JPWO2016163097A1 - 電気泳動支持体及び電気泳動装置 - Google Patents

Abstract

水素イオン指数（ｐＨ）の調整を、容易に、再現性良く調整できる電気泳動支持体及び電気泳動装置を提供することを目的とする。本開示における電気泳動支持体は、複数の繊維を備える電気泳動支持体であって、複数の繊維は、内部に空隙を有する繊維体を形成し、複数の繊維は、所定の等電点を有する金属酸化物を含む。また、本開示における電気泳動装置は、容器と、容器に設けられる一対の第一の電極と、一対の第一の電極の間に配置される第一の電気泳動支持体と、を備え、第一の電気泳動支持体は、複数の繊維からなるとともに内部に空隙を有する繊維体を有し、複数の繊維は、所定の等電点を有する金属酸化物を含む。

Description

本開示は、タンパク質等の試料の分析に用いられる電気泳動支持体及び電気泳動装置に関する。

電気泳動は、ＤＮＡやタンパク質等の試料を分離、解析する手法として利用される。電気泳動は、試料の分子量や等電点の違いにより、試料を分離する。例えば、等電点電気泳動は、試料の等電点の違いを利用して、試料を分離し、解析する方法である。電気泳動装置は、電位を印加する電極と電極間に設けられる電気泳動支持体とからなる。従来、電気泳動支持体は、ガラス不織布やポリアクリルアミドゲル等で形成される。

尚、本開示の発明に関連する先行技術文献としては、例えば、特許文献１や特許文献２が知られている。

特開２００４−３６１３９３号公報 特開２００５−８４０４７号公報

電気泳動支持体は、所定の水素イオン指数（ｐＨ）を有している。また、電気泳動支持体のｐＨを調整する方法は、いくつか知られている。しかしながら、従来の方法では、支持体のｐＨを再現性良く調整することが難しい。本開示は、ｐＨの調整を、容易に、再現性良く調整できる電気泳動支持体を提供することを目的とする。

本開示の電気泳動支持体は、複数の繊維を備える電気泳動支持体であって、複数の繊維は、内部に空隙を有する繊維体を形成し、複数の繊維は、所定の等電点を有する金属酸化物を含む。

本開示の電気泳動装置は、容器と、容器に設けられる一対の第一の電極と、一対の第一の電極の間に配置される第一の電気泳動支持体と、を備え、第一の電気泳動支持体は、複数の繊維からなるとともに内部に空隙を有する繊維体を有し、複数の繊維は、所定の等電点を有する金属酸化物を含む。

本開示の電気泳動支持体及び電気泳動装置は、電気泳動支持体のｐＨを、容易に、再現性良く調整することができる。

実施の形態１における電気泳動装置を模式的に示す上面図 実施の形態１における電気泳動装置を模式的に示す断面図 実施の形態１における電気泳動支持体の一部を模式的に示す拡大図 実施の形態１の変形例１における電気泳動装置を模式的に示す上面図 実施の形態１の変形例２における電気泳動装置を模式的に示す上面図 実施の形態１の変形例２における電気泳動支持体を模式的に示す断面図 実施の形態１の変形例２における電気泳動支持体の別の例を模式的に示す断面図 実施の形態１の変形例２における電気泳動支持体のさらに別の例を模式的に示す断面図 実施の形態２における電気泳動装置を模式的に示す上面図 実施の形態２における電気泳動装置を模式的に示す断面図 実施の形態２における電気泳動支持体の検出画像を模式的に示すイメージ図

本開示の説明に先立ち、従来の電気泳動支持体を用いた電気泳動装置の課題について、以下で説明する。

電気泳動は、試料を含む分析液に一対の電極を挿入し、電圧を印加したとき、試料が有する荷電粒子が移動する現象である。試料は、電気泳動支持体が有する空隙内を移動する。このとき、試料は、試料の有する分子量に応じて、空隙内を異なる速度で移動する。そのため、複数の試料は、電圧印加時間における移動距離の違いにより分離される。また、試料は、試料が有する電荷量に応じて、空隙内を等電位となる位置まで移動する。これにより、試料は、等電点の違いにより分離される。

電気泳動において、電気泳動支持体のｐＨの制御は重要である。電気泳動支持体のｐＨは、試料の移動に影響する。例えば、タンパク質の電気泳動において、電気泳動支持体のｐＨは、タンパク質の移動速度等に影響する。したがって、電気泳動を精度よく行うためには、電気泳動支持体のｐＨ条件を再現性よく制御することが求められる。

また、等電点電気泳動には、ｐＨ勾配を有する電気泳動支持体が用いられる。電気泳動支持体にｐＨ勾配を形成する方法は、電気泳動時に両性担体を加えて電圧を印加する方法がある。しかしながら、電気泳動支持体のｐＨ勾配が不安定で再現性が低いという課題がある。また、電気泳動支持体にｐＨ勾配を形成する別の方法として、ポリアクリルアミドゲル内に酸性や塩基性のアクリルアミド誘導体を配置し、ゲル内に予めｐＨ勾配を形成する方法がある。しかしながら、ゲルの作製が複雑で生産性が低いという課題がある。

さらに、ゲルを用いた電気泳動支持体は、ゲル状態およびゲルの空隙構造を維持するために、一定の水分を維持する必要がある。そのため、ゲルを用いた電気泳動支持体の保管には、保湿パッケージを用いる必要がある。また、ゲルを用いた電気泳動支持体の小型化は、乾燥の観点から困難である。

以下では、本開示の実施の形態に係る電気泳動支持体及び電気泳動装置について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、いずれも本開示の好ましい一具体例を示すものである。したがって、以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置及び接続形態などは、一例であり、本開示を限定する趣旨ではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。

また、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。各図において、実質的に同一の構造については同一の符号を付しており、重複する説明は省略または簡略化している。

（実施の形態１）
本開示の一態様に係る電気泳動装置及び電気泳動支持体について、図１から図３を参照して説明する。

図１は、電気泳動装置２０の上面図である。図２は、図１に示す電気泳動装置２０における２−２断面の断面図である。

電気泳動装置２０は、容器１と、電気泳動支持体１５と、電極３とを有する。

電気泳動装置２０は、試料を等電点や分子量の違いを利用して分離する。試料は、例えば、タンパク質やＤＮＡ等である。

容器１は、上面に凹部４を有する。凹部４には、電気泳動を行う際、緩衝液等の液体が充填される。そのため、凹部４を形成する容器１の側壁は、液体がこぼれないように設けられる。容器１の材料は、高分子等の樹脂、シリコン、又は、金属等である。容器１は、材料に応じて射出成型又は切削加工等により形成される。容器１の材料は、電気泳動に影響しない材料であることが好ましい。容器１の凹部４には、電気泳動支持体１５及び電極３が設けられる。

なお、少量の試料を扱う場合は、容器１の上面に、試料を表面張力により留めることができる。そのため、容器１は、凹部４を有さなくてもよい。

図３は、電気泳動支持体１５の繊維体１２の拡大図である。

電気泳動支持体１５は、基材１１と、基材１１に設けられる繊維体１２とを有する。繊維体１２は、絡み合う複数の繊維１３により形成される。繊維体１２は、多孔質体である。繊維体１２は、複数の繊維１３が絡み合うことにより形成される空隙１４を内部に有する。電気泳動において、試料は、繊維体１２の内部に形成される空隙１４を移動する。

繊維体１２を形成する複数の繊維１３は、金属酸化物を含む。繊維１３に含まれる金属酸化物は、例えば、ＳｎＯ_２、ＺｎＯ、Ｉｎ_２Ｏ_３、Ｆｅ_３Ｏ_４、ＮｉＯ、ＣｕＯ、ＴｉＯ_２、ＳｉＯ_２などである。

金属酸化物は、液体中において材料に依存した等電点を有する。

例えば、ＳｉＯ_２で構成される繊維１３は、ｐＨ２付近の等電点を有する。そのため、ＳｉＯ_２で構成される繊維１３で形成される繊維体１２は、ｐＨ２付近の等電点を有する。また、ＺｎＯで構成される繊維１３は、例えば、ｐＨ９〜ｐＨ１０付近の等電点を有する。したがって、ＺｎＯで構成される繊維１３で形成される繊維体１２は、ｐＨ９〜ｐＨ１０付近の等電点を有する。このように、一種類の金属酸化物のみで構成される繊維１３で繊維体１２を形成する場合、繊維体１２の等電点は、金属酸化物の等電点と等しくなる。なお、等電点の異なる金属酸化物で構成される複数の繊維１３を、絡み合わせて繊維体１２を形成してもよい。異なる等電点を有する複数の繊維１３を混合して繊維体１２を形成することにより、繊維体１２の有する等電点を細かく調整することができる。

繊維体１２の空隙１４の大きさは、繊維１３の密度を変えることにより容易に調整することができる。例えば、繊維１３の密度を大きくすると、空隙１４の大きさは小さくなる。繊維体１２の空隙１４の大きさは、電気泳動を行う試料の大きさにより決定される。

繊維１３は、例えば、ＶＳＤ（Ｖａｐｏｒｉｚｅｄ Ｓｕｂｓｔｒａｔｅ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法やＶＬＳ（Ｖａｐｏｒ Ｌｉｑｕｉｄ Ｓｏｌｉｄ）法を用いて形成される。

以下、二酸化珪素を主成分とする繊維１３の製造方法について説明する。

ＶＳＤ法により二酸化珪素からなる繊維１３を作製する場合は、酸素またはオゾン等の酸化性のガス、及び、シリコンを主成分とする材料が用いられる。

９００℃以上１５００℃以下の高温かつ低酸素濃度の条件により、シリコンの基板に熱処理を行う。これにより、基板の珪素が蒸発する。蒸発した珪素は、酸化性ガスと結合することにより一酸化珪素となる。その後、一酸化珪素が基板の表面上に再付着して凝集する。凝集する過程において、一酸化珪素は、酸化性ガスと結合することにより二酸化珪素となる。このとき、一酸化珪素は基板のシリコン表面に一様に広がる。しかし、一酸化珪素は、基板上の触媒層が形成されている場所に選択的に再付着する。そのため、触媒層が形成されている場所に、二酸化珪素分を主成分とした繊維１３が成長する。

ここで、低酸素濃度とは、熱処理時の酸素分圧が低いことを意味する。例えば、熱処理の環境は、雰囲気の圧力を大気圧より低くした減圧状態である。また、熱処理における雰囲気内の酸素ガスを他のガスによって置換した状態でもよい。他のガスとは、例えば窒素、アルゴン、一酸化炭素等である。これらのガスは、酸素やオゾンとは異なり、酸化性の低いガスである。なお、酸素分圧が低すぎると、一酸化珪素が生じにくくなる。そのため、酸素分圧は１０^−２Ｐａから数千Ｐａの範囲であることが望ましい。

以上のように形成される二酸化珪素を含む繊維１３は、アモルファスの構造を有する。繊維１３は、特定の結晶構造を持たないため、ランダムな方向に成長する。そのため、繊維１３は、複数の屈曲部を有する曲がりくねった形状である。また、形成された繊維１３は、成長の過程で、他の繊維１３と３次元的にかつ不規則に絡み合う。このようにして、繊維１３の成長過程で、複数の繊維１３が絡み合うことにより繊維体１２は形成される。また、１本の繊維１３が、複数の分岐部を有する場合がある。つまり、１本の繊維１３は、分岐部において、２本以上の繊維１３に枝分かれしている。分岐する繊維１３が絡み合うことにより、繊維体１２はより強固な構造となる。

二酸化珪素以外の金属酸化物からなる繊維１３は、上記の方法、または、その他の好適な方法を用いて形成される。

例えば、ＶＬＳ法は、約２００℃以上約１３００℃以下の温度における金属触媒存在下において、所望の金属原料と酸素ガスを供給することにより、金属触媒直下の結晶成長を発現させる方法である。この方法を用いることにより、単結晶の繊維１３を形成することができる。

なお、繊維１３は、互いに絡み合わなくてもよい。例えば、繊維１３は、まっすぐな形状であってもよい。また、繊維１３は、基材１１に対して垂直に形成されていてもよい。この場合、繊維体１２は、実質的に同じ材料からなる繊維１３の集合体である。繊維体１２の空隙１４は、繊維１３と繊維１３の間隔を意味する。

なお、電気泳動支持体１５において、基材１１は、容器１が有する凹部４の底面であってもよい。なお、繊維体１２だけで電気泳動支持体１５として形状を保持できる場合は、基材１１を備える必要はない。

電極３は、電気泳動支持体１５の両端側に設けられる。つまり、電気泳動支持体１５の一方の端部に陽極３Ａが設けられる。また、電気泳動支持体１５の他方の端部に陰極３Ｂが設けられる。電極３の材料は、例えば、金、白金、銅、炭素、又はこれらの複合体等の導電材料が用いられる。電極３の間の距離は、例えば、５ｍｍ以上２ｃｍ以下である。電極３には、電源装置５が接続される。

電源装置５は、陽極３Ａと陰極３Ｂとの間に印加する電圧や印加時間を制御する。

以下、電気泳動装置２０の動作について説明する。

電気泳動支持体１５が配置された容器１内に緩衝液を注入する。緩衝液は、ＰＢＳ（Ｐｈｏｓｐｈａｔｅ Ｂｕｆｆｅｒｅｄ Ｓａｌｉｎｅ）等が用いられる。次に、試料を電気泳動支持体１５の端部１９に注入する。その後、電源装置５により、電極３の間に所定の電圧を印加する。例えば、電極３の間に５００Ｖの電圧を１分間印加する。その後、１時間半かけて３５００Ｖまで電圧値を上昇させる。さらにその後、電極３の間に３５００Ｖの電圧を６時間半印加する。電圧を印加することで、電極３の間に電場が形成される。したがって、試料は、電気泳動支持体１５の中を移動する。このとき、試料の移動距離及び移動速度は、試料の分子量や等電点の違いにより異なる。そのため、泳動後の電気泳動支持体１５の内部において、試料は、分離されている。なお、試料を入れる前に、電気泳動装置２０の定常化処理を行ってもよい。

試料を分離した後、電気泳動支持体１５を染色することにより、分離された試料の位置を検出する。電気泳動支持体１５の染色は、例えば、銀染色等が用いられる。また、電気泳動を行う前に、蛍光色素を用いて、試料を染色してもよい。この場合、電気泳動を行った後の電気泳動支持体１５に対して励起光を照射し、蛍光を観察することにより、分離された試料の位置を検出できる。また、別の方法として、試料の検出は、電気泳動支持体１５に紫外線又は近赤外線等の光を照射し、照射した光の透過光又は反射光を検出する方法を用いてもよい。タンパク質やＤＮＡ等の試料は、特定の波長の光を吸収する性質を有する。そのため、電気泳動支持体１５に照射した光を検出する場合、試料が位置する場所においては、他の場所に比べて検出される光の強度が弱くなる。そのため、試料の位置を検出することができる。

（変形例１）
図４を参照して、実施の形態１の本変形例における電気泳動装置３０を説明する。

図４は、本変形例にかかる電気泳動装置３０の上面図である。

本変形例に開示する電気泳動装置３０は、電気泳動支持体３５としてｐＨの異なる複数の繊維体３４を有する。以下の説明においては、実施の形態１との差異点を中心に説明する。共通する事項については、同一の符号を付して、その詳細な説明は省略する。

電気泳動装置３０は、凹部４を有する容器１と、凹部４に配置される電気泳動支持体３５と、電極３とを有する。

電気泳動支持体３５は、第一の繊維体３１と、第二の繊維体３２と、第三の繊維体３３とを有する。第一の繊維体３１は、第一の繊維３１Ａにより形成される。第二の繊維体３２は、第二の繊維３２Ａにより形成される。第三の繊維体３３は、第三の繊維３３Ａにより形成される。第一の繊維体３１、第二の繊維体３２および第三の繊維体３３は、それぞれの内部に空隙を有する。第一の繊維３１Ａ、第二の繊維３２Ａおよび第三の繊維３３Ａは、それぞれ異なる等電点を有する材料を含む。これにより、第一の繊維体３１と、第二の繊維体３２と、第三の繊維体３３は、それぞれ異なる等電点を有する。

また、第一の繊維体３１の有する等電点は、第二の繊維体３２の有する等電点より小さい。さらに、第二の繊維体３２の有する等電点は、第三の繊維体３３の有する等電点より小さい。このように、複数の繊維体３４は、電気泳動支持体３５において、陽極３Ａ側から陰極３Ｂ側に向かって、等電点が昇順に並ぶように配置されている。具体的には、例えば、第一の繊維体３１は、ＳｉＯ_２を含む第一の繊維３１Ａで形成される。また、第二の繊維体３２は、ＳｎＯ_２を含む第二の繊維３２Ａで形成される。第三の繊維体３３は、ＺｎＯを含む第三の繊維３３Ａで形成される。したがって、電気泳動支持体３５において、ｐＨ２の等電点を有する第一の繊維体３１、ｐＨ７の等電点を有する第二の繊維体３２、及び、ｐＨ９の等電点を有する第三の繊維体３３が、この順で並んでいる。そのため、電気泳動支持体３５は、ｐＨ勾配を有する。

なお、電気泳動支持体３５に含まれる複数の繊維体３４をさらに増やしてもよい。等電点の異なる繊維体３４を増やすことにより、電気泳動支持体３５のｐＨ勾配をより細かく調整することができる。例えば、ｐＨ２からｐＨ１２まで、ｐＨ１刻みで繊維体３４を配置してもよい。それぞれの繊維体３４は、所定の等電点を有する金属酸化物の繊維で形成される。

ｐＨ勾配を有する電気泳動支持体は、例えば、等電点電気泳動に用いることができる。

（変形例２）
図５〜図７を参照して、実施の形態１の本変形例における電気泳動装置６０を説明する。以下の説明においては、実施の形態１との差異点を中心に説明する。共通する事項については、同一の符号を付して、その詳細な説明は省略する。

図５は、本変形例にかかる電気泳動装置６０の上面図である。図６は、図５の本変形例にかかる電気泳動支持体６５の６−６断面を模式的に示す断面図である。

本変形例に開示する電気泳動支持体６５は、筒状の基材６１を備える。基材６１は、底面６１１と、第一の側面６１２と、第二の側面６１３と、上面６１４とに囲まれた流路６２を有する。試料は、流路６２を通過する。なお、基材６１は、溝が形成された下部材と蓋部材とで構成されていてもよい。

流路６２を形成する基材６１の内壁面には、複数の繊維１３の集合体である第四〜第七の繊維体１３１〜１３４が配置される。第四の繊維体１３１は底面６１１に配置される。第五の繊維体１３２は第一の側面６１２に配置される。第六の繊維体１３３は第二の側面６１３に配置される。第七の繊維体１３４は上面６１４に配置される。第四の繊維体１３１〜第七の繊維体１３４に含まれる複数の繊維１３は、同一の材料で形成される。

ここで、第四の繊維体１３１は、第七の繊維体１３４と離隔している。つまり、第四の繊維体１３１の高さＨ１と第七の繊維体１３４の高さＨ４との和は、流路６２の深さＤよりも小さい。これにより、第四の繊維体１３１と第七の繊維体１３４との間には、繊維１３が配置されない空間６３が形成されている。また、第五の繊維体１３２は、第六の繊維体１３３と離隔している。つまり、第五の繊維体１３２の高さＨ２と第六の繊維体１３３の高さＨ３との和は、流路６２の幅Ｗよりも小さい。これにより、第五の繊維体１３２と第六の繊維体１３３との間には、繊維１３が配置されない空間６３が形成されている。

本実施の形態において、繊維体１２の周囲の溶液は、金属酸化物の材料に依存したｐＨを有すると説明した。ここで、金属酸化物の材料に依存した溶液中のｐＨ特性は、繊維１３の先端部分で安定して生じる。つまり、金属酸化物に依存する溶液中のｐＨは、繊維体１２と空間６３との境界を含む領域において安定して生じる。

そのため、電気泳動により試料を効率的に分離するためには、繊維体１２と、空間６３との境界の面積を大きくするとよい。

本変形例に示す電気泳動支持体６５は、底面６１１だけでなく、第一の側面６１２、第二の側面６１３および上面６１４にも第四〜第七の繊維体１３１〜１３４が形成されている。さらに、第一の側面６１２に配置される第五の繊維体１３２は、第二の側面６１３に配置される第六の繊維体１３３と離隔している。また、底面６１１に配置される第四の繊維体１３１は、上面６１４に配置される第七の繊維体１３４と離隔している。つまり、それぞれの第四〜第七の繊維体１３１〜１３４は、流路６２の内部に空間６３を形成するように配置されている。

このような構成とすることにより、電気泳動支持体６５は、空間６３と繊維体１２との境界部を広くすることができる。そのため、電気泳動支持体６５は、安定したｐＨ条件の下でより多くの試料を分離することができる。

また、電気泳動支持体６５は、上面６１４に、複数の貫通孔６４を有してもよい。これにより、電気泳動支持体６５は、電気泳動を行った試料に緩衝液などを入れる操作を容易に行うことができる。

なお、図７に示すように、電気泳動支持体６６は、上面６１４を有していなくてもよい。上面６１４を設けないことにより、電気泳動支持体６６は、電気泳動を行った試料に緩衝液などを入れる操作を容易に行うことができる。

このとき、底面６１１に配置される第四の繊維体１３１の高さＨ１１は、流路６２の深さＤよりも小さい。そのため、電気泳動支持体６６は、流路６２の内部において、底面６１１に配置される第四の繊維体１３１の上部に空間６３を形成することができる。

なお、第四の繊維体１３１の高さＨ１１は、流路６２の深さＤの半分より小さいことがより好ましい。これにより、第五の繊維体１３２および第六の繊維体１３３と空間６３との境界の面積を広くすることができる。

ただし、微量の試料を扱う場合は、試料が蒸発してしまうため、上面６１４を有することが好ましい。

また、図８に示すように、電気泳動支持体６７は、中空の円筒の基材６８と、円筒の基材６８内壁面に配置された繊維体１２とで構成されてもよい。円筒の基材６８においては、底面６１１、第一の側面６１２、第二の側面６１３および上面６１４は、相対的な位置関係を有する基材６８の内壁の一部を意味するものとする。

繊維体１２は、円筒の基材６８の内壁面の全周に亘って配置されている。また、基材６８の内壁面に配置された繊維体１２は、円筒の中心を挟んで対向する内壁面に配置された繊維体１２と離隔している。つまり、円筒の内部には、繊維１３が形成されていない空間６３が形成される。試料は、空間６３に形成されるｐＨの条件に従って分離される。

このように、電気泳動支持体６７は、円筒の基材６８の内壁面に繊維体１２を配置することにより、円筒の内部のより広い領域でｐＨの条件を制御することが可能となる。そのため、電気泳動支持体６７は、より多くの試料を効率的に分離することができる。

なお、変形例１に開示したように、本変形例の電気泳動支持体６５、６６、６７は、長さ方向にｐＨ勾配を有していてもよい。

以上のように、電気泳動支持体１５、３５、６５、６６、６７は、ｐＨを容易に再現性良く調整することができる。また、電気泳動支持体１５、３５、６５、６６、６７は、ゲルを用いない構成である。そのため、電気泳動支持体１５、３５、６５、６６、６７の保管に、保湿パッケージ等を用いる必要がない。また、電気泳動支持体１５、３５、６５、６６、６７は、容易に小型化することができる。

（実施の形態２）
図９及び図１０を参照して、本実施の形態における電気泳動装置４０を説明する。

図９は、本実施の形態にかかる電気泳動装置４０の上面図である。図１０は、図９における電気泳動装置４０の１０−１０断面における断面図である。

本実施の形態に係る電気泳動装置４０は、２次元電気泳動に用いられる。実施の形態１の変形例１に開示した電気泳動装置３０は、２次元電気泳動の１次元目の等電点電気泳動として用いることができる。以下の説明においては、実施の形態１との差異点を中心に説明する。共通する事項については、同一の符号を付して、その詳細な説明は省略する。

電気泳動装置４０は、凹部４を有する容器１と、電気泳動支持体４４と、電極３、４３と、電源装置５、４５と、検出装置４２とを有する。電気泳動支持体４４は、１次元目の電気泳動支持体３５および２次元目の電気泳動支持体４１を備える。

１次元目の電気泳動は、等電点電気泳動である。１次元目の電気泳動支持体３５は、変形例１の電気泳動支持体３５が用いられる。図６において、１次元目の電気泳動支持体３５は、等電点が異なる６つの繊維体３４により形成されたｐＨ勾配を有する。

さらに、１次元目の電気泳動支持体３５の側面には、２次元目の電気泳動支持体４１が一体として接合されている。２次元目の電気泳動の方向（Ｙ方向）は、１次元目の電気泳動の方向（Ｘ方向）と直交する。なお、電気泳動支持体３５と電気泳動支持体４１とは、直接的または間接的に接触するように容器内に配置されていてもよい。

２次元目の電気泳動において、試料は、試料の分子量の違いを用いて分離される。２次元目の電気泳動支持体４１は、実施の形態１に開示した繊維体１２を備える電気泳動支持体１５、または、ゲルを備える電気泳動支持体である。繊維体１２を備える電気泳動支持体１５を用いる場合、電気泳動支持体４１は、１つの繊維体１２で構成されることが望ましい。ゲルを備える電気泳動支持体は、アガロースゲル又はポリアクリルアミドゲル等で構成される。

以下、２次元電気泳動の動作を説明する。

一次元目の電気泳動支持体３５は、緩衝液を保持している。緩衝液は、ＰＢＳ等が用いられる。緩衝液は、電極３に接触する。このとき、緩衝液は、２次元目の電気泳動支持体４１側に漏れないことが好ましい。なお、緩衝液は、予め電気泳動支持体３５に充填されていても、電気泳動の直前に充填されてもよい。

次に、試料を１次元目の電気泳動支持体３５の端部にスポットする。その後、電源装置５により、電極３の間に所定の電圧を印加する。例えば、電極３の間に５００Ｖの電圧を１分間印加する。その後、１時間半かけて３５００Ｖまで電圧値を上昇させる。さらにその後、電極３の間に３５００Ｖの電圧を６時間半印加する。電圧を印加することにより、電極３の間に電場が形成される。このとき、試料は、試料が有する電荷がゼロになる等電点まで電気泳動支持体３５の中を移動する。そのため、泳動後の電気泳動支持体３５の内部において、試料は、試料の等電点に応じて分離されている。なお、試料を入れる前に、電気泳動装置４０の定常化処理を行ってもよい。

その後、１次元目の電気泳動で等電点により分離された試料に対して、２次元目の電気泳動を行う。電源装置４５により、所定の電圧を電極４３の間に印加する。例えば、電極４３の間に８０Ｖの電圧を１６時間印加する。これにより、試料は、Ｙ方向に２次元目の電気泳動支持体４１の中を移動する。２次元目の電気泳動において、試料は、試料の分子量の違いで分離される。

なお、２次元目の電気泳動支持体４１は、１次元目の電気泳動支持体３５が保持する緩衝液とは異なる緩衝液を保持している。２次元目の電気泳動支持体４１が保持する緩衝液は、ＳＤＳ（Ｓｏｄｉｕｍ Ｄｏｄｅｃｙｌ Ｓｕｌｆａｔｅ）を含むＰＢＳである。なお、１次元目の電気泳動支持体３５と２次元目の電気泳動支持体４１との間には、隔壁４６が設けられてもよい。隔壁４６は、電気泳動支持体３５と電気泳動支持体４１とを分離する。隔壁４６は、１次元目の電気泳動が完了した後、除去される。これにより、２次元目の電気泳動支持体４１が有する緩衝液は、１次元目の電気泳動支持体３５側に漏れることがない。そのため、電気泳動装置４０は、１次元目の電気泳動を精度良く行うことができる。

なお、隔壁４６は、一次元目の電気泳動支持体３５の有するｐＨ勾配ごとに貫通孔４０１を複数個有していてもよい。これにより、隔壁４６を除去することなく、１次元目の電気泳動で分離した試料を２次元目の電気泳動支持体４１に送ることができる。

２次元目の電気泳動により試料を分離した後、電気泳動支持体４１を染色する。これにより、分離された試料の位置を検出することができる。電気泳動支持体４１の染色は、例えば、銀染色等が用いられる。また、電気泳動を行う前に、蛍光色素を用いて、試料を染色してもよい。この場合、電気泳動を行った後の電気泳動支持体４１に対して励起光を照射し、蛍光を観察することにより、試料の位置を検出できる。また、別の方法として、試料の検出は、電気泳動支持体４１に紫外線又は近赤外線等の光を照射し、照射した光の透過光又は反射光を検出する方法を用いてもよい。タンパク質やＤＮＡ等の試料は、特定の波長の光を吸収する性質がある。そのため、電気泳動支持体４１に照射した光を検出する場合、試料が位置する場所においては、他の場所に比べて検出される光の強度が弱くなる。そのため、試料の位置を検出することができる。

なお、１次元目の電気泳動において、実施の形態１の変形例２に示した電気泳動支持体６５、６６、６７を用いてもよい。このとき、２次元目の電気泳動支持体４１は、基材の一部を介して、前記第二の側面に接合される。２次元目の電気泳動支持体４１と接する第二の側面６１２は、１次元目の電気泳動で分離した試料を２次元目の電気泳動支持体４１に送るために、複数の貫通孔を有してもよい。

図１１は、試料分離後の染色した２次元目の電気泳動支持体４１の検出画像５０である。

検出画像は、Ｘ方向において、検出箇所５１は６列である。これは、１次元目の電気泳動により、試料が６つの等電点に分離されたことを示す。また、それぞれの列において、Ｙ軸方向に検出箇所５１が分布している。これは、１次元目の電気泳動により各等電点で分離された試料が、２次元目の電気泳動により試料の分子量の違いで分離されたことを示す。

以上のように、試料は、等電点及び分子量により分離されている。このとき、分子量マーカー等を用いることにより、検出された試料を特定することができる。また、予め特定の試料の２次元電気泳動の結果が基準画像として存在する場合は、検出画像を基準画像と比較することにより、分析した試料を特定してもよい。

なお、検出画像を取得する方法としては、２次元目の電気泳動中の試料を検出してもよい。例えば、図９および図１０に示すように、２次元目の電気泳動支持体の検出領域４７の上部に検出装置４２を設ける。検出装置４２は、紫外線等の光を照射する照射装置４８と光を受光する受光装置４９とを含む。検出装置４２の検出領域４７は、２次元目の電気泳動支持体４１の長さ方向（Ｙ軸方向）の一部の領域であって、かつ、幅方向（Ｘ軸方向）の全領域である。検出装置４２は、２次元目の電気泳動支持体４１との相対的な位置が変化しないよう電気泳動装置４０等に固定される。

検出装置４２は、電気泳動中の電気泳動支持体４１の試料を、検出領域４７に照射される光を用いて、電気泳動パターンを再構築することにより検出する。

照射装置が照射した光は、電気泳動支持体４１で反射される。反射された光は、受光装置において受光される。検出装置４２は、受光した光の強度を時系列のデータとして取得する。電気泳動支持体４１内に、試料が含まれる場合、照射される光は、試料により吸収される。そのため、受光される反射光の強度が小さくなる。

取得したデータを、グラフにプロットすることにより、図１１に示すような検出画像を生成することができる。ここで、グラフの縦軸は時間を示す。横軸は、検出領域４７の幅方向における位置を示す。また、検出箇所５１の大きさは、光の強度の情報を示す。検出箇所５１の大きさは、例えば、光の強度の逆数である。

なお、検出領域４７に照射した光の透過光を用いて検出する場合、照射装置４８と受光装置４９とは、検出領域４７に対して対称な位置にもうけられる。

このように、電気泳動中において、分離された試料の検出画像５０を取得することにより、試料の検出時間を短縮することができる。なお、受光される光の情報は、光の強度に限られない。例えば、光の情報は、光の周波数等であってもよい。

以上、一つまたは複数の態様に電気泳動支持体及び電気泳動装置について、実施の形態に基づいて説明したが、本開示は、この実施の形態に限定されるものではない。本開示の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したものや、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、一つまたは複数の態様の範囲内に含まれてもよい。

本開示の電気泳動支持体及び電気泳動装置は、タンパク質やＤＮＡ等の試料の分離に有用である。

１ 容器
３，４３ 電極
３Ａ 陽極
３Ｂ 陰極
４ 凹部
５，４５ 電源装置
１５，３５，４１，４４，６５，６６，６７ 電気泳動支持体
１１，６１，６８ 基材
１２，３４，１３１，１３２，１３３，１３４ 繊維体
１３，３１Ａ，３２Ａ，３３Ａ 繊維
１４ 空隙
２０，３０，４０，６０ 電気泳動装置
３１ 第一の繊維体
３２ 第二の繊維体
３３ 第三の繊維体
４２ 検出装置
４６ 隔壁
６２ 流路
６３ 空間
６４ 貫通孔
４０１ 貫通孔
４７ 検出領域
４８ 照射装置
４９ 受光装置
５０ 検出画像
５１ 検出箇所

Claims (13)

1. 複数の繊維を備える電気泳動支持体であって、
   前記複数の繊維は、内部に空隙を有する繊維体を形成し、
   前記複数の繊維は、所定の等電点を有する金属酸化物を含む、
   電気泳動支持体。
2. 前記電気泳動支持体は、複数の前記繊維体を含み、
   前記複数の前記繊維体は、それぞれ異なる等電点を有し、
   前記複数の前記繊維体は、前記電気泳動支持体の一端から他端に向かって、前記等電点の大きさが昇順に並ぶように配置される、
   請求項１に記載の電気泳動支持体。
3. 容器と、
   前記容器に設けられる一対の第一の電極と、
   前記一対の前記第一の電極の間に配置される第一の電気泳動支持体と、を備え、
   前記第一の電気泳動支持体は、複数の繊維からなるとともに内部に空隙を有する繊維体を有し、
   前記複数の繊維は、所定の等電点を有する金属酸化物を含む、
   電気泳動装置。
4. 前記第一の電気泳動支持体は、複数の前記繊維体を含み、
   前記複数の前記繊維体は、それぞれ異なる等電点を有し、
   前記複数の前記繊維体は、前記電気泳動支持体の一端から他端に向かって、前記等電点の大きさが昇順に並ぶように配置される、
   請求項３に記載の電気泳動装置。
5. 前記容器に設けられる一対の第二の電極と、
   前記一対の前記第二の電極の間に配置される第二の電気泳動支持体と、をさらに備え、
   前記第二の電気泳動支持体は、前記第一の電気泳動支持体の側面に一体として接合されている、
   請求項３または４に記載の電気泳動装置。
6. 前記第二の電気泳動支持体と前記第一の電気泳動支持体との間に設けられる隔壁をさらに備える、
   請求項５に記載の電気泳動装置。
7. 前記第二の電気泳動支持体の検出領域に照射された光を受光する検出装置と、をさらに備え、
   前記検出装置は、前記第二の電気泳動支持体を移動している試料を、前記光を用いて電気泳動パターンを再構築することにより検出する、
   請求項５または６に記載の電気泳動装置。
8. 底面と第一の側面と前記第一の側面に対向する第二の側面とで形成される流路を有する基材と、を更に備え、
   前記繊維体は、前記底面と前記第一の側面と前記第二の側面とにそれぞれ配置され、
   前記底面に配置される前記繊維体の高さは、前記流路の深さよりも小さく、
   前記第一の側面に配置される前記繊維体と前記第二の側面に配置される前記繊維体とは離間して配置される、
   請求項１に記載の電気泳動支持体。
9. 底面と第一の側面と前記第一の側面に対向する第二の側面とで形成される流路を有する基材と、
   前記流路に配置された繊維体と、をさらに備え、
   前記繊維体は、絡み合う前記複数の繊維により形成され、前記複数の繊維間に空隙を有する多孔質体であり、
   前記繊維体は、前記底面と前記第一の側面と前記第二の側面とにそれぞれ配置され、
   前記底面に配置される前記繊維体の高さは、前記流路の深さよりも小さく、
   前記第一の側面に配置される繊維体と前記第二の側面に配置される繊維体とは離間している、
   請求項１に記載の電気泳動支持体。
10. 前記基材は、前記底面と前記流路を挟んで対向する上面をさらに有し、
    前記上面には、前記繊維体が配置されており、
    前記底面に配置される繊維体と前記上面に配置される繊維体とは離間している、
    請求項９に記載の電気泳動支持体。
11. 前記基材は、円筒であり、
    前記繊維体は、前記円筒の内壁面の全周に配置される、
    請求項９に記載の電気泳動支持体。
12. 前記基材の前記上面は、複数の貫通孔をさらに備える、
    請求項１０に記載の電気泳動支持体。
13. 前記容器に設けられる一対の第二の電極と、
    前記一対の前記第二の電極の間に配置される第二の電気泳動支持体とをさらに備え、
    前記第一の電気泳動支持体は、
    底面と第一の側面と第一の側面に対向する第二の側面とで形成される流路を有する基材と、
    前記流路に配置された繊維体と、を備え、
    前記繊維体は、絡み合う複数の繊維により形成され、前記複数の繊維間に空隙を有する多孔質体であり、
    前記複数の繊維は、所定の等電位点を有する金属酸化物を含み、
    前記繊維体は、前記底面と前記第一の側面と前記第二の側面とにそれぞれ配置され、
    前記底面に配置される前記繊維体の高さは、前記流路の深さよりも小さく、
    前記第一の側面に配置される繊維体と前記第二の側面に配置される繊維体とは離間し、
    前記第二の電気泳動支持体は、前記第一の電気泳動支持体の前記第二の側面に、前記基材の一部を介して接合され、
    前記第二の側面は、前記第一の電気泳動支持体と前記第二の電気泳動支持体を接続するように複数の貫通孔を有する、
    請求項３に記載の電気泳動装置。

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