JPH0692437B2 - 結晶化装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 特に蛋白質を無重力下で結晶化するための、結晶化室を
備えた装置に関する。

無重力下での蛋白質の結晶化は今日では三つの方法、即
ち塩析方法（Aussalzungsverfahren）、滴下方法（Trop
fenverfahren）および温度勾配方法（Temeraturgradien
tenverfahren）によって行われている。これらの方法を
第１図、第２図および第３図に概略図示した。

これらすべての方法の特徴とするところは、同時に極め
て多様な付帯準備作業が行われることである。これは、
蛋白質を結晶化するために一般に極めて多様な塩濃度、
付加物および温度が同時に完全にテストされることを意
味する。このことは特に滴下方法に該当する。結晶化が
完結するまでの実験の平均所要時間は数日から数箇月に
も及ぶ。この理由から、従来実験結果が良くなかった際
あらためて溶液の他の組成、温度或いは塩濃度を完全に
テストする必要があったが本発明により、このような工
程の遣り直しは必要ない。従ってこれら三つのすべての
方法にあっては、毛細管、標準容器のような極めて簡単
な材料、および塩析方法にとって、特に滴下方法にあっ
ては試料を載せるための10〜50の異なる域を備えた特別
造られた小型の函使用される。こう言ったことから、科
学者のにとってμｇ−量の単位で行う実験の準備のため
に簡単にこの実験を行い得る装置が使用し得ること望ま
しい。更に実験室内で実用化された処置様式をその都度
可能にする方法を実現するための方法および装置を造る
ことに努力が払われている。

蛋白質の結晶化に関して従来宇宙産業において提案され
た主として行われて来た塩析方法によるやり方は、温度
勾配方法によっても行うことも可能である。これらの従
来の方法は色々な欠点を伴う。使用される多数の室は小
さ過ぎる。実験者達は、蛋白質当たり多数の室が使用し
得ることを期待している。この際平均して少なくとも六
つの室を使用することが望ましい。地上試験のためには
実験者には充分な室を使用することができない。種々異
なる試験条件にあって合理的な一連の試験を行い得るた
めには、実験者達は、もちろん構造およびやり方の点で
宇宙飛行において使用される室と等しい著しく多数の室
を必要とする。結晶化室の純粋度に対しては非常に高い
要件が課せられている。従来提案されている構造原理に
あっては、フライス加工された或いは旋盤加工された、
その上継ぎ目、封隙リングおよび溝を備えた室を使用し
て作業が行われて来た。従って使用される機器を清掃し
なければならないと言う問題が生じ、かつ使用後異論の
ない清掃が極めて多額の経費を費してやっと可能である
と言うおそれすら生じる。

本発明の課題は、製造および取扱が簡単な方法で可能な
大多数の室を使用することが可能な結晶化装置を提供す
ることである。

この課題は、特許請求の範囲の請求項１に記載した特徴
によって解決される。

本発明による他の有利な構成は請求項２から14項に記載
した。

本発明による構成により、極めて僅かな空間に大多数の
結晶化室を設けることが可能となる。構造が同じ結晶化
室の製造は著しく簡単である。使用後の清掃ももはや何
等問題無く簡単に行い得る。飛行或いは地上比較実験の
ために必要な試料の供給は本来の結晶化室において行わ
れ、従って被覆、不純化および交換はもはや行われな
い。結晶化ための容積は大きな範囲で、例えば１μｌ〜
500μｌの範囲で選択可能である。本発明による結晶化
装置は塩析方法、滴下方法或いは温度勾配方法に同程度
の成果を持って使用することが可能である。試料の各々
は他の試料と無関係である。試料容器のうちの一つの容
器における不正機能は他の試料内における実験を妨げな
い。試料容器の材料としてはシリコンゴムから成るホー
スが使用され、これにより試料面材料の破損および破壊
が充分に防げる。この方法において『vapor−growth−
技術（気相成長技術）』を使用した場合特別簡単なやり
方で、形成する結晶を傷めることなく捕集し、地上に持
って帰ることが可能である。

以下に添付した図面に記載した実施例につき本発明を詳
しく説明する。

事実上可能である限り、説明を以下に同時にすべての図
面を関連づけて行う。各図面において同じ構造部分には
同じ参照符号を付した。

本発明による結晶化装置２は側方が例えばガラス栓体
４、６で閉鎖可能な弾性的なホース８から成る。このホ
ース８は化学的に不活性であり、かつ透明でなければな
らない。このホース８にとって特に適当な材料はシリコ
ンゴムである。

ホース８は多数の締付け位置12、12′を備えた締付け装
置10により多数の室14、14′、14″に分割されており、
これらの室内には適用する方法に応じて塩溶液、蛋白質
溶液、緩衝溶液或いは気体が存在している。締付け位置
もしくは締付け要素は調節可能であり、従ってそれぞれ
の室の大きさは任意に選択可能である。

更に結晶化装置２は圧搾装置16を備えており、この圧搾
装置は不変の圧力をホース８に及ぼす。この圧搾装置16
は弾性的な材料から成る。この圧搾装置16により場合に
よっては、第７図、第9a図、第10a図、第11a図および第
12a図に示した静止相から第４図、第9b図、第10b図、第
11b図、第12b図並びに第８図および第13図にも示した結
晶化相への移行の際、色々な結晶化方法にあって室内に
負圧を形成し、これにより結晶化装置内への万一生じる
気体の放出が回避される。即ち締付け装置を弛緩した際
締付け位置の消滅によって室容量が増大する。

締付け装置10は第５図に示すように円錐形の締付け要素
20、20′を備えた圧縮締付け装置18或いは第６図に示す
ようにループ締付け装置22であってもよい。圧縮締付け
装置は第６図を除いて他のすべての図面において示され
ている。

圧縮締付け装置は例えば締付け板24を備えており、この
締付け板に締付け要素20、20′が固定されており、かつ
モータ26或いは類似の手段により駆動されるスピンドル
28により調節可能である。これに関しては第８図を参照
されたい。圧縮反力部としては不動の載せ板30上に設け
られている底板32が働く。圧縮反力部としてはまた、第
４図、第５図、第７図および第９図〜第12図に概略示し
たように、締付け要素20、20′に相対して設けられる個
々の締付け要素を使用することも可能である。

圧搾装置16は締付け板24とホース８との間に存在してい
る。

第８図には、それぞれ多数の試料域を備えた二つの試料
面34と36が示されている。これらの試料面に所属してい
る締付け装置10、10′はスピンドル28により共通して調
節可能である。図示した二つ以上の試料面を設けること
が可能である。試料域の各々は独自の温度調節装置29が
所属しており、この温度調節装置により結晶化ホース８
のための温度勾配もまた一定の温度も調節形成すること
が可能である。

第13図は六つの試料域38a、38b、38c、38d、38eおよび3
8fを備えた試料面の平面図である。第13図はまた、異な
る大きさのホースが各試料域当たり異なる結晶化方法に
より働くように設けられているのを示している。ホース
のこの配設は試料を固定するための孔形格子を使用する
ことによって任意に行われる。従って、実験者の各々は
その地上実験に当たってその結晶化室の実験者にとって
最適な長さおよび厚みを選択形成することができ、しか
もその際これにより宇宙実験のためのハードウエアを変
える必要がない。圧縮締付け或いはループ締付けのため
の締付け要素を備えている締付け面は同じ格子形を備え
ている。

第６図によるループ締付け装置22はスリーブ40から成
り、このスリーブは試料の底板32上で（第８図参照）孔
形格子の孔内に固定されている。このスリーブ40を貫通
してループ42、例えばホース８を囲繞するナイロン糸或
いは線材43から成るループが引通されている。ねじロッ
ド44によりループ42は、同様に第６図に示すように、引
通される。ナット縁46を操作することによりループはホ
ース８の異なる直径に適合するために拡張されるか或い
は縮小される。個々の締付け位置のねじロッド44同時に
操作することが可能である。これは図面に示されていな
い。

上記の結晶化装置は、第9a図、第9b図、第10a図、第10b
図、第11a図、第11b図および第12a図、第2b図に示した
ように色々な方法に使用することが可能である。

第9a図および第9b図は塩析方法に適用した例を示してい
る。ホース８は二つの平坦なガラス栓体４、６で両側が
密閉されている。静止相（第9a図）においてホース８は
締付け装置10により蛋白質溶液、緩衝溶液および塩溶液
のための三つの室14、14′14″に分割されている。第9b
図は結晶化相を示しており、この結晶化相において異な
る溶液がホース８内で互いに拡散される。

第10a図および第10b図は滴下方法を示しており、この場
合静止相（第10a図）において顕微鏡状の塩溶液が気体
区間から分離され、この気体区間は再び蛋白質溶液の極
めて小さな液体容積から分離される。蛋白質側のガラス
栓体は円錐形に形成されている。栓体47を巡って円周に
存在している面は、この面が極めて疎水性の表面特性を
有するように構成されているか或いはそのようになるよ
うに処理されている。ガラス栓体に接した面は幾分湿潤
されているのが良い。

第11a図および第11b図は温度勾配方法における蛋白質の
結晶化のための結晶化装置を示している。この方法は一
般に室化を必要としない。シリコンホース８は平坦なガ
ラス栓体で閉鎖されているに過ぎない。

第12a図および第12b図は毛細管49内での結晶化への結晶
化装置の適用を示している。この場合、結晶化室は片側
が融解されたガラス毛細管49の形でシリコンホース内に
挿入されている。これにより、一方では結晶化工程の制
限されることのない観察が達せられ、他方では多くの膜
蛋白質の際のシリコン表面の時として生じる欠点が回避
される。片側が融解されたガラス毛細管のシリコンホー
ス内への挿入は、液体が毛細管から蒸発して放出される
か或いは例えばアルコールをこの毛細管内で蒸発乾固さ
れる結晶化方法にとって特に良好に適している。このよ
うな技術にあって、第12a図および第12b図に図示した実
施例とは異なって塩室と蛋白質室の間に緩衝液は存在し
ておらず、気体室が存在している。アルコールによるセ
ッテイングの際に塩溶液の代わりにアルコール性の溶液
が使用されこととなる。

異なる大きさのホースを使用することによって異なる室
容量を達することが可能となる。ホースの有利な寸法は
20〜80mmの長さ、1.5〜5mmの外径および１〜4mmの内径
である。室自体の大きさは締付け要素を互いにおよびホ
ースの端部に対して相対的にずらすことによって色々に
調節することが可能である。

締付け装置10は特に、予めホース内で互いに分離される
液体の均衡を回避するために、無重力下での結晶化のた
めのホース８の使用にとって重要である。締付け装置は
以下の要件を充足する。

締付け装置は細い帯状の締付けを保証し、かつこの締付
けの弛緩後ホースの開きを保証する。

細い帯状の締付けは、結晶化工程が終了した後新たに締
付け要素を閉じる際生じる結晶が全く傷められることな
く得られると言う利点を有している。これは通常は、結
晶成長が場合によって−締付けも行われる−液体−気体
境界面或いは液体−液体−境界面において行われる時に
問題となる。第18図、第19図および第20図はホース８の
特別な構成を示している。この構成により締付けの幅狭
さが一層良好になるか或いはこの構成により始めて達せ
られる。この目的のためホース８は、第18図に示したよ
うに、締付け部のすぐ傍らに外方および／または内方隆
起部54、56を備えている。第19図は他の剛性手段、しか
も内方或いは外方に貼着された補強リング58、60の様式
の補強手段を示している。第20図はホース８を締付け位
置の傍らで円形状に保持するための圧迫帯62の様式の剛
性手段を示している。

閉鎖後締付け部の確実な開きを保証するために、第14図
および第15図に示した構成が採られる。特に締付け楔体
20、20′として形成される締付け要素内に弾性的な要素
64が組込まれ、この弾性的な要素により締付け要素の初
圧の制限が達せられる。この初圧制限部は、各々の締付
け部の異なるホース直径への幾何学的な適合を必要とし
ないように形成される。これは、上記の弾性的な要素が
充分な圧搾遊び空域を許容する際に可能である。

更に締付け楔体20、20′は例えばナイロン紐、繊維帯状
品或いは類似物のような弾性的な手段66により側面が互
いに結合されている。締付け部が閉じられている際この
手段は、第15図に示すように、締付けられているホース
８の周囲に弛緩した状態で設けられている。締付け部が
開かれている際は帯体は弛み、未だ押付けられているホ
ース８に側面で圧力を及ぼし、これによりホース８の開
きが強制され、しかも最低限この開き運動が助勢され
る。

上方にホース８が載置される底板32は狭い孔形格子68を
備えている。この孔形格子の孔68は、ホース８を保持す
るために使用される弾性的なクランプ70を収容するのに
役立つ。

第16図および第17図はこのようなクランプ70を示してい
る。このクランプはこの場合留め金の様式で形成されて
いる。この弾性的なクランプ70はホースの端部に取付け
られ、孔形格子68内に掛止めされる。ホース端部のこの
弾性的な締付けの目的は、締付け部を開いた際この弾性
的なクランプが更にホース８に対して有利な圧力を作用
し、かつ一方においてホースが容易に開かれ、他方にお
いて−場合によってはホース８内に含まれている液体の
脱気を招くこともある−ホース内の負圧を生じさせない
ことにある。

互いに相対している締付け楔体20、20′はピン72を備え
ており、このピンは底板32の孔形格子内におよび摺動可
能な締付け板24の孔形格子内に挿入可能である。この構
成により、締付け装置をロックするための簡単な手段が
得られ、この手段は締付けられたホースを底板と摺動可
能な締付け板間に組込み後取外し可能である。締付けら
れたホースを底板と摺動可能な締付け板間に組込み後、
締付け板は、これが締付け要素もしくは締付け楔体をそ
れらの弾性的な要素64を介して幾分圧縮し、これにより
その後個々の締付け部のロックが解放可能である程度に
降下される。組込み後個々のホースの締付けは摺動可能
な締付け板の底板に対する相対的な位置によって定ま
る。

ホース固定のための弾性的なクランプ70並びにホース８
を異なる結晶化室に分割するための締付け要素20、20′
は底板32のおよび摺動可能な締付け板24の孔形格子68内
にうまくおさまっている。締付け要素とクランプの固定
は色々な様式で行われる。この実施例の場合例えば留め
金の様式のホースを固定するためのクランプ70は適当に
成形して孔形格子内に固定可能である。また、ホースを
固定するためのこのクランプおよびホースを多数の結晶
化室に分割するための締付け要素を小さなねじで両板32
と24上に取付けることも可能である。

更に、クランプと締付け要素を位置決め後ピンにより接
着手段を有する孔形格子内で両板に沿って固定すること
も可能である。

締付け装置の弛緩は対流を回避するためにロッケトのス
タート後約二時間で行い、四時間の間持続しなければな
らない。この際行われる液体移動は物質の拡散率以下で
ある。

上記の構成により、再入相（Reenty−Phase）の間の液
体−液体−境界面もしくは液体−気体−境界面に生じる
結晶の取得が保証される（結晶は個々の液体空域の真ん
中にも生成する。）。無重力下で締付け要素20、20′を
開くことによりホース内の容積減少が行われる。この容
積減少はホースをホースの端部に固定するための弾性的
なクランプ70を圧縮することによって均衡される。この
結果、締付け要素の開きの時間内において液体の締付け
要素方向での容量移動が起こる。締付け要素が再び閉じ
られた際この工程は反対方向で行われ、従って締付け部
の弾性的なホースクランプ方向での容量移動が起こる。
この場合、締付け要素の下方において形成されかつ行わ
れる締付け作用により極めて危険に曝される結晶はホー
ス端部方向で容積移動に基づいて運動するものと考えら
れる。締付け要素からかなり離れて形成される結晶はこ
のような危険に曝されない。

上記の結晶化装置は特に無重力下での蛋白質の結晶化の
研究に適している。何故なら実験者は地上での実験が成
果を収めた後充填材で造られた管の結晶化工程を上記の
装置を使用して実際に簡単なかつ有効な方法により上記
の締付け装置により始めてやめることが可能であるから
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は塩析方法の原理図、 第２図は滴下方法の原理図、 第３図は温度勾配方法の原理図、 第４図は本発明による結晶化装置の根本的な構造の概略
図、 第５図および第６図は第４図による装置を使用する際の
締付け装置の二つの実施例の図、 第７図は第５図による締付け装置により多数の室に分割
された状態での本発明による結晶化装置の図、 第８図は多数の試料面内での本発明による結晶化装置の
配置の概略図、 第9a図および第9b図は塩析方法に本発明による結晶化装
置を適用した際の概略図、 第10a図および第10b図は滴下方法に本発明による結晶化
装置を適用した際の概略図、 第11a図および第11b図は温度勾配方法に本発明による結
晶化装置を適用した際の概略図、 第12a図および第12b図はガラス毛細管内での結晶化に本
発明による結晶化装置を適用した際の概略図、 第13図は例えば第８図による配設の試料面の平面図、 第14図は他の実施例の締付け装置を開いた状態での概略
断面図、 第15図は第14図による締付け装置の締付けした状態での
図、 第16図は結晶化装置を保持するための装置の開き位置で
の概略図、 第17図は第16図による装置の作用状態での図、 第18図、第19図および第20図はそれぞれ補強手段を備え
た結晶化装置としての弾性のホースの縦断面図。 図中符号は、 ８……ホース、10……締付け装置、16……圧搾装置、18
……圧縮締付け装置、20、20′……締付け要素、22……
ループ締付け装置、32……底板、43……線材、44、46…
…収縮装置、58、60……補強手段、62……圧迫帯、64…
…弾性要素、66……弾性手段、70……クランプ、72……
ピン。

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】結晶化室を備えた、特に蛋白質を無重力下
   で結晶化するための、結晶化室を備えた結晶化装置にお
   いて、結晶化室が弾性的なホース（８）から成り、この
   ホースの端部が閉鎖可能なこと、および締付け装置（1
   0）が設けられており、この締付け装置によりホース中
   空空域が行われる結晶化方法に依存して異なる溶液を収
   容するための多数の室（14,14′）に可逆的に分割可能
   であるように構成されていることを特徴とする結晶化装
   置。
2. 【請求項２】締付け装置（10）が圧縮締付け装置（18）
   或いはループ締付け装置（22）である、請求項１記載の
   結晶化装置。
3. 【請求項３】締付け装置（10）の締付け要素が調節可能
   に形成されている、請求項１或いは２に記載の結晶化装
   置。
4. 【請求項４】多数のホース域を備えた多数の試料面が設
   けられておりかつすべての域とすべての試料面のための
   締付け装置が一緒に操作可能であるように形成されてい
   る、請求項１から３までのいずれか一つに記載の結晶化
   装置。
5. 【請求項５】ホース（８）がシリコンゴムから成る、請
   求項１から４までのいずれか一つに記載の結晶化装置。
6. 【請求項６】締付け要素（20,20′）が締付け楔体とし
   て形成されている、請求項１から５までのいずれか一つ
   に記載の結晶化装置。
7. 【請求項７】弾性的なホース（８）が所定の締付け位置
   のすぐ傍らにおいて外方および／または内方剛性隆起部
   （54,56）を備えているか、或いはこの締付け位置のす
   ぐ傍らにおいて外方および／または内方補強／剛性リン
   グ（58,60）を備えている、請求項１から６までのいず
   れか一つに記載の結晶化装置。
8. 【請求項８】剛性リング（58,60）がホース（８）と接
   着されている、請求項７記載の結晶化装置。
9. 【請求項９】弾性的なホース（８）が所定の締付け位置
   のすぐ傍らにおいて丸味保持のため圧迫帯（62）を備え
   ている請求項１から８までのいずれか一つに記載の結晶
   化装置。
10. 【請求項１０】締付け要素（20,20′）が締付け圧力を
    制限するために弾性的な要素（64）を備えている、請求
    項１から９までのいずれか一つに記載の結晶化装置。
11. 【請求項１１】相対して存在している締付け要素（20,2
    0′）が弾性的な手段（66）を介して互いに側方で結合
    し合っている、請求項１から10までのいずれか一つに記
    載の結晶化装置。
12. 【請求項１２】手段（66）が弾性的な材料から成る紐、
    バンド、条片或いは類似の物である、請求項11記載の結
    晶化装置。
13. 【請求項１３】弾性的な手段（66）が、これが締付け装
    置が開かれた際緊張し、側方圧力をホース（８）に及ぼ
    しながらホース（８）に当接するように形成されている
    請求項11或いは12記載の結晶化装置。
14. 【請求項１４】ホースが端部を閉鎖する依然に不活性の
    保護ガスで充填されている、請求項13記載の結晶化装
    置。