(57)【要約】【課題】多量の検体試料を、同時に、同一条件で処理することを可能とする電気泳動用ゲルプレートを得る。【解決手段】インクジェットヘッドを用いて、第１のゲル濃度を有するゲル溶液をプレート上に吐出し、同プレート上に液滴２０ａを多数形成し、平面状の液膜となった第１のゲル２００ａを形成する。同様に、第２及び第３のゲル濃度を有するゲル溶液をプレート上に吐出し、同プレート上に液滴２０ａ，２０ｂを多数形成し、平面状の液膜となった第２のゲル２００ｂ，及び第３のゲル２００ｃを形成する。これらの液滴吐出後、ゲル溶液を乾燥し、冷却固化させる。【選択図】　　　図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
相互に異なるゲル濃度に調整された複数のゲル溶液を、インクジェットヘッドを用いてプレート上に吐出し、当該ゲル溶液を乾燥させて、部分的にゲル濃度が異なる電気泳動用ゲルプレートを作製する方法。
【請求項２】
ゲル濃度の濃度勾配を形成するように、前記プレート上にゲル溶液を吐出する、請求項１に記載の作製方法。
【請求項３】
検体試料が電気泳動する方向に前記濃度勾配を形成する、請求項２に記載の作製方法。
【請求項４】
隣接するゲルの境界線が前記濃度勾配の方向に対して直交するように形成されている、請求項３に記載の作製方法。
【請求項５】
隣接するゲルの境界線が検体試料の電気泳動方向に対して略直交する向きにほぼ直線状となるように、インクジェットヘッドを用いてゲル濃度の異なる２種類のゲル溶液を吐出することで、前記電気泳動方向に対するみかけ上の濃度を中間濃度に調整し、当該ゲル溶液を乾燥させて電気泳動用ゲルプレートを作製する方法。
【請求項６】
乾燥後のゲルを冷却固化させる工程を含む、請求項１乃至請求項５のうち何れか１項に記載の作製方法。
【請求項７】
前記ゲル溶液は、アガロースゲル溶液、若しくはポリアクリルアミドゲル溶液である、請求項１乃至請求項６のうち何れか１項に記載の作製方法。
【請求項８】
前記プレートはガラスプレート、若しくはアクリル樹脂プレートである、請求項１乃至請求項７のうち何れか１項に記載の作製方法。
【請求項９】
プレートと、部分的にゲル濃度が異なるように前記プレート上に形成されたゲルとを備える、電気泳動用ゲルプレート。
【請求項１０】
前記ゲルは、ゲル濃度の濃度勾配を形成するように、前記プレート上に形成されている、請求項９に記載の電気泳動用ゲルプレート。
【請求項１１】
検体試料が電気泳動する方向に前記濃度勾配が形成されている、請求項１０に記載の電気泳動用ゲルプレート。
【請求項１２】
隣接するゲルの境界線が前記濃度勾配の方向に対して直交するように形成されている、請求項１１に記載の電気泳動用ゲルプレート。
【請求項１３】
ゲル濃度の異なる２種類のゲルの境界線が検体試料の電気泳動方向に対して略直交する向きにほぼ直線状となるように形成されることで、前記電気泳動方向に対するみかけ上の濃度が中間濃度に調整された、電気泳動用ゲルプレート。
【請求項１４】
前記ゲルは、アガロースゲル、若しくはポリアクリルアミドゲルである、請求項９乃至請求項１３のうち何れか１項に記載の電気泳動用ゲルプレート。
【請求項１５】
前記プレートはガラスプレート、若しくはアクリル樹脂プレートである、請求項９乃至請求項１４のうち何れか１項に記載の電気泳動用ゲルプレート。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクジェット方式を用いた、ＤＮＡや蛋白質の電気泳動に用いられるゲルプレートの作製技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電気泳動法は分子生物学及びその関連分野、生物物理学、臨床化学等の非常に広い分野で利用されている基幹技術であり、蛋白質、糖、ＤＮＡ、ＲＮＡ等の分離、検出、精製に利用されている。
【０００３】
この方法は、緩衝液で飽和された、生物学的に不活性な支持体の一端に試料溶液を付着させ、その両端に適当な電圧を印加すると、試料の各成分が支持体中を固有の速度で移動することを利用したものである。この移動速度は各成分の分子量、帯電量等に依存している。特に、支持体がゲルであるゲル電気泳動法には、アガロースゲル電気泳動法やポリアクリルアミドゲル電気泳動法等が周知であり、最近の遺伝子工学の著しい発展の原動力となっている。
【０００４】
通常の電気泳動法では、例えば、ＤＮＡ解析に利用される頻度が高い支持体であるアガロースの網目構造による分子篩効果を利用しており、長い直鎖状のＤＮＡでも充分な篩効果を受け、分子量に比例した泳動の応力を受け、その結果、分子量に応じた分離を可能とする。すなわち、低分子ＤＮＡは早く移動し、高分子ＤＮＡはゆっくりと移動する。
【０００５】
かかる電気泳動法を利用する電気泳動装置におけるゲルプレートの作製にあたっては、例えば、縦約４０ｃｍ×横約３０ｃｍの２枚のガラス板を厚さが約０．３５ｍｍのスペーサを介して対向させ、ガラス板間に緩衝液を飽和させてゲル溶液を、気泡等が混入しないように充填し、固化させてゲルプレートを作製した後、電気泳動装置に装填し、ゲルプレート上部及び下部をそれぞれ緩衝液と接触させると共に、ゲルプレート上部にウエルを形成した分析用試料をセットし、ゲルプレートの上下方向に電圧を印加し、電気泳動が実行される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
遺伝子工学が医薬品、農業等の産業あるいは動植物ゲノム解析等に利用されるようになると、ゲル電気泳動法の利用頻度が飛躍的に増大し、ＤＮＡを含む多種類の検体試料を迅速に解析する必要性が生じてきているが、電気泳動装置用のゲルプレートは解析に際して一個ずつ作製されているのが現状である。また、泡等を含まないように慎重に作製する必要があり、作製条件によってはゲルプレートの硬化が不均一となったり、さらに、２枚のガラス板は通常クリップ等で固定させるため、ガラス板とスペーサ間から液が漏れたりするという問題があり、煩雑な作業となっている。
【０００７】
しかも、近年、多量の検体試料を、同時に、同一条件で処理することが要請されるようになってきており、均質でかつ多数のゲルプレートを連続的に作製し、また簡便な電気泳動を実現させることが望まれている。
【０００８】
本発明は、上記事情に鑑み、多種多量の試料を電気泳動でき、同一条件で迅速、簡便、かつ安価に製造できる電気泳動用ゲルプレート及びその作製方法を提案することを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明では、相互に異なるゲル濃度に調整された複数のゲル溶液を、インクジェットヘッドを用いてプレート上に吐出し、当該ゲル溶液を乾燥させて、部分的にゲル濃度が異なる電気泳動用ゲルプレートを作製する。
【００１０】
かかる方法により、ゲル濃度が部分的に異なる電気泳動用ゲルプレートを得ることができるため、一枚の電気泳動用ゲルプレートで多量の検体試料を、同時に、同一条件で処理することができる。さらに、インクジェットヘッドで作製した電気泳動用ゲルプレートの境界線は蛇行せずに真っ直ぐとなるため、検体試料の分画に好適である。
【００１１】
好ましくは、ゲル濃度の濃度勾配を形成するように、前記プレート上にゲル溶液を吐出する。
【００１２】
ゲル濃度に濃度勾配をもたせることにより、検体試料の分画を容易に行える。
【００１３】
好ましくは、検体試料が電気泳動する方向に前記濃度勾配を形成する。
【００１４】
好ましくは、隣接するゲルの境界線が前記濃度勾配の方向に対して直交するように形成する。
【００１５】
かかる構成により、検定試料が境界線上でトラップすることなく、スムーズな分画を行える。
【００１６】
好ましくは、乾燥後のゲルを冷却固化させる工程を含む。
【００１７】
本発明の電気泳動用ゲルプレート作製方法では、隣接するゲルの境界線が検体試料の電気泳動方向に対して略直交する向きにほぼ直線状となるように、インクジェットヘッドを用いてゲル濃度の異なる２種類のゲル溶液を吐出することで、前記電気泳動方向に対するみかけ上の濃度を中間濃度に調整し、当該ゲル溶液を乾燥させて電気泳動用ゲルプレートを作製する。
【００１８】
かかる方法により、ゲル濃度の異なる２種類のゲル溶液をプレート上にスポッティングすることで、高濃度ゲル溶液の濃度と低濃度ゲル溶液の濃度との中間の濃度を有する電気泳動用ゲルプレートを作製することができ、電気泳動方向に対して濃度勾配を形成することが可能となる。
【００１９】
好ましくは、前記ゲル溶液は、アガロースゲル溶液、若しくはポリアクリルアミドゲル溶液とする。
【００２０】
好ましくは、前記プレートはガラスプレート、若しくはアクリル樹脂プレートとする。
【００２１】
本発明の電気泳動用ゲルプレートは、プレートと、部分的にゲル濃度が異なるように前記プレート上に形成されたゲルとを備える。
【００２２】
ゲル濃度が部分的に異なるため、一枚の電気泳動用ゲルプレートで多量の検体試料を、同時に、同一条件で処理することができる。
【００２３】
好ましくは、前記ゲルは、ゲル濃度の濃度勾配を形成するように、前記プレート上に形成されている。
【００２４】
好ましくは、試料が電気泳動する方向に前記濃度勾配が形成されている。
【００２５】
好ましくは、隣接するゲルの境界線が前記濃度勾配の方向に対して直交するように形成されている。
【００２６】
本発明の電気泳動用ゲルプレートは、ゲル濃度の異なる２種類のゲルの境界線が検体試料の電気泳動方向に対して略直交する向きにほぼ直線状となるように形成されることで、前記電気泳動方向に対するみかけ上の濃度が中間濃度に調整される。
【００２７】
好ましくは、前記ゲルは、アガロースゲル、若しくはポリアクリルアミドゲルである。
【００２８】
好ましくは、前記プレートはガラスプレート、若しくはアクリル樹脂プレートである。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、各図を参照して本実施形態について説明する。
【００３０】
図１は、電気泳動用ゲルプレートを製造するための装置１００の主要部分を示す構成図である。装置１００は、ガラス若しくはアクリル樹脂から成るプレート１０２上に濃度の異なる複数種類のゲル溶液を数ピコリットル程度の微小液滴として吐出し、電気泳動用ゲルプレートを形成するためのインクジェットヘッド１１０と、ゲル溶液を充填するためのタンク１１２と、図示矢印Ａ方向に回動し、プレート１０２を副走査方向に搬送するプラテン１０４と、インクジェットヘッド１１０の主走査方向（図示矢印Ｂ方向）の移動を案内するためのガイド軸１０６と、ガイド軸１０６に沿ってインクジェットヘッド１１０を往復動させるためのキャリッジ１０８とを備えて構成されている。
【００３１】
上記の構成において、キャリッジ１０８の送り機構によって、インクジェットヘッド１１０が主走査方向へ往復動する間に、インクジェットヘッド１１０から微小なドット状のゲル溶液を連続的に吐出する一方、インクジェットヘッド１１０の主走査方向への移動が完了する都度に、プラテン１０４が所定角度回動することにより、プレート１０２を副走査方向に搬送し、引き続きインクジェットヘッド１１０を主走査方向に移動させ、ゲル溶液の吐出を行う。この操作を繰り返すことにより、微小液滴として吐出されたゲル溶液がプレート１０２上の一面に塗布される。
【００３２】
インクジェットヘッド１１０としては、発熱抵抗体に投入された電気エネルギーを熱エネルギーに変換して瞬発的に気泡を発生させ、液滴を吐出するサーマルジェット方式／バブルジェット（Ｒ）方式や、ピエゾ素子等の電気機械変換素子に電気エネルギーを投入して機械エネルギーに変換し、加圧室内の圧力変動で液滴を吐出するピエゾジェット方式や、シリコン基板からなる加圧室基板と電極との間に静電気を発生させ、静電力により振動板を弾性変位させ、加圧室内の圧力変動で液滴を吐出する静電駆動方式の何れでもよい。
【００３３】
図２はインクジェットヘッド１１０のノズル面の説明図である。同図に示すように、インクジェットヘッド１１０は３種類のゲル濃度に調整されたゲル溶液を吐出するための吐出手段１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃを備えている。つまり、吐出手段１１０ａからは第１のゲル溶液が、吐出手段１１０ｂからは第２のゲル溶液が、吐出手段１１０ｃからは第３のゲル溶液がそれぞれ独立に吐出するように構成されている。ゲル溶液としては、例えば、アガロースゲル溶液、又はポリアクリルアミドゲル溶液を用いることができるが、これに限定されるものではない。
【００３４】
図５は、分画したい核酸のサイズと、用いるべきアガロースゲル濃度との関係の目安を例示する。かかる３つの濃度を有するゲルを一枚のプレート上に設けることにより、多種多量の検体試料を、同時に同一条件にて、電気泳動処理することが可能になる。そこで、本実施形態においては、第１のゲル溶液のゲル濃度を０．５％とし、第２のゲル溶液のゲル濃度を１％とし、第３のゲル溶液のゲル濃度を２％とするものとする。このようにゲル濃度の異なるゲル溶液を、インクジェットヘッド１１０の動作に連動させて、濃度の低い順に、又は濃度の高い順に吐出溶液を切り換えることによって、インクジェットヘッド１１０の副走査方向に沿って濃度勾配を有する電気泳動用ゲルプレートを作製することができる。
【００３５】
図４は電気泳動用ゲルプレート２００を作製するための具体的な手順を説明するための図である。インクジェットヘッド１１０の主走査方向への移動と副走査方向への移動を順次繰り返しつつ、その間に３種類の吐出手段１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃからのゲル溶液の吐出を順次切り換えることで、３種類のゲル濃度の異なる電気泳動用ゲルプレートを作製する。同図に示すように、微小液滴として吐出された第１のゲル溶液は主走査方向（プレート１０２の幅方向）に沿ってプレート１０２上に順次吐出され、インクジェットヘッド１１０がプレート１０２の端部に至ると、１ドット分の副送り走査がなされ、再び主走査方向に沿って液滴の吐出が行われる。これらの液滴はプレート１０２上にて略円形の広がりをもって着弾し、多数の液滴スポット２０ａを形成する。液滴スポット２０ａ同士の間隔は極微小であるから、当該液滴スポット２０ａは互いに表面張力を小さくするように相互に接触し、融合することで、平面状の液膜となった第１のゲル２００ａを形成する。
【００３６】
インクジェット１１０の副走査方向の送り量が符号１１に示す位置に到達したならば、第１のゲル溶液から第２のゲル溶液に吐出操作を切り換える。第２のゲル溶液の塗布工程は、上述の第１のゲル溶液の塗布工程と同じであり、ゲル濃度１％の液滴スポット２０ｂを多数吐出することにより、平面状の液膜となった第２のゲル２００ｂを形成する。ここで、インクジェット１１０の副走査方向の送り量が符号１２に示す位置に到達したならば、第２のゲル溶液から第３のゲル溶液に吐出操作を切り換える。第３のゲル溶液の塗布工程は、上述の第１，第２のゲル溶液の塗布工程と同じであり、ゲル濃度２％の液滴スポット２０ｃを多数吐出することにより、平面状の液膜となった第３のゲル２００ｃを形成する。ゲル溶液の塗布工程が終了したならば、必要に応じて、熱風又はヒータ等の乾燥手段により、ゲル溶液を乾燥させ、しかる後に、乾燥後のゲルを冷却固化させる。このように、ゲル濃度の低いゲル溶液からゲル濃度の高いゲル溶液へと吐出切換を行うことにより、濃度勾配を有する電気泳動用ゲルプレート２００を得ることができる。
【００３７】
図３は上述の製造工程で得られた電気泳動用ゲルプレート２００の説明図である。同プレート２００には、それぞれゲル濃度の異なるゲル２００ａ，２００ｂ，２００ｃが形成されている。本発明では、インクジェットヘッド１１０を用いて数ピコリットル程度の微小液滴としてゲル溶液を吐出して電気泳動用ゲルプレート２００を作製するため、ゲル２００ａと２００ｂの境界線２０１、及びゲル２００ｂと２００ｃの境界線２０２はインクジェットヘッド１１０の主走査方向とほぼ平行（副走査方向に対して直角）になるように形成されている。つまり、本発明の製造方法により、境界線２０１，２０２は大きく蛇行することなく、インクジェットヘッド１１０の主走査方向とほぼ平行に形成されるため、ゲルの境界が明確な電気泳動用ゲルプレート２００を得ることができる。かかる境界線２０１，２０２は試料の電気泳動方向と垂直であるため、境界線が大きく蛇行することに起因する、境界線上での試料のトラップ等を防ぐことができる。
【００３８】
本実施形態によれば、電気泳動用ゲルプレート２００は、２〜２０ｋｂの核酸サイズを分画する第１のゲル２００ａと、数百〜１０ｋｂの核酸サイズを分画する第２のゲル２００ｂと、０．１〜２ｋｂの核酸サイズを分画する第３のゲル２００ｃとを備えているため、一枚のゲルプレートによって、核酸や蛋白質などの各種多量の検体試料を、同時に、同一条件で処理することが可能となり、検定作業の効率化を図ることができる。また、ゲルの境界線２０１，２０２を電気泳動の方向に対してほぼ垂直に設定できるため、当該境界線上での検体試料がトラップすることなく、検体試料の分画に好適である。
【００３９】
さらに、上述したインクジェット法によれば、ゲル濃度の異なる２種類のゲル溶液の吐出パターンを適宜変えることにより、みかけ上の濃度勾配を形成することも可能である。ゲル濃度として、高濃度ゲル溶液と低濃度ゲル溶液のように濃度差の大きいゲル溶液を用いることが望ましく、例えば、２ｋｂ程度以上の核酸サイズの比較的大きい検体試料分画用のゲル溶液と、２ｋｂ程度以下の核酸サイズの比較的小さい検体試料分画用のゲル溶液とをそれぞれ用いることが望ましい。ここでは、高濃度ゲル溶液として、２％のゲル溶液を用い、低濃度ゲル溶液として、０．１％のゲル溶液を用いる場合を例示するが、これに限られるものではない。
【００４０】
図６は電気泳動用ゲルプレートのみかけ上の濃度を０．７３％に調整するときのゲル溶液吐出パターンの一例を示すものであり、同図において、検体試料の電気泳動方向と平行する方向をインクジェットヘッドの副走査方向に設定し、これと略直交する方向を同ヘッドの主走査方向に設定している。つまり、プレート１０２における電気泳動方向を予め決定しておき、これと交差する方向にゲル溶液の微小液滴を連続的に吐出する。インクジェットヘッドを主走査方向に沿って２往復し、所定のタイミングで副送り走査をしながら、ゲル濃度０．１％の液滴スポット３０ａを４行分プレート１０２上に吐出したならば、続いて、インクジェットヘッドを主走査方向に沿って１往復し、所定のタイミングで副送り走査をしながら、ゲル濃度２％の液滴スポット３０ｂを２行分プレート１０２上に吐出する。微小間隔をおいてスポッティングされたこれらの液滴スポット３０ａ，３０ｂは表面張力の影響で相互に接触し、融合することで、液膜となる。
【００４１】
インクジェット法によって形成されたゲル溶液の境界線３０１は蛇行することなく電気泳動方向に対して直交する向きにほぼ直線状に形成される。このようにして作製された電気泳動用ゲルプレートの電気泳動方向に対するみかけ上の濃度は、（０．１％×４＋２％×２）／６＝０．７３％となる。電気泳動用ゲルプレートを微視的に観察すると、境界線３０１において、０．１％のゲルと２％のゲルとが隣接配置され、濃度が段階的に変化する構成ではあるが、プレート１０２の電気泳動方向の長さを数１０センチ程度の長さに確保し、巨視的に観察すれば、みかけ上の濃度はほぼ０．７３とみることができる。つまり、プレート１０２上に吐出される高濃度ゲル溶液と低濃度ゲル溶液のそれぞれの吐出パターンを工夫することで、みかけ上の濃度勾配を形成することが可能となる。
【００４２】
図７はゲル溶液吐出パターンの他の例を示すものであり、インクジェットヘッドを主走査方向に沿って１往復し、所定のタイミングで副送り走査をしながら、ゲル濃度０．１％の液滴スポット３０ａを２行分プレート１０２上に吐出し、続いて、インクジェットヘッドを主走査方向に沿って２往復し、所定のタイミングで副送り走査をしながら、ゲル濃度２％の液滴スポット３０ｂを４行分プレート１０２上に吐出することで、ゲル溶液の境界線３０２を電気泳動方向に対して直交する向きにほぼ直線状に形成し、電気泳動方向に対するみかけ上の濃度を、（０．１％×２＋２％×４）／６＝１．３７％としている。
【００４３】
このように、ゲル濃度の異なる２種類のゲル溶液をプレート１０２上にスポッティングすることで、高濃度ゲル溶液の濃度と低濃度ゲル溶液の濃度との中間の濃度を有する電気泳動用ゲルプレートを作製することができ、電気泳動方向に対して濃度勾配を形成することが可能となる。
【００４４】
【発明の効果】
本発明によれば、濃度勾配を有する電気泳動用ゲルプレートを作製できるため、一枚のゲルプレートによって、多量の検体試料を、同時に、同一条件で処理することが可能となる。また、ゲルの境界線を電気泳動の方向に対して垂直に設定できるため、試料の分画に好適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】電気泳動用ゲルプレートを製造するための装置の構成図である。
【図２】インクジェットヘッドのノズル面の説明図である。
【図３】電気泳動用ゲルプレートの説明図である。
【図４】電気泳動用ゲルプレートの製造工程を説明するための図である。
【図５】検定試料の核酸サイズとアガロースゲル濃度の関係を例示する図である。
【図６】電気泳動用ゲルプレートの製造工程を説明するための図である。
【図７】電気泳動用ゲルプレートの製造工程を説明するための図である。
【符号の説明】
１００…電気泳動用ゲルプレートの製造装置
１０２…プレート
１０４…プラテン
１０６…ガイド軸
１０８…キャリッジ
１１０…インクジェットヘッド
１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃ…吐出手段
１１２…タンク
２００…電気泳動用ゲルプレート
２０１，２０２，３０１，３０２…境界線
２００ａ，２００ｂ，２００ｃ…ゲル
２０ａ，２０ｂ，３０ａ，３０ｂ…液滴スポット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2004077393.tif 000006
【図５】
2004077393.tif 000007
【図６】
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【図７】
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