WO2007063719A1

WO2007063719A1 - 電気泳動チップ、電気泳動装置、および試料分析方法

Info

Publication number: WO2007063719A1
Application number: PCT/JP2006/322945
Authority: WO
Inventors: Wataru Hattori
Original assignee: Nec Corporation
Priority date: 2005-11-29
Filing date: 2006-11-17
Publication date: 2007-06-07
Also published as: US20090045057A1; US7790007B2; JPWO2007063719A1

Abstract

　電気泳動中のタンパク質を含む試料の液体状態を安定に保つ。　電気泳動チップ１は、基板２と、基板２の表面３に設けられ、上部に開口４ａ～４ｄを備えた、試料溶媒が供給されるチャネル５ａ～５ｄと、チャネル５ａ～５ｄとは独立して設けられ、チャネル５ａ～５ｄの開口４ａ～４ｄと空間的につなげられた、試料溶媒の蒸発防止剤を貯留する蒸発防止剤貯液部８ａ，８ｂとを有している。

Description

明細書

電気泳動チップ、電気泳動装置、および試料分析方法

技術分野

[0001] 本発明は、電気泳動チップおよびそれを用いた電気泳動装置、ならびに試料分析方法に関する。

背景技術

[0002] 近年、マイクロエレクトローメカ-カルシステム（MEMS)技術の発展により、タンパク質を検出する新たなシステムの開発がおこなわれている。一つの方法によれば、まず、マイクロ流体チップ内に作製したチャネルに試料溶媒が導入される。次に、試料溶媒に含まれるタンパク質が電気泳動によって分離される。試料溶媒は次に、チヤネルで乾燥され、イオンィ匕を促進するマトリックスが添加される。その後、マトリックス支援レーザー脱離イオンィ匕質量分析装置 (MALDI— MS)によって、チャネル内で分離されたタンパク質が検出される。

[0003] 非特許文献 1〜3および特許文献 1によれば、チップ内に作製された、非シール構造すなわちチャネル上面が開放された構造の溝状のチャネルを用いて、マトリックスを含んだサンプルが分離される。そして、チャネル内の溶媒が乾燥され、分離後のサンプルがチャネル内でマトリックスとともに結晶化される。その後、チャネルをレーザーでスキャンすることによって、分離されたサンプルをレーザー脱離イオン化し、 MAL DI - MSで質量分析する。

[0004] このような分析方法の場合、タンパク質を電気泳動によって分離する際には試料は液体状態にあり、質量分析時には乾燥状態にある。したがって、試料を液体状態から乾燥状態へ連続的に同一チャネル内で取り扱うことが必要になる。非特許文献 1によれば、液体試料中の溶媒は、電気泳動後放置して乾燥される。非特許文献 2によれば、液体試料中の溶媒は、タンパク質分離後に室温の風を送って乾燥させるか、真空乾燥している。非特許文献 3によれば、液体試料中の溶媒は、チップ温度を 60°C まで昇温して加熱乾燥する力真空チャンバ一内で真空乾燥している。特許文献 1 には、真空チャンバ一に移して凍結乾燥する例が記載されている。非特許文献 1 :ケン 'ツエン (Ken Tseng)他、「キヤピラリー電気泳動分離とマトリックス支援レーザー脱離質量分析のための開放マイクロチャネルの製作および設計」 (Fabr ication and design of open microcnannels for capillary electrophoresis separa tions and matrix-assisted laser/ desorption mass spectrometry)、 Part of the S PIE Conference on Micro- and Nanofabricated Structures and Devices for Biomedical Environmental Applications 2、 SPIE Vol. 3606 (1999)、 pp.137- 14 8.

非特許文献 2 :ジヤン'リウ Oun Liu)他、「開放マイクロチャネル内での電気泳動分離。電気泳動と MALDI— MSとの結合方法」（Electrophoresis separation in open m icrochannels. A method for coupling electrophoresis with MALDト MS)、 Analyt ical Chemistry, Vol. 73 (2001)、 pp. 2147-2151.

非特許文献 3 :ミシェル 'L ' S 'モッタ (Michelle L.-S. Mok)他、「タンパク質分析のためのマトリックス支援レーザー脱離イオンィ匕質量分析と結合した、準閉鎖チャネルに着目したキヤヒフリ ~~等電」 Capillary isoelectric focusing in pseudo-closed chann el coupled to matrix assisted laser desorption/ ionization mass spectrometry for protein analysis), Analyst、 Vol. 129 (2004)、 pp. 109—111.

非特許文献 4 :堀池靖浩他著、「極微量全血分離 ·分析を目指したヘルスケアチップの創製」、医用電子と生体工学、第 39卷、特別号 2 (2001)、 pp. 2 & 3。

特許文献 1：国際公開第 03Z071263号パンフレット

特許文献 2 :特開 2002— 310858号公報

発明の開示

[0005] し力しながら、上述の従来技術には以下の問題がある。

[0006] 非特許文献 1のように放置して乾燥させる場合、乾燥時間がかかりすぎて、分離したタンパク質が溶媒中で拡散してしまうため、分離性能が低下する。また、溶媒乾燥時に、溶媒が一様に乾燥せずに液滴状になり、液滴がチャネル内を移動するために、タンパク質分離パターンが壊れてしまう。

[0007] 非特許文献 2および 3の場合は、より短時間で溶媒を乾燥させるため、タンパク質の溶媒中での拡散は抑制される。しかし、乾燥時や真空排気時の風により、溶媒が容易に液滴状になり、チャネル内を移動しやすくなるため、同様の問題が生じる。また、加熱乾燥しても、溶媒が液滴状になり、チャネル内を移動する問題は解決できない。

[0008] 一方、特許文献 1のように、チップを真空チャンバ一に入れて凍結乾燥する場合、試料凍結後は液の移動もタンパク質の拡散も生じないため、これらの問題は解決されるように思われる。しかし、実際には、白金電極を取り外した後チップを冷却するェ程や、チップを真空チャンバ一に挿入する工程に時間を要し、この間に分離したタンノ^質が溶媒中で拡散してしまう可能性もあるため、必ずしも効果的な解決方法ではなかった。

[0009] 本発明は、電気泳動中のタンパク質を含む試料の液体状態を安定に保ち、かつ電気泳動後に直ちに凍結乾燥を実施し、その後の試料乾燥状態を安定的に維持することのできる技術を提供することを目的とする。

[0010] その目的を達成するため本発明の電気泳動チップは、基板と、試料溶媒が供給されるチャネルと、試料溶媒の蒸発防止剤を貯留する蒸発防止剤貯液部とを有して!/、る。チャネルは基板の表面に設けられ、上部に開口を備えており、蒸発防止剤貯液部はチャネルとは独立して設けられ、チャネルの開口と空間的につなげられている。

[0011] したがって、蒸発防止剤貯液部に蒸発防止剤を導入することによって、蒸発防止剤が蒸発し、基板の表面に設けられたチャネルに導入された試料溶媒の蒸発を防止することができる。また、蒸発防止剤貯液部はチャネルと独立して設けられているので、チャネル内の試料溶媒と蒸発防止剤貯液部の蒸発防止剤が混合することはない。

[0012] 蒸発防止剤貯液部は基板の表面に設けられて、ることが望ま、。また、チャネルの底部に複数の突起部が設けられて、てもよ、。

[0013] 本発明の電気泳動装置は、上述の電気泳動チップと、電気泳動チップを密閉可能に収容する電気泳動槽と、電気泳動チップの温度制御手段とを有している。電気泳動装置は、電気泳動槽の内部気体の置換手段を備えて、てもよ、。

[0014] 本発明の試料分析方法は、飽和蒸気形成ステップと、試料溶媒導入ステップと、チャネルに電圧を印加して試料の電気泳動をおこなうステップとを有している。

[0015] 飽和蒸気形成ステップでは、試料を含んだ試料溶媒の構成物質のうち、電気泳動時の温度における飽和蒸気圧の最大分圧を発生させる構成物質を少なくとも含む蒸発防止剤の飽和蒸気を、基板の表面に設けられたチャネルの開口に接する空間に形成する。

[0016] 試料溶媒導入ステップでは、飽和蒸気形成ステップに続！ヽて、チャネルに試料溶媒を導入する。チャネルに電圧を印加して試料の電気泳動をおこなうステップは飽和蒸気形成ステップおよび試料溶媒導入ステップの後に行われる。

[0017] 試料を含んだ試料溶媒の構成物質のうち、電気泳動時の温度における飽和蒸気圧の最大分圧を発生させる構成物質を少なくとも含む蒸発防止剤の飽和蒸気を発生させること〖こよって、試料溶媒のうち、最も蒸発量の多い構成物質の蒸発が有効に防止される。

[0018] 本発明の一実施態様の試料分析方法では、飽和蒸気形成ステップと試料溶媒導入ステップとの間に、チャネルの開口に接する空間を不活性ガスによって置換するステツプをさらに有して、てもよ、。

[0019] さらに、試料分析方法では、電気泳動がおこなわれた試料を凍結させるステップと、凍結した試料を乾燥させるステップとを有して、てもよ!/、。

[0020] 以上説明したように、本発明によれば試料溶媒の蒸発を効果的に防止することができる。このため、電気泳動後にチップを移動させることなく試料を凍結乾燥する電気泳動方法の実現が可能となり、し力も、電気泳動から凍結乾燥までを短時間に実施し、その後乾燥状態を安定的に維持することが可能となる。

図面の簡単な説明

[0021] [図 1]図 1は本発明の一実施形態に係る電気泳動装置の模式的断面図である。

[図 2A]図 2Aは図 1の電気泳動装置に設けられる電気泳動チップの模式的平面図である。

[図 2B]図 2Bは図 2Aの A— A線に沿った電気泳動チップの断面図である。

[図 3]図 3は電極液貯留管の側方断面図である。

[図 4]図 4はチャネルの部分平面図である。

[図 5]図 5は本発明の一実施形態に係る試料分析方法のフロー図である。

符号の説明

[0022] 1 電気泳動チップ (チップ） 2 基板

3 表面

4a〜4d 開口（開放部）

5a〜5d チャネル

6a〜6h 各溶媒供給部

8a, 8b 蒸発防止剤貯液部

9a, 9b 蒸発防止剤供給部

10a〜： L Oh 電極液貯留管

11a, l ib 蒸発防止剤貯留管

51 電: ¾泳動装置

52 や ¾

53 熱伝導性ゲルシート

54 支持台

55 温度センサ

56 ペルチェ素子

58 液冷用冷却板

59 パイプ穴

60 パッキン

61 ガラス蓋

62 排気口

63 ガス導入口

70a〜70h 電極

S1 試料溶媒

S2 蒸発防止剤

T 電極液

発明を実施するための最良の形態

次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図 1は、本発明の一実施形態に係る電気泳動装置の模式的断面図である。図 2は、図 1の電気泳動装置に設けられる電気泳動チップの模式的平面図である。

[0024] 電気泳動装置 51の基本的構成要素は、電気泳動チップ (以下、チップ 1という。 )と、チップ 1を密閉可能に収容する電気泳動槽 52である。

[0025] チップ 1は熱伝導性ゲルシート 53を介して支持台 54に固定されている。等電点電気泳動をおこなう際には電極間に数 KVの電圧が力かるため、電気的ショートを防止するために、支持台 54は、例えばシエイパルゃシエイパル M (登録商標）のような窒化アルミなど、電気絶縁性のある良熱伝導性セラミックスで作製することが望ま、。

[0026] 支持台 54の下には、温度センサ 55が設置されている。チップ温度を精度良く測定するためには、温度センサ 55はチップ 1の下部など、チップ 1になるべく近い場所に設置した方がよ!、が、高電圧印加時にショートした際の温度センサ 55の破損防止のためには、電気絶縁性のよ!、支持台 54の下部に設置するのが好ま、。

[0027] 支持台 54の下には、チップ 1の温度を調整する温度制御手段 (冷却加熱機構)であるペルチェ素子 56が配置されて、る。ペルチェ素子 56は冷却加熱能力さえ十分ならば、小型のものでかまわない。加熱冷却時におけるチップ 1の面内の温度の均一性は、支持台 54を熱伝導性の良い材料とすることによって確保できる。

[0028] ペルチェ素子 56の排熱処理のためにペルチェ素子 56の下に液冷用冷却板 58が配置されている。冷却液循環用のパイプ穴 59が液冷用冷却板 58の内部を貫通しており、その中をチラ一（図示せず)から送り込まれる冷却液が循環して、排熱を処理することができる。したがって、液冷用冷却板 58の材料としては、例えばアルミや銅のような熱の良導体が好ましぐ耐食性を向上させるために、アルミ表面などを酸化処理しておくのが望まし、。冷却液としては水やナイブライン (登録商標）等を用いることができる。液冷用冷却板 58とペルチェ素子 56との間、またはペルチェ素子 56と支持台 54との間の接触面には、熱伝導グリス等の、表面粗さを補って熱接触を改善するぺ一スト等が塗布されて、ることが望まし、。

[0029] 電気泳動槽 52は、パッキン 60を介してガラス蓋 61で覆われている。これによつて、電気泳動槽 52の内部に密閉空間が形成される。電気泳動槽 52は、熱伝導性が低く (断熱性が高く）、電気絶縁性が良好で、耐薬品性にも優れた、例えばフッ素榭脂等の材料で製作されることが望まし、。 [0030] 電気泳動槽 52には、内部気体の置換手段、すなわち電気泳動槽 52の内部気体を排気するため排気口 62、およびガスを導入するためのガス導入口 63が設けられている。排気口 62およびガス導入口 63〖こは、電気泳動槽 52の外側出口の直近部にバルブ（図示せず）が設けられていることが望ましい。これによつて、電気泳動槽 52の外部との熱絶縁を保ち、密閉空間内の蒸気圧を精度良く制御することができる。

[0031] 図 2Aのチップの平面図、および図 2Aの A— A線に沿ったチップの断面図である図 2Bを参照すると、チップ 1は基板 2を備えている。基板 2は、電気泳動をおこなうために絶縁性の石英ガラス基板を加工して作製されてヽるが、電気泳動に支障のなヽように絶縁性を確保できるならば、プラスチック等の他の材料でも構わな、。

[0032] 基板 2の表面 3には、試料溶媒 S 1が供給される電気泳動用のチャネル 5a〜5dが形成されている。チャネル 5a〜5dは、流路長を確保するために多数の屈曲部を備え、上面に開放された開口（開放部) 4a〜4dを有している（図では 4aのみを図示)。各チャネル 5a〜5dの両端は、試料溶媒 S1をチャネル 5a〜5dに供給する試料導入口の機能を備えた溶媒供給部 6a〜6hと接続されて、る。溶媒供給部 6a〜6hをチヤネル 5a〜5dの両端に設けることによって、試料導入口をチャネル 5a〜5dの両端に設けることができ、片端のみに設置した場合と比較して、試料導入時間が短縮される。

[0033] 溶媒供給部 6a〜6hは電極液 Tの貯留のためにも用いられ、図 1に示すように、ガラス製の電極液貯留管 10a〜： LOh (図では 10aのみを図示）が固定板（図示せず）によつて固定されている。このように、溶媒供給部 6a〜6hは複数の機能を有しているため、後述する蒸発防止剤供給部 9a、 9bよりも若干広く形成されている。

[0034] 図 1を参照すると、各電極液貯留管 10a〜： LOhの内部には各々、白金の電極 70a 〜70hが固定されて!、る（図では 70aのみを図示）。電極 70a〜70hの固定方法は様々であるが、本実施形態では、電気泳動槽 52を通して電極液貯留管 10a〜10hの内部に挿入されている。電気泳動槽 52を密閉するために、電気泳動槽 52に形成した挿入穴にシーリング剤 64を充填することが望ましい。

[0035] 図 3は、電極液貯留管の側方断面図である。電極液貯留管 10a〜： LOhは、ガラス管 101に、親水性の PVDF膜からなる濾紙 102を、耐薬品性のあるエポキシ系接着剤で貼り付けたものである。濾紙 102によって、電極液 Tのチャネル 5a〜5dへの混入が防止され、キヤピラリー電気泳動のうち最も代表的な等電点電気泳動をおこなう場合に、その安定性を増すことができる。さらに、等電点電気泳動の際に水素イオン濃度勾配の形成を安定ィ匕させるために、濾紙 102には所望の水素イオン濃度を形成する pH固定ィ匕ポリアクリルアミドゲルを含浸させておくことが望ましい。これによつて、チャネル 5a〜5d内に形成される pH勾配の再現性を高めることができる。

[0036] 再び図 2を参照すると、基板 2の表面 3には、蒸発防止剤 S2を貯留する蒸発防止剤貯液部 8a, 8bが設けられている。蒸発防止剤 S2は、試料溶媒 S 1の蒸発を防止するために供給される。蒸発防止剤貯液部 8a, 8bは、チャネル 5a〜5dとは独立して設けられている力チャネル 5a〜5dの開口 4a〜4dと空間的につなげられている。蒸発防止剤貯液部 8a, 8bの一端部は蒸発防止剤供給部 9a、 9bとなっている。

[0037] 図 1を参照すると、蒸発防止剤供給部 9a、 9bには、ガラス製の蒸発防止剤貯留管 11a, l ibが固定されている（図では 11aのみを図示)。蒸発防止剤貯留管 11a, 11 bは電気泳動槽 52中に固定板（図示せず)を設け固定されている。蒸発防止剤 S2は、蒸発防止剤貯留管 11a, l ibを通して蒸発防止剤供給部 9a、 9bに滴下され、さらに細長い蒸発防止剤貯液部 8a, 8bまで広がり、蒸発防止剤供給部 9a、 9bおよび蒸発防止剤貯液部 8a, 8bの全面から蒸発防止剤 S2の蒸気を発生させる。なお、蒸発防止剤貯液部 8a, 8bは少しでも貯液部の面積を広くして、蒸気を発生させやすくするために設けられている。

[0038] 図 4は、チャネルの部分平面図である。チャネル 5a〜5dの底部には、多数の突起部 71が規則的に配置されている。同様の突起部は溶媒供給部 6a〜6hの底部 (濾紙 102の下方）にも設けられている。このような凹凸構造を設けることにより、チャネル 5a 〜5dや溶媒供給部 6a〜6hの表面が平坦面である場合よりも液体保持力、すなわち見かけの親液性を高めることができる。このため、例えば、チャネル 5a〜5dの深さを僅か 10 m程度としても、試料を含む液体をチャネル 5a〜5dに安定的に保持することができる。また、本実施形態のチップ 1では、凹凸構造の表面を通じてチップ 1とチャネル 5a〜5dに導入された液体とが熱交換する構成となっている。このため、電気泳動時のジュール熱を原因とするチャネル 5a〜5d中の試料を含む液体の昇温を緩和することができ、電気泳動を安定的におこなうことができる。 [0039] 非特許文献 1によれば、チャネルの断面の深さ X幅のサイズは 500 m X 500 m、および 250 m X 250 mである。非特許文献 2によれば、チャネルのサイズは、深さ力 250 μ mまたは 200 μ m、幅力 ^250 μ mまたは 150 μ mである。特許文献 3 によれば、直径 0. 007インチ (約 180 m)の白金線をプラスチック基板に押し付けてチャネルを形成している。特許文献 1によれば、直径 0.005インチ（約 130 /z m)および直径 0. 007インチ (約 180 m)の白金線をプラスチック基板に押し付けてチヤネルを形成している。ここで、 MALDI— MSは感度力 mol〜10fmol程度と高いことが知られている。このため、 MALDI— MSに供する試料の調製には、本来、上述した構成のように断面積の大きいチャネルを必要とはしない。また、通常、放熱性能等で有利とされる、キヤピラリー電気泳動において用いられるキヤビラリ一の直径 100 μ m以下と、う値と比較して大き!、。

[0040] ところが、上述したチャネルの断面積を小さくしていくと、普通の室内では、または非特許文献 1記載の水冷による温度管理だけでは、チャネル内の溶媒が容易に乾燥してしまうため、安定して試料溶媒をチャネルに導入することができなカゝつた。特に、 MALDI— MSに適用する場合、レーザ一径は 100 m程度であり、チャネルの幅をこのレーザ一径未満にすると、有効なレーザーの照射面積が減少し、効率が低下する懸念があった。

[0041] また、チャネルの断面積を小さくするために、チャネルの深さをより浅くすることが考えられる。この場合、チャネルの幅は確保される力チャネルの深さを浅くすると、チヤネルの体積に対して溶媒の蒸発する表面積が相対的に増大してしまう。したがって、さらに溶媒は乾燥しやすくなる。また、チャネルの深さを浅くすると、液体を重力のみでチャネル内に保持することは難しくなり、試料溶媒がチャネル外に容易にあふれ出る懸念があった。また、試料溶媒のボリュームを一定にした状態で、分離性能を向上させるためにチャネルを長くした場合にも、溶媒の蒸発する表面積が増大してしまい、チャネル内に溶液を保持しておくことが困難であった。

[0042] し力しながら、チャネルの底部に多数の突起部 71を規則的に配置することにより、幅 400 μ m、深さ 10 μ mのチャネルであっても安定して液体を保持できる。さらにこの多数の突起構造により放熱性能が格段に上がり、電気泳動時にジュール熱で試料温度が上昇して乾燥することが防止される。

[0043] 次に、以上説明した電気泳動チップおよび電気泳動装置を用いた試料分析方法について、図 5のフロー図を参照して説明する。

[0044] (ステップ S51)まず、図 1のように、チップ 1を電気泳動槽 52内に設置する。次に冷却液をチラ一からパイプ穴 59を通して循環させ、液冷用冷却板 58を所望の温度にする。次にペルチェ素子 56を温度調節器に接続して動作させ、温度センサ 55の温度を所定の値とする。チップ温度は、所望の温度、例えば等電点電気泳動をおこなう際に一般的な 10°Cとする。ペルチェ素子 56の排熱は液冷用冷却板 58を通して外側に排出される。

[0045] (ステップ S52)次に、蒸発防止剤 S2を、蒸発防止剤貯留管 11a, l ibを通して、蒸発防止剤供給部 9a、 9bおよび蒸発防止剤貯液部 8a, 8bに導入する。蒸発防止剤 S 2は、電気泳動槽 52内の温度に対応する飽和蒸気圧で蒸発し、蒸発防止剤 S2の飽和蒸気が、チャネル 5a〜5dの開口 4a〜4dに接する空間を含む電気泳動槽 52内に形成される。

[0046] 本実施形態の場合、蒸発防止剤貯液部 8a, 8bがチップ 1上にあるため、例えばチップ 1に結露を生じさせずに、なるべく高!ヽ湿度を実現すると!ヽつた精密な湿度制御は難しい場合があるが、汚れやすぐ手入れの煩雑な蒸気供給源をチップ上に配置して消耗品とすることにより、逆に使用方法が容易になるというメリットもある。さらに、ガラス蓋 61をした後に液を出し入れすることがないため、真空排気のための密閉構造を容易に形成できる。例えば、非特許文献 3や特許文献 2に記載のキヤピラリーを用いる方法は特許文献 1以前から多く考案されているが、これらの方法の場合、真空排気に耐えうる密閉構造を形成することは極めて難しい。また、非特許文献 3や特許文献 2に限らず、以前力キヤビラリ一等電点電気泳動で一般的に用いられ、非特許文献 4記載の通りチップ技術でも以前力用いられている塩橋は、真空排気に耐えるような使用方法は考慮されていないため、強度上の問題がある。したがって、本実施形態のように、電気泳動槽内で電気泳動後直ちに凍結乾燥することは難し、。

[0047] 蒸発防止剤 S2は、試料溶媒 S1と同じでもよいが、電気泳動する温度で試料溶媒 S 1から発生する蒸気の主たる成分 (分圧比)を構成する構成物質を含む溶媒であればよい。例えば、 10°Cで等電点電気泳動をおこなう場合、エチレングリコールと純水とを体積比 2 : 8で混合した溶媒がしばしば用いられる力 10°Cにおける純水の蒸気圧は、エチレングリコールの蒸気圧の約 500倍である。したがって、この場合、蒸発防止剤 S2は、エチレングリコールと純水との混合溶媒でもよいが、蒸気圧の高い純水のみでもよい。ゲル電気泳動と異なり、本チップ上でおこなわれるキヤピラリー電気泳動は長くても数時間程度で終了するため、その間に溶媒の内容が大きく変化しなければよい。したがって、蒸発防止剤 S2は厳密に試料溶媒 S1と一致させる必要は無い。しかし、蒸発防止剤 S2は、試料溶媒 S1の構成物質のうち、電気泳動時の温度における飽和蒸気圧の少なくとも最大分圧を発生させる構成物質 (上記の場合は純水）を含んで!/、ることが望ま、。

[0048] (ステップ S53)密閉構造を形成後、ガス導入口 63から窒素ガスなどの不活性ガスを流し、排気口 62から排気することによって、電気泳動槽 52内部のガスを置換する。これによつて、空気中の二酸ィ匕炭素ガスが試料溶媒 S1や電極液 Tに溶け込んで水素イオン濃度勾配形成に悪影響を及ぼすことを抑制できる。この際、蒸発防止剤貯留管 11a, l ibからの蒸発防止剤 S2の蒸発速度よりも十分ゆっくりとした速度でガス置換することで、湿度変化を生じることなくガス置換することができる。

[0049] 蒸発防止剤貯留管 11a, l ibを設けることにより、非特許文献 3および特許文献 1 記載の蓋を用いた場合よりも湿度保持を確実におこなうことができる。即ち、非特許文献 3および特許文献 1記載の技術では、チャネル内の溶媒が蒸発することによって蓋内部の蒸気圧を飽和させなければならない。その場合、蓋内部の空間にもよるが、 1マイクロリツター前後の溶媒蒸発が必要となる。チャネル内の溶液はマイクロリツターレベルであるため、この蒸発量は無視しがたい。したがって、湿度保持と試料溶媒濃度の保持を両立させることが難しい。一方、本実施形態では、チャネル 5a〜5dとは独立して、蒸発防止剤貯留管 11a, l ibが設けられているため、湿度保持と試料溶媒濃度の保持の両立が可能となって、る。

[0050] (ステップ S54)次に、電気泳動槽 52内の湿度が十分に高くなつた状態で、まず、等電点分離するペプチドやポリペプチド、あるいはタンパク質等の両性担体を含み、その他アンフォライト等を含む試料溶媒 S1をチャネル 5a〜5dにピペット（図 3の矢印参照）で滴下して導入する。滴下後、チャネル 5a〜5d内には速やかに試料溶媒 S1 が充填される。乾燥して、た pH固定ィ匕ポリアクリルアミドゲルの含浸された濾紙 102 は、溶媒を含んで塩橋として動作できる状態となる。

[0051] (ステップ S55)この状態で、各電極液貯留管 10a〜： L Ohに、酸またはアルカリの電極液 Tを導入する。電極液 Tのチャネル 5a〜5dへの流入は、濾紙 102によって規制される。さら〖こ、電解液 Tに不足する微妙な pH再現性を補完し、 pH固定ィ匕ゲルの効果によってチャネル両端の水素イオン濃度が再現性良く実現できるため、電圧印加時に形成される水素イオン濃度勾配を安定化させることができる。

[0052] その後、ガラス蓋 61を設置し電気泳動槽 52を密閉すると共に、電極液貯留管 10a 〜10hに差し込まれている電極 70a〜70h間に高電圧を、酸側を正極、アルカリ側を負極にして印加し、水素イオン濃度勾配を形成し、両性担体を分離する (電気泳動）

[0053] (ステップ S56)その後、ペルチエ素子 56を使用して分離後の溶媒を凍結させる。

凍結後、排気口 62から真空排気して凍結乾燥させることによって、分離後の両性担体のパターンを乱すことなく乾燥させることができる。その後、イオン化促進剤を噴霧ゃデイスペンサによって適宜添加し、質量分析装置で両性担体を検出する。

[0054] 以上説明したように、本発明によれば、試料溶媒と同じ、または電気泳動時の温度における飽和蒸気圧の最大分圧を発生させる構成物質を少なくとも含む蒸発防止剤の飽和蒸気を、基板の表面に設けられたチャネルの開口に接する空間に形成することによって、試料溶媒の蒸発を抑制することができる。したがって、チップ上で電気泳動によって分離した試料の液体状態を安定に保ち、試料の移動を防止し、分離性能を高めることができる。

[0055] また、電気泳動槽内は密閉されるため、電気泳動槽内部の温度や湿度、気圧を槽の外部環境と独立して制御可能となる。電気泳動槽内の気体を排気、置換する機構を備えて、るため、例えば等電点電気泳動時に問題となる大気中の炭酸ガスを除去し、不活性ガスで槽内を満たすことも可能となる。さらに、チップ温度の制御機構を備えているので、チップ上で電気泳動によって分離した試料を、分離後そのまま凍結させることができる。その後、槽内を真空排気すれば凍結乾燥も可能である。あるいは乾燥気体を循環させることによって凍結乾燥してもよい。従って電気泳動後にチップを移動させること無く試料を凍結乾燥する電気泳動方法の実現が可能となり、し力も、電気泳動から凍結乾燥までを短時間に実施し、その後乾燥状態を安定的に維持することが可能である。

[0056] 乾燥後、層内を真空排気したまま、あるいは層内に乾燥気体を充填した状態で、温度を室温まで戻すことによって、結露等の心配なぐ試料乾燥状態を安定的に維持することちでさる。

[0057] このように、本発明によれば、電気泳動中のタンパク質を含む試料の液体状態を安定に保ち、かつ凍結乾燥を短時間に実施でき、その後の試料乾燥状態を安定的に維持することができる。

Claims

請求の範囲

[1] 基板と、

前記基板の表面に設けられ、上部に開口を備えた、試料溶媒が供給されるチヤネルと、

前記チャネルとは独立して設けられ、前記チャネルの前記開口と空間的につなげられた、前記試料溶媒の蒸発防止剤を貯留する蒸発防止剤貯液部と、

を有する電気泳動チップ。

[2] 前記蒸発防止剤貯液部は前記基板の前記表面に設けられて!/、る、請求項 1に記載の電気泳動チップ。

[3] 前記チャネルの底部に複数の突起部が設けられている、請求項 1または 2に記載の電気泳動チップ。

[4] 請求項 1から 3の、ずれ力 1項に記載の電気泳動チップと、

前記電気泳動チップを密閉可能に収容する電気泳動槽と、

前記電気泳動チップの温度制御手段と、

を有する、電気泳動装置。

[5] 前記電気泳動槽の内部気体の置換手段を有する、請求項 4に記載の電気泳動装置。

[6] 試料を含んだ試料溶媒の構成物質のうち、電気泳動時の温度における飽和蒸気圧の最大分圧を発生させる構成物質を少なくとも含む蒸発防止剤の飽和蒸気を、基板の表面に設けられたチャネルの開口に接する空間に形成する飽和蒸気形成ステップと、

前記飽和蒸気形成ステップに続!ヽて、前記チャネルに前記試料溶媒を導入する試料溶媒導入ステップと、

前記飽和蒸気形成ステップおよび前記試料溶媒導入ステップの後に、前記チヤネルに電圧を印加して前記試料の電気泳動をおこなうステップと、

を有する、試料分析方法。

[7] 前記飽和蒸気形成ステップと前記試料溶媒導入ステップとの間で、前記チャネルの前記開口に接する空間を不活性ガスによって置換するステップを有する、請求項 6 に記載の試料分析方法。

電気泳動がおこなわれた前記試料を凍結させるステップと、凍結した前記試料を乾燥させるステップと、

を有する、請求項 6または 7に記載の試料分析方法。