JPWO2004051252A1 - Separation apparatus and mass spectrometry system using the same - Google Patents

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飯田 一浩
一浩 飯田
川浦 久雄
久雄 川浦
佐野 亨
亨 佐野
馬場 雅和
雅和 馬場
井口 憲幸
憲幸 井口
染谷 浩子
浩子 染谷
服部 渉
渉 服部
麻生川 稔
稔 麻生川
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Abstract

試料(112)は、試料導入路(114)に導入され、隔壁(118)に設けられた微細流路を介して泳動レーン(120)に導かれる。泳動レーン(120)には、電極(116a)及び電極(116b)が対向配置されている。これらの電極により構成される電界の方向に対して側方から試料(112)が導入されるようになっている。試料(112)には、等電点電解質が含まれているため、電界の影響を受けて泳動レーン(120)内にpH勾配が形成される。このため、隔壁(118)の微細流路から導入された試料は、図示したように、泳動レーン(120)内において、各成分の等電点に応じてバンドに収束する。収束されたバンドの成分は、速やかに泳動レーン(120)内に取り込まれる。The sample (112) is introduced into the sample introduction channel (114) and guided to the electrophoresis lane (120) through the fine channel provided in the partition wall (118). In the electrophoresis lane (120), an electrode (116a) and an electrode (116b) are arranged to face each other. The sample (112) is introduced from the side with respect to the direction of the electric field constituted by these electrodes. Since the sample (112) includes an isoelectric electrolyte, a pH gradient is formed in the electrophoresis lane (120) due to the influence of the electric field. For this reason, the sample introduced from the fine channel of the partition wall (118) converges into a band in the electrophoresis lane (120) according to the isoelectric point of each component, as shown. The converged band component is quickly taken into the electrophoresis lane (120).

Description

本発明は、等電点等により試料の分離を行う分離装置およびそれを用いた質量分析システムに関するものである。  The present invention relates to a separation apparatus for separating a sample by an isoelectric point or the like, and a mass spectrometry system using the same.

ポストゲノム時代の一翼を担う研究手法としてプロテオミクスが注目を集めている。プロテオミクス研究では最終的に質量分析法等によりタンパク質等の同定を行うが、その前段階において、質量分析等を可能にするための試料分離および前処理が行われる。こうした試料分離の手法として、従来、2次元電気泳動が広く利用されてきた。2次元電気泳動は、ペプチド、タンパク質等の両性電解質をその等電点で分離した後、さらに分子量により分離するものである。
しかしながら、この分離方法は、通常、一昼夜を要するほど時間がかかる上、試料の回収率が低く、質量分析等に供する試料が比較的少量しか得られず、この点について改良が望まれていた。
一方、近年では、試料の前処理・反応・分離・検出などの化学操作をマイクロチップ上で行うマイクロ化学分析(μ−TAS)が急速に発展しつつある。マイクロチップを利用する分離・分析手法によれば、使用する試料が微量で済み、環境負荷も小さく高感度な分析が可能となる。分離に要する時間を大幅に短縮することも可能となる。
特許文献1には、基板上に溝やリザーバを設けた構成のマイクロチップによりキャピラリ電気泳動を実現する装置が記載されている。
特許文献1 特開2002−207031号公報
また、特許文献2には、ペプチド、タンパク質等をその等電点で分離し分析するマイクロチップ型の電気泳動装置が記載されている。
特許文献2 特開2000−55879号公報
以下、特許文献2記載の装置について図1を参照して説明する。この装置では、ガラス基板内部に分離流路14と試料導入流路16が交差して形成されたマイクロチップ18が設けられている。マイクロチップ18の一表面には、分離流路14の両端及び試料導入流路16の両端に対応する位置に、分離流路14又は試料導入流路16に達する穴がそれぞれ形成されている。分離流路14の両端及び試料導入流路16の両端に泳動電圧を印加する泳動電源装置20が設けられている。
光照射手段26は光源22および分光器24により構成され、分離流路14の所定の範囲に光を照射する。光照射手段26とは反対側に、分離流路14からの光をそれぞれの位置で検出する受光素子が配置されている。この受光素子は分離流路14に沿って並べられたアレイ型光検出器28により構成されている。アレイ型光検出器28は、検出信号を増幅する増幅回路30及びアナログ信号をデジタル信号に変換するA/D変換器32を介して、CPU34に接続されている。CPU34は、前記検出信号に基づいて試料成分同定のためのデータ解析を実行する。容器36には、マーカサンプルや試料、ポリバッファがそれぞれ貯蔵されており、これらはニードル38により分離流路14や試料導入流路16の一端に注入されるようになっている。
こうしたマイクロチップによる分離手法を用いることにより、微量試料による高感度な分析が可能となる。しかしながら、これらのマイクロチップはその流路サイズが小さいことから、比較的少量の物質の分離しかできず、また、分離部において検出・回収される試料の量が少ないという課題を有していた。くわえて、上記手法はその性質上、バッチ形式の分離プロセスとなり、試料を連続的に導入する方法を採用することが困難であるという課題を有していた。
Proteomics is attracting attention as a research method that plays a part in the post-genomic era. In proteomics research, proteins and the like are finally identified by mass spectrometry or the like, but in the previous stage, sample separation and pretreatment are performed to enable mass spectrometry and the like. Conventionally, two-dimensional electrophoresis has been widely used as such a sample separation technique. In two-dimensional electrophoresis, amphoteric electrolytes such as peptides and proteins are separated at their isoelectric points, and further separated according to molecular weight.
However, this separation method usually takes time so that it takes a whole day and night, and the recovery rate of the sample is low, so that only a relatively small amount of sample can be obtained for mass spectrometry and the like.
On the other hand, in recent years, microchemical analysis (μ-TAS) in which chemical operations such as sample pretreatment, reaction, separation, and detection are performed on a microchip is rapidly developing. According to the separation / analysis method using a microchip, a small amount of sample is used, and the environmental load is small and highly sensitive analysis is possible. It is also possible to greatly reduce the time required for separation.
Patent Document 1 describes an apparatus that realizes capillary electrophoresis with a microchip having a structure in which a groove or a reservoir is provided on a substrate.
Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-207031 Patent Document 2 describes a microchip type electrophoresis apparatus that separates and analyzes peptides, proteins, and the like at their isoelectric points.
Patent Document 2 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-55879 Hereinafter, an apparatus described in Patent Document 2 will be described with reference to FIG. In this apparatus, a microchip 18 in which a separation channel 14 and a sample introduction channel 16 intersect with each other is provided inside a glass substrate. On one surface of the microchip 18, holes reaching the separation channel 14 or the sample introduction channel 16 are formed at positions corresponding to both ends of the separation channel 14 and both ends of the sample introduction channel 16. An electrophoresis power supply device 20 that applies an electrophoresis voltage to both ends of the separation channel 14 and to both ends of the sample introduction channel 16 is provided.
The light irradiation means 26 includes a light source 22 and a spectroscope 24 and irradiates a predetermined range of the separation channel 14 with light. On the side opposite to the light irradiation means 26, light receiving elements that detect light from the separation channel 14 at respective positions are arranged. This light receiving element is constituted by an array type photodetector 28 arranged along the separation channel 14. The array-type photodetector 28 is connected to the CPU 34 via an amplification circuit 30 that amplifies a detection signal and an A / D converter 32 that converts an analog signal into a digital signal. The CPU 34 performs data analysis for sample component identification based on the detection signal. The container 36 stores a marker sample, a sample, and a polybuffer, which are injected into one end of the separation channel 14 and the sample introduction channel 16 by a needle 38.
By using such a microchip separation method, it is possible to perform highly sensitive analysis using a very small amount of sample. However, since these microchips have a small channel size, they can only separate a relatively small amount of material, and have a problem that the amount of sample detected and collected in the separation unit is small. In addition, the above method is a batch-type separation process due to its nature, and has a problem that it is difficult to adopt a method of continuously introducing samples.

本発明は上記事情に鑑みなされたものであって、その目的とするところは、比較的大量の試料を効率よく分離できる分離装置を提供することにある。また本発明の別の目的は、分離成分の拡散を抑制し、少量の物質でも検出、回収を可能とする分離装置を提供することにある。
本発明によれば、pH勾配の形成される等電点分離領域と、前記等電点分離領域に電界を印加する一対の電極と、前記等電点分離領域に試料を導入する試料導入部とを備える分離装置であって、前記試料導入部を介し、前記電界印加方向の側方から試料が導入されるように構成されていることを特徴とする分離装置が提供される。
この装置においては、分離対象となる試料が、導入流路を介し電界印可方向の側方から導入される。この点、試料導入口から排出口に至る流路方向に泳動電界が付与される従来の電気泳動装置と異なる。本発明によれば、上記のように試料が導入されるため、試料の連続導入が可能となる。この結果、等電点分離により分離された成分を比較的多量に得ることができる。また、分離成分の拡散が抑制されるため、少量の物質でも検出、回収が可能となる。
本発明の分離装置において、前記試料導入部は、試料の導入される流路と、前記流路および前記等電点分離領域の間に介在する隔壁と、を含み、前記隔壁に、前記流路および前記等電点分離領域に連通する複数の導入流路が形成されている構成とすることができる。
この装置においては、流路から直接等電点分離領域に試料が導入される構造となっているため、試料を連続的に導入しながら等電点分離を連続的に行うことが可能となる。これにより、効率の良い等電点分離操作を実現することができる。従来の等電位点分離装置は連続的に試料を導入することができなかったため、検出感度、回収効率に一定の限界があった。これに対し本発明は、試料を連続的に分離できることから、こうした課題を有効に解決することができる。
本発明の分離装置において、前記等電点分離領域が矩形形状を有し、前記矩形形状の対向する一対の辺に沿って前記一対の電極を備え、残る辺のうち一方の辺に沿って前記試料導入部を設けた構成とすることができる。
本発明の分離装置において、前記等電点分離領域に連通し、前記等電点分離領域に導入された試料を回収する試料回収部を備える構成とすることができる。試料回収部は前記試料導入部に対向配置された構成とすることができる。また、前記試料回収部は、前記等電点分離領域と連通する複数の回収レーンを含む構成としてもよい。また、複数の前記回収レーンの回収口は、前記等電点分離領域に沿って一列に密に配置されている構成とすることができる。こうした構成を採用することにより、分離した試料を効率良く回収することができる。
本発明の分離装置において、複数の前記回収レーンを区画する壁部は、前記等電点分離領域の延在方向の断面が、前記等電点分離領域に向けて尖鋭な形状または曲面が突出した形状を有する構成とすることができる。
本発明によれば、前記等電点分離領域の所定箇所に光を照射する光照射部と、光を照射した箇所における吸光または発光を検出する光検出部と、前記吸光または発光に基づいて前記試料に含まれる成分の分析を実行する分析部と、をさらに備えることを特徴とする分離装置が提供される。この分離装置によれば、等電点分離された試料を感度良く分析することができる。
さらに本発明によれば、前記等電点分離領域に隣接して、分子量による成分分離を行う分子量分離部をさらに備え、等電点分離と分子量分離を連続的に実行するように構成されたことを特徴とする分離装置が提供される。
さらに本発明によれば、生体試料を分子サイズまたは性状に応じて分離する分離手段と、前記分離手段により分離された試料に対し、酵素消化処理を含む前処理を行う前処理手段と、前処理された試料を乾燥させる乾燥手段と、乾燥後の試料を質量分析する質量分析手段と、を備え、前記分離手段は、上述のマイクロチップを含むことを特徴とする質量分析システムが提供される。
この質量分析システムによれば、質量分析用に適した試料を効率よく調整できる。
以上説明したように本発明によれば、マイクロチップ上で比較的大量の試料を分離でき、少量の物質でも検出、回収を可能とする分離装置を実現することができる。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a separation apparatus capable of efficiently separating a relatively large amount of sample. Another object of the present invention is to provide a separation apparatus that suppresses diffusion of separation components and enables detection and recovery even with a small amount of substance.
According to the present invention, an isoelectric point separation region where a pH gradient is formed, a pair of electrodes that apply an electric field to the isoelectric point separation region, and a sample introduction unit that introduces a sample into the isoelectric point separation region, Is provided, and the sample is introduced from the side in the electric field application direction through the sample introduction unit.
In this apparatus, a sample to be separated is introduced from the side in the direction of electric field application via an introduction flow path. This is different from the conventional electrophoresis apparatus in which an electrophoretic electric field is applied in the flow path direction from the sample introduction port to the discharge port. According to the present invention, since the sample is introduced as described above, the sample can be continuously introduced. As a result, a relatively large amount of components separated by isoelectric point separation can be obtained. Further, since the diffusion of the separated component is suppressed, even a small amount of substance can be detected and recovered.
In the separation apparatus of the present invention, the sample introduction unit includes a flow channel into which a sample is introduced, and a partition wall interposed between the flow channel and the isoelectric point separation region. And it can be set as the structure by which the some introduction flow path connected to the said isoelectric point separation area | region is formed.
In this apparatus, since the sample is directly introduced from the flow path into the isoelectric point separation region, it is possible to continuously perform the isoelectric point separation while continuously introducing the sample. Thereby, an efficient isoelectric point separation operation can be realized. Since the conventional equipotential point separation apparatus cannot continuously introduce samples, there are certain limits in detection sensitivity and recovery efficiency. On the other hand, since this invention can isolate | separate a sample continuously, such a subject can be solved effectively.
In the separation device of the present invention, the isoelectric point separation region has a rectangular shape, and includes the pair of electrodes along a pair of opposing sides of the rectangular shape, and the one of the remaining sides along the one side. It can be set as the structure which provided the sample introduction part.
In the separation apparatus of the present invention, a configuration may be provided that includes a sample collection unit that communicates with the isoelectric point separation region and collects the sample introduced into the isoelectric point separation region. The sample recovery unit can be configured to be opposed to the sample introduction unit. The sample recovery unit may include a plurality of recovery lanes communicating with the isoelectric point separation region. In addition, the collection ports of the plurality of collection lanes may be densely arranged in a line along the isoelectric point separation region. By adopting such a configuration, the separated sample can be efficiently recovered.
In the separation device according to the present invention, the wall section that defines the plurality of recovery lanes has a cross-section in the extending direction of the isoelectric point separation region, and a sharp shape or curved surface protrudes toward the isoelectric point separation region. It can be set as the structure which has a shape.
According to the present invention, a light irradiating unit that irradiates a predetermined portion of the isoelectric point separation region with light, a light detecting unit that detects light absorption or light emission at the light irradiated portion, and the light absorption or light emission based on the light absorption or light emission. There is provided a separation device further comprising an analysis unit that performs analysis of components contained in a sample. According to this separation apparatus, it is possible to analyze a sample subjected to isoelectric point separation with high sensitivity.
Furthermore, according to the present invention, a molecular weight separation unit that performs component separation based on molecular weight is further provided adjacent to the isoelectric point separation region, and the isoelectric point separation and the molecular weight separation are continuously performed. Is provided.
Furthermore, according to the present invention, a separation means for separating a biological sample according to molecular size or property, a pretreatment means for performing a pretreatment including an enzyme digestion treatment on the sample separated by the separation means, and a pretreatment A mass spectrometry system is provided, comprising: a drying means for drying the sample that has been dried; and a mass spectrometry means for mass-analyzing the dried sample, wherein the separation means includes the microchip described above.
According to this mass spectrometry system, a sample suitable for mass spectrometry can be efficiently adjusted.
As described above, according to the present invention, it is possible to realize a separation apparatus that can separate a relatively large amount of sample on a microchip and can detect and collect even a small amount of substance.

上述した目的、およびその他の目的、特徴および利点は、以下に述べる好適な実施の形態、およびそれに付随する以下の図面によってさらに明らかになる。
図1は、従来の電気泳動装置の構成を示す図である。
図2は、実施の形態に係る等電点分離装置の構成を示す図である。
図3は、実施の形態に係る等電点分離装置の構成を示す図である。
図4は、実施の形態に係る等電点分離装置の構成を示す図である。
図5は、図4における試料導入口および試料回収口の詳細構造を示す図である。
図6は、実施の形態に係る分離装置の構成を示す図である。
図7は、実施の形態に係る分子量分離部の概略構成図である。
図8は、図6の装置における回収部から回収される成分を説明するための図である。
図9は、分子量分離部における電圧印加方法及びこれに対応する成分の分離の様子を示す図である。
図10は、実施の形態で説明した分離装置を含むシステムの構成図である。
図11は、実施の形態で説明した分離装置の構成図である。
図12は、質量分析装置の構成を示す概略図である。
図13は、本実施形態に係る質量分析システムのブロック図である。
図14は、試料濃縮をマイクロチップ上で行う装置の主要部を示す図である。
The above-described object and other objects, features, and advantages will become more apparent from the preferred embodiments described below and the accompanying drawings.
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a conventional electrophoresis apparatus.
FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of the isoelectric point separation device according to the embodiment.
FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration of the isoelectric point separation device according to the embodiment.
FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration of the isoelectric point separation device according to the embodiment.
FIG. 5 is a diagram showing a detailed structure of the sample introduction port and the sample recovery port in FIG.
FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration of the separation device according to the embodiment.
FIG. 7 is a schematic configuration diagram of a molecular weight separation unit according to the embodiment.
FIG. 8 is a diagram for explaining the components recovered from the recovery unit in the apparatus of FIG.
FIG. 9 is a diagram illustrating a voltage application method in the molecular weight separation unit and a state of separation of components corresponding thereto.
FIG. 10 is a configuration diagram of a system including the separation apparatus described in the embodiment.
FIG. 11 is a configuration diagram of the separation apparatus described in the embodiment.
FIG. 12 is a schematic diagram showing the configuration of the mass spectrometer.
FIG. 13 is a block diagram of a mass spectrometry system according to the present embodiment.
FIG. 14 is a diagram showing a main part of an apparatus for performing sample concentration on a microchip.

第1の実施の形態
本実施形態は、タンパク質等の試料を等電点により分離するものである。図2は、この分離装置を含むシステムの概略構成図である。連続2次元電気泳動チップ100は、連続等電点分離部110及び連続分子量分離部105により構成されている。連続2次元電気泳動チップ100に注入された試料は、まず連続等電点分離部110に導入される。連続等電点分離部110において、導入された試料は、等電点に応じて複数のバンドに分離する。それぞれのバンドに分離された試料は、次に連続分子量分離部105に導入される。連続分子量分離部105は、連続等電点分離部110の泳動方向と垂直な方向に、アレイ状に複数形成されている。連続分子量分離部105に導入された試料は、その分子量に応じて分離される。分離された各成分は、それぞれ回収された後、所定の手順により、たとえば質量分析法用の試料に調製される。
図3は、等電点分離装置の構成の例を示す図である。試料112は、あらかじめ所定のバッファと混合しておく。このバッファとは、電界をかけるとpH勾配を形成する溶液であり、たとえばアマーシャルバイオサイエンス社のAmpholineやPharmalyte等を含む溶液が例示される。この溶液が試料導入路114に導入され、隔壁118に設けられた微細流路(不図示)を介して泳動レーン120に導かれる。泳動レーン120には、電極116a及び電極116bが対向配置されている。これらの電極により構成される電界の方向に対して側方から試料112が導入されるようになっている。試料112には、等電点電解質が含まれているため、電界の影響を受けて泳動レーン120内にpH勾配が形成される。このため、隔壁118の微細流路(不図示)から導入された試料は、図示したように、泳動レーン120内において、各成分の等電点に応じてバンドに収束する。収束されたバンドの成分は、速やかに回収部122内に取り込まれる。
本実施形態では、こうした分離装置がマイクロチップ上で実現されている。図4は、本実施形態に係る分離装置の構造を示す図である。この装置は、ヒーターやバッファ流路等を格納する中空構造の支持台147と、その支持台147上に配置される石英基板により構成され、この石英基板表面に溝状に分離部等が形成される。これらは、フォトリソグラフィー技術およびドライエッチング技術と用いて形成することができる。支持台147上に配置される板状部材の材料として、ここでは石英ガラス基板を用いたが、表面に酸化膜を有するシリコン基板やプラスチック基板等を用いることもできる。
図5は、図4における試料導入口および試料回収口の詳細構造を示す図である。
隔壁118に設けられた試料導入口は、図中右側の拡大図のような構造になっている。隔壁に設けられた試料導入口は、間隔Bで規則的に配列され、隔壁の幅はAとなっている。一方、回収部122に設けられる試料回収口は、図中左側の拡大図に示されるように、泳動レーン120の延在する平面内において、泳動レーン120に向けて尖鋭に突出した断面形状となっている。回収レーンの幅はd1であるのに対し、回収口の幅はbとなっている。このように開口部が泳動レーン120に向けて拡大した形状となっていることにより、回収効率が向上する。また、泳動レーン120に向けて尖鋭に突出した断面形状または曲面が突出した形状とすることにより、隣接する回収レーンへの試料の回収が円滑に行われる。こうすることにより、泳動レーン120から回収部122に向かう液体の流れが乱れず、各成分が回収されるべきレーンに取り込まれることにより分解能が向上する。なお、各部の開口幅等は任意に設計することができるが、たとえば以下のようなサイズとすることができる。
A:0.1mm
B:1mm
a:0.5mm
b:1mm
d1:0.5mm
d2:0.1mm
回収された試料は、他の分離装置、例えば分子量分離装置により更なる分離を行うことができる。また、試料回収後、他の分析方法による分析を行ってもよい。
以上説明した本実施形態の分離装置によれば、マイクロチップ上で比較的大量の試料を連続的に等電点分離することができる。この装置によれば、少量の物質でも検出、回収が可能となる。
回収した試料を濃縮するには、以下のように電界を利用した方法を用いることができる。図14は、回収流路中の電極の配置を示す。図14(a)に示すように、試料が通過できる程度の隙間が設けられた電極板334を、試料112の進行方向における間隔をDとして複数配置することができる。このとき、各電極板334は、間隔Dが、流路112の幅Wより広く、より好ましくは流路112の幅の2倍以上となるように配置される。このようにすれば、電極334間の電気力線の影響で、各電極板334間に試料が入り込めないという現象を防ぐことができる。なお、電極板334に設ける隙間は、試料が充分通過できる程度の大きさに形成される。さらに、図14(b)に示すように、試料の電荷と反対の極性に帯電される電極334の間に、電極334の対向電極335を設けた構成とすることもできる。これにより、試料は対向電極335の両側にある電極334のいずれかに向かって進行するので、電極334への試料の付着量を増加することができる。
第2の実施の形態
本実施形態は、タンパク質等の試料を等電点により分離し、続いて分子量に応じて成分を分離する分離装置に関するものである。
図6は、本実施形態に係る分離装置の概略図である。平面図の右側の部分は、第1の実施の形態で説明したものと同様の構造の等電点分離部である。平面図の左側は、分子量に応じて成分を分離する分離部分である。泳動レーン120で等電点分離された成分は、混和部130を経由して分子量分離部140に導かれ、ここで分子量による分離がなされる。断面図についてみると、泳動レーン120及び混和部130は、支持台147上の石英基板表面に溝部として形成されている。混和部130形成箇所の石英基板の下面にはヒーター132が設けられており、回収された成分が効率よく混和されるようになっている。分子量分離部140は、高さ方向に電界が印加されるようになっており、この電界に応じて、分子量による分離がなされる。
以下、各部における操作の詳細について説明する。
泳動レーン120による等電点分離については、第1の実施の形態で既に説明したのでここでは説明を省略する。
混和部130は、泳動レーン120から回収された成分を、分子量泳動に適するように調整する役割を果たす。混和の目的は、以下の2点である。第1に、pHの偏った溶液を分子量泳動用のバッファのpH(pH8.0)付近に中和することである。第2に、界面活性剤と回収された成分を反応させ、回収成分の分子を伸展、荷電させることである。この目的のため、混和部では、各回収レーン毎に、pHに合わせて中和に適切な量の界面活性剤を含むバッファが持続的に注入されることが重要である。
また、界面活性剤とタンパク質の結合を促進するために、ヒーターにより加熱することが重要である。ここでは混和部130の下面にヒーター132が設置されている。なお、界面活性剤としては、SDS等が好適に用いられる。
ここで、混和部130の各流路に供給する中和用バッファのpHは、次のようにする。流路の本数をNとし、pHレンジを2〜10とすると、1流路当たり、Δ=8/NずつpHが異なる等電点分離済み試料が得られる。1番の流路がpH2とすると、2番の流路は、pH=2+Δである。各流路のpHを中和するため、流路のpHが酸性の場合、アルカリ性の中和液を用い、流路のpHがアルカリ性の場合、酸性の中和液を用いる。中和液としては、Tris−HClバッファを用いることができる。この場合、アルカリ性とする場合はTrisを多くし、酸性とする場合はHClを多くする。中和液は、当然のことながら等電点回収部と試料導入部の静水圧差を維持できるように選択される。すなわち、
試料導入部の静水圧P1
等電点回収部の静水圧P2
中和溶液の注入圧P3
とする時、
P1=P3 (1)
P1>P2 (2)
の3式を満たすように選ぶ。
ヒーターによる加温は、どの流路も同じ温度になるようにすればよい。ヒーターによる加温結果は、沸騰を避けられる最高の温度、例えば80□とする。試料やバッファーは常に流れているので、気泡が形成されたり乾燥固着したりすることはない。
続いて分子量分離部140について説明する。分子量分離部140は、混和部130の流路の本数に応じその数だけ設けられる。これらは、幅約1mmの板状の構造を有している。図7は、一個の分子量分離部の概略構造を示す図である。この分子量分離部は、絶縁性の高いプラスチック或いは石英ガラス等により形成される。こうした材料からなる基板にエッチングを施し、電極を設置し、蓋を設けることでこのような分子量分離部を形成することができる。泳動領域141は、高さ方向に仕切りのない一つの流路として形成されるのに対し、回収部145は高さ方向に区画された複数の流路からなる。それぞれの回収部145からは回収成分150が回収される。ここで回収部145は、図5に示したものと同様の構造を採用し、各成分が導入される部分において、尖鋭に突出した断面形状または曲面が突出した形状を有するものとする。泳動に用いられるバッファは、図中146で示されており、泳動領域141の側面全体から供給される。一方、試料は図中試料導入部148で示され、泳動領域141の右上角部から導入される。試料導入部148に導入された試料は、高さ方向の電界に応じて分子量により成分が分離する。
図6に戻り、バッファ及び混和液の供給方式について説明する。図6の右側面図は、混和液流路134及びバッファ流路142の導入口の配置パターンを示す。混和液流路134は、各レーン毎に一つ開口部が設けられている。一方、バッファ流路142は、支持台147の底面近傍に直線状の導入口を有する。混和液流路134は各回収レーン毎に供給され混和部130に導かれる。一方、バッファ流路142は、分子量分離部140の側面全体に連通しており、泳動領域141にバッファ(例えば1×TBE、pH8.0)を供給する。
図8は、図6の回収部145により成分が回収される様子について説明する図である。回収される成分は、図示したように、等電点及び分子量の2つのパラメータにより分離される。分離目的の成分は、その等電位点および分子量に応じて特定の流路152に回収される。
図9は、分子量分離部140における電圧印加方法及びこれに対応する成分の分離の様子を示す図である。図示した構造は、図6の回収部145に対応する。ここでは、各回収レーン毎に異なる電圧が印加される点が重要となる。各回収レーンの端部が同じ電位になるようにすると、等電点電気泳動の電界が崩れ、分離効率が低下する。ここでは、等電点電気泳動で形成される電位勾配に沿った形で、各回収レーンの陰極側の電極を選択する。次いで陽極側の電位は、この陰極側電位に対し、分子量電気泳動に必要な電圧を負荷した電位を選択する。分子量電気泳動用の電圧は、約10cmの泳動レーンの場合、1000vから3000v程度とするのがよい。
回収された成分は、回収部145に接続されたチューブ等(不図示)により所定の容器に導かれ回収される。
ここで、回収された成分を、回収部145に接続されたチューブ等(不図示)により試料濃縮装置に導く方式としてもよい。図14(a)はこうした試料濃縮をマイクロチップ上で行う装置の主要部を示す図である。この装置では、試料を電極に付着させた後、電界の印可を中止または電位を反転させる等の操作を行い付着試料を回収するものである。電極334には試料の帯電電荷と反対の電位が付与される。電極334は、図中横方向に、試料が通過できる程度の隙間を設けて離間して形成され、この隙間から試料が流入する。各電極板333の間隔Dは、流路112の幅Wより広く、より好ましくは流路112の幅の2倍以上となるように配置される。このようにすれば、電極334間の電気力線の影響で、各電極板333間の間に試料が入り込めないという現象を防ぐことができる。ここで、図14(b)に示すように、試料の電荷と反対の極性に帯電される一対電極334の間に、対向電極335を設けた構成とすることもできる。これにより、試料は対向電極335の両側にある電極334のいずれかに向かって進行するので、電極334への試料の付着量を増加することができる。
こうして一定時間試料を流した後、電界の印可を中止または電位を反転させる等の操作を行い、付着試料を回収する。こうすることによって、目的の成分を高濃度で得ることが可能となる。
以上説明した構成により、等電点分離及び分子量分離を効率良く連続的に行うことができる。回収された成分は、質量分析などタンパク質の同定シークエンスに供することできる。
第3の実施の形態
第1及び第2の実施の形態では、2次元電気泳動装置をマイクロチップ上で実現する分離装置について説明した。即ち、等電点分離部と分子量分離部が一体化した分離装置の例を示した。これに対して本実施形態では、等電点分離部及びデータ分析部からなる分離装置の例を示す。図11は、本実施形態に係る分離装置のブロック図である。光源901から出射した光は分光器902を介して等電点分離装置903の泳動レーンに照射される。照射された光の吸収又は発光を受光器904により受光する。この受光した光をデータ解析905により解析し、予め記憶された情報を参照して成分同定部906により成分同定が行われる。
第4の実施の形態
本実施形態では、MALDI−TOFMS(Matrix−Assisted Laser Desorption Ionization−Time of Flight Mass Spectrometer:マトリックス支援レーザー脱離イオン化飛行時間型質量分析装置)用の試料を提供する分離装置の例を示す。この装置によれば、タンパク質を分子量ごとに分画し、MALDI−TOFMS分析に利用できる試料調製が実現される。以下、MALDI−TOFMS分析用の試料調製の手順について説明する。
MALDI−TOFMS測定を行うためには、測定対象のタンパク質を、1000Da程度まで低分子化する必要がある。このため、タンパク質試料を低分子化した後、マトリックス溶液と混合し、その後、乾燥して測定試料とする。
まず、測定対象のタンパク質が分子内ジスルフィド結合を有する場合、DTT(ジチオスレイトール)等の還元試薬を含むアセトニトリル等の溶媒中で還元反応を行う。こうすることにより、次の分解反応が効率よく進行する。なお、還元後、チオール基をアルキル化等により保護し、再び酸化するのを抑制することが好ましい。
次に、トリプシン等のタンパク質加水分解酵素を用いて還元処理されたタンパク質分子の低分子化処理を行う。低分子化は燐酸バッファー等の緩衝液中で行われるため、反応後、脱塩および高分子画分すなわちトリプシンの除去を行う。
得られた試料に対してMALDI−TOFMSの基質と混合する。ここで、MALDI−TOFMS用のマトリックスは、測定対象物質に応じて適宜選択されるが、たとえば、シナピン酸、α−CHCA(α−シアノ−4−ヒドロキシ桂皮酸)、2,5−DHB(2,5−ジヒドロキシ安息香酸)、2,5−DHBおよびDHBs(5−メトキシサリチル酸)の混合物、HABA(2−(4−ヒドロキシフェニルアゾ)安息香酸)、3−HPA(3−ヒドロキシピコリン酸)、ジスラノール、THAP(2,4,6−トリヒドロキシアセトフェノン)、IAA(トランス−3−インドールアクリル酸)、ピコリン酸、ニコチン酸等を用いることができる。
その後、濃縮、乾燥を行う。乾燥後の試料は、乾燥装置ごとMALDI−TOFMS装置にセットし、乾燥装置に備えられた電極を利用して電圧を印可し、たとえば337nmの窒素レーザー光を照射し、MALDI−TOFMS分析を行う。図12は、質量分析装置の構成を示す概略図である。図12において、試料台上に乾燥試料が設置される。そして、真空下で乾燥試料に波長337nmの窒素ガスレーザーが照射される。すると、乾燥試料はマトリックスとともに蒸発する。試料台は電極となっており、電圧を印可することにより、気化した試料は真空中を飛行し、リフレクター検知器、リフレクター、およびリニアー検知器を含む検出部において検出される。
図13(a)は本実施形態の乾燥装置を含む質量分析システムのブロック図である。このシステムは、試料1001について、夾雑物をある程度除去する精製1002、不要成分1004を除去する分離1003、分離した試料の前処理1005、前処理後の試料の乾燥1006、の各ステップを実行する手段を備えている。これらの各手段のうち一部または全部を一または二以上のマイクロチップ1008上に搭載することができる。試料をマイクロチップ1008上で連続的に処理することにより、微量の成分についても損出が少ない方法で効率よく確実に同定を行うことが可能となる。
このように、本実施形態の処理フローでは、試料を一枚のマイクロチップ1008上で連続的に処理することにより、微量の成分についても損出が少ない方法で効率よく確実に同定を行うことが可能となる。なお、図13(b)に示すように、試料の精製1002から乾燥1006までに至るすべての前処理工程を一枚のマイクロチップ1008上で行うようにしてもよい。
図10は、こうした一連の処理工程を一または二以上のチップにより実現するシステム構成を示す。このシステムは、等電点分離部801および分子量分離部802からなる分離部810と、回収部821、反応部822、溶媒置換部823、脱塩部824および乾燥部825からなる前処理部820からなる。分離部810のみを一つのチップ上で実現してもよいし、分離部810および前処理部820を一つのチップ上で実現してもよい。こうしたシステムを用いることにより、MALDI−TOFMSをはじめとする質量分析に好適な試料を供することができる。
以上、本発明を実施形態に基づき説明した。これらの実施形態は例示であり、各構成要素や各製造工程の組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
First Embodiment In this embodiment, a sample such as a protein is separated by an isoelectric point. FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a system including the separation device. The continuous two-dimensional electrophoresis chip 100 includes a continuous isoelectric point separation unit 110 and a continuous molecular weight separation unit 105. The sample injected into the continuous two-dimensional electrophoresis chip 100 is first introduced into the continuous isoelectric point separation unit 110. In the continuous isoelectric point separation unit 110, the introduced sample is separated into a plurality of bands according to the isoelectric point. The sample separated into each band is then introduced into the continuous molecular weight separation unit 105. A plurality of continuous molecular weight separation units 105 are formed in an array in a direction perpendicular to the migration direction of the continuous isoelectric point separation unit 110. The sample introduced into the continuous molecular weight separation unit 105 is separated according to the molecular weight. Each separated component is collected and then prepared, for example, as a sample for mass spectrometry by a predetermined procedure.
FIG. 3 is a diagram illustrating an example of the configuration of the isoelectric point separation device. The sample 112 is previously mixed with a predetermined buffer. This buffer is a solution that forms a pH gradient when an electric field is applied, and examples thereof include solutions containing Amphorine, Pharmalyte, etc. manufactured by Amercial Biosciences. This solution is introduced into the sample introduction channel 114 and guided to the electrophoresis lane 120 through a fine channel (not shown) provided in the partition wall 118. In the electrophoresis lane 120, an electrode 116a and an electrode 116b are arranged to face each other. The sample 112 is introduced from the side with respect to the direction of the electric field constituted by these electrodes. Since the sample 112 contains an isoelectric electrolyte, a pH gradient is formed in the electrophoresis lane 120 due to the influence of the electric field. For this reason, the sample introduced from the fine flow path (not shown) of the partition wall 118 converges into a band in the electrophoresis lane 120 according to the isoelectric point of each component, as shown. The converged band component is quickly taken into the collection unit 122.
In this embodiment, such a separation device is realized on a microchip. FIG. 4 is a diagram showing the structure of the separation apparatus according to this embodiment. This apparatus is composed of a hollow support base 147 for storing a heater, a buffer flow path, and the like, and a quartz substrate disposed on the support base 147, and a separation portion or the like is formed in a groove shape on the surface of the quartz substrate. The These can be formed using photolithography technology and dry etching technology. Here, a quartz glass substrate is used as a material for the plate-like member disposed on the support base 147, but a silicon substrate having an oxide film on its surface, a plastic substrate, or the like can also be used.
FIG. 5 is a diagram showing a detailed structure of the sample introduction port and the sample recovery port in FIG.
The sample inlet provided in the partition wall 118 has a structure as shown in the enlarged view on the right side in the figure. The sample inlets provided in the partition walls are regularly arranged at intervals B, and the width of the partition walls is A. On the other hand, the sample collection port provided in the collection unit 122 has a cross-sectional shape that protrudes sharply toward the migration lane 120 in the plane in which the migration lane 120 extends, as shown in the enlarged view on the left side of the drawing. ing. The width of the recovery lane is d1, while the width of the recovery port is b. As described above, since the opening has a shape that expands toward the electrophoresis lane 120, the recovery efficiency is improved. Further, by making the cross-sectional shape projecting sharply toward the electrophoresis lane 120 or the shape projecting the curved surface, the sample can be smoothly collected to the adjacent collection lane. By doing so, the liquid flow from the electrophoresis lane 120 toward the recovery unit 122 is not disturbed, and the resolution is improved by taking each component into the lane to be recovered. In addition, although the opening width of each part etc. can be designed arbitrarily, it can be set as the following sizes, for example.
A: 0.1 mm
B: 1mm
a: 0.5 mm
b: 1 mm
d1: 0.5 mm
d2: 0.1 mm
The collected sample can be further separated by another separation device, for example, a molecular weight separation device. Moreover, you may perform the analysis by another analysis method after sample collection.
According to the separation apparatus of this embodiment described above, a relatively large amount of samples can be continuously isoelectrically separated on a microchip. According to this apparatus, even a small amount of substance can be detected and recovered.
In order to concentrate the collected sample, a method using an electric field can be used as follows. FIG. 14 shows the arrangement of the electrodes in the recovery channel. As shown in FIG. 14A, a plurality of electrode plates 334 provided with a gap enough to allow the sample to pass therethrough can be arranged with a distance D in the traveling direction of the sample 112 as D. At this time, the electrode plates 334 are arranged such that the distance D is wider than the width W of the flow path 112, more preferably twice or more the width of the flow path 112. By doing so, it is possible to prevent the phenomenon that the sample cannot enter between the electrode plates 334 due to the influence of the electric lines of force between the electrodes 334. The gap provided in the electrode plate 334 is formed to a size that allows the sample to pass sufficiently. Furthermore, as shown in FIG. 14B, a configuration in which the counter electrode 335 of the electrode 334 is provided between the electrodes 334 charged with a polarity opposite to the charge of the sample may be employed. Accordingly, the sample proceeds toward one of the electrodes 334 on both sides of the counter electrode 335, so that the amount of the sample attached to the electrode 334 can be increased.
Second Embodiment The present embodiment relates to a separation apparatus that separates a sample such as a protein by an isoelectric point and subsequently separates components according to molecular weight.
FIG. 6 is a schematic view of the separation apparatus according to the present embodiment. The right part of the plan view is an isoelectric point separation part having the same structure as that described in the first embodiment. The left side of the plan view is a separation part that separates components according to molecular weight. The components subjected to isoelectric point separation in the electrophoresis lane 120 are guided to the molecular weight separation unit 140 via the mixing unit 130, where they are separated by molecular weight. Looking at the cross-sectional view, the migration lane 120 and the mixing portion 130 are formed as grooves on the surface of the quartz substrate on the support base 147. A heater 132 is provided on the lower surface of the quartz substrate where the mixing portion 130 is formed so that the recovered components can be mixed efficiently. The molecular weight separator 140 is applied with an electric field in the height direction, and is separated according to the molecular weight according to the electric field.
Hereinafter, the details of the operation in each part will be described.
Since isoelectric point separation by the electrophoresis lane 120 has already been described in the first embodiment, the description thereof is omitted here.
The mixing unit 130 plays a role of adjusting components recovered from the electrophoresis lane 120 so as to be suitable for molecular weight electrophoresis. The purpose of mixing is as follows. The first is to neutralize the solution having a biased pH to around the pH of the molecular weight electrophoresis buffer (pH 8.0). Second, the surfactant and the recovered component are reacted to expand and charge the molecules of the recovered component. For this purpose, it is important that a buffer containing an appropriate amount of a surfactant for neutralization is continuously injected in each mixing lane in the mixing section in accordance with the pH.
In order to promote binding between the surfactant and the protein, it is important to heat with a heater. Here, a heater 132 is installed on the lower surface of the mixing unit 130. In addition, SDS etc. are used suitably as surfactant.
Here, the pH of the neutralizing buffer supplied to each flow path of the mixing unit 130 is set as follows. When the number of flow paths is N and the pH range is 2 to 10, isoelectric point-separated samples having different pH by Δ = 8 / N are obtained per flow path. If the first channel is pH 2, the second channel is pH = 2 + Δ. In order to neutralize the pH of each channel, an alkaline neutralizing solution is used when the pH of the channel is acidic, and an acidic neutralizing solution is used when the pH of the channel is alkaline. A Tris-HCl buffer can be used as the neutralizing solution. In this case, Tris is increased when alkaline, and HCl is increased when acidic. Naturally, the neutralizing solution is selected so as to maintain the hydrostatic pressure difference between the isoelectric point recovery unit and the sample introduction unit. That is,
Hydrostatic pressure P1 at the sample introduction part
Isostatic pressure recovery unit hydrostatic pressure P2
Neutralization solution injection pressure P3
When
P1 = P3 (1)
P1> P2 (2)
Select to satisfy the following three formulas.
Heating by the heater may be performed so that all the channels have the same temperature. The heating result by the heater is the highest temperature at which boiling can be avoided, for example, 80 □. Since the sample and the buffer are always flowing, there is no formation of bubbles and no dry adhesion.
Next, the molecular weight separation unit 140 will be described. The number of molecular weight separation units 140 is provided according to the number of flow paths of the mixing unit 130. These have a plate-like structure with a width of about 1 mm. FIG. 7 is a diagram showing a schematic structure of one molecular weight separation unit. This molecular weight separation part is formed of a highly insulating plastic or quartz glass. Such a molecular weight separation portion can be formed by etching a substrate made of such a material, installing an electrode, and providing a lid. The migration region 141 is formed as a single flow path without partitioning in the height direction, while the collection unit 145 is composed of a plurality of flow paths partitioned in the height direction. The recovered component 150 is recovered from each recovery unit 145. Here, the recovery unit 145 adopts the same structure as that shown in FIG. 5 and has a sharply protruding cross-sectional shape or a curved surface protruding at a portion where each component is introduced. The buffer used for electrophoresis is indicated by 146 in the figure and is supplied from the entire side surface of the electrophoresis region 141. On the other hand, the sample is indicated by a sample introduction part 148 in the figure, and is introduced from the upper right corner of the migration region 141. In the sample introduced into the sample introduction part 148, the components are separated according to the molecular weight according to the electric field in the height direction.
Returning to FIG. 6, the supply method of the buffer and the mixed solution will be described. The right side view of FIG. 6 shows the arrangement pattern of the inlets of the mixed liquid channel 134 and the buffer channel 142. The mixed liquid channel 134 has one opening for each lane. On the other hand, the buffer flow path 142 has a linear inlet near the bottom surface of the support base 147. The mixed liquid channel 134 is supplied for each recovery lane and guided to the mixing unit 130. On the other hand, the buffer channel 142 communicates with the entire side surface of the molecular weight separation unit 140 and supplies a buffer (for example, 1 × TBE, pH 8.0) to the migration region 141.
FIG. 8 is a diagram for explaining how components are collected by the collection unit 145 of FIG. As shown, the recovered components are separated by two parameters: isoelectric point and molecular weight. The component for separation is collected in a specific flow path 152 according to its equipotential point and molecular weight.
FIG. 9 is a diagram illustrating a voltage application method in the molecular weight separation unit 140 and a state of separation of components corresponding thereto. The illustrated structure corresponds to the collection unit 145 of FIG. Here, it is important that a different voltage is applied to each recovery lane. If the ends of the recovery lanes are set to the same potential, the electric field of isoelectric focusing is disrupted and the separation efficiency is lowered. Here, the electrode on the cathode side of each recovery lane is selected along a potential gradient formed by isoelectric focusing. Next, as the potential on the anode side, a potential loaded with a voltage necessary for molecular weight electrophoresis is selected with respect to the potential on the cathode side. The voltage for molecular weight electrophoresis is preferably about 1000 to 3000 v for an electrophoresis lane of about 10 cm.
The collected components are guided to a predetermined container and collected by a tube or the like (not shown) connected to the collection unit 145.
Here, the recovered component may be guided to the sample concentrating device by a tube or the like (not shown) connected to the recovery unit 145. FIG. 14A is a diagram showing the main part of an apparatus that performs such sample concentration on a microchip. In this apparatus, after the sample is attached to the electrode, the applied sample is recovered by performing operations such as stopping the application of the electric field or reversing the potential. A potential opposite to the charged charge of the sample is applied to the electrode 334. The electrodes 334 are formed in the horizontal direction in the figure so as to be spaced apart from each other so that the sample can pass therethrough, and the sample flows from the gap. The interval D between the electrode plates 333 is arranged so as to be wider than the width W of the channel 112, more preferably twice or more the width of the channel 112. In this way, it is possible to prevent the phenomenon that the sample cannot enter between the electrode plates 333 due to the influence of the electric lines of force between the electrodes 334. Here, as shown in FIG. 14B, a configuration in which a counter electrode 335 is provided between a pair of electrodes 334 charged to a polarity opposite to the charge of the sample may be employed. Accordingly, the sample proceeds toward one of the electrodes 334 on both sides of the counter electrode 335, so that the amount of the sample attached to the electrode 334 can be increased.
After flowing the sample for a certain period of time in this way, an operation such as stopping the application of the electric field or inverting the electric potential is performed to collect the adhered sample. By doing so, it becomes possible to obtain the target component at a high concentration.
With the configuration described above, isoelectric point separation and molecular weight separation can be performed efficiently and continuously. The recovered component can be subjected to a protein identification sequence such as mass spectrometry.
Third Embodiment In the first and second embodiments, the separation apparatus that realizes the two-dimensional electrophoresis apparatus on the microchip has been described. That is, an example of a separation apparatus in which an isoelectric point separation unit and a molecular weight separation unit are integrated is shown. On the other hand, in the present embodiment, an example of a separation device including an isoelectric point separation unit and a data analysis unit is shown. FIG. 11 is a block diagram of the separation apparatus according to this embodiment. Light emitted from the light source 901 is applied to the electrophoresis lane of the isoelectric point separation device 903 via the spectroscope 902. Absorption or emission of the irradiated light is received by the light receiver 904. The received light is analyzed by data analysis 905, and component identification is performed by the component identification unit 906 with reference to information stored in advance.
Fourth Embodiment In the present embodiment, a separation apparatus that provides a sample for MALDI-TOFMS (Matrix-Assisted Laser Deposition Ionization-Time of Flight Mass Spectrometer). An example is shown. According to this apparatus, the sample can be fractionated for each molecular weight and used for MALDI-TOFMS analysis. Hereinafter, a procedure for preparing a sample for MALDI-TOFMS analysis will be described.
In order to perform MALDI-TOFMS measurement, it is necessary to reduce the molecular weight of the protein to be measured to about 1000 Da. For this reason, after reducing the molecular weight of the protein sample, it is mixed with a matrix solution, and then dried to obtain a measurement sample.
First, when the protein to be measured has an intramolecular disulfide bond, the reduction reaction is performed in a solvent such as acetonitrile containing a reducing reagent such as DTT (dithiothreitol). By doing so, the following decomposition reaction proceeds efficiently. In addition, after reduction, it is preferable to protect the thiol group by alkylation or the like and suppress oxidation again.
Next, a protein molecule that has been reduced using a protein hydrolase such as trypsin is subjected to molecular weight reduction treatment. Since the molecular weight reduction is performed in a buffer solution such as a phosphate buffer, desalting and removal of the polymer fraction, ie, trypsin, are performed after the reaction.
The obtained sample is mixed with a substrate of MALDI-TOFMS. Here, the matrix for MALDI-TOFMS is appropriately selected depending on the substance to be measured. For example, sinapinic acid, α-CHCA (α-cyano-4-hydroxycinnamic acid), 2,5-DHB (2 , 5-dihydroxybenzoic acid), a mixture of 2,5-DHB and DHBs (5-methoxysalicylic acid), HABA (2- (4-hydroxyphenylazo) benzoic acid), 3-HPA (3-hydroxypicolinic acid), Disranol, THAP (2,4,6-trihydroxyacetophenone), IAA (trans-3-indoleacrylic acid), picolinic acid, nicotinic acid and the like can be used.
Thereafter, concentration and drying are performed. The sample after drying is set in the MALDI-TOFMS apparatus together with the drying apparatus, applied with a voltage using an electrode provided in the drying apparatus, and irradiated with a nitrogen laser beam of, for example, 337 nm to perform MALDI-TOFMS analysis. FIG. 12 is a schematic diagram showing the configuration of the mass spectrometer. In FIG. 12, a dry sample is placed on a sample stage. The dried sample is irradiated with a nitrogen gas laser having a wavelength of 337 nm under vacuum. The dry sample then evaporates with the matrix. The sample stage serves as an electrode, and when a voltage is applied, the vaporized sample flies in a vacuum and is detected by a detection unit including a reflector detector, a reflector, and a linear detector.
FIG. 13A is a block diagram of a mass spectrometry system including the drying apparatus of the present embodiment. In this system, means 1002 for performing purification 1002 to remove impurities to some extent, separation 1003 to remove unnecessary components 1004, pretreatment 1005 of the separated sample, and drying 1006 of the sample after pretreatment are performed on the sample 1001. It has. Some or all of these means can be mounted on one or more microchips 1008. By continuously processing the sample on the microchip 1008, it is possible to efficiently and reliably identify a very small amount of component by a method with little loss.
As described above, in the processing flow of the present embodiment, the sample is continuously processed on one microchip 1008, whereby even a very small amount of components can be efficiently and reliably identified by a method with little loss. It becomes possible. Note that, as shown in FIG. 13B, all the pretreatment steps from sample purification 1002 to drying 1006 may be performed on one microchip 1008.
FIG. 10 shows a system configuration for realizing such a series of processing steps by one or more chips. This system includes a separation unit 810 including an isoelectric point separation unit 801 and a molecular weight separation unit 802, and a pretreatment unit 820 including a recovery unit 821, a reaction unit 822, a solvent replacement unit 823, a desalting unit 824, and a drying unit 825. Become. Only the separation unit 810 may be realized on one chip, or the separation unit 810 and the preprocessing unit 820 may be realized on one chip. By using such a system, a sample suitable for mass spectrometry including MALDI-TOFMS can be provided.
The present invention has been described based on the embodiments. It should be understood by those skilled in the art that these embodiments are exemplifications, and that various modifications can be made to the combination of each component and each manufacturing process, and such modifications are also within the scope of the present invention.

Claims (11)

pH勾配の形成される等電点分離領域と、前記等電点分離領域に電界を印加する一対の電極と、前記等電点分離領域に試料を導入する試料導入部とを備える分離装置であって、
前記試料導入部を介し、前記電界印加方向の側方から試料が導入されるように構成されていることを特徴とする分離装置。
A separation apparatus comprising an isoelectric point separation region in which a pH gradient is formed, a pair of electrodes for applying an electric field to the isoelectric point separation region, and a sample introduction unit for introducing a sample into the isoelectric point separation region. And
A separation apparatus, wherein the sample is introduced from the side in the electric field application direction through the sample introduction unit.
請求の範囲1に記載の分離装置において、前記試料導入部は;試料の導入される流路と、前記流路および前記等電点分離領域の間に介在する隔壁と、
を含み、前記隔壁に、前記流路および前記等電点分離領域に連通する複数の導入流路が形成されていることを特徴とする分離装置。
2. The separation apparatus according to claim 1, wherein the sample introduction unit includes: a flow channel into which a sample is introduced; a partition wall interposed between the flow channel and the isoelectric point separation region;
And a plurality of introduction flow paths communicating with the flow path and the isoelectric point separation region are formed in the partition wall.
請求の範囲1または2に記載の分離装置において、前記等電点分離領域が矩形形状を有し、前記矩形形状の対向する一対の辺に沿って前記一対の電極を備え、残る辺のうち一方の辺に沿って前記試料導入部を設けたことを特徴とする分離装置。The separation device according to claim 1 or 2, wherein the isoelectric point separation region has a rectangular shape, the pair of electrodes are provided along a pair of opposing sides of the rectangular shape, and one of the remaining sides A separation apparatus characterized in that the sample introduction section is provided along the side of the. 請求の範囲1乃至3いずれかに記載の分離装置において、前記等電点分離領域に連通し、前記等電点分離領域に導入された試料を回収する試料回収部を備えることを特徴とする分離装置。The separation apparatus according to any one of claims 1 to 3, further comprising a sample collection unit that communicates with the isoelectric point separation region and collects a sample introduced into the isoelectric point separation region. apparatus. 請求の範囲4に記載の分離装置において、前記試料回収部は、前記試料導入部と対向して配置されていることを特徴とする分離装置。5. The separation apparatus according to claim 4, wherein the sample recovery unit is disposed to face the sample introduction unit. 請求項1乃至5いずれかに記載の分離装置において、前記試料回収部は、前記等電点分離領域と連通する複数の回収レーンを含むことを特徴とする分離装置。6. The separation apparatus according to claim 1, wherein the sample collection unit includes a plurality of collection lanes communicating with the isoelectric point separation region. 請求の範囲6に記載の分離装置において、複数の前記回収レーンの回収口は、前記等電点分離領域に沿って一列に密に配置されていることを特徴とする分離装置。The separation device according to claim 6, wherein the collection ports of the plurality of collection lanes are densely arranged in a line along the isoelectric point separation region. 請求の範囲6または7に記載の分離装置において、複数の前記回収レーンを区画する壁部は、前記等電点分離領域の延在する平面内において前記等電点分離領域に向けて尖鋭に突出した断面形状または曲面が突出した形状を有することを特徴とする分離装置。8. The separation device according to claim 6 or 7, wherein the wall section defining the plurality of recovery lanes protrudes sharply toward the isoelectric point separation region in a plane in which the isoelectric point separation region extends. A separation device having a cross-sectional shape or a shape in which a curved surface protrudes. 請求の範囲1乃至8いずれかに記載の分離装置において、前記等電点分離領域の所定箇所に光を照射する光照射部と、光を照射した箇所における吸光または発光を検出する光検出部と、前記吸光または発光に基づいて前記試料に含まれる成分の分析を実行する分析部と、をさらに備えることを特徴とする分離装置。The separation device according to any one of claims 1 to 8, wherein a light irradiation unit that irradiates light to a predetermined portion of the isoelectric point separation region, and a light detection unit that detects light absorption or light emission at the light irradiation portion. And an analysis unit that analyzes components contained in the sample based on the light absorption or emission. 請求の範囲1乃至9いずれかに記載の分離装置において、前記等電点分離領域に隣接して、分子量による成分分離を行う分子量分離部をさらに備え、等電点分離と分子量分離とを連続的に実行するように構成されたことを特徴とする分離装置。The separation apparatus according to any one of claims 1 to 9, further comprising a molecular weight separation unit that performs component separation based on molecular weight adjacent to the isoelectric point separation region, wherein isoelectric point separation and molecular weight separation are performed continuously. A separation apparatus configured to be executed on 生体試料を分子サイズまたは性状に応じて分離する分離手段と、前記分離手段により分離された試料に対し、酵素消化処理を含む前処理を行う前処理手段と、前処理された試料を乾燥させる乾燥手段と、乾燥後の試料を質量分析する質量分析手段と、
を備え、前記分離手段は、請求の範囲1乃至10いずれかに記載の分離装置を含むことを特徴とする質量分析システム。
Separation means for separating a biological sample according to molecular size or property, pretreatment means for performing pretreatment including enzymatic digestion on the sample separated by the separation means, and drying for drying the pretreated sample Means, mass spectrometry means for mass spectrometry of the dried sample,
And the separation means includes the separation device according to any one of claims 1 to 10.
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