳動ゲルは、生体物質が注入される注入孔と、前記生体物質が回収される回収孔と、を有し、前記電気泳動装置は、前記注入孔及び前記回収孔を貫く電場を印加する制御部を有し、鉛直方向下向きを正の方向とする軸をＸ軸とし、前記注入孔及び前記回収孔の任意の点をそれぞれ通る平面に平行であり、且つ前記Ｘ軸に垂直な軸をＹ軸とし、前記回収孔の底の座標を（Ｘ_Ｃ，Ｙ_Ｃ）として、前記電場の印加により前記生体物質が前記注入孔の底から前記回収孔中の座標（Ｘ_１，Ｙ_Ｃ）に電気泳動される場合、前記回収孔の底のＸ座標Ｘ_Ｃは、下記式（１）を満たすことを特徴とする。

代表的な本発明の電気泳動ゲルは、生体物質が注入される注入孔と、前記生体物質が回収される回収孔と、を備える電気泳動ゲルであって、前記回収孔は、前記注入孔より深いことを特徴とする。

本発明によれば、生体物質を電気泳動ゲルから高い回収効率で回収することができる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

第１の実施形態に係る電気泳動システムを示す概略斜視図。 電気泳動システムに用いられる電気泳動ゲルを示す概略斜視図。 第１の実施形態に係る電気泳動ゲル１の図２におけるＣ−Ｃ断面図。 従来例に係る電気泳動ゲル５の図２におけるＣ−Ｃ断面図。 従来例に係る電気泳動ゲル５の図２におけるＡ−Ａ断面図。 従来例に係る電気泳動ゲル５の図２におけるＢ−Ｂ断面図。 第２の実施形態に係る電気泳動ゲル１の図２におけるＣ−Ｃ断面図。 第３の実施形態に係る電気泳動ゲル１の図２におけるＣ−Ｃ断面図。 実施例１及び比較例１における核酸の回収効率を示すグラフ。

本実施の形態を説明するための全図において同一機能を有するものには同一の符号を付すようにし、その繰り返しの説明は可能な限り省略するようにしている。また、本発明は、以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。本発明の思想ないし趣旨から逸脱しない範囲で、その具体的構成を変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。

図面等において示す各構成の位置、大きさ、形状、範囲などは、発明の理解を容易にするため、実際の位置、大きさ、形状、範囲などを表していない場合がある。このため、本発明は、必ずしも、図面等に開示された位置、大きさ、形状、範囲などに限定されない。

本明細書において単数形で表される構成要素は、特段文脈で明らかに示されない限り、複数形を含むものとする。

本明細書において、ＸＹＺ直交座標系を設定し、鉛直方向をＸ軸、Ｘ軸と垂直な平面をＹＺ平面とする。Ｘ軸は、鉛直方向下向きを正の方向とする。なお、以下において、鉛直方向下向きを下、鉛直方向上向きを上という場合がある。

［第１の実施形態］
第１の実施形態に係る電気泳動システムについて、図１及び図２を用いて説明する。図１は、第１の実施形態に係る電気泳動システムを示す概略斜視図である。図２は、電気泳動システムに用いられる電気泳動ゲルを示す概略斜視図である。

図１に示すように、第１の実施形態に係る電気泳動システムは、電気泳動ゲル１と、電気泳動装置１００と、を備える。

電気泳動装置１００は、電気泳動槽９、正極１０、負極１１及び電圧制御部１２（制御部）を有する。電気泳動槽９は、電気泳動ゲル１、緩衝液４、正極１０及び負極１１を収容する。

正極１０及び負極１１は、電気泳動槽９内において緩衝液４に浸される。図１に示すように、正極１０及び負極１１は、例えば、Ｙ軸方向において対向する電気泳動槽９の内壁面にそれぞれ配置される。

電圧制御部１２は、正極１０及び負極１１に印加する電圧を制御する。正極１０及び負極１１に電圧を印加することにより、電気泳動槽９内に正極１０から負極１１に向かう電場が生じる。すなわち、電場は、Ｙ軸の正の方向から負の方向に向かう。本実施形態において、電場は空間に一様に分布するものとして記述するが、その分布を限定するものではない。電気泳動槽９内に印加される電場は、正極１０から負極１１に向かう電場であれば、直線状であってもよいし、湾曲していてもよい。

なお、以下において、生体物質が核酸である場合を例に説明する。核酸は、マイナスに帯電しているため、電気泳動の方向は電場の方向と逆向きとなり、負極１１側から正極１０側に向かって電気泳動する。なお、プラスに帯電している生体物質を用いる場合は、電気泳動ゲル１の向きを逆にするか、正極１０及び負極１１の配置を逆にする。

電気泳動ゲル１は、電気泳動槽９内において緩衝液４に浸される。電気泳動ゲル１として、例えばアガロースゲル又はポリアクリルアミドゲルなど公知のものを用いることができる。電気泳動ゲル１の厚みに特に限定はないが、電気泳動により得られる生体物質のバンドがシャープで視認しやすいという観点から、２〜１０ｍｍであることが好ましい。なお、電気泳動ゲル１の厚みは一定でなくてもよい。図１及び図２において、電気泳動ゲル１は略直方体であるが、その形状は限定されない。

図１及び図２に示すように、電気泳動ゲル１は、注入孔２及び回収孔３を有する。図１及び図２においては、電気泳動ゲル１は、４つの注入孔２及び４つの回収孔３がそれぞれＺ軸方向に配列されるが、これらの数に限定はない。

電気泳動ゲル１は、Ｙ軸方向に隣接する１つの注入孔２及び１つの回収孔３を有する領域を１つの流路とし、流路１つ１つを分けるように電気泳動ゲル１を分離して、電気泳動槽９内のチャンバー（図示せず）にそれぞれ収容することも可能である。

注入孔２は、様々な分子量を有する生体物質の混合物を注入するための孔である。注入孔２は、電気泳動ゲル１のＹ軸方向端部に設けられることが好ましい。生体物質は、緩衝液４より比重の大きい液体と混合した注入液として、注入孔２に注入される。生体物質が混合される液体として、例えば、グリセロールや砂糖水等が挙げられる。注入液中のグリセロール濃度は、例えば６％とすることができる。注入液の粘度は、例えば１ｍＰａ・ｓとすることができる。

回収孔３は、目的の分子量の生体物質を回収するための孔である。注入孔２及び回収孔３のＹ軸方向の距離は任意に設定することができるが、回収孔３は、目的の分子量の生体物質がバンドとして現れる位置近傍に設けられることが好ましい。

電気泳動ゲル１は、Ｙ軸方向に働く電場が注入孔２及び回収孔３を貫くように、負極１１側に注入孔２、正極１０側に回収孔３が位置するように電気泳動槽９内に配置される。換言すれば、Ｙ軸は、注入孔２及び回収孔３の任意の一点を通る平面に平行であり、且つＸ軸と直交する軸である。略直方体である電気泳動ゲル１は、各辺がそれぞれＸＹＺ軸に沿うように配置されることが好ましい。

本実施形態において、注入孔２及び回収孔３は略直方体であるが、その形状や大きさを限定するものではない。注入孔２及び回収孔３のＹＺ平面における大きさは、任意に設定することができる。図１及び図２において、注入孔２及び回収孔３のＹＺ平面における寸法は等しいが、異なっていてもよい。ただし、注入孔２及び回収孔３は、電気泳動ゲル１をＸ軸方向に貫通しないことが好ましい。注入孔２及び回収孔３の深さについては、後述する。

注入孔２及び回収孔３を形成する方法として、例えば、電気泳動ゲル１を固める前にコームを差し込む方法や、固まった電気泳動ゲル１を切除して注入孔２及び回収孔３を形成する方法、固まった電気泳動ゲル１に熱をかけて溶かすことにより注入孔２及び回収孔３を形成する方法などが挙げられるが、特に限定はない。

次に、図３を参照して、第１の実施形態に係る電気泳動システムにおける電気泳動方法について説明する。

本実施形態に係る電気泳動方法は、ユーザーが電気泳動ゲル１の注入孔２に生体物質を注入するステップと、電圧制御部１２が注入孔２及び回収孔３を貫く電場を印加して電気泳動を行うステップと、を有する。

図３は、第１の実施形態に係る電気泳動ゲル１のＣ−Ｃ断面図である。図３に示すように、第１の実施形態に電気泳動ゲル１は、回収孔３が注入孔２よりも深く形成される。一般にゲル電気泳動システムにおいて、生体物質は、緩衝液４よりも比重が大きい液体と混合されて注入孔２に注入される。従って、電気泳動の開始時において、鉛直方向の最も下方に位置する生体物質は、基本的に注入孔２の底に位置する。ここで、図３に示すように、電気泳動の開始時に注入孔２中に存在する生体物質のうち、最もＸ座標が大きい生体物質の座標、すなわち注入孔２の底を原点にとり、その座標を（Ｘ_０，Ｙ_０）とする。回収孔３の底の座標を（Ｘ_Ｃ，Ｙ_Ｃ）とする。

なお、注入孔２の底の座標（Ｘ_０，Ｙ_０）は、例えば注入孔２の底のＹＺ平面における中心であり、回収孔３の底の座標（Ｘ_Ｃ，Ｙ_Ｃ）は、例えば回収孔３の底のＹＺ平面における中心である。注入孔２の底の座標（Ｘ_０，Ｙ_０）及び回収孔３の底の座標（Ｘ_Ｃ，Ｙ_Ｃ）は、それぞれＹＺ平面における中心に限定されず、ＹＺ平面の任意の位置であり得る。

電気泳動の開始時に注入孔２の底（Ｘ_０，Ｙ_０）に位置する生体物質が電場を受けて回収孔３のＹ座標Ｙ＝Ｙ_Ｃまで電気泳動されるとき、その鉛直方向の位置（Ｘ座標）は、電場の方向から、Ｘ＝Ｘ_１（Ｘ_１＝Ｘ_０）であると想定することができる。すなわち、電気泳動の開始時に注入孔２の底（Ｘ_０，Ｙ_０）に位置する生体物質は、回収孔３中の座標（Ｘ_１，Ｙ_Ｃ）に電気泳動されると想定することができる。

本実施形態においては、回収孔３の底のＸ座標Ｘ_Ｃが下記式（１）を満たすように、回収孔３が注入孔２よりも深く形成される。

図３に示すように、回収孔３が注入孔２よりも深く形成されることで、生体物質が電気泳動される回収孔３中のＸ座標Ｘ_１が回収孔３の底のＸ座標Ｘ_Ｃより小さくなるため、上記式（１）を満たすことができる。注入孔２及び回収孔３の深さの差（Ｘ_Ｃ−Ｘ_０）に限定はなく、注入孔２及び回収孔３のＹ軸方向の距離（Ｙ_Ｃ−Ｙ_０）や、生体物質の質量等の条件に応じて適宜変更可能であるが、例えば０．２５ｍｍ以上であることが好ましい。

次に、図３に示すように、電場を直線Ｘ＝ａＹに平行に印加する場合における注入孔２の底の座標（Ｘ_０，Ｙ_０）と、回収孔３の底の座標（Ｘ_Ｃ，Ｙ_Ｃ）と、電場の傾きａとの関係について説明する。本実施形態においては、注入孔２の底の座標（Ｘ_０，Ｙ_０）と、回収孔３の底の座標（Ｘ_Ｃ，Ｙ_Ｃ）と、電場の傾きａとの関係が下記式（２）を満たすように、回収孔３の底の座標（Ｘ_Ｃ，Ｙ_Ｃ）を設定する。

ここで、電場をベクトルＥで表すと、ベクトルＥは、Ｘ軸の正方向の単位ベクトルをｅ_Ｘ、Ｙ軸の正方向の単位ベクトルをｅ_Ｙ、Ｚ軸の正方向の単位ベクトルをｅ_Ｚとし、Ｘ軸方向の係数をＢ、Ｙ軸方向の係数をＣ、Ｚ軸方向の係数をＤとすると、下記式（３）で表される。なお、係数Ｂ、Ｃ及びＤは、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向のそれぞれにおける電場の強さ及び符号により定まる値である。

また、このとき、ＸＹ平面における電場の傾きａは、下記式（４）で表される。なお、電場は正極１０から負極１１に向かう（Ｙ軸の負の方向に向かう）ため、係数Ｃは負の値であり、係数Ｂは電場を下向きに印加する場合は正の値、上向きに印加する場合は負の値である。従って、電場を下向きに印加する場合は、ＸＹ平面における電場の傾きａは負の値になる。

（電場の傾きａ＝０の場合）
図３に示すように、電場の傾きａ＝０とし、電場をＹ軸に平行に印加する場合、上記式（２）にａ＝０を代入した式は、Ｘ_Ｃ＞Ｘ_０となる。すなわち、回収孔３の底（Ｘ_Ｃ，Ｙ_Ｃ）を注入孔２の底（Ｘ_０，Ｙ_０）よりも深くすることで、Ｘ_Ｃ＞Ｘ_０を満たすことができる。

（電場の傾きａ＜０の場合）
上記式（２）を変形すると、下記式（５）となる。ここで、下記式（５）において、右辺のＹ_Ｃ−Ｙ_０は、注入孔２及び回収孔３のＹ軸方向の距離を示すため、正の値である。よって、電場の傾きａ＜０とする場合、下記式（５）の右辺は負の値となる。従って、電場の傾きａ＜０の場合においても、回収孔３の底（Ｘ_Ｃ，Ｙ_Ｃ）を注入孔２の底（Ｘ_０，Ｙ_０）よりも深くすることで、下記式（５）の左辺（Ｘ_Ｃ−Ｘ_０）、すなわち注入孔２及び回収孔３の深さの差（Ｘ_Ｃ−Ｘ_０）が正の値となるため、上記式（２）及び下記式（５）を満たすことができる。

（電場の傾きａ＞０の場合）
電場の傾きａ＞０とする場合、上記式（５）の右辺は正の値となる。従って、注入孔２及び回収孔３の深さの差（Ｘ_Ｃ−Ｘ_０）が、電場の傾きａと、注入孔２及び回収孔３のＹ軸方向の距離（Ｙ_Ｃ−Ｙ_０）との積（ａ（Ｙ_Ｃ−Ｙ_０））より大きくなるように、回収孔３の底（Ｘ_Ｃ，Ｙ_Ｃ）を注入孔２の底（Ｘ_０，Ｙ_０）よりも深くすることで、上記式（２）及び上記式（５）を満たすことができる。

以上のように、第１の実施形態においては、回収孔３を注入孔２よりも深くすることで、電気泳動の開始時に注入孔２の底（Ｘ_０，Ｙ_０）に位置する生体物質が回収孔３の底（Ｘ_Ｃ，Ｙ_Ｃ）よりも上方に電気泳動されるため、高い回収効率で生体物質を回収することができる。

次に、図４、図５Ａ及び５Ｂを参照して、従来例に係る電気泳動システムについて説明する。従来例に係る電気泳動システムは、電気泳動装置１００と、電気泳動ゲル５と、を備える。従来例に係る電気泳動装置１００及び電気泳動ゲル５の構成は、第１の実施形態に係る電気泳動装置１００及び電気泳動ゲル１と同様の構成であるため、説明を省略する。

図４は、従来例に係る電気泳動ゲル５のＣ−Ｃ断面図である。図４に示すように、従来例に係る電気泳動システムにおいて、電気泳動ゲル５は、深さが等しい注入孔５２及び回収孔５３を有し、電場はＹ軸の負の方向に平行に印加される。

第１の実施形態と同様に、電気泳動の開始時に注入孔５２中に存在する生体物質のうち、最もＸ座標が大きい生体物質の座標、すなわち注入孔５２の底の座標を（Ｘ_５０，Ｙ_５０）とする。回収孔５３の底の座標を（Ｘ_５Ｃ，Ｙ_５Ｃ）とする。なお、回収孔５３の底の座標（Ｘ_５Ｃ，Ｙ_５Ｃ）は、例えば回収孔５３の底のＹＺ平面における中心であり、注入孔５２の底の座標（Ｘ_５０，Ｙ_５０）は、例えば注入孔５２の底のＹＺ平面における中心である。

従来例に係る電気泳動システムにおいては、図４に示すように、電気泳動の開始時に注入孔２の底（Ｘ_５０，Ｙ_５０）に位置する生体物質が電場を受けて回収孔５３のＹ座標Ｙ＝Ｙ_５Ｃまで電気泳動されるとき、その鉛直方向の位置（Ｘ座標）は、電場の方向から、Ｘ＝Ｘ_５１（Ｘ_５１＝Ｘ_５０）であると想定することができる。すなわち、電気泳動の開始時に注入孔５２の底（Ｘ_５０，Ｙ_５０）に位置する生体物質は、回収孔５３の底（Ｘ_５１，Ｙ_５Ｃ）に電気泳動されると想定することができる。

しかし、実際には電場による移動のほかに、ブラウン運動による拡散や重力による移動によって、電場の方向以外にも生体物質が移動してしまうため、一部の生体物質が回収孔５３の下を通過し、回収孔５３に入らなくなると考えられる。

図５Ａは、従来例に係る電気泳動ゲル５のＡ−Ａ断面図である。図５Ｂは、従来例に係る電気泳動ゲル５のＢ−Ｂ断面図である。図５Ａ及び５Ｂは、生体物質６を電気泳動中に電気泳動ゲル５を切断した場合の断面図を示す。生体物質６を染色することで、生体物質６の分布を確認することができる。図５Ａ及び５Ｂに示すように、生体物質６は、電気泳動の距離が長くなるにつれて、鉛直方向及び水平方向へ拡散する。

そこで、上記第１の実施形態のように、回収孔３を注入孔２よりも深くすることで、電気泳動の開始時に注入孔２の底（Ｘ_０，Ｙ_０）に位置する生体物質が回収孔３の底よりも上方に電気泳動される。生体物質のブラウン運動や重力による影響を考慮する場合、上述のように、注入孔２及び回収孔３のＹ軸方向の距離（Ｙ_Ｃ−Ｙ_０）や、生体物質の質量等の条件に応じて、回収孔３を注入孔２よりも深く形成する。本実施形態は、このような構成を有することにより、高い回収効率で電気泳動ゲルから生体物質を回収することができる。

［第２の実施形態］
次に、図６を参照して、第２の実施形態に係る電気泳動システム及び電気泳動方法について説明する。図６は、第２の実施形態に係る電気泳動ゲル１のＣ−Ｃ断面図である。

本実施形態に係る電気泳動システムは、図６に示すように、電気泳動ゲル１の注入孔２及び回収孔３の深さが等しく、Ｘ＝ａＹ（ａ＜０）に平行な電場が印加される点で、第１の実施形態と異なる。すなわち、本実施形態に係る電気泳動方法は、電場を印加するステップが、Ｘ軸の負の方向に傾きを有する電場を印加するステップである。Ｘ軸、Ｙ軸及び座標の設定は第１の実施形態と同様であるので、説明を省略する。

図６に示すように、注入孔２及び回収孔３の深さが等しく（Ｘ_０＝Ｘ_Ｃ）、電場をＸ軸方向の負の方向に傾ける（ａ＜０）場合、電気泳動の開始時に注入孔２の底（Ｘ_０，Ｙ_０）に位置する生体物質が電場を受けて回収孔３のＹ座標Ｙ＝Ｙ_Ｃまで電気泳動されるとき、その鉛直方向の位置（Ｘ座標）は、電場の方向から、Ｘ＝Ｘ_１（Ｘ_１＜Ｘ_０）であると想定することができる。このように、Ｘ軸の負の方向に傾きをもつ電場を印加することで、生体物質が電気泳動される回収孔３中のＸ座標Ｘ_１が回収孔３の底のＸ座標Ｘ_Ｃより小さくなるため、上記式（１）を満たすことができる。電場の傾きａは、注入孔２及び回収孔３のＹ軸方向の距離（Ｙ_Ｃ−Ｙ_０）や、生体物質の質量等に応じて適宜変更可能である。例えば、注入孔２の底（Ｘ_０，Ｙ_０）から電気泳動される生体物質の回収孔３中のＸ座標Ｘ_１と、注入孔２の底のＸ座標Ｘ_０との差が０．２５ｍｍ以上となるように、電場の傾きａを設定することが好ましい。なお、この場合、電場の傾きａの上限は、式（１）を満たす範囲内で決定される。

次に、電場を直線Ｘ＝ａＹに平行に印加する場合における注入孔２の底の座標（Ｘ_０，Ｙ_０）と、回収孔３の底の座標（Ｘ_Ｃ，Ｙ_Ｃ）と、電場の傾きａとの関係について説明する。本実施形態においては、注入孔２の底の座標（Ｘ_０，Ｙ_０）と、回収孔３の底の座標（Ｘ_Ｃ，Ｙ_Ｃ）と、電場の傾きａとの関係が上記式（２）及び上記式（５）を満たすように、電場の傾きａを設定する。

図６に示すように、注入孔２及び回収孔３の深さが等しい場合、Ｘ_Ｃ＝Ｘ_０である。上記式（５）にＸ_Ｃ＝Ｘ_０を代入した式は、０＞ａ（Ｙ_Ｃ−Ｙ_０）である。右辺のＹ_Ｃ−Ｙ_０は、注入孔２及び回収孔３のＹ軸方向の距離を示すため、正の値である。よって、負の傾きａをもつ電場を印加することで、上記式（２）及び上記式（５）を満たすことができる。電場の傾きａは、注入孔２及び回収孔３のＹ軸方向の距離（Ｙ_Ｃ−Ｙ_０）や、生体物質の質量等に応じて適宜変更可能である。

なお、第２の実施形態において、電場に傾きをもたせる代わりに、電場の傾きａに等しくなるよう電気泳動ゲル１を傾けて電気泳動槽９に設置し、電場をＹ軸に平行に印加してもよい。

以上のように、第２の実施形態においては、電気泳動ゲル１に印加する電場をＸ＝ａＹ（ａ＜０）に平行にする、あるいは電気泳動ゲル１を傾きａだけ傾ける構成を有する。生体物質のブラウン運動や重力による影響を考慮する場合、上述のように、注入孔２及び回収孔３のＹ軸方向の距離（Ｙ_Ｃ−Ｙ_０）や、生体物質の質量等の条件に応じて、電場の傾きａを設定する、あるいは電気泳動ゲル１を傾きａだけ傾ける。本実施形態は、このような構成を有することにより、電気泳動の開始時に注入孔２の底（Ｘ_０，Ｙ_０）に位置する生体物質が回収孔３の底（Ｘ_Ｃ，Ｙ_Ｃ）よりも上方に電気泳動されるため、高い回収効率で電気泳動ゲルから生体物質を回収することができる。

［第３の実施形態］
次に、図７を参照して、第３の実施形態に係る電気泳動システム及び電気泳動方法について説明する。図７は、第３の実施形態に係る電気泳動ゲル１のＣ−Ｃ断面図である。

本実施形態に係る電気泳動システムは、図７に示すように、電気泳動ゲル１の注入孔２及び回収孔３の深さが等しく、注入孔２に、緩衝液４及び注入液より比重の大きい液体８が注入される点で、第１の実施形態と異なる。すなわち、本実施形態に係る電気泳動方法は、ユーザーが電気泳動ゲル１の注入孔２に生体物質を注入するステップの前に、生体物質よりも比重の大きい液体８を注入孔２に注入するステップを備える。

液体８として、例えば、生体物質を含む注入液より濃度を高くしたグリセロールや砂糖水等を使用することができる。液体８がグリセロールである場合、その濃度に限定はないが、例えば９０％〜９５％とすることができる。また、液体８の粘度は、グリセロールである場合、例えば５００〜１０００ｍＰａ・ｓとすることができる。

Ｘ軸及びＹ軸の設定は第１の実施形態と同様であるので、説明を省略する。本実施形態においては、電気泳動の開始時に注入孔２中に存在する生体物質のうち、最もＸ座標が大きい生体物質の座標、すなわち液体８の上面を原点にとり、その座標を（Ｘ_０，Ｙ_０）とする。その他の座標は第１の実施形態と同様に設定する。例えば、液体８の上面の座標（Ｘ_０，Ｙ_０）は、液体８の上面の中心とすることができる。

図７に示すように、電気泳動の開始時に液体８の上面（Ｘ_０，Ｙ_０）に位置する生体物質が電場を受けて回収孔３のＹ座標Ｙ＝Ｙ_Ｃまで電気泳動されるとき、その鉛直方向の位置（Ｘ座標）は、電場の方向から、Ｘ＝Ｘ_１（Ｘ_１＝Ｘ_０）であると想定することができる。従って、注入孔２に液体８を注入して、注入孔２を回収孔３よりも浅くすることで、生体物質の回収孔３中のＸ座標Ｘ_１が回収孔３の底のＸ座標Ｘ_Ｃより小さくなるため、上記式（１）を満たすことができる。液体８の上面の高さと回収孔３の底の高さの差に限定はなく、注入孔２及び回収孔３のＹ軸方向の距離（Ｙ_Ｃ−Ｙ_０）や、生体物質の質量等の条件に応じて適宜変更可能であるが、例えば０．２５ｍｍ以上であることが好ましい。なお、この場合、液体８の注入量の上限は、注入液が注入孔２から溢れない範囲内で決定される。

次に、電場を直線Ｘ＝ａＹに平行に印加する場合における注入孔２の底の座標（Ｘ_０，Ｙ_０）と、回収孔３の底の座標（Ｘ_Ｃ，Ｙ_Ｃ）と、電場の傾きａとの関係について説明する。本実施形態においては、注入孔２の底の座標（Ｘ_０，Ｙ_０）と、回収孔３の底の座標（Ｘ_Ｃ，Ｙ_Ｃ）と、電場の傾きａとの関係が、上記式（２）を満たすように、液体８の注入量を設定する。

（電場の傾きａ＝０の場合）
図７に示すように、電場の傾きａ＝０とし、電場をＹ軸に平行に印加する場合、上記式（２）にａ＝０を代入した式は、Ｘ_Ｃ＞Ｘ_０となる。すなわち、液体８の上面（Ｘ_０，Ｙ_０）が回収孔３の底（Ｘ_Ｃ，Ｙ_Ｃ）よりも浅くなるように液体８を注入することで、Ｘ_Ｃ＞Ｘ_０を満たすことができる。

（電場の傾きａ＜０の場合）
上述のように、上記式（２）を変形すると、上記式（５）となる。ここで、上記式（５）において、Ｙ_Ｃ−Ｙ_０は注入孔２及び回収孔３のＹ軸方向の距離を示すため、正の値である。電場の傾きａ＜０とする場合、上記式（５）の右辺は負の値となる。従って、液体８の上面（Ｘ_０，Ｙ_０）が回収孔３の底（Ｘ_Ｃ，Ｙ_Ｃ）よりも浅くなるように液体８を注入することで、上記式（５）の左辺（Ｘ_Ｃ−Ｘ_０）が正の値となり、上記式（２）及び上記式（５）を満たすことができる。

（電場の傾きａ＞０の場合）
電場の傾きａ＞０とする場合、上記式（５）の右辺は正の値となる。従って、注入孔２及び回収孔３の深さの差（Ｘ_Ｃ−Ｘ_０）が、電場の傾きａと、注入孔２及び回収孔３のＹ軸方向の距離（Ｙ_Ｃ−Ｙ_０）との積（ａ（Ｙ_Ｃ−Ｙ_０））より大きくなる。すなわち、液体８の上面（Ｘ_０，Ｙ_０）が回収孔３の底（Ｘ_Ｃ，Ｙ_Ｃ）よりも浅くなるよう液体８を注入することで、Ｘ_Ｃ−Ｘ_０が正の値となり、上記式（２）及び上記式（５）を満たすことができる。

以上のように、第３の実施形態においては、液体８を注入孔２に注入する構成を有する。生体物質のブラウン運動や重力による影響を考慮する場合、上述のように、注入孔２及び回収孔３のＹ軸方向の距離（Ｙ_Ｃ−Ｙ_０）や、生体物質の質量等の条件に応じて、液体８の注入量を設定する。本実施形態は、このような構成を有することで、電気泳動の開始時に注入孔２の底（Ｘ_０，Ｙ_０）に位置する生体物質が回収孔３の底（Ｘ_Ｃ，Ｙ_Ｃ）よりも上方に電気泳動されるため、高い回収効率で電気泳動ゲルから生体物質を回収することができる。

本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

［実施例１］
第１の実施形態の実施例について説明する。
（電気泳動ゲルの作製）
注入孔２及び回収孔３を有するアガロースゲルを作製した。アガロースゲルは、Ｘ軸方向の長さ（厚み）が５ｍｍ、Ｙ軸方向の長さが６０ｍｍ、Ｚ軸方向の長さが５５ｍｍになるように、３％ＳｅａＫｅｍ（登録商標） ＧＴＧ−ＴＡＥ（Ｌｏｎｚａ社製）をプラスチック容器に流し入れて成型した。注入孔２は、ＹＺ平面の寸法が１ｍｍ×５ｍｍ、Ｘ軸方向の深さが３ｍｍになるように、回収孔３は、ＹＺ平面の寸法が１ｍｍ×５ｍｍ、Ｘ軸方向の深さが４ｍｍになるように、アガロースゲルが固まる前にコームを差し込むことで、それぞれ形成した。注入孔２及び回収孔３のＹ軸方向の距離は２０ｍｍとした。

（電気泳動）
作製したアガロースゲルを電気泳動装置（ミューピット（登録商標）、ミューピット社製）に水平に設置し、１×ＴＡＥ緩衝液（Ｔｒｉｓ Ａｃｅｔａｔｅ ＥＤＴＡ Ｂｕｆｆｅｒ）を電気泳動槽９に注ぎ、アガロースゲルの上面ぎりぎりまで満たした。注入孔２及び回収孔３の内部もＴＡＥ緩衝液で満たした。その後、種々の長さの核酸を含む試料溶液５μＬに、６×ＤＮＡ Ｌｏａｄｉｎｇ Ｄｙｅ（Ｔｈｅｒｍｏ Ｆｉｓｈｅｒ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ社製）１μＬを混合して注入液とし、注入孔２に注入した。

注入液の注入後、電場がＹ軸に平行に直線状に働くように５０Ｖの電圧を印加し、３０分間の電気泳動を行った。電気泳動の開始直後から５分毎に、回収孔３内に電気泳動された核酸をＴＡＥ緩衝液ごと回収した。核酸を回収する度に、回収孔３にＴＡＥ緩衝液を注入した。

（回収効率の測定）
５分毎に回収した回収液に含まれる核酸の長さ及び質量をＴａｐｅＳｔａｔｉｏｎ（Ａｇｉｌｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ社製）を用いてそれぞれ定量し、回収効率を求めた。結果を図８に示す。

［比較例１］
回収孔３のＸ軸方向の深さを３ｍｍとして、注入孔２及び回収孔３の深さを等しくしたこと以外は実施例１と同様にして電気泳動を行い、比較例１に係る核酸の回収効率を求めた。結果を図８に示す。

（測定結果）
図８は、実施例１及び比較例１における核酸の回収効率を示すグラフである。図８に示すように、回収孔３の深さが注入孔２の深さより大きいアガロースゲルを用いた実施例１においては、注入孔２及び回収孔３の深さが等しいアガロースゲルを用いた比較例１と比較して、回収効率が２倍以上となることが分かった。

［実施例２］
第２の実施形態の実施例について説明する。
（電気泳動ゲルの作製）
注入孔２及び回収孔３のＸ軸方向の深さがいずれも４ｍｍとなるようにしたこと以外は実施例１と同様にして、アガロースゲルを作製した。

（電気泳動）
作製したアガロースゲルの負極１１側の端が正極１０側の端に比べて３ｍｍ高くなるように斜めに設置したこと以外は実施例１と同様にして、電場がＹ軸に平行に直線状に働くように電気泳動を行い、電気泳動開始直後から５分毎に、回収孔３内に電気泳動された核酸をＴＡＥ緩衝液ごと回収した。

（回収効率の測定）
実施例１と同様にして、５分毎に回収した回収液に含まれる核酸の長さ及び質量を定量氏、回収効率を求めた。

（測定結果）
図示は省略しているが、負極１１側の端のＸ軸方向の高さが正極１０側の端のＸ軸方向の高さより３ｍｍ高くなるように電気泳動ゲルを配置した実施例２においては、同じ電気泳動ゲルを水平に配置した比較例１と比較して、回収効率が２倍以上となることが分かった。

［実施例３］
第３の実施形態の実施例について説明する。
（電気泳動ゲルの作製）
注入孔２及び回収孔３のＸ軸方向の深さがいずれも４ｍｍとなるようにしたこと以外は実施例１と同様にして、アガロースゲルを作製した。

（電気泳動）
作製したアガロースゲルを電気泳動装置（ミューピット（登録商標）、ミューピット社製）に水平に設置し、１×ＴＡＥ緩衝液（Ｔｒｉｓ Ａｃｅｔａｔｅ ＥＤＴＡ Ｂｕｆｆｅｒ）を電気泳動槽９に注ぎ、アガロースゲルの上面ぎりぎりまで満たした。注入孔２及び回収孔３の内部もＴＡＥ緩衝液で満たした。その後、注入孔２に９０％グリセロールを５μＬ注入した。その他の操作は実施例１と同様にして、電場がＹ軸に平行に働くように電気泳動を行い、電気泳動開始直後から５分毎に、回収孔３内に電気泳動された核酸をＴＡＥ緩衝液ごと回収した。

（回収効率の測定）
実施例１と同様にして、５分毎に回収した回収液に含まれる核酸の長さ及び質量を定量し、回収効率を求めた。

（測定結果）
図示は省略しているが、注入孔２に注入液より比重の大きい９０％グリセロールを注入した実施例３においては、９０％グリセロールを注入しなかった比較例１と比較して、回収効率が２倍以上となることが分かった。

１、５…電気泳動ゲル
２、５２…注入孔
３、５３…回収孔
４…緩衝液
６…生体物質
８…液体
９…電気泳動槽
１０…正極
１１…負極
１２…電圧制御部
１００…電気泳動装置

Claims (9)

1. 生体物質が注入される注入孔と、前記生体物質が回収される回収孔と、を有する電気泳動ゲルを用いた電気泳動方法において、
   前記注入孔に前記生体物質よりも比重の大きい液体を注入するステップと、
   前記液体の注入後、前記注入孔に前記生体物質を注入するステップと、
   前記注入孔及び前記回収孔を貫く電場を印加するステップと、を有し、
   鉛直方向下向きを正の方向とする軸をＸ軸とし、前記注入孔及び前記回収孔の任意の点をそれぞれ通る平面に平行であり、且つ前記Ｘ軸に垂直な軸をＹ軸とし、前記回収孔の底の座標を（Ｘ_Ｃ，Ｙ_Ｃ）として、
   前記電場を印加するステップにおいて前記生体物質が前記注入孔の底から前記回収孔中の座標（Ｘ_１，Ｙ_Ｃ）に電気泳動される場合、前記回収孔の底のＸ座標Ｘ_Ｃは、下記式（１）を満たすことを特徴とする電気泳動方法。
   

   
2. 請求項１に記載の電気泳動方法において、
   前記電場を印加するステップは、直線Ｘ＝ａＹに平行な前記電場を印加するステップであり、
   前記電場を印加するステップの開始時における前記注入孔中の最もＸ座標が大きい前記生体物質の座標（Ｘ_０，Ｙ_０）と、前記回収孔の底の座標（Ｘ_Ｃ，Ｙ_Ｃ）と、前記電場の傾きａと、の関係は、下記式（２）を満たすことを特徴とする電気泳動方法。
   

   
3. 請求項１に記載の電気泳動方法において、
   前記回収孔は、前記注入孔より深いことを特徴とする電気泳動方法。
4. 請求項１に記載の電気泳動方法において、
   前記電場を印加するステップは、直線Ｘ＝ａＹに平行な前記電場を印加するステップであり、前記電場の傾きａが負の値である電場を印加するステップであることを特徴とする電気泳動方法。
5. 電気泳動ゲルと、電気泳動装置と、を備える電気泳動システムであって、
   前記電気泳動ゲルは、生体物質が注入される注入孔と、前記生体物質が回収される回収孔と、を有し、
   前記注入孔には、前記生体物質が注入される前に、前記生体物質よりも比重の大きい液体が注入され、
   前記電気泳動装置は、前記注入孔及び前記回収孔を貫く電場を印加する制御部を有し、
   鉛直方向下向きを正の方向とする軸をＸ軸とし、前記注入孔及び前記回収孔の任意の点をそれぞれ通る平面に平行であり、且つ前記Ｘ軸に垂直な軸をＹ軸とし、前記回収孔の底の座標を（Ｘ_Ｃ，Ｙ_Ｃ）として、
   前記電場の印加により前記生体物質が前記注入孔の底から前記回収孔中の座標（Ｘ_１，Ｙ_Ｃ）に電気泳動される場合、前記回収孔の底のＸ座標Ｘ_Ｃは、下記式（１）を満たすことを特徴とする電気泳動システム。
   

   
6. 請求項５の電気泳動システムにおいて、
   前記制御部は、直線Ｘ＝ａＹに平行な前記電場を印加し、
   前記電場の印加開始時における前記注入孔中の最もＸ座標が大きい前記生体物質の座標（Ｘ_０，Ｙ_０）と、前記回収孔の底の座標（Ｘ_Ｃ，Ｙ_Ｃ）と、前記電場の傾きａと、の関係は、下記式（２）を満たすことを特徴とする電気泳動システム。
   

   
7. 請求項５に記載の電気泳動システムにおいて、
   前記回収孔は、前記注入孔より深いことを特徴とする電気泳動システム。
8. 請求項５に記載の電気泳動システムにおいて、
   前記制御部は、直線Ｘ＝ａＹに平行な前記電場を印加するステップであり、前記電場の傾きａが負の値である電場を印加することを特徴とする電気泳動システム。
9. 生体物質が注入される注入孔と、
   前記生体物質が回収される回収孔と、を備える電気泳動ゲルであって、
   前記注入孔には、前記生体物質が注入される前に、前記生体物質よりも比重の大きい液体が注入され、
   前記注入孔に注入された前記液体の上面の高さは、前記回収孔の底面の高さより高いことを特徴とする電気泳動ゲル。

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