(57)【要約】【課題】流体の移動を伴うことなく、生体高分子からターゲットの生体高分子を分離し抽出することのできる生体高分子の抽出方法および装置を提供する。【解決手段】生体試料から負の電荷を帯びたターゲット生体高分子を抽出する方法であって、前記生体試料を含む第１の溶液と抽出された生体高分子保存用の第２の溶液とがゲルによって区切られ、電気泳動によりターゲット生体高分子を前記第１の溶液中から前記ゲルを通過し前記第２の溶液中へ移動させてターゲット生体高分子の抽出を行う。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
生体試料から負の電荷を帯びたターゲット生体高分子を抽出する方法であって、
前記生体試料を含む第１の溶液と抽出された生体高分子保存用の第２の溶液とがゲルによって区切られ、電気泳動によりターゲット生体高分子を前記第１の溶液中から前記ゲルを通過し前記第２の溶液中へ移動させてターゲット生体高分子の抽出を行うことを特徴とする生体高分子の抽出方法。
【請求項２】
請求項１記載の生体高分子の抽出方法において、
前記第１と第２の溶液および生体高分子保存用の第３の溶液が前記ゲルによって３方向に区切られ、電気泳動により第１の溶液中からゲルに移動された生体高分子を前記第２または第３の溶液中へ移動させて、ターゲット生体高分子の抽出を行うことを特徴とする生体高分子の抽出方法。
【請求項３】
請求項１または２記載の生体高分子の抽出方法において、
前記ゲルとして、微小円柱群または多孔質フィルターを用いたことを特徴とする生体高分子の抽出方法。
【請求項４】
生体試料から負の電荷を帯びたターゲット生体高分子を抽出する装置であって、
前記生体試料を含む第１の溶液と抽出された生体高分子保存用の第２の溶液と、前記第１と第２の溶液を区切るゲルとを保持した電気泳動用の容器と、
前記第１の溶液中からゲルを通して第２の溶液中へ負の電荷を帯びた生体高分子を電気泳動により移動させるために設けられた正負の電極と、
前記正負の電極に正負の電圧をそれぞれ印加する電源
を備え、前記電極に電圧を印加して前記第１の溶液中からゲルを通して第２の溶液中へターゲット生体高分子を移動させて抽出することができるように構成したことを特徴とする生体高分子の抽出装置。
【請求項５】
請求項４記載の生体高分子の抽出装置において、
前記容器には、前記第１および第２の溶液とは異なる方向で前記ゲルに接触し、前記ゲルより移動された生体高分子を保存するための第３の溶液が保持され、
前記ゲルから第３の溶液中へ負の電荷を帯びた生体高分子を電気泳動により移動させるために設けられた電気泳動用の正負の電極と、
前記正負の電極に正負の電圧をそれぞれ印加する電源
を備え、電気泳動による移動方向を切替えることによりターゲット生体高分子を前記第２または第３の部屋へ移動させて抽出することができるように構成したことを特徴とする生体高分子の抽出装置。
【請求項６】
請求項４または５記載の生体高分子の抽出装置において、
前記ゲルとして、微小円柱群または多孔質フィルターを用いたことを特徴とする生体高分子の抽出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、生体試料の細胞から生体高分子を抽出分離する抽出装置や、その前処理装置、あるいは細胞からの生体高分子の抽出、増幅、検出などを一体的に行うカートリッジなどにおいて使用されるもので、生体試料である生体高分子の中からターゲット生体高分子を分離して抽出する方法および装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
以下、生体高分子としてＤＮＡを例にとって説明する。ＤＮＡチップに用いるターゲットＤＮＡを生体細胞から抽出し回収する方法としては、大別して２種類の方法がある。１つは遠心分離による方法であり、他方は磁気ビーズによる方法である。
遠心分離による方法はそのための装置が大がかりであるため、小型化が望まれる将来の方向としては磁気ビーズによる方法が主流になると予測される（磁気ビーズの応用例としては例えば非特許文献１参照）。
【０００３】
磁気ビーズによる方法とは例えば次のような方法である。磁気ビーズの表面に、ある密度でプローブＤＮＡあるいはプローブ抗体を固定し、溶液中のターゲットＤＮＡとプローブとの相補結合により溶液中のＤＮＡの回収を行い、その後磁石により磁気ビーズを集め、洗浄した後磁気ビーズ表面からＤＮＡを溶液により解離し回収する方法である。
【０００４】
さて、このような磁気ビーズ方式を採用した装置として現在は卓上型パーソナルコンピュータ程度の大きさのものが実現されているが、その装置がチップ化され小型化されたものは未だ出現していない。
ただし、小型チップ化するために、μＴＡＳ（ｍｉｃｒｏ／ｍｉｎｉａｔｕｒｉｚｅｄ  ｔｏｔａｌ  ａｎａｌｙｓｉｓ  ｓｙｓｔｅｍ）を活用したデバイスは、現在色々な分野で紹介されている（μＴＡＳについては非特許文献２参照）。
【０００５】
【非特許文献１】
松永是監修、「ＤＮＡチップ応用技術」、株式会社シーエムシー、２０００年７月発行、第７章  磁気ビーズ利用ＤＮＡチップ  竹山春子，中山秀喜
【非特許文献２】
庄子  習一、「生化学  マイクロ化学分析システム−マイクロマシン技術−」、第１頁、第１および第２項、図１、［２００３／０２／２６検索］、インターネット＜ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｊａｃｌａｐ．ｏｒｇ／ＬａｂＣＰ／ｐ１１．ｈｔｍｌ＞
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このμＴＡＳデバイスにおいて、駆動装置であるポンプや、制御装置であるバルブ、そして攪拌装置であるミキサーなどは実用に耐えるものがなかなか実現されておらず、そのため流体の移動を伴うμＴＡＳデバイスでは商品化されたものは多くない。
これは、ミクロの世界では流体の粘性や流路形状等により流体動特性が大きく変わり、経済的および機能的に課題を解決できる要素技術が未だ試行錯誤の段階にあるためと考えられる。
それゆえ、流体の移動を伴うことなく、生体高分子からターゲット生体高分子を分離し抽出できる方式の出現が望まれている。
【０００７】
本発明の目的は、上記の課題を解決するもので、流体の移動を伴うことなく、生体高分子からターゲットの生体高分子を分離し抽出（以下単に抽出という）することのできる生体高分子の抽出方法および装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、請求項１の方法の発明では、
生体試料から負の電荷を帯びたターゲット生体高分子を抽出する方法であって、
前記生体試料を含む第１の溶液と抽出された生体高分子保存用の第２の溶液とがゲルによって区切られ、電気泳動によりターゲット生体高分子を前記第１の溶液中から前記ゲルを通過し前記第２の溶液中へ移動させてターゲット生体高分子の抽出を行うことを特徴とする。
【０００９】
このようにゲルで溶液を２分して電気泳動を行うことにより、溶液を移動することなく目的の生体高分子を別の溶液中に移動させ抽出することができる。
【００１０】
また、請求項２のように、ゲル中にある生体高分子を第２または第３のいずれかの溶液へ振り分けて移動させれば、分子量の異なる生体高分子が混在していても目的の生体高分子を分離して抽出することができる。
また、請求項３のようにゲルとしては、微小円柱群または多孔質フィルターを用いることができる。
【００１１】
請求項４の発明は、
生体試料から負の電荷を帯びたターゲット生体高分子を抽出する装置であって、
前記生体試料を含む第１の溶液と抽出された生体高分子保存用の第２の溶液と、前記第１と第２の溶液を区切るゲルとを保持した電気泳動用の容器と、
前記第１の溶液中からゲルを通して第２の溶液中へ負の電荷を帯びた生体高分子を電気泳動により移動させるために設けられた正負の電極と、
前記正負の電極に正負の電圧をそれぞれ印加する電源
を備え、前記電極に電圧を印加して前記第１の溶液中からゲルを通して第２の溶液中へターゲット生体高分子を移動させて抽出することができるように構成したことを特徴とする。
【００１２】
この場合、請求項５のように、容器に泳動方向の異なる他の電気泳動用手段を付加することにより、ゲル中の生体高分子を第２または第３の溶液中に適宜に振り分けて移動させることができる。これにより、分子量の異なる生体高分子が混在していてもターゲット生体高分子を容易に抽出することができる。
また、ゲルとしては、請求項６のように、微小円柱群または多孔質フィルターを用いてもよい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下図面を用いて本発明を詳しく説明する。図１は本発明に係る生体高分子の抽出方法を実施するための装置の一実施例を示す要部構成図である。本発明では、生体試料である生体高分子［例えばＤＮＡやＲＮＡ（ＲＮＡはＤＮＡからの転写産物、すなわちｍＲＮＡまたはｒＲＮＡまたはｔＲＮＡまたは低分子ＲＮＡである）、タンパク質などである］の中から、負の電荷を帯びた既知のターゲット生体高分子を抽出するものである。通常の電気泳動装置により未知の生体高分子を電気泳動により画定・同定するものとは相違する。
【００１４】
なお、本実施例では、生体高分子としてＤＮＡ（より詳しくはＤＮＡ断片）を例にとって説明する。図において、１はガラス板などで平型箱状に形成され、ＤＮＡの電気泳動を行うための密閉状の容器である。この容器１内には、生体試料を含む溶液（溶液Ａまたは第１の溶液ともいう）２と、抽出されたターゲットＤＮＡを保存するための溶液（溶液Ｂまたは第２の溶液ともいう）３、およびこの溶液ＡとＢを区切るようにその中間に配置されたゲル４が充填されている。
【００１５】
また、溶液Ａと溶液Ｂ中にはそれぞれ負の電極（−電極という）６と正の電極（＋電極という）７が配置されており、この２つの電極には電源８から負と正の電圧がそれぞれ印加される。
【００１６】
次に、このような構成における動作を説明する。溶液Ａ中に生体試料を注入しておく。生体試料は、ターゲット生体高分子（ターゲットＤＮＡ）とそれ以外の生体高分子が混在したものである。この生体試料中からターゲットＤＮＡ５を以下のようにして抽出する。
【００１７】
まず、＋電極７と−電極６に電源８からの正負の電圧をそれぞれ印加する。ターゲットＤＮＡ５は負の電荷を帯びているため＋電極７側に引き寄せられ、溶液Ａ中からゲル４を通過して溶液Ｂ側へと移動する。
なお、他の生体高分子としては、負に帯電していないも、あるいは負に帯電していてもターゲットＤＮＡよりは大きな分子（分子量が重いもの）である。負に帯電していないものは＋電極７側へ引き寄せられず、他方分子量の大きいものはゲル中の移動速度が遅くターゲットＤＮＡと共に溶液Ｂ中に移動することはない。
【００１８】
このようにして、溶液自体を移動させることなく、容易に溶液Ａ中の生体試料の中からターゲットＤＮＡ５のみを溶液Ｂ側へ移動させ抽出することができる。
【００１９】
なお、本発明は、上記実施例に限定されることなく、その本質から逸脱しない範囲で更に多くの変更、変形をも含むものである。
例えば、溶液Ａ中の生体試料に、ターゲットＤＮＡと同様に負に電荷を帯び、ターゲットＤＮＡよりも分子の小さいもの（分子量の軽いもの）が混在している場合には、図２に示す方式により容易に抽出することができる。
【００２０】
図２の装置では、図１に示す電気泳動方向と交差する方向（図面では縦方向）にも電気泳動を行うことがことができる。以下詳しく説明する。
図２において、容器１は、図１の構成に加えて、ゲル４の下辺側に接触する溶液１０（溶液Ｃまたは第３の溶液ともいう）を保持できるように形成されている。さらに、ゲル４の上辺側と第３の部屋の下端部に電気泳動用の電極１１（−電極）と電極１２（＋電極）が配置されている。この２つの電極には電源１３から適宜に電圧が印加できるようになっている。
【００２１】
このような構成において、ターゲットＤＮＡがゲル４中に移動されて来るまで電源８による電気泳動を続ける。このとき、小さい分子（分子量の軽い分子）は既に溶液Ｂ中へ移動している。
ターゲットＤＮＡ５がゲル４中に移動してきたとき、電源８による電圧印加を停止して他方の電源１３による電圧印加を開始すると、ゲル４中のターゲットＤＮＡ５は溶液Ｃ中へ移動して来る。このようにして、ターゲットＤＮＡ５を容易に生体試料から抽出することができる。
【００２２】
なお、抽出の操作は上記に限らず次のようにしてもよい。まず分子の小さい他のＤＮＡのみをゲル４中に移動させ、そこで電源１３による電圧印加に切替えて溶液Ｃ中へ生体高分子を移動させる。その後再び電源８による電圧印加に切替えてターゲットＤＮＡ５をゲル４を介して溶液Ｃ中へ移動させるようにしても構わない。
【００２３】
また、ゲルとしては、微小な柱（ピラー）のアレイである微小円柱群、または多孔質で形成された多孔質フィルターを使用することもできる。
また、実施例ではＤＮＡを例にとって説明したが、本発明はＤＮＡに限らず、負の電荷を帯びた各種の生体高分子を対象に抽出することができる。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、μＴＡＳ活用のデバイスで必要としたポンプやバルブ、ミキサーなどを用いることなく、また溶液などの移動を伴うことなく、生体試料からターゲット生体高分子を容易に抽出することができる。
【００２５】
なお、μＴＡＳ技術を応用したデバイスは今後色々と実用化されて来る。そのとき、成分の分離や抽出が目的であり、しかも対象が電荷を帯びているような場合には、電気泳動により抽出を行うことが可能であり、機構が複雑となるポンプやバルブを使わなくてもその目的を達成することができる箇所には本発明を適用することができ、その効果は大である。
【００２６】
また、細胞から分子あるいは生体高分子を抽出する抽出装置や前処理装置、あるいは抽出機能およびＤＮＡ増幅機能そして検出反応を一体型で行うようにしたカートリッジなどにおいては、分子あるいは生体高分子の中からターゲット分子を分離・抽出する部分に本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る生体高分子の抽出方法を実施するための装置の一実施例を示す要部構成図である。
【図２】本発明の抽出方法を実施するための装置の他の実施例を示す要部構成図である。
【符号の説明】
１  容器
２  溶液Ａ
３  溶液Ｂ
４  ゲル
５  ターゲットＤＮＡ
６、７、１１、１２  電極
８、１３  電源
１０  溶液Ｃ
【図１】
2004309326.tif 000003
【図２】
2004309326.tif 000004