CN105026923A - 电泳方法以及电泳装置 - Google Patents
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Abstract
提供能够确保充分的染色且降低作业难度的电泳方法以及电泳装置。电泳装置(10)具有温度梯度槽(12)、分注器(14)、支架保管库(16)、摄影部(18)、PCR装置(20)、芯片架(22)、芯片废弃箱(24)、直流电源装置(26)、控制部(30)、臂(32)以及液体供给装置(34)。在温度梯度槽(12)上，载置有支架(100)、和以能够拆装的方式安装于支架(100)上的盒(150)。控制部(30)能够对输送装置(16a)、臂(32)、液体供给装置(34)、温度梯度槽(12)、摄影部(18)的激励光源(18a)和照相机(18b)以及直流电源装置(26)进行控制。控制部(30)在内部的存储器中预先存储有用于执行控制动作的程序。
Description
技术领域
本发明涉及电泳方法以及电泳装置。
背景技术
以往，已知有例如下述专利文献所记载的各种电泳技术。已知有利用电泳进行蛋白质和DNA的分析的技术，专利文献3公开了该摄像技术。另外，专利文献4公开了与蛋白质相关联的分析试剂等。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特许第2569474号公报
专利文献2：日本特开2004-286453号公报
专利文献3：日本特许第4424938号公报
专利文献4：日本特开2010-14673号公报
非专利文献
非专利文献1：Yoshinori Hatakeyama,Keiichi Hamano and Hidetoshi Iwano,(2008),An Ultimate Method for Detection of Infected Pathogenic Microoganism from Silkwormusing HDGP,Journal of Insect Biotechnology and Sericology 77,1-7
发明内容
发明要解决的课题
在DNA(脱氧核糖核酸)的分析中，利用电泳。对该处理进行说明，首先准备装有凝胶的盒(cassette)，将该盒放置于支架上，向凝胶分注DNA样本。然后，使该凝胶浸入到泳动液中且施加直流电压，由此进行电泳。通过电泳，DNA样本分离到凝胶上的各位置，通过对其进行观察而进行DNA的分析。
在此，在对未被染色的DNA样本进行了电泳的情况下，电泳后使用染色液进行染色。染色后，从外部观察被照射激励光而发出荧光的DNA。
该染色中，为了使染色液平稳地分散到凝胶内来充分地进行染色，染色时一般从盒中取出电泳后的凝胶且使该凝胶在无遮蔽的状态下浸入到染色液中。但是，当从盒中取出凝胶时，必须慎重地从盒表面剥取凝胶。该作业是极其致密且细腻的作业，需要熟练的技术，因此，成为使作业变难的主要原因。
本发明正是为了解决如上所述的课题而完成的，其目的在于提供一种能够确保充分的染色且降低作业难度的电泳方法以及电泳装置。
用于解决课题的手段
本发明的电泳方法，其特征在于，该电泳方法具有：准备步骤，实现准备状态，该准备状态是将分注了DNA的凝胶的端面浸入到含有泳动液和带电的染色液的混合液中的状态；以及电泳步骤，在所述准备状态下向所述混合液施加直流电压来进行电泳，且从所述凝胶的端面向所述凝胶的内部供给所述带电的染色液。
所述电泳方法，还可以是，在所述电泳中对所述凝胶赋予温度梯度。
所述电泳方法，还可以是，该电泳方法具有分析步骤，该分析步骤中，在所述电泳后照射激励光且利用照相机拍摄所述凝胶，所述准备步骤中，准备对所述激励光和所述照相机的摄像光具有透光性的盒，所述凝胶是平面体形状，以使所述凝胶的端面露出的方式利用所述盒夹着所述凝胶，将所述端面中的对置的2个部分浸入到泳动液中，并且使所述2个部分的至少一方侧的泳动液含有染色液，所述电泳步骤中，通过向所述2个部分浸入的泳动液施加电压而使染色液沿所述凝胶的平面方向流动，且对所述凝胶的平面方向赋予温度梯度。
所述电泳方法，还可以是，在所述电泳步骤后，从所述盒的上方照射所述激励光且利用所述照相机拍摄所述凝胶。
本发明的电泳装置，其特征在于，该电泳装置具有：温度梯度槽；支架，其具备具有上表面的支架主体、设置于所述上表面且能够嵌入透光性的盒的凹部、设置于所述凹部的电极以及与所述电极连接的电极端子；输送装置，其能够按顺序将多个所述支架送出至所述温度梯度槽上；分注单元，其包含分注器以及与所述分注器连接的臂；液体供给装置，其供给泳动液和染色液的混合液；直流电源；摄影部，其具备激励光源和照相机；以及控制部，其与所述输送装置、所述臂、所述液体供给部、所述直流电源以及所述摄影部连接，所述控制部连续地执行下述控制：第1控制，使所述输送装置将所述支架输送至所述温度梯度槽上；第2控制，在所述第1控制后，利用所述臂在所述温度梯度槽上对所述支架进行所述分注器的分注，且利用所述液体供给装置向所述凹部供给混合液；第3控制，在所述第2控制后，使所述温度梯度槽产生温度梯度，且使所述直流电源向所述电极端子施加直流电压；以及第4控制，在所述第3控制后，对所述盒进行所述激励光源的光照射和所述照相机的拍摄。
发明效果
根据本发明的电泳方法，能够确保充分的染色且降低作业难度。
根据本发明的电泳装置，能够提供适于上述本发明的电泳方法的自动化的装置。
附图说明
图1是用于说明本发明的实施方式的电泳装置的结构的图。
图2是用于说明本发明的实施方式的电泳装置的结构的图。
图3是用于说明本发明的实施方式的电泳装置的结构的图。
图4是用于说明本发明的实施方式的电泳装置的结构的图。
图5是用于说明本发明的实施方式的电泳方法以及电泳装置的使用方法的图。
图6是用于说明本发明的实施方式的电泳方法以及电泳装置的使用方法的图。
图7是用于说明本发明的实施方式的电泳方法以及电泳装置的动作的流程图。
具体实施方式
图1～4是用于说明本发明的实施方式的电泳装置10的结构的图。如图1所示，电泳装置10具有温度梯度槽12、分注器14、支架保管库16、摄影部18、PCR(Polymerase Chain Reaction：聚合酶链反应)装置20、芯片(chip)架22、芯片废弃箱24、直流电源装置26、控制部30、臂32以及液体供给装置34。
在温度梯度槽12上载置有以热传导性的材料形成的支架100。在支架100上以能够拆装的方式安装有透光性的盒150。能够经由支架100向盒150的凝胶侧传递热。
温度梯度槽12与支架100的底面106相接。温度梯度槽12是为了进行“温度梯度电泳”而设置的，能够对底面106的平面方向赋予温度梯度。由此，能够在盒150内的凝胶中生成温度分布。
分注器14是用于向凝胶152分注DNA样本204的装置。分注器14与臂32进行机械连接和电连接，能够借助臂32进行分注器14的移动、和注入、排出。
支架保管库16收纳有多个支架100。支架保管库16具有输送装置16a。输送装置16a能够按顺序将支架保管库16中收纳的多个支架100送出至温度梯度槽12的中央位置。
针对输送装置16a的详细结构、例如致动器的结构等，适当地利用已公知的各种输送装置即可。例如，使用用于保持支架侧面的导轨、基于电动机驱动的输送带等所构成的输送装置即可，因此，省略对输送装置16a的详细说明。
摄影部18配置于支架100上部，以从上方俯视观察支架100。摄影部18具有激励光源18a和照相机18b。激励光源18a是用于透过盒150而向染色后的DNA照射激励光的光源。照相机18b能够透过盒150进行拍摄。
此外，关于摄影部18，能够根据需要配置于俯视观察支架100的位置即可。例如，也可以是，支架100构成为能够在温度梯度槽12之上进行移动，以能够根据需要在摄影部18的下部配置支架100。或者，也可以是，摄影部18构成为能够利用导轨等进行移动，以能够根据需要位于支架100的上侧。
芯片架22收纳有多个被称为芯片的部件，所述芯片安装于分注器14而得以使用。试剂架23是设置进行电泳时使用的试剂的装置。试剂是被称为上样缓冲液(loadingbuffer)的物质。将DNA样本204与该试剂进行混合后分注到凝胶152中。通过采用这样的方式，当向凝胶152分注了DNA样本204时，能够使DNA样本204以不扩散的方式稳定下来。芯片废弃箱24是收纳使用完毕的芯片的保管库。
直流电源装置26是输出用于电泳的直流电压的装置。直流电源装置26具有一对输出端子26a、26b。当支架100被送出到温度梯度槽12上时，输出端子26a、26b刚好与该支架100的电极端子121、123连接。
液体供给装置34在其内部具有泳动液罐、染色液罐、将泳动液和染色液混合的混合器以及泵。利用液体供给装置34，能够经由管路36a和36b向支架100的规定位置供给泳动液和染色液。
控制部30能够对支架保管库16的输送装置16a进行控制。控制部30通过对输送装置16a进行控制，能够按顺序输出支架100。
控制部30与臂32连接。控制部30能够借助臂32对分注器14进行控制来执行吸取动作、搅拌动作、配置动作以及排出动作。吸取动作是分注器14安装芯片架22内的芯片且从PCR装置20吸取DNA样本204的动作。搅拌动作是重复进行吸引和排出以将从PCR装置20吸引的DNA样本204与试剂架23处的试剂混合的动作。配置动作是使分注器14移动到用于搅拌动作的试剂架23的规定位置、温度梯度槽12上的支架100中的规定位置的动作。排出动作是使分注器14在支架100中的规定位置处将分注器14中安装的芯片内的与试剂混合的DNA样本204排出的动作。
控制部30与液体供给装置34连接。通过对液体供给装置34进行控制，在规定的定时经由管路36a和36b向支架100的规定位置供给泳动液和混合液。
控制部30连接于温度梯度槽12、摄影部18的激励光源18a及照相机18b以及直流电源装置26连接。由此，控制部30能够一边对支架100赋予规定的温度梯度，一边施加来自直流电源装置26的规定直流电压来进行规定时间的温度梯度电泳。进行规定时间的电泳后，控制部30从盒150上方照射激励光且利用照相机18b拍摄凝胶152。
图2是用于说明本发明的实施方式的支架100和盒150的结构的立体图，图3是其分解立体图。图4是用于说明本发明的实施方式的支架100和盒150的结构的俯视图。
盒150由一对透明板154、156构成。透明板154、156由玻璃或透光性树脂形成，并且能够向被夹在它们之间的凝胶152传递热。在位于上侧的透明板154设置有贯通槽154a。凝胶152的一部分从贯通槽154a露出。
支架100具有支架主体102，支架主体102具备上表面104和底面106。支架主体102由玻璃或透光性树脂形成，并且具有将底面106受到的热传递给盒150的热传导性。在支架主体102的上表面104设置有凹部110。凹部110是整体具有十字形的轮廓的凹坑。凹部110的深度为夹着凝胶152的盒150整体的厚度以上。
凹部110具有位于十字形的轮廓的中央的中央部111。在凹部110设置有以其中央部111为中心、俯视时位于彼此交叉的位置处的液体投入部112、114以及框部116、118。框部116、118是具有与盒150相同的外形的部分，能够嵌入盒150。液体投入部112、114是从框部116、118向外侧突出的部位，当将盒150嵌入到凹部110时，形成用于装入液体的空间。凝胶152的端部152a、152b从液体投入部112、114露出，因此，通过向液体投入部112、114投入液体，能够将端部152a、152b浸入到该液体中。
在凹部110设置有彼此电绝缘的电极120、122。当放置了盒150时，电极120、122在液体投入部112、114露出。电极120、122与电极端子121、123连接，电极端子121、123与直流电源装置26连接。
图5和图6是用于说明本发明的实施方式的电泳方法以及电泳装置的使用方法的图。图5是进行电泳前俯视观察盒150的图，图6是进行电泳后俯视观察盒150的图。夹着凝胶152的盒150被安装于支架100上。
当进行电泳时，向液体投入部112投入泳动液200，向液体投入部114投入混合液202。混合液202是在泳动液200中添加了染色液的液体。
接下来，将电极端子121和电极端子123连接于直流电源装置26，且向电极120赋予正电位，向电极122赋予负电位。在这种情况下，直流电压施加在电极120、122之间，电流流过泳动液200和混合液202，从而进行DNA样本204的电泳。
在开始进行电泳之前，事先混合染色液和泳动液。染色液采用带电的染色液。在这种状态下进行电泳时，根据电泳的原理，染色液也与泳动液一起浸透凝胶152内。其结果是，能够一并进行对DNA样本204的电泳和染色。
由于DNA带负电，所以染色液优选采用带正电的物质。通过采用这样的方式，电泳时的DNA和染色液的移动方向成为相反方向，DNA与染色液结合而可靠地进行DNA的染色。
具体而言，可以使用作为SYBR(注册商标)系列的SYBR GreenⅠ、SYBR GreenⅡ、SYBR Gold、SYBR Safe中的任意DNA染色色素。另外，也可以使用YO(OxazoleYellow)、TO(Thiazole Orange)、PG(Pico(注册商标)Green)中的任意一种。
特别是，在本实施方式中，通过对温度梯度槽12进行控制，在凝胶152的面内产生温度梯度。由此，进行温度梯度电泳。通过进行规定时间的温度梯度电泳，如图6所示那样DNA样本204进行移动。通过对其进行分析，能够进行DNA的分析。
图7是用于说明本发明的实施方式的电泳方法以及电泳装置的动作的流程图。
本实施方式的电泳装置10是适于将泳动液和染色液混合而进行电泳的方法的装置。即，控制部30能够对输送装置16a、臂32、液体供给装置34、温度梯度槽12、摄影部18的激励光源18a及照相机18b以及直流电源装置26进行控制。在下述的说明中，也结合控制部30所进行的控制动作进行说明。控制部30在内部的存储器中预先存储有用于执行下述的控制动作的程序。
(步骤S1)首先，准备装有凝胶152的盒150。在该步骤中，盒150对激励光和照相机的摄像光具有透光性。凝胶152是平面体形状。盒150以使端部152a和端部152b露出的方式夹着凝胶152。
(步骤S2)接下来，将盒150放置于支架100上。准备多个该支架100并收纳于支架保管库16内的规定位置处。由此，输送装置16a能够按顺序输送多个支架100，能够连续且自动地进行多次分析。
(步骤S3)接下来，将支架100输送到温度梯度槽12的中央位置。在本实施方式的电泳装置10中，由输送装置16a自动地进行该输送。
(步骤S4)
接下来，分注DNA样本204。如上所述，控制部30借助臂32对分注器14进行控制来执行吸取动作、搅拌动作、配置动作以及排出动作。当进行排出动作时，通过从贯通槽154a分注DNA样本204，向凝胶152的液体投入部114侧的端面即端部152b侧分注DNA样本204。沿端部152b的延伸方向，与端部152b平行且均匀地分注DNA样本204。
在电泳装置10中，步骤S4中的DNA样本204的分注如上所述那样通过由控制部30向臂32发送控制信号来实现。由此，能够自动地进行DNA样本204的分注。
(步骤S5)接下来，在支架100中装入泳动液和染色液。即，在液体投入部112中装入混合液202，在液体投入部114中装入泳动液200。由此，使凝胶152的端面中的对置的2个部分即端部152a和端部152b浸入到泳动液中。而且，使端部152a和端部152b的至少一方侧的泳动液含有染色液。在本实施方式中，在液体投入部114中只装入泳动液200，在液体投入部112中装入混合了泳动液和染色液的混合液202。实现准备状态，该准备状态是将分注了DNA的凝胶的端面浸入到混合液202中的状态。
在电泳装置10中，通过由控制部30对液体供给装置34进行控制，利用液体供给装置34内部的泵分别向液体投入部112、114供给规定量的泳动液200和混合液202。
此外，也可以使步骤S4和步骤S5的顺序反过来。
(步骤S6)接下来，向泳动液施加直流电压来进行电泳，并且通过对温度梯度槽12进行控制而在电泳中对凝胶赋予温度梯度。通过向端部152a和端部152b浸入的泳动液施加电压而使染色液沿凝胶的平面方向流动，且对凝胶的平面方向赋予温度梯度。
在电泳装置10中，通过由控制部30对温度梯度槽12和直流电源装置26进行控制，自动地进行规定条件(规定温度梯度、规定施加电压以及规定时间)下的电泳。
(步骤S7)电泳后照射激励光，利用照相机18b拍摄凝胶152。在该步骤中，电泳后，从盒150上方照射激励光，利用照相机18b拍摄凝胶152。为了避免反射问题，也可以调整激励光源18a的朝向来倾斜地向凝胶152照射激励光。在电泳装置10中，通过由控制部30对激励光源18a和照相机18b进行控制，自动地实现步骤S7的动作。
(步骤S8)当完成步骤S7的处理时，判定本次的DNA分析是否结束。如果本次预定的是1次分析，则结束本次的进程。另一方面，如果预定的是进行多次分析，则使用其他支架100同样地重复进行下次以后的分析，直到该预定次数的分析结束为止。
在电泳装置10中，以手动的方式或以其他机械的方式自动地移除本次的支架100后，通过由输送装置16a送出新的支架100，来进行支架100的更换，且重复进行步骤S3～S8的控制动作。
然后，如果分析的次数达到预定次数，则结束本次的进程。
根据以上说明的实施方式的电泳方法，对DNA一并进行电泳和染色，并且，通过利用电泳的驱动力将带电的染色液导入凝胶内，能够进行充分的染色。因此，能够确保充分的染色且降低作业难度。
另外，根据本实施方式，提供实现了本实施方式的电泳方法的自动化的电泳装置10。
根据上述的本实施方式的电泳方法，由于凝胶是平面体且较薄，所以能够准确且简单地赋予温度梯度，适于温度梯度电泳。
在利用盒夹着较薄的凝胶的状态下仅单纯地浸入到染色液中，在短时间内难以进行充分的染色。但是，根据本实施方式，利用电泳获得驱动力的染色液浸透凝胶内，因此，即使是较薄的平面体的凝胶，也能够在其平面方向上使染色液充分地渗入。
根据本实施方式，即使不从盒剥下凝胶也能够进行充分的染色，因此，不存在卸下盒的作业难度，而且能够透过盒照射激励光并利用照相机进行拍摄。而且，由于在1个处理中完成电泳和染色，所以能够实现处理的简化和迅速化。
另外，根据本实施方式，由于采用了在分析时用染色液来染色的方法，所以分析精度和分析结果的可靠性高。这相对于使用已在电泳前染色(作标记)的DNA样本的方式中存在分析精度等问题的情况，本实施方式具有较高的优越性。
具备上述特征的本实施方式的电泳方法，也适合于像上述非专利文献1所记载那样的所谓的HDGP(Hyper Detection of infectious disease based on Genome Profiling：综合病原微生物感染症诊断方法)法。
标号说明
10：电泳装置；12：温度梯度槽；14：分注器；16：支架保管库；16a：输送装置；18：摄影部；18a：激励光源；18b：照相机；20：PCR装置；22：芯片架；23：试剂架；24：芯片废弃箱；26：直流电源装置；26a、26b：输出端子；30：控制部；32：臂；34：液体供给装置；36a、36b：管路；100：支架；102：支架主体；104：上表面；106：底面；110：凹部；111：中央部；112、114：液体投入部；116：框部；120、122：电极；121、123：电极端子；150：盒；152：凝胶；152a、152b：端部；154：透明板；154a：贯通槽；200：泳动液；202：混合液；204：DNA样本。
Claims (5)
1.一种电泳方法，其特征在于，该电泳方法具有：
准备步骤，实现准备状态，该准备状态是将分注了DNA的凝胶的端面浸入到含有泳动液和带电的染色液的混合液中的状态；以及
电泳步骤，在所述准备状态下向所述混合液施加直流电压来进行电泳，且从所述凝胶的端面向所述凝胶的内部供给所述带电的染色液。
2.根据权利要求1所述的电泳方法，其特征在于，
在所述电泳中对所述凝胶赋予温度梯度。
3.根据权利要求2所述的电泳方法，其特征在于，
该电泳方法具有分析步骤，该分析步骤中，在所述电泳后照射激励光且利用照相机拍摄所述凝胶，
所述准备步骤中，准备对所述激励光和所述照相机的摄像光具有透光性的盒，所述凝胶是平面体形状，以使所述凝胶的端面露出的方式利用所述盒夹着所述凝胶，将所述端面中的对置的2个部分浸入到泳动液中，并且使所述2个部分的至少一方侧的泳动液含有染色液，
所述电泳步骤中，通过向所述2个部分浸入的泳动液施加电压而使染色液沿所述凝胶的平面方向流动，且对所述凝胶的平面方向赋予温度梯度。
4.根据权利要求3所述的电泳方法，其特征在于，
所述电泳步骤后，在利用所述盒夹着所述凝胶的状态下从所述盒的上方对所述凝胶照射所述激励光且利用所述照相机拍摄所述凝胶。
5.一种电泳装置，其特征在于，
该电泳装置具有：
温度梯度槽；
支架，其具备具有上表面的支架主体、设置于所述上表面且能够嵌入透光性的盒的凹部、设置于所述凹部的电极以及与所述电极连接的电极端子；
输送装置，其能够按顺序将多个所述支架送出至所述温度梯度槽上；
分注单元，其包含分注器以及与所述分注器连接的臂；
液体供给装置，其供给泳动液和染色液的混合液；
直流电源；
摄影部，其具备激励光源和照相机；以及
控制部，其与所述输送装置、所述臂、所述液体供给部、所述直流电源以及所述摄影部连接，
所述控制部连续地执行下述控制：
第1控制，使所述输送装置将所述支架输送至所述温度梯度槽上；
第2控制，在所述第1控制后，利用所述臂在所述温度梯度槽上对所述支架进行所述分注器的分注，且利用所述液体供给装置向所述凹部供给混合液；
第3控制，在所述第2控制后，使所述温度梯度槽产生温度梯度，且使所述直流电源向所述电极端子施加直流电压；以及
第4控制，在所述第3控制后，对所述盒进行所述激励光源的光照射和所述照相机的拍摄。
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