JPH05504628A - 複数の電界の印加により分子を移動させる方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 複数の電界の印可により 分子を移動させる 方法および装置 発明の分野 本発明は一般に、生化学、ポリマー科学、分子遺伝学、および電子工学の分野に おける技術革新の成果を統合するような方法で適用される電気泳動およびフォト リングラフィの分野に関する。詳しくは、本発明は、複数の電界を同時にまたは 順次に印加することにより荷電分子または粒子を媒体中で移動させる方法、およ びこの方法を実行するための装置に関する。

発明の背景 電気泳動とは、荷電した粒子、イオン、または分子を分離および同定する分析方 法である。これは、媒液中の荷電種を移動させるために電界を印加することを含 む。最も頻繁に研究される種は、通常は高分子電解質である、タンパク質および ＤＮＡフラグメントなどの生体高分子である。しかし、電気泳動は、様々な細胞 、細菌、およびウィルス物質を含むあらゆる荷電物質を分離するために使用され 得る。ｐＨおよびイオン強度が一定であれば、特定の高分子電解質の電荷の絶対 値数は一定である。このような粒子は対イオンに取り囲まれ、そして様々な電荷 、大きさく体積および形状）を有し、これらが移動を行う。分子は印加される電 界の下では各々移動度が異なるため、これにより分離される。移動度の違いは分 子の電荷および摩擦抵抗特性が異なることによる。分子の荷電度が大きいほどお よび分子が流れに対して抵抗が少ない形であるほど移動は速くなる。

いくつかの分子種を含有する混合物を電気泳動分離媒体に加え、電界が印加され ると、各々電荷が異なる成分はシステム中を様々な速度で移動し、混合物が分解 する。各成分の移動度に依存してバンドが現れる。正確な位置（従って媒体の導 入地点とは反対側の端部に各成分が出現する時間）は、ｐｌ（。

イオン強度、イオンのタイプ、および媒体がイオン緩衝液、ポリマー溶液、また は架橋性ゲルなどのゲルであるかどうかという点が影響することによって、高分 子電解質の周囲の媒体との相互作用に依存する。架橋性ゲルおよびポリマー溶液 はサイズによる分離、つまりふるい分けに影響を与え得る。

従って、電気泳動は、（１）遊離溶液による、および（２）ゲル電気泳動という ２つの基本的なタイプに分類され得る。最も頻繁に使用されるゲル媒体は、ポリ アクリルアミド（ＰＡＧＥとして知られる）およびアガロースゲルに基づくもの である。

遊離溶液およびゲル電気泳動の分離実験を組み合わせることにより、混合物中の 各成分の数および各々の相対量などの多くの情報が得られる。各成分が特に、例 えば抗原−抗体結合により同定されるときは、特定の成分の存在が確実に同定さ れる。この結果、電気泳動は生体工学における高分子分析の基礎となっている。

従来の電気泳動媒体は寸法が大き←■の単位である。電気泳動技術の分野におい て、最近、高性能の毛細管電気泳動が開発された。この方法によれば、分離用の 媒体は内径２５がら１００ミクロンの空洞ファイバーよりなる。この分離用配置 により、高電流が空洞ファイバー形状の媒体を通過し得る。毛細管のサイズが小 さいためジュール熱が効率的に除去され得る。

この結果、試料分析時間が大幅に短縮される。しかし、このような高性能の電気 泳動は、分離を行うためには依然として゛高電圧のＤＣ電源（例えば数１０ｋｖ まで）を使用する必要がある。

さらに、ゲルを充填した毛細管は市販されておらず、また作製するのは困難であ る。類似した考えとして平板ゲル媒体を使用する方法があるが、これには非常に 薄い平板を使用する必要がある。この場合、ゲルは非常に収縮して、平板の縁部 には中心部より強い応力がかかる。従って、同一の試料を、縁部および中央部ト ラックの両方を使用して分離すると、異なる分解パターンが示される。これは平 板ゲル電気泳動における重要な問題である。この場合もまた、毛細管電気泳動に おけるように高電圧電源が必要であり、得られた分解（最良のものは得られない が）は全く満足のいくものと言うわけではない。

毛細管および平板電気泳動の両方において、印加される電界は一定であるため受 動的である。交差電界およびパルスフィールド電気泳動（２Ｄｉ４気泳動）の方 法が開示されているが、これらの適用には限度がある。両方の場合において、遊 離溶液であってもゲルであっても、分離用媒体全体は特定の時間には同一の印加 電界下にある。電界は時間的に変化し得るが、空間的には設計により変化しない 。従って、分離される荷電粒子の試料全体はいかなる特定時間においても同じ電 界下にある。

Ｒ朋ヱど【旨 本発明は、荷電分子などの荷電粒子を、荷電分子を含有する媒体に沿って同時に および／または順次に連続して印加される複数の電界と反応して媒体内で移動さ せ、これにより荷電分子を正確なおよび制御された方法で移動させることに関す る。電界の移動は空間的および時間的に正確に制御され得る。媒体中の荷電粒子 は、特定のタイプの荷電粒子が各々互いに分離するように移動し得、これにより 非常に原理的に定義された分析方法が提供される。さらに、特定のタイプの分子 を合成または配列プロトコールにおいて共に反応させるために、特定の荷電分子 を互いの言句に向がって、正確に限定された領域へと移動させ得る。

本発明の１つの面によれば、電気回路のパターンが得られるフォトリングラフィ 、シルクスクリーニング、レーザ技術、または蒸着などの様々な手順のいずれか により製造される電気泳動装置などの荷電粒子移動装置が提供される。本装置に よれば、内部を荷電分子などの荷電粒子が移動する媒体を含有する「移動領域」 が提供される。移動領域は、同時にまたは順次に連続して複数の電界にさらされ 得るように配置される。移動領域に影響を及ぼす電界は、該移動領域の媒体を通 して制御された方法で荷電分子が移動するように活性化される。従って、様々な タイプの荷電粒子の混合物は互いに分離し、これにより１つの分析方法が提供さ れ得る。

反応（例えば、配列合成方法）を行う装置として、移動領域に接続された様々な 電界を印加して、特定のタイプの荷電分子を、他のタイプの荷電分子と接触する ように移動させ、これにより分子を反応させて様々な反応プロトコールを数を問 わず行い得る。移動領域に接触する電気接続は、好ましくはいずれかの特定の方 法により電界を活性化し得るフンピニータシステムと接続される集積回路の形状 であり、これにより、分子を正確に分離して分析を行い、または分子を結合して 反応を行う。

本発明の第１の目的は、複数の異なる電界に反応して、荷電分子を正確な制御に より媒体を通して移動させ得る装置を提供することである。該電界は好ましくは 、時間的および空間的に同時に変動する力を生成する。

本発明の別の目的は、複数の電界を同時におよび／または順次に媒体に印加する ことにより、媒体内の荷電分子などの荷電粒子の混合物を分離する装置を提供す ることである。

本発明の特徴は、媒体内の分子を正確に移動させるために、複数の（好ましくは 多数の）異なる電界を媒体に印加することである。

本発明の利点は、分子が特定の媒体内を移動し、これにより従来の分離技術より 精度の高い分子の分離を提供し得ることである。

本発明の別の利点は、本発明の装置が効率的および経済的に製造され得ることで ある。

本発明のもう１つの利点は、ポリメチルメタクリレートなどのポリマー基質を利 用することにより、電気内部透過が最小限度に低減されるか、または解消される ことである。

本発明の装置の別の特徴は、平坦なまたは平板状の領域を含む断面形状を有する 移動領域を使用することであり、該領域により本発明において使用され得る分光 装置を効率的に正確に使用し得る。

本発明のさらに別の特徴は、分岐した移動領域を含むことである。該領域では、 複雑な反応および／または分離方法を行うために、荷電粒子を共に移動させるこ とおよび互いから離すことが可能である。

本発明のさらに別の利点は、分離または結合する荷電粒子に接触し得る成分に不 活性ポリマー基質物質を使用することである。該物質はタンパク質の吸収、およ び分離および／または結合する試料物質の損失を最小限にとどめる。

本発明のさらに別の利点は、電極の間隔を狭くすることにより実質的により低電 圧の使用が可能であることである。これにより、電力の節約と共に、実験室用の より安全な装置が提供される。

本発明のこれらのおよび他の目的、利点、ならびに特徴は、以下にさらに詳しく 示す装置の構造および操作の方法の詳細により当業者には明かである。本明細書 の一部である添付図面が参考となる。

区ｌ二皿車亙笠」 図１は、本発明の１つの特定の実施態様の平面正面概略父日の−　な１日 媒体内の荷電粒子を移動させる本発明の装置および方法について述べる前に、本 発明は、記述する装置の特定の構成要素部分、または記述する方法の特定のプロ セス工程に限定されるものではなく、これら装置および方法は当然ながら変更さ れ得るということが理解されるべきである。また、本明細書で使用される用語は 、特定の実施態様のみを記述するためのものであり、これに限定することを意図 するものではない。

本発明の範囲は添付クレームによってのみ限定される。

本明細書および添付クレームで使用される場合の単数形「ａｊ　ｒａｎＪおよび ｒｔｈｅＪは、特に明記されていない限り複数の支持対象も含む。従って、例え ば、「媒体（ａ　ｍｅｄｉｕｍ）　Ｊは、１つ以上の異なる混合したまたは互い に分離した媒体、および当業者に周知の様々なタイプの媒体を包含し、「電界（ ａｎ　ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　ｆｉｅｌｄ）　ｊは、本明細書で述べるタイプの 効果を得るために多くの異なる方法で印加され得る（記述するタイプの）複数の 異なる電界を包含し、そして「プロセス工程（ｔｈｅ　ｐｒｏｃｅｓｓ　５ｔｅ ｐ）　Ｊは、本明細書で述べる工程に等しい工程を、数を問わず包含する、など である。

図面については、本発明の方法を実行するのに有用である分析装置の１つの特定 の実施態様を概略的に示す。この装置は、一般的にプラスチックと呼ばれる様々 な重合物質などの多くの異なるタイプの物質を含み得るカード１上にある。

さらに、カード１は様々な異なる大きさであり得る。カードは従来のクレジット カードの大きさに作製され得ると好都合である。

カード１は打ち抜き領域、すなわちトレンチ２を含む。これも同様に如何なる大 きさでもよいが、好ましくはクレジットカードの大きさのカード１上に、トレン チ２が長さ約１−１０センチメートル、深さ約５−２５ミクロンとなるように形 成されると好都合である。トレンチ２の断面形状（図示せず）は様々であり、方 形、楕円形、円形などであり得る。好ましくは、所望の光学特性を提供する平坦 な表面を有する平坦化された楕円形である。

トレンチ２は、分析分離技術において一般に使用されるタイプの、緩衝溶液、ポ リマー溶液、界面活性ミセル分散液、またはゲルで有り得る媒体３で充填される 。例えば、ＰＡＧＥ分析方法において使用されるポリアクリルアミドゲルは本発 明においてはきわめて有用である。様々な物質が単独でまたは他の物質と組み合 わせて使用され得、これらの物質は荷電粒子に摩擦抵抗を与え、そして本質的に 電界と干渉しないものであるべきである。

カード１には電気メッキされた複数のフィンガー状の電極４−１０がメッキ付け される。簡略化のためにカード１には７個の電極のみを示す。しかし、電気メツ キ技術は、比較的小さい（１−１０ｃｍ）　トレンチ２の長さに沿って数百側の 異なる電極を提供するために利用され得る。電極間はどのような間隔でも有し得 る。本発明の本実施態様に関しては、好ましくは４００から８００個の電極があ り、これらは好ましくは約１−１００　ミクロンの一定の間隔をおいて配置され る。本装置のい（つかの好適な実施態様では、５−２５の電界、５ｏ−ｔｏｏの 電界、および５００から１０００以上の電界を含む。これらの電界を生成する電 極は互いに０．０１から１０センチメートルの距離だけ離れて配置され得るが、 さらに好ましくは、互いに約１−１００　ミクロンの範囲だけ離れて配置され得 る。

電極４−１０は、電極４−１０の各々に異なる電圧を印加することにより同時に バイアスされるか、またはプログラムによりバイアスされる様々な電圧を印加す ることにより順次バイアスされる。電極４−１０の間隔が狭いため、比較的低い 電圧を印加しているときでも電極間に比較的高い電界強度を得ることか可能であ る。従来の方法では、（寸法の大きな）媒体全体にわたってただ１つの電界しか 使用しないため実質的に高い電圧を印加する必要があるため、これは従来の方法 に勝る、本発明の本質的な利点である。

電極４−１０は同時にまたは順次にバイアスまたは電圧が印加され、特定の電極 または全ての電極にわたって印加される電界の大きさは、特定の時間に特定領域 にわたって調整し得る。特定の方法で電極を活性化し、そして特定の電極に対し て様々な電圧を印加する能力により、きわめて正確な方法で媒体中を移動する分 子を互いに分離させる能力が格段に同上し、これにより様々なタイプの分子を従 来の技術をはるかに越える程度まで分析分解する。

カード１．）レンチ２、および電極４−１Ｏは、標準のマイクロエレクトロニク ス製造技術により容易におよび経済的に製造され得る。従って、殆ど同一カード の多数のコピーを、高い精度で容易に複製し得る。製造の忠実度および経済性は 本発明の重要な特徴である。カードの基板は好ましくは、ポリメチルメタクリレ ート、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリスチレン、または スチレンコポリマーなどの硬いポリマー物質であるため、カード自体は表面電荷 を有しない。従って、トレンチ２は表面電荷を有しない（か、またはほとんど有 しない）。従って、一般に電気内部透過を抑えるためにポリマーで被覆する必要 がある、ガラス毛細管を使用する高性能の毛細管電気泳動技術における本質的な 問題である電気内部透過の問題は全く　（または殆ど）ない。ポリマー物質は実 質的に非孔とされ得る。従って、タンパク質などの荷電粒子は吸収されず、分離 中の試料の損失は最小限度におさえられる。

カード１上のゲルを充填したチャネル２は、壁につなぎ止められた架橋性ゲルを 含有しない。これにより、ポリマー化および架橋化の間に生じる応力が軽減され る。いかなる特定時間においても、印加電界下にあるのはトレンチ２内のゲル３ の小部分のみであるため、ゲルを壁につなぎ止める必要はない。特定時間に電界 にさらされるのはトレンチ２内のゲル３の小部分のみであるため、電界はいかな る方法においてもトレンチ２からゲル３を押し出すことはない。

上面にトレンチ２および電極コネクション４−１０を有するカード１は、当業者 に周知の様々な異なる方法により製造され得る。一般には、このような装置を製 造する１つの方法は次の通りである。先ず、はぼ従来のクレジットカードの大き さのポリメチルメタクリレートカードなどの基板サポートが提供される。カード 自体の表面は導電性ではなく、カードもまた導電性ではない。カードの上に先ず 導電性物質よりなる薄い層を堆積させる。このコーティングは当業者には周知の 様々な異なる方法により行われ得、そして導電性である様々な異なるタイプの物 質を含有し得る。この層は好ましくは厚さが約１００オングストロームから２− ３ミクロンできわめて薄い。次にこの導電層を、光感応性および非導電性の物質 よりなる層で被覆する。光感応非導電層で導電層が完全に覆われると、光感応非 導電層の表面がマスクで覆われる。マスクでこの層が覆われると、これが光に露 出される。その後、マスクを光感応非導電層から除去する。光感応層はマスクに 覆われていない特定部分が光に露出されるため、これらの露出部分は、これらの 部分を容易に除去し得る従来の技術により除去され得る。露出領域が除去される と、その下の導電層が露出する。これらの露出部分は当然ながらトレンチ２への 複数の電極コネクションを提供する。

当業者には明らかなように、上述の製造工程において使用されるマスクは、トレ ンチ２への数百の異なる電極コネクションが提供されるように製造され得る。さ らに、一般的に上述したようなフォトリソグラフィ技術を利用する以外に、様々 なタイプのレーザー技術、および／またはシルクスリ一二ングおよび蒸着など、 トレンチ２に接続する（大きさが）極端に小さい電極を多数提供し得る他の技術 を使用するなど、他の方法を利用することが可能である。電極の数が多いほど、 各電極に供給される電圧は低くてすみ、モしてトレンチ内の荷電粒子の移動をよ り正確に制御することが可能である。

上面に電極を有するカードが製造されると、トレンチ２を媒体３で充填しなけれ ばならない。媒体３は、好ましくはポリアクリルアミドゲル材料、あるいは合成 ポリマーを含有するまたは含有しない緩衝溶液の形状であり、単独または界面活 性剤と組み合わせて用いられる。ゲルを加えた後、物質試料を媒体の一方の端部 に置き、時間に依存するおよび／または様々な位置に依存する電圧を電極に印加 する。様々な異なる方法で電極に電圧を供給することが可能であるが、電界が単 一の方向に次々に順次活性化されるように電圧を供給し、これによりトレンチに 沿って単一の方向に移動する進行性の電気的な波が供給されることが最も好まし い。この電気的な彼は、分離される分子の特定のタイプに依存する様々な速度で 移動するようにされ得る。電気的な波が移動すると、荷電粒子はトレンチ２内の 媒体を通して引き寄せられる。より速く移動する傾同がある荷電粒子は、当然な がら、トレンチの長さに沿って速く移動する移動性の電気的な波により、媒体を 通して引き寄せられる。しかし、媒体３を遅く移動する傾同がある粒子は、媒体 ３を概して遅く移動する電気的な波によってのみ移動され得る。

上述の進行性の電気的な波は、本発明の分離処理を行う好適な方法ではあるが、 同様の分離および分解能力は他の方法においても得られ得る。例えば、トレンチ ２に沿って配置された電極はすべて同時にバイアスされ得るが、電極間隔および 特定の電極の位置に依存する様々な電圧を有し得る。特定の電極に供給される電 圧はまた経時的に連続して変更され得、これにより媒体内の荷電粒子に影響を与 える様々な波様の力を生成し、媒体を通して移動する粒子の大きさ、形状、およ び電荷などの因子により異なる速度で媒体を通して粒子を移動させる。

上述の実施態様は様々な異なる方法で改変され得る。例えば、電極はトレンチ２ のいずれか一方の側に両端部を有することが可能である。装置をこの方法で製造 すると、荷電粒子は、様々な電極が活性化されると媒体３を通ってジグザグ状に 移動する。

荷電粒子が媒体３を通ってジグザグ移動するのを避けるために、様々な他の実施 態様が可能である。例えば、２つのカードを製造して、一方のカードは実質的に 他方の鏡像とする。

これら２枚のカードを互いに向かい合わせで接着させて配置することにより、ト レンチ２が閉鎖されたカラムを形成する。

この実施態様によれば、電極ラインはトレンチ２の縁部で終結しないで、上面お よび底面でトレンチを横切って連続している。従って、電位は複数の異なる間隔 てカラムに沿って形成されるカラムの周りに生成される。電極を順次活性化する ことにより電界の波が生じ、カラムの一方の端部から他方の端部へと移動する。

これによりカラム内の媒体を通して荷電粒子を引き寄せる効果が生じる。前回と 同様、速い分子はカラムに沿って速く移動する移動性の電気的な波により媒体を 移動し、遅い分子は遅（移動する電気的な波により媒体を移動する。複数の異な る速度の移動電気的な波を供給することにより、媒体内の荷電粒子の異なるバン ドまたはグループを正確に分解することが可能である。

変形例として、装置上の電極は、カラムの長さ全体にわたって複合電圧プロフィ ールを生成する特定の方法に従って問時に印加され得る。電圧プロフィールはカ ラム内の荷電粒子にかかる力を生成し、そして経時的に変化して、分解される試 料内の荷１ｉ粒子の様々な種またはグループを正確に分解し得る。

製造される本発明の実施態様とは別に、電極は、移動電気的な波または電圧プロ フィールをトレンチ２に沿って供給するようにプログラムされたソフトウェアを 有する電気コンピュータに接続されるのが好ましい。様々なタイプの荷電粒子を 互いに分離することに関して可能な限りの最良の分解が得られるように、様々な 異なるタイプのソフトウェアが提供され得る。

本発明のさらに高度な実施態様においては、電極に接続されるコンピュータソフ トウェアは紫外線分光計または蛍光分光計などの光学探知装置と接続され得る。

分光計の焦点は１点にまたはトレンチ２の媒体３に沿った様々な地点に合わされ 得る。紫外線分光計が、媒体３の様々な部分へ移動する異なるタイプの粒子を読 み取ると、その情報はコンピュータに送られ、コンピュータは、媒体３を移動す る荷電粒子の分解をさらに正確に微調整するために、電気的な波の速度または電 圧分布プロフィールを調整し得る。

当業者には明らかなようにトレンチ２はいかなる形状でも有し得る。詳しくは、 トレンチ２は上面に複数のブランチを有するような形状を有し得る。トレンチ２ のブランチは各々、トレンチ自体と同様に緩衝溶液で充填され得る。この後、ブ ランチの各々のベースには特別な荷電反応物質が供給され得る。荷電反応物質は 次に、コンピュータにより生成される移動性の電気的な波を利用することにより 互いに接触するように移動し得る。従って、様々な異なるタイプの分子の合成ま たは配列プロトコールを提供するために、高度なコンビニ−タブログラムを設定 し得る。例えば、様々なヌクレオチドを反応させてＤＮＡを形成し得、そして様 々なアミノ酸を反応させてタンパク質を形成し得る。これらの反応は従来の機械 的な方法と比較してきわめて速い速度で行なわれ得る。速度が速くなることに加 えて、反応剤を正確に移動させ得るために収量が大幅に向上する。

上述のように合成反応を行うことに加えて、ＤＮＡまたはタンパク質の配列手順 を行うことが可能である。これらの手順においては、タンパク質における個々の アミノ酸またはＤＮＡ分子における個々のヌクレオチドは、分子の一方の端部か ら連続的に開裂され得る。アミノ酸またはヌクレオチドは開裂されると、装置内 の特定の位置に移動し、分光計を使用することなどにより同定され得る。このよ うな配列方法を使用すれば、バルブ、試薬、ビン、洗浄、濾過、および本来機械 的であり従来の配列方法においては必要である単調な操作の多くが不必要となる 。

上述の分離、合成、および配列の方法に加えて、本発明は他の様々な目的に対し て有用である。例えば、化合物の大型の混合物から不純物を分離して、真空分画 処理より実質的にさらに純化される精製処理を行うために本発明の特定の実施態 様を利用することが可能である。成分の混合物を様々な純粋なグループに分離し 、平行トラックに沿って移動させ得る。

混合物を分解すると、所望の成分は特定の正確な時間に横方向の電界の波により 誘導され、近隣の特定の反応剤と反応し得る。変形例として、選択された成分は 、媒体内を移動する特定の荷電粒子と反応する抗原−抗体で充填されたトレンチ に誘導され得、もしくは相補組成物、染料、蛍光タグ、無線タグ、酵素特異性タ グ、あるいは本来物理的または化学的である様々な変換などの、数を問わない目 的のための他のタイプの化学薬品と接触するように移動され得る。さらに、細菌 または哺乳類の細胞、もしくはウィルスを、複雑なトレンチネットワークにより 選別し得る。このネットワークは、移動する特定の物質の大きさ、電荷、または 形状に基づいて、細胞またはウィルスを電界を通して移動させるために、様々な 異なる方法で電界を生成し得る複数の電極に関するものである。分離された細胞 またはウィルスは引続き分析または改変され得る。

図２に示す実施態様は一般に、タンパク質およびＤＮＡ、さらに荷電分子、高分 子電解質、細菌、およびウィルスを含む大量の生体高分子を精製するために利用 される。この実施態様を利用して得られる分離結果は、特定の媒体中の荷電粒子 が印加された電界にさらされるとこれら媒体中の粒子の移動度が異なることによ る。この実施態様によれば、複数の電極または複合電界を供給する必要はない。

本発明は、試料を保持する媒体と電極との間を相対的に移動させることにより一 対の電極を利用して行なわれ得る。

図２に示す実施態様においては、円柱状ロッド１１が、必要な電圧を供給するた めの電源１３に接続される一対の電極１２および１２’　を貫通している。この 実施態様においては、電極１２および１２は、穴が中央に形成された平行なプレ ートの形状であり、これにより、シリンダー１１の内部の媒体１４内の荷電分子 にかかる力を生成する電界が形成され得る。

シリンダー１１および電極１２および１２′は制御により互いに相対的に移動す る。ロッド１１の電極１２および１２゜の間の部分のみが電界からのあらゆる力 の影響を受ける。従って、電界の影響下にある特定の部分に存在する媒体１４内 の荷電粒子のみがシリンダーｌｌ内で移動する。媒体１４に注入された特定の試 料の物質は、媒体１４内で様々な移動度を示すため、媒体内の荷電粒子が分離さ れ得る。速（移動する荷電粒子は、シリンダー１１に対して電極１２および１２ を速く移動させることにより速く移動する電界と共に進み得る。遅く移動する荷 電粒子種は直ちに遅れをとり、無電界領域に取り残される。電極１２および１２ ’　に供給される電圧１３は当然ながら所望通りにオンオフされ得る。例えば、 シリンダー１１は電極１２および１２を通って矢印の方向に、シリンダー１１の 端部がこれに達するまで移動し得る。次に電源をオフにしてロッドを元の位置に 戻し、所望の分離を得るために必要な回数だけプロセスを繰り返し得る。シリン ダー１１および電極１２および１２゛が移動する速度を変動させることにより、 高度な分離分解が可能である。

シリンダー１１内に存在する媒体１４などの媒体はいがなる形状でも有し得る。

例えば、媒体は方形平板のゲルの形状であり得、１つ以上の異なる種類の電界を 生成する一対以上の電極を平板に対して移動させ、粒子をゲルを通って移動させ る移動電界を形成して試料中の様々なタイプの荷電粒子を正確に分離させ得る。

電極１２および１２′に対してシリンダー１１を手動で移動させて所望の分離効 果を得ることが可能である。しかし、一対以上の電極を機械的手段と接続して配 置し、これによりこれらの電極をシリンダー１１の長さに沿って機械的手段によ り自動的に移動させて媒体１４内の荷電粒子を分離させ得ることが指摘される。

変形例として、当然ながら、シリンダー１１を電極１２および１２′に対して移 動させるためにシリンダー１１を機械的手段に接続し、これにより所望の分離効 果を得ることが可能である。電極とシリンダーの両方を同時に移動させることも 当然ながら可能である。当業者に周知の様々な異なるタイプの単純なロボットを 利用して、シリンダー１１または電極１２および１２′のいずれか一方、あるい は両方を移動させるような機械的手段を提供し得る。媒体１４は、様々な異なる 形状であることに加えて、媒体物質３を含む図１に示す実施態様に関連して上述 したタイプの様々な異なるタイプの物質で有り得る。

ＦＩＧＵＲＥ　７ 要約 媒体を通して荷電分子を移動させるために、十分な強度を有し、十分な時間印加 される複数の電界を印加することにより、媒体を通して荷電分子を移動させる装 置および方法が開示される。装置は、好ましくはサイズが小さく、好ましくは緩 衝液またはゲル媒体を含有する移動領域に多数（１００以上）の電界を生成する 。荷電分子の混合物は電界の力によりゲルを通して引き寄せられる。電界は、好 ましくは様々な速度で同時にまたは次々に順次に活性化され、分離媒体に沿って 複合力電界分布または移動性の電界の波を生成する。ゲルを通して速く移動し得 る荷電分子はより速く移動する電界の波により共に移動し、遅い分子と分離する 。電界はコンピュータソフトウェアにより活性化され得、そして分子を互いに離 して、迅速なおよび複雑な化学合成、配列、または反応プロトコールを得るため に使用され得る。

補正書の写しく翻訳文）提出書く特許法第１８４条の８）平成４年８月２８日

Claims (23)

【特許請求の範囲】
1. １．荷電粒子を媒体を通して移動させる装置であって：ポリマー物質により形成 される、限定された境界を有する移動領域； 該移動領域に保持される媒体であって、移動する該荷電粒子とは異なる物質を含 み、移動する該荷電分子に対する摩擦抵抗を提供し得る、媒体；および 複数の２つより多い電界を該移動領域に提供する手段であって、該電界は該荷電 分子を該媒体を通して、および制御により該移動領域に沿って１つの電界から別 の電界へ移動させるのに十分な強度を有する手段、を備えた装置。
2. ２．前記複数の電界を提供する手段が、前記媒体に対して前記移動領域上の多数 の部位に形成される電極であり、そして１ミクロンと１０センチメートルの間の 距離だけ離れている、請求項１に記載の装置。
3. ３．前記複数の電界を提供する手段が、前記媒体に対して静止し、そして前記移 動領域の外部にあり、かつ、該移動領域が該複数の電界を提供する手段に対して 移動され得る、請求項１に記載の装置。
4. ４．前記移動領域が、実質的に表面電荷を有しない硬質、非孔性、および非導電 性ポリマーにより形成される、請求項１に記載の装置。
5. ５．前記移動領域が、ポリメチルメタクリレート、ポリカーボネート、ポリエチ レンテレフタレート、ポリスチレン、およびスチレンコポリマーよりなる群から 選択されるポリマーにより形成される、請求項４に記載の装置。
6. ６．前記移動領域が、間に開口部を有する２つの対向するポリマーシートにより 形成され、該開口部が前記媒体、および該開口部の長さに沿って２つより多い電 界を提供する手段を含む、請求項１に記載の装置。
7. ７．前記複数の電界を提供する手段が、時間および位置により変動され得、これ により該複数の電界内の前記媒体の領域に複数の異なる電圧が印加される、請求 項１に記載の装置。
8. ８．前記媒体が、前記移動領域の分岐したトレンチに含有される、請求項１に記 載の装置。
9. ９．前記媒体がゲルの形状である、請求項１に記載の装置。
10. １０．前記ゲルが架橋性ポリアクリルアミドゲルである、請求項９に記載の装置 。
11. １１．前記媒体が液体の形状である、請求項１に記載の装置。
12. １２．前記液体が、ポリマー溶液、界面活性ミセル溶液、および多孔性または固 形の形状を有する充填粒子を含有する懸濁液からなる群から選択される液体であ る、請求項１１に記載の装置。
13. １３．荷電粒子を媒体を通して移動させる方法であって、限定された境界を有し 、そして実質的に表面電荷を有しない硬質、非孔性、および非導電性ポリマー、 およびその内部の媒体により形成される移動領域に該荷電粒子を配置する工程で あって、該媒体は該荷電粒子とは異なる粒子により形成され、そして該媒体は該 媒体を通って移動する該荷電粒子に対する摩擦抵抗を提供する、工程； 電圧プロフィールを提供するために、様々な電圧を有する前記移動領域に沿って 配置される電極を同時に活性化することにより、該媒体の特定の方向に沿って電 圧プロフィールを生成する工程；および 該荷電粒子が、該電圧プロフィールにより生成される力に反応して該媒体を通っ て移動するように、連続して電圧プロフィールを生成する工程、を包含する方法 。
14. １４．請求項１３に記載の、荷電粒子を媒体を通して移動させる方法であって、 時間により制御される方法で前記移動領域に沿って配置される電極を順次活性化 することにより、該媒体の特定の方向に沿って移動電界を生成する工程；および 該荷電粒子を、該媒体を通る波に反応して移動させるために連続して該波を生成 する工程、を包含する方法。
15. １５．電界が前記媒体の異なる領域に同時に印加される、請求項１３に記載の方 法。
16. １６．前記媒体内で移動するとき互いに反応する粒子を提供する工程をさらに包 含する、請求項１３に記載の方法。
17. １７．前記粒子が互いに反応してポリマーを合成する、請求項１６に記載の方法 。
18. １８．前記粒子が、ヌクレオチドおよびアミノ酸よりなる群から選択される、請 求項１７に記載の方法。
19. １９．前記粒子が互いに反応して標識粒子を生成する、請求項１６に記載の方法 。
20. ２０．前記標識粒子が、抗体、染料、蛍光標識、放射線標識、および酵素よりな る群から選択される標識により標識される、請求項１９に記載の方法。
21. ２１．前記媒体が前記移動領域のトレンチ内に位置する、請求項１３に記載の方 法。
22. ２２．前記トレンチが分岐され、そして前記粒子のいくつかを該トレンチのブラ ンチに移動させるために、前記電界が変動する、請求項２１に記載の方法。
23. ２３．前記媒体が互いに接続した多数のトレンチに位置し、そして粒子が他のト レンチの粒子と反応するように粒子を１つのトレンチから他のトレンチヘ移動さ せるために、前記電界が変動する、請求項２１に記載の方法。