JPS61278751A - 電気泳動装置 - Google Patents

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】 （発明の分野） 本発明は、蛋白質、核酸等のように溶液中で電離基を持
つ物質をその粒子の荷電および分子量の相違に基づいて
分離分析を行なうため等に用いられる電気泳動装置に関
するものである。

（発明の背景） 緩衝液を浸み込ませたゲル膜、濾紙などのシート状支持
媒体中において蛋白質、蛋白質分解物。

核酸、核酸分解物などの荷電分子または粒子が電場の影
響下で移動する現象を利用して、それらの物質の分離を
行なうことを骨子とする電気泳動操作は以前から知られ
ており、特に上記のような生体高分子物質の分離と固定
に利用されている。

特に最近注目されている遺伝子工学の分野においては、
オートラジオグラフィーを利用したＤＮＡなどの核酸の
塩基配列の決定のために電気泳動操作の実施が必須とさ
れている。この目的における電気泳動操作は一般に、放
射性標識が付されたＤＮＡあるいはＤＮＡ断片の塩基特
異的反応物混合物を電気泳動用支持媒体の電界方向に沿
って複数種並行して泳動させる操作が含まれる。そして
、その泳動により得られた複数列の泳動パターン（電気
泳動により支持媒体上に形成されるゾーンの集合体）を
オートラジオグラフとして得たのち、各列のゾーンを相
互に対照比較することにより塩基配列の決定が行なわれ
る。すなわら、同一の分子量を有する塩基特異的反応物
は電気泳動の開始点が同一であれば、同・−の位置に移
動するとの電気泳動の原理を利用して、それらの対照比
較をおこなっている。

一般に電気泳動用支持媒体としては７紙、メンブランフ
ィルタ、澱粉ゲル躾、ポリアクリルアミドゲル躾などが
用いられており、厚さの均一なシート状のものである。

これらの支持媒体のうち、澱粉ゲル膜、ポリアクリルア
ミドゲル膜などのゲル膜は、電気非伝導性のガラス板、
有機ポリマーフィルムなどからなる平坦な支持体（支持
具）の周囲に支持枠（スペーサ）を設置して形成したモ
ールド上にゲル調製液を導入し、必要に応じてさらに別
の支持体で上面を密閉したのちゲル化させることにより
形成される。以下、２枚の支持体の間に挾持されたゲル
膜も単に電気泳動用支持媒体ということがある。

しかしながら、このようにして形成される厚さの均一な
長方形のシート状支持媒体を用いて上記のような電気泳
動操作を行なった場合に、同一の分子量を有する物質で
あってもそれらの泳動位置の相違に基づいて泳動距離が
不均一になる現象が発生しやすい。すなわち、荷電物質
の移動速度（すなわちゾーンの移動距離）は一般に中央
部よりも両側部の方が小さくなる傾向があり、このた−
　　め一定時間経過後の泳動パターンは、第７図に例示
したように、両側部におけるゾーンの移動距離が、中央
部におけるゾーンの移動距離よりも短くなったパターン
になりやすい。なお第７図は、支持板（支持具＞７０の
上に形成された支持媒体７１上にて上端開始点７２から
電気泳動させて得られたゾーン７３．７３−の泳動パタ
ーンを模式的に示すものである。この現象はスマイリン
グ効果と呼ばれ、ＤＮＡなどの塩基配列の決定操作のよ
うに複数の泳動列を対照比較する工程を含む操作におい
ては、塩基配列などの得られる情報の精度の低下を引き
起こす大きな原因となっている。上記のスマイリング効
果の発生の主な原因としては、支持媒体中を電流が通る
ことにより発生した熱゛（ジュール熱）が側面縁部から
放熱されるために中央部と側面部とで温度差が生ずるこ
とが挙げられる。すなわち、発生したジュール熱は支持
媒体の中央部では表および裏面からのみ放熱されるが、
側面部では更に側面縁部からの放熱が加わる。なお、こ
れらの放熱を補うためのジュール熱の幅方向に沿った移
動も発生するが、この熱の移動についても、支持媒体の
中央部は両側からの熱の流入により放熱が補償されやす
いが、両側面部では一方の側から熱の流入があるのみと
なり放熱の補償が不十分となる。これらの理由により、
側面部の温度は中央部の温度に比較して低くなる傾向が
あり、その結果、温度の低い側面部では荷電物質の移動
速度が中央部より小さくなり、泳動パターン上にはスマ
イリング効果が発生する。

このため、従来からスマイリング効果の発生を防止する
ため、支持板の電気泳動用媒体に接しない側の表面に熱
伝導率の良い金属板などからなる放熱板を付設して温度
差の発生を抑制するという工夫がなされている。このよ
うにすればある程度の効果は得られるが、金属板の平面
度を高めるのが難しいため金属板と支持体を全面にわた
って密着させるのが難しく、放熱板の放熱にむらが生じ
易いなどの問題があり、充分なスマイリング効果の防止
を図るのは困難であり、放熱板を付設する作業も煩雑で
ある。

このようなことから、第８図に示すように、緩衝液を入
れた上部緩衝液槽８１を、支持媒体８４を挾持する支持
板８３の裏面にまで伸ばして、上部緩衝液槽８１内の緩
衝液が支持板８３の裏面全体に接触するようにしたもの
も使用されている。

このようにすれば、上部電極８２と下部電極８６との間
に印加された電圧は、上部緩衝液槽８１および下部緩衝
液槽８５内の緩衝液を介して支持媒体８４に印加され、
この時支持板８３の裏面全体に接触する上部緩衝液槽８
１内の緩衝液によって支持板８３および支持媒体８４の
温度勾配が小さくなり、スマイリング効果の発生を押え
ることができる。

しかしながら、この場合には緩衝液に温度差が生じない
ようにするためには比較的高価な緩衝液を大量に必要と
するため、電気泳動を行なわせるための経費が高くなる
という問題がある。さらに、電気泳動のため上部および
下部電極間に付加される電圧は通常１５００〜３０００
Ｖと高電圧であり、且つ緩衝液は導電性が良いため、上
部緩衝液槽を下方へ伸ばして下部緩衝液槽に近づけると
、両者の電気絶縁性不良の問題も生じやすい。

（発明の目的） 本発明は、このような問題に鑑み、・緩衝液を大量に必
要とすることなく、比較的低コストでスマイリング効果
を押えることができ、且つ上部および下部緩衝液槽の間
の電気絶縁も行ない易いような、電気泳動装置を提供す
ることを目的とするものである。

（発明の構成） 本発明の電気泳動装置は、シート状の電気泳動用支持媒
体を両側から挾持する実質的に電気非伝導性かつ非可撓
性の平板状支持板を定位置に載置固定し、該支持板を水
密に固定しうる支え台と、該支持板の上端開口と連通し
、内部に緩衝液を収容保持しうる上部緩衝液槽と、前記
支持板の下端開口と連通し、内部に緩衝液を収容保持し
うる下部緩衝液槽と、前記上部および下部緩衝液槽の各
々に配された上部および下部電極とを有し、該上部およ
び下部電極間に所定電圧を印加することにより前記上部
および下部緩衝液槽内に収容保持された緩衝液を介して
前記支持媒体の上下方向に電位勾配を与えて電気泳動を
行なわせうるようにした電気泳動装置であり、前記支持
板の少なくとも一方の外表面を壁面とする保温水槽を設
け、この保温水槽内の水によって支持媒体に温度勾配が
生じるのを防止するようにしたことを特徴とする。

（実施態様） 以下、図面により本発明の好ましい実施態様について説
明する。

第１図は本発明に係る電気泳動装置の好ましい実ＩＭ態
様の１例を示す斜視図で、第２図はこの装置を前方から
見た正面図、第３図はこの装置の矢印Ａ−Ａに沿った断
面図であり、以下第１図から第３図を併用して本装置に
ついて説明する。

本装置は支え台１上に上部緩衝液槽２、保温水槽５およ
び下部緩衝液槽７を取り付けたことを基本構成とする。

上部緩衝液槽２および下部緩衝液槽７内には夫々幅方向
に延びた１本の白金線からなる上部電極３および下部電
極８が配され、各緩衝液槽２．７内に緩衝液が入れられ
た時には、各電極３．８は緩衝液中に位置するようにな
っている。これら両電極３．８は夫々、各緩衝液槽２゜
７の側壁外部に突出して取り付けられた外部端子３ａ、
　８ａと繋がる。

上部緩衝液槽２は、側面プレート１２．１３、後下面プ
レート１４および前面プレート１１により囲まれた上面
が開口する函体で、前面プレート１１には切り欠き１１
ｂが形成されている。保温水槽５は上部緩衝液槽２の後
ろ側から下側へまわりこみ、そのまま下部緩衝液槽７の
近傍まで下方に延びる函体で、側面プレート１２．１３
、背面プレー士１５および前面プレート１１から形成さ
れる。ここで、下部緩衝液槽２と保温水槽５の側面プレ
ート１２．１３および前面プレート１１は共通であるこ
とから分るように上部緩衝液槽２と保温水１１５は一体
に構成されている。なお、保温水槽５の前面には前面開
口１１ａが形成されている。

このように一体に構成された上部緩衝液槽２と保温水槽
５は、各側面プレート１２．１３が、支え台１の上面に
固設された一対の垂直プレート１６．１７を外側から挟
むようにして該垂直プレート１６．１７と係合し、支え
台１に保持される。

側面プレート１２．１３と垂直プレート１６，１７の係
合は、具体的には次のようにして行なう。

各側面プレート１２．１３の下端には下方に開口した第
１係合溝１２ａ、１３ａが形成され、各垂直プレート１
６．１７の上端には上方に開口した第２係合溝１６ａ、
１７ａが形成されるとともに、各側面プレート１２．１
３の内側面には図示の如く第２係合溝１６ａ、１７ａと
係合する第２係合ビン１２ｂ、１３ｂが内方に突出して
取り付けられ、各垂直プレート１６．１７の外側面には
図示の如く第１係合溝１２ａ、１３ａと係合する第１係
合ビン１６ｂ、１７ｂが取り付けられている。

このため、側面プレート１２．１３が垂直プレート１６
，１７６を挟むようにして、一体になった上部緩衝液槽
２と保温水槽５とを上方から降ろすだけで、第１係合溝
１２ａ、１３ａと第１係合ピン１６ｂ、１７ｂが係合し
、且つ、第２係合溝１２ｂ、１３ｂと第２係合ビン１５
ａ、１７ａが係合して、一体になった上部緩衝液槽２と
保温水槽５とを支え台１に取り付けることができる。ま
た、上部緩衝液槽２と保温水槽５とを支え台１から取り
外す時には、これを上方に持ち上げるだけでよく、取り
付け、取り外しが容易に行なえるようになっている。

下部緩衝液槽７は、支え台１に取り付け、取り外しが容
易に行なえるように保持されており、第３図で２点鎖線
で示すように、前面板１１の前面に、２枚のガラス板か
らなる支持板により厚さがほぼ均一なシート状の支持媒
体を挾持した支持具アセンブリ２０を取り付けた後、上
記のようにして上部１１衝液槽７と保温水槽５を支え台
１に取り付ける。このようにすると支持具アセンブリ２
０が、上部緩衝液槽２の前面の切り欠き１１ｂおよび保
温水槽５の前面開口１１ａを塞ぐが、この時の支持具ア
センブリ２０と前面プレート１１の接触面の間から緩衝
液もしくは水が漏れないように緩衝液槽パツキン４およ
び水槽パツキン６が前面プレート１１上に設けられてい
る。アセンブリ２０は実質的に電気非伝導性かつ実質的
に非可撓性であり、例えば、ガラス、セラミックス、有
機ポリマー（例：ポリメチルメタクリレート：ビスフェ
ノールＡのポリカルボネート；セルロースアセテートプ
ロピオネート等）からなり、透明または白色であること
が好ましい。

なお、支持具アセンブリ２０は第４Ａ図および第４Ｂ図
（第４Ａ図の矢印Ｂ−８に沿った断面図）に示すように
、支持板としての２枚のガラス板２Ｉａ、２１ｂの左右
に所定厚さのスペーサ２３ａ。

２３ｂを挟み、このスペーサ２３ａ、２３ｂに囲まれた
２枚のガラス板２１ａ、２１ｂの間にゲル調整液を注入
してこれをゲル化させ、厚さの均一なシート状ゲル族か
らなる支持媒体２２を形成させたものを用いる。また、
これに代えて、第５図に示すように２枚の電気非伝導性
有機ポリマーフィルムからなる支持体２４ａ、２４ｂの
左右に所定厚さのスペーサ２３ａ　、２３ｂを挾み、こ
のスペーサ２３ａ　、２３ｂに囲まれた２枚のプラスチ
ックフィルム２４ａ　、２４ｂの間に厚さ均一なゲルＭ
ｌ　（支持媒体）２２を挾持したものを、２枚のガラス
板２１ａ、２１ｂで挾持したものを用いてもよい。

以上のようにして、電気泳動装置の前面に第３図の鎖線
で示すように支持具アセンブリ２０を取り付けた後、Ｆ
部および下部ＩＩＩＩ衝液檜２．７に緩衝液を入れ、保
温水槽５内に水を入れる。この後、外部端子３ａ、　８
ａ間に所定電圧を印加し、電気泳動を行なう。なお、支
持具アセンブリ２０を構成するガラス板２１ａ、２１ｂ
のうら前面プレート１１と対向するガラス板２１の上端
は前面プレート１１の上端の切り欠きと同様の切り火き
が形成されており、上部緩衝液槽２内の緩衝液はこの切
り欠きを介してゲル族（支持媒体）２２の上端と接触す
るようになっており、且つ、支持具アセンブリ２０の下
端は下部緩衝液槽７内に突出してゲル膜２２の下端が下
部緩衝液槽７内の緩衝液と接触するようになっている。

このため、外部端子３ａ、８ａに印加された電圧は緩衝
液を介してゲル膜２２に作用し、ゲル膜２２の上端から
注入された蛋白質、核酸等の被電気泳動物質の電気泳動
がなされる。

この場合において、支持具アセンブリ２０が、保温水槽
５の前面開口１１ａを水密に塞いでいるので、この部分
においては保温水ＷＩ５内の水が支持具アセンブリ２０
と接触しており、これにより支持具アセンブリ２０の温
度が均一化される。このため、支持媒体２２の冷却（も
しくは保温〉効果が前面にわたってほぼ均一になり、ス
マイリング効果の発生を防止できる。

なお、保温水槽５内の水温は常に実質的に一定に保つの
が望ましく、第１図から第３図の装置に示すように水槽
５の下部に水温調整用ヒーター９を配設するのが好まし
い。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明によれば、上部および下部
緩衝液槽の間において電圧を印加される支持媒体を挾持
する平板上支持板の外表面に保湿水槽中の水を接触させ
るようにしているので、この水により支持板表面の温度
をほぼ均一に保持することができ、支持媒体の温度もほ
ぼ均一になり電気泳動時にスマイリング効果が発生する
のを防止することができる。

さらに、本発明の場合には、保温水槽に入れるのは通常
の水で良く、上部および下部緩衝液槽に入れる緩衝液の
■は各電極の電圧を支持媒体に伝えるのに必要な最小限
の量で良いので、コ・スト低減を図ることができる。

また、上部緩衝液槽と下部１１ｉＩ液槽との間隔を離す
ことができ両液種間の絶縁も行ない易い。

以下に本発明の実施態様について実施例によって説明す
るが、本発明の内容はこれに限定されるものではない。

実施例１および比較例 ２枚のガラス板（０，５ｘ２０ｘ４０α）、ただし、一
方のガラス板は上部緩衝液槽２と連通ずるための切り欠
き部分を有する、を用意し、そのガラス板の間に４００
μｍのスペーサを設はクリップによりガラス板を固定し
た。別に下記組成のアクリルアミド水溶液を調製した。

アクリルアミド　　　　　１１．８７９Ｎ、Ｎ’　−メ
チレンビスアクリルアミド０．６３ｇ 尿　　　　　素　　　　　　　　　　　　４２．　０９
トリス（ヒドロキシメチル）アミノメタン［ＣＡＳ　　
Ｒｅｇｉｓｔｒｙ　　Ｎｎ７７−８６−１コ１、　０８
　ｇ ホ　　ウ　　Ｍ　　　　　　　　　　　　　　　Ｏ，５
５ｇＥＤＴＡ−２Ｎａ塩　　　０．０９３ｇ水を加えて
１００ｄとする。

該水溶液に重合開始剤としてベルオクソニ硫酸アンモニ
ウム１．３ｄ（５重量％）、Ｎ、Ｎ、Ｎ′、Ｎ′−テト
ラメチルエチレンジアミン３３μ応を加え、上記ガラス
板の間に流し込んで、ポリアクリルアミドゲル膜を形成
させた。ゲルが固まらないうちに、ゲルの上部に厚さ４
００μｍのスロット形成用のさし込みを挿入しておいた
。

電気泳動用のＤＮＡ試料は次のようにして調製した。Ｔ
ＡＫＡＲＡ製ＤＮＡシーケンスキットを使用し、その指
示書に従って、Ｍ−１３ｎ＋ｐ８および［α−”Ｐ］ｄ
ＣＴＰ（アマジャムジャパン類）を用いてＴ反応を行な
い　Ｐで標識されたＤＮＡを調製した。

上記の電気泳動支持媒体（ポリアクリルアミドゲルＷＡ
）を有する２枚のガラス板を、切り欠き部分が上部緩衝
液槽切り欠き１１ｂと合うようにして固定した。次いで
保温水槽５の部分に水を入れ、また上部および下部の緩
衝液槽に緩衝液を入れた。

上部緩衝液槽５を陰極、下部緩衝液槽７を陽極として、
′Ｐで標識したＤＮＡで全スロットを用いて電気泳動を
行なった。１５００Ｖの電圧を印加し、約３時間泳動を
行なった。通電生保温水槽５中の水は２８℃であった。

ついで、ガラス板をはずし、ゲル膜を５戸紙に移した。

次いでゲル族をサランシップで覆い、−７０℃で１５時
間オートラジオグラフィを行なって結果を得た。電気泳
動後の泳動パターンは、第６図に示されているようなほ
ぼ直線を示し、スマイリング効果の発生は無視できる程
度であった。また比較実験として、保温水槽５に水を入
れない場合の電気泳動を同様に行なった。電気泳動後の
泳動パターンには第７図に示されているようなスマイリ
ング効果が現われ、中央部の泳動距離と両側面部の泳動
距離とでは約３値の差があった。

実施例２ 実施例１と同様にして、電気泳動支持媒体（ポリアクリ
ルアミドゲルＩＩ）及びＤＮＡ試料を用意し、本発明の
電気泳動装置による電気泳動を行なった。その際保温水
槽５の下部に配設した水温調整用ヒーター９（５０Ｗカ
ートリツヂヒーター）に通電し、保温水槽の水温を５０
℃に一定に保つようにした。この結果保温水槽５に水を
いれただけの場合の泳動（水温的２８℃で均一）より約
２２℃高く設定され、泳動時間は保温水槽５に水をいれ
ただけの場合の泳動時間（約３時間）より３０分程度短
縮され約２時間３０分であＯた。電気泳動後の泳動パタ
ーンは第６図に示されているように実施例１の場合と同
様にほぼ直線を示し、スマイリング効果の発生は無視で
きる程度であった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る電気泳動装置の１例を示す斜視図
、 第２図は上記装置を前方から見た正面図、第３図は第２
図の矢印Ａ−Ａに沿った断面図、第４Ａ図および第４Ｂ
図は上記装置に取り付けて一電気泳動を行なわせる支持
具アセンブリを示す断面図、 第５図は支持具アセンブリの異なる例を示す断面図、 第６図は本発明の電気泳動装置による泳動実施例で、支
持媒体上に展開された流動パターンのスマイリング効果
が発生するのを防止した状態を示す模式図、 第７図は従来の支持具による支持媒体上に展開された泳
動パターンのスマイリング効果の状態を示す模式図、 第８図は従来の電気泳動装置の１例を示す断面図である
。 １・・・支え台　　　　　２・・・上部緩衝液槽３・・
・上部電極　５・・・保温水槽 ７・・・下部緩衝液槽　　８・・・下部電極９・・・水
８！調整用ヒーター １２．１３・・・側面プレート １６．１７・・・垂直プレート ２０・・・支持具アセンブリ ２２・・・ゲル膜 第４Ｂ図 第６図　　第７図 第８図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）シート状の電気泳動用支持媒体を両側から挾持する
   実質的に電気非伝導性かつ非可撓性の平板状支持板を定
   位置に載置固定し、該支持板を水密に固定しうる支え台
   と、該支持板の上端開口と連通し、内部に緩衝液を収容
   保持しうる上部緩衝液槽と、前記支持板の下端開口と連
   通し、内部に緩衝液を収容保持しうる下部緩衝液槽と、
   前記上部および下部緩衝液槽の各々に配された上部およ
   び下部電極とを有し、 該上部および下部電極間に所定電圧を印加することによ
   り前記上部および下部緩衝液槽内に収容保持された緩衝
   液を介して前記支持媒体の上下方向に電位勾配を与えて
   電気泳動を行なわせうるようにした電気泳動装置におい
   て、 前記支持板の少なくとも一方の外表面の、前記支持媒体
   を挾持する部分を壁面とする保温水槽を形成したことを
   特徴とする電気泳動装置。 ２）前記保温水槽の下部に該保温水槽内の水温調整用の
   ヒーターを配したことを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載の電気泳動装置。 ３）前記平面状支持板が実質的に電気非伝導性かつ非可
   撓性のガラス板、セラミックス板または有機ポリマー板
   であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の電
   気泳動装置。