(57)【要約】【課題】静電搬送技術とコンビナトリアル装置とを組み合わせによる静電搬送によるタンパク質の結晶化方法および装置を提供する。【解決手段】静電搬送によるタンパク質の結晶化装置において、（ａ）複数の送液ポンプ１０１〜１０６と、これらの複数の送液ポンプ１０１〜１０６を制御する第１のコントローラと、前記複数の送液ポンプ１０１〜１０６に接続されるマイクロチャネルを介して必要な試薬およびタンパク溶液の液滴１２０を生成させる手段と、前記生成した液滴１２０を静電搬送する第１の電極１０９Ａと、前記生成した液滴１２０を前記第１の電極１０９への電圧の印加により衝突・合体させタンパク質の結晶を放出する第２のコントローラと、このタンパク質の結晶を静電搬送する第２の電極１０９Ｂと、前記タンパク質の結晶を前記第２の電極１０９Ｂへの電圧の印加により静電搬送により移動させて保管箇所に保持する手段と、液滴およびタンパク質の結晶を観察する撮像装置１１４とを具備することを特徴とする。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
タンパク質の結晶化のために必要な試薬およびタンパク質溶液の液滴を生成させ、該生成した液滴を静電搬送により衝突・合体させ、タンパク質の結晶を有する液滴を静電搬送により保管位置に移動させて、該タンパク質の結晶を有する液滴を観察することを特徴とする静電搬送によるタンパク質の結晶化方法。
【請求項２】
請求項１記載の静電搬送によるタンパク質の結晶化方法において、前記タンパク質の結晶を有する液滴を純水液界面に衝突させることにより、該液滴から前記タンパク質の結晶を取り出すことを特徴とする静電搬送によるタンパク質の結晶化方法。
【請求項３】
請求項２記載の静電搬送によるタンパク質の結晶化方法において、前記タンパク質の結晶を微小ワイヤリングですくい上げることを特徴とする静電搬送によるタンパク質の結晶化方法。
【請求項４】
請求項２記載の静電搬送によるタンパク質の結晶化方法において、前記タンパク質の結晶を有する液滴を静電搬送によりフィルターの上に搬送して前記液滴ごとすくい取ることを特徴とする静電搬送によるタンパク質の結晶化方法。
【請求項５】
請求項１記載の静電搬送によるタンパク質の結晶化方法において、前記タンパク質の結晶化を行わない液滴は廃棄位置まで静電搬送により移動させて廃棄することを特徴とする静電搬送によるタンパク質の結晶化方法。
【請求項６】
（ａ）複数の送液ポンプと、
（ｂ）該複数の送液ポンプを制御する第１のコントローラと、
（ｃ）前記複数の送液ポンプに接続されるマイクロチャネルを介して必要な試薬およびタンパク溶液の液滴を生成させる手段と、
（ｄ）前記生成した液滴を静電搬送する第１の電極と、
（ｅ）前記生成した液滴を前記第１の電極への電圧の印加により衝突・合体させタンパク質の結晶を放出する第２のコントローラと、
（ｆ）該タンパク質の結晶を静電搬送する第２の電極と、
（ｇ）前記タンパク質の結晶を前記第２の電極への電圧の印加により移動させて保管箇所に保持する手段と、
（ｈ）前記液滴およびタンパク質の結晶を観察する撮像装置とを具備することを特徴とする静電搬送によるタンパク質の結晶化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液滴の静電搬送を利用してタンパク質の結晶化を行う方法および装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、タンパク質の構造解析には、分子量が大きいものについてはＸ線回折による解析により３次元構造を決定する方法が採られている。そのためには、タンパク質の結晶化が不可欠であるが、従来行われているタンパク質の結晶化は偶然性にゆだねられる場合が多く、また再現性も悪い。このために、タンパク質の結晶化に必要な試薬濃度などを試行錯誤的に変化させているのが現状である。
【０００３】
ところで、本願発明者らは、既に、液体微粒子のハンドリング方法およびその装置について下記特許文献１として、エマルションならびにマイクロカプセルの製造方法およびその装置について下記特許文献２として出願済である。
【０００４】
【特許文献１】
ＷＯ０２／０６６９９２Ａ１  第６−７頁  図３
【特許文献２】
ＷＯ０２／０６８１０４Ａ１  第６−７頁  図２
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記したタンパク質の結晶化における従来の試行錯誤的方法の作業効率化のため、理化学研究所（播磨）では、エステック（株）による自動タンパク質の結晶化ロボットが導入されているが、これはロボット数台を使った大がかりな装置である。
【０００６】
また、タンパク質の結晶化した溶液を取り出してＸ線解析するためのハンドリング方法も未解決のままである。
【０００７】
本発明は、上記状況に鑑みて、静電搬送技術とコンビナトリアル装置との組み合わせによる静電搬送によるタンパク質の結晶化方法および装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕静電搬送によるタンパク質の結晶化方法において、タンパク質の結晶化のために必要な試薬およびタンパク質溶液の液滴を生成させ、この生成した液滴を静電搬送により衝突・合体させ、タンパク質の結晶を有する液滴を静電搬送により保管位置に移動させて、該タンパク質の結晶を有する液滴を観察することを特徴とする。
【０００９】
〔２〕上記〔１〕記載の静電搬送によるタンパク質の結晶化方法において、前記タンパク質の結晶を有する液滴を純水液界面に衝突させることにより、この液滴から前記タンパク質の結晶を取り出すことを特徴とする。
【００１０】
〔３〕上記〔２〕記載の静電搬送によるタンパク質の結晶化方法において、前記タンパク質の結晶を微小ワイヤリングですくい上げることを特徴とする。
【００１１】
〔４〕上記〔２〕記載の静電搬送によるタンパク質の結晶化方法において、前記タンパク質の結晶を有する液滴を静電搬送によりフィルターの上に搬送して前記液滴ごとすくい取ることを特徴とする。
【００１２】
〔５〕上記〔１〕記載の静電搬送によるタンパク質の結晶化方法において、前記タンパク質の結晶化を行わない液滴は廃棄位置まで静電搬送により移動させて廃棄することを特徴とする。
【００１３】
〔６〕静電搬送によるタンパク質の結晶化装置において、複数の送液ポンプと、この複数の送液ポンプを制御する第１のコントローラと、前記複数の送液ポンプに接続されるマイクロチャネルを介して必要な試薬およびタンパク溶液の液滴を生成させる手段と、前記生成した液滴を静電搬送する第１の電極と、前記生成した液滴を前記第１の電極への電圧の印加により衝突・合体させタンパク質の結晶を放出する第２のコントローラと、そのタンパク質の結晶を静電搬送する第２の電極と、前記タンパク質の結晶を前記第２の電極への電圧の印加により移動させて保管箇所に保持する手段と、前記液滴およびタンパク質の結晶を観察する撮像装置とを具備することを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１５】
図１は本発明の実施例を示す静電搬送によるタンパク質の結晶化装置の模式図である。
【００１６】
この図において、１００はタンパク質を含む液滴の生成装置であり、１０１〜１０６は送液ポンプ（例えば、シリンジポンプ）、１０７は経路、１０８はマイクロチャンネル、１０９Ａは静電搬送用電極（第１の電極：円弧状電極）、１０９Ｂは静電搬送用電極（第２の電極）、１１０は化学的に不活性な液体中にある２つもしくはそれ以上の微小な液滴、１１１は送液ポンプ１０１〜１０６を制御するための第１のコントローラ、１１２は静電搬送用電極１０９Ａに印加する電圧を制御する第２のコントローラ、１１３は第１のコントローラ１１１および第２のコントローラ１１２を制御するためのパーソナルコンピュータ、１１４はビデオカメラである。  そこで、タンパク質の結晶化のために必要な試薬およびタンパク溶液の液滴は、送液ポンプ１０１〜１０６に接続したマイクロチャンネル１０８によって所定の体積に生成される。第１のコントローラ１１１は所定の液滴を生成するための、送液ポンプ１０１〜１０６のコントローラである。送液する試薬としては、結晶化するタンパク質の他、バッファー類として酢酸、酢酸ナトリウム、塩化ナトリウムなどの溶液がある。
【００１７】
生成した試薬およびタンパク質溶液は、マイクロチャンネル１０８から放出後、円弧状電極（静電搬送用電極）１０９Ａに進行電界を与えることにより、円の中心に移動させる。液滴１１０はすべて、円の中心に集まるため、そこで試薬が所定の濃度、ｐｈになるように液滴１１０を衝突・合体させる。液滴１１０の搬送のために、第２のコントローラ１１２にて静電搬送用電極（第１の電極）１０９Ａに電圧を印加する。さらに、液滴１１０の位置制御のために、ビデオカメラ１１４でモニターする。
【００１８】
衝突・合体させ、所定の濃度、ｐｈに調整した液滴１１０は、静電搬送用電極（第２の電極）１０９Ｂにより、タンパク質の結晶化のために保管する位置まで移動させる。これも、ビデオカメラ１１４等でモニターして位置制御を行う。保管後は、タンパク質の結晶観察用の顕微鏡を各液滴上に移動させて観察を行う。タンパク質が結晶化しない液滴は廃棄位置まで静電搬送によって移動させて廃棄する。
【００１９】
このように、この実施例では、タンパク質の結晶化のためのコンビナトリアルケミストリデバイスとして、化学的に不活性な液体中にある２つもしくはそれ以上の微小な液滴１１０を静電搬送用電極１０９Ａへの電位の印加で静電気により移動させて、衝突・合体させる。
【００２０】
すなわち、この装置は、次の２つの部分から構成される。
【００２１】
（１）マイクロチャンネル１０８による液滴生成法により、所定の体積の液滴１１０を生じさせる。
【００２２】
（２）生じた液滴１１０を静電搬送にて所定の位置に移動させて液滴１１０同士を合体させる。
【００２３】
このとき、図２に示すように、円弧状の静電搬送用電極１０９Ａの代わりに、円形状の電極１２１を用いると液滴１２０を円の中心に移動させることができる。もしくは、図３に示すように、ドット型電極１３１を２次元的配置１３２に配置すると、液滴１３０を平面上で任意の方向に移動させることができるようになる。
【００２４】
このようにして、２つもしくはそれ以上の液滴を、衝突・合体させることができる。これにより、タンパク質を含む液滴内の試薬濃度、ｐｈなどを変えることができる。所定の濃度で混合した液滴は、さらに静電搬送により、所定の位置に移動させて、放置し、タンパク質の結晶化を行わせる。長時間（長くて２ヵ月）放置してもタンパク質が結晶化しない液滴は静電搬送により移動させて廃棄する。
【００２５】
また、図４に示すように、タンパク質の結晶が生じた場合には、その結晶を含む液滴１４１を静電搬送用電極１４２上を移動させて、撮像装置１４３で観察する。
【００２６】
以下、タンパク質の結晶の取り出しのための操作方法について説明する。
【００２７】
（第１の方法）
図５はかかる第１のタンパク質の結晶の取り出し方法の説明図であり、図５（ａ）はその取り出し前、図５（ｂ）はその取り出し後を示す図である。
【００２８】
図５（ａ）に示すように、タンパク質結晶を含む液滴２０５はシリコンオイルなど化学的に不活性な液２０２中にあるが、それを純水２０３の純水液面界面２０４に衝突させる。
【００２９】
これにより、図５（ｂ）に示すように、液滴２０５は壊れるが、内部のタンパク質の結晶２０６は純水２０３中に放出される。この結晶２０６を静電搬送にて移動させて、微小ワイヤーリング等ですくい取る。
【００３０】
（第２の方法）
第２の方法では静電搬送により液滴をフィルターの上に搬送して、液滴ごとすくい取る。
【００３１】
なお、図６には図１と異なるタイプの電極構造（ドット型電極２０１）を有する静電搬送によるタンパク質の結晶化装置の模式図を示す。その他の構成は図１と同様である。この場合も、図１と同様の操作により、タンパク質の結晶化のための液滴を生成する。
【００３２】
図７は液滴中に生じたタンパク質の結晶を示す図である。
【００３３】
この図に示されるように、液滴３０１はｐｈ５．０に調整した酢酸バッファー（酢酸ナトリウムと酢酸の混合液）とリゾチウム（タンパク）を等量混合した（直径約２．６ｍｍ）の液滴であり、その液滴３０１に結晶３０２が成長しているのがわかる。なお、その液滴３０１はシリコンオイル３０３中にある。
【００３４】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
【００３５】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、以下のような効果を奏することができる。
【００３６】
（Ａ）タンパク質の結晶化のためのコンビナトリアルケミストリデバイスとして、化学的に不活性な液体中にある２つもしくはそれ以上の微小な液滴を静電気により移動させて、衝突・合体させることができる。
【００３７】
（Ｂ）衝突・合体により、タンパク質を含む液滴内の試薬濃度、ｐｈなどを変えることができる。所定の濃度で混合した液滴は、さらに静電搬送により所定の位置に移動させて、放置し、タンパク質の結晶化を行わせることができる。
【００３８】
（Ｃ）また、タンパク質の結晶を含む液滴より、タンパク質の結晶の取り出しのための操作を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示す静電搬送によるタンパク質の結晶化装置の模式図である。
【図２】本発明の実施例を示す円形の搬送用電極を示す図である。
【図３】本発明の実施例を示すドット電極の搬送用電極を示す図である。
【図４】本発明の実施例を示す液体の管理操作を示す図である。
【図５】本発明の実施例を示す液滴内部の結晶の放出のための操作を示す図である。
【図６】本発明の他の実施例を示す静電搬送によるタンパク質の結晶化装置の模式図である。
【図７】結晶の代用図面としての写真を示す図である。
【符号の説明】
１００    タンパク質を含む液滴の生成装置
１０１〜１０６    送液ポンプ（シリンジポンプ）
１０７    経路
１０８    マイクロチャンネル
１０９Ａ    静電搬送用電極（第１の電極：円弧状電極）
１０９Ｂ    静電搬送用電極（第２の電極）
１１０    微小な液滴
１１１    第１のコントローラ
１１２    第２のコントローラ
１１３    パーソナルコンピュータ
１１４    ビデオカメラ（撮像装置）
１１５    静電搬送用電極（第２の電極）
１２１    円形状の電極
１２０，１３０，１４１，２０５    液滴
１３１，２０１    ドット型電極
１３２    ２次元的配置
１４２    静電搬送用電極
１４３    撮像装置
２０２    化学的に不活性な溶液
２０３    純水
２０４    純水液界面
２０６    タンパク質の結晶
３０１    タンパク質を有する溶液
【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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【図６】
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【図７】
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