JPH04213056A - 物質分画法および分画装置 - Google Patents

物質分画法および分画装置

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JPH04213056A
JPH04213056A JP2405338A JP40533890A JPH04213056A JP H04213056 A JPH04213056 A JP H04213056A JP 2405338 A JP2405338 A JP 2405338A JP 40533890 A JP40533890 A JP 40533890A JP H04213056 A JPH04213056 A JP H04213056A
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substance
outlet
developing
developing body
fractionation method
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JP2405338A
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Toshihiko Kishimoto
利彦 岸本
Shinichiro Niwa
真一郎 丹羽
Makoto Nakabayashi
誠 中林
Atsushi Uno
敦史 宇野
Misako Umemoto
梅本 みさ子
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Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
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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】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、物質分画法に関し、さ
らに詳しくは、従来レベルの分画(10μlまたは10
μgオーダー)はもちろんのこと、より微量物質(ng
オーダー)の分画も可能とする物質の分画法および分画
装置に関する。本発明は、タンパク質などの生体物質の
微量分析や精製に特に好適である。
【0002】
【従来の技術】従来、混合成分を含む試料から目的物質
を溶液中で分離する方法としては、例えば、液体クロマ
トグラフィーの技術がある。液体クロマトグラフィーは
、多孔質ゲルなどの固定相を充填したカラム中を溶出液
などの移動相を流しつつ、分離したい試料(複数の溶質
)を注入し、カラム中を通過する間に分離する方法であ
り、ゲルパーミエイションクロマトグラフィー(GPC
)、イオン交換クロマトグラフィー、疎水性クロマトグ
ラフィー、クロマトフォーカシング、アフィニティクロ
マトグラフィー、分配クロマトグラフィーなど多種類の
方法がある。
【0003】最近では、微小化、均一化したクロマト剤
を耐圧カラムに充填し、高い圧力をかけて液を流過させ
、分離時間を大幅に短縮する高速液体クロマトグラフィ
ー(HPLC)が分析用、大量分取用として広く普及し
ている。
【0004】液体クロマトグラフィーは、分離モードに
より大別すると、(a)溶質(物質)のサイズによって
分離するクロマトグラフィーと、(b)溶質と固定相と
の間の相互作用を利用するクロマトグラフィーがある。 例えば、GPCは、多孔質粒子をつめたカラムを用い、
粒子中の細孔またはネットワークを利用して分離するも
ので、物質(分子)の大きさ(サイズ)の差をふるい分
ける形で分離する。イオン交換クロマトグラフィーでは
、溶質のイオン性部位と、固定相のイオン交換基とのイ
オン的相互作用を利用しており、例えば、タンパク質の
電気的性質の相違に基づく分離、特に、酵素の精製に有
効な方法である。また、アフィニティクロマトグラフィ
ーは、溶質と固定相との間の特異的な親和性を利用する
ものであり、例えば、酵素と基質間の特異的な複合体形
成を利用したクロマトグラフィー、抗原−抗体反応を利
用した免疫アフィニティクロマトグラフィーなどがある
【0005】これらの液体クロマトグラフィーでは、通
常、カラムに分子ふるい剤(多孔質ゲル)やイオン交換
剤、アフィニティ・クロマト剤などを充填し、カラム上
部に試料を載せ、溶出液をポンプで送り込むか、あるい
はカラム下部から試料を溶出液とともにポンプで送り込
むと、試料中の成分はカラムを通過する間に分離し、溶
出順序にしたがってフラクションコレクターの試験管等
の複数の容器中に分別採取される。カラムの溶液流出口
から流出する溶液は、UVモニターなどにより、分離さ
れた溶質濃度(例えば、タンパク質濃度)を読み取るこ
とができる。
【0006】また、混合成分を含む試料から目的物質を
溶液中で分離する他の方法としては、例えば、ショ糖等
で密度勾配をつけた遠心管に試料を添加し、1,000
〜80,000回転/分という回転速度で遠心分離して
、目的物質を密度の差に応じて分離する方法がある。 目的物質は、遠心管の所定箇所の溶液を注射針でシリン
ジ内に取り出すことにより分離する。
【0007】ところで、このような従来技術では、数1
0μl〜mlオーダーの溶液の分取が限界である。しか
も、溶液状態で分取するため、カラム内等で一度分離し
た各成分を試験管や注射器等の中で再び混合してしまう
可能性が高い。
【0008】例えば、図3は、カラムクロマトグラフィ
ーによるタンパク質の分離において、溶出したタンパク
質濃度をUVモニターにより読み取り、各タンパク質の
分離パターンをチャートとして示した模式図である。図
3の縦軸はタンパク質濃度、横軸は溶出液量を示し、各
ピーク位置はタンパク質の種類に対応している。溶出液
は、溶出順序にしたがってフラクションコレクターの複
数の試験管中に順次分取されるが、図3の分離パターン
で、最初の5mlを試験管に分取すると、ピークaに対
応するタンパク質の半分しか採取できないことになる。 次の溶出液量5〜10mlの部分を分取すると、ピーク
aに対応するタンパク質の半分とピークbに対応するタ
ンパク質の半分の混合物が採取されることになる。同様
に、溶出液量10〜15mlの部分を分取すると、ピー
クbに対応するタンパク質の半分とピークcに対応する
タンパク質の半分の混合物が採取されることになる。し
たがって、カラム中で一度分離したタンパク質が試験管
に分取した段階で再混合してしまい、分離パターンに正
確に対応して目的物質を分画することができない。
【0009】特に、目的物質が微量である場合、あるい
は分子の大きさや固定相との相互作用が類似している複
数の物質がある場合、従来の方法では、精密に分画する
ことは極めて困難である。溶出液を液滴として微量づつ
分取する方法が考えられるが、微量(例えばμlオーダ
ー)の場合には液滴の形成が困難であり、しかも液滴と
して回収すると、上記と同様に分離した物質の再混合は
まぬがれない。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、混合
成分を含む試料から目的物質を溶液中で分離する方法に
おいて、分離パターンに対応して物質を精密に分画する
方法および装置を提供することにある。また、本発明の
目的は、極微量の物質であっても、精密に分画を可能と
する方法および装置を提供することにある。
【0011】本発明者らは、前記従来技術の有する問題
点を克服するために鋭意研究した結果、液体クロマトグ
ラフィーなどにより、溶液中で分離された物質を含む溶
液を流出口から順次または経時的に流出させるとともに
、該流出口に対向して膜状体などの展開体を配置し、例
えば、流出口と展開体の面とを接触させつつ、展開体を
移動させるか、あるいは流出口を移動させることにより
、展開体面上に流出液を展開すると、分離パターンが精
密に展開体の面上に再現できることを見出した。
【0012】また、この方法によれば、流出口からの溶
液の流出速度、流出口と展開体との相対的な移動速度な
どを調節することにより、従来法では分離が困難であっ
た微量物質や分子サイズ等が類似した複数の物質を容易
に分画することができる。
【0013】この方法によれば、膜状体などの展開体面
上に分離された物質を順次固定することができるため、
前記再混合の問題を克服することができ、物質の分離、
精製、分析、分取などを容易に行なうことができる。そ
して、例えば、従来、分画する目的物質がタンパク質の
場合、タンパク質画分を脱塩、凍結乾燥等を行なってか
らアミノ酸分析を行なう必要があったが、この方法によ
れば、膜上に展開したままでアミノ酸分析が可能である
。本発明は、これらの知見に基づいて完成するに至った
ものである。
【0014】
【課題を解決するための手段】かくして、本発明によれ
ば、溶液中で分離された物質を含む溶液を流出口から流
出させるとともに、該流出口および該流出口に対向して
配置した展開体を相対的に移動させて展開体面上に流出
液を展開することを特徴とする物質分画法が提供される
【0015】また、本発明によれば、溶液中で分離され
た物質を含む溶液を流出させる流出口、該流出口に対向
して配置した展開体、および該流出口と展開体とを相対
的に移動させる手段とを含むことを特徴とする物質分画
装置が提供される。
【0016】以下、本発明について詳述する。本発明に
おいて、混合成分を含む試料から目的物質を溶液中で分
離する方法としては、前記したGPC、イオン交換クロ
マトグラフィー、疎水性クロマトグラフィー、クロマト
フォーカシング、アフィニティクロマトグラフィー、分
配クロマトグラフィー、HPLCなど各種液体クロマト
グラフィーや遠心分離などの方法が用いられる。これら
の分離方法の中でも、溶出液の経時的な展開の容易さの
観点から、カラムを用いた液体クロマトグラフィーの技
術が好ましい。
【0017】分画対象物質は、特に限定されず、好まし
くは常温で不揮発性のものである。対象物質の中でも、
例えば、タンパク質(酵素等)などの生体物質の分析や
分取、精製に好適に使用できる。
【0018】溶液中で分離した物質を展開する展開体は
、好ましくは平面状のものであって、材質は、吸水性、
疎水性、多孔質など、流出液を保持できるものであれば
よい。
【0019】具体例としては、例えば、ナイロンメンブ
ラン、ニトロセルロースメンブラン、ポリテトラフルオ
ロエチレンメンブラン、ポリエチレンメンブラン等、天
然または合成有機高分子メンブラン(膜状体)を挙げる
ことができる。ニトロセルロースのように有機高分子(
例;セルロース)を化学的に処理し、改質して得たメン
ブランも含む。
【0020】また、展開体としては、グラファイト、多
孔質ガラス、シリカ等の無機高分子メンブラン(膜状体
)、アルミニウム、アパタイト等の金属メンブラン、ア
ルミナ、窒化珪素等のセラミックスメンブラン、食塩等
の結晶を挙げることが出来る。さらに、これらの表面を
化学的、物理的に表面処理することで改質されたものも
含む。
【0021】さらに、展開体としては、ナイロン、ニト
ロセルロース、セルロース、ポリテトラフルオロエチレ
ン、ポリエチレン等の有機高分子粒子、またはグラファ
イト、多孔質ガラス、シリカ等の無機高分子粒子、アル
ミニウム、アパタイト等の金属粒子、アルミナ等のセラ
ミックス粒子などを面状にしきつめたものを挙げること
ができ、また、これら有機高分子は、例えば酸化、還元
、加水分解などの化学的処理、例えばプラズマ照射など
の物理的処理で改質したもの、無機高分子粒子、金属粒
子、セラミックス粒子は、例えばイオンプレーティング
などの物理的、化学的に表面処理を行うことで改質され
たものも含む。
【0022】また、展開体としては、アガロースゲル、
ポリアクリルアミドゲルや各種膜状体に溶液を含ませた
もの等、その性状がゲル状のものを挙げることができる
。また、ゲル状のもの以外に、乾燥状態のもの、高粘度
のものも用いることができる。
【0023】展開法としては、溶液中で分離された物質
を含む溶液を流出口から流出させるとともに、該流出口
および該流出口に対向して配置した展開体を相対的に移
動させて展開体面上に流出液を展開する方法を採用する
【0024】具体的には、例えば、液体クロマトグラフ
ィーを用いる場合には、溶出液の溶出順序にしたがって
経時的に溶出液の流出口から分離した物質を含む溶出液
を展開体の面上に展開していく方法がある。
【0025】この場合、 (1)液体流出口を固定しておき、該流出口(例えば、
ノズル)が接触している展開体を水平方向に移動するこ
とにより、展開体の面上に物質を展開していく方法、(
2)膜状の展開体をロールに巻き取っていく上をノズル
が接触することで展開していく方法、(3)展開体面上
をノズルが左右または前後左右に動いて展開していく方
法、 (4)レコード盤状の展開体を回転させ、針のようなノ
ズルの先から分画したい液を出して展開していく方法(
例えば、ノズルを盤状展開体の中心側へ少しずつ移動さ
せる)、など各種の方法、あるいはこれらの方法を組み
合わせた方法などがある。
【0026】溶液流出口と展開体とは相対的に移動する
ようにして、目的物質を含む溶液を展開体面上に展開で
きる方法であれば、特定の方法に限定されない。高粘度
の展開体を用いる場合は、流出口を展開体内に挿入して
、目的物質を展開体内に保持することができる。
【0027】本発明の分画法および分画装置について、
図面を参照しながら、さらに具体的に説明する。図1お
よび図2は、物質の分離方法として液体クロマトグラフ
ィーを用いた場合の実施例を示す図である。図1におい
て、溶出液やポンプ、プログラマーなどを備えた高速液
体クロマトグラフィー(HPLC)装置1に試料を注入
し、カラム2で分離された物質を含む溶出液は、ノズル
3から溶出順序にしたがってメンブラン4の上に展開さ
れる。メンブラン4は、移動手段であるロール5、6に
より水平方向に移動させ、ノズル3は、通常、液滴で分
画されない程度に離しておくか、あるいはメンブラン面
上に接触させておく。溶出液の流速およびメンブラン4
の移動速度が大きい場合には、ノズル3は、必ずしもメ
ンブラン面上に接触させる必要はないが、微量物質を精
密に分画するには、液滴を作らないように、液滴で分画
されない程度の微小間隔の非接触状態、または接触させ
て溶出液を展開することが好ましい。図2は、ロール8
に巻いたメンブラン7を、ノズル3から溶出液を線状に
展開10した後、ロール9に巻き取る態様を示す。
【0028】HPLCにより分離された各成分物質は、
各成分を含む溶出液が経時的にメンブラン面上に展開さ
れるため、溶出液の流出速度やノズル3とメンブランの
相対的な移動速度を適宜調節することにより、メンブラ
ン上にカラムにより分離して得られる物質の分離パター
ンを実質的に再現することができる。
【0029】流出口は、固定せずに左右にまたは前後左
右に移動させてもよい。また、前記したとおり、レコー
ド盤状の展開体を回転させつつ、ノズルを盤の中心方向
に移動するようにしてもよい。これらの相対的な移動手
段は、当業者であれば適宜選択することができる。
【0030】流出液を展開するに際し、溶液の流出速度
および流出口と展開体との相対的移動速度は、展開体の
材質、所望の分画精度等にもよるが、溶液の流出速度は
、通常、分析可能な最小量、物質量及び一般分析で扱う
液量から、通常、0.001μl/min〜10ml/
min、一般のカラムクロマトグラフィー等で扱う量よ
り、好ましくは0.01μl/min〜5ml/min
、HPLC等で分析に扱う量より、さらに好ましくは0
.01μl/min〜1ml/minであり、流出口と
展開体との相対的移動速度は、隣接して分離された微量
物質を精度良く分画するため、通常、10μm/min
〜7000cm/min、好ましくは100μm/mi
n〜1000cm/min、さらに好ましくは1mm/
min〜100cm/minの範囲で展開体面上に流出
液を展開することが望ましい。
【0031】また、流出速度(ml/min)/相対的
移動速度(cm/min)の比をAとすると、通常、1
0−10≦A≦104、好ましくは10−7≦A≦10
3、さらに好ましくは10−5≦A≦100の範囲で操
作することが望ましい。
【0032】
【実施例】以下に実施例を挙げて、本発明についてさら
に具体的に説明するが、本発明は、これらの実施例のみ
に限定されるものではない。 [実施例1] リゾチーム(lysozyme)タンパク質(八州薬品
製)を以下の条件でTOSOH社製の高速液体クロマト
グラフィー(HPLC)にかけて分離した。分離試料は
、下記に示す条件でニトロセルロースメンブラン上に展
開した。
【0033】(1)  リゾチームタンパク質は、25
mM  リン酸緩衝液(pH6.4)に1mg/ml濃
度で溶かして用いた(以下、「サンプル」という)。分
画条件は、ゲル・カラムとして内径4.5mm×長さ7
.5cmのTKSgel  CM−3SW(ステンレス
製)を用い、100μlのサンプルをインジェクション
した。 <溶出液> A:25mM  リン酸緩衝液(pH6.4)B:A+
0.5M  NaCl 図4に示すように、NaCl濃度勾配が60分で0から
0.5Mとなるようにリニアグラジエント溶出により、
流速0.3ml/minで溶出液を溶出した。このとき
、カラム中で分離された各成分を含む溶出液は、1.5
cm/minの速度で水平方向に移動するニトロセルロ
ースメンブラン(アマシャム社製)上に展開した。すな
わち、図1に示すように、HPLC装置1からカラム2
を経て分離された物質を含む溶出液は、水平方向に移動
する幅5cmのニトロセルロースメンブラン4の面上に
、ノズル3を接触させて展開した。ロール5,6は、1
.5cm/minの回転速度で回転させた。また、ロー
ル5,6間の間隔は約30cmであった。ニトロセルロ
ースメンブランは、予め10mM  Tris−HCl
(pH8.0)と0.15NaClとの混合溶液に浸し
ておき、湿った状態で用いた。また、操作中に乾燥しな
いように、適時噴霧器にて霧を吹き付けて湿らせた。
【0034】(2)  溶出液をニトロセルロースメン
ブランに展開した後、濾紙の上に該メンブレンを載せて
余分な水分をとり、その後、メンブレンを200mlの
10mMTris−HCl(pH8.0)、0.15M
  NaCl、0.05%Tween20(TBST)
からなる混合液に浸し、洗浄した。
【0035】(3)  次いで、10mM  Tris
−HCl(pH8.0)、0.15M  NaCl、0
.5%Tween  20(TBST)、0.1%BS
Aからなる混合液に30分間浸した。
【0036】(4)  TBSTで3回洗浄した。
【0037】(5)  その後、anti−Lysoz
yme  antibody(抗リゾチーム抗体;マウ
スハイブリドーマ培養上清液より精製したもの)の1μ
g/mlTBST溶液に30分間浸した。
【0038】(6)  TBSTで3回洗浄した。
【0039】(7)  アルカリホスファターゼ結合 
 anti  mouse  IgG  antibo
dy  の1μg/ml  TBST溶液に30分間浸
した。
【0040】(8)  TBSTで5回洗浄した。
【0041】(9)  次に、100mM  Tris
−HCl(pH9.5)、100mM  NaCl、5
mM  MgCl2  に浸し、その後、終濃度5mM
  NBT、5mMBCIPになるようにNBTとBC
IPを加え、暗所に1時間放置した。
【0042】(10)  リゾチームの溶出箇所は紫に
変色し、その位置は22〜24.5分のところであった
【0043】(11)  以上のようにしてメンブラン
に展開して、タンパク質を分画できた。
【0044】[実施例2] 被試験タンパク質溶液として、ミオグロビン、α−キモ
トリプシノーゲン、チトクロムC、リゾチームを各1m
g/mlで混合したもの(20mMリン酸緩衝液pH7
.4に溶解)を用い、以下の条件で各タンパク質を分離
した。
【0045】(1)  分離条件 TOSOH社製HPLCシステムを使用した。 <ゲル・カラム> TSKgel  CM−3SW 内径2.1mm×長さ10cm (ステンレス製) <溶出液> A:25mMリン酸緩衝液(pH7.4)B:A+0.
5M  NaCl 図5に示すように、NaCl濃度勾配が30分で0から
0.5Mとなるようにリニアグラジエント溶出により、
流速0.2ml/minで溶出液を溶出した。上記混合
タンパク質溶液10μlをHPLCシステムに注入し、
上記条件で溶出した。溶出液の流出口は、10cm/m
inで移動するニトロセルロースメンブラン(アマシャ
ム社製)と接触させた。ニトロセルロースメンブランは
、予め10mM  Tris−HCl(pH8.0)と
0.15M  NaClからなる混合液で湿らせたもの
を用いた。以上のようにして溶液中で分離したタンパク
質をメンブラン上に展開した(図1)。
【0046】(2)  以下、実施例1の(2)  〜
(9)  と同様に操作した。
【0047】(3)  リゾチームは19.8〜20分
のところに発色があった。
【0048】(4)  実施例1の(5)のanti−
Lysozyme  antibodyのかわりに、α
−キモトリプシノーゲンAの抗体を用いて行なった。こ
のときは、上のメンブランで実施例1の(4)  以下
の操作を行なった。
【0049】(5)  α−キモトリプシノーゲンは1
4.3〜14.5分に発色があった。
【0050】(6)  チトクロムCについても、α−
キモトリプシノーゲンと同様に行なうと発色は、14.
55〜14.75分にあった。
【0051】以上のように、3成分のタンパク質を明瞭
に分離することができた。また、80μl中に2成分(
α−キモトリプシノーゲンとチトクロムC)が出ていて
、従来法では分画はほぼ不可能であったものが、本発明
の方法で可能となった。
【0052】
【発明の効果】本発明によれば、溶液中で分離した物質
を膜などの展開体面上に展開し、分画することにより、
分離パターン通りに分画できるので、分離したものの再
混合が防止される。また、このため従来では不可能であ
ったμlオーダーの分画も膜上に経時的に展開すること
で可能となった。
【0053】分画物がタンパク質の場合、本発明によれ
ば、膜上に展開したものをそのままアミノ酸分析にかけ
られるため、分離したタンバク質を従来のように脱塩、
凍結乾燥等にかけることが不要となり、そのため收率、
操作の面でも非常に有効にアミノ酸配列を決定できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】物質分画法および分画装置の具体例を示す略図
である。
【図2】物質分画法および分画装置の具体例を示す略図
である。
【図3】液体クロマトグラフィーを用いて得られるタン
パク質の分離パターンである。
【図4】実施例1または実施例2で採用している溶出条
件を示す図である。
【図5】実施例1または実施例2で採用している溶出条
件を示す図である。
【符号の説明】
1  HPLC装置 2  カラム 3  ノズル 4  メンブラン(膜状体) 5  ロール 6  ロール 7  メンブラン(膜状体) 8  巻き取りロール 9  巻き取りロール 10  展開した流出液。

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  溶液中で分離された物質を含む溶液を
    流出口から流出させるとともに、該流出口および該流出
    口に対向して配置した展開体を相対的に移動させて展開
    体面上に流出液を展開することを特徴とする物質分画法
  2. 【請求項2】  溶液の流出速度0.001μl/mi
    n〜10ml/min、かつ、流出口と展開体との相対
    的移動速度0.001〜7000cm/minの範囲で
    展開体面上に流出液を展開する請求項1記載の分画方法
  3. 【請求項3】  流出速度(ml/min)/相対的移
    動速度(cm/min)の比をAとすると、Aが10−
    10≦A≦104の範囲で操作される請求項1記載の物
    質分画法。
  4. 【請求項4】  展開体が、天然または合成有機高分子
    メンブラン(膜状体)、または無機高分子メンブラン(
    膜状体)である請求項1記載の物質分画法。
  5. 【請求項5】  展開体が、天然または合成有機高分子
    粒子、あるいは無機高分子粒子を面状にしきつめたもの
    である請求項1記載の物質分画法。
  6. 【請求項6】  展開体の性状がゲルである請求項1記
    載の物質分画法。
  7. 【請求項7】  流出液を展開体面上に連続的に展開す
    る請求項1記載の物質分画法。
  8. 【請求項8】  流出口と展開体面とが非接触である請
    求項1記載の物質分画法。
  9. 【請求項9】  流出口と展開体面とが接触している請
    求項1記載の物質分画法。
  10. 【請求項10】  流出液が、液体クロマトグラフィー
    によって分離された物質を含む溶出液である請求項1な
    いし9のいずれか1項記載の物質分画法。
  11. 【請求項11】  溶液中で分離された物質を含む溶液
    を流出させる流出口、該流出口に対向して配置した展開
    体、および該流出口と展開体とを相対的に移動させる手
    段とを含むことを特徴とする物質分画装置。
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