(57)【要約】本発明は、分子を電気泳動的に分離するための装置に関する。本発明の装置は、頂面（200）および底面（300）を有する少なくとも一つのプレート（100）と、少なくとも一つの第一の分離媒質（220）を収容するように構成された第一の分離チャンネル（210）と、前記第一の分離チャンネルに対して直交し、且つ第二の分離媒体を収容するように構成された少なくとも一つの第二のチャンネル（310）と、任意に、当該装置に試薬、溶媒、緩衝液、分離媒体を充填するため、および／または分離すべきサンプルをそれにロードするための設備、並びに前記分離チャンネルに電気的分離電圧を印加するための端子とを具備する。この装置において、前記第一の分離チャンネルはプレートの頂面に配置され、且つ該プレートの下面への少なくとも一つの第一の開孔部（216）を有し、また前記第二の分離チャンネルは前記プレートの下面に配置され、且つ少なくとも一つの第二の開口部（316）を有る。前記第一のチャンネルの第一の開口部および前記第二のチャンネルの第二の開口部は相互接続されている。
2004527745.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
頂面および底面を有する少なくとも一つのプレートと、少なくとも一つの第一の分離媒質を収容するように構成された第一の分離チャンネルと、前記第一の分離チャンネルに対して直交し、且つ第二の分離媒体を収容するように構成された少なくとも一つの第二のチャンネルと、任意に、当該装置に試薬、溶媒、緩衝液、分離媒体を充填するため、および／または分離すべきサンプルをそれにロードするための設備、並びに前記分離チャンネルに電気的分離電圧を印加するための端子とを具備した、分子を電気泳動的に分離するための装置において、
前記第一の分離チャンネルはプレートの頂面に配置され、且つ該プレートの下面への少なくとも一つの第一の開孔部を有し、また前記第二の分離チャンネルは前記プレートの下面に配置され、且つ少なくとも一つの第二の開口部を有ると共に、前記第一のチャンネルの第一の開口部および前記第二のチャンネルの第二の開口部は相互接続されていることを特徴とする装置。
【請求項２】
請求項１に記載の装置において、前記第一および第二の分離チャンネルの間にギャップが配置され、該ギャップを通して前記第一の開口部および第二の開口部が相互接続されることを特徴とする装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の装置において、前記第一のチャンネルは矩形および／または漏斗形状の断面を有することを特徴とする装置。
【請求項４】
請求項２または３に記載の装置において、前記ギャップは、前記第一の分離チャンネルの下に伸びる中間チャンネルとして構成されることを特徴とする装置。
【請求項５】
請求項２〜４の何れか１項に記載の装置において、前記ギャップは漏斗形状の断面を有することを特徴とする装置。
【請求項６】
請求項１〜５の何れか１項に記載の装置において、前記装置は、前記頂面および／または下面を少なくとも部分的にシールするカバーを有することを特徴とする装置。
【請求項７】
請求項１〜６の何れか１項に記載の装置において、前記カバーはプレートおよび／またはホイルであることを特徴とする装置。
【請求項８】
請求項１〜７の何れか１項に記載の装置において、前記プレートの下面のカバーは、前記第二の分離チャンネルが配置されている前記第一のプレートに面する表面を含んでなるプレートであることを特徴とする装置。
【請求項９】
請求項１〜８の何れか１項に記載の装置において、前記第一の分離チャンネルの第一の開口部は、透過性の仕切り壁によってシールされることを特徴とする装置。
【請求項１０】
請求項１〜９の何れか１項に記載の沿いうちにおいて、前記第二の分離チャンネルは、平行に伸びる複数のキャピラリー分離チャンネルであることを特徴とする装置。
【請求項１１】
請求項１〜１０の何れか１項に記載の装置において、前記第一および第二の分離チャンネル並びに前記ギャップは、相互に別々に充填され得ることを特徴とする装置。
【請求項１２】
サンプルを分析するため、並びに化学物質、特にRNA、DNAおよびタンパク質を単離、精製および調製的に回収するための、請求項１〜１１の何れか１項に記載の装置の使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電気泳動装置に関する。本発明は更に、分子を二次元で電気的に分離するためのこの装置の使用に関する。
【背景技術】
【０００２】
二次元ゲル電気泳動（２Ｄゲル電気泳動）は、例えば複雑なタンパク質混合物を分離するための慣用的方法である。この方法は、典型的には、別々に且つ連続して行なわれる二つの電気泳動ステップ、即ち、等電点電気泳動（IFE）（第一の次元）および変性SDSポリアクリルアミドゲル電気泳動（SDS-PAGE）（第二の次元）からなっている。IEFは一般に、固定されたpH勾配を用いてポリアクリルアミドゲルのストリップまたはゲルのロッドにおいて行なわれる。固相化されたpH勾配は、バッファー物質がポリマーの中に共有結合されており、サンプルと共に適用される必要がないことを特徴とする。従って、この勾配はゲル内で固定される。或いは、サンプルと共に両性電解質を適用するならば、通常のポリアクリルアミドゲルを使用してもよい。固定されたpH勾配は、ゲルの対応する末端を酸性バッファー（アノード液）およびアルカリ性バッファー（カソード液）の中に浸漬することによって得られる。その後に印加される電界中で、両性電解質はそれらの特異的等電点領域へと移動し、それによってpH勾配を樹立および安定化させる。この電界中において、分析すべき分子は、その勾配が該分子の等電点に対応するpH値を有する位置へと移動する。従って、タンパク質はそれらのサイズまたは可動性には関係なく、専らそれらの等電点特性に基づいて、この第一の方向において分離される。IEF、並びに異なる可動化用および洗浄用粉末を用いた別の容器内での任意の処理が完了した後に、このゲルストリップまたはゲルロッドを、電気泳動装置の中に配置された典型的には縦型SDA-PAGEゲル上に設置する。電圧を印加すると、タンパク質は第一の次元のゲルストリップ／ゲルロッドからSDS-PAGEゲルの中に移動し、そこではそれらの分子量に従って第二の方向に分離される。
【０００３】
これらの方法は両方とも、原理的にはキャピラリー電気泳動技術においても実施でき、それぞれCIEFおよびCGEと称される。
【０００４】
２Ｄ電気泳動方法の最初の公表（P.H.O'Farrel, 1975 J. Biol. Chem. 250, 4007-4021）の後、上記二つの方法を一つの装置または一つのゲルで実施することを可能にする方法および装置が開発された（J. Shevitz 1983:多次元分析のための電気泳動システムおよび方法；US-A-4,385,947 and S.A. Hoefer 1978:液体分離電気泳動装置および方法；US-A-4,101,401）。これらの文献は既に、複数のサンプルを並行処理するためのアプローチを記載してる。商業的に入手可能なシステム（Dalt system, Hoefer Scientific Instruments, San Francisco, CA, USA）を用いて、例えば、１回の操作で12以下のサンプルを同時にIEFにかけ、または10以下のSDS-PAGEゲルを実行することが可能である。これらの電気泳動方法の明瞭な小型化は、ゲルを更に小さくすることによって、また部分的に自動化された電気泳動システムを導入することによって達成されている。
【０００５】
最近数年の間に、キャピラリー電気泳動法は、マイクロシステム技術を使用して更に発展されている。その傾向は、小型化された形態の電気泳動素子が装着されるチップを製造することである。当該技術においては、タンパク質のCIEFに適したチップを使用すること（O. Hofman, D. Che, K.A. Cruickshank & U. Muller 1999,「ガラスチップ上のマイクロチャンネルへのキャピラリー等電点電気泳動の適用」, Anal. Chem. 71, 678-686；J. Xu, L. Locascio, M. Gaitan & C.S. Lee 200,「プラスチックマイクロチャンネル製造のための室温インプリンティング法」, Anal. Chem. 72, 1930-1933）、並びにSDSゲルに基づくタンパク質の分離（S. Yao, D.S. Anex, W.B. Caldwell, D.W. Arnold, K.B. Smith & P.G. Schultz 1999,「微細加工チャンネルにおけるタンパク質のSDSキャピラリーゲル電気泳動」, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 96, 5372-5377）が知られている。例えばUS-A-5,599,432に記載されているように、相互に直交する二つの電気泳動技術の組合せを一般的に提案する解決法が知られている。
【０００６】
一般に、従来の２Ｄゲル電気泳動は非常に時間を要することが知られている。サンプルの分析には略２日を要する可能性がある。この方法は、それに含まれる多くの複雑な作業工程のために、専門的に訓練された技術者だけが実施できる。
【０００７】
自動化は限定された範囲でのみ可能であることが分っている。部分的に自動化された商業的に入手可能なシステム（例えばPhastシステム）は、やはり多くの手動の作業工程を必要とする。今まで使用されてきたゲル装置の大きさは、制限された範囲でのみ並行分析を可能とし（略10サンプル以下）、更に高いスループットの分析を可能にするものではない。
【０００８】
US-A-4,385,974は、ゲルまたはゲル片を移動させることを必要とすることなく、IEFおよびこれに直交するSDS-PAGEを連続的に実施するための、二次元分離方法および装置を記載している。非導電性の液体バリア、好ましくはグリセリンが、IFEゲルおよびSDS-PAゲルの間に配置される。第一のIEF分離工程が完了した後に、この液体バリアはチップを使用して吸引され、平衡化バッファーで置換えられる。しかし、この方法は未だ多くの追加の手動工程、即ち、グリセリンの層で被覆すること、IEFゲルをキャスティングおよび重合させること、ゲルカセットを装置に設置すること、受容器を充填すること等を必要とする。その結果、この複雑な方法は完全な自動化を排除する。
【０００９】
US-A-4,101,401に記載されているような、両方の作業工程について一つのプレートゲルを使用することは、二つの分離マトリックスの組成が適合すべき非常に異なった要件のため、タンパク質バンドの不十分な解像度を導く。また、微小スケールバイアスで多次元電気泳動を実施するための試みも行なわれている。例えば、米国特許第6,013,165号は二つの装置を記載している。第一の装置はIEFおよびSDS-PAGEの従来の組合せに適しており、キャビティーが設けられているのに対して、第二の装置は複数の並行微小チャンネルが横切るフィールドを含んでおり、別の２Ｄ法を実施するために使用することができる。この文献は、特にバッファー添加工程またはタンパク質可動化工程を必要とする従来の方法を自動化するための如何なるアプローチも記載していない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の一つの目的は、完全に自動化することができ、また多くの手動工程を減少または排除できる電気泳動システムを提供することである。本発明の更なる目的は、電気泳動システムの実施を、幾つかまたは多くのクロマトグラフィー分離またはゲル分離を並行して行なうことができ、分離および分析が促進されるところまで小型化することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
これらの目的は、請求項１に記載の特徴に従う本発明の装置を用いて達成される。従属請求項は好ましい態様を定義している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明による装置は、その最も単純な実施形態において、頂面および底面を備えたプレートからなっている。一方の側、例えば頂面において、このプレートは第一の分離チャンネルを有し、また底面には、第一の分離チャンネルに直交して伸びる少なくとも一つの分離チャンネルを有する。一つの単純な実施例において、第一の分離チャンネルはプレートの頂面に形成された凹部または溝として構成され、該プレートの底面への少なくとも一つの開口部を有し、これは第一の開口部または第一の通路開口部と称される。本発明の単純な実施例において、第二の分離チャンネルは、同様に、該プレートの底面に沿って伸びる楕円形の凹部として構成されている。この第二の分離チャンネルは、有利には、底面において前記第一のチャンネルの第一の開口部まで伸び、またはこの開口部を越えて伸びる。第二の分離チャンネルが前記第一のチャンネルの第一の（下側）の開口部に遭遇する点、即ち、二つのチャンネルが遭遇または交差する点において、一つの開口部が、プレートの内部の方に向いた第二の分離チャンネルの床に形成され、これは第二のチャンネルの第二の開口部と称される。これら開口部を介して、前記二つの分離チャンネルは相互に接続される。本発明によるこの分離チャンネルまたは電気泳動チャンネルの構成は、第一および第二の次元の分離経路またはトラックが異なった非交差平面内にあり、従って、当該電気泳動装置を、製造が容易なディスポーザブル製品として設計することを可能にする。好ましい実施例において、本発明による装置は小型化された既製品チップとして構成される。
【００１３】
特に好ましい実施例において、第一の分離チャンネルおよび第二の分離チャンネルは相互に連結され、またはギャップによって分離される。このギャップは、第一の分離チャンネルの第一の開口部と第二の分離チャンネルの第二の開口部との間に配置される。このギャップは、その上端が第一の分離チャンネルの第一の開口部で終端し、その下端は第二の分離チャンネルの第二の開口部で終端する。
【００１４】
原理的には、この装置は何れの更なるカバーも必要とせずに、即ち、チャンネルの上側を開放して使用することが可能であり、これは自動分析器に適合および挿入することができる。これは特に、それが分析器のためのチップとして、特に自動的に動作する装置として構成されているときに当てはまる。しかし、本発明に従い、その頂面および底面に沿って、追加のプレートまたはホイルで当該装置をシールする方が有利であることが分かった。当該装置を追加のプレートでシールすれば、当然ながら、当該装置の個々の要素をシールプレートもしくはカバープレートの中に配置することが可能である。例えば、第二の分離チャンネル、好ましくは複数の第二の分離チャンネルを、下側のカバープレートの頂面に配置することができる。また、試薬、溶媒、緩衝液、電極の導入もしくは接続用および／または分離すべきサンプルの充填用分離媒体を装置に満たすための素子を、カバープレートまたはシールプレートに配置またはエンボスすることが可能であり、さもなければ、これらは第一のチャンネルと共にプレート上に配置され、または１ピース構成の場合には一つの単一プレート上に配置されるであろう。
【００１５】
これらのカバープレートおよび主プレートは、従来の接合もしくは接着方法、例えば溶媒接合を用いて相互に連結することができる。
【００１６】
これらプレート自身は、当業者に馴染みのある簡単な方法、例えば射出成型または熱エンボス加工によって製造することができる。これらのプレートは、好ましくは従来のエンボス加工技術、押出し技術または射出成型技術に適した材料で製造される。適切なポリマー材料の例としては、PMMA、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリスチレンまたはPDMSが挙げられる。エラストマープラスチックが好ましい。多くの場合、既知の吸収分析方に適するように、透明なプラスチックのプレートを作製するのが好ましい。これにより、一定のタンパク質の位置を突止めてその濃度を測定するために、当業者に馴染みのある分析法を使用することが可能になる。
【００１７】
本発明による更なる実施例においては、当該装置の背面側に反射性材料が設けられる。これは例えば、分析すべき物質が特性波長で光の一部を吸収するように、特定波長の入射光が、例えば頂部から第二の分離チャンネルを貫通することを可能にする。この光は底面で反射した後、分析すべきサンプルを再度貫通して更なる吸収を生じる。これによって、分析を精密にし、且つ感度をより高くすることが可能になる。
【００１８】
第一のチャンネルは、通常はプレートの頂部に開いたチャンネルとして形成されるが、必ずしもそうでなくてもよい。それは、典型的には丸い湾曲した断面を有するが、好ましくは矩形または可能であれば三角形の断面を有する。正方形の断面の方が、矩形の断面よりも好ましい。もう一つの特に好ましい実施例において、第一のチャンネルの断面は、プレートの底面にテーパしている。第一の分離チャンネルもまた、プレートの底面方向に向いた第一の開口部を有する。即ち、それはプレートの底面に向って開いている。第一の次元で分離されたアナライト分子は、この開口部を通って、第二の次元での更なる分離のために第二の分離チャンネルに案内される。好ましい実施例において、第一の分離チャンネルは、その全体の長さに亘って底に向いて開いている。
【００１９】
同様の特に好ましい実施例では、仕切りプレート、特に底部において第一の分離チャンネルを画する多孔性または透過性の仕切りプレートが、プレートの低部側への第一の開口部に配置される。しかし、この仕切りプレートは、アナライト分子またはサンプル分子、並びに電解質および好ましくは溶媒に対して透過性である。このようなプレートは、サンプルおよび試薬または電解質緩衝溶液に対して不活性であるか、またはこれと適合性である何れかの材料、例えば寒天、多孔性プラスチックおよび／または固相ゲルである。原理的には、分析システムおよびアナライトを損傷することなく除去することができ、或いは適切な溶媒または試薬によって多孔質にできるのであれば、非多孔質の不透過性プレート材料を使用することも可能である。第一のチャンネルは、有利には1〜20 cm、好ましくは1.5〜5 cmの長さである。その深さまたは幅は、好ましくは20μm、有利には少なくとも50μmである。好ましい最大深さまたは幅は2000μm、好ましくは1500μm、特に好ましくは1000μmである。
【００２０】
第二の分離チャンネルは、典型的には円形、正方形または三角形の断面を有し、好ましくはその全長に亘ってプレートの底面の方に開いている。それはキャピラリーとして形成されるのが有利である。特に好ましい実施例において、当該装置は複数のこのような第二のチャンネルを有するが、有利には、少なくとも100、好ましくは少なくとも200、特に好ましくは少なくとも250の第二のチャンネルを有する。第二のチャンネルの長さは、通常は1〜20 cm、好ましくは1.5〜15 cmであり、2〜12 cmまたは5〜10 cmが特に好ましい。好ましい幅は5〜200μmであり、10〜150 cmおよび20〜100 cmが特に好ましい。通常の深さもまたこの幅に対応し、好ましくは5〜200 cm、特に好ましくは20〜100μmである。
【００２１】
本発明による特に好ましい実施例は、第一の分離チャンネルと第二の分離チャンネルとの間にギャップを有している。このギャップもまた、有利にはチャンネルとして形成され、好ましくは第一の分離チャンネルの下で細長く伸びている。特に好ましい実施例において、それは第二のチャンネルの方向に向けてテーパした断面を有している。該ギャップの断面は、特に三角形または漏斗形状であり、好ましくは小さい合流チャンネルの中で終端に、これは横方向にまたは上部から第二の分離チャンネルの第二の開口部の中に開いている。好ましくは収集チャンバまたは濃縮チャンバとして働くこのギャップは、その上部において好ましくは少なくとも20μm、特に少なくとも50μmで、且つ好ましくは最大で2000μm、特に最大で1500μmの断面直径を有し、またその下部においては好ましくは少なくとも5μm、特に少なくとも10μm、有利には少なくとも20μmで、且つ好ましくは最大で400μm、特に最大で200μmの断面直径を有する。
【００２２】
本発明による装置は、更に、電極、緩衝用電解液等を収容するための部品、並びに緩衝溶液、電解質溶液もしくは試薬を導入および／または除去するための連結部品を具備し、これらは第一および第二の分離チャンネルまたはギャップと液体連通している。分離剤、電解質-両性電解質試薬、または緩衝溶液の量は少量であるから、それらは、例えば凹部または切欠きの形態のプレート上の貯留容器内に直接配置することができる。
【００２３】
電極は、当該層位置内に直接配置された、好ましくは金属製導電体である。しかし、電極を電解質または電解質溶液として形成し、次いで、外部導電体で分離チャンネルを接続することも可能である。
【００２４】
本発明による装置のための適切な分離剤は全て、例えば等電点分離法に使用されている公知の試薬である。第二のチャンネルについては、典型的にはキャピラリーゲル電気泳動、特にPAGE電気泳動に適した全てのゲルを使用できる。例えば、デキストラン、寒天、セルロース、ポリビニルピロリドン、ポリビニルアルコール、およびこれら化合物の誘導体、並びに他の天然もしくは合成のポリマー、およびそれらの混合物を使用すればよい。しかし、本発明によれば、第二の分離チャンネルには、クロマトグラフィー分離法に使用される従来の分離媒体、即ち、高圧クロマトグラフィー（HPLC）または慣用的なカラムクロマトグラフィーに使用されるもの、例えばシリカゲルまたはセファロースを充填することも可能である。
【００２５】
本発明は更に、サンプルを分析するため、並びに物質（例えばタンパク質および／または荷電粒子）の単離、予備洗浄および回収のための、本発明の装置の使用に関する。本発明の装置は、特にタンパク質およびゲノムを分析するために適することが証明された。
【００２６】
本発明によれば、その使用は典型的には、当該装置が好ましくはチップ、特に小型チップとして構成されるようにして行われる。当該装置は、第一の分離チャンネルの中にゲルマトリックスを充填することによって、或いは任意に、電解質および／または緩衝溶液を充填した貯留容器を介して、任意には貯留容器を介してロードされる。その後、分析すべきサンプルを含む溶液、特にマクロ分子を含む溶液が分離もしくはゲルマトリックスに加えられる。第一の分離チャンネルの両端において、例えば電解質もしくは緩衝溶液の貯留容器の中に浸漬された電極に電圧が印加されると、分析すべきアナライト分子は電気泳動により分離される。第一の分離チャンネルのための好ましい電気泳動法は、等電点分離法である。等電点分離法が完了したら電解質溶液を除去し、任意に可動化緩衝液で置換する。
【００２７】
特に好ましい実施例では、予め空気または電気的に非導電性の媒質を満たしたギャップに、スタッキングゲルを充填する。他のチャンネルにおけるこの充填プロセス並びに電解質および緩衝液の除去は、例えば貯留器を介した吸引によって、または充填および除去のために設けられた装置によって行うことができる。ギャップ（好ましくは分離チャンネルの下に中間チャンネルとして配置される）と第一の分離チャンネルとの間に仕切りプレートを配置するときは、ギャップのスタッキングゲル溶液または導入される緩衝液の中に、仕切りプレートを溶解し、または少なくともこれを多孔質もしくは透過性にする薬剤を使用するのが好ましい。
【００２８】
また、原理的には、ギャップの中に反応性物質を導入することも可能である。このような物質は、アナライト分子がギャップを通過し、または該ギャップ内にあるときに該分子と反応するように、例えばマーカー物質、免疫試薬、または酵素反応のための物質であることができる。更に、例えばアセチル化またはグリコシル化によって、ギャップの中でアナライト分子を誘導体化することも可能である。この誘導体化は、最初にアナライト分子のマーキングを可能にすることができる。
【００２９】
次いで、第一の分離チャンネル内における種々の位置に存在する分離されたアナライト分子は、電極によって発生されて第一の分離チャンネルと第二の分離チャンネルとの間に印加される均一な高電圧によって、第一の分離チャンネルからスタッキングゲルへと移動され、そこで濃縮される。この濃縮は、下方に向けてテーパした好ましいギャップの断面形状によって更に高められる。アナライト分子は、印加された電圧によって、ギャップから第二の分離チャンネルの第二の開口部を通って第二の分離チャンネルへと輸送され、そこでは同じ電極によって、または任意に第二の分離チャンネルの反対端に配置された追加の電極によって更に分離される。
【００３０】
こうして分離されたアナライト分子は、当業者に馴染みのある従来の方法を使用して、例えば放射線を検出することにより、染色技術により、および／または光（特にUV光およびUV／VIS光）の吸収および／または放出によって検出される。本発明による装置は、好ましくは、そのために適合された自動分析機において使用される。それは、ゲノムおよびプロテオームからのRNA、DNAおよびタンパク質の分離、清浄化および単離、並びに調製的回収に特に適している。
【００３１】
次に、図面を参照して本発明を説明する。
【００３２】
電気泳動システムを実施するために必要な分離および連絡経路、サンプルの負荷および濃縮のための構造要素、並びに分離媒質、緩衝溶液および試薬を供給するための装置の全てが、好ましくは、図１に示した単一のプレート上に収容される。しかし、原理的には、個々の素子を別々のプレート上に配置し、次いでこれを例えばカバープレートとして使用することも可能である。これは例えば図２に示されており、ここでは明瞭化のために、本発明による装置100が二つの微細構造プレート100，360の構成で示されている。
【００３３】
当該装置は、例えば小型チップとして構成することができ、クレジットカードの大きさを有することができる。
【００３４】
プレート100は、緩衝液および／または電解質溶液のための貯留容器218，219，318，319、および第一の分離チャンネル210、並びにギャップ250および緩衝液放出口253と連絡した緩衝液入口252を有している。
【００３５】
図１におけるプレートの下面300、または図２におけるプレートの底プレート360は、その中に形成された複数の第二の分離チャンネル310を有している。
【００３６】
第一の分離チャンネルは、通常は矩形の断面を有している。本発明の一つの実施例において、第一の分離チャンネル210はその上部が広く、その下部が狭い。第一の分離チャンネル210の上部における直径は、例えば500〜1000μmの範囲である一方、第一の分離チャンネル210の下部における直径は20〜200μmの範囲である。
【００３７】
図３に示した更なる実施例では、第一の分離チャンネル210は仕切り壁または仕切りプレート220を有しており、これは、多孔質もしくは透過性であるか、または第一の電気泳動（IEF）の完了後に全体が溶解され得るものである。この仕切り壁220は、第一の分離チャンネル210をギャップ250から分離する。図３に見られるように、ギャップ250は下向きに漏斗形状にテーパしており、第二のチャンネル310の第二の開口部316で終端する小さな回収または輸送通路の中へと開いている。
【００３８】
プレートの下面300は、通常は複数の、好ましくは数百の平行な第二の分離チャンネル310を有している。該プレート100は、好ましくはプラスチック材料でできている。
【００３９】
第二の次元の分離チャンネル310は、例えば次のようにして充填される。貯留容器218，219の開口部、緩衝液入口252、および緩衝液排出口253、並びに第一の分離チャンネル210の開口部は、粘着テープ、ホイルまたはプレート片（図示せず）でシールされる。
【００４０】
貯留容器319には、モノマーもしくはポリマー溶液が満たされる。適切なモノマーは、例えば、このような技術に典型的に使用される何れかのゲル形成性モノマーである。貯留容器318に僅かな陰圧を加えることにより、溶液は、分離チャンネル310が完全に満たされるまで、これら分離チャンネルの中に移送される。モノマー溶液を使用するときは、溶液中に既に含まれる触媒によって、および／または光に露出させることによって、それ自身は既知の方法で重合を行うことができる。
【００４１】
その長さがプレート100の第一の分離チャンネル210の長さに略対応しており、第一の次元に割当てられる分離経路は次のようにして充填される。第一の次元のこの分離経路、即ち第一の分離チャンネル210には、おそらくは陽圧または陰圧を加えることにより、緩衝液、モノマーもしくはポリマーの溶液を貯留容器218，219の中に導入することによって充填することができる。
【００４２】
最後に、分離経路、即ち、第一の次元の第一の分離チャンネルは、次のようにして第二の次元の分離チャンネル310と接続することができる。緩衝液、モノマーもしくはポリマー溶液を緩衝液入口252の中に導入することによりギャップ250は充填され、それによって、第一の次元と第二の次元との間の接続が確立される。こうしてゲルで満たされたギャップもまた、分離または反応を行うために使用できるから、三つの異なる分離もしくは反応マトリックスを設定することが可能である。
【００４３】
上記で述べたように、チップとして構成された本発明による分析装置は、二次元電気泳動のために極めて適している。第一の次元に対応する第一の分離チャンネル210では、等電点分離法が行われる。第二の次元に対応するプレート下側の第二の分離チャンネル310では、等電点分離からのアナライトを用いて、SDSポリアクリルアミドゲル電気泳動が行われる。
【００４４】
本発明による使用の一つの態様においては、次のようにして二次元ゲル電気泳動が行われる。第一の分離チャンネル210では等電点分離法が生じる。この目的のために、ゲルマトリックスが第一の分離チャンネルの中に充填される一方、緩衝液貯留容器218，219の中には電解質溶液が配置される。例えば図３に見られるように、等電点分離のための第一の分離チャンネルは、仕切り壁220および当初は空気または非導電性溶媒で満たされたギャップによって、例えばポリアクリルアミドを充填した第二の分離チャンネルから離間される。
【００４５】
IEF分離媒質（例えば寒天もしくはポリアクリルアミド中の両性電解質）を第一の分離チャンネル210の上部の中に導入し、また電解質溶液としての酸およびアルカリ液、並びにタンパク質サンプルをそのために設けられた貯留容器218，219の中に導入した後、定められたプロトコールに従って電圧を印加する。等電点分離が終了した後に、IEF電解質溶液を排出して、緩衝液貯留容器218，219の中に追加の電気泳動緩衝液を導入する。
【００４６】
篩電解質溶液は、任意に可動化溶液で置換する。インキュベーション工程の後、次いでこの溶液を電極緩衝液で置換する。
【００４７】
次に、第一の分離チャンネル210の下のギャップ250の中に、入口252を通してスタッキングゲル溶液を充填する。貯留容器318，319および第一の分離チャンネル210の中の電極に高電圧を印加することにより、アナライト分子は第一の分離チャンネル210の上部から、仕切り壁220を通ってギャップ250の漏斗状部分の中に移送される。ここで、アナライト分子は濃縮される。更なる電圧を印加することにより、濃縮されたアナライト分子は第二の分離チャンネル310の中に供給され、ここではそれらの分子量に従って分離され、またその後、プレートの頂面200または下面300を通して光学的に、または追加の集積された構造体を通してチップの中で検出することができる。
【００４８】
好ましい実施例では、スタッキング溶液は、第一の分離チャンネル210の中の仕切り壁220を透過性にするための物質を含有している。
【００４９】
本発明による二次元ゲル電気泳動法を用いれば、マクロ分子の全ての混合物を効果的に分離することができる。ここで例として挙げられるのは、タンパク質混合物または核酸混合物である。
【００５０】
本発明によるチップの特別の利点は、全体の微小流体工学的分離系が、相互に独立に充填され得る二次元または三次元に配置されたコンパートメントに分割されることである。これらコンパートメントの全てがチップの中に集積される。この分割は、従来の二次元ゲル電気泳動を、例えばチップ上で微小化された規模で実施することを可能にし、それは適切なオペレータ装置によって完全に自動的に運転することができる。特に有利なのは、サンプルの濃縮に漏斗形状のギャップ250を使用することである。この構造に電位勾配が存在すれば、漏斗のテーパ、従って増大する電界線密度の原因である特定の形状は、帯電したアナライト分子を空間的かつ経時的に濃縮させる。本発明によるチップは、従来の二次元ゲル電気泳動の効率をキャピラリー電気泳動の高分解能と組合せることを可能にし、また微小構造を使用することにより分析時間を短縮することを可能にする。当該装置上の入口および貯留容器の配置、並びに小型化されたチップ、特に既製品チップの構成は、全体の分析を自動化することを可能にする。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】一つのプレートに見を備えた１ピースの実施例を示す図である。
【図２】本発明による装置の２ピースの実施例を概略的に示す図である。
【図３】図２に示した組立てられた装置の、第一の分離チャンネルに沿った概略断面図である。
【符号の説明】
【００５２】
100…主プレート、200…プレート頂面、300…プレート下面、210…第一のチャンネル、212，214…第一のチャンネルの対向端、216…第一の開口部、218…末端212と連通した第一のチャンネルの貯留容器、219…末端214と連通した第一のチャンネルの貯留容器、220…仕切り壁、250…ギャップ、252…緩衝液入口、253…緩衝液排出口、256…ギャップ通路、310…第二のチャンネル、312，314…第二のチャンネルの対向端、316…第二の開口部，318…第二のチャンネルの端部312と連通した貯留容器、319…末端314と連通した貯留容器、316…底部プレート
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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