(57)【要約】【課題】  電気泳動用電源の簡素化を図り、かつ、鮮明な分離像が得られる、小型で利便性に優れた電気泳動装置を提供する。【解決手段】  電気泳動用電源をパルス電源、とりわけ、弛張発振回路を用いた高電圧パルス電源とすることにより、電源の簡素化・小型化、高電圧印加による泳動像の鮮鋭化が図れる。  本発明によれば、簡便で可搬性に優れた小型電気泳動装置が実現でき、本発明の電気泳動装置は、例えば、野外現場における環境計測、教材用、臨床検査などに広く利用できる。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気泳動装置において、泳動用電源にスイッチング方式または弛張発振方式のパルス発生回路で構成されたパルス電源を用いることを特徴とする、電気泳動装置。
【請求項２】
電気泳動用泳動槽は泳動液または泳動液を含む支持体（ゲル、多孔質膜、粒子）をキャピラリ、平板、膜状、円筒形のいずれかの形状のもとに、これら一つ、または二つ以上の組み合わせで構成されたことを特徴とする、請求項１に記載した電気泳動装置。
【請求項３】
パルス発生回路に、無安定マルチバイブレータまたはブロッキング発振回路を用いたことを特徴とする、請求項１、請求項２に記載した電気泳動装置。
【請求項４】
電気泳動装置において、分離モードが等電点による分離、分子量による分離、機能性イオンとの相互作用の差による分離、あるいはこれらが統合された易動度の違いによる分離であることを特徴とする、請求項１、請求項２、請求項３に記載した電気泳動装置。
【請求項５】
電気泳動装置において、乾電池駆動のブロッキング発振回路からなる小型パルス電源を泳動用電源として用いたことを特徴とする、請求項4に記載した電気泳動装置。
【請求項６】
電気泳動装置において、乾電池駆動のブロッキング発振回路からなる小型パルス電源を泳動用電源として用い、また、分離モードが等電点分離方式であり、泳動用支持体に小型キャピラリ（液体またはゲル）を用いたことを特徴とする、電気泳動装置。
【請求項７】
パルス発振周波数が５〜１００ＫＨｚであることを特徴とする、請求項５、６に記載した電気泳動装置。
【請求項８】
請求項１〜７に記載した電気泳動装置を用いた電気泳動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タンパク質、ペプチド、アミノ酸、神経伝達物質、ホルモン、細胞などの生体物質、食品、薬品、環境物質などの多成分混合試料の分離・分析に用いられる電気泳動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気泳動装置に用いられる電源は、通常、直流の高電圧安定化電源である。これは、高電圧を用いることにより試料の分離・分析の高速化を図るとともに、安定化電源の使用により、試料の分離性能あるいは再現性の向上を図ることを意図していることによる。
図２に、従来の電気泳動装置の一例を模式的に示す。直流高電圧電源２４から陰極２２、陽極２３を介して直流高電圧を電気泳動槽２１の両端に加え、電気泳動を行う。
この場合、直流高電圧電源には、通常、高精度の安定化電源を用いる。このため、電源サイズが大きくなるので、小型で簡便な泳動用電源が望まれていた。
【非特許文献１】C.F.Carle, M.Frank, et al., Science, 232(1986) 65〜68（シー．エフ．カール、エム．フランク、他著、サイエンス誌、第２３２巻、１９８６年、６５〜６８ページ）
【非特許文献２】J.C.Sutherland,D.C.Monteleone et al., Anal. Biochem., 162 (1987) 511〜520（ジェー．シー．スザーランド、デー．シー．モンテレオーネ、他著、アナリティカル  バイオケミストリー誌、第１６２巻、１９８７年、５１１〜５２０ページ）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
電気泳動用電源の簡素化を図り、かつ、分離性能のよい、小型で利便性に優れた電気泳動装置を提供する。
【課題を解決しようとする手段】
【０００４】
電気泳動用電源をパルス電源、とりわけ、弛張発振回路を用いた高電圧パルス電源とすることにより、電源の簡素化・小型化、高電圧印加による泳動像の分離性能向上が図れる。
【効果】
【０００５】
電気泳動用の電源を高電圧パルス電源とすることにより、簡便な電源にも拘わらず、分離性能のよい鮮明な泳動像が得られる。また、簡便で可搬性に優れた小型電気泳動装置が実現できる。これにより、本発明の電気泳動装置は、例えば、環境計測・検査のための野外現場用、教材用、臨床検査などの医療現場などに広く利用できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
本発明の電気泳動装置の模式構成図を、図１に示す。電気泳動に用いるパルス電源４を泳動槽１の両端にある陰極２と陽極３に接続することにより、本発明の電気泳動装置は構成されている。
図３に、本発明で使用する高電圧パルス電源３１の一般構成を示す。基本的には、所望のパルスが発生可能であれば、如何なる構成でもよい。例えば、パルス発生回路部３３は、スイッチング回路を用いて直流をスイッチングしてパルスを形成し、その後、パルストランスで昇圧して所望のパルスを得るなど種々の方法が考えられる。簡便な構成で小型化を実現するには、好ましくは、パルス発振回路部３３を無安定マルチバイブレータやブロッキング発振回路などで代表される「弛張式発振回路」で構成されるパルス電源とすることが好ましい。
また、より好ましくはブロッキング発振回路の発振周波数を５〜１００ＫＨｚとすることにより、負荷泳動槽との整合性や、使用部品サイズの縮小化と回路構成が容易になり、ブロッキング発振回路方式のパルス電源をより小型化することができる。
【０００７】
直流電源部３２は、上記回路の駆動のためのものであり、交流商用電源を整流・平滑化した直流電源部、又は蓄電池、乾電池などで構成されている。
高電圧パルス電源の出力端子３４からのパルス電圧の出力波形は、例えば方形パルスのような形の整った波形であることは必ずしも必要ではなく、擬似正弦波半波状のパルス波形や、台形状波形、三角波形なども用途に応じて使用可能である。また、不定形のスパイク状波形であってもよい。
また、パルス電源３１からのパルス出力条件（パルス電圧、パルス幅、パルス周波数）は、用いる泳動槽１の構造、耐電圧、許容温度などに対応して選択すればよい。パルス電圧については、耐電圧・温度上昇などの許容範囲内であれば、できうる限り高電圧である方が、泳動用試料の分離性能が向上する。
さらに、上記パルス電源を用いる電気泳動装置の泳動槽１の構造は、泳動液または泳動液を含む支持体（ゲル、多孔質膜、粒子）をキャピラリ、平板、膜状、円筒形のいずれかの形状のものとして用いることができる。例えば、長さ数ｃｍのキャピラリ泳動槽に対しては、小型のパルス電源で充分な性能が得られるので、電気泳動装置の小型化に対して本発明のパルス電源方式は好適である。
【０００８】
また、従来から等電点電気泳動においては、加える電圧を安定化する必要があるとされてきた。これは、加える電圧が変動していると、固有の等電点に向かって収束しつつある分子が、電圧減少時期には拡散してしまうので、いわゆる『フォーカシングが甘くなる』現象が発生するためとされてきた。このため、電気泳動用電源としては、安定化された直流高電圧電源が用いられてきた。
しかしながら、本願発明者の検討により、パルス高電圧を加えた場合には電圧安定化機能を特に持たないパルス電源であっても、従来の高安定化直流電源を用いた場合と同様に鮮明な分離像が得られることを見出した。すなわち、このことは、電気泳動用の電源がパルス電源であり、高電圧を加えることにより高電界で電気泳動が行われる場合に、１パルスから次のパルスまでの休止期間（電圧ゼロを維持する期間）が存在しても、電気泳動像には何ら障害にならないということを示している。
【０００９】
さらには、パルス電源を使用する本発明の構成は、１次元電気泳動法にも２次元電気泳動法にも適用できる。
2次元電気泳動法、例えば等電点電気泳動（1次元目）および分子量分離（2次元目）電気泳動の組合わせの場合、一般に２次元目の分子量分離電気泳動に使用する泳動槽は、等電点電気泳動に使用する泳動槽に比べてインピーダンスが低く、温度上昇特性も異なるため、印加パルス条件（パルス電圧、パルス幅、パルス周波数など）を必要に応じて選択・変更すればよい。
【００１０】
ここで、電気泳動法の一つに、『パルスフィールド法』と称する分析手法がある。
『パルスフィールド法』は、他の方法では分離が難しい、あるいは不可能な長いＤＮＡ鎖や巨大タンパク質の分離に用いられるゲル電気泳動法で、電場方向や角度をパルス的に変化させ、これに応じてDNA分子や巨大タンパク質が形状や向きを変えて動く移動度の差、すなわち分子の大きさに基づいて分離するものである（非特許文献１）、（非特許文献2）。
本発明の技術手法は通常の電気泳動法に用いている直流高電圧電源の代わりに「小型パルス電源」を用いて電気泳動用電源の簡素化を図ったものであり、上記の『パルスフィールド法』とは全く異なる手法である。本発明の技術手法は、分子量分離電気泳動に限らず等電点電気泳動にも用いられる。
【実施例１】
【００１１】
本発明の第一の実施例を以下に述べる。図４に、本発明の実施例１の構成を示す。本実施例では、電気泳動用の電源として高電圧パルス電源４１を用いる。高電圧パルスは、高電圧パルス出力端子４４を介してゲルを充填したキャピラリ電気泳動槽４５の両端に配した陽極４８、陰極４９に加えられる。
等電点電気泳動に用いるゲルを充填したキャピラリ電気泳動槽４５は、内径０．５ｍｍ、外径１ｍｍ、長さ２８ｍｍのガラス管であり、濃度４％、架橋度４．７％のポリアクリルアミドゲルおよび濃度１．５％の両性電解質（pH3.5〜10）が充填されている。キャピラリ電気泳動槽の一端は、陽極電極液（0.01Mりん酸溶液）を含む陽極電極槽４６と接し、また、他端は陰極電極液（0.04M NaOH溶液）を含む陰極電極槽４７と接し、それぞれの電極槽にはＰｔ製の電極４８（陽極）と４９（陰極）が設けられている。上記のゲルを充填したキャピラリの陰極側に０.１μLの等電点標準試料を導入して電気泳動を行った。
高電圧パルス電源４１は、トランジスタ（Ｔｒ）、パルストランス（ＰＴ）４３、などで構成されるブロッキング発振回路部と、この発振回路を駆動するための直流電源部４２で構成されている。本実施例では、この直流電源に小型乾電池４本（電圧：６Ｖ）を使用している。
【００１２】
上記高電圧パルス電源４１により、パルス電圧約１５００Ｖ（パルス幅約３０μｓ、パルス周波数約２０ｋＨｚ）を泳動槽４５に印加した。４．５分間で１次元電気泳動が完了し、CytochromeC(Red)、HbC(Red)、HbA(Red)、 Phycocyanin(Blue)の着色タンパク質の鮮明な泳動分離像を確認した。本実施例の電源は、乾電池も含めてその体積は約４５ｃｍ３であり、電気泳動装置全体を極めて小型にすることができる。
【実施例２】
【００１３】
本発明の第２の実施例を以下に述べる。図５に本発明の実施例２の構成を示す。約３０×３０ｍｍの平板ゲル５７に高電圧パルスを加える。ブロック図で示した高電圧パルス電源５１は、直流電源回路部５２、無安定マルチバイブレータ５３、昇圧パルストランス５４などで構成され、高電圧パルス出力端子５５から平板ゲル５７に高電圧パルスが供給される。
平板ゲル５７は、４〜１７％のグラジエントゲルで構成されている。２次元目電気泳動の電極液は陽極、陰極とも0.025Mトリス−0.19Mグリシン緩衝液を用いる。２次元電気泳動にあたっては、ヒト血清タンパク質試料を導入して用いた。実施例１同様のやり方で等電点分離を終了したゲルをキャピラリーから取り出して図中５６で示した位置に載置して直ちに２次元目の泳動を開始する。
まず、パルス電圧約６００Ｖ（パルス幅：約３５μｓ、パルス周波数：１５ＫＨｚ）を平板ゲル５７のＡ−Ｂ端に印加した。図中の６０、６１は、陰極、陽極を、また、５８、５９は陰極電極槽、陽極電極槽を示す。電圧印加後、約１５分後に２次元電気泳動が完了した。ついで、平板ゲル５７を取り外し、タンパク質染色液で染色した後、バックグラウンドを脱色して、鮮明なヒト血清の二次元電気泳動像を得ることができた。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の電気泳動装置の模式構成図
【図２】従来の電気泳動装置の一例を示す模式構成図
【図３】本発明で使用するパルス電源のブロックダイヤグラム
【図４】本発明の第一の実施例を示す模式構成図
【図５】本発明の第二の実施例を示す模式構成図
【符号の説明】
【００１５】
１、２１――――――  電気泳動槽
２、２２――――――  陰極
３、２３――――――  陽極
４―――――――――  電気泳動用パルス電源
２４――――――――  電気泳動用直流電源
３１、４１、５１――  高電圧パルス電源
４５――――――――  ガラスキャピラリ電気泳動槽
５７――――――――  平板ゲル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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