(57)【要約】【課題】試料に含まれる無機物質などのイオン性夾雑物を精度良く除去する。【解決手段】無機物質除去方法は、第１極性及び第２極性の官能基を有する有機物質３１０と、溶媒中で第２極性のイオンに変化する無機物質３２０とを含む試料溶液３００から無機物質３２０を除去する無機物質除去方法であって、試料溶液３００と、第２極性のイオンと結合する性質を有する第２極性のイオン交換樹脂４０と、を準備する準備ステップＳ１０と、試料溶液３００のｐＨを有機物質３１０の等電点よりも高い値のｐＨに調整するｐＨ調整ステップＳ２０と、ｐＨ調整ステップＳ２０でｐＨを調整された試料溶液３００に電圧を印加して、第２極性のイオンに変化した無機物質３２０を泳動させることにより、有機物質３１０と無機物質３２０とを分離する分離ステップＳ３０と、泳動した無機物質３２０を第２極性のイオン交換樹脂４０で吸着する吸着ステップＳ４０と、を含む。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１極性及び第２極性の官能基を有する有機物質と、溶媒中で第２極性のイオンに変化する性質を有する無機物質とを含む試料溶液から前記無機物質を除去する無機物質除去方法であって、
前記試料溶液と、前記第２極性のイオンと結合する性質を有する第２極性のイオン交換樹脂と、を準備する準備ステップと、
前記試料溶液のｐＨを前記有機物質のｐＩよりも高い値のｐＨに調整するｐＨ調整ステップと、
前記ｐＨ調整ステップでｐＨを調整された前記試料溶液に電圧を印加して、前記第２極性のイオンに変化した前記無機物質を泳動させることにより、前記有機物質と前記無機物質とを分離する分離ステップと、
泳動した前記無機物質を前記第２極性のイオン交換樹脂で吸着する吸着ステップと、
を含む、
無機物質除去方法。
【請求項２】
前記分離ステップでは、
前記ｐＨを調整された試料溶液は、長尺状の容器に保持され、
前記長尺状の容器の長手方向に離間して配置された陰極と陽極とを用いて前記ｐＨを調整された試料溶液に電圧を印加する、
請求項１に記載の無機物質除去方法。
【請求項３】
前記第１極性は、負の極性であり、前記第２極性は、正の極性であり、
前記第２極性のイオン交換樹脂は、前記長尺状の容器において、前記陰極及び前記陽極で挟まれた領域の中央位置よりも前記陰極側に配置される、
請求項２に記載の無機物質除去方法。
【請求項４】
第１極性及び第２極性の官能基を有する有機物質と、溶媒中で第２極性のイオンに変化する性質を有する無機物質とを含む試料溶液から前記無機物質を除去する無機物質除去装置であって、
前記有機物質の等電点よりも高い値にｐＨを調整された前記試料溶液を保持する長尺状の容器と、
前記長尺状の容器内に配置された第２極性のイオン交換樹脂と、
を備える、
無機物質除去装置。
【請求項５】
前記無機物質除去装置は、さらに、前記試料溶液に電圧を印加するための陰極及び陽極を備え、
前記陰極及び前記陽極は、前記長尺状の容器の長手方向に離間して配置され、
前記第１極性は、負の極性であり、前記第２極性は、正の極性であり、
前記第２極性のイオン交換樹脂は、前記長尺状の容器のうち、前記陰極及び前記陽極で挟まれた領域の中央位置よりも前記陰極側に配置される、
請求項４に記載の無機物質除去装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、試料に含まれる無機物質を除去する無機物質除去方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１は、等電点電気泳動において、ゲルと電極とに接触するように溶液保持部を配置することにより、ゲルに接触している電極近傍に移動したイオン性夾雑物を、溶液保持部が保持する溶媒に拡散させる技術を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２０１５／１５６２８６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の従来技術では、電極近傍に移動したイオン性夾雑物を溶液保持部中の溶媒に拡散させて、当該イオン性夾雑物が電極に堆積することを防止することができる。しかしながら、当該従来技術では、電気泳動装置に電圧が印加されなくなると、溶液保持部に当該イオン性夾雑物を保持することが難しい。そのため、試料に含まれるイオン性夾雑物（塩）を精度良く除去することができない。
【０００５】
そこで、本開示は、試料に含まれる無機物質などのイオン性夾雑物を精度良く除去することができる無機物質除去方法及び無機物質除去装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の一態様に係る無機物質除去方法は、第１極性及び第２極性の官能基を有する有機物質と、溶媒中で第２極性のイオンに変化する性質を有する無機物質とを含む試料溶液から前記無機物質を除去する無機物質除去方法であって、前記試料溶液と、前記第２極性のイオンと結合する性質を有する第２極性のイオン交換樹脂と、を準備する準備ステップと、前記試料溶液のｐＨを前記有機物質のｐＩよりも高い値のｐＨに調整するｐＨ調整ステップと、前記ｐＨ調整ステップでｐＨを調整された前記試料溶液に電圧を印加して、前記第２極性のイオンに変化した前記無機物質を泳動させることにより、前記有機物質と前記無機物質とを分離する分離ステップと、泳動した前記無機物質を前記第２極性のイオン交換樹脂で吸着する吸着ステップと、を含む。
【０００７】
また、本開示の一態様に係る無機物質除去装置は、第１極性及び第２極性の官能基を有する有機物質と、溶媒中で第２極性のイオンに変化する性質を有する無機物質とを含む試料溶液から前記無機物質を除去する無機物質除去装置であって、前記有機物質の等電点よりも高い値にｐＨを調整された前記試料溶液を保持する長尺状の容器と、前記長尺状の容器に配置された第２極性のイオン交換樹脂と、を備える。
【発明の効果】
【０００８】
本開示によれば、試料に含まれる無機物質などのイオン性夾雑物を精度良く除去することができる無機物質除去方法及び無機物質除去装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、実施の形態１に係る無機物質除去装置の一例を示す概略上面図である。
【図２】図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線における概略断面図である。
【図３】図３は、実施の形態１に係る無機物質除去装置の他の例を示す概略上面図である。
【図４】図４は、図３のＩＶ−ＩＶ線における概略断面図である。
【図５】図５は、実施の形態１に係る無機物質除去方法の一例を示すフローチャートである。
【図６】図６は、実施の形態１に係る無機物質除去方法の一例を模式的に説明する図である。
【図７】図７は、実施例１に係る無機物質除去装置の構成を示す図である。
【図８】図８は、実施例１の無機物質除去方法を実施した状態を示す図である。
【図９】図９は、比較例１の無機物質除去方法を実施した状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本開示の一態様の概要は、以下のとおりである。
【００１１】
本開示の一態様に係る無機物質除去方法は、第１極性及び第２極性の官能基を有する有機物質と、溶媒中で第２極性のイオンに変化する性質を有する無機物質とを含む試料溶液から前記無機物質を除去する無機物質除去方法であって、前記試料溶液と、前記第２極性のイオンと結合する性質を有する第２極性のイオン交換樹脂と、を準備する準備ステップと、前記試料溶液のｐＨを前記有機物質の等電点よりも高い値のｐＨに調整するｐＨ調整ステップと、前記ｐＨ調整ステップでｐＨを調整された前記試料溶液に電圧を印加して、前記第２極性のイオンに変化した前記無機物質を泳動させることにより、前記有機物質と前記無機物質とを分離する分離ステップと、泳動した前記無機物質を前記第２極性のイオン交換樹脂で吸着する吸着ステップと、を含む。
【００１２】
これにより、ｐＨを調整された試料溶液中の有機物質は負の電荷を帯びているため、例えば第２極性が正の極性である場合、当該試料溶液に電圧を印加することにより、負の電荷を帯びた有機物質と第２極性のイオンに変化した無機物質（以下、第２極性の無機物質イオン）とは、電場に沿ってそれぞれ逆方向に泳動する。そのため、本開示の一態様に係る無機物質除去方法によれば、試料溶液中の有機物質と無機物質とを効率よく分離することができる。さらに、泳動した無機物質、すなわち、第２極性の無機物質イオンは、第２極性のイオン交換樹脂で吸着され、さらに、電圧の印加を停止しても放出されないため、電気泳動が終了した後に第２極性の無機物質イオンが試料溶液に再拡散することを低減することができる。したがって、本開示の一態様に係る無機物質除去方法によれば、試料溶液中の無機物質を精度良く除去することができる。
【００１３】
例えば、本開示の一態様に係る無機物質除去方法は、前記分離ステップでは、前記ｐＨを調整された試料溶液は、長尺状の容器に保持され、前記長尺状の容器の長手方向に離間して配置された陰極と陽極とを用いて前記ｐＨを調整された試料溶液に電圧を印加させてもよい。
【００１４】
これにより、長尺状の容器の長手方向において陽極から陰極に向かう電場が形成されるため、ｐＨを調整された試料溶液中の有機物質及び無機物質を、それぞれ、電場に沿って、長尺状の容器の長手方向に泳動させることができる。また、無機物質の泳動速度は有機物質の泳動速度よりも速い。そのため、本開示の一態様に係る無機物質除去方法によれば、試料溶液中の有機物質と、有機物質よりも泳動速度の速い無機物質とを長尺状の容器の長手方向に泳動させるため、分離ステップにおいて、これらの物質をより効率よく分離することができる。
【００１５】
例えば、本開示の一態様に係る無機物質除去方法は、前記第１極性は、負の極性であり、前記第２極性は、正の極性であり、前記第２極性のイオン交換樹脂は、前記長尺状の容器において、前記陰極及び前記陽極で挟まれた領域の中央位置よりも前記陰極側に配置されていてもよい。
【００１６】
これにより、陰極方向に泳動する第２極性の無機物質イオンが陰極に到達する前に、当該無機物質イオンは、第２極性のイオン交換樹脂に吸着される。そのため、第２極性の無機物質イオンが陰極に付着することを低減することができる。第２極性の無機物質イオンが陰極に付着すると、正極及び負極により印加される電圧が不安定になり、電気泳動の信頼性が低下する。そのため、本開示の一態様に係る無機物質除去方法によれば、電気泳動の信頼性の低下を低減することができるため、試料溶液から無機物質をより精度良く除去することができる。
【００１７】
また、本開示の一態様に係る無機物質除去装置は、第１極性及び第２極性の官能基を有する有機物質と、溶媒中で第２極性のイオンに変化する性質を有する無機物質とを含む試料溶液から前記無機物質を除去する無機物質除去装置であって、前記有機物質の等電点よりも高い値にｐＨを調整された前記試料溶液を保持する長尺状の容器と、前記長尺状の容器内に配置された第２極性のイオン交換樹脂と、を備える。
【００１８】
これにより、ｐＨを調整された試料溶液中の有機物質は負の電荷を帯びているため、例えば第２極性が正の極性である場合、第２極性のイオン交換樹脂は、負の電荷を帯びた有機物質を吸着せず、第２極性のイオンに変化した無機物質（以下、第２極性の無機物質イオン）を吸着する。そのため、本開示の一態様に係る無機物質除去装置によれば、試料溶液から無機物質を効率よく除去することができる。
【００１９】
例えば、本開示の一態様に係る無機物質除去装置は、前記無機物質除去装置は、さらに、前記試料溶液に電圧を印加するための陰極及び陽極を備え、前記陰極及び前記陽極は、前記長尺状の容器の長手方向に離間して配置され、前記第１極性は、負の極性であり、前記第２極性は、正の極性であり、前記第２極性のイオン交換樹脂は、前記長尺状の容器において、前記陰極及び前記陽極で挟まれた領域の中央位置よりも前記陰極側に配置されてもよい。
【００２０】
これにより、負の電荷に帯電した有機物質と、陽イオンである第２極性の無機物質イオンとは、それぞれ、電場に沿って逆方向に泳動する。そのため、本開示の一態様に係る無機物質除去装置によれば、試料溶液中の有機物質と無機物質とを効率よく分離することができる。さらに、第２極性のイオン交換樹脂が長尺状の容器において中央位置よりも陰極側に配置されるため、泳動した無機物質、すなわち、第２極性の無機物質イオンは、第２極性のイオン交換樹脂で吸着される。第２極性のイオン交換樹脂は、試料溶液への電圧の印加が停止されも第２極性の無機イオンを吸着し続けるため、電気泳動が終了した後に第２極性の無機物質イオンが試料溶液に再拡散することを低減することができる。したがって、本開示の一態様に係る無機物質除去装置によれば、試料溶液中の無機物質を精度良く除去することができる。
【００２１】
以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。
【００２２】
なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的又は具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本開示を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。また、各図は、必ずしも厳密に図示したものではない。各図において、実質的に同一の構成については同一の符号を付し、重複する説明は省略又は簡略化することがある。
【００２３】
（実施の形態）
［無機物質除去装置］
図１は、実施の形態に係る無機物質除去装置の一例である無機物質除去装置１００ａを示す概略上面図である。図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線における概略断面図である。
【００２４】
無機物質除去装置１００ａは、第１極性及び第２極性の官能基を有する有機物質と、溶媒中で第２極性のイオンに変化する性質を有する無機物質とを含む試料溶液から無機物質を除去するための装置である。
【００２５】
無機物質除去装置１００ａは、前記有機物質の等電点よりも高い値にｐＨを調整された試料溶液を保持する長尺状の容器６０と、長尺状の容器６０内に配置された第２極性のイオン交換樹脂４０と、を備える。長尺状の容器６０は、基板１０と溝部２０とを備える。
【００２６】
本実施の形態では、第１極性の官能基は、酸性の官能基（例えば、カルボキシ基）であり、第２極性の官能基は、塩基性の官能基（例えば、アミノ基）であり、第２極性のイオンに変化する性質を有する無機物質は、陽イオンに変化する性質を有する（以下、陽イオン化する）無機物質であり、第２極性のイオン交換樹脂４０（以下、単に、イオン交換樹脂４０）は、陽イオン交換樹脂である例について説明する。
【００２７】
酸性及び塩基性の官能基を有する有機物質は、例えば、タンパク質、ペプチド、アミノ酸、及び、これらの代謝中間体などが挙げられる。酸性の官能基は、イオン化した場合に負の電荷を帯びる官能基であり、例えば、カルボキシ基、及び、有機リン酸基などである。また、塩基性の官能基は、イオン化した場合に正の電荷を帯びる官能基であり、例えば、アミノ基である。
【００２８】
無機物質は、陽イオン化する無機物質であり、例えば、イオン性夾雑物、いわゆる、塩と呼ばれる。陽イオン化する無機物質は、例えば、ナトリウム、カリウム、カルシウム、マグネシウム、鉄、及び、マンガンなどである。これらの陽イオン化する無機物質は、電気泳動におけるサンプルの移動度及び泳動パターンに影響を及ぼす。
【００２９】
図１及び図２に示すように、無機物質除去装置１００ａは、基板１０と、基板１０のＹ軸プラス側の主面（以下、上面）に設けられた溝部２０と、溝部２０に配置されたイオン交換樹脂４０と、を備える。
【００３０】
基板１０の形状は、例えば、板状であり、平面視において矩形形状を有する。基板１０の材料は、絶縁性を有する材料であればよく、例えば、アクリル樹脂又はガラスである。
【００３１】
溝部２０は、ｐＨを調整された試料溶液を保持する。試料溶液のｐＨは、被検出物質である有機物質の等電点（以下、ｐＩ）よりも高い値に調整される。これにより、ｐＨを調整された試料溶液中の有機物質は、負の電荷を帯びる。そのため、ｐＨを調整された試料溶液には、負の電荷を帯びた有機物質と、陽イオン化した無機物質と、が含まれる。陽イオン化した無機物質は、例えば、ナトリウムイオン、カリウムイオン、カルシウムイオン、及び、マグネシウムイオンなどの電流のキャリアとなり得るイオンである。
【００３２】
イオン交換樹脂４０は、例えば陽イオン交換樹脂であり、陽イオン化した無機物質を吸着する。そのため、無機物質除去装置１００ａは、試料溶液から陽イオン化した無機物質を精度良く除去することができる。また、イオン交換樹脂４０は、負の電荷に帯電した有機物質を吸着しない。そのため、無機物質除去装置１００ａは、試料溶液中の有機物質を損失させにくい。
【００３３】
また、イオン交換樹脂４０は、溝部２０の中央位置よりも端部側に配置されるとよい。例えば、イオン交換樹脂４０は、溝部２０の中央位置よりも陰極側に配置されてもよい。これにより、例えば、溝部２０に保持された試料溶液に電圧が印加されると、陽イオン化した無機物質は陰極に移動し、陰極側に配置されたイオン交換樹脂４０に吸着される。
【００３４】
なお、イオン交換樹脂４０は、溝部２０に設けられた隔壁３０で挟まれた領域に充填されている。隔壁３０は、試料溶液の通過を妨げず、かつ、イオン交換樹脂４０が当該領域の外に漏出することを防ぐ形状であればよく、例えば、イオン交換樹脂４０の粒子の粒径よりも小さい幅の複数のスリット又は複数の孔を有する。隔壁３０は、例えばステンレスなどの金属、又は、ナイロンなどの樹脂で構成される。
【００３５】
なお、隔壁３０は、溝部２０と一体に構成されてもよく、溝部２０と別体に、つまり、脱着可能に構成されてもよい。例えば、隔壁３０が溝部２０から脱着可能に構成される場合、溝部２０の長手方向（Ｘ軸方向）に伸びる２つの内壁には、それぞれ、垂直方向（Ｙ軸方向）に伸びる複数のスリットが所定の間隔で形成されてもよい。一方の内壁に形成された複数のスリットのそれぞれは、他方の内壁の対応する位置にそれぞれ形成された複数のスリットと対になっており、１つの隔壁３０を一対のスリットに差し込み、他の隔壁３０を他の一対のスリットに差し込む。これにより、溝部２０内にイオン交換樹脂４０を充填する領域の容積及び位置を設計に応じて適宜変更することができる。なお、隔壁３０を配置することにより、イオン交換樹脂４０が電極５０と接触することを防ぎ、予期せぬ反応が生じるリスクを回避することができる。
【００３６】
なお、上記の例に限られず、イオン交換樹脂４０は、例えば、袋状又は筒状のメッシュフィルタに充填されてもよく、メッシュ構造又はスリット構造を有する筐体に充填されてもよい。
【００３７】
図３は、実施の形態１に係る無機物質除去装置の他の例である無機物質除去装置１００ｂを示す概略上面図である。図４は、図３のＩＶ−ＩＶ線における概略断面図である。図３及び図４では、無機物質除去装置１００ａと異なる点を中心に説明する。
【００３８】
図３及び図４に示すように、無機物質除去装置１００ｂは、一対の電極５０を備える点で無機物質除去装置１００ａと異なる。一対の電極５０のそれぞれは、溝部２２の長手方向の一端と他端とに配置される。一対の電極５０のそれぞれは、例えば、平行板電極である。一対の電極５０のぞれぞれは、溝部２２の長手方向に対して直交するように配置される。一対の電極５０のそれぞれは、溝部２２のＺ軸方向における一方の内壁面から他方の内壁面まで延伸している。なお、一対の電極５０のそれぞれは、溝部２２のＺ軸方向における一方の内壁面から延伸していなくてもよく、溝部２２のＺ軸方向における他方の内壁面まで延伸していなくてもよい。
【００３９】
図４に示すように、無機物質除去装置１００ｂでは、一対の電極５０は、例えば、溝部２２の底部に設けられた凹部２２ａに沿って配置される。これにより、例えば、一対の電極５０のＺ軸方向における幅が溝部２２のＺ軸方向における幅よりも小さい場合であっても、一対の電極５０のぞれぞれは、簡便に、かつ、安定に、所定の位置に配置される。
【００４０】
電極５０の材料は、電圧を印加できるものであれば特に限定されない。電極５０の材料は、例えば、金、白金、銀、銅、ニッケル、アルミニウム、チタン、パラジウム又は、これらの金属を含む合金を含んでいてもよく、ガラス状カーボンなどの炭素材料を含んでもよい。化学的安定性の観点から、一対の電極５０の材料は、白金を含んでいるとよい。なお、図３及び図４では、一対の電極５０は、平行板電極である例について説明したが、これに限られず、電圧を印加できるものであればよい。一対の電極５０は、例えば、白金線などの金属線であってもよく、金属膜であってもよい。
【００４１】
イオン交換樹脂４０は、溝部２２における中央位置より陰極側に配置される。これにより、泳動した有機物質３１０と、イオン交換樹脂４０とが接触することを低減することができる。有機物質３１０は、その電荷がゼロになる位置で泳動を終える。つまり、泳動した有機物質３１０は、電気的に中性の状態であるため、イオン交換樹脂４０と接触すると、イオン交換樹脂４０に非特異吸着する可能性がある。無機物質除去装置１００ｂでは、陰イオン交換樹脂４０が溝部２２における中央位置より陰極側に配置されることにより、泳動した有機物質３１０がイオン交換樹脂４０に非特異吸着する可能性を低減することができる。
【００４２】
［無機物質除去方法］
続いて、本実施の形態に係る無機物質除去装置を用いて、試料溶液から無機物質を除去する方法について説明する。図５は、本実施の形態に係る無機物質除去方法の一例を示すフローチャートである。図６は、無機物質除去方法の一例を模式的に説明する図である。図６には、無機物質除去装置１００ｂと、試料供給手段２００とが示されている。
【００４３】
本実施の形態に係る無機物質除去方法は、酸性及び塩基性の官能基を有する有機物質３１０と、溶媒中で陽イオンに変化する（陽イオン化する）無機物質３２０とを含む試料溶液３００から無機物質３２０を除去する方法である。
【００４４】
図５及び図６に示すように、無機物質除去方法では、まず、試料溶液３００と、イオン交換樹脂４０とを準備する（準備ステップＳ１０）。例えば、試料溶液３００は、生体サンプルから抽出されたタンパク質、ペプチド及びアミノ酸などの複数種類の有機物質と、ナトリウム及びカリウムなどの複数種類の無機塩とを含む。なお、図示していないが、準備ステップＳ１０では、溝部２２の中央位置よりも陰極（一対の電極５０のうち、Ｘ軸プラス側に配置された電極５０）側に２つの隔壁３０を長手方向（Ｘ軸方向）に離間させて配置する。そして、溝部２０の当該２つの隔壁３０に挟まれた領域に、陽イオン交換樹脂４０を充填する。
【００４５】
次いで、試料溶液３００のｐＨを有機物質３１０のｐＩよりも高い値のｐＨに調整する（ｐＨ調整ステップＳ２０）。ここで、ｐＨの値は、試料溶液３００に含まれる複数種類の有機物質３１０のうち、最も高いｐＩを有する有機物質のｐＩ値よりも高く設定してもよく、複数種類の有機物質３１０のうち所望の有機物質のｐＩ値よりも高く設定してもよい。所望の有機物質３１０が複数種類ある場合は、それらの中で最も高いｐＩを有する有機物質のｐＩ値よりも高く設定してもよい。例えば、当該ｐＩが１０である場合、試料溶液３００のｐＨを１０．３に調整する。これにより、所望の有機物質３１０は、ｐＨ１０．３の試料溶液３００において、負の電荷に帯電する。
【００４６】
次いで、ｐＨ調整ステップＳ２０でｐＨを調整された試料溶液３００に電圧を印加して、陽イオンに変化した無機物質３２０を泳動させることにより、有機物質３１０と無機物質３２０とを分離する（分離ステップＳ３０）。例えば、試料供給手段２００は、ｐＨを調整された試料溶液３００を、無機物質分離装置１００ｂの溝部２２に供給する。上述のとおり、有機物質３１０は、ｐＩよりも高いｐＨ環境下で、負の電荷を帯びている。そのため、ｐＨを調整された試料溶液３００に電圧を印加すると、負の電荷に帯電した有機物質３１０は、陽極（一対の電極５０のうち、Ｘ軸マイナス側に配置された電極５０）に向かって移動し、陽イオン化した無機物質３２０は、陰極に向かって移動する。なお、図６に示す２つの矢印は、それぞれ、有機物質３１０及び無機物質３２０の移動方向及び移動速度の違いを模式的に表したものである。無機物質３２０は、有機物質３１０よりも移動速度が速いため、有機物質３１０と無機物質３２０とを短時間で分離可能である。
【００４７】
次いで、泳動した無機物質３２０を陽イオン交換樹脂４０で吸着する（吸着ステップＳ４０）。分離ステップＳ３０で、陽イオン化した無機物質３２０は、陰極に向かって泳動する。本ステップでは、溝部２２の中央位置よりも陰極側に配置された陽イオン交換樹脂４０で、陽イオン化した無機物質３２０を吸着することにより、無機物質除去装置１００ｂに電圧を印加することを停止した後も、無機物質３２０は陽イオン交換樹脂４０にしっかりと保持され、試料溶液３００中に再拡散しない。
【００４８】
以上により、本実施の形態に係る無機物質除去方法によれば、試料溶液３００から無機物質３２０を精度良く除去することができる。
【００４９】
なお、図示していないが、吸着ステップＳ４０の後、溝部２２に保持される試料溶液３００を採取する。このとき、試料溶液３００中のタンパク質３１０は、溝部２２の中央位置付近に収束されている。そのため、溝部２２の中央位置付近の試料溶液３００を採取してもよい。次いで、採取した試料溶液３００からアンフォライトを除去する。アンフォライトの除去は、公知の方法で実施される。これにより、試料溶液３００から無機物質３１０が除去された試料溶液を得ることができる。
【実施例】
【００５０】
以下、実施例にて本開示の無機物質除去装置及び無機物質除去方法を具体的に説明するが、本開示は以下の実施例のみに何ら限定されるものではない。
【００５１】
実施例１及び比較例１〜３では、以下の試料溶液を用いた。
【００５２】
［試料溶液］
試料は、色付きのタンパク質混合液である、ＩＥＦ（等電点電気泳動）標準液（カタログ番号１６１０３１０、Ｂｉｏ−Ｒａｄ社製）を使用した。総タンパク質は、０．６６μｇ／μＬであり、それらのタンパク質のｐＩは、４．４５〜９．６である。
【００５３】
この試料に、ＮａＣｌ水溶液を添加し、５ｍＭのＮａＣｌを含有する試料溶液を調製した。
【００５４】
（実施例１）
以下、実施例１について説明する。
【００５５】
［無機物質除去装置］
実施例１では、図７に示す無機物質除去装置を使用した。図７は、実施例１に係る無機物質除去装置１００ｃの構成を示す図である。図７の（ａ）は、無機物質除去装置１００ｃの概略上面図であり、図７の（ｂ）は、図７の（ａ）に示すＢ−Ｂ線における概略断面図である。なお、本図では、上述した構成と同じ構成については、同じ符号を付し、説明を省略する。
【００５６】
図７に示すように、無機物質除去装置１００ｃは、長尺状の容器６４と、イオン交換樹脂４０とを備える。長尺状の容器６４は、基板１４と、基板１４に設けられた溝部２４と、を備える。長尺状の容器６４は、アクリル樹脂から構成されている。基板１４は、縦が２５ｍｍであり、横が５５ｍｍである。溝部２４は、幅が５ｍｍであり、長さが４５ｍｍであり、深さが１０ｍｍである。
【００５７】
溝部２４の長手方向の端部には、陽極５２ａ及び陰極５２ｂが設けられている。陽極５２ａ及び陰極５２ｂは、厚さ０．１ｍｍの平膜白金である。
【００５８】
溝部２４の中央位置よりも陽極５２ａ側に隔壁３０が設けられ、陰極５２ｂ側には、陰極から５ｍｍ離間して、一対の隔壁３０で囲まれた５ｍｍ幅の領域にイオン交換樹脂４０が充填されている。隔壁３０は、２５０メッシュ（直径が約０．１ｍｍ）のステンレスメッシュである。イオン交換樹脂４０は、粒子径が０．３ｍｍ〜１．１ｍｍの陽イオン交換樹脂（商品名：Ｉｏｎ  ｅｘｃｈａｎｇｅｒ  Ａｍｂｅｒ  ｌｉｔｅ  ＩＲ−１２０、メルク社製）である。
【００５９】
［実験手順］
（１）準備ステップでは、上記の試料溶液と、陽イオン交換樹脂とを準備した。ここでは、陰極５２ｂ側に配置された一対の隔壁３０で囲まれた領域に、活性化した陽イオン交換樹脂４０を充填した。
【００６０】
（２）ｐＨ調整ステップでは、試料溶液中に含まれるタンパク質のうち最も高いｐＩ値を有するタンパク質のｐＩ値よりも高い値（ここでは、ｐＨ１０．５）に調整した。より具体的には、上記の試料溶液に、ＮａＯＨ水溶液を添加し、１ｍＭのＮａＯＨを含有するＩＥＦ標準液（ｐＨ１０．５）を調製した。
【００６１】
（３）分離ステップでは、ｐＨ調整ステップでｐＨを調製された試料溶液（ｐＨ１０．５）１ｍＬを溝部２４に添加し、５０Ｖの電圧を１０分間印加して電気泳動を行い、試料溶液中のタンパク質とＮａイオンとを分離した。
【００６２】
（４）吸着ステップでは、分離ステップと並行して実施された。陰極側に泳動したＮａイオンを陽イオン交換樹脂４０で吸着した。
【００６３】
（５）上記の一連のステップが終了した後、１０分間放置した。
【００６４】
（６）泳動したタンパク質のバンドを目視で確認した。図８は、実施例１の無機物質除去方法を実施した状態を示す図である。図８に示すように、泳動したタンパク質（図８の有機物質３１０ａ）は、溝部２４の中央付近に帯状に確認できた。
【００６５】
（７）溝部２４の中央付近に収束した帯状のタンパク質のうち、バンド（図８の有機物質３１０ａ）の中央付近から２００μＬを回収し、回収した溶液（以下、回収液）の電気伝導度を測定した。次いで、回収液のタンパク質量をＢＣＡ（ビシンコニン酸）法で測定した。これらの測定結果を表１に示す。
【００６６】
（比較例１）
比較例１では、試料溶液のｐＨを７．５に調整した以外は、実施例１と同様に行った。
【００６７】
図９は、比較例１の無機物質除去方法を実施した状態を示す図である。図９に示すように、泳動したタンパク質（図９の有機物質３１０ｂ）は、溝部２４の中央付近に帯状に確認できた。
【００６８】
溝部２４の中央付近に収束した帯状のタンパク質のうち、バンド（図９の有機物質３１０ｂ）の中央付近から２００μＬを回収し、回収液の電気伝導度を測定した。次いで、回収液のタンパク質量をＢＣＡ（ビシンコニン酸）法で測定した。これらの測定結果を表１に示す。
【００６９】
（比較例２）
比較例２では、実施例１で使用した無機物質除去装置１００ｃからイオン交換樹脂４０を除いた構成を備える無機物質除去装置（不図示）を使用した。
【００７０】
［実験手順］
以下、実施例１と異なる点のみ説明する。
【００７１】
（１）準備ステップでは、上記の試料溶液を準備した。
【００７２】
（２）ｐＨ調整ステップでは、試料溶液をｐＨ１０．５に調整した。より具体的には、上記の試料溶液に、ＮａＯＨ水溶液を添加し、１ｍＭのＮａＯＨを含有するＩＥＦ標準液（ｐＨ１０．５）を調製した。
【００７３】
（３）分離ステップでは、ｐＨ調整ステップでｐＨを調製された試料溶液（ｐＨ１０．５）１ｍＬを溝部２４に添加し、５０Ｖの電圧を１０分間印加して電気泳動を行い、試料溶液中のタンパク質とＮａイオンとを分離した。
【００７４】
（４）上記の一連のステップが終了した後、１０分間放置した。
【００７５】
（５）泳動したタンパク質のバンドを目視で確認した。泳動したタンパク質は、溝部の中央付近に帯状に確認できた。
【００７６】
（６）溝部２４の中央付近に収束した帯状のタンパク質のうち、バンドの中央付近から２００μＬを回収し、回収液の電気伝導度を測定した。次いで、回収液のタンパク質量をＢＣＡ（ビシンコニン酸）法で測定した。これらの測定結果を表１に示す。
【００７７】
（比較例３）
比較例３では、試料溶液のｐＨを７．５に調整した以外は、比較例２と同様に行った。
【００７８】
泳動したタンパク質は、溝部の中央付近に帯状に確認できた。
【００７９】
溝部の中央付近に収束した帯状のタンパク質のうち、バンドの中央付近から２００μＬを回収し、回収液の電気伝導度を測定した。次いで、回収液のタンパク質量をＢＣＡ（ビシンコニン酸）法で測定した。これらの測定結果を表１に示す。
【００８０】
【表１】
2020134290.tif 000003
【００８１】
（結果と考察）
表１に示す電気伝導率の減少率及びタンパク質濃度の増大率は、ｐＨ調整ステップにおいてｐＨを調製した試料溶液の電気伝導率及びタンパク質濃度を１００として、実施例１及び比較例１〜３の無機物質除去方法を実施した後（泳動後１０分放置後）の電気伝導率及びタンパク質濃度の増減を表している。
【００８２】
表１に示すように、実施例１及び比較例１〜３のいずれの方法を実施した場合でも、電気伝導率の現象及びタンパク質濃度の増大が確認できた。つまり、電気泳動後１０分間放置した場合、いずれの方法においても、Ｎａイオン除去効果及びタンパク質の濃縮効果が見られた。
【００８３】
しかしながら、イオン交換樹脂の有無及び試料溶液のｐＨの条件の違いにより比較すると、全ての実施例及び比較例において上記の効果が得られるとは言い難い。
【００８４】
例えば、実施例１及び比較例１の電気伝導率の減少率が比較例２及び比較例３の電気伝導率の減少率の約２倍（１．７倍〜１．９倍）であることから、イオン交換樹脂を配置した方がＮａイオンを精度良く除去できていることが確認できた。また、比較例２及び比較例３の電気伝導率の減少率がほぼ等しい（−約３９％である）ことから、イオン交換樹脂が配置されない場合は、電気泳動終了後に暫く放置すると、陰極側に移動したＮａイオンは電気的な制約を失い、再び泳動溶液中に拡散することが分かった。上記の実験系では、電気泳動終了後１０分で溝部の中央付近から回収液をサンプリングしたため、陰極側に移動したＮａイオンの全てが中央付近まで再拡散されておらず、電気伝導率の減少が見られたが、より長い時間放置した場合、イオン交換樹脂を配置しない構成では、電気伝導率の減少率がより低下すると考えられる。
【００８５】
一方、実施例１及び比較例１の電気伝導率の減少率は、これらの算出値は７％程度違いがあるが、四捨五入すると、約７０％である。そのため、イオン交換樹脂を配置した構成では、イオン交換樹脂が吸着したＮａイオンは、電気泳動が終了しても放出されないことが確認できた。
【００８６】
なお、実施例１及び比較例１の電気伝導率の減少率の差は、ｐＨ調整後の試料溶液中に正の電荷を帯びたタンパク質が存在するか否かの違いであると考えられる。実施例１では、試料溶液のｐＨを、試料溶液に含まれる複数種類のタンパク質のうち最も高いｐＩを有するタンパク質のｐＩ値よりも高く調整したため、試料溶液中の全ての種類のタンパク質が負の電荷を帯びている。しかしながら、比較例１では、試料溶液のｐＨは、７．５に調整されたため、ｐＩが７．５より大きいｐＩを有するタンパク質は、正の電荷を帯びている。そのため、正の電荷を帯びたタンパク質も陰極側に泳動され、それらの一部のタンパク質が陽イオン交換樹脂に吸着する可能性がある。陽イオン交換樹脂は、Ｎａイオン以外の陽イオン（ここでは、正の電荷を帯びたタンパク質）も吸着したため、Ｎａイオンの除去率が下がったと推察される。
【００８７】
したがって、陽イオン化する性質を有する無機物質（ここでは、Ｎａイオン）を精度良く除去するためには、試料溶液のｐＨを、試料溶液に含まれる複数種類のタンパク質のうち最も高いｐＩを有するタンパク質のｐＩ値よりも高く調整するとよいことが分かった。
【００８８】
なお、実施例１及び比較例２のタンパク質濃度の増大率は、比較例１及び比較例３のタンパク質濃度の増大率よりも高かった。試料溶液のｐＨをＮａＯＨを用いてｐＨ１０．５の強アルカリ条件に調整することにより、ｐＨ１０．５の試料溶液は、ｐＨ７．５に調整した試料溶液よりも溶液中のＮａイオン濃度が高くなる。そのため、ｐＨ１０．５の試料溶液は、ｐＨ７．５の試料溶液に比べて、タンパク質が溝部２４の中央付近により収束されやすくなったと考えられる。
【００８９】
したがって、本開示に係る無機物質除去装置及び無機物質除去方法は、タンパク質の濃縮効果も奏すると考えられる。
【００９０】
以上のように、本開示に係る無機物質除去装置及び無機物質除去方法によれば、試料溶液に含まれる有機物質と無機物質とを効率よく分離することができ、さらに、無機物質を精度良く除去することができることが分かった。
【００９１】
なお、上記の実施例及び比較例では、試料溶液のｐＨを、試料溶液に含まれる複数種類のタンパク質のうち最も高いｐＩを有するタンパク質のｐＩ値よりも高く調整し、全てのタンパク質を負の電荷に帯電させて、陽イオン化した無機物質（Ｎａイオン）と分離したが、これに限られない。例えば、試料溶液のｐＨを、ｐＩ値が最も低いタンパク質のｐＩ値よりも低いｐＨに調整し、全てのタンパク質を正の電荷に帯電させて、陰イオン化した無機物質（例えば、リン酸イオン）と分離してもよい。
【００９２】
また、上記の実施例及び比較例では、陽イオン交換樹脂を溝部の中央位置よりも陰極側に配置したが、試料溶液中の全てのタンパク質を正の電荷に帯電させる場合は、陰イオン交換樹脂を溝部の中央位置よりも陽極側に配置してもよい。
【００９３】
（他の実施の形態）
以上、本開示の１つ又は複数の態様に係る無機物質除去方法及び無機物質除去装置について、実施の形態に基づいて説明したが、本開示は、これらの実施の形態に限定されるものではない。本開示の主旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を実施の形態に施したものや、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構成される形態も、本開示の１つ又は複数の態様の範囲内に含まれてもよい。
【００９４】
（１）上記実施の形態では、第１極性の官能基は、酸性の官能基であり、第２極性の官能基は、塩基性の官能基であり、第２極性のイオンに変化する性質を有する無機物質は、陽イオンに変化する性質を有する無機物質であり、第２極性のイオン交換樹脂４０は、陽イオン交換樹脂である例について説明したが、第１極性及び第２極性が上記実施の形態と逆の極性であってもよい。つまり、第２極性のイオンに変化する性質を有する無機物質は、陰イオンに変化する性質を有する（陰イオン化する）無機物質であり、第２極性のイオン交換樹脂は、陰イオン交換樹脂であってもよい。
【００９５】
また、この場合、試料溶液のｐＨは、有機物質のｐＩの値よりも低い値のｐＨに調整されるとよい。これにより、有機物質は、正の電荷を帯びるため、ｐＨを調整した試料溶液に電圧を印加すると、正の電荷を帯びた有機物質は陰極側に泳動され、陰イオン化した無機物質は陽極側に泳動される。したがって、上記構成においても、試料溶液に含まれる有機物質及び無機物質を効率よく分離することができる。
【００９６】
また、この場合、陰イオン交換樹脂は、溝部における中央位置よりも陽極側に配置されるとよい。これにより、泳動した有機物質と陰イオン交換樹脂とが接触しにくくなり、泳動して電気的に中性の状態の有機物質が陰イオン交換樹脂に非特異吸着する可能性を低減する。そのため、上記構成によれば、試料溶液中の有機物質を損失させにくい。
【００９７】
また、この場合、無機物質は、陰イオン化する無機物質であり、例えば、イオン性夾雑物、いわゆる、塩と呼ばれる。陰イオン化した無機物質は、例えば、リン酸イオンであり、電気泳動におけるサンプルの移動度及び泳動パターンに影響を及ぼす。陰イオン交換樹脂は、陰イオン化した無機物質を吸着し、正の電荷に帯電した有機物質を吸着しない。そのため、上記構成においても、試料溶液から無機物質を精度良く除去することができる。
【００９８】
（２）上記実施の形態では、図６に示すように、ｐＨを調整した試料溶液３００を溝部２４に直接導入する例について説明したが、これに限られない。例えば、ｐＨを調整した試料溶液３００を担体に保持させてもよい。担体は、多孔質材料から構成されてもよい。多孔質材料は、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリビニルクロリド、ポリアクリロニトリル、ポリアクリレート、ポリメタクリレート、ポリカルボネート等のポリビニル化合物に代表される有機ポリマー、ポリスチレンラテックス、ナイロン、ポリテレフタレート等の共重合体、ガラス、シリカ、ジルコニア等の無機材料、セルロース、デキストラン、アガロース、セルロース、セファロース等の生体ポリマーが挙げられる。なお、担体がアクリルアミド誘導体又はアガロースなどを用いたゲルである場合、当該ゲルは、ｐＨ勾配を形成されたゲルであってもよい。
【００９９】
（３）上記実施の形態では、溝部２０及び溝部２２は、それぞれ基板１０及び基板１２と一体で構成される例を説明したが、溝部２０及び溝部２２は、基板１０及び基板１２から取り外し可能に構成されてもよい。イオン交換樹脂４０もまた、溝部２０及び溝部２２から取り外し可能であってもよい。これにより、無機物質が除去された試料溶液を簡便に回収することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１００】
本開示に係る無機物質除去方法及び無機物質除去装置によれば、試料溶液に含まれる無機物質を精度良く除去することができるため、試料溶液に含まれる有機物質の検出精度及び検出の再現性が高められる。そのため、生体分子などの分析の前処理として利用可能である。
【符号の説明】
【０１０１】
１０、１２、１４  基板
２０、２２、２４  溝部
３０  隔壁
４０  イオン交換樹脂
５０、５２  電極
５２ａ  陽極
５２ｂ  陰極
６０、６２、６４  容器
１００ａ、１００ｂ、１００ｃ  無機物質除去装置
２００  試料供給手段
３００  試料溶液
３１０、３１０ａ、３１０ｂ  有機物質
３２０  無機物質
【図１】
2020134290.tif 000004
【図２】
2020134290.tif 000005
【図３】
2020134290.tif 000006
【図４】
2020134290.tif 000007
【図５】
2020134290.tif 000008
【図６】
2020134290.tif 000009
【図７】
2020134290.tif 000010
【図８】
2020134290.tif 000011
【図９】
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