JP4712364B2 - 電気泳動装置用泳動槽 - Google Patents

Description

本発明は、主にＤＮＡ、ＲＮＡ、タンパク質などの生体分子、または、電荷を有する各種の低分子化合物、錯体などの混合物を試料とし、それら試料の分離分析および精製、回収などに用いられる電気泳動装置用の泳動槽に関する。

従来の電気泳動装置 としては、実公昭６３−３９６３９号公報に示される泳動装置が公知である。この泳動装置はヒューズと整流手段および動作のオンオフや出力の切り替えスイッチのみで構成され、泳動担体のインピーダンスに応じた電流が供給可能である。
実公昭６３−３９６３９号 電気泳動法のすべて（医歯薬出版株式会社、１９８３年） 電気泳動法のすべて（医歯薬出版株式会社、１９８３年）には、緩衝液内に浸積したゲルを挟むようにして、電極が配置されると共に、電極と、ゲルの間に、緩衝液から突出した状態の仕切り性を有する板状体が配置され、その板状体と泳動槽底部を電気的通路とした構成が示されている。

しかしながら、上記発明装置は、直接ＡＣ１００Ｖの家庭用電源等の汎用交流電源に直接接続するため、泳動担体のインピーダンスの急激な低下や、各部の短絡により大量の電流が流れる可能性が大である。この大量の電流は、人体にとって危険であるにもかかわらず、電気的絶縁性への配慮は、内蔵するヒューズの断線および電子回路を収容するケースの保護機能的形態のみである。
このような簡易な保護機能では、電気泳動実験を高校などでの教育の一環として行うことも増えてきている現在、決して十分とは言えない。また、扱いなれていない者が実験を行えば、液体を誤ってこぼしてしまうなど、装置が故障する可能性も高くなるため、故障しにくい構成にしたり、故障を招く可能性のある操作ができないような使用感の向上といったことが求められる。

しかしながら、安全性や使用感を向上させるためだけに回路構成を複雑にしたり、自動化を進めるだけでは、装置の大型化や高価格化を招くことになる。そのような装置は、結果的には専門の研究機関でしか扱えず、教育用途の拡大や、一人の研究者が複数台を扱うことによる研究の迅速化につながらない。したがって、できるだけ簡易な構成でありながら、安全かつ操作しやすい泳動装置が求められることになる。
発明者らは、特願２００１−３７９２５５において、簡易かつ安全な泳動装置を考案している。この発明における泳動装置では、泳動槽の蓋に磁石を備えており、泳動用電源と電気泳動槽の接続部にリードスイッチを挟み、このリードスイッチを蓋の磁石で動作させることにより、蓋をしなければ通電しない安全性を有している。また、泳動用電源のスイッチにも磁石を備え、電源ケース内のリードスイッチを磁力で動作させることにより、回路部を完全にケース内に密封することができるため、防水性が非常に高く故障しにくい構成を実現している。

しかしながら上記発明の泳動装置では、随所に使用している磁石の性能のばらつきによって動作が不安定になることがあるという問題点を含んでいる。また、安全性を高めるためのリードスイッチが電気泳動槽に付属しているため、洗浄や緩衝液の注入などの際に、スイッチ部に液体が入ってしまい、故障を招くことがある。このため、取り扱いに注意を払う必要があり、簡単に使用できるとはいえない。更に、たとえばＤＮＡの観察には、エチジウムブロマイドなどの発がん性や毒性が疑われる染色液を電気泳動前に電極槽内の緩衝液に添加し使用することもある。この場合、従来の電気泳動槽の形状では、電気泳動後に当緩衝液を廃液として処理する際に、廃棄中の液体形状が一定にならないために、泳動槽外部に廃液が付着したり、周囲に廃液が飛散するおそれがあった。

そこで本発明は、実公昭６３−３９６３９号公報に示されている電気回路の簡易さを生かした、非常にコンパクトな泳動装置でありながら、誰でも簡単に扱える優れた使用感と、故障しにくく安全性もより向上させた泳動装置を考案することを目的とする。
装置の安全性については、蓋をしなければ通電できない構成によって確保するが、特願２００１−３７９２５５の泳動装置のように、蓋と泳動槽に備えられたスイッチとを連動させるのではなく、蓋と泳動用電源に備えられたスイッチとを連動させる。これにより、液体に弱いスイッチ類を泳動槽から排除することが可能となり、故障の可能性を劇的に低減させることができる。また、泳動槽を洗浄することも容易になるため、使用感が向上する。特に電気泳動後に電極槽内の緩衝液を廃液として処理する際に、泳動槽外部に廃液が付着したり、周囲に廃液が飛散する事態を大幅に回避できる。

本発明は、より安全で、効率の良い電気泳動実験を実現可能とすると共に、実験者が、必要とするオーダーメイド的な関連器具および消耗品の供給をスムーズに行う。

本発明の電気泳動装置およびその撮影解析システムを順に説明する。
まず、本発明の電気泳動装置の基本構成の断面図を図１に示す。
本発明の電気泳動装置はサブマリン型と呼ばれるものであり、泳動槽１に泳動用緩衝液２を注入する。泳動槽１の中央部は台状に盛り上がっているのが通常である。また、泳動槽に用いる緩衝液などの支持電解質の液量を少なく用いることにより、台状に盛り上がっている場所にて、ろ紙電気泳動やセルロースアセテート電気泳動に転用することも可能である。この台状部３によって分けられた両底部には電極４、４’が張られている。電極４、４’は通常、白金の線状部材である。２本の電極４、４’はそれぞれ泳動用電源に接続され、一方が陽極、もう一方が陰極となる。
台状部３には泳動担体５が設置される。この泳動担体５は、サブマリン型泳動装置においてはアガロースを主成分とするゲルであることが多い。泳動担体５には試料設置溝６が設けられ、試料７をこの中に設置する。泳動担体５には、電極４、４’から緩衝液２を介して電圧が印加され、帯電している試料７が泳動される。試料７に含まれる各成分は分子サイズの違い、あるいは帯電状態の違いなどに応じて、泳動担体５内で分離される。

なお、電気泳動では高電圧が印加されることが通常であるため、感電を防ぐために泳動槽蓋１０を設置する。泳動槽蓋１０は、緩衝液中の水分の蒸発を抑制したり、ほこりなどの汚染物質が泳動槽内に混入することを防止する役割も果たしている。また、図１（a）のように、仕切り板８a、８a'を必要に応じて電極４、４’の上方に設置する場合がある。これは、電極４、４’からの通電を阻害しないように、少なくとも下部は開口しているが、上部からは安易に電極４、４’に触れて故障することがないようにカバーするためのものである。仕切り板８a、８a'は、電極４、４’から発生する気泡を、泳動槽１の中央部に流入させない機能も果たす。泳動槽の底面に対して垂直方向に仕切り板８a、８a'が配置される構成は、例えば非特許文献の欄に記載されているものなど、古くから利用されている。電気泳動に影響を与えるため、仕切り板８a、８a'は差し込み式など、必要に応じて着脱可能な部品となっていることが望ましい。さらに図１(b)のように、仕切り板８b、８b'を垂直方向から傾けて設置する場合もある。これは電極４、４’から発生する気泡が仕切り板に付着して泳動用緩衝液２の中に残存してしまうことを防ぐための構造である。気泡が残存すると、泳動用緩衝液２への溶解が促進され、液中濃度が高くなることにより電気泳動に影響を及ぼす可能性がある。

さらに図１(c)のように、底部仕切り板９、９’を設置する場合もある。底部仕切り板９、９’は、泳動槽１の緩衝液槽の底部から上方に立てられた板であり、必ずしも垂直である必要はないが、底部仕切り板９、９’の上限が、仕切り板（図１（a）の８a、８a'または図１(b)、図１(c)の８b、８b'の下限よりも上方に位置するように形成する。底部仕切り板９、９’の存在によって、電極４、４’に触れる可能性はさらに低下するため、安全性が向上する。また、底部仕切り板９、９’は、緩衝液槽を物理的に分断する機能を併せ持っているため、緩衝液の成分や濃度に不連続性を生じさせることも可能である。なお、仕切り板８a、８a'、８b、８b'と底部仕切り板９、９’とは必ずしも別体になっている必要はなく、図１(d)に示すような断面をもつ一部品８cとして泳動槽に組み込まれるものであってもよい。
仕切り板８a、８a'は、泳動槽内の対向する内面に、ガイド溝をもうけ、このガイド溝に沿って、差し込むようにして泳動槽内に組み込み装着することが例示される。
その他、ガイド溝は、連続した凸部を２つ平行に設けたもの、あるいはレール状体を設けたもの等が例示される。
仕切り板８b、８b'の傾きは、泳動槽の側面１ａ、１ａ’に対し、３°〜３０°が気泡を効率よく外部へ放出できる点で好ましいが、緩衝液の組成等により、その他の角度の傾きであっても良い場合もある。
仕切り板８a、８a'は、少なくとも、緩衝液面より突出し、緩衝液内部で貫通する間隙、孔部が形成されていればよく、その形状はこれらに限られるものではない。

なお、電気泳動実験においては、２本の電極でそれぞれ異なる電気化学反応が起こり、一般的には異なる量の気泡が発生する。例えば陽極では酸素、陰極ではその２倍の量の水素が発生するというような電気分解反応が起こる。両極で反応が異なるため、時間の経過とともに両極付近の緩衝液は異なる物性をもつようになり、泳動に影響を及ぼす。図１のような基本構成でも、発生気泡量の差が主因となって緩衝液の循環が発生するが、その効果は小さい。両極付近の緩衝液の物性を同一にすることを目的に、緩衝液を強制的に循環させるポンプも市販されているが、泳動槽よりも高価である上に設置の手間も大きく、簡易な使用目的には適していない。そこで図２のように、緩衝液を循環させる目的で内部を構成する方法を考える。泳動槽１の台状部をゲル設置部材３aとし、必要に応じて着脱できるようにしておく。ゲル設置部材３aの下面と泳動槽１の間には空間があり、緩衝液２で満たされる。図１の基本構成では、電極間の緩衝液経路はゲル上部にしか存在しないため、ここで両極からの緩衝液が押し合って交換されることになるが、図２の構成では下部にも緩衝液経路が存在するため、緩衝液２が循環しやすい。

すなわち、陰極（気泡の発生量が多い電極）４aから陽極４b（気泡の発生量が少ない電極）への緩衝液の流入はゲル上部で行われ、その逆の流入は下部で行われ、全体として循環する。緩衝液循環の駆動力は気泡の発生によるものであるから、ゲル設置部材３aからは経路構成部３bが陰極４aに向かって伸び、さらに陰極４aの手前で上方に気泡誘導部３cが形成されている。気泡誘導部３cの存在により、陰極４aから発生した気泡は上方に誘導され、緩衝液２を循環させる駆動力として効率よく利用される。泳動槽１の側面と気泡誘導部３cとの間隔が狭いほど気泡の流れが集中し、駆動力は大きくなるが、電場の形成にも影響するため極端に狭くすることはできず、２〜１０mm程度とする。経路構成部３bは、気泡による駆動力を陽極側から緩衝液を引き込む力に集中させるためのものである。なお、ゲル設置部材３aは着脱可能になっていれば逆方向に取り付けることも可能であるから、両極の気泡発生量が異なる場合でも対応できる。ゲル設置部材３aの下部の緩衝液底部経路１Ａは通電しているため、この経路があまりに大きいと逆に緩衝液の消耗を促進してしまう。緩衝液底部経路１Ａの口径は高さ３mm以下程度、断面積４００mm^２以下程度とし、陰極４a側（気泡によって緩衝液を吸引する側）の幅を陽極４b側よりも狭くしてもよい。

本発明は、電気泳動実験用の電源一体型の電気泳動装置に利用される。

本発明の一実施例を示す図。 本発明の一実施例を示す図。

１ 泳動槽
２ 緩衝液
３ 台状部
３a ゲル設置部材
３b 経路構成部
３ｃ 気泡誘導部
４，４’ 電極
４a 電極（陰極）
４b 電極（陽極）
５ 泳動担体
６ 試料設置溝
７ 試料
８a、８a’ 仕切り板
８b、８b’ 仕切り板
９、９’ 底部仕切り板
１０ 泳動槽蓋

Claims (2)

1. 泳動槽（１）の中央部に台状に盛り上がった台状部（３）を形成し、 前記台状部（３）によって分けられた泳動槽（１）の両底部に電極（４）、（４’）を配置し、前記台状部（３）上に電気泳動用ゲル（５）を配置した状態で、少なくとも電気泳動用ゲルが浸漬する程度に配置した緩衝液（２）よりなる電気泳動装置用泳動槽において、前記泳動槽の対向する内面に設けられたガイド溝に沿って差し込み装着し、前記電極（４）（４’)の上方に設置された仕切り板（８b）（８b’)を具えてなり、前記仕切り板（８b）（８b')は、緩衝液（２）から突出するように配置され、且つ泳動槽（１）の側面（１ａ）（１ａ’）に対し３°から３０°で、泳動槽（１）の底部から上方に向かって広くなる様に傾斜しているサブマリン型の電気泳動装置用泳動槽。
2. 前記傾斜を有する仕切り板（８b）（８b’)よりも電気泳動ゲル（５）に近い位置に、泳動槽（１）の底部から上方に向かって底部仕切り板（９）（９’）の上限が、仕切り板（８b）（８b’)の下限よりも上方に位置するまで延びた底部仕切り板（９）（９’）を具えた請求項１記載の電気泳動装置用泳動槽。

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