JPH0522179B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、電気泳動装置を行なう方法及び装置
に関する。

電気泳動は生化学物質の分離のための十分に確
立された方法である。それは生理学的流体及び組
中の複合混合物（complex mixtures）として見
出される蛋白質の分析に殊に有用である。電気泳
動システムは巨大分子シーケンシング
（sequencing）においてDNAおよびPNAフラグ
メントの混合物を分離するのに使用することもで
きる。

典型的には、電気泳動はアガロース又はポリア
クリルアミドのゲルの如き分離媒体において使用
される。これらのゲルは２枚のガラス板から成る
モールドに注型されたスラブを形成するか又はガ
ラス管に注型された円筒形（cylindrical）ゲルを
形成する。ゲルは緩衝液の存在下に形成されて分
離のPH環境及びゲルの電気伝導度を制御する。簡
単なゾーン電気泳動は蛋白質巨大分子の電荷及び
寸法の複雑な関数である電気泳動移動度に従つて
電界の作用下に分子を分離する。等電フオーカシ
ング（isoelectric focusing）はそれらの等電点
に基づいて蛋白質を分離するための手段を与える
ように、蛋白質の通過を制限しない媒体を使用し
そしてPH勾配の関数に依存する電気泳動方法であ
る。慣用の電気泳動方法は、分離が分子量に基づ
いてのみ進行するように均一な荷電を与えるため
に蛋白質混合物及び分離ゲルへの洗剤の添加によ
り蛋白質分子の被覆を行なつて変性することもで
きる。分子量分離は、上記分子を分離するために
篩い作用（sieving action）を与える細孔径のネ
ツトワークをつくり出すようにゲル組成を調節す
ることによつて達成することもできる。

実際には、電荷及び寸法分離を組合わせて蛋白
質混合物の分離の分解能（resolution）を増加す
ることができる。この方法、２デイメンジヨン
（以下、単に「2D」という。）電気泳動は生理学
的流体から数百の成分を分離することができる。

電気泳動分離を行なうため、電源と分離ゲルを
接続するための手段が必要である。通常これはゲ
ルスラブ又はシリンダの端部を電気伝導性の緩衝
液の貯蔵器中に浸漬することにより成される。こ
れらは、分離ゲルを横切つて100−3000Vの電圧
勾配を形成して混合物中の分子をゲルマトリツク
スを通して駆動する電源の正及び負の端子に、前
記流体中に浸漬された白金又は炭素電極により接
続される。ゲルを電源に取付けるこの方法は、貯
蔵器を充填するための大容量の緩衝液、緩衝液中
のゲルの浸漬又はウイツク（wick）を経由する
接続及び電気泳動のための嵩ばつた装置を必要と
する。また、分離プロセス期間中ガスが放出され
るので接続をする際には注意を払わなければなら
ない。これらのガスはゲルへの電気的接続を損な
うことがある。

1975年２月11日に発行された米国特許第
3865712号は緩衝液で飽和されたフイルタペーパ
ーウイツク（濾過などに使用される高多孔性ペー
パー）をゲル上に置くことによつて嵩ばり及び電
極接触の問題を解決しようとするものである。次
にフイルタペーパーの頂部に電極を配置する。電
極とフイルターペーパー間の良好な接触は多孔性
材料に対して電極を押圧する歯状の隆起部
（toothlike elevations）を有する重量部材
（weighted member）の使用により保持される。
これは電気泳動期間中容易なガス逃散を許容する
という利点を有するが、フイルターペーパーが幾
分乾燥する状況においては密接な電気的接触が期
待できなくなる。更にこの装置は電気泳動システ
ムに対して不必要な嵩ばりを加える。

十分な電極接触を与えるという問題を解決せん
とする他の方法として、1973年２月６日発行され
たトツシ（Tocci）の米国特許第3715295号は、
ゲルの何れかの端部にウエル（wells）が形成さ
れており、そしてワイヤ電極又はウエルにおいて
塗装又は印刷されていてもよい電極の上に該ウエ
ル内に半固体緩衝剤が置かれている電気泳動装置
を記載している。この装置は重要な改良でありそ
して確かに正しい方向のステツプであるが、ゲル
との良好な電気的接触が常に保持されたいるコン
パクトで小型化された装置を提供するものではな
い。更にこの装置は現在使用が増加しつつある
2Dゲル電気泳動法に使用するのに適していない。

本発明に従えば、シート状支持基体、該基体の
１面に形成された分離ゲル及び該ゲルの少なくと
も一部を横切つて電位を加えるための手段を有す
る電気泳動装置において、該電位を加えるための
手段は、該ゲルに一体化された且つ該ゲルと導電
的に接触している間隔を置いて配置された該基体
上の電極を含み、それにより装置の嵩ばりを減少
させることを特徴とする改良された電気泳動装置
に関するものである。

本発明の種々の態様においては、電極は基体の
１つの面に取付けられており、そして電極は伝導
性材料の薄いフイルムから形成される。更に、電
極は所望によりゲルに重合的に（polymerically）
結合されていてもよく種々の電圧勾配を与えるよ
うに種々のアレイ（array）構造で形成されてい
てもよい。

2Dゲル電気泳動に特に適している本発明の１
つの態様においては２つの異なつたゲルが同じ基
体上に配置される。各々はそれ自身の一体化され
た電極を備えており、各ゲルのための電極対は
2D方法のために相互に横断方向に
（transversely）配置されている。本発明の更に
他の態様においては、第１のゲルが第１の基体上
に形成されておりそして第２基体のゲルに対して
向き合つて（face to face）置かれており、該ゲ
ル間にはスペーサフイルムが配置されている。こ
のようにして、2D電気泳動は１つのゲルにおい
て第１の電気泳動を遂行し、スペーサフイルムを
除去し、しかる後第２のゲルにおいて電気泳動を
行なうことにより達成することができる。

本発明の方法に従えば、電気泳動装置は、化学
的に不活性材料でシート状基体を形成し、該基体
の２つの間隔を置いて位置した領域に電気伝導性
材料の薄いフイルムを付着させ（depositing）、
そして該フイルム及び基体をゲル電気泳動性重合
体材料（gel electrophoretic polymer
material）でオーバーコーテイングする工程によ
り形成される。本発明の方法により形成される電
気泳動装置はコンパクトであり、そして不十分な
電気接触が回避されるようにゲル自体と一体にさ
れている（integrated）電極を有するという利点
を有する。一体化された電極は特に2Dゲル電気
泳動分離を容易にする。それは緩衝剤溶液の必要
を減じそして電極の適正な配置を容易にする。薄
層ゲルは冷却の必要性を減少させ、より高速分離
及び増加した成分の分解能（resolution）を可能
とする。

更に本発明の利点及び特徴は下記説明から明ら
かとなるであろう。

本発明に従つて構成された種々の電気泳動装置
は、典型的に50〜500μm厚さの適当なフイルム状
材料の基体上に形成された相対的に薄い断面を有
する基体の使用を可能とするように設計される。
ゲルは基体上に付着されている電極と一体的に形
成される。これは良好な電気的接触を形成する嵩
ばらない装置を提供すること及び緩衝剤貯蔵器、
ウイツク等の追加を必要としないという利点を有
する。

かかる薄層装置の１つの態様は第１図に例示さ
れているように薄いフイルム基体１０を含む。基
体は、電気泳動ゲル媒体のための支持体として使
用されそして化学的に不活性で且つ取扱い及び出
荷期間中ゲルを損傷から保護するのに十分な或る
程度の剛性を有するという特徴を有する公知の材
料から形成することができる。基体は透明性であ
ることも又好ましい。この目的に好ましいフイル
ム材料はポリスチレン、ポリエチレン、商標名
surlyn 下に販売されるアイオノマーフイルムを
包含する。しかしながら、好ましくは、商標名
Mylar 下にE.I.du Pont de Nemours and
Companyにより販売されたポリエステルフイル
ムの如きポリエステルフイルムが好ましい。基体
としてガラスを使用することもできる。

本発明に従えば、間隔を置いて配置された電極
１２及び１４が相互に平行であるように基体１０
の何れかの縁に沿つて形成されている。これらの
電極は薄い伝導性フイルム状材料から形成され、
そしてそれは真空蒸着（vacuum deposition）、
スパツタリング又は無電極メツキの如き適当な手
段によつて基体表面１０上に付着させることがで
きる。別法として、伝導性フイルムは活性放射
（activic radiation）を所望して使用の電極部分
１２を重合しそして所望されない過剰の光重合体
（photopolymer）を洗浄除去するべく適当な光装
置（phototool）を使用する良く知られた方法に
おいて形成される光重合体であることができる。
更に他の態様においては、伝導性ペースト又はイ
ンキの何れでも所望に応じて使用することができ
る。ペースト及びインキは印刷又はシルクスクリ
ーニングにより基体上に付着させることができ
る。電極は良好な伝導体（銀伝導性ペースト）を
印刷された第１の層及び該銀上に印刷された化学
的に不活性伝導体（カーボンの伝導性ペースト）
の第２の層を有する複合構造として形成すること
もできる。これは銀が電極の長さを横切る均一な
電圧を与えるバスバー（bas bar）として作用す
ることを許容する。

好ましくは基体は基体と電気泳動ゲルとの間の
結合を高めるような物質で処理することができ
る。たとえばポリエステルフイルムは２官能性カ
ルボン酸もしくは無水物又はシラン又はゲルと共
重合してそれを基体に結合する他の物質の１つで
処理することができる。

第１図の電気泳動装置を形成する方法における
次の工程として、基体及び電極は分離ゲルでオー
バーコーテイングされて電極がゲルに一体化され
且つゲルと良好な電気的接触を形成するようなシ
ステム又は装置を提供する。オーバーコーテイン
グは単量体形態のアクリルアミド及び緩衝剤溶液
中の適当な開始剤の混合物を、電極を有する基体
の表面が１つの壁を形成しているモールドに注入
し、そして薄いスラブの形体に重合せしめる慣用
の方法で行なうことができる。ゲルは分離のPH環
境及びゲルの電気伝導度を制御するように緩衝剤
の存在下に形成される。電気泳動に対して使用さ
れる種々のゲルは良く知られているので、使用さ
れ得る特定のゲルについて更に言及する必要はな
いと考えられる。

電極１２及び１４をオーバーコーテイングした
後、適当な直流電源２０に接続されるワイヤ１８
を介して電極への電気的接続がなされる。ワイヤ
１８の端部における針はゲルを透過しそして電極
１２と電気的接触させるのに使用することができ
る。ワイヤ１８が電極に接続される好ましい方法
は第２図にさらに詳細に示されており、第２図に
おいてはゲル寸法は、基体１０が両方向において
ゲルを越えて延びそして電極１２も又基体１０の
縁に極めて近接するように又は近接１０の縁にあ
るように分離ゲルを越えて延びるように遠近法で
描かれていることがわかる。この方法において
は、公知のタイプの電極縁コネクタ又はばね接点
（spring contacts）の如き簡単なアリゲータクリ
ツプ（alligator clips）又は他のコネクタ機構を
電極に電源を接続するために使用することができ
る。電極に対する他の形態の電気的接触は分離言
及の縁から突き出た電極の端部に対して押し付け
られた白金接点によりつくることができる。

第２図に示されているように、多くの場合に、
適当な緩衝剤溶液で飽和されたペーパーウイツク
（濾過などに使用される高多孔性ペーパー）２２
が、必要な電気的連続性に対して十分な緩衝剤
（及び水分）の利用を確実にするために、電極１
２の付近でゲル１６の頂部に置かれることが望ま
しいことがある。

電極が厚いフイルムエレクトロニクス技術を使
用してシルクスクリーニング技術により形成され
得ることが好ましい。典型的なプリントされた電
極は25−100ミクロン厚さのオーダーであること
ができる。関連したウイツクは典型的には、３ミ
リメートル幅でありそして70ミリメートル長さの
オーダーである。これらの電極は、基体１０の平
行な領域（parallel region）に配置されており、
そして典型的には約70ミリメートル長さである。
なお他の寸法を使用することもできる。好結果を
伴つて使用された導電性材料はデユポン低温硬化
性伝導性組成物シルバー4928（silver 4928）及び
カーボン（Ａ tchison Ｅ lectrodag 423SS）
の如き非金属性導電性材料である。他の可能性と
して白金、パラジウム及び金の如き貴金属コーテ
イングを包含する。これらは前記した如き複合層
において組合わせることができる。更に、カーボ
ンは、化学的に不活性であるので、特に成功をも
たらす電極材料であることが証明された。使用期
間中、少量のガスが電極で発生し、そしてゲル表
面に拡散することができ又はゲル基体内に形成さ
れたピンホールを通つて排気されることができ
る。

本発明の実施例ではないが、参考例として挙げ
た第３図においては、電極１２はゲル１６の周辺
の外側に基体１０上に形成することができ、それ
によつて、ゲルの縁と電極１２との間に小さなギ
ヤツプ２６（第３図）を形成する。このギヤツプ
は使用期間中発生されるガスの逃散を容易にす
る。ギヤツプ２６をブリツジするために紙の如き
適当な材料から製造されそして緩衝剤で飽和され
たウイツク２２を、ゲル１６と電極１２との間の
領域をブリツジするように装置の頂部に置くこと
ができる。

第４図は2D電気泳動に特に適合した本発明の
別の態様を示す。この場合に、前記したタイプの
長方形の薄いフイルム基体３０は１端に基体の幅
方向に沿つて対向する関係にある短い長さの電極
の第１の対３２を有して形成される。これらの電
極は等電フオーカシング分離が幅方向に沿つて行
なわれ得るように等電フオーカシングゲルの如き
１つのゲル３４でオーバーコーテイングされる。
更に、第２の電極の対３６が基体の幅方向に平行
にそして長さ方向に沿つて基体３０の残り上に形
成される。これらの電極３６は、典型的にはナト
リウムドデシルサルフエート（SDS）を有する細
孔寸法勾配ゲル（pore size gradient gel）の如
き2D電気泳動分離に対して使用される第２ゲル
３８でオーバーコーテイングされる。領域４０が
２つのゲル３４と３８との間に残り、そこでは基
体を除いて何も存在せず、それにより２つのゲル
間に電気的バリヤーを形成する。この点で、折り
たたみライン４２は第１ゲル３４を第２ゲル３８
上に第２ゲル３８と接触せしめるように折りたた
むことを容易にするように基体３０に形成され
る。折りたたみは電極３２間の第１の分離に続い
て行なわれる。第１のゲル３４を第２のゲル３８
上に折りたたんで第２のゲル３８と接触させるこ
とにより、分離された蛋白質をゲル３８と接触さ
せることができそして電極３６間の第２の分離の
ためにそれに移行させることができる。

第５図はやはり特に2D電気泳動に適合した本
発明の更に他の態様を示す。この態様において
は、この場合に３６′と名付けられた第２の電極
の１つは第１のゲル３４の領域に位置している。
ゲル境界又はギヤツプ４４が相対的に小さな寸法
の２つのゲル間に残る。これらの条件下では、第
２の分離を行なうことが所望させる場合には、境
界ギヤツプ４４は単に緩衝剤溶液で充填されそし
て電気的勾配が電極３６，３６′間に確立される。
これはシートの折りたたみ又は曲げを必要としな
い。この方法において、第１の分離期間中分離さ
れた成分４６は第２の分離期間中直接緩衝剤溶液
を通過せしめられて第２の分離された成分４８を
与える。

第６図及び第７図に見られる本発明はの他の態
様においては、下部基体１０は１つのゲル１６及
び電極１４が第１領域に沿つた分離を達成するた
めの第１基体１０に取り付けられて、第１図に関
連して記載された方法と同じ方法で形成される。
第２領域のゲル１６′及び対応する第２の電極１
４′をすべて下表面に有する第２基体１０′はゲル
１６′から遠い方の端部でたとえばクリツプ又は
接着（示されていない）によつて第１基体１０の
一端に取付けられて本状の（booklike）装置を
形成する。他の言い方をすると、第１領域及び第
２領域ゲル１６及び１６′はそれぞれ相互に向き
合つている。これらのゲルは該ゲルが接しないよ
うにスペーサー部材５０で分離されている。スペ
ーサー部材５０は、スリツプすることができるが
ゲルに付着はしないＷ形状柔軟性部材の形態にあ
ることができる。ポリエチレン及びポリ塩化ビニ
ルフイルムはこの目的に好適である。この装置を
使用して、第１の分離は普通の方法で行なわれ
る。しかる後にたとえば中心折りたたみ部を握持
しそして引張り、かくしてそれをゲルから剥離す
ることによつてスペーサ５０は除去され、ゲルが
接触しそして分離された成分を第２のゲルに移行
させることを可能とする。次いで第２の分離が常
法において行なわれる。

かくして、本発明の方法及び装置は多くの利点
を有することがわかる。１つには、必要とされる
普通の大きい緩衝液貯蔵器は、ゲルに一体化され
た電極及び必要に応じてウイツクにおいて固定化
された緩衝液の組合せにより置換えられる。電極
の列をゲル基体上に形成することができて、多重
デイメンジヨンにおける種々のタイプの電気泳動
が同じゲル層で行なわれることを許容する。ゲル
及び電極の多層構造は多重デイメンジヨン分離に
おいて試料を１つのゲルから他のゲルに移動させ
るように製作することができる。そのように形成
された装置はそれ自体完全でありそして操作のた
めの電源の追加のみを必要とする。薄層装置は冷
却要求を減じ、成分の分解能の増大を伴うより高
速の分離を可能とする。

【図面の簡単な説明】

第１図は電気泳動装置における一体化された電
極を使用する本発明の一つの態様を示す。第２図
はおける緩衝剤溶液を保持するのにウイツクを使
用する第１図の装置の好ましい態様の部分図であ
る。第３図は、電極が基体と一体化されているが
ゲルからは分離されている参考例の側面図であ
る。第４図は２デイメンジヨン電気泳動分離を達
成するための本発明に従つて構成された更に他の
電気泳動装置を示す。第５図は本発明の他の態様
に従つて構成された２デイメンジヨン電気泳動装
置である。第６図は本発明の更に他の態様に従つ
て構成された２デイメンジヨン電気泳動装置を示
す。第７図は第６図の装置の部分側面図である。 図において、１０…フイルム基体、１２，１４
…電極、１６…ゲル、１８…ワイヤ、２０…直流
電源、２２…ペーパーウイツク、２６…ギヤツ
プ、３０…フイルム基体、３２…電極、３４…第
１ゲル、３６…電極、３８…第２ゲル、４２…折
りたたみライン、４４…ギヤツプ、４６…第１の
分離で分離された成分、４８…第２の分離で分離
された成分、である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 薄いシート状支持基体と、該基体の１面上に
   形成された分離ゲルと、該ゲルの少なくとも一部
   分を横切つて電位を加えるための手段とを具備す
   る電気泳動装置において、 該電位を加える手段が、該ゲルに一体化され且
   つ該ゲルと電気的に接触するように該ゲルでオー
   バーコーテイングされた、該基体上に間隔を置い
   て配置された電極を含むことを特徴とする電気泳
   動装置。 ２ 該電極が導電性材料の薄いフイルムである特
   許請求の範囲第１項記載の装置。 ３ 該基体の幅方向に間隔を置いて配置された一
   対の電極をオーバーコーテイングした第１ゲル
   と、該基体の長さ方向に間隔を置いて配置された
   他の一対の電極をオーバーコーテイングした第２
   ゲルとから成り、第１ゲルと第２ゲルはそれぞれ
   異なる分離特性を有するとともに、第１ゲルと第
   ２ゲルはゲルの存在しない領域を介して該基体の
   同一面上に配置されていることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項又は第２項記載の装置。 ４ 該領域には第１ゲルと第２ゲルを互いに接触
   せしめるように、該基体を折りたたむことを容易
   にする折りたたみラインが設けられていることを
   特徴とする特許請求の範囲第３項記載の装置。 ５ 該基体の幅方向に間隔を置いて配置された一
   対の電極及び該基体の長さ方向に間隔を置いて配
   置された他の一対の電極の１つをともにオーバー
   コーテイングした第１ゲルと、該他の一対の電極
   の残りの電極をオーバーコーテイングした第２ゲ
   ルとから成り、第１ゲルと第２ゲルはそれぞれ異
   なる分離特性を有するとともに、第１ゲルと第２
   ゲルは緩衝剤溶液が充填可能なゲルの存在しない
   ギヤツプを介して該基体の同一面上に配置されて
   いることを特徴とする特許請求の範囲第１項又は
   第２項記載の装置。 ６ 下部基体に間隔を置いて配置された一対の電
   極をオーバーコーテイングした第１ゲルと、上部
   基体に間隔を置いて配置された一対の電極をオー
   バーコーテイングした第２ゲルとから成り、第１
   ゲルと第２ゲルはそれぞれ異なる分離特性を有す
   るとともに、第１ゲルと第２ゲルはスペーサフイ
   ルムを介して互いに向い合うように配置されてい
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項又は第
   ２項記載の装置。 ７ 化学的に不活性な材料のシート状基体を形成
   し、該基体の２つの間隔を置いて位置した表面領
   域上に導電性材料から成る電極を付着させ、 該電極及び該基体をゲルでオーバーコーテイン
   グする工程より成る電気泳動装置を構成する方
   法。 ８ 該基体表面上に電極として導電性材料の薄い
   フイルムを付着させる工程を含むことを特徴とす
   る特許請求の範囲第７項記載の方法。