JP4860693B2 - 並行かつ同時分離を伴う電気泳動方法 - Google Patents

Description

本発明は、並行かつ同時分離を伴う電気泳動方法に関する。

フリーフロー電気泳動（ＦＦＥ）として知られる方法の原理が文献（例えば、特許文献１ならびに非特許文献１、２、および３参照）に説明されて以来、この技法は、産業および化学で使用される効率的な分析および調製方法の中に恒久的な位置を見いだした。この技法を使用して、小さいイオンおよび大きい粒子が共に分離可能であるが、主要な用途は、タンパク質（特に、酵素および他の生物学的に活性のタンパク質の生物工学的な生産において）、膜粒子、および生細胞さえも分画するものである。分離された試料成分の単離を可能にする他の方法に比べて、ＦＦＥは２つの主要な利点を提供する。すなわち、（ｉ）その分離は連続的に実施可能であり、１時間当たり数百ミリグラムまたは数百グラムもの量の純物質の獲得を可能にし、かつ（ｉｉ）その分離は穏やかであり、分離された成分の酵素活性を保存する。ＦＦＥの技法は、複雑なタンパク質の分離および分画に特に有用であり、よって学術研究、薬学、生物工学、および臨床診断の市場で益々重要になりつつあるプロテオミクス（proteomics）という新興分野に応用可能である。例えば、プロテオミクスの研究が興ったとき、タンパク質分離性能（特に、解像過程の信頼性に関して）およびユニバーサルフロントエンド（universal front-end）の向上の要望が高まっていた。

一般に、フリーフロー分離方法は、任意の分子量のイオンばかりでなく生体粒子も分離するのに適切である。それは、一般に、分離されるべき試料自体が荷電されているかどうか、またはその電荷がイオンの吸着もしくは収着によって生成されるかどうかは問題ではない。連続的な偏向電気泳動（deflection electrophoresis）の過程と、安定化媒体および向流媒体によるその改良とが、例えば、参照により本明細書に組み込まれる開示（例えば、特許文献２参照）に示されている。この文献によれば、向流媒体が分離媒体の流動方向とは反対に分離空間の中へ導入される。両方の媒体は分画出口を介して放出されて、小さい空隙容量を有する分画をもたらし、かつ、追加的には、分画出口の領域内における媒体の層流（例えば、乱れが非常に少ない）を維持する。フリーフロー電気泳動の様々な方式の議論が、参照により本明細書に組み込まれる文献（例えば、特許文献３）に見いだすことができる。

等電集束法（isoelectric focusing）は、緩衝溶液にｐＨ勾配を追加して、電界と一緒に、両性である生物学的材料のほとんどを集束する電気泳動技法である。タンパク質、ペプチド、およびウイルスなどの両性の生体材料は、酸性媒体中で正に荷電され、塩基性媒体中で負に荷電される。これらの材料は、ＩＥＦ中に、流動方向を横切って、すなわち、横断して確立されるｐＨ勾配の中で、それらの材料が正味電荷をもたず、安定した狭いゾーンを形成するそれらの材料の等電点（ｐＩ）に移動する。この点では、材料が横断移動することを止め、それらは集束される。この技法では、電圧依存性がない。等電集束法は、拡散または流動によりその等電点から離れて行く両性の生体材料がいずれも、ｐＨ勾配と電界との組合せ作用によって引き戻されることになるので、このような高い解像帯域をもたらす。こうして集束過程は、試料を純化し、それを相対的に安定した帯域の中へ集中する。それは、特に、２次元ゲルで電気泳動と結合されるとき、最高解像度の分離の幾つかをもたらした有力な構想である。

ゾーン電気泳動（zone electrophoresis）は、ＦＦＥで使用可能な別の分離方式である。ゾーン電気泳動は、主に電荷に基づいて、およびより低い程度に形およびサイズに基づいて生体粒子を分離する。ＦＦＥで使用可能な他の方式は、等速回転電気泳動（ＩＴＰ）である。ＩＴＰ ＦＦＥは、非均質の分離媒体の使用を伴う。成分が最初の試料の主要帯域から分離するとき、これらの成分は、それらが局部条件に基づいてバルク試料の流れを横断して加速または減速されるとき、ある区域に進入する。次いで、このいわゆる集束効果を利用して所望の成分をバルク試料から分画する。

典型的には、ＦＦＥ法は、試料をチャンバ内部の単一の分離空間（この空間の両側面に２つの電極が位置する）に通過させることによる、分離を伴う。単一のチャンバ中で並行してかつ同時に集束を可能にする改良された方法が、文献（例えば、特許文献４参照）に示されている。その文献は、単一のチャンバの内部に多連分離空間を設けるために、多連電極を有する単一の分離チャンバを説明する。

独国特許第８０５３９９号明細書 米国特許第５２７５７０６号明細書 米国特許出願公開第２００４／００５０６９７号明細書 米国特許出願公開第２００４／０４５８２６号明細書 Barrolier, J. et al. in Z. Naturforschung, 1958, 13B, pages 754 to 755 Hannig, K. in Zeitschrift der Analytischen Chemie, 1961, 181, pages 244 to 254 Roman, M. et al. in Journal of Chromatography 1992, 592, pages 3 to 12 Good et al., Biochemistry 5, 467 (1966)

単一のチャンバ内における並行、同時分離を伴う電気泳動方法に関して、さらなる改良が望まれる。

１つの実施形態では、本発明は、
（ａ）分離チャンバを提供するステップであって、分離空間を画定する、第１の端壁、第２の端壁、第１の側壁、第２の側壁、および２枚のプレートと、第１の側壁および第２の側壁にそれぞれ近接して分離チャンバの中に配置された単一のアノードおよび単一のカソードと、第１の端壁に近接して配置された少なくとも２つの試料入口と、第１の端壁に近接して配置された少なくとも２つの分離媒体入口と、第１の端壁に近接しかつアノードに近接する第１のアノード安定化媒体入口と、第１の端壁に近接しかつカソードに近接する第１のカソード安定化媒体入口と、第１の端壁に近接し、かつ第１のアノード安定化媒体入口と第１のカソード安定化媒体入口との間にさらに配置された、１つまたは複数の追加的なアノード安定化媒体入口および１つまたは複数の追加的なカソード安定化媒体入口と、を備える分離チャンバを提供するステップと、
（ｂ）少なくとも２つの分離媒体入口を介して、少なくとも１つの分離媒体を分離チャンバの中へ導入するステップと、
（ｃ）少なくとも２つの試料入口を介して、１つまたは複数の分離されるべき試料を分離チャンバの中へ導入するステップと、
（ｄ）第１のおよび追加的なアノード安定化媒体入口を介して、アノード安定化媒体を分離チャンバの中へ導入するステップ、ならびに第１のおよび追加的なカソード安定化媒体入口を介して、カソード安定化媒体を分離チャンバの中へ導入するステップと、を含み、分離部分空間を画定する１つまたは複数の境界が、追加的なアノード安定化媒体入口および追加的なカソード安定化媒体入口を通過する、アノードおよびカソード安定化媒体の隣接する流れによって設けられる、方法を提供する。

他の実施形態では、本発明は、
（ａ）分離チャンバを提供するステップであって、分離空間を画定する、第１の端壁、第２の端壁、第１の側壁、第２の側壁、および２枚のプレートと、第１の側壁および第２の側壁にそれぞれ近接して分離チャンバの中に配置されたアノードおよびカソードと、第１の端壁に近接して配置された少なくとも２つの試料入口と、第１の端壁に近接して配置された少なくとも２つの分離媒体入口と、第１の端壁に近接しかつアノードに近接する第１のアノード安定化媒体入口と、第１の端壁に近接しかつカソードに近接する第１のカソード安定化媒体入口と、第１の端壁に近接し、かつ第１のアノード安定化媒体入口と第１のカソード安定化媒体入口との間にさらに配置された、１つまたは複数の追加的なアノード安定化媒体入口および１つまたは複数の追加的なカソード安定化媒体入口と、を備える分離チャンバを提供するステップと、
（ｂ）少なくとも２つの分離媒体入口を介して、少なくとも１つの分離媒体を分離チャンバの中へ導入するステップと、
（ｃ）少なくとも２つの試料入口を介して、１つまたは複数の分離されるべき試料を分離チャンバの中へ導入するステップと、
（ｄ）第１のおよび追加的なアノード安定化媒体入口を介して、アノード安定化媒体を分離チャンバの中へ導入するステップ、ならびに第１のおよび追加的なカソード安定化媒体入口を介して、カソード安定化媒体を分離チャンバの中へ導入するステップと、を含み、分離部分空間を画定する１つまたは複数の境界が、追加的なアノード安定化媒体入口および追加的なカソード安定化媒体入口を通過する、アノードおよびカソード安定化媒体の隣接する流れによって設けられ、アノード安定化媒体は一塩基酸を含み、そのアニオンが約４０ｍ^２／Ｖ／秒以下の電気泳動移動度を有し、カソード安定化媒体は一塩基性塩基を含有し、そのカチオンが約４０ｍ^２／Ｖ／秒以下の電気泳動移動度を有する、方法を提供する。

これらの実施形態はまた、アノードおよびカソードによって電界を生成するステップも含む。分離部分空間は装置全体の内部で並行かつ同時の分離を可能とし、それぞれの部分空間は、本質的に別々の分離チャンバとして動作する。したがって、本発明は、例えば、並行かつ同時の過程によって、しかも多連で別体のチャンバおよび機器を必要とすることなく、増大した量の試料を分離することができる。

（上の両方の実施形態では、１つまたは複数の導入するおよび生成するステップが、同時に、または上で提示されたものとは異なる順番で実施可能である。）
具体的には、本願発明は、分離チャンバ（１００）内部の多連分離部分空間（１３６ａ〜１３６ｃ）を使用する、並行かつ同時の多連過程を伴う電気泳動方法が提供される。１つの実施形態では、チャンバ（１００）は、このチャンバの対向する側壁に平行に配置された単一のアノード（１２０）および単一のカソード（１２２）を含む。チャンバ中の分離空間は、境界（１３８）で３つの個々の分離部分空間（１３６ａ〜１３６ｃ）に再分割される。それぞれの部分空間には、試料入口（１４０ａ〜１４０ｃ）、分離媒体入口（１２６ａ〜１２６ｃ）、アノード安定化媒体入口（１２８ａ〜１２８ｂ）、およびカソード安定化媒体入口（１３０ａ〜１３０ｃ）が設けられる。分離された画分の出口（１３２ａ〜１３２ｃ）も設けられる。隣接する部分空間の間の境界（１３８）は、例えば、入口（１３０ａ）および（１２８ｂ）ならびに入口（１３０ｂ）および（１２８ｃ）からの、カソード安定化媒体およびアノード安定化媒体の隣接する流れによって画定される。

図１は、従来技術による分離チャンバ１０を示すが、このチャンバは、３つの分離空間に再分割され、それぞれの両側面にアノードおよびカソードが位置している（すなわち、アノード２０ａおよびカソード２２ａ、カソード２２ａおよびアノード２０ｂ、ならびにアノード２０ｂおよびカソード２２ｂの電極対）。（電極膜２４ａ〜２４ｆも設けられる。）それぞれの分離空間は、試料入口４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、アノード安定化媒体入口２８ａ、２８ｂ、２８ｃ、カソード安定化媒体入口３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、および分離媒体入口２６ａ、２６ｂ、２６ｃを含む。したがって、第１の端壁１４と、第２の端壁１２と、側壁１６および１８と、２枚の平行プレート（図示せず）とによって画定された分離チャンバは、３つの分離が同時に行われることを可能にする３つの分離部分空間を含む。それぞれの部分空間では、注入された試料の部分が、例えば、上で論じたように、その等電点に基づいて流動方向を横断する方向へ分離される。分離された画分（fraction）は、第２の端壁に近接して配置された回収出口３２ａ、３２ｂ、３２ｃを介して回収される。典型的に回収される検体は、個々の配管を介して個々の回収容器、壁、マイクロフィットルプレート（microfiter plates）、または同様物（図示せず）に導かれる。チャンバは、形状が典型的に長方形であり、端壁１２、１４および側壁１６、１８が長方形を形成し、密接な間隔で配置された対向する平行なプレートを支持して分離空間を形成する。電極は、チャンバ内部で側壁に平行に配置される。

本発明の実施形態によれば、単一アノードと単一カソードとの間に複数の分離部分空間を創出することが可能である。以下の実施形態は、単一のアノードおよびカソードを有する分離チャンバに関するものであるが、例えば、多連のアノードおよびカソードを有し、それぞれのアノード−カソード対の間に多連の分離部分空間を有することが可能である。

図２は、本発明の実施形態に従って、並行かつ同時の無担体分離（ｃａｒｒｉｅｒ−ｆｒｅｅ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ）を実行する分離チャンバ１００を模式的に示す。分離チャンバ１００は、従来技術のチャンバと同じように構成されるが、チャンバ１００の対向する側壁に平行に配置された単一アノード１２０および単一カソード１２２のみを含む。このチャンバ内の分離空間は、３つの個々の部分空間１３６ａ〜１３６ｃに再分割され、要素１３８によって識別される境界を有する。それぞれの部分空間には、試料入口１４０ａ〜１４０ｃ、分離媒体入口１２６ａ〜１２６ｃ、アノード安定化媒体入口１２８ａ〜１２８ｃ、およびカソード安定化媒体入口１３０ａ〜１３０ｃが設けられる。分離された画分出口１３２ａ〜１３２ｃも設けられる。入口からの流れの方向が矢印によって示されている。

下でさらに詳細に論じられるように、隣接する部分空間の間の境界１３８は、例えば、入口１３０ａおよび１２８ｂ、ならびに入口１３０ｂおよび１２８ｃからの、カソード安定化媒体およびアノード安定化媒体の隣接する流れによって画定される。全ての媒体は、典型的に多チャンネル蠕動ポンプなどのポンプによって、そのそれぞれの入口を介して導入される。電極膜１２４ａおよび１２４ｂは、典型的に電気伝導性であり、流体力学的な流れによって引き起こされる媒体の交換を防止するために、電極空間を分離空間から分離する。（膜は、典型的には電極に非常に密接して配置されるが、明解にするために、図面は電極から離間された膜を示す。）

上の実施形態の方法は、ｘ個の個々の分離部分空間の両側面にｘ＋１個の電極安定化媒体流が位置する２電極式分離チャンバを設けることができる。１つの実施形態によれば、分離チャンバ内部にｓ個の分離部分空間を創出するために、ｓ−１対の隣接するアノード／カソード安定化媒体入口が設けられ、試料注入用の少なくともｓ個の入口が設けられ、少なくともｓ個の分離媒体入口が設けられ、さらに少なくともｓ個の、典型的には３ｓ個の分画出口が設けられる。分離チャンバの寸法に応じて、創出される分離部分空間の個数ｓは、２から７個であり得る。明白であるように、それに従って、試料、分離媒体、および電極安定化媒体の導入用ポンプの個数、ならびにそれぞれのポンプの中に含まれるチャンネルの個数が調節される。

本発明の実施形態によれば、異なる分離部分空間の間の交差汚染（例えば、境界１３８越しの汚染）が、アノードおよびカソード媒体に関して一塩基酸および一塩基性塩基（monobasic base）を選択することによって低減可能である。このように高分子量と低電気泳動移動度とを有する酸および塩基を設けることが一般に有用である。

特に、１つの実施形態によれば、アノードおよびカソード媒体の一塩基酸および一塩基性塩基は、少なくとも約１００の分子量を有し、別の実施形態では、約１５０から約３００の範囲の分子量を有する。別の実施形態では、一塩基酸および一塩基性塩基の両方に関する有用な濃度（これらの濃度は相互に別々である）が、少なくとも約５０ミリモル／リットルである。

別の実施形態によれば、アノード安定化媒体は一塩基酸を含有して、そのアニオンが約４０×１０^−９ｍ^２／Ｖ／秒以下の電気泳動移動度を有し、カソード安定化媒体は一塩基性塩基を含有して、そのカチオンが約４０×１０^−９ｍ^２／Ｖ／秒以下の電気泳動移動度を有する。他の実施形態では、このようなアニオンおよびこのようなカチオンの電気泳動移動度が、約２５×１０^−９ｍ^２／Ｖ／秒から約３０×１０^−９ｍ^２／Ｖ／秒である。

本明細書で使用されているように、電気泳動移動度（ＥＭ）は、水溶性媒体中の、時間ユニット当たりの所与の電界強さの電界におけるアニオンおよびカチオンの移動速度を指す。電気泳動移動度ｕは次のように計算可能である。すなわち、
ｕ＝ｓ／Ｈ×ｔ
上式で、ｓは移動距離（ｍ）を表し、Ｈは電界強さ（Ｖ／ｍ）を表し、さらにｔは時間（秒）を表す。

本発明の幾つかの実施形態では、典型的に水溶性であるアノード安定化媒体が、グルコン酸、グルクロン酸、アセチルサリチル酸、２−（Ｎ−モルホリノ）エタンスルホン酸（ＭＥＳ）、および両性イオン性緩衝液（グッド緩衝液とも呼ばれる（例えば、非特許文献４参照））から成る群から選択された酸を含有する。本発明の幾つかの実施形態では、典型的には水溶性であるカソード安定化媒体が、Ｎ−メチル−Ｄ−グルコサミン、トリ−イソプロパノールアミン、および２−［ビス（２−ヒドロキシエチル）アミノ］−２−（ヒドロキシメチル）プロパン−１，３−ジオール（ＢＩＳＴＲＩＳ）から成る群から選択された塩基を含有する。

図２に示された過程の効果が、分離部分空間１３６ｂおよび１３６ｃの態様を示す図３に示されている。太い点線１３８は部分空間の間の境界を示し、より細い点線が様々な入口からの媒体の流路を示す。ＲＥＣという用語は、媒体の相対的な電気伝導率を意味する。図３は、アノード１２０およびカソード１２２を示す。アノード安定化媒体が入口１２８ｂおよび１２８ｃを介して導入され、カソード安定化媒体が入口１３０ｂおよび１３０ｃを介して導入され、かつ分離媒体が入口１２６ｂおよび１２６ｃを介して導入され、流れは矢印によって示された方向にある。

図３に示されたように、空間１３６ａと１３６ｂとの間（アノードおよびカソード分離媒体の隣接する流れの間）の境界を越えるカソード安定化媒体のカチオン（Ｂ^＋）とアニオン（Ａ⁻）との交差が制御され、それによって個々の分離部分空間の完全性を維持する。特に、上で論じられたように、相対的に低い電気泳動移動度のアニオンおよびカチオンを含む一塩基の酸および塩基の選択が交差を低減する。

さらには、図３のＲＥＣグラフに示されているように、媒体の相対的な電気伝導率も、分離部分空間の完全性に寄与し得る。１つの実施形態では、入口１２８ｃおよび１３０ｃからのアノードおよびカソード安定化媒体の電気伝導率が、入口１２６ｃからの分離媒体の電気伝導率の少なくとも５倍であり、分離媒体内部における試料の流れを維持することに寄与する。しかし、より高い電気伝導率の安定化媒体が選択されるとき、より高い熱放散ならびに減少した密度および粘度（よってより低い流速）に遭遇する可能性がある。よって、一般に様々なパラメータと考慮事項との間のバランスが図られる。

ＩＥＦ方式の場合では、対象の成分の分離を促進するために、特定のｐＨ値を有する媒体を選択することが有用である。一般に、ｐＨ値は、１つまたは複数の成分が適切に分離されることを保証するために、対象の１つまたは複数の成分の等電点に基づいて選択される。幾つかの実施形態では、分離媒体の最低ｐＨ構成成分のｐＨよりも小さい約０．５から約３ｐＨユニットのｐＨを有するアノード安定化媒体を設けることが有用である。分離媒体の最高ｐＨ構成成分のｐＨよりも高い約０．５から約３ｐＨユニットのｐＨを有するカソード安定化媒体を設けることが同じく有用である。幾つかの実施形態では、これらの値域が約０．８から約２ｐＨユニットである。図３に示された実施形態では、部分空間１３６ｃに関して、ｐＨ勾配１５２が、入口１３０ｃからのカソード安定化媒体と入口１２８ｃからのアノード分離媒体との間で、入口１２６ｃからの分離媒体を横切って創出される。典型的には、分離媒体を横切って生じる勾配１５２のｐＨ範囲は、約０．３と約８．５との間で変化し得る。

再び図２を参照すると、分離チャンバの第２の端部で、それぞれの個々の分離チャンバ中の個別の経路上を流動する個々の分離された検体が、流動方向に垂直な線に沿って概ね配置される回収出口１３２ａ〜１３２ｃを介して回収される。典型的には、それぞれの分離部分空間が、回収出口の同じ配置を含む。同一の試料が分離され、かつ同一の画分が所望される場合、それぞれの分離部分空間からの同じ検体を含有する、回収出口の流出液の組合せが可能である。

個々の検体は、多連回収出口１３２ａ〜１３２ｃを介して分離チャンバを退出し、一般に個々の配管を介して任意適切な種類の個々の回収容器に導かれる。この回収容器の中に、検体は分離媒体および向流媒体と一緒に回収される。回収出口の配列の個々の回収出口間の距離は、適切な分画／分離を行うために、一般に可能な限り小さくするべきである。個々の回収出口間の距離は、回収出口の中心から測定して、約０．１ｍｍから約２ｍｍ、より典型的には約０．３ｍｍから約１．５ｍｍであり得る。

本発明に従ってチャンバの中で向流を使用することが可能である。例えば、図２で、向流媒体が、試料および分離媒体が導入される方向と反対の方向へ、向流要素１３４によって分離チャンバの中へ導入される。この向流は、回収出口１３２ａ〜１３２ｃにおける流れおよび圧力条件の調節および制御を可能とすることによって分離を向上させる。

向流媒体は、分画出口に接近する分離媒体を緩衝する能力を変更または凌駕できるように典型的に選択され、したがって、この向流媒体は、同じ粘度および密度を有するが、伝導率および／またはｐＨ値および／またはその化学的成分が異なる材料であり得る。典型的な向流および分離媒体は、同じ媒体群から選択され、尿素、グリセリン、炭水化物（グルコース）（carbohydrates glucose）、および同様の化合物などの成分を典型的に含有する。このような媒体は、個々の成分がチャンバ内の電界の影響下で順番付けられるように、異なる等電点を有する両性物質の混合物を通常含有する。これらの媒体は、幾つかの供給元から市販されており、例えば、ジェネラルエレクトリック社（Ｇｅｎｅｒａｌ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ）からのイモビリン（Ｉｍｍｏｂｉｌｉｎｅ）（商標）、アムフォリン（Ａｍｐｈｏｌｉｎｅ）（商標）、およびファーマライト（Ｐｈａｒｍａｌｙｔｅ）（商標）、ゼルファエレクトロフォレーシス社（ＳＥＲＶＡ Ｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｒｅｓｉｓ ＧｍｂＨ）からのゼルファリート（Ｓｅｒｖａｌｙｔ）（商標）、ベクトン、ディキンソンアンドカンパニー社（Ｂｅｃｔｏｎ、Ｄｉｃｋｉｎｓｏｎ ａｎｄ Ｃｏｍｐａｎｙ）からの同様の材料である。

向流媒体の流速に対する分離媒体の流速の有用な比は、約１：１０から約１０：１、より典型的には約１：３から約３：１である。分離媒体および向流媒体に関する実際の流速は、機器の幾何学的寸法、使用される特定の分離方式（必要とされる走行時間（transit time）が異なり得る）、分離されるべき試料、使用される分離媒体、および検体の最適分離を実現するために使用される１つまたは複数の向流媒体を含めて、多様な考慮事項に依存する。したがって、本システムに流入する媒体のすべて（安定化および向流）の典型的な流速は、０．３ミリリットル／時間から３０００ミリリットル／時間まで広範に亘り得る。

本発明の実施形態に係る装置は、分離媒体用の多チャンネルポンプ、試料用の多チャンネルポンプ、および１つまたは複数の向流媒体用の多チャンネルポンプをさらに備える。本装置は、画分回収器出口および出口管をさらに備える。典型的に、これらのポンプは多チャンネル蠕動ポンプである。

本発明の実施形態によれば、本方法は、多様なフリーフロー電気泳動過程および装置と組合せ可能である。例えば、多連装置が使用可能であり、その場合にこれらの装置は並列および／または直列に配置される。別法として、装置の回収出口で回収された成分の流れは、試料成分の滞留時間の増加によって解像度を向上させ得る再循環過程を形成するために、対応する試料入口に再び再循環されてもよい。

分離チャンバの底部プレートおよび上部プレートは、別々に、ガラスまたは、ＰＶＣ、ポリオレフィン、ポリカーボネート、プレキシグラス、ポリハロハイドロカーボン（polyhalohydrocarbon）、もしくはルサイト（Ｌｕｃｉｔｅ）（登録商標）（重合されたメタクリル酸メチルから本質的に成るアクリル樹脂）などの適切なプラスチックから作製されるが、重合体被覆されたガラスが好ましい。上部プレートおよび底部プレートは、ガスケットまたは封止体として動作するスペーサによって典型的に分離される。

電極は、電界中で容易に酸化されない白金などの金属から典型的に構成される。電極は、ナイロンまたは酢酸セルロースのイオン交換膜によって分離チャンバから典型的に分離される。電極は、過程時に生成された電解生成物を除去するために、典型的に塩または緩衝液によって常に洗い流される。

分離空間（プレート間の空間）は、通常、約０．１から約１．５ｍｍ、好ましくは約０．３と約１．０ｍｍとの間の厚さを有する。

本発明の実施形態によれば、温度制御も有用である。電流が電解液を通過するとき、ジュール加熱として知られる現象に従って、伝導媒体の温度が上昇する。このような加熱によって引き起こされる、流動媒体の層流プロファイルに対する乱れを低減するために、ジュール熱を周囲に放散することが一般に望ましい。１つの実施形態では、分離チャンバは、その底部プレートが、分離チャンバの温度を制御する自動温度調節器システムなどの温度制御装置に連結された流体流れチャンネルを含む金属支持体上にあるように配置される。有用な温度域は、約２℃と約３５℃の間、より典型的には約５℃から室温（約２５℃）に亘る。

本発明は、限定するものではないが、イオン、ペプチド、生体高分子、生体粒子ばかりでなく合成の重合体および粒子の分析ならびに調製分離に特に適切である。

さらには、様々なＦＦＥ方式、例えば、ＩＥＦおよび等速回転電気泳動が可能である。単一チャンバ内部のすべての部分空間が単一ＦＦＥ方式を使用してもよいし、または同じチャンバ内部の異なる部分空間が異なる方式を使用してもよいことが企図されている。

以上に説明の本実施形態は、本発明の例示に過ぎず、本明細書に添付された特許請求の範囲に記載されている本発明の範囲に入る数多くの変形および別法の様式が存在する。

並行かつ同時の無担体電気泳動を実施する従来技術の装置の模式図であり、それぞれが２つの電極によって画定された３つの分離空間を備える。 本発明の実施形態の模式図である。 本発明の実施形態に係るフリーフロー電気泳動チャンバの特徴を証明する図である。

Claims (27)

1. （ａ）分離チャンバを提供するステップであって、
   分離空間を画定する、第１の端壁、第２の端壁、第１の側壁、第２の側壁、および２枚のプレートと、
   第１の側壁および第２の側壁にそれぞれ近接して前記分離チャンバの中に配置された単一のアノードおよび単一のカソードと、
   前記第１の端壁に近接して配置された少なくとも２つの試料入口と、
   前記第１の端壁に近接して配置された少なくとも２つの分離媒体入口と、
   前記第１の端壁に近接しかつ前記アノードに近接する第１のアノード安定化媒体入口と、
   前記第１の端壁に近接しかつ前記カソードに近接する第１のカソード安定化媒体入口と、
   前記第１の端壁に近接し、かつ前記第１のアノード安定化媒体入口と前記第１のカソード安定化媒体入口との間にさらに配置された、１つまたは複数のアノード安定化媒体入口および１つまたは複数のカソード安定化媒体入口と
   を具える分離チャンバを提供するステップと、
   （ｂ）前記少なくとも２つの分離媒体入口を介して、少なくとも１つの分離媒体を前記分離チャンバの中へ導入するステップと、
   （ｃ）前記少なくとも２つの試料入口を介して、１つまたは複数の分離されるべき試料を前記分離チャンバの中へ導入するステップと、
   （ｄ）前記アノードおよびカソードによって電界を生成するステップと、
   （ｅ）前記第１のおよび前記アノード安定化媒体入口を介して、アノード安定化媒体を前記分離チャンバの中へ導入するステップ、ならびに前記第１のおよび前記カソード安定化媒体入口を介して、カソード安定化媒体を前記分離チャンバの中へ導入するステップと
   を具え、分離部分空間を画定する１つまたは複数の境界が、前記１つまたは複数のアノード安定化媒体入口および前記１つまたは複数のカソード安定化媒体入口を通過する、アノードおよびカソード安定化媒体の隣接する流れによって設けられることを特徴とする電気泳動の方法。
2. 前記アノード安定化媒体は一塩基酸を含み、そのアニオンが４０×１０^-9ｍ²／Ｖ／秒以下の電気泳動移動度を有し、前記カソード安定化媒体は一塩基性塩基を含有し、そのカチオンが４０×１０^-9ｍ²／Ｖ／秒以下の電気泳動移動度を有することを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 前記一塩基酸のアニオンの前記電気泳動移動度は、２５×１０^-9ｍ²／Ｖ／秒から３０×１０^-9ｍ²／Ｖ／秒に亘り、前記一塩基性塩基のカチオンの前記電気泳動移動度は２５×１０^-9ｍ²／Ｖ／秒から３０×１０^-9ｍ²／Ｖ／秒に亘ることを特徴とする請求項２記載の方法。
4. 前記アノード安定化媒体は、前記分離媒体の最低ｐＨ構成成分のｐＨよりも小さい０．５から３ｐＨユニットのｐＨを有し、前記カソード安定化媒体は、前記分離媒体の最高ｐＨ構成成分のｐＨよりも高い０．５から３ｐＨユニットのｐＨを有することを特徴とする請求項１記載の方法。
5. 前記アノード安定化媒体は、グルコン酸、グルクロン酸、アセチルサリチル酸、２−（Ｎ−モルホリノ）エタンスルホン酸、および両性イオン性緩衝液から成る群から選択された酸を含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
6. 前記カソード安定化媒体は、Ｎ−メチル−Ｄ−グルコサミン、トリ−イソプロパノールアミン、および２−［ビス（２−ヒドロキシエチル）アミノ］−２−（ヒドロキシメチル）プロパン−１，３−ジオールから成る群から選択された塩基を含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
7. 前記分離チャンバは、ｓ個の分離部分空間と、ｓ−１対のアノード安定化媒体およびカソード安定化媒体入口と、少なくともｓ個の試料入口と、少なくともｓ個の分離媒体入口とを具え、ｓは２から７であることを特徴とする請求項１記載の方法。
8. 前記分離チャンバの前記第２の側壁に近接して配置された１つまたは複数の向流入口から、向流媒体をそれぞれの分離部分空間の中へ導入するステップをさらに具えたことを特徴とする請求項１記載の方法。
9. 前記第１および第２の端壁と、前記第１および第２の側壁と、前記２枚のプレートとが、長方形の分離チャンバを画定することを特徴とする請求項１記載の方法。
10. 前記アノードおよびカソードは、前記第１および第２の側壁に実質的に平行に配置されることを特徴とする請求項９記載の方法。
11. 前記プレートは、０．１ｍｍから１．５ｍｍまでの距離を空けて配置されることを特徴とする請求項９記載の方法。
12. 前記分離チャンバは、前記第２の端壁に近接して配置された複数の回収出口をさらに具えたことを特徴とする請求項１記載の方法。
13. 前記１つまたは複数の試料は、等電集束法によって分離されることを特徴とする請求項１記載の方法。
14. 前記１つまたは複数の試料は、等速回転電気泳動によって分離されることを特徴とする請求項１記載の方法。
15. （ａ）分離チャンバを提供するステップであって、
    分離空間を画定する、第１の端壁、第２の端壁、第１の側壁、第２の側壁、および２枚のプレートと、
    第１の側壁および第２の側壁にそれぞれ近接して前記分離チャンバの中に配置されたアノードおよびカソードと、
    前記第１の端壁に近接して配置された少なくとも２つの試料入口と、
    前記第１の端壁に近接して配置された少なくとも２つの分離媒体入口と、
    前記第１の端壁に近接しかつ前記アノードに近接する第１のアノード安定化媒体入口と、
    前記第１の端壁に近接しかつ前記カソードに近接する第１のカソード安定化媒体入口と、
    前記第１の端壁に近接し、かつ前記第１のアノード安定化媒体入口と前記第１のカソード安定化媒体入口との間にさらに配置された、１つまたは複数のアノード安定化媒体入口および１つまたは複数のカソード安定化媒体入口と
    を具えた分離チャンバを提供するステップと、
    （ｂ）前記少なくとも２つの分離媒体入口を介して、少なくとも１つの分離媒体を前記分離チャンバの中へ導入するステップと、
    （ｃ）前記少なくとも２つの試料入口を介して、１つまたは複数の分離されるべき試料を前記分離チャンバの中へ導入するステップと、
    （ｄ）前記アノードおよびカソードによって電界を生成するステップと、
    （ｅ）前記第１のおよび前記アノード安定化媒体入口を介して、アノード安定化媒体を前記分離チャンバの中へ導入するステップ、ならびに前記第１のおよび前記カソード安定化媒体入口を介して、カソード安定化媒体を前記分離チャンバの中へ導入するステップと
    を具え、分離部分空間を画定する１つまたは複数の境界が、前記１つまたは複数のアノード安定化媒体入口および前記１つまたは複数のカソード安定化媒体入口を通過する、アノードおよびカソード安定化媒体の隣接する流れによって設けられ、前記アノード安定化媒体は一塩基酸を含み、そのアニオンが４０×１０ ^-9 ｍ²／Ｖ／秒以下の電気泳動移動度を有し、前記カソード安定化媒体は一塩基性塩基を含み、そのカチオンが４０×１０ ^-9 ｍ²／Ｖ／秒以下の電気泳動移動度を有することを特徴とする電気泳動の方法。
16. 前記一塩基酸のアニオンの前記電気泳動移動度は、２５×１０^-9ｍ²／Ｖ／秒から３０×１０^-9ｍ²／Ｖ／秒に亘り、前記一塩基性塩基のカチオンの前記電気泳動移動度は２５×１０^-9ｍ²／Ｖ／秒から３０×１０^-9ｍ²／Ｖ／秒に亘ることを特徴とする請求項１５記載の方法。
17. 前記アノード安定化媒体は、前記分離媒体の最低ｐＨ構成成分のｐＨよりも小さい０．５から３ｐＨユニットのｐＨを有し、前記カソード安定化媒体は、前記分離媒体の最高ｐＨ構成成分のｐＨよりも高い０．５から３ｐＨユニットのｐＨを有することを特徴とする請求項１５記載の方法。
18. 前記アノード安定化媒体は、グルコン酸、グルクロン酸、アセチルサリチル酸、２−（Ｎ−モルホリノ）エタンスルホン酸、および両性イオン性緩衝液から成る群から選択された酸を含むことを特徴とする請求項１５記載の方法。
19. 前記カソード安定化媒体は、Ｎ−メチル−Ｄ−グルコサミン、トリ−イソプロパノールアミン、および２−［ビス（２−ヒドロキシエチル）アミノ］−２−（ヒドロキシメチル）プロパン−１，３−ジオールから成る群から選択された塩基を含むことを特徴とする請求項１５記載の方法。
20. 前記分離チャンバは、ｓ個の分離部分空間と、ｓ−１対のアノード安定化媒体およびカソード安定化媒体入口と、少なくともｓ個の試料入口と、少なくともｓ個の分離媒体入口とを備え、ｓは２から７であることを特徴とする請求項１５記載の方法。
21. 前記分離チャンバの前記第２の側壁に近接して配置された１つまたは複数の向流入口から、向流媒体をそれぞれの分離部分空間の中へ導入するステップをさらに具えたことを特徴とする請求項１５記載の方法。
22. 前記第１および第２の端壁と、前記第１および第２の側壁と、前記２枚のプレートとが、長方形の分離チャンバを画定することを特徴とする請求項１５記載の方法。
23. 前記アノードおよびカソードは、前記第１および第２の側壁に実質的に平行に配置されることを特徴とする請求項２２記載の方法。
24. 前記プレートは、０．１ｍｍから１．５ｍｍまでの距離を空けて配置されることを特徴とする請求項２２記載の方法。
25. 前記分離チャンバは、前記第２の端壁に近接して配置された複数の回収出口をさらに具えたことを特徴とする請求項１５記載の方法。
26. 前記１つまたは複数の試料は、等電集束法によって分離されることを特徴とする請求項１５記載の方法。
27. 前記１つまたは複数の試料は、等速回転電気泳動によって分離されることを特徴とする請求項１５記載の方法。

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