(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
生体分子をそれらの等電点に基づいて分離するゲル電気泳動システムであって、
第１の端部と、第２の端部と、前記第１端部および前記第２端部の間に延伸し、前記第１端部および前記第２端部の間の長手方向に沿ってｐＨ勾配を設けるゲル媒体と、を含む電気泳動セルと、
前記ゲルに近接して設けられ、狭い間隔で平行に配置された複数の電極を含む電極グリッドであって、前記セルの前記長手方向に対してほぼ直角な方向に前記電極が延伸するように前記セルに対して配置されている電極グリッドと、
第１の多相電気信号を供給する第１の電圧制御器であって、前記電極グリッドの少なくとも一方の領域に電気的に接続されている第１の電圧制御器と、第２の多相電気信号を供給する第２の電圧制御器であって、前記電極グリッドの少なくとも他方の領域に電気的に接続されている第２の電圧制御器と、を有する電圧制御器を有し、
前記第１の電圧制御器は、プラスの信号波である第１の多相電気信号を生成し、第１の多相電気信号は、ｐＨ勾配が設けられたゲル媒体の前記第１端部から前記第２端部へ通過し、
前記第２の電圧制御器は、マイナスの信号波である第２の多相電気信号を生成し、第２の多相電気信号は、ｐＨ勾配が設けられたゲル媒体の前記第２端部から前記第１端部へ通過し、
前記第１の電圧制御器と第２の電圧制御器は、交互に、第１の多相電気信号と第２の多相電気信号をそれぞれ供給することを特徴とするゲル電気泳動システム。
【請求項２】
生体分子のサンプルの等電点電気泳動の実施にかかる時間を短縮するゲル電気泳動システムであって、
第１端部と第２端部とを有するストリップであって、第１端部および第２端部の間に延伸し、第１端部から第２端部の間の長手方向に沿ってｐＨが徐々に高くなる媒体を含む固定化ｐＨ勾配（ＩＰＧ）ストリップと、
前記ストリップに密接に配置され、前記ストリップの長手軸線をほぼ横断する方向に延伸する複数の平行な電極を含む電極グリッドと、
第１の多相電気信号を供給する第１の電圧制御器であって、前記電極グリッドの少なくとも一方の領域に電気的に接続されている第１の電圧制御器と、第２の多相電気信号を供給する第２の電圧制御器であって、前記電極グリッドの少なくとも他方の領域に電気的に接続されている第２の電圧制御器と、を有する電圧制御器を有し、
前記第１の電圧制御器は、プラスの信号波である第１の多相電気信号を生成し、第１の多相電気信号は、前記固定化ｐＨ勾配（ＩＰＧ）ストリップの前記第１端部から前記第２端部へ通過し、
前記第２の電圧制御器は、マイナスの信号波である第２の多相電気信号を生成し、第２の多相電気信号は、前記固定化ｐＨ勾配（ＩＰＧ）ストリップの前記第２端部から前記第１端部へ通過し、
前記第１の電圧制御器と第２の電圧制御器は、交互に、第１の多相電気信号と第２の多相電気信号をそれぞれ供給することを特徴とするゲル電気泳動システム。
【請求項３】
ゲル電気泳動システムの電気泳動セル内の第１の位置及び第２の位置にそれぞれ載置された第１の生体分子と第２の生体分子をそれぞれ等電点に集束させる方法であって、前記システムは、（ｉ）第１の端部と、第２の端部と、前記第１端部および前記第２端部の間に延伸し、前記第１端部および前記第２端部の間の長手方向に沿ってｐＨ勾配を設けるゲル媒体を含む前記電気泳動セルと、（ｉｉ）前記セルに密接に配置された電極グリッドであって、狭い間隔で平行に設けられた複数の電極を含み、前記第１端部および前記第２端部の間の長手方向に対して直角に前記電極が延伸するように前記セルに対して配置されている電極グリッドと、（ｉｉｉ）第１の多相電気信号を供給する第１の電圧制御器であって、前記電極グリッドの少なくとも一方の領域に電気的に接続されている第１の電圧制御器と、（ｉｖ）第２の多相電気信号を供給する第２の電圧制御器であって、前記電極グリッドの少なくとも他方の領域に電気的に接続されている第２の電圧制御器と、を有し、
第１の生体分子を前記電気泳動セルの第１位置に載置する工程と、
第２の生体分子を前記電気泳動セルの第２位置に載置する工程と、
前記電極グリッドの第１領域に第１の多相電気信号を供給し、前記第１の多相電気信号は、前記電極グリッドの前記第１領域から前記電極グリッドの前記第２領域へ伝わる際に、前記セル上の第１の位置にある第１の生体分子を通過し、第１の生体分子を等電点に集束させる工程と、
前記電極グリッドの第２領域に第２の多相電気信号を供給し、前記第２の多相電気信号は、前記電極グリッドの前記第２領域から前記電極グリッドの前記第１領域へ伝わる際に、前記セル上の第２の位置にある第２の生体分子を通過し、第２の生体分子を等電点に集束させる工程と、を含む方法。
【請求項４】
電気泳動システム内の固定化ｐＨ勾配（ＩＰＧ）ストリップにおける、少なくとも２つの生体分子バンドを集束させる方法であって、前記システムは、（ｉ）前記ストリップに密接に配置された電極グリッドであって、狭い間隔で平行に設けられた複数の電極を含み、前記ストリップに対してほぼ直角に前記電極が延伸するように配置されている電極グリッドと、（ｉｉ）第１の多相電気信号を供給するよう構成され、前記グリッドの少なくとも一部に電気的に接続している第１の電圧制御器と、（ｉｉｉ）第２の多相電気信号を供給し、前記グリッドの少なくとも他の一部に電気的に接続している第２の電圧制御器と、を有し、
前記ストリップの第１端部に最も近い第１のバンド内の生体分子の生来の電荷を特定する工程と、
前記ストリップの第２端部に最も近い第２のバンド内の生体分子の生来の電荷を特定する工程と、
前記第１電圧制御器を作動させて前記第１の多相電気信号を生成し、前記第１の信号を前記ストリップの前記第１端部から前記ストリップの前記第２端部に向けて通過させる工程であって、前記第１の信号は、前記第１のバンド内の前記生体分子の前記生来の電荷とは逆の極性を有する工程と、
前記第２電圧制御器を作動させて前記第２の多相電気信号を生成し、前記第２の信号を前記ストリップの前記第２端部から前記ストリップの前記第１端部に向けて通過させる工程であって、前記第２の信号は、前記第２のバンド内の前記生体分子の前記生来の電荷とは逆の極性を有する工程と、を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気泳動による分子の分離に関し、特に、等電点電気泳動に関する。本発明はさらに、電界に応じた粒子の移動の観察結果に基づく分析方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気泳動の典型的な手順の１つは、異なるｐＨ値を有する溶液を電界の各端部に設け、それらの間がｐＨの勾配になっている状態を作成することである。特定のｐＨにおいて分子は等電点に達し、その分子の実効電荷がゼロになる。したがって、分子がｐＨ勾配中を進行するにつれて、等電点に達し、それ以降は電界内で不動になる。このように、この電気泳動の手法では、異なる等電点に基づいて分子が分離される。
【０００３】
詳細には、上述の方法は等電点電気泳動（ＩＥＦ）と呼ばれ、ｐＨ勾配内の分子に電界を印加して、実効電荷がゼロになる位置、すなわち分子の等電点まで、分子を移動させる。この方法は、混合物からタンパク質を分離する際や、不明の組成を有する生体分子の特性付けの手法として、頻繁に利用される。等電点電気泳動においては、狭い間隔での等電点値および高導電性を有し、電界印加時にｐＨ勾配状に整列する多価の両性イオンから成る、市販の勾配ゲルなどを用いることができる。両性イオンは通常、ポリアクリルアミドゲルなどの基質中に備えられる。
【０００４】
ドデシル硫酸ナトリウム（ＳＤＳ）（ＣＨ3（ＣＨ2）10ＣＨ2ＯＳＯ3Ｎａ；ラウリル硫酸ナトリウムとしても知られている）と、サンプル処理と、ポリアクリルアミドゲル電気泳動との組み合わせは、１９６０年代後半に初めて開示されている。ＳＤＳは、タンパク質を可溶化して変性させるイオン界面活性剤である。その界面活性剤は、ポリペプチドのバックボーン（骨格）との疎水性相互作用を通じて、タンパク質をコーティングすることにより、大多数のタンパク質を効果的に、ポリペプチドのサブユニットに分離する。ＳＤＳが結合した大多数のタンパク質は、同等の表面電位を有する線状分子に変性する。
【０００５】
ＳＤＳ−ポリアクリルアミドゲル電気泳動（ＳＤＳ−ＰＡＧＥ）によれば、分子が厳密にサイズ、すなわち分子量に基づいて分離される。ＳＤＳで処理したサンプルがゲル内を移動して電気泳動する際の主要な差異は、サイズまたは長さである。小さな分子は、より大きな分子に比べて、基質（matrix）内をより速く移動する。ポリアクリルアミドゲル内を分子が移動する速度は、分子量の対数に反比例する（inversely linear）。したがって、変性したサンプルを、既知の分子量の標準値に基づいて分析し、物質の物理的サイズを判断する手段とすることができる。
【０００６】
二次元（２Ｄ）電気泳動は、再現可能かつ高感度な分析方法を提供するユニークな手法である。２Ｄと呼ばれる理由は、２つの異なる電気泳動方法を２つの異なる次元で用いて、１つの結果を得るからである。各方法は、サンプル化合物を、各化合物の異なる性質に基づいて分離する。２つの方法を組み合わせることによって、どちらか１つの方法を用いた場合に比べて、サンプル中の化合物をより好適に分離できる。
【０００７】
２Ｄ分析において通常使用される一対の電気泳動手法は、上述の等電点電気泳動（ＩＥＦ）と、ＳＤＳ−ポリアクリルアミドゲル電気泳動（ＳＤＳ−ＰＡＧＥ）とである。ＩＥＦは、サンプル化合物を等電点に基づいて分離し、ＳＤＳ−ＰＡＧＥは、化合物を分子量に基づいて分離する。ＩＥＦおよびＳＤＳ−ＰＡＧＥを用いてタンパク質を分離する２Ｄ分析手法では、ゲル内に、バンドまたはスポットがランダムなパターンにて位置することになる。各スポットは、サンプル中の１つの成分を表す。成分における１つの電荷の差を、ゲル内で１つの特定スポットによって識別することが可能である。２Ｄ電気泳動のこの性質によって、１つの電荷の差のみで異なる同じタンパク質を識別することができ、それにより２Ｄ電気泳動は、分子遺伝学の分野にとって大変貴重な技術となった。
【０００８】
上述のとおり、多くのタンパク質は、ポリアクリルアミドゲル電気泳動（ＰＡＧＥ）（分子量に基づく）、もしくは変性ポリアクリルアミドゲル等電点電気泳動（ＩＥＦ）（分子電荷に基づく）によって、分離できる。その両方の手法を二次元的に連係させて用いることで、最高の分離能が得られる。ポリアクリルアミドゲルは、モノマーであるアクリルアミドを長いストランドに重合化した後、それらのストランドを「架橋剤」（通常はＮ，Ｎ’−メチレン−ビス−アクリルアミド（ビス））で連結することで生成される。これらの成分の相対的比率が、ゲルの分離特性を決定する。等電点電気泳動は、高分子量のポリアミノカルボン酸（両性イオン）から成る固定化ｐＨ勾配を含むＰＡＧＥゲル内で実施される。二次元ポリアクリルアミドゲル電気泳動（２Ｄ  ＰＡＧＥ）の分離能力は、複合タンパク質混合物からの不明のタンパク質のアミノ酸シーケンスを検出する単離手法の一部として、頻繁に活用されている。
【０００９】
粒子は、様々な構成の電極および電極アレイによって生成された不均一電界を用いて操作される。バイオテクノロジの一般的なツールとして、誘電泳動は非常に強力である。粒子の移動速度の測定によって、粒子の誘電性を検出できる。さらに重要なことに、物理的に接触せずに、粒子を随意に操作および配置することが可能であり、それは分離技術の新たな方法につながるものである。
【００１０】
誘電泳動分離の強力な拡張機能は、進行波誘電泳動（ＴＷＤ）である。ＴＷＤでは、電極システムにおいて、時間変化電位を電極に順次印加することによって可変電界を生成する。このような進行波電界移動方法は、Parton et al.によって特許文献１に開示されている。その他、いくつか従来技術がある（特許文献２から特許文献５）。
【００１１】
【特許文献１】米国特許第５，６５３，８５９号明細書
【特許文献２】米国特許第４，４７３，４５２号明細書
【特許文献３】米国特許第４，６４７，１７９号明細書
【特許文献４】米国特許第４，７３７，２５１号明細書
【特許文献５】米国特許第６，２７２，２９６号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
特にＩＥＦ工程を用いる手法などの二次元（２Ｄ）ゲル電気泳動は、簡単で、容量が大きく、質量分析計と組み合わせるとゲル内に溶解された全てのタンパク質を同定できるため、プロテオーム研究において定評のある主力手法である。しかし、工程時間が長く、存在量の少ないタンパク質を分離することが困難であり、再現性に乏しいことなどの要因によって、プロテオーム学における決定的なツールになる可能性をフルに発揮できない状態になっている。特に、従来のＩＥＦ工程は、比較的長い時間と、非常に高い運転電圧とを必要とする。本発明は、２Ｄ手法におけるＩＥＦのステップに関し、処理時間を短縮し、より低い運転電圧を使用し、静電進行波（ＴＷ）を用いてバンドの拡大を抑制することによって分離能を向上させる、新しい機器設計および技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、分離対象の生体分子とは逆の極性を有する静電進行波に起因する電気泳動力を用いる。進行波は、電極グリッドを横断する連続的掃引として管理生成され、生体分子を、電気泳動ゲル内のその等電点に相当する位置まで移動させる。さらに、進行波を通す電気グリッドとして特定のものを用いることで、比較的強い電界を生成でき、それにより比較的低い運転電圧のみを必要とする。
【００１４】
一態様において本発明は、生体分子をそれらの等電点に基づいて分離するゲル電気泳動システムを提供する。そのシステムは、互いに対向する２つの端部と、それらの端部間に延伸するゲル媒体とを含む電気泳動セルを有する。ゲル媒体は、該端部間の長手方向に沿ってｐＨ勾配を設ける。システムはさらに、ゲルに近接して設けられ、狭い間隔で平行に配置された複数の電極を含む電極グリッドを有する。グリッドは、セルの長手方向に対してほぼ直角な方向に電極が延伸するように、セルに対して配置されている。システムはまた、多相電気信号を供給する電圧制御器を有する。その信号は、プラスの進行波信号またはマイナスの進行波信号のどちらかである。電圧制御器は、電極グリッドに電気的に接続しており、それによって進行波信号が、電極グリッドの第１領域から電極グリッドの第２領域へ通過するようになっている。すなわち、第１の多相電気信号を供給する第１の電圧制御器であって、前記電極グリッドの少なくとも一方の領域に電気的に接続されている第１の電圧制御器と、第２の多相電気信号を供給する第２の電圧制御器であって、前記電極グリッドの少なくとも他方の領域に電気的に接続されている第２の電圧制御器と、を有し、前記第１の電圧制御器は、プラスの信号波である第１の多相電気信号を生成し、第１の多相電気信号は、ｐＨ勾配が設けられたゲル媒体の前記第１端部から前記第２端部へ通過し、前記第２の電圧制御器は、マイナスの信号波である第２の多相電気信号を生成し、第２の多相電気信号は、ｐＨ勾配が設けられたゲル媒体の前記第２端部から前記第１端部へ通過し、前記第１の電圧制御器と第２の電圧制御器は、交互に、第１の多相電気信号と第２の多相電気信号をそれぞれ供給している。
【００１５】
他の態様において本発明は、生体分子のサンプルの等電点電気泳動の実施にかかる時間を短縮するゲル電気泳動システムを提供する。このシステムは、ストリップの長手軸線に沿ってｐＨが徐々に高くなる媒体を含む固定化ｐＨ勾配（ＩＰＧ）ストリップを有する。システムはさらに、ストリップに密接に配置された電極グリッドを有する。電極グリッドは、複数の平行な電極を含む。電極は、ストリップの長手軸線をほぼ横断する方向に延伸する。システムはまた、プラスの進行波信号またはマイナスの進行波信号のどちらかの形態である多相電気信号を供給する電圧制御器を有する。電圧制御器は、電極グリッドに電気的に接続しており、それによって進行波信号が、電極グリッドの第１領域から電極グリッドの第２領域へ伝わるようになっている。すなわち、固定化ｐＨ勾配（ＩＰＧ）ストリップは、第１端部と第２端部とを有し、第１端部および第２端部の間に延伸し、第１端部から第２端部の間の長手方向に沿ってｐＨが徐々に高くなる媒体を含み、さらに、電圧制御器は、第１の電圧制御器と第２の電圧制御器を有し、第１の電圧制御器は、第１の多相電気信号を供給し、前記電極グリッドの少なくとも一方の領域に電気的に接続され、第２の電圧制御器は、第２の多相電気信号を供給し、前記電極グリッドの少なくとも他方の領域に電気的に接続され、前記第１の電圧制御器は、プラスの信号波である第１の多相電気信号を生成し、第１の多相電気信号は、前記固定化ｐＨ勾配（ＩＰＧ）ストリップの前記第１端部から前記第２端部へ通過し、前記第２の電圧制御器は、マイナスの信号波である第２の多相電気信号を生成し、第２の多相電気信号は、前記固定化ｐＨ勾配（ＩＰＧ）ストリップの前記第２端部から前記第１端部へ通過し、前記第１の電圧制御器と第２の電圧制御器は、交互に、第１の多相電気信号と第２の多相電気信号をそれぞれ供給している。
【００１６】
さらなる態様において本発明は、ゲル電気泳動システムの電気泳動セル内の第１の位置及び第２の位置にそれぞれ載置された第１の生体分子と第２の生体分子をそれぞれ等電点に集束させる方法を提供する。システムは、第１の端部と、第２の端部と、前記第１端部および前記第２端部の間に延伸し、前記第１端部および前記第２端部の間の長手方向に沿ってｐＨ勾配を設けるゲル媒体を含む前記電気泳動セルを有する。システムはさらに、セルに密接に配置された電極グリッドを有する。グリッドは、狭い間隔で平行に設けられた複数の電極を含む。グリッドは、前記第１端部および前記第２端部の間の長手方向に対して直角に電極が延伸するように、セルに対して配置されている。システムはまた、多相電気信号を供給する電圧制御器を有する。電圧制御器は、電極グリッドに電気的に接続している。該方法は、生体分子またはそれを含有するサンプルを、電気泳動セルの第１位置に載置する第１のステップを含む。該方法はさらに、電極グリッドの第１領域に多相電気信号を供給するステップを含む。その信号は、グリッドの第１領域からグリッドの第２領域へ伝わる際に、セル上の生体分子を通過する。それにより生体分子がセル上の第１位置から、セル上の第２位置まで、あるいは第２位置に向かって移動される。すなわち、電圧制御器は、第１の電圧制御器と第２の電圧制御器を有し、第１の電圧制御器は、第１の多相電気信号を供給し、前記電極グリッドの少なくとも一方の領域に電気的に接続され、第２の電圧制御器は、第２の多相電気信号を供給し、前記電極グリッドの少なくとも他方の領域に電気的に接続され、第１の生体分子を前記電気泳動セルの第１位置に載置し、また、第２の生体分子を前記電気泳動セルの第２位置に載置し、前記電極グリッドの第１領域に第１の多相電気信号を供給し、前記第１の多相電気信号は、前記電極グリッドの前記第１領域から前記電極グリッドの前記第２領域へ伝わる際に、前記セル上の第１の位置にある第１の生体分子を通過し、第１の生体分子を等電点に集束させる工程と、前記電極グリッドの第２領域に第２の多相電気信号を供給し、前記第２の多相電気信号は、前記電極グリッドの前記第２領域から前記電極グリッドの前記第１領域へ伝わる際に、前記セル上の第２の位置にある第２の生体分子を通過し、第２の生体分子を等電点に集束させる工程と、を含む方法である。
【００１７】
さらに別の態様において本発明は、電気泳動システム内の固定化ｐＨ勾配（ＩＰＧ）ストリップにおける、少なくとも２つの生体分子バンドを集束させる方法を提供する。システムは、ストリップに密接に配置された電極グリッドを有する。グリッドは、狭い間隔で平行に設けられた複数の電極を含む。グリッドは、ストリップに対してほぼ直角に電極が延伸するように、配置されている。システムはまた、第１の多相電気信号を供給するよう構成された第１の電圧制御器を有する。第１電圧制御器は、グリッドの少なくとも一部に電気的に接続している。システムはさらに、第２の多相電気信号を供給するよう構成された第２の電圧制御器を有する。第２電圧制御器は、グリッドの少なくとも他の一部に電気的に接続している。該方法は、ストリップの第１端部に最も近い第１のバンド内の生体分子の生来の電荷を特定するステップを含む。該方法はさらに、ストリップの第２端部に最も近い第２のバンド内の生体分子の生来の電荷を特定するステップを含む。該方法は、第１電圧制御器を作動させて第１の多相電気信号を生成し、その信号をストリップの第１端部からストリップの第２端部に向けて通過させるステップを含む。その第１の信号は、第１のバンド内の生体分子の生来の電荷とは逆の極性を有する。該方法はまた、第２電圧制御器を作動させて第２の多相電気信号を生成し、その信号をストリップの第２端部からストリップの第１端部に向けて通過させる、さらなるステップを含む。その第２の信号は、第２のバンド内の生体分子の生来の電荷とは逆の極性を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
タンパク質およびＤＮＡなどの生体分子を分離ならびに同定することは、バイオテクノロジにおける重要なステップである。ポストゲノミック時代である昨今、２Ｄゲル電気泳動は、タンパク質分離のための主力手法となりつつある。この手法は３０年間使用されてきたが、技術的改良は主に小さいものに限られていた。本発明は、電気泳動ゲルシステムにおいて、特定の極性および方向性を有する静電進行波を用いて、プラス電荷およびマイナス電荷の両方のタンパク質、生体分子、またはそれらの成分を、選択的に移動させるかそれらの移動を誘導することによって、ＩＥＦ工程、またはＩＥＦを使用する２Ｄ工程のＩＥＦ段階を迅速化する装置および方法を提供する。
【００１９】
静電進行波を使用することの主要な目的は、ゲル電気泳動セルにおいて、分離すべき生体分子を急速に移送することである。この急速移送は、電気泳動セルに密接に配置された極めて細かいピッチの電極グリッドを用いて、低電圧で局所的に非常に強い電界を生成することによって達成される。ピッチとは、グリッド構造の特性であって、電極の中心間の距離のことである。本発明は、従来のゲル構成に比べて、低電圧（ＰＡＧＥにおける２００Ｖ、および従来のＩＥＦにおける８０００Ｖとは対照的な、１Ｖ）や、はるかに速い移送速度（１０倍またはそれ以上）などの、いくつかの利点を提供する。ただし、このタイプの移送では特性上、バンドの拡大が発生しやすい。バンド拡大を阻止または減少させるために、本発明の方法では、進行波グリッドからの電界が及ぶ範囲内に至るように、生体分子を分析セル（すなわち固定化ｐＨ勾配（ＩＰＧ）ストリップ）上に供給することを確実にしている。進行波信号を数サイクル印加した後、生体分子の運動が進行波信号の掃引周波数に同期し、生体分子はステップ状に移動する。いったん同期したら、対象の運転領域における生体分子の伝搬速度はほぼ、掃引周波数の一次関数である。
【００２０】
特定の時点において、全ての生体分子の供給が完了していない限り、残り分が後続の進行波サイクルによって移送されるため、バンド拡大の一因となる。タンパク質などの生体分子は、自身の等電点の近辺では、伝統的な線形電界を用いた場合は集束するまでに極めて長時間かかる。本発明の手法で用いる２つの進行波による好適な往復掃引によって、集束過程を加速でき、さらにバンドを集中できる。これらの点を、以下でさらに詳述する。
【００２１】
現在周知のＩＥＦ手法は、比較的長い時間と、非常に高い運転電圧とを必要とする。本発明では、分離すべきタンパク質などの生体分子とは逆の極性を有する進行波パターンを、連続的掃引にて用いることで、タンパク質をそれぞれの等電点へ移動させる。図１は、本発明による好適な実施形態のゲル電気泳動システム１０を示す略図である。システム１０は、固定化ｐＨ勾配（ＩＰＧ）ストリップ２０と、マルチセグメント進行波グリッド３０とを有する。グリッド３０は、狭い間隔で平行に配置された比較的細い複数の電極３２を含む。ストリップ（セル）２０の長手方向に対してほぼ直角な方向に各電極３２が延伸するように、ストリップ２０をグリッド３０に対して配置することが好ましい。グリッド３０は好ましくは、個別のグリッドセグメントの一群から成り、それらが電気的に接続されることで１つの連続的グリッドが形成される。ただし、以下から判るとおり本発明では、１つ以上のグリッドセグメントを、他のグリッドセグメントとの関連で選択的に調節またはリコンフィギュア（再構成）することが可能である。好適なシステム１０はさらに、制御器Ａとして示す第１の進行波電圧制御器４０と、制御器Ｂとして示す第２の進行波電圧制御器５０とを含む。制御器４０および５０はそれぞれ、対応のバス４５および５５を通じて、グリッド３０に電気的に接続している。ストリップ２０上には、第１の生体分子サンプルｘと、第２の生体分子サンプルｙとが配置されている。生体分子ｘはプラスの生来の電荷（native charge）を有し、生体分子ｙはマイナスの生来の電荷を有する。それらの第１および第２サンプルは、ゲル内で分離または移動をすでに経た後のタンパク質などの生体分子のバンド、パッチ、または残存物であってもよいと理解される。
【００２２】
本発明によれば、ストリップ２０のサイドｂに向けてマイナスの電気進行波を印加すると、生体分子ｘは新しい位置ｘ’へ移動する。この新位置ｘ’は、生体分子ｘの等電点に相当するストリップ２０上の（詳細には、その中のゲル媒体中の）位置に、より近い。理想的には新位置ｘ’は、生体分子ｘの等電点に相当することが好ましい。同様に、ストリップ２０のサイドａに向けてプラスの電気進行波を印加すると、マイナスの生来電荷を有する生体分子ｙは、ストリップ２０のサイドａに向けて進行または移動される。
【００２３】
より詳細には図２に、制御器４０によってストリップ２０のサイドｂに向けて印加されるマイナスの進行波を示す。制御器４０は、ストリップ２０のサイドｂに向かって進行する図２に示す形状の４相進行波を生成することが好ましい。前述のとおりマイナスの進行波は、プラス電荷を有する生体分子ｘを、ストリップ２０のサイドｂに向けて移動させる。生体分子ｘは、自身の等電点に相当するストリップ２０上の位置、すなわち図１にｘ’として示す位置に向かって移動する。
【００２４】
同様に図３には、制御器５０によってストリップ２０のサイドａに向けて印加されるプラスの進行波を示す。制御器５０は、ストリップ２０のサイドａに向かって進行する図３に示す形状の４相進行波を生成することが好ましい。前述のとおりプラスの進行波は、マイナス電荷を有する生体分子ｙを、ストリップ２０のサイドａに向けて移動させる。生体分子ｙは、自身の等電点に相当するストリップ２０上の位置、すなわち図１にｙ’として示す位置に向かって移動する。
【００２５】
制御器によって生成される電気信号が「進行波」と呼ばれる理由は、電圧中の同じ変化、すなわち図２の波形図内の各相における「谷」またはマイナスの電圧変化、あるいは図３の波形図内の各相における「ピーク」またはプラスの電圧変化が、時間の関数として、１つの相から他の相へ「移動」するからである。したがって、各相間およびグリッドの電極セット間を電気的に連係させることによって、電圧変化（すなわちピークまたは谷）を、電極セットにわたって（したがってグリッドにわたって）横断移動させることができる。このようにして、所望のタイプ（すなわちプラス波またはマイナス波）の進行波を、グリッド内の所望領域から他のいずれの所望領域へ向けて生成してもよい。
【００２６】
図２および図３に示すような、制御器４０および５０からの進行波のセットは、グリッド３０に交互に印加される。この進行波セットの交互印加によって、生体分子（すなわち生体分子ｘおよびｙ）が、それらの生体分子に該当する等電点に向けて漸進的に移動されるか、少なくともストリップ２０およびグリッド３０の中心に向けて移動される。この「集束」効果が、ＩＥＦ工程の際に典型的に発生するバンド拡大を抑制する。
【００２７】
図１に示すシステムを用いた好適な手法では、２つの制御器の信号を交互に印加して、生体分子を漸進的に移動および集束させる。制御器４０を任意で選択して、適切な期間においていくらかの整数サイクルにて、たとえば図２に示すような所望の電圧パターンをまず生成する。図２の進行波パターンは、ある数のサイクルにて、サイドｂに向けて印加される。この数は一般的に、生体分子の運動が進行波信号に同期するのに必要なサイクルの最小数である。つづいて制御器５０を選択して、図３のパターンの進行波を同数のサイクルにて、サイドａに向けて生成または掃引する。いずれの特定の時点でも、１セットの電圧パルスのみが、グリッド３０に印加される。この方法では時間が２倍かかるが、生体分子の移送速度が急速になるため、この方法は現実的かつ魅力的である。
【００２８】
図４は、本発明による他の好適な実施形態のゲル電気泳動システム１１０を示す。システム１１０は、進行波グリッド１３０に密接に設けられたＩＰＧストリップ１２０を含む。ストリップ１２０は、第１端部ａと、端部ａの反対側の第２端部ｂとを有する。グリッド１３０は、狭い間隔で平行に設けられた比較的細い複数の電極１３２を含む。グリッド１３０は、たとえばバス６０，６５，７０，および７５などの、複数の電気バスに電気的に接続している。ストリップ１２０の長手方向に対してほぼ直角な方向に各電極１３２が延伸するように、ストリップ１２０をグリッド１３０に対して配置することが好ましい。
【００２９】
図５は、ストリップ１２０のサイドｂに向けて印加されるマイナスの電気進行波を示す。この進行波は、図５に示す形状の４相進行波であることが好ましい。図６は、ストリップ１２０の反対側、すなわちサイドａに向けて印加されるプラスの進行波を示す。
【００３０】
図７は、たとえば図４に示すシステム１１０などによる分析に適した生体分子の、代表的な滴定曲線を示す。図７からわかるとおり、図５のマイナス進行波の印加によって、ストリップ１２０内の生体分子は、媒体のｐＨがその生体分子の等電点と同じまたは実質的に同じであるストリップ１２０中のゲル媒体内位置へ、移動される。生体分子がストリップ１２０のサイドａの近くに位置する場合、図５のマイナス進行波の印加によってその生体分子は、自身の等電点に向けて矢印Ｃの方向へ移動される。生体分子がストリップ１２０のサイドｂの近くに位置する場合、図６のプラス進行波の印加によってその生体分子は、自身の等電点に向けて矢印Ｄの方向へ移動される。
【００３１】
好適な実施形態のゲル電気泳動システムでは、１つの電圧制御器を用いてもよいし、複数の電圧制御器を用いてもよい。複数の電圧制御器を用いる場合、グリッドのセグメント、部分、または領域の専用として各制御器が機能するように、制御器を電気グリッドと共に構成することが考えられる。代替案では、グリッドの一部または全体に交互に配置された特定の電極の専用として各制御器が機能するよう、制御器をグリッドにインタフェースさせることも可能である。本明細書で説明するとおり、グリッドの一部にわたって横断移動させるべき生体分子の生来の電荷とは逆の極性を有する波形信号を生成するように、１つ以上の制御器を構成することが好ましい。ただし、本発明の範囲内には、生体分子の移送をもたらす様々な制御器構成や進行波波形が含まれる。
【００３２】
前述のとおり本発明のシステムの電極グリッドは、セグメント化されて、グリッドに複数のグリッドセグメントが含まれることが可能である。各グリッドセグメントは、他のグリッドセグメントから物理的に分離されているが、１つ以上の制御器または他のセグメントと電気的に連係する。全体的なシステム構成によっては、様々なグリッドセグメントが、他のグリッドセグメントに電気的に接続する場合もある。マルチセグメントグリッドの一例を、図１に示す。図４は、非セグメント化グリッドを示す。
【００３３】
本明細書で説明する電極および電極グリッドとして、様々な構造、構成、および寸法を用いることが可能であるが、いくつかの代表的な態様は以下のとおりである。電極のピッチ（中心間距離）は、約６００〜１０μｍの範囲であると好ましく、約２００〜４０μｍであるとさらに好ましい。隣接する電極同士の対向する縁部間の間隔は、約３００〜７．５μｍであると好ましく、約１００〜３０μｍであるとさらに好ましい。グリッドおよび電極に印加される好適な電圧レベルは、約５〜０．００１Ｖであると好ましく、約２〜０．１０Ｖであるとさらに好ましい。電気信号の好適な周波数は、移動される生体分子にもよるが、約０．００１〜１０Ｈｚの範囲の周波数が有用であることが見いだされており、約２〜０．０２０Ｈｚが好適な周波数であると考えられる。
【００３４】
数々の市販の電気泳動装置を、本発明に合致するよう修正または改造することが可能である。したがって、ゲル電気泳動システムおよびセル、ＩＰＧストリップ、電源、および制御器は、様々な供給業者から入手可能である。
【００３５】
一般的に言って、タンパク質ならびに他の生体分子を分離および集束させる特定の波パターンおよび波形の設計においては、革新の余地が多くある。本発明による新たなＩＥＦ手法の実施は、当業界における重要な進歩である。さらに本発明は、２つの双方向進行波の掃引を用いて、等電点電気泳動工程にかかる時間を短縮する新たな手法を提供する。また、進行波信号として特定の周波数を調節および選択することによって、特定の生体分子を個別に集束させるようにもできる。この方法は、等電点の付近の傾き（滴定曲線における）が小さいまたは「浅い」生体分子を分離しようとする場合に、特に魅力的である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明による、好適な実施形態のゲル電気泳動システムを示す略図である。
【図２】図１のシステムで使用する第１のセットの電気進行波を示す波形図である。
【図３】図１のシステムで使用する第２のセットの電気進行波を示す波形図である。
【図４】本発明による、他の好適な実施形態のゲル電気泳動システムを示す略図である。
【図５】図４のシステムで使用する第１のセットの電気進行波を示す波形図である。
【図６】図４のシステムで使用する第２のセットの電気進行波を示す波形図である。
【図７】本発明の一態様を表す代表的な滴定曲線を示す図である。
【符号の説明】
【００３７】
１０  ゲル電気泳動システム、２０  固定化ｐＨ勾配ストリップ（セル）、３０  進行波グリッド、３２  電極、４０，５０  進行波電圧制御器、４５，５５  バス、ｘ，ｙ  生体分子。
【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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