JPS62220851A - 電気泳動装置 - 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】 （発明の分野） 本発明は、蛋白質、核酸等のように溶液中で電Ｎ基を持
つ物質を、その粒子の荷電および分子量の相違に基づい
て分離分析する等のために用いられる電気泳動装置に関
するものでめ６つ（発明の背景） 緩衝液を浸み込ませたゲル暎、濾紙などのシート状電気
泳動媒体中において蛋白質、蛋白質分解物、核酸、核酸
分解物などの荷電分子または粒子が電場の影響下で移動
する現象を利用して、それらの物質の分離を行なう電気
泳動操作が従来から知られており、特に上記のような生
体高分子物質の分離と固定に利用されている。

特に最近注目されている遺伝子工学の分野においては、
オートラジオグラフィーを利用したＤＩ’４Ａなどの核
酸の塩基配列の決定のために電気泳動操作の実施が必須
とされている。この目的における電気泳動操作は一般に
、放射性４！１ｌｉｉ１が付されたＤＮＡあるいはＤＮ
Ａ断片の塩基特異的反応物混合物を電気泳動媒体の電界
方向に沿って複数種並行して泳動させる操作が含まれる
。そして、その泳動により得られた複数列の泳動パター
ン（電気泳動により上記媒体上に形成されるゾーンの集
合体）をオートラジオグラムとして得たのち、各列のゾ
ーンを相互に対照比較することにより塩基配列の決定が
行なわれる。すなわち、同一の分子量を有する塩基特異
的反応物は、電気泳動の開始点が同一であれば同一の位
置に移動するとの電気泳動の原理を利用して、それらの
対照比較を行なっている。

一般に電気泳動媒体としては濾紙、メンブランフィルタ
、澱粉ゲル幌、ポリアクリルアミドゲル幌などが用いら
れており、厚さの均一なシート状のものである。これら
の電気泳動媒体のうち、澱粉ゲル横、ポリアクリルアミ
ドゲル幌などのゲル暎は、ガラス板等の非導電性材料か
らなる平坦な支持体（支持具）の周囲に支持枠（スペー
サ）を設置して形成したモールド上にゲル調製液を導入
し、必要に応じてざらに別の支持体で上面を密閉したの
ちゲル化させることによって形成される。

この電気泳動媒体によって電気泳動操作を行なう際には
一般に、該電気泳動媒体を両側から挟持する非導電性の
平板状支持体を保持する支え台と、上記支持体の一方に
隣接するように配されて該支持体の上端開口と連通し、
内部に緩衝液を貯えうる上部Ｉｔ衝液液槽、上記支持体
の下端開口と連通し、内部に１！ｉ液を貯えうる下部緩
衝液槽と、上部および下部緩衝液槽の各々に配された上
部および下部電極とを有する電気泳動装置が用いられる
。

すなわちこの装置の上部電極および下部電極間に所定電
圧を印加すれば、上部および下部緩衝液槽に貯えられた
緩衝液を介して電気泳動媒体の上下方向に電位勾配が与
えられて、電気泳動が行なわれる。

ところで、シート状電気泳動媒体を用いて上記のような
電気泳動操作を行なった場合、同一の分子量を有する物
質であってもそれらの泳動位置により泳動距離が不均一
になる現象が生じることが従来より認められている。す
なわち、荷電物質の移動速度（すなわちゾーンの移動距
離）は一般に中央部よりも両側部の方が小さくなる傾向
があり、このため一定時間経過後の泳動パターンは、第
７図に例示したように、両側部におけるゾーンの移動距
離が、中央部におけるゾーンの移動距離よりも短くなっ
たパターンになりやすい。なお第７図は、支持体（支持
具）７０の上に形成された電気泳動媒体７１上にて上端
開始点７２から電気泳動させて得られたゾーン７３．７
３’の泳動パターンを模式的に示すものである。この現
象はスマ゛イリング効果と呼ばれ、ＤＩ’４Ａなどの塩
基配列の決定操作のように複数の泳動列を対照比較する
工程を含む操作においては、塩基配列など、得られる情
報の１１度の低下を引き起こす大きな原因となっている
。

上記スマイリング効果の発生の主な原因としては、電気
泳動媒体中を？！流が通ることにより発生した熱（ジュ
ール熱）が側面縁部から放熱されるために中央部と側面
部とで温度差が生ずることが挙げられる。すなわち、発
生したジュール熱は電気泳動媒体の中央部では表面およ
び裏面からのみ放熱されるが、側面部では更に側面縁部
からの放熱が加わる。また、これらの放熱を補うために
ジュール熱が幅方向に移動することもあるが、この熱の
移動についても、電気泳動媒体の中央部は両側からの熱
の流入により放熱が補償されやすいのに対し、両側面部
では一方の側から熱の流入があるのみとなり、放熱の補
償が不十分となる。これらの理由により、側面部の温度
は中央部の温度に比較して低くなる傾向があり、その結
果、温度の低い側面部では荷電物質の移動速度が中央部
より小ざくなり、スマイリング効果が発生する。

このため従来より、スマイリング効果の発生を防止する
ため、支持体の電気泳動媒体に接しない側の表面に熱伝
導率の良い金属板などからなる放熱板を付設して温闇差
の発生を抑制するという工夫がなされている。このよう
にすればある程度の効果は得られるが、金属板の平面度
を高めるのが難しいため金属板と支持体を全面にわたっ
て密着させるのが難しく、放熱板の放熱にムラが生じ易
いなどの問題があり、したがってスマイリング効果発生
を完全に防止するのは困難であり、ざらには放熱板を付
設する作業も煩雑となる。

このようなことから、第８図に示すように、緩衝液を入
れた上部緩衝液槽８１を、電気泳動媒体８４を挟持する
平板状支持体８３の裏面にまで延ばして、下部緩衝液槽
８１内の緩衝液が支持体８３の裏面全体に接触するよう
にした装置も使用されている。このようにすれば、上部
電極８２と下部電極８６との間に印加された電圧は、上
部緩衝液槽８１および下部緩衝液槽８５内の緩衝液を介
して電気泳動媒体８４に印加され、このとき支持体８３
の裏面全体に接触する上部緩衝液槽８１内の緩衝液によ
って支持体８３および電気泳動媒体８４の温度勾配が小
ざくなり、スマイリング効果の発生を抑えることができ
る。

しかしながらこの場合には、＠液液に温度差が生じない
ようにするために比較的高価な＠液液が大量に必要とな
り、電気泳動を行なわせるための経費が高くなるという
問題がある。ざらに、電気泳動のため上部および下部電
極間に印加される電圧は通常１５００〜３０００　Ｖと
高電圧であり、そして緩衝液は導電性が良いため、上部
緩衝液槽８１を下方へ伸ばして下部緩衝液槽８５に近づ
けると、両者の電気！！縁性不良の問題も生じやすい。

（発明の目的） 本発明は、このような問題に鑑み、緩衝液を大量に必要
とすることなく比較的低コストでスマイリング効果を抑
えることができ、ざらに上部および下部緩衝液槽の間の
電気絶縁不良を招くこともない電気泳動装置を提供する
ことを目的とするものである。

（発明の構成） 本発明の電気泳動装置は、先に述べたような平板状支持
体を保持する支え台と、上記支持体の一方側に隣接する
ように配された上部緩衝液槽と、下部！！衝液槽と、上
部および下部電極とを備えてなる電気泳動装置において
、 上部緩衝液槽が配置された側と反対側の支持体を壁面と
する保温水槽を設けたことを特徴とするものであるユ （作　用） 上述のような保温水槽が設けられていると、電気泳動媒
体はこの保温水槽内の水によって一様に冷却もしくは保
温されるようになり、したがって該電気泳動媒体に温度
勾配が生じることがなくな乞 （実施態様） 以下、図面に示す実施態様に基づいて本発明の詳細な説
明する。

第１図は本発明の一実施態様による電気泳動装置を示す
斜視図であり、第２図はこの装置を前方から見た正面図
、第３図は第２図の■−■線に沿った断面形状を示す断
面図である。以下、これら第１．２および３図を参照し
てこの電気泳動装置について説明する。

本装置は基本的に、支え台１上に下部緩衝液槽２および
下部緩衝液槽７が取り付けられてなる。

上部緩衝液槽２および下部＠液液槽７内にはそれぞれ幅
方向に延びた１本の白金線からなる上部電極３および下
部電極８が配され、各緩衝液槽２゜７内に緩衝液が入れ
られた時には、各電極３，８は緩衝液中に位置するよう
になっている。これら両電極３，８はそれぞれ、各緩衝
液槽２，７の側！外部に突出して取り付けられた外部端
子３ａ。

８ａに接続している。

上部緩衝液槽２は、側面プレート１２．１３、慢下面プ
レート１４および前面プレート１１により囲まれて上面
が開口するように形成された函体で、前面プレート１１
の上部には切り欠き１１ｂが形成されている。この上部
緩衝液槽２は、支持台１に取り付けられた２本の支持棒
１５．１６に上記側面プレート１２、１３が保持される
ことにより、該支持台１上の高位置に固定されている。

電気泳動に使用される電気泳動シート３０（これについ
ては後に詳述する）は、例えばガラス板、セラミックス
板等からなる平板状支持体２１ａと後述する保温水槽５
との間に挟持され、この状態のまま支持体２１ａ、保温
水槽５は例えばクリップ等を用いて上記前面プレート１
１の手前側に固定される。これにより、支持体２１ａと
上部緩衝液槽２とが相隣接することになる。なお、この
状態下で該支持体２１ａと前面プレート１１との接触面
間から緩衝液が漏れることがないように、前面プレート
１１の表面にはパツキン４が設けられている。

ここで、第４図を参照して上記電気泳動シート３０につ
いて詳しく説明する。この電気泳動シート３０は基本的
に、非導電性有機ポリマーフィルムからなる２枚のシー
ト材３１ａ、３１ｂを左右端部に所定厚さのスペーサ３
３．３４を挟んで対向配置し、両シート材３１ａ、３１
ｂの間に均一な厚さの電気泳動用ゲル横３５を挟持して
なるものである。シート材３１ａ、３１ｂは、平面性の
よいもので、非導電性かつ実質的に水不透過性であれば
どのような材質のものでもよく、ポリエチレンプレフタ
レート、ビスフェノールＡのポリカルボネートのような
ポリエステル、ポリメチルメタクリレート、ポリエチレ
ン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニルなどのビニル系重合
体、ナイロンなどのポリアミドなど、およびそれらの共
重合体く例、塩化ごニリデン・塩化ビニルコポリマー）
が好ましく用いられる。両シート材３１ａ、３２ｂの材
質は同じでも異なっていてもよい。前側のシート材（カ
バーシートとも称される）３１ｂは、それを通してオー
トラジオグラフィの際の露出が実施できる範囲で薄いほ
うが好ましく、約５０．ｕｍ以下のものが用いられ、実
用上好ましいのは厚さ杓３μｍから約５０ｕｍのもので
あり、特に好ましいのは厚さ杓５μｍから約４０ａｍの
範囲のものであるｅ侵側のシート材３１ａの厚さは、上
記シート材３１ｂと同じでおっても異なっていてもよ（
、約５μｍから約５ｍｍ、好ましくは約８μｍから３ｍ
ｍの範囲から選ばれる。

電気泳動媒体としてのゲル＠３５は、その中で電気泳動
が行なえるものであれば何でもよく、例えば代表的なも
のとして、アクリルアミドゲル、アガロースゲル、！！
粉ゲル、寒天ゲル、セルロースアセテート多孔′Ｍ幌、
濾紙などが挙げられる。

上記構成の電気泳動シート３０が前述のように平板状支
持体２１ａと保温水槽５の間に保持された際、電気泳動
ゲルｊｌ１３５は一表面側からシート材３１ａおよび支
持体２１ａ、地表面側からシート材３１ｂによって挟持
される。上述の保温水槽５は、少なくとも電気泳動シー
ト３０の電気泳動領域に対向する部分に、大きな開口５
ａを有している。したがって咳保温水槽５が電気泳動シ
ート３０の表面に取り付けられ、その中に水が貯えられ
た際には、ゲル膜３５を挟持する支持体であるシート材
３１ｂが保温水槽の壁面として作用することになる。な
おこの保温水槽５には、電気泳動シート３０との間から
水が漏れるのを防ぐために、パツキン５ｂｔｆｉ設けら
れている。

電気泳動シート３０を挟持した平板状支持体２１ａおよ
び保温水槽５を前述のようにして上部緩衝液槽２に（す
なわち支え台１に）固定した後、上部および下部？ｌ衝
液槽２，７に緩衝液Ｂを入れ、保温水槽５内に水Ｗを入
れる。この後、外部端子３ａ、Ｂａ間に所定電圧を印加
し、電気泳動を行なう。なお、支持体２１ａの上端には
、該前面プレート１１の上端の切り欠き１１ｂと同様の
切り欠きが形成され、上部緩衝液槽２内の緩衝液Ｂはこ
の切り火きを通ってゲル膜３５の上端と接触し、一方電
気泳動シート３０の下端は下部緩衝液槽７内に突出して
、ゲル膜３５の下端が下部緩衝液槽７内の緩衝液Ｂと接
触するようになっている。このため、外部端子３ａ、　
８ａに印加された電圧は緩衝液を介してゲル膜３５に作
用し、ゲル１１１３５の上端から注入された蛋白質、核
酸等の被電気泳動物質の電気泳動がなされる。なおゲル
ｖＡ３５にはシート材３５ｂを介して保温水槽５内の水
圧が作用するので、該ゲルＦＩＡ３５が膨潤してしまう
ことがない。また、シート材３１ｂの表面にチリ、ホコ
リ等が付着していても、これらのチ１ハホコリ等によっ
てゲル膜３５が押しつぶされることがない。したがって
このゲル１３５のつ７Ｓれによる泳動パターンのゆがみ
が発生せず、該泳動パターンは精度良く読み取られる。

本装置においては、保温水槽５内に貯えられた水Ｗがシ
ート材３１ｂと接触することになり、これにより電気泳
動シート３０の温度が均一化される。

このため、ゲル膜３５の冷却（もしくは保温）効果が全
面にわたってほぼ均一になり、前述のスマイリング効果
の発生を防止できる。

なお保温水槽５の開口５ａの上端は、電気泳動シート３
０のスロット部よりも下側となるように設定するのが好
ましい。すなわちそのようにすれば、上記スロット部に
対向する部分のシート材３１ｂが保温水槽５の上端部に
よって保持されるので、該シート材３１ｂが緩衝液Ｂの
水圧によってゲル膜３５から離間してしまうことが防止
できる。

以上説明した実施態様においては、ゲル膜３５を挟持す
る平板状支持体として一表面側にシート材３１ａおよび
支持体２１ａが、そして地表面側にシート材３１ｂが配
されているが、上記支持体２１ａと同様の支持体をシー
ト材３１ｂの外側に配置してもよい。しかし上記実施態
様におけるように、簿いシ高められて好ましい。

また本発明装置は特に上記のような電気泳動シート３０
を用いる場合に限らず、第５図図示のようにガラス板、
セラミックス板等からなる２枚の平板状支持体２１ａ、
２１ｂ間に、ゲル調製液を流し込んで形成したゲル膜４
５を用いる場合にも適用可能であることは勿論である。

なお、保温水槽５内の水温は常に実質的に一定に保つの
が望ましく、第１図から第３図の装置に示すように、該
水槽５の下部に水温調整用ヒーター９を配設するのが好
ましい。あるいは、保温水槽５に保温水供給管と排出管
を接続し、ポンプ等によって一定温度の水Ｗを連続的に
該水槽５に供給するとともに、水Ｗを水槽５から引き抜
くようにしてもよい。この場合、引き扱かれた水Ｗはそ
のまま廃棄してもよいし、あるいは貯留水温度を一定に
保つヒータ等が設けられた貯留槽に戻して、そこから水
槽５に再供給するようにしてもよい。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明装置においては、電気泳動
媒体を挟持する平板状支持体の外表面に保温水槽中の水
を接触させるようにしているので、この水により支持体
表面の温度をほぼ均一に維持することができ、したがっ
て電気泳動媒体の温度をほぼ均一に保って電気泳動時に
スマイリング効果が発生するのを確実に防止することが
できる。

ざらに、本発明の場合には、保温水槽に入れるのは通常
の水で良く、上部および下部緩衝液槽に入れる緩衝液の
量は各電極の電圧を電気泳動媒体に伝えるのに必要な最
小限の量で良いので、電気泳動操作のコスト低減を図る
ことができる。

また、上部緩衝液槽と下部緩衝液槽との間隔を離すこと
ができるので、両液種間の絶縁も行ないやすい。そして
保温水槽と上部＠笥液槽とは、平板状支持体を間に置い
て反対側に配されているので、これら両槽間の絶縁も良
好となる。

ざらに本発明装置は、上部緩衝液槽が隣接する平板状支
持体と反対側の支持体上に保温水槽を設ける構造をとっ
ているから、この上部緩衝液槽等を特別なものに形成す
る必要がなく、従来タイプの装置に保温水槽を付加する
だけで形成することができ、製造コストも低く抑えられ
る。

（実施例） 以下に本発明の実！態様について実施例によって説明す
るが、本発明の内容はこれに限定されるものではない。

〈実施例１および比較例〉 平板状支持体としての２枚のガラス板２１ａ、２１ｂ　
（０，５Ｘ２０Ｘ４０ｃｍ）　、ただし、一方のガラス
板は上部緩衝液槽２と連通するための切り欠き部分を有
する、を用意し、両ガラス板の間に４００μｍのスペー
サを設はクリップによりガラス板を固定した。別に下記
組成のアクリルアミド水溶液を調製した。

アクリルアミド　　　　　１１．８７ｇＮ、Ｎ’　−メ
チレンビスアクリルアミド０．６３ｇ 尿　　　　素　　　　　　　　　　４２．０ｇトリス（
ヒドロキシメチル）アミンメタンＣＣＡＳ　　Ｒｅｏｉ
ｓｔｒｙ　　１ＩＱ７７−８６−１Ｅ１．０８ＳＦ ホ　　ウ　　酸　　　　　　　　　　　　　０．　５５
ｇＥＤＴＡ−２Ｎａ塩　　　０．０９３９水を加えて１
００ｍ９Ｊとする。

該水溶液に重合開始剤としてベルオクソニ１ｉｉｌＩＮ
！アンモニウム１．３ｍ９Ｊ（５重口％）、Ｎ、Ｎ。

’４’　、　Ｎ’　−テトラメチルエチレンジアミン３
３μＱ、Ｓ：加え、上記ガラス板の間に流し込んで、ポ
リアクリルアミドゲル摸４５を形成させた。ゲルが固ま
らないうちに、ゲルの上部に厚さ４００μｍのスロット
形成用のざし込みを挿入しておいた。

電気泳動用のＤＮＡ試料は次のようにして調製した。Ｔ
ＡＫＡＲＡ製ＤＮＡシーケンスキットを使用し、その指
示書に従って、Ｍ−１３ｍｐ８およびロα−３２ｐコｄ
　ＣＴＰ　（アマジャムジャパン類）を用いてＴ反応を
行ない１２Ｐで標識されたＤＮＡを調製した。

上記の電気泳動媒体（ポリアクリルアミドゲル啜）を有
する２枚のガラス板を、切り欠き部分が上部緩衝液槽切
り欠き１１ｂと合うようにして固定した。次いで保温水
槽５内に水を入れ、また上部および下部の緩衝液槽２，
７に緩衝液を入れた。

上部緩衝液槽２を陰極、下部緩衝液槽７を陽極として、
３２ｐで標識したＤＮＡで全スロットを用いて電気泳動
を行なった。１５００Ｖの電圧を印加し、約３時間泳動
を行なった。通電中保温水槽５中の水は２８℃であった
。次いで、ガラス板をはずし、ゲル膜を濾紙に移した。

その後ゲル膜をサランラップで覆い、−７０°Ｃで１５
時間オートラジオグラフィを行なって結果を得た。電気
泳動後の泳動パターンは、第６図に示されているように
ほぼ直線を示し、スマイリング効果の発生は無視できる
程度であった。また比較実験として、保温水槽５に水を
入れない場合の電気泳動を同様に行なった。

電気泳動後の泳動パターンには第７図に示されているよ
うにスマイリング効果が現われ、中央部の泳動距離と両
側面部の泳動距離とでは約３ｃｒＲの差がめった。なお
上記第６図において、６２は上端開始点、６３’　、　
６４’は電気泳動で得られたゾーンである。

〈実施例２〉 実施例１と同様にして、電気泳動媒体（ポリアクリルア
ミドゲルｌ）及びＤＮＡ試料を用意し、本発明の電気泳
動装置による電気泳動を行なった。

その際保温水槽５の下部に配設した水温調整用ヒーター
９（５０Ｗカートリツヂヒーター）に通電し、保温水槽
の水温を５０°Ｃに一定に保つようにした。この結果保
温水槽５に水を入れただけの場合の泳動（水温的２８℃
で均一）より約２２℃高く設定され、泳動時間は保温水
槽５に水を入れただけの場合の泳動時間（約３時間）よ
り３０分程宜短縮され約２時間３０分であった工電気泳
動後の泳動パターンは第６図に示されているように実施
例１の場合と同様にほぼ直線状を示し、スマイリング効
果の発生は無視できる程度であった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施態様装置を示す分解斜視図、 第２図は上記実施態様装置の正面図、 第３図は第２図の■−■線に沿った部分の断面形状を示
す側断面図、 第４図は本発明装置に用いられる電気泳動シートを示す
断面図、 第５図は本発明装置に用いられる電気泳動媒体の他の例
を示す断面図、 第６図は本発明の電気泳動装置による泳動パタ−ンを示
す概略図、 第７図は従来の電気泳動装置による、スマイリング効果
が生じた泳動パターンを示す概略図、第８図は従来の電
気泳動装置の一例を示す断面図である。 １・・・支え台　　　　　　２・・・上部＠新液槽３・
・・上部電極　　　　　５・・・保温水槽７・・・下部
Ｍ液液槽　　　８・・・下部電極９・・・ヒーター　　
　　２１ａ、　２１ｂ・・・平板状支持体３０・・・電
気泳動シート　　３１ａ、３１ｂ・・・シート材３５、
４５・・・ゲル横　　　　８・・・緩衝液Ｗ・・・水 第２図　　第３図 第４図 第５図 第６図　　第７図 第８図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）シート状の電気泳動媒体を両側から挟持する非導
   電性の平板状支持体を保持する支え台と、前記支持体の
   一方に隣接するように配されて該支持体の上端開口と連
   通し、内部に緩衝液を貯えうる上部緩衝液槽と、前記支
   持体の下端開口と連通し、内部に緩衝液を貯えうる下部
   緩衝液槽と、前記上部および下部緩衝液槽の各々に配さ
   れた上部および下部電極とを有し、 該上部および下部電極間に所定電圧を印加することによ
   り、前記上部および下部緩衝液槽内に貯えられた緩衝液
   を介して前記電気泳動媒体の上下方向に電位勾配を与え
   て電気泳動を行なわせる電気泳動装置において、 前記上部緩衝液槽が配置された側と反対側の支持体を壁
   面の１つとする保温水槽が設けられたことを特徴とする
   電気泳動装置。
2. （２）前記保温水槽の下部に、該保温水槽内の水温を調
   整するためのヒーターが設けられたことを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載の電気泳動装置。