JPH06172381A - 生体高分子結晶化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は生体高分子結晶化装置に関し、結晶化
精度を向上させることを目的とする。 【構成】複数の結晶成長室１を備えたセルブロック２
と、セルブロック２に連結可能で、複数のシリンジ３を
備えたシリンジブロック４と、セルブロック２の結晶成
長室１に連通する廃液溜５とを有し、前記セルブロック
２の結晶成長室１に至る流路２ａには、攪拌装置６と、
該攪拌装置６により攪拌された混合溶液をいずれかの結
晶成長室１に選択的に供給するロータリーバルブ７を設
け、前記シリンジ３内の溶液を所定手順で結晶成長室１
内に移送するとともに、オーバーフローを廃液溜５に移
送し、被結晶化溶液８と結晶化剤溶液９とを結晶成長室
１内で所定状態に維持して結晶化を行うように構成す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、生体高分子結晶化装
置、特に、宇宙等の微小重力環境下における生体高分子
結晶化装置に関するものである。

【０００２】近年、宇宙環境を各種結晶成長の場として
利用したり、半導体、合金、バイオマテリアル等の新材
料の製造に使おうという試みが盛んになりつつある。し
かし、宇宙環境においては地上とは異なり、微小重力に
由来する様々な物理現象が存在する。したがって、微小
重力環境において、各種の開発や製造を行う際に、予め
環境の特質を充分に考慮することが重要である。

【０００３】また、宇宙で行う実験は、宇宙への輸送コ
ストが嵩むことはもちろん、機会も限られている。その
上、無人人工衛星に搭載した場合では、装置が全て自動
化されている必要があり、一方、有人実験でも搭乗者の
一つの実験にさける時間と手間が極めて限られている。

【０００４】また、装置への試料の装填から打ち上げを
経て実験を行うまでに、長時間を要するというような、
多くの問題点があった。特に、蛋白質試料を溶かした微
小量の溶液を結晶化剤溶液９と混合して、蛋白質溶液を
過飽和状態とすることにより行われる蛋白質の結晶化実
験は、近年宇宙実験への期待が高まっているものの一つ
であるが、通常地上においては再現性が悪いため、同じ
組成、条件の実験を複数回行ったり、結晶化容器の形
状、洗浄等の前処理方法等、あらゆる条件を極力同じに
する必要があること、また、それに加えて試料の変質が
起こりやすいこともあり精製直後の試料を用いるのが常
であること、扱う試料が極めて貴重であるために行う実
験のスケールが数マイクロ・リットルないし数ミリ・リ
ットルと小さいこと、等の独自の問題点があった。

【０００５】

【従来の技術】一般に生体高分子結晶化の手段として
は、（イ）被結晶化溶液および結晶化剤溶液を混合し、
そのまま放置する方法（以下「静置バッチ法」とい
う。）、（ロ）結晶化剤溶液の濃度条件を少しづつ異な
らせ、この内特定の条件で最良の結晶成長を実現する方
法（以下「塩濃度勾配法」という。）、（ハ）透析膜を
介して被結晶化溶液と結晶化剤溶液を隣接配置し、拡散
により両液の混合状態を実現する方法（以下「透析法」
という。）、（ニ）上記透析膜を介することなく両液を
隣接配置し、二液の混合状態を実現する方法（以下「自
由界面拡散法」という。）、（ホ）気相を介して二液を
対峙させ、互いの蒸気圧の差を利用して二液の混合状態
を実現する方法（以下「蒸気拡散法」という。）、が多
用されており、これらについての試験に適するものとし
て、先に発明者は、結晶化容器と試料保存部とカセット
化した装置を提案した。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した装置
においては、微量の試料溶液を予め所定濃度の結晶化剤
と混合して宇宙用結晶成長室に仕込んでおく必要があ
り、そのため、宇宙で実際に結晶化を行う際に、溶液組
成等の結晶化条件を変更できないという問題を有する上
に、個々の実験バッチが少量の液体を取り扱うために、
実験前に、例えば水分が逃げて濃縮されて溶液の組成が
変わってしまう危険性も有するという問題を有するもの
であった。

【０００７】本発明は、以上の欠点を解消すべくなされ
たものであって、試験精度の高い生体高分子結晶化装置
を提供することにより達成される。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明によれば上記目的
は、実施例に対応する図１に示すように、複数の結晶成
長室１を備えたセルブロック２と、セルブロック２に連
結可能で、複数のシリンジ３を備えたシリンジブロック
４と、セルブロック２の結晶成長室１に連通する廃液溜
５とを有し、前記セルブロック２の結晶成長室１に至る
流路２ａには、攪拌装置６と、該攪拌装置６により攪拌
された混合溶液をいずれかの結晶成長室１に選択的に供
給するロータリーバルブ７を設け、前記シリンジ３内の
溶液を所定手順で結晶成長室１内に移送するとともに、
オーバーフローを廃液溜５に移送し、被結晶化溶液８と
結晶化剤溶液９とを結晶成長室１内で所定状態に維持し
て結晶化を行う生体高分子結晶化装置を提供することに
より達成される。

【０００９】また、上記構成の下、塩析結晶法による結
晶化は、図2に示すように、シリンジブロック４内のシ
リンジ３には、少なくとも、被結晶化溶液８、結晶化剤
溶液９、および緩衝溶液１０を別個に収容し、シリンジ
３を所定の手順で駆動して各結晶成長室１内に被結晶化
溶液８と結晶化剤溶液９との混合溶液を供給することに
より行われ、膜介在二液拡散法による結晶化は、図５に
示すように、セルブロック２の結晶成長室１は透析膜１
１を介して二室に区画され、該二室の内一室に被結晶化
溶液８を収容するとともに、シリンジブロック４のシリ
ンジ３には、結晶化剤溶液９と緩衝溶液１０を別個に収
容し、シリンジ３を所定の手順で駆動して各結晶成長室
１内に結晶化剤溶液９と緩衝溶液１０との混合溶液を供
給し、結晶成長室１内で前記混合溶液と被結晶化溶液８
とを透析膜１１を介在させて対面させることにより行わ
れる。

【００１０】さらに、自由界面拡散法による結晶化は、
図６に示すように、各溶液の流路には、異なる二液の間
に界面を形成する界面形成部１２が設けられ、該界面形
成部１２において形成された二液の自由界面を結晶成長
室１内に移送することにより行われる。

【００１１】この場合、界面形成部１２は、細い管状の
二液の流路を交差させて形成することが可能である。ま
た、気体浸透法による結晶化は、図７に示すように、セ
ルブロック２の結晶成長室１の内壁には、吸液材１３を
固定するとともに、該吸液材１３に気相を介して被結晶
化溶液８を保持し、かつ、シリンジブロック４のシリン
ジ３には、結晶化剤溶液９と緩衝溶液１０を別個に収容
し、シリンジ３を所定の手順で駆動して吸液材１３に結
晶化剤溶液９と緩衝溶液１０との混合溶液を供給し、結
晶成長室１内で前記混合溶液と被結晶化溶液８とを気相
を介在させて対面させることにより行われる。

【００１２】さらに、上記結晶化装置において、結晶成
長室１の外壁を透明体により形成し、結晶成長室１内で
の結晶成長過程を観察可能とすることも可能であり、シ
リンジブロック４、およびセルブロック２を温度調節器
により温度管理をすることも可能である。

【００１３】

【作用】本発明において、生体高分子結晶化装置は、連
結可能なシリンジブロック４とセルブロック２、および
廃液溜５を備え、結晶化は、シリンジブロック４内のシ
リンジ３を所定の手順で駆動させることにより、シリン
ジ３内の被結晶化溶液８、および結晶化剤溶液９を結晶
成長室１に移送して行われる。

【００１４】セルブロック２には、ロータリーバルブ７
が設けられており、シリンジ３から送出される溶液を複
数の結晶成長室１に振り分ける。ロータリーバルブ７を
設けることにより、１つのシリンジ３内に複数回分の溶
液を収容しておくことができ、シリンジ３の容量を大き
くすることができる。この結果、水分等の蒸発による濃
縮に起因する溶液の組成変化の程度を低下させることが
可能になる。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の望ましい実施例を添付図面に
基づいて詳細に説明する。図１に本発明の実施例を示
す。この実施例は、静置バッチ法に有効な結晶化装置を
示すもので、図示しない装置筐体に着脱可能に装着され
るセルユニット１４上に固定されるシリンジブロック４
と、セルブロック２と、廃液溜５とを有して構成され、
これらセルユニット１４、シリンジブロック４、および
廃液溜５は、図示しないセルマウント上に着脱可能に搭
載される。

【００１６】シリンジブロック４は、一列に並べられる
複数のシリンジ３、３・・を備えており、各シリンジ３
には、被結晶化溶液８となる蛋白質溶液、沈殿剤として
作用する結晶化剤溶液９、ｐＨを一定に保つための緩衝
溶液１０、および例えば添加剤が別個に収納される。ま
た、各シリンジ３の抽出先端に連通する流路４ａは、リ
ボン状の開閉弁１５により開放可能に閉塞されており、
試験開始前における蛋白質溶液８等の漏れが防止され
る。なお、図２において１５ａは開閉弁１５に装着され
るＯリングを示す。

【００１７】一方、セルブロック２は、Ｏリング１６を
介して上記シリンジブロック４に接合可能であり、シリ
ンジブロック４に接合された状態で、シリンジブロック
４側の流路４ａにセルブロック２側の流路２ａが連結さ
れる。セルブロック２側の各流路２ａ、２ａ・・は、一
旦マイクロスターラ（攪拌装置６）に連結された後、ロ
ータリーバルブ７に連結されており、該ロータリーバル
ブ７から結晶成長室１を通って廃液溜５に至る。なお、
廃液溜５は、シリンジブロック４およびセルブロック２
に対して着脱可能であり、流路２ａが連結されるセルブ
ロック２との当接界面には、開閉弁１５’が設けられ
る。

【００１８】したがって、この実施例において、先ず、
シリンジブロック４をセットした後、開閉弁１５を開放
し、次いで、各シリンジ３のピストンを所定のシーケン
スで押すと、各シリンジ３内の蛋白質溶液８等は、流路
４ａ内に流出し、マイクロスターラ６に流入する。

【００１９】マイクロスターラ６は、上記各シリンジ３
から供給される結晶化剤溶液９等と蛋白質溶液８を混合
させた後、混合溶液をロータリーバルブ７に押し出す。
ロータリーバルブ７は、図３に示すように、中空円筒形
状の本体部７ａと、マイクロスターラ６からの流路２ａ
に連結される導入パイプ７bと、本体部７ａ内に配置さ
れた図示しない弁体によりいずれか一つが導入パイプ７
bに連結される複数の導出パイプ７c、７c・・・を有
し、マイクロスターラ６からの混合液を結晶成長室１に
振り分ける。

【００２０】結晶成長室１は、望ましくは、セルブロッ
ク２の外壁に臨む壁面を透明体で形成し、外部からの結
晶成長の観察が可能とされる。この場合、結晶成長の観
察は、各結晶成長室１に予め対峙、配置されるＣＣＤカ
メラ等を自動的にＯＮ、ＯＦＦさせて記録に残したり、
あるいは、ＣＣＤカメラ等を所定のシーケンスに移動さ
せて観察、記録するように構成することが可能である。
なお、図１において観察方向は矢印で示される。

【００２１】以上の構成の下、静置バッチ法の結晶化実
験は、以下の手順により行われる。すなわち、先ず、セ
ルブロック２にシリンジブロック４を連結させた後、シ
リンジブロック４と廃液溜５の開閉弁１５を開放し、全
ての流路２ａを連通させる。次いで、緩衝溶液１０が収
納されたシリンジ３を駆動させて緩衝溶液１０を流路２
ａ内に供給し、流路２ａ、および結晶成長室１中のエア
ーを廃液溜５に押し出すとともに、流路２ａ、４ａおよ
び結晶成長室１内を洗浄する。

【００２２】次いで、蛋白質溶液８、および結晶化剤溶
液８、緩衝溶液１０、および必要な場合、添加剤を、蛋
白質溶液８が所定の濃度、あるいは組成となるように流
路２ａ内に押し出し、マイクロスターラ６により攪拌し
た後、ロータリーバルブ７により選択されたいずれかの
結晶成長室１に混合液を送出し、図示しない温度監視機
構の下で、所定の温度条件で結晶化実験が行われる。

【００２３】全ての結晶成長室１への混合液の供給は、
同様の手順を繰り返すことによることも可能であるが、
必要であるならば、一旦数個、あるいは数ブロック単位
で等条件の混合液を供給した後、適宜時間後の結晶化の
程度を観察し、蛋白質溶液８の濃度、組成が異ならせた
混合液を未使用の結晶成長室１に分配することも可能で
ある。

【００２４】次に、塩濃度勾配法に適した実施例を図４
に示す。この実施例において、シリンジブロック４の隣
接するシリンジ３には、蛋白質溶液８と、結晶化剤溶液
９、９’・・が個別に収納されており、セルブロック２
内の流路２ａにおいてマイクロスターラ６に集中された
後、ロータリーバルブ７に連結される。

【００２５】上記ロータリーバルブ７からの混合液が収
容される結晶成長室１は、可撓性を有するチューブ体に
より形成されており、該チューブ体を櫛歯状の圧着部材
（図示せず）により数ヵ所挟み付けてチューブ体内を複
数のブロックに分割し、濃度の異なる各ブロック内での
結晶化実験がなされる。

【００２６】図５に透析法に適した実施例が示されてい
る。この実施例において、セルブロック２の結晶成長室
１は蛋白質溶液８は透過せず、結晶化剤のみを透過する
半透膜（透析膜１１）により区画されており、流路２ａ
が連結されていない側の区画に蛋白質溶液８が収容され
る。

【００２７】一方、シリンジブロック４の各シリンジ３
には、組成の異なる結晶化剤溶液９、９’・・および緩
衝溶液１０が収容されており、所定の順序で各結晶成長
室１内に送出され、上記透析膜１１を介して蛋白質溶液
８と結晶化剤溶液９とを接触させた状態で実験が行われ
る。

【００２８】なお、この場合、シリンジブロック４の各
シリンジ３に蛋白質溶液８と、組成の各々異なる結晶化
剤溶液９を収容しておき、ロータリーバルブ７を操作し
て、先ず結晶成長室１の一方に蛋白質溶液８を送出し、
次いで、他方に結晶化剤溶液９を送出するように構成す
ることも可能である。

【００２９】次に、自由界面拡散法への適用例を図６に
示す。この実施例において、シリンジブロック４の各シ
リンジ３、３’・・には、蛋白質溶液８と、組成の異な
る二種の結晶化剤溶液９、９’・・，９ａ、９ａ’・・
と、緩衝溶液１０が収容され、シリンジブロック４内の
流路４ａはセルブロック２内で合流してロータリーバル
ブ７に導かれる。

【００３０】したがって、この実施例において、先ず、
蛋白質溶液８、あるいは結晶化剤溶液９、９’・・を結
晶成長室１内に送出した後、他方を送出し、結晶成長室
１内に蛋白質溶液８と結晶化剤溶液９との液界面を形成
する。異なる結晶化剤溶液９は、各々蛋白質溶液８と組
にされ、ロータリーバルブ７により別個の結晶成長室１
に送出され、該結晶成長室１内で液界面を形成する。

【００３１】次いで、気体浸透法への適用例を図７に示
す。この実施例において、シリンジブロック４の各シリ
ンジ３、３’・・には、緩衝溶液１０と、組成の異なっ
た結晶化剤溶液９、９’・・、および緩衝溶液１０が収
容されており、蛋白質溶液８は、セルブロック２の結晶
成長室１内に収容される。

【００３２】結晶成長室１は、上記蛋白質溶液８を収容
する凹部１ａを備えており、その上方にスポンジ等の吸
液材１３が固着される。吸液材１３は、セルブロック２
内の流路２ａに連通するように配置されており、ロータ
リーバルブ７により選択された流路２ａにより送り出さ
れた結晶化剤溶液９は、吸液材１３により保持される。

【００３３】一方、凹部１ａは、図８に示すように、駆
動装置（図示せず）により開閉可能な蓋部材１bにより
閉塞されており、実験前は、結晶成長室１内の気相から
遮断されるとともに、結晶成長室１内への拡散が防止さ
れ、上記吸液材13への結晶化剤溶液９の供給後に開放さ
れて、該結晶化剤溶液９と気相を介して対面して結晶化
が行われる。

【００３４】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
による生体高分子結晶化装置によれば、シリンジから押
し出される試験液をロータリーバルブにより各結晶成長
室に分配するようにしたので、一本のシリンジに多くの
試験液を収容しておくことが可能になる。

【００３５】この結果、水分蒸発等による組成の変化を
最少にすることができ、試験精度を飛躍的に向上させる
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す図である。

【図２】図１の配管を示す図である。

【図３】ロータリーバルブを示す図である。

【図４】塩濃度勾配法への適用を示す図である。

【図５】透析法への適用を示す図である。

【図６】自由界面拡散法への適用を示す図である。

【図７】蒸気拡散法への適用を示す図である。

【図８】結晶成長室を示す図である。

【符号の説明】

１ 結晶成長室 ２ セルブロック ２ａ 流路 ３ シリンジ ４ シリンジブロック ５ 廃液溜 ６ 攪拌装置 ７ ロータリーバルブ ８ 被結晶化溶液 ９ 結晶化剤溶液 １０ 緩衝溶液 １１ 透析膜 １２ 界面形成部 １３ 吸液材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岡 浩太郎 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (72)発明者 植田 秀文 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数の結晶成長室（１、１・・・）を備え
   たセルブロック（２）と、 セルブロック（２）に連結可能で、複数のシリンジ
   （３、３・・・）を備えたシリンジブロック（４）と、 セルブロック（２）の結晶成長室（１）に連通する廃液
   溜（５）とを有し、 前記セルブロック（２）の結晶成長室（１）に至る流路
   （２ａ）には、攪拌装置（６）と、該攪拌装置（６）に
   より攪拌された混合溶液をいずれかの結晶成長室（１）
   に選択的に供給するロータリーバルブ（７）を設け、 前記シリンジ（３）内の溶液を所定手順で結晶成長室
   （１）内に移送するとともに、オーバーフローを廃液溜
   （５）に移送し、 被結晶化溶液（８）と結晶化剤溶液（９）とを結晶成長
   室（１）内で所定状態に維持して結晶化を行う生体高分
   子結晶化装置。
2. 【請求項２】前記シリンジブロック（４）内のシリンジ
   （３）には、少なくとも、被結晶化溶液（８）、結晶化
   剤溶液（９）、および緩衝溶液（１０）を別個に収容
   し、 シリンジ（３）を所定の手順で駆動して各結晶成長室
   （１）内に被結晶化溶液（８）と結晶化剤溶液（９）と
   の混合溶液を供給して静置バッチ法による結晶化を行う
   請求項１記載の生体高分子結晶化装置。
3. 【請求項３】前記セルブロック（２）の結晶成長室
   （１）は透析膜（１１）を介して二室に区画され、 該二室の内一室に被結晶化溶液（８）を収容するととも
   に、シリンジブロック（４）のシリンジ（３）には、結
   晶化剤溶液（９）と緩衝溶液（１０）を別個に収容し、 シリンジ（３）を所定の手順で駆動して各結晶成長室
   （１）内に結晶化剤溶液（９）と緩衝溶液（１０）との
   混合溶液を供給し、 結晶成長室（１）内で前記混合溶液と被結晶化溶液
   （８）とを透析膜（１１）を介在させて対面させて透析
   法による結晶化を行う請求項１記載の生体高分子結晶化
   装置。
4. 【請求項４】前記各溶液の流路には、異なる二液の間に
   界面を形成する界面形成部（１２）が設けられ、該界面
   形成部（１２）において形成された二液界面を結晶成長
   室（１）内に移送して自由界面拡散法による結晶化を行
   う請求項１の生体高分子結晶化装置。
5. 【請求項５】前記界面形成部（１２）は、細い管状の二
   液の流路を交差させて形成される請求項４記載の生体高
   分子結晶化装置。
6. 【請求項６】前記セルブロック（２）の結晶成長室
   （１）の内壁には、吸液材（１３）を固定するととも
   に、該吸液材（１３）に気相を介して被結晶化溶液
   （８）を保持し、 かつ、シリンジブロック（４）のシリンジ（３）には、
   結晶化剤溶液（９）と緩衝溶液（１０）を別個に収容
   し、 シリンジ（３）を所定の手順で駆動して吸液材（１３）
   に結晶化剤溶液（９）と緩衝溶液（１０）との混合溶液
   を供給し、 結晶成長室（１）内で前記混合溶液と被結晶化溶液
   （８）とを気相を介在させて対面させて蒸気拡散法によ
   る結晶化を行う請求項１記載の生体高分子結晶化装置。
7. 【請求項７】前記結晶成長室（１）の外壁を透明体によ
   り形成し、結晶成長室（１）内での結晶成長過程を観察
   可能とした請求項１、２、３、４、５または６記載の生
   体高分子結晶化装置。
8. 【請求項８】前記シリンジブロック（４）、およびセル
   ブロック（２）は温度調節器により温度管理がなされる
   請求項１、２、３、４、５、６または７記載の生体高分
   子結晶化装置。