JPH10502446A - 乱流冷却ガス流を用いたゲル電気泳動時の温度勾配制御 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ガス状熱交換媒体と、ガス状熱交換媒体を駆動する手段と、衝突手段との組み合わせから成り、前記ガス状熱交換媒体を前記衝突手段を介して前記ガス状熱交換媒体駆動手段により駆動してゲルプレートの表面上に前記ガス状熱交換媒体の流れを供給し、前記流れを前記ガス状熱交換媒体の前記衝突手段への通過により生ぜしめてゲル内の温度勾配を強制的な熱伝達作用により最小化することを特徴とするゲル電気泳動分離装置。

Description

【発明の詳細な説明】 乱流冷却ガス流を用いたゲル電気泳動時の温度勾配制御 発明の背景 １．発明の分野 本発明はＤＮＡシーケンス化を行う上でのスラブゲル電気泳動による一本鎖Ｄ ＮＡフラグメントの分離に関する。特に、本発明はスラブゲル電気泳動によるＤ ＮＡシーケンス解析を行うための装置に関するものであり、前記装置は乱流ガス 熱交換媒体の接触による温度制御サブアッセンブリから構成されている。本発明 の特徴は電気泳動中のゲル分離媒体において生じる温度勾配が最小に抑えられる ことである。したがって、本発明の装置によれば、ＤＮＡ解析の速さ、信頼性お よび解読精度が改善される。 ２．従来技術の説明 ゲル電気泳動は基本的な生物化学的分離技法であり、この技法は大きさや電荷 またはこれらの組み合わせに基づいて生物学的に重要な分子を識別するための基 礎を形成している。このようなゲル電気泳動により有用に分離 される生物学的な分子の具体例としては、蛋白や核酸が挙げられる。電気泳動は 通常には導電性バッファを含有するゲル化した（例：アガロース）またはポリマ ー化した（ポリアクリルアミド）媒体（一総称的に「ゲル」と呼ばれる）におい て行われる。さらに、この電気泳動はゲルの断面領域をまたいで化学的に不活性 な金属電極に電圧をかけて行われる。この場合、処理される生物学的試料はゲル における所定の試料充填部（通常はゲルの一端部）に置かれて、前記生物学的試 料がゲル中を電極の一方（通常はゲルにおける試料と反対側の端部に位置するも の）に向かって移動するように印加される電圧の極性が調整される。このような 調整が適正に行われると、化学的な変性剤（尿素、ホルムアミドまたはドデシル 硫酸ナトリウムなど）をゲルと電気泳動バッファ中に加えることによりその移動 距離と分子の大きさとの間における逆の線形関係が維持される。 さらに、このようなゲル電気泳動の具体的用途として、核酸のヌクレオチドシ ーケンス決定における一本鎖ＤＮＡフラグメントの分離が挙げられる。このため に、一本鎖ＤＮＡフラグメントの集合体が核酸の化学的分解（ギルバート法（Ｍ ａｘａｍ ａｎｄ Ｇｉｌｂｅｒｔ（１９８０），Ｍｅｔｈｏｄ Ｅｎｚｙｍｅ ，６５，ｐ４９９−５００）またはポリメラーゼを用いる置換ＤＮＡ合成（サン ガー法（Ｓａｎｇｅｒ，Ｆ．，Ｎｉｋｌｅｎ，Ｓ．，ａｎｄ Ｃｏｕｌｓｏｎ， Ａ．Ｒ．（１９７７） Ｐｒｏｃ．Ｎａｔ．Ａｃａｄ．Ｓｃｉ．ＵＳＡ ７４，ｐ５４６３−５４６７） のいずれかによって用意される。このような一本鎖ＤＮＡフラグメントの集合体 は決定すべきシーケンスのそれぞれの位置に対応するフラグメントを含んでおり 、最も頻繁に利用されるシーケンス化法においては、この対応性はシーケンス化 される核酸に対してアニールされるプライマーにおけるポリマー化の特定の開始 部位からの距離に直接に関係する。それゆえ、所望のシーケンスの決定はこれら のフラグメントからそれぞれを分離することであり、これらは単一のヌクレオチ ド分だけ長さが異なる。 これまで、各位置において可能なヌクレオチド（アデニン、グアニン、シトシ ンまたはチミジン）のそれぞれを同定することは各末端ヌクレオチドに対して特 異なシーケンス化反応を別々の化学反応混合物において行うことによって区別さ れていた。それゆえ、各シーケンス実験は別々の試験管において行われることが 一般であり、各反応において用いられる末端ヌクレオチドに対応する位置におい て末端部を有するフラグメントの集合体が得られる。その後、ヌクレオチドシー ケンスが４種の組の反応のそれぞれについてのゲル電気泳動の変性を行うことに よって決定され、各反応はそれぞれ単一のゲルの近接列においてそれぞれ電気泳 動処理される。この結果、このようなゲルにおけるヌクレオチドの特定列での位 置における一定帯域が存在することによってシーケンスに おける前記位置でのヌクレオチドの同定が指示される。なお、従来技術において は、各フラグメントが放射線によりラベル化され、それらの帯域が電気泳動後に オートラジオグラフィによって視覚化される。 また、最近の技術的改善によって自動シーケンス化装置の開発が行われてきた 。このような装置には充填部と反対のゲルの先端部における分光検出手段が含ま れる。この場合、ＤＮＡフラグメントは蛍光ラベル化したプライマーまたは蛍光 ラベル化したヌクレオチドのいずれかを用いて合成される。いずれの場合におい ても、ヌクレオチドの反応はそれぞれ別々に継続して行われ、前記ヌクレオチド の各々に対応するフラグメントは識別可能な蛍光ラベルにより蛍光ラベル化され ている。各蛍光ラベルが固有の周波数で蛍光を発するために、その蛍光発光の特 性から各フラグメントの末端位置におけるヌクレオチドの同定の識別が可能であ る。したがって、これらの装置を分光学的に用いることによってヌクレオチドシ ーケンスの情報を自動的に収集することができる。加えて、各フラグメントに対 応する識別可能な蛍光特性の存在によって４種の別々のシーケンス化反応におけ る生成物を単一列のゲルにおいて電気泳動することが可能になる。 さらに、これらの開発によって、ヌクレオチドのシーケンス化反応において生 じるシーケンスフラグメントの高精度で高信頼性の分離が求められるようになっ た。現行のスラブゲル電気泳動技法においては未解決な技術的 制限が多々ある。例えば、識別的に分離可能なフラグメントの領域における制限 によって各シーケンス化反応物を２組の列に２回に分けてゲル上に充填しなけれ ばならない。この場合、最初に充填した列（したがって最も長く電気泳動される 列）はポリマー化開始部位から最も遠いヌクレオチドシーケンス（および最長の フラグメント）を決定するために用いられ、２番目に充填した組は前記開始部位 に最も近いヌクレオチドシーケンスを決定するために解読される。なお、充填の 相対的なタイミングや電気泳動処理のための反応時間は上記の領域が重なるよう に経験的に選択されるために、いずれの特定なヌクレオチドシーケンスの完全な 部分も解読できる。而して、このような電気泳動の制限によって、最大３５０− ４００個の塩基が任意の部位から開始したシーケンス化反応により解読できる。 したがって、このような従来技術よりも長いヌクレオチドシーケンスが解読可能 な方法および装置の開発が望まれる。 さらに、従来の電気泳動技法を用いて得られるヌクレオチドシーケンス情報を 制限する他の多くの技術的な制限はスラブゲル電気泳動を用いるＤＮＡシーケン ス解析に必要とされる電気泳動条件である。とりわけ、電気泳動中のゲル内に生 じる熱的な温度勾配が問題である。 すなわち、各フラグメントの長さに比例して電気泳動中に一本鎖ＤＮＡフラグ メントを分離するためには、１０００−３０００ボルト（１−３キロボルト（ｋ Ｖ）） の電位差をゲルの両端に２−１６時間印加しなければならない。したがって、約 ３０ないし６０ワットの電力が熱として均一にゲル中に生じて、前記スラブゲル を収容するゲル板から放散する。この発熱作用は変性状態における一本鎖ＤＮＡ の維持効果を高める（それゆえ、移動距離がフラグメントの長さに逆比例する） ので有用（かつ必要）である。しかしながら、このような発熱の程度は前記電気 泳動装置を構成する材料の熱的な耐性により制限される。つまり、このような制 限により印加電圧の大きさが制限される。すなわち、電気泳動の耐久性が印加電 圧の大きさに依存し、また、電気泳動の耐久性を低減する程度が印加電力の大き さの制限によって制約される。 さらに、ＤＮＡシーケンス化ゲルの電気的発熱に伴う他の問題点は前記ゲル中 の発熱の不均一な分布であり、これによってゲル中に熱的な温度勾配が生じる。 従来の変性用アクリルアミドゲルにおける電気泳動条件下では、ゲルの中央の１ ／４ないし１／３の部分が電気泳動中に同ゲルの長さ方向における残部に比して 高温になる。また、一本鎖ＤＮＡの移動度が温度に比例的に（約２．２％／℃の 上昇率で）変化するので、不均一な発熱によって中央の列にある試料が端部にあ る試料に比してより速く移動することになる。この結果、ゲルを縦断する列にお ける帯域パタンがいわゆる「スマイリング」状態（つまり、ゲルの中央からその 両端部に向けて陽極よりに （すなわち、従来技術において上方に）帯域が移動する）になる。 さらに、前記高電圧スラブゲル電気泳動に伴うこれまで未解決の重要な問題は 前方から後方に向けての熱的な温度勾配が生じることである。特に、シーケンス 化ゲルの各列における各帯域とその他の帯域との解像度がこの種の熱的な温度勾 配の影響を受ける。 帯域の解像度は各帯域の大きさ（すなわち、厚さ）と、各帯域の平均の厚さと 各帯域を分離している間隔の幅との間の関係に依存する。つまり、厚い帯域から 成るシーケンス化のはしごはより薄くより絞られた解像幅の帯域を有するゲルよ りもゲルにおける解像可能な有限長によって平均して帯域解像度が低い。また、 シーケンスゲルにおける各帯域が１個のヌクレオチドまで原理的に分離できるの で、特定のヌクレオチドの多数回の繰り返し（例えば、５’−ＴＴＴＴＴＴＴＴ Ｔ−３’）を有するＤＮＡの範囲は、より薄くより絞られた解像幅の帯域を有す るゲルに比して、より厚くより絞られていない解像幅の帯域を有するゲルにおい て解像することが（不可能でないにしても）困難である。このような問題は（電 気泳動の各ヌクレオチドに対応する一本鎖ＤＮＡフラグメントの同一列において はより悪い状態になるために）１種のヌクレオチドの反復範囲を解像する上で特 に重要であるが、前記帯域幅に関する帯域解像度の問題は２個以上のゲル列（い わゆる「圧縮域」）に及ぶゲルの部分に おいても起こる。 これらの問題は従来技術において既に認識されており、シーケンス化反応にお いてＤＮＡをラベル化するための［３５Ｓ］ラベル化デオキシヌクレオチドの使 用によって明らかになっている（Ｓａｍｂｒｏｏｋ他、同引用文献参照）。なお 、３５Ｓはより低いエネルギーの粒子を発してオートラジオグラフ用のフィルム 上のより狭い領域の銀粒子に作用するために、前記３５Ｓからのβ粒子発光によ って生じるオートラジオグラフ帯域の帯域幅は３２Ｐのβ粒子発光により生じる 帯域幅に比して狭くなる。このような狭い帯域幅の有用性が当業界における前記 方法の試みによって明らかとなっているが、３５Ｓの使用には多くの固有の不都 合点を伴う。例えば、このような不都合点としてオートラジオグラフの現像時間 が長いことが挙げられる。 つまり、高電圧を用いるスラブゲル電気泳動によって分離される一本鎖ＤＮＡ フラグメントの帯域幅の主たる決定因子は高電圧電気泳動中のゲル中における前 方から後方に向かう熱的な温度勾配の発生である。それゆえ、前記ＤＮＡシーケ ンス化／ゲル電気泳動技法においては、前方から後方および左右方向の熱的な温 度勾配を最小にする条件下で高電圧スラブゲル電気泳動を行うための装置が要望 されている。 また、従来技術における不都合点としては、ゲルの過熱およびより長い泳動時 間を考慮した上で電圧をいかに 高くするかについての制限、より高いイオン強度はより高い電力を要することに よるイオン強度についての制限、および「スマイリング」（すなわち、左から右 の）ゆがみや低解像度（前から後ろ）を引き起こす不均一加熱が挙げられる。 なお、この種の温度勾配を最小にするための試みが従来より知られており、一 般には３種類の関連する手法から構成されている。 １．アルミニウム支持プレート アルミニウム支持プレートはその最良の実施方法について一般の分子生物学の 参考資料に記載されているものであり、特定の創始者を参考にしていない（参照 、Ｓａｍｂｒｏｏｋ他（１９８８，Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｃｌｏｎｉｎｇ：Ａ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ Ｍａｎｕａｌ，２ｄ ｅｄ．，Ｃｏｌｄ Ｓｐｒｉｎｇ Ｈａｒｂｏｒ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ Ｐｒｅｓｓ，Ｃｏｌｄ Ｓｐｒｉｎｇ Ｈａｒｂｏｒ，Ｎ．Ｙ．，ｖｏｌ．２，ｐ１３．４６）およびＡｕｓｕｂｅｌ 他（１９８７，Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｐｒｏｔｏｃｏｌｓ ｉｎ Ｍｏｌｅｃｕｌａ ｒ Ｂｉｏｌｏｇｙ，Ｊｏｈｎ Ｗｉｌｅｙ＆Ｓｏｎｓ，Ｎ．Ｙ．，ｖｏｌ．１ ，ｐ７．６．１２））。 この種の電気泳動装置の従来の（通常手製の）実施例においては、アルミニウ ムプレートが温度勾配を均一化 する手段としてゲルを収容する前方または後方のガラスプレートに把持されてい る。しかしながら、接触面の平坦さの不均一や空気の低い熱伝導度によって前記 ガラスプレートとアルミニウムプレートとの間の熱の伝達の度合が変化する。こ のアルミニウム支持プレート装置を用いると、変性化スラブゲル電気泳動の従来 条件下においてゲル中に生じる左右方向の温度勾配が１ないし３℃程度減少する 。さらに、「スマイリング」現象もこの装置により実質的に低減することができ るが依然として検出でき、ゲル内に並んだヌクレオチドシーケンスの容易な決定 の妨げになっている。 ２．バッファ支持プレート バッファ支持プレート型の装置（市販のもの（Ｂｅｔｈｅｓｄａ Ｒｅｓｅａ ｒｃｈ Ｌａｂｓ，Ｇａｔｈｅｒｓｂｕｒｇ，ＭＤ； ＢｉｏＲａｄ，Ｈｅｒｃ ｕｌｅｓ，ＣＡ））もまたその最良の実施方法について一般の分子生物学の参考 資料に記載されているものであり、特定の創始者を参考にしていない（参照、Ｓ ａｍｂｒｏｏｋ他、同上の参考文献）。このバッファ支持プレートは自由な伝達 流体（バッファ）とガラスプレートとの間のより均一な熱伝達によってアルミニ ウム支持プレートよりも効果的である。そのため、前記システムは手動の解読処 理において「スマイリング」作用を許容し得る程度 に低減できるが、支持プレートの全長にわたって延出する水密シールの仕切りを 必要とするためにそのシーケンス化ゲル装置の構造が複雑になる。 ３．循環水 上記のバッファ支持プレート型装置におけるさらなる改善がＧａｒｏｆｆおよ びＡｎｓｏｒｇｅにより報告されて（１９８１，Ａｎａｌ．Ｂｉｏｃｈｅｍ．１ １５：４５０）いるようにガラスの後側における流体（通常は水）の強制的な伝 達によって行われており、Ｐｈａｒｍａｃｉａ社（Ｍｉｌｗａｕｋｅｅ，ＷＩ． ）により市販されている。この実施例では左右方向の極めて均一な温度勾配が生 じてゲル幅とほぼ等しい列の直線状の帯域パタンが得られる。前記実施例は上述 したような固定のフォトダイオード管を用いる自動化ゲルシーケンス読み取り装 置に関して有効に使用されてきた。しかしながら、この実施例では特殊な循環ポ ンプが必要であり、前記ポンプは作動中にガラスとプラスチックの水密ジャケッ トが破壊しないように吸引および加圧を調整する。したがって、この点により前 記システムの製造コストがかさむ。さらに、スラブゲル電気泳動によるＤＮＡシ ーケンス化に伴う高電圧のそばの循環ジャケット内に水が存在することも問題で ある。 ４．層流空気冷却式細管電気泳動 Ｗｅｉｎｂｅｒｇｅｒによる１９９１年１０月１日発行の米国特許第５０５３ １１５号には細管式電気泳動装置が記載されており、前記細管の外側に嵌装する 層流空気冷却式ジャケットまたはマニホルドを用いてゲル温度が一定に保たれて いる。この装置においては、加熱素子が細管の一方に配置されており他方にファ ンが備えられていて、感熱素子が層流空気により前記細管の表面上の温度を一定 に保つために用いられている。 Ｏｗｌ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ（Ｃａｍｂｒｉｄｇｅ，Ｍａｓｓａｃｈｕｓｅ ｔｔｓ）は伝達により電気泳動中にゲルを冷却するために科学的研究室の設備に おいて普通に見られるような圧縮空気流を用いるスラブゲル電気泳動装置（「Ｒ ｏａｄ Ｒｕｎｎｅｒ（商標）」と呼ばれる）を取り扱っている。すなわち、ゲ ルプレートからの熱伝達により温められた空気が装置から排気されて前記システ ムから熱が除去される。さらに、切欠部を設けたアルミニウムプレートを用いる ことによって前記装置により得られる伝達式冷却効果をさらに高めることができ る。 発明の概要 本発明はゲル電気泳動分離の強制的な空気温度制御の使用に関する。特に、本 発明はスラブゲルにおける左右方向およびさらに重要な前後方向の温度勾配を精 度良く制御してＤＮＡシーケンスの長さの解読精度を高めるための強制的空気冷 却の方法および装置に関する。 特に、本発明はいくつかの分割流による方法を開示するものであり、前記方法 によりガラスゲルプレートの両側に対称的な熱伝達が生じてゲル中により低い前 後方向の勾配が生じ、これに応じて分離したＤＮＡフラグメントの解像度が高め られる。 このようなガラスの前後の表面上に当たる空気の分割流によってさらに改善が 得られる。すなわち、本発明はスラブゲル電気泳動によるＤＮＡシーケンスの決 定に有用であり、特に、現行のものに比してはるかに長いＤＮＡシーケンスの解 読に有用である。 さらに、本発明の当分野への主たる貢献としてゲル中の均衡した温度勾配を実 現するための多くの特異な方法が挙げられ、例えば、分離したＤＮＡフラグメン トの解像度を高めるためのゲル中の均衡した前後方向の温度勾配、「スマイリン グ」形のゆがみを減少するためのゲル中の均衡した左右方向の温度勾配、繰り返 し動作を実現するためのゲル中の均衡した上下方向の温度勾配が含まれる。 従来技術の装置に勝る利点として、ｓｓＤＮＡを変性状態に保つような高くて 均一な温度でゲルを動作できることが挙げられる。さらに、本発明の他の利点は 解読機能を拡張するために低イオン強度バッファを使用できることである。また 、本発明は拡張した読み取り動作の速度を高めるためにより高い電圧（したがっ てより高い電力／ワット量）の使用を可能にする。本発明のさらに他の利点はゲ ルプレート上に対称的な乱流空気を発生して前後方向および左右方向の温度勾配 を最小にできることである。さらに、本発明の他の利点としては、高い熱伝達効 率や周囲温度よりも高いまたは低い一定の温度条件に維持できることが挙げられ る。 さらに、本発明によればゲル温度を電力浪費の問題から切り放すことができる ので最適条件が実現できる。 図面の簡単な説明 図１ａないし１ｄは高電圧電気泳動後のスラブゲルにおける温度勾配により引 き起こされるゆがみをそれぞれ示しており、図１ａおよび１ｃは従来法による帯 域パタンを示しており、図１ｂおよび１ｄは本発明の装置による帯域パタンを示 している。 図２ａ、２ｂおよび２ｃスラブゲル電気泳動中の温度勾配を減少するための従 来の装置をそれぞれ示している。 図３ａ、３ｂおよび３ｃは空冷式のガラスプレート間のゲル層の温度プロファ イルをそれぞれ示している。 図４ａおよび４ｂはＤＮＡの帯域幅に対する熱の影響の程度を示している。 図５ａ、５ｂおよび５ｃは温度勾配を減少するための強制的な空気冷却方式に よる本発明の実施例をそれぞれ示している。 図６ａおよび６ｃは単一モータにより駆動される２個のスクロールファンを有 する乱流式二面ジェットインピンジメント装置を備える本発明の一実施例を示し ている。 図７ａおよび７ｂは単一ブロアーを有するダブルサイド式接線方向ブロアージ ェットインピンジメントシステムを備える本発明の他の実施例を示している。 図８ａおよび８ｂは装置の底部に単一ファンを有するダブルサイド式接線方向 ファンシステムを備える本発明の他の実施例を示している。 図９ａおよび９ｂは装置の一側面部に単一ファンを有するダブルサイド式エア ーインピンジメントゲル温度制御装置を備える本発明の他の実施例を示している 。 図１０ａおよび１０ｂは装置の上部に単一ファンを有する本発明の他の実施例 を示している。 図１１は本発明における後側インピンジメントプレート上の温度プローブの配 置を示している。 図１２は本発明の温度制御システムの概略図である。 好ましい実施態様の詳細な説明 図１ａないし１ｄは高電圧電気泳動後のスラブゲルにおける温度勾配により生 じたゆがみを示している。図１ａおよび１ｃは従来法により生じる一本鎖ＤＮＡ フラグメントの帯域パタンを示している。また、図１ｂおよび１ｄは本発明によ る装置、すなわち図６、７および８に示す実施例により生じる同一のパタンを示 している。 さらに具体的に言えば、図１ａは強度の左右方向の温度勾配により生じる「ス マイリング(smiling)」現象として呼ばれる一本鎖ＤＮＡフラグメントの帯域パ タンにおける強いゆがみを示している。図１ｂは本発明により左右方向の温度勾 配が減少している場合のＤＮＡフラグメント帯域の同様のパタンを示している。 さらに、図１ｃは強度の前後方向の温度勾配による広がりによって生じるより 幅広い帯域を示している。また、図１ｄは本発明により前後方向の温度勾配が減 少している場合のゲルにおいて見られるより薄い帯域幅を示している。図１ｃお よび１ｄの各々において示される帯域の解像度を比較することによって強度の前 後方向の温度勾配によるヌクレオチドシーケンスの解読性の低下の度合がわかる 。 図２ａ、２ｂおよび２ｃはスラブゲル電気泳動中の温度勾配を減少するための 従来装置をそれぞれ示している。図２ａにおいて、装置１はアルミニウム支持板 ２と、上 方バッファ３と、下方バッファ４およびガラスゲルスラブ５とを備えている。ガ ラスゲルスラブ５は前方ガラスプレート６と後方ガラスプレート７とから成って おり、これらは互いにほぼ平行に配置されて間にゲル８を収容している。この実 施例においては、アルミニウム支持板２が後方ガラスプレート７の後部９に把持 されてインターフェイス部１０を形成している。 図２ｂにおいて、装置１１はバッファ支持板１２と、上方バッファ１３と、下 方バッファ１４とガラスゲルスラブ１５とを備えている。この場合、ガラスゲル スラブ１５は前方ガラスプレート１６と後方ガラスプレート１７とから成ってお り、これらは互いにほぼ平行に配置されて間にゲル１８を収容している。この実 施例においては、バッファ支持板１２が後方ガラスプレート１７の後部１９に把 持されてインターフェイス部２０を形成している。 さらに図２ｃにおいて、装置２１は循環水２３を有する循環水板２２と、上方 バッファ２４と、下方バッファ２５とガラスゲルスラブ２６とを備えている。こ の場合、ガラスゲルスラブ２６は前方ガラスプレート２７と後方ガラスプレート ２８とから成っており、これらは互いにほぼ平行に配置されて間にゲル２９を収 容している。この実施例においては、循環水板２２が後方ガラスプレート２８の 後部３０に把持されてインターフェイス部３１を形成している。循環水２３は入 口３２から入って循環 水板２２内を流れて出口３３から流れ出る。この実施例においては、循環水２３ がガラススラブゲル２６から熱を除去した後に冷却され、図示しない従来法によ って再循環する。 図３ａ、３ｂおよび３ｃは空気冷却式ガラスプレートの間のゲル層の温度プロ ファイルを示している。さらに具体的に言えば、図３ａはほぼ等しい厚さ３８の 前方ガラスプレート３６と後方ガラスプレート３７の間に形成されるゲル３５の 断面３４を示しており、図３ｂは周囲の空気に対する対称的な熱伝達の条件下に おけるゲル３５内の温度プロファイル３９を示しており、これらの条件下におい て、ゲル３５の温度勾配は対称形になっている。この結果、最低ピークのゲル３ ５内における放物線形温度勾配部分（△Ｔゲル４０）および最低量の外側の帯域 の広がり部分が生じる。図３ｃは周囲空気に対する非対称的な熱伝達の条件下に おけるゲル３５内の温度プロファイル４１を示しており、これらの条件下におい て、ゲル３５の温度勾配は非対称形になり、ゲル３５の一端部においてより大き な熱がその他端部に比して伝達している。この結果、前後方向の温度勾配部分（ △Ｔゲル４２）が生じる。なお、このようなパタンは図２ａのアルミニウム支持 板２を有する装置１、図２ｂのバッファ支持板１２を有する装置１１および図２ ｃの循環水支持板２２を有する装置２１から成るゲル電気泳動装置の構成に見ら れる。上記図３ｂおよび３ｃの△Ｔゲル値を比較 することによって、非対称条件下ではゲル３５内にはるかに大きな（約４倍）温 度勾配が生じて帯域の広がりを損なうと共に解像度を低下させている。 ２枚のほぼ等しい厚さのガラスプレートの間に２０μの薄さのゲルを形成して いる。具体的には、導電性ポリアクリルアミドゲルが１×ＴＢＥバッファを伴っ て形成されている。この場合、前記ゲルの厚さ方向に数千ボルトの電圧を印加す ると、約４０ワットの電力がゲル内に均一に生じる。 この時、熱伝作用がゲルの両側に均衡していれば温度勾配は対称形になり、ゲ ル内における最低ピークの放物線形の温度勾配部分△Ｔゲルと最低量の外側の帯 域広がり部分とが生じる。なお、典型的な動作条件としては、ゲル内の勾配が０ ．３℃のオーダであり、ゲル内のＤＮＡの移動度が２．３％／℃の温度係数を有 しており、ゲルの長さ２０ｃｍにわたって１個のフラクションの帯域の広がりが １ｍｍ程度である。 典型例においては、熱伝達性の小さな空気にさらされているシステムの側面部 に比してより多くの熱がアルミニウムまたはバッファ支持板側に伝達する。さら に悪い場合になると、すべての熱が前記支持板に伝達してゲルにおいてはるかに 大きな温度勾配△Ｔゲルが生じて帯域の広がりを損ない解像度を低下させる。こ のような条件下においては、ゲル中の温度勾配が４倍になり、これに応じて解像 度の低下も４倍になる。 図４ａおよび４ｂはＤＮＡ帯域幅に対する熱の影響の度合を示している。特に 、図４ａは１００μ厚のゲルおよび３００μ厚のゲルのそれぞれにおいて電界強 度４５である場合の帯域幅の拡散４３と加熱４４との間の関係を示している。こ のプロットによって帯域幅が電場（ゲル中の電力消費量）の関数として予想でき る。すなわち、きわめて低い場（低電力レベル）においては、帯域幅はゲル組織 中におけるＤＮＡフラグメントの低速移動の拡散によって制限されている。また 、より高い場（より速い移動条件）においては、帯域幅は前記場がフラグメント の不均一な移動を引き起こすためにゲル中の放物線形温度プロファイルによって 決定まる。つまり、より厚いゲルはより高い放物線形温度プロファイルを有して おり、任意の場に対してより広い帯域幅を呈する。そこで、より高速動作で高解 像度を求めるためにより薄いゲルを用いる傾向になっているが、このような薄い ゲルは取り扱いが難しく試料の可能充填量も少ない。 図４ｂは１×トリス−ホウ酸塩−ＥＤＴＡバッファを用いて作成した３００μ 厚のゲル中における加熱作用を最良の場合（すなわち、対称的熱損失４６）およ び最悪の場合（すなわち、非対称的熱損失４７）について示しており、これら２ 本の曲線は点４８において交わっており、ここでの電界強度４５は約５０ボルト ／ｃｍである。 この場合、実線はゲル中における対称的温度勾配（前方および後方のガラスプ レート面において熱損失が等し い）の条件下での３００μ厚ゲルに対する熱拡散作用を示している。ここで、前 面からの熱損失が変化するようにシステムが構成されていると、その特性は破線 で示すようになる。ただし、これらの破線と実線の対称損失の場合が交わる一点 において熱損失は前面と後面において均衡している。また、熱の流れが均衡して いなければ、これらの破線の一方の上にしたがって変化して帯域幅は急激に増加 する。しかしながら、従来のＤＮＡゲル定着物は熱損失と電力レベルを調節する ことによって対称点の近くで動作するように構成されている。しかしながら、こ の点は安定でなく、室内空気への自然伝達やアルミニウム支持板の接触抵抗およ び予測や制御の困難な他の多くの熱的変動要因によって変化する。 図５ａ、５ｂおよび５ｃは温度勾配を低減するための強制的空気冷却方式の本 発明の実施例を示している。同図においては空気の流れが矢印で示されている。 図５ａにおいて、乱流ワンサイドプレート装置４９は上方バッファ５０、下方バ ッファ５１、ガラスゲルスラブ５２およびモータ５４により駆動されるファン５ ３を備えている。ガラスゲルスラブ５２は前方ガラスプレート５５および後方ガ ラスプレート５６から構成されており、これらのガラスプレートは互いに平行に 延出して間にゲル５７を収容している。ファン５３は後方ガラスプレート５６の 後面５８に対向するように配置されている。さらに、前記ファン５３はプロペラ ブレード５９を備えていて、 後方ガラスプレート５６の後面５８上に空気を循環する。すなわち、装置４９は 後方ガラスプレート５６の近傍に大型の羽根車ファン５３を備えていて、乱流空 気がガラスゲルスラブ５２の一方の側面すなわち後方ガラスプレート５６の後面 ５８上にのみ主に循環するようになっている。このような技法は上記の左右方向 の温度勾配を制御するためにバッファ支持式の例にも適用できる。なお、前方お よび後方のガラスプレートの両側に高速空気を循環する試みはなされておらず、 熱勾配は前後方向に非対称となって従来の装置と同様に解像素が低下していた。 図５ｂにおいて、層流二面プレート装置６０は上方バッファ６１、下方バッフ ァ６２、ガラスゲルスラブ６３およびモータ６５により駆動されるファン６４を 備えている。ガラスゲルスラブ６３は前方ガラスプレート６６および後方ガラス プレート６７から構成されており、これらのガラスプレートは互いに平行に延出 して間にゲル６８を収容している。ファン６４は後方ガラスプレート６７の後面 ６９に対向するように配置されている。さらに、前記ファン６４は上方バッファ ６１と下方バッファ６２との間に垂直に延出するブレード７０を備えている。こ のため、空気がファン６４によって層流となって後方ガラスプレート６７の後面 ６９と前方ガラスプレート６６の前面７１に循環する。この装置はガラスゲルプ レート６６および６７の一側面側に取り付けた従来の長いリスかご型ブロアーフ ァン６４を用いて形成されている。 ファン６４が空気を循環すると、空気は分流してそのほぼ半分が前方ガラスプレ ート６６の前面７１上を通過し、残りの半分が後方ガラスプレート６７の後面６ ９を通過する。このために、前後方向の温度勾配がほとんど解消される。なお、 熱電対により計測されるガラスプレート６６および６７の前後の温度勾配は０． ３−０．５℃であり、従来のゲル装置に比して５倍近く改善されている。ただし 、わずかな左右の温度勾配が前記ガラスプレート上を移動する空気の熱によって 生じる。 図５ｃにおいて、二面インピンジメント装置７２は上方バッファ７３、下方バ ッファ７４、ガラスゲルスラブ７５およびモータ７７により駆動するファン７６ を備えている。ガラスゲルスラブ７５は前方ガラスプレート７８および後方ガラ スプレート７９から構成されており、これらのガラスプレートは互いに平行に延 出して間にゲル８０を収容している。ファン７６は下方バッファ７４の下方に配 置されており、プロペラブレード８１を備えている。さらに、装置７２は前方ガ ラスプレート７８の前面８３に対向する前方インピンジメントプレート８２と後 方ガラスプレート７９の後面８５に対向する後方インピンジメントプレート８４ を備えている。これらの前方インピンジメントプレート８２および後方インピン ジメントプレート８４は共にインピンジメント穴８６を有している。ファン７６ は下方バッファ７４の下方から上方バッファ７３に向けて前方インピンジメント プレート ８２と後方インピンジメントプレート８４に沿って空気を分流して循環する。そ の後、この循環空気はインピンジメント穴８６に入った後に下方バッファ７４に 向かって流れる。而して、この装置は共通ファン７６と、それによる空気の分流 と、前方および後方ガラスプレートにそれぞれ対向する前方および後方インピン ジメントプレートとを備えて、図５ａおよび５ｂの実施例よりも優れた性能を示 す。すなわち、前記装置においては、インピンジメント穴８６に流れ込んだ空気 がガラスの表面、すなわち前面８３および後面８５にほぼ直角に衝突するために 、局所的な乱流が生じて極めて高い熱伝達係数が得られる。装置７２はほぼ対称 形に構成されており、インピンジメント穴８６は前面８３および後面８５に沿っ て並んでいて、空気流が対称で大きな分配空間を備えることによって均衡してい る。さらに、装置７２はその底部から上部にテーパー状に延出する壁８７を備え ている。このような装置によれば、ガラスプレートの前後方向の温度勾配は０． １℃以下になり、左右方向の温度勾配は０．３℃と極めて低い値になる。さらに 、ほぼ対称の構成によってゲル８０自体においても対称的な温度勾配が維持され る。 図６ａおよび６ｂは前方および後方室８８’および側方室８８”を有する乱流 式二面ジェットインピンジメント装置８８を備える本発明の他の実施例を示して いる。空気の流れは矢印で示している。この装置８８は上方バ ッファ８９、下方バッファ９０、ガラスゲルスラブ９１および単一モータ９３に より駆動される２個のスクロールファン９２を備えている。ガラスゲルスラブ９ １は前方ガラスプレート９２および後方ガラスプレート９３から構成されており 、これらのガラスプレートは互いに平行に延出して間にゲル９４を収容している 。ファン９２は下方バッファ９０の下方に配置されており、プロペラブレード９ ５をそれぞれ備えている。さらに、装置８８は前方ガラスプレート９２の前面９ ７に対向する前方インピンジメントプレート９６と後方ガラスプレート９３の後 面９９に対向する後方インピンジメントプレート９８を備えている。これらの前 方インピンジメントプレート９６および後方インピンジメントプレート９８は共 にインピンジメント穴１００を有している。空気がファン９２により下方バッフ ァ９０の下方から前方および後方室８８’に沿って上方バッファ８９に向かって 循環する。その後、循環空気がインピンジメント穴１００に入り込み、側方室８ ８”に向かって移動する時に、ガラスゲルスラブ９１から熱を取り去る。その後 、空気は側方室８８”を通過してスクロールファン９２の吸込み口１０１に流れ る。この場合、空気がインピンジメントプレート９６および９８の穴１００にガ ラスプレート９２および９３に対してほぼ直角に高速で流れ込むために高い熱伝 達効率が得られる。 図７ａおよび７ｂは前方および後方室１０２’および 側方室１０２”を有するダブルサイド接線方向ブロアー式ジェットインピンジメ ント装置１０２を備える本発明の他の実施例を示している。この場合も、空気の 流れが矢印で示されている。前記装置１０２は上方バッファ１０３、下方バッフ ァ１０４、ガラスゲルスラブ１０５および図示しないモータにより駆動される単 一ブロアーファン１０６を備えている。ガラスゲルスラブ１０５は前方ガラスプ レート１０７および後方ガラスプレート１０８から構成されており、これらのガ ラスプレートは互いに平行に延出して間にゲル１０９を収容している。ブロアー ファン１０６は下方バッファ１０４の下方に配置されている。さらに、装置１０ ２は前方ガラスプレート１０７の前面１１１に対向する前方インピンジメントプ レート１１０と後方ガラスプレート１０８の後面１１３に対向する後方インピン ジメントプレート１１２を備えている。これらの前方インピンジメントプレート １１０および後方インピンジメントプレート１１２は共にインピンジメント穴（ これらは図示していないが、図６ａおよび６ｂに示すようなインピンジメント穴 １００と同様である）を有している。空気が出口１０６’におけるブロアーファ ン１０６により下方バッファ１０４の下方から前方および後方室１０２’に沿っ て上方バッファ１０３に向かって循環する。その後、循環空気がインピンジメン ト穴に入り込み、側方室１０２”に向かって移動する時に、ガラスゲルスラブ１ ０５から熱を取り去る。その 後、空気は側方室１０２”を通過してブロアーファン１０６の吸込み口１０６” に流れる。この場合、空気がインピンジメントプレート１１０および１１２の穴 にガラスプレート１０７および１０８に対してほぼ直角に高速で流れ込むために 高い熱伝達効率が得られる。さらに、装置１０２は出口１０６’から出る空気と 吸込み口１０６”に帰還する空気とを分離する隔壁１０４’を備えている。また 、前記装置１０２も蝶番式の上蓋１１４’を有するテーパー状の壁１１４を備え ており、この上蓋は持ち上げて装置１０２の中を見ることができる。この装置１ ０２は接線方向に二重になった装置を備えている点で図６ａおよび６ｂに示す装 置８８と類似しているが、装置８８には２個のスクロールファン９２が備えられ ており、装置１０２には単一の接線方向ブロアーファン１０６が備えられている 点で異なっている。 さらに、図８ａおよび８ｂは前方および後方室１１５’と側方室１１５”を有 する空気インピンジメント式ゲル温度制御装置１１５を備える本発明の他の実施 例を示している。空気の流れは矢印で示されている。前記装置１１５は上方バッ ファ１１６、下方バッファ１１７、ガラスゲルスラブ１１８および単一モータ１ ２０により駆動されるブロアーファン１１９を備えている。ガラスゲルスラブ１ １８は前方ガラスプレート１２１および後方ガラスプレート１２２から構成され ており、これらのガラスプレートは互いに平行に延出して間にゲル１２３を 収容している。ブロアーファン１１９は下方バッファ１１７の下方に配置されて おり、プロペラブレード１２４を備えている。さらに、装置１１５は前方ガラス プレート１２１の前面１２６に対向する前方インピンジメントプレート１２５と 後方ガラスプレート１２２の後面１２８に対向する後方インピンジメントプレー ト１２７を備えている。これらの前方インピンジメントプレート１２５および後 方インピンジメントプレート１２７は共にインピンジメント穴１２９を有してい る。空気がブロアーファン１１９により下方バッファ１１７の下方から前方およ び後方室１１５’に沿って上方バッファ１１６に向かって循環する。その後、循 環空気がインピンジメント穴１２９に入り込み、側方室１１５”に向かって移動 する時に、ガラスゲルスラブ１１８から熱を取り去る。その後、空気は側方室１ １５”を通過してブロアーファン１１９の吸込み口１３０”に流れる。この場合 、空気がインピンジメントプレート１２５および１２７の穴１００にガラスプレ ート１２１および１２２に対してほぼ直角に高速で流れ込むために高い熱伝達効 率が得られる。さらに、装置１１５はブロアーファン１１９の出口１２４’から 出る空気と吸込み口１３０からブロアーファン１１９に帰還する空気とを分離す る隔壁１１７’を備えている。さらに、装置１１５はモータ１２０を取り付ける ための取り付けプレート１２４”を有している。 図９ａおよび９ｂは空気インピンジメント式ゲル温度 制御装置１３１を備える本発明の他の実施例を示している。空気の流れは矢印で 示されている。前記装置１３１は上方バッファ１３２、下方バッファ１３３、ガ ラスゲルスラブ１３４および単一モータ１３６により駆動されるブロアーファン １３５を備えている。ガラスゲルスラブ１３４は前方ガラスプレート１３７およ び後方ガラスプレート１３８から構成されており、これらのガラスプレートは互 いに平行に延出して間にゲル１３９を収容している。可動の下方バッファ１３３ はガラスプレートの種々の長さに対応できるように上方バッファ１３２に対して 接近または離間移動できる。図９ｂは２種の異なる位置、すなわち位置１３３’ および１３３”にある可動の下方バッファ１３３を示している。さらに、装置１ ３１は前方ガラスプレート１３７の前面１４１に対向する前方インピンジメント プレート１４０と後方ガラスプレート１３８の後面１４３に対向する後方インピ ンジメントプレート１４２を備えている。これらの前方インピンジメントプレー ト１４０および後方インピンジメントプレート１４２は共にインピンジメント穴 １４４を有している。また、装置１３１は転流プレート１４５を備えており、前 記プレートはブロアーファン１３５と後方インピンジメントプレート１４２との 間に配置されている。空気がブロアーファン１３５により転流プレート１４５の 回りおよびインピンジメントプレート１４０と１４２の回りを分流状態で循環す る。その後、循環空気がイン ピンジメント穴１４４に入り込んでガラスゲルスラブ１３４から熱を取り去る。 この時、空気がインピンジメントプレート１４０および１４２の穴１４４にガラ スプレート１３７および１３８に対してほぼ直角に高速で流れ込むために高い熱 伝達効率が得られる。その後、空気はガラスプレート１３７および１３８に沿っ て流れ、ブロアーファン１３５の吸込み口１４６に帰還する。つまり、前記循環 空気はインピンジメント穴１４４に入り込んだ後に、ブロアーファン１３５の吸 込み口１４６に戻る時にガラススラブゲル１３４から熱を取り去る。図９ｂに示 すように、前記空気は装置１３１の底部および／または上部からブロアーファン １３５に帰還できる。さらに、装置１３１はブロアーファン１３５の出口１４６ ”から出る空気と吸込み口１４６からブロアーファン１３５に帰還する空気とを 分離する隔壁１４６’を備えている。 図１０ａおよび１０ｂは前方および後方室１４７’と側方室１４７”とを有す る空気インピンジメント式ゲル温度制御装置１４７を備える本発明の他の実施例 を示している。空気の流れは矢印で示されている。前記装置１４７は上方バッフ ァ１４８、下方バッファ１４９、ガラスゲルスラブ１５０およびブロアーファン １５１を備えている。ガラスゲルスラブ１５０は前方ガラスプレート１５２およ び後方ガラスプレート１５３から構成されており、これらのガラスプレートは互 いに平行に延出して間にゲル１５４を収容している。ブロアーファン１５１ は上方バッファ１４８の上方に配置されている。さらに、装置１４７は前方ガラ スプレート１５２の前面１５６に対向する前方インピンジメントプレート１５５ と後方ガラスプレート１５３の後面１５８に対向する後方インピンジメントプレ ート１５７を備えている。これらの前方インピンジメントプレート１５５および 後方インピンジメントプレート１５７は共にインピンジメント穴（図示しないが 図６ａおよび６ｂに示すようなインピンジメント穴１００と同様である）を有し ている。また、装置１４７は上方バッファ１４８の回りに配置された転流プレー ト１５９を備えている。空気がブロアーファン１５１により転流プレート１５９ の外側の表面１６０の回りとインピンジメントプレート１５５および１５７の回 りを循環する。その後、循環空気がインピンジメント穴に入り込み、側方室１４ ７”に向かって移動する時に、ガラスゲルスラブ１５０から熱を取り去る。その 後、空気は側方室１４７”を通過してブロアーファン１５１の吸込み口１６１に 流れる。この時、空気がインピンジメントプレート１５５および１５７のインピ ンジメント穴にガラスプレート１５２および１５３に対してほぼ直角に高速で流 れ込むために高い熱伝達効率が得られる。なお、転流プレート１５９はブロアー ファン１５１の出口１６２から出る空気と吸込み口１６１からブロアーファン１ ５１に帰還する空気を分離する。 上記の本発明の実施例はブロアーファンの種々の配置 を示しており、前記ブロアーファンは場合によって装置の残部との関係からブロ アーまたはファンとして記載されている。当業者においては、前記ブロアーファ ンの位置が安全やバランスを考慮した設計上の選択によって決まることが認識で きる。しかしながら、すべての要因を考慮すると、図９ａおよび９ｂに示す実施 例が好ましい構成であると考えられる。 図１１は本発明における後方インピンジメントプレート１４２上の温度プロー ブ２００の位置を示している。この温度プローブ２００は上記の各実施例におけ る後方インピンジメントプレートまたは前方インピンジメントプレートのいずれ の上にも配置できる。好ましい実施例においては、前記温度プローブ２００が図 ９ａおよび９ｂの後方インピンジメントプレート１４２の底部近傍の上に配置さ れている。 図１２は本発明の温度制御システム２０１の概略図である。この温度制御シス テム２０１は閉ループ式温度制御システムである。この場合、温度プローブ２０ ０は精密サーミスタであり、前記サーミスタは０℃ないし７０℃の範囲で精度良 く機能する。この温度プローブ２００と固定抵抗器２０２との組み合わせによっ て分圧器が構成され、前記分圧器が抵抗器の変化を電圧の変化に変換する。これ によって、温度プローブ２００だけの場合に比して温度対電圧曲線がより線形に なる。 その後、電圧は１２ビットアナログ−デジタル変換器 （「ＡＤＣ」）２０４によってデジタル信号に変換される。さらに、基準電圧２ ０３が分圧器に電圧を供給する。この結果、ＡＤＣが比率を読み取る。この場合 、基準電圧の変化は前記読み取りに影響しない。つまり、前記読み取り結果にお ける誤差は温度プローブ２００における許容誤差、抵抗器２０２の許容誤差、Ａ ＤＣ２０４のオフセットおよび前記ＡＤＣ２０４の線形誤差から成る。 さらに、マイクロコントローラ２０５が毎秒１回ＡＤＣ２０４を読み取る。前 記マイクロコントローラは約０．１℃のインクリメントと線形補間を伴うルック アップテーブルを用いて温度を計算する。その後、温度読み取り値が所定の値か ら差し引かれる。この結果が温度誤差である。次いで、前記温度誤差がマイクロ コントローラ２０５に供給される。さらに、この出力がパルス幅変調（「ＰＷＭ 」）によってヒータ２０７を制御する。また、マイクロコントローラ２０５は６ １Ｈｚでリアルタイムクロックを用いて１ＨｚのＰＷＭ周期を制御するので、ヒ ータ２０７はソリッドステートリレイ（「ＳＳＲ」）スイッチ２０６を介して１ ／６１のインクリメント内に制御できる。 ヒータ２０７は４５０Ｗの比較的高い電力レベルのために交流電圧が印加され る。このヒータ２０７はソリッドステートリレイスイッチ２０６によってオンオ フ動作の切り替えができる。ＰＷＭの周波数は１Ｈｚに選択される。したがって 、１秒周期の間に、１２０回（５０Ｈ ｚで１００回）のＡＣ電圧のゼロクロッシングが存在する。この結果、ヒータ２ ０７はリアルタイムクロックに比してより精細な解像度を得るために１／１２０ （または１／１００）インクリメントにおいて完全なオフ動作から完全なオン動 作に制御できる。それゆえ、解像度は１／６１になり、この値は特定の制御動作 において十分に精細である。なお、好ましい実施態様においては、温度はゲル電 気泳動中に±約０．５℃の許容誤差範囲で５０℃ないし６０℃の範囲に保たれる 。 上記の本発明の詳細な説明は一般的用語において記載し、いくつかの好ましい 実施例に基づいている。なお、当業者であれば、以下の請求の範囲とこれに相当 する記載に規定する本発明の精神および範囲に逸脱することなく上記の好ましい 装置および方法の多くを変更することが可能である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ， ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ)， ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，Ｃ Ｈ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ， ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，Ｍ Ｎ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＴ， ＵＡ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ (72)発明者 バルジ、 ディーン エス. アメリカ合衆国 94025 カリフォルニア 州 メンロ パーク エイス アヴェニュ ー 636 (72)発明者 デイヴィス、 トーマス イー. アメリカ合衆国 カリフォルニア州 サン フランシスコ ウルロア アヴェニュー 2642 (72)発明者 ヴァンヒュイスティー、 スティーヴン エム. アメリカ合衆国 94402 カリフォルニア 州 サン マテオ サウス フンボルト ストリート 941

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．ガス状熱交換媒体と、ガス状熱交換媒体を駆動する手段と、衝突手段との組 み合わせから成り、前記ガス状熱交換媒体を前記衝突手段を介して前記ガス状熱 交換媒体駆動手段により駆動してゲルプレートの表面上に前記ガス状熱交換媒体 の流れを供給し、前記流れを前記ガス状熱交換媒体の前記衝突手段への通過によ り生ぜしめてゲル内の温度勾配を強制的な熱伝達作用により最小化することを特 徴とするゲル電気泳動分離装置。 ２．前記ガス状熱交換媒体駆動手段がブロアーから成ることを特徴とする請求項 １に記載の装置。 ３．前記ガス状熱交換媒体が空気であり、前記ガス状冷却媒体駆動手段がファン であることを特徴とする請求項１に記載の装置。 ４．一定容量のガス状熱交換媒体と、ガス状熱交換媒体収容部を規定するべく構 成されたガス状熱交換媒体収容手段と、ガス状熱交換媒体駆動手段と、衝突手段 とから成る温度制御組立体から成り、 前記ガス状熱交換媒体を前記ガス状熱交換媒体収容手段内において前記衝突手 段を介して前記ガス状熱交換媒体駆動手段により駆動してゲル領域内またはその 近傍に 前記ガス状熱交換媒体の流れを供給し、前記流れを前記ガス状熱交換媒体の前記 衝突手段への通過により生ぜしめてゲル内の温度勾配を強制的な熱伝達作用によ り最小化することを特徴とするゲル電気泳動分離装置の改善方法。 ５．前記衝突手段が第１のインピンジメントプレートと第２のインピンジメント プレートから成り、 これらのインピンジメントプレートがほぼ同じ大きさでほぼ長方形状であり、 各プレートが内面と外面と複数の貫通孔を有しており、各インピンジメントプレ ートのそれぞれの面が互いにほぼ平行に延出しており、前記貫通孔が各インピン ジメントプレートの面に対してほぼ垂直に形成されて衝突経路を規定しており、 前記第１インピンジメントプレートがゲル電気泳動分離装置の第１のゲルプレ ートに近接配置されて概ねこれを覆っていて、前記ゲルプレートとインピンジメ ントプレートとの間に一定の間隙が規定されており、 前記第２インピンジメントプレートがゲル電気泳動分離装置の第２のゲルプレ ートに近接配置されて概ねこれを覆っていて、前記ゲルプレートとインピンジメ ントプレートとの間に一定の間隙が規定されており、前記第１および第２ゲルプ レートの間にゲル収容領域が規定されていることを特徴とする請求項４に記載の ゲル電気泳動分離装置の改善方法。 ６．前記インピンジメントプレートおよび前記ゲルプレートの各々がほぼ等しい 長方形状の断面領域を有していることを特徴とする請求項５に記載のゲル電気泳 動分離装置の改善方法。 ７．前記ガス状熱交換媒体駆動手段がブロアーから成ることを特徴とする請求項 ４に記載のゲル電気泳動分離装置の改善方法。 ８．前記ガス状熱交換媒体が空気であり、前記ガス状熱交換媒体駆動手段がファ ンであることを特徴とする請求項４に記載のゲル電気泳動分離装置の改善方法。 ９．一定容量のガス状熱交換媒体と、外側周辺部と第１のガス状熱交換媒体収容 領域と前記第１領域の先端に位置して前記第１領域と中央のガス状熱交換媒体収 容領域を介して分離している第２のガス状熱交換媒体収容領域とを有するガス状 熱交換媒体収容部を規定するべく構成されたガス状熱交換媒体収容ハウジングと 、前記ガス状熱交換媒体を前記ガス状熱交換媒体収容ハウジング内において駆動 する手段とから成り、前記ガス状熱交換媒体駆動手段が前記第２ガス状熱交換媒 体収容領域の近傍に配置されており、さらに、前記ガス状熱交換媒体を送出して 前記ガス状熱交換媒体収容ハウジングの外側周辺部 に沿って流すための手段と、第１および第２インピンジメントプレートとから成 る温度制御組立体から成り、 これらのインピンジメントプレートがほぼ同じ大きさでほぼ長方形状であり、 各プレートが内面と外面と複数の貫通孔を有しており、各インピンジメントプレ ートのそれぞれの面が互いにほぼ平行に延出しており、前記貫通孔が各インピン ジメントプレートの面に対してほぼ垂直に形成されて衝突経路を規定しており、 前記第１インピンジメントプレートがゲル電気泳動分離装置の第１のゲルプレ ートに近接配置されて概ねこれを覆っていて、前記ゲルプレートとインピンジメ ントプレートとの間に一定の間隙が規定されており、 前記第２インピンジメントプレートがゲル電気泳動分離装置の第２のゲルプレ ートに近接配置されて概ねこれを覆っていて、前記ゲルプレートとインピンジメ ントプレートとの間に一定の間隙が規定されており、さらに、前記第１および第 ２ゲルプレートの間にゲル収容領域が規定されており、 前記ガス状熱交換媒体が前記ガス状熱交換媒体駆動手段により前記ガス状熱交 換媒体収容部内において前記周辺部に沿って前記駆動手段の先端にある前記第１ 領域に向けて送り出され、前記中央領域を通過して前記インピンジメントプレー トのそれぞれの外側の表面と接触することによって、前記ガス状熱交換媒体が各 インピンジメントプレートの複数の貫通孔を通過して前記ゲルプレー トとインピンジメントプレートとの間の間隙内に流れ込み、さらに、ガス状熱交 換媒体駆動手段に近接する前記第２領域に移動し、 前記流れを前記ガス状熱交換媒体の前記インピンジメントプレートの貫通孔に おける通過により生ぜしめて前記ゲルプレート間のゲル収容空間内における温度 勾配を前記熱交換媒体と第１および第２ゲルプレートの外側の表面との間の熱伝 達により最小化することを特徴とするゲル電気泳動分離装置の改善方法。 １０．前記インピンジメントプレートおよびゲルプレートの各々がほぼ等しい長 方形状の断面領域を有していることを特徴とする請求項９に記載のゲル電気泳動 分離装置。 １１．前記インピンジメントプレートがほぼ同一の大きさであることを特徴とす る請求項９に記載のゲル電気泳動分離装置。 １２．前記ゲルプレートが前記ガス状熱交換媒体収容ハウジングのほぼ中央に配 置されており、ガス状熱交換媒体の収容部を二等分していることを特徴とする請 求項９に記載のゲル電気泳動分離装置。 １３．前記ガス状熱交換媒体駆動手段がブロアーから成 ることを特徴とする請求項９に記載のゲル電気泳動分離装置。 １４．前記ガス状熱交換媒体を送り出して前記ガス状熱交換媒体収容ハウジング の外側周辺部に沿って流すための手段がキャップ形シュラウドから成ることを特 徴とする請求項９に記載のゲル電気泳動分離装置。 １５．前記キャップ形シュラウドが前記ガス状熱交換媒体駆動手段に近接するガ ス状熱交換媒体収容領域に配置されていることを特徴とする請求項１４に記載の ゲル電気泳動分離装置。 １６．前記ガス状熱交換媒体が空気であり、前記ガス状熱交換媒体駆動手段がフ ァンから成ることを特徴とする請求項９に記載のゲル電気泳動分離装置。 １７．第１のゲルプレートと、第２のゲルプレートと、第１のバッファ溜と、第 ２のバッファ溜と温度制御サブアセンブリとを組み合わせて備えており、 前記第１ゲルプレートと第２ゲルプレートがほぼ同じ大きさでほぼ長方形状で あり、前記ゲルプレートが互いにほぼ平行に延出してゲル収容領域を規定してお り、各ゲルプレートが内側のゲル接触面と外側の面と第１の端部と一対の側端部 と第２の端部を有しており、前記ゲル 収容領域がさらに前記側端部の各々に概ね沿って前記第１および第２プレートの 間に配置される一対のスペーサにより規定されており、 前記第１バッファ溜が前記第１端部に近接して前記ゲル収容領域に連通してお り、 前記第２バッファ溜が前記第２端部に近接して前記ゲル収容領域に連通してお り、 前記温度制御組立体がさらに外側周辺部と第１のガス状熱交換媒体収容領域と 前記第１領域の先端に位置して前記第１領域と中央のガス状熱交換媒体収容領域 を介して分離している第２のガス状熱交換媒体収容領域と一定量のガス状熱交換 媒体とを有するガス状熱交換媒体収容部を規定するべく構成されたガス状熱交換 媒体収容ハウジングと、前記ガス状熱交換媒体を前記ガス状熱交換媒体収容ハウ ジング内において駆動する手段とを備えており、前記ガス状熱交換媒体駆動手段 が前記第２ガス状熱交換媒体収容領域に近接配置されており、さらに、前記ガス 状熱交換媒体を送り出してガス状熱交換媒体収容部の外側周辺部に沿って流す手 段と、第１のインピンジメントプレートと第２のインピンジメントプレートを備 えており、 前記インピンジメントプレートがほぼ同じ大きさでほぼ長方形状であり、各プ レートが内側の面と外側の面と複数の貫通孔を有しており、各インピンジメント プレートのそれぞれの面が互いにほぼ平行に延出しており、前 記貫通孔が各インピンジメントプレートの面に対してほぼ垂直に備えられて衝突 経路を規定しており、 前記第１インピンジメントプレートが前記第１ゲルプレートに近接配置され て概ねこれを覆っていて、前記ゲルプレートとインピンジメントプレートとの間 に一定の間隙が規定されており、前記第２インピンジメントプレートが前記第２ ゲルプレートに近接配置されて概ねこれを覆っていて、前記ゲルプレートとイン ピンジメントプレートとの間に一定の間隙が規定されており、前記ガス状熱交換 媒体がガス状熱交換媒体駆動手段によりガス熱交換媒体収容部内においてガス状 熱交換媒体収容ハウジングの周辺部に沿って前記駆動手段の先端に位置する前記 第１領域に向けて送り出され、前記中央領域を通過して前記インピンジメントプ レートのそれぞれの外側の面に接触することにより前記ガス状熱交換媒体がイン ピンジメントプレートの各々の複数の貫通孔を連通し、これによって、前記ゲル プレートとインピンジメントプレートとの間の間隙内へのガス状熱交換媒体の流 れが生じて前記ガス状熱交換媒体駆動手段に近接する第２領域に移動し、 前記流れを前記ガス状熱交換媒体の前記インピンジメントプレートの貫通孔に おける通過により生ぜしめて前記ゲルプレート間のゲル収容空間内における温度 勾配を前記熱交換媒体と第１および第２ゲルプレートの外側の表面との間の熱伝 達により最小化することを特徴とする ゲル電気泳動分離装置。 １８．前記インピンジメントプレートおよびゲルプレートが各々にほぼ等しい長 方形状の断面領域を有していることを特徴とする請求項１７に記載のゲル電気泳 動分離装置。 １９．前記インピンジメントプレートがほぼ同一寸法であることを特徴とする請 求項１７に記載のゲル電気泳動分離装置。 ２０．前記ゲルプレートが前記ガス状熱交換媒体収容ハウジングのほぼ中央に配 置されて前記ガス状熱交換媒体収容部を二等分していることを特徴とする請求項 １７に記載のゲル電気泳動分離装置。 ２１．前記ガス状熱交換媒体駆動手段がブロアーから成ることを特徴とする請求 項１７に記載のゲル電気泳動分離装置。 ２２．前記ブロアーが前記ゲルプレートの第１または第２端部のいずれかに近接 して配置されていることを特徴とする請求項２１に記載のゲル電気泳動分離装置 。 ２３．前記ガス状熱交換媒体を送出して前記ガス状熱交 換媒体収容部の外側周辺部に沿って流すための手段がキャップ形シュラウドから 成ることを特徴とする請求項１７に記載のゲル電気泳動分離装置。 ２４．前記キャップ形シュラウドが前記ガス状熱交換媒体駆動手段に近接するガ ス状熱交換媒体収容領域に配置されていることを特徴とする請求項２３に記載の ゲル電気泳動分離装置。 ２５．前記ガス状熱交換媒体が空気であり、前記ガス状熱交換媒体駆動手段がフ ァンから成ることを特徴とする請求項１７に記載のゲル電気泳動分離装置。 ２６．前記ファンが前記ゲルプレートの第１または第２端部のいずれかに近接し て配置されていることを特徴とする請求項２５に記載のゲル電気泳動分離装置。 ２７．前記ガス状熱交換媒体収容ハウジングが一定長および一定距離だけ離間し ている側方パネルから成り、前記側方パネルが前記パネルの長さ方向に沿って前 記パネル間の距離が増加するように配列構成されており、前記側方パネルの配列 構成が前記パネル間に一定角度を画定しており、前記角度が約１０度ないし９０ 度であり、前記収容ハウジングにより規定される収容部の断面積が前記第２ガス 状熱交換媒体収容領域におけるよりも前記第 １ガス状熱交換媒体収容領域におけるほうが小さいことを特徴とする請求項１７ に記載のゲル電気泳動分離装置。 ２８．前記ガス状熱交換媒体駆動手段が前記ゲルプレートの第１または第２端部 のいずれかに対してほぼ垂直方向に向いていることを特徴とする請求項１７に記 載のゲル電気泳動分離装置。 ２９．前記第１および第２バッファ溜が前記ガス熱交換媒体収容部から物理的に 隔離していることを特徴とする請求項１７に記載のゲル電気泳動分離装置。 ３０．ゲル電気泳動分離処理が周囲温度よりも高い温度で行われることを特徴と する請求項１７に記載のゲル電気泳動分離装置。 ３１．電気泳動処理が閉じられた制御環境空間における第１および第２プレート の間のスラブゲル中において行われ、前記空間が第１および第２ゲルプレートに それぞれ対向する第１および第２壁部を有しているスラブゲル電気泳動分離装置 において、 前記第１ゲルプレートと第１壁部との間に配された第１衝突手段と、前記第２ ゲルプレートと第２壁部との間に配された第２衝突手段とから成り、各衝突手段 が複数の開口部を備えて前記第１および第２衝突手段と第１お よび第２壁部との間にガス状熱交換媒体の流れを発生するための手段を形成して おり、 前記ガス状熱交換媒体が第１および第２衝突手段における開口部を通過して、 前記ガス状熱交換媒体を第１および第２ゲルプレート上に垂直に衝突させること により電気泳動処理中にスラブゲルを均一温度にすることから成る改善を有する ことを特徴とするスラブゲル電気泳動分離装置。 ３２．前記ガス状熱交換媒体駆動手段がゲル電気泳動処理中に前記ガス状熱交換 媒体の温度を約５０℃ないし６０℃に維持することを特徴とする請求項１に記載 の装置。 ３３．前記ガス状熱交換媒体駆動手段が前記ガス状熱交換媒体の温度を±約０． ５℃の許容誤差範囲内に維持することを特徴とする請求項３２に記載の装置。 ３４．（ａ）複数の開口部を有するインピンジメントプレートと、前記開口部に ガス状熱交換媒体を通過させるための手段と、ガラスプレートの間にゲルを収容 する手段とを内部に備えて前記開口部を通過するガス状熱交換媒体を前記ガラス プレート上に衝突させるように構成された閉じられた空間部を備える段階と、 （ｂ）前記ガラスプレートの間にゲルを収容する手段により前記空間部内におけ るガラスプレート間にゲルを配 置する段階と、 （ｃ）前記ガス状熱交換媒体を前記インピンジメントプレートにおける開口部に 通過させて電気泳動用ゲルを均一に加熱する段階とから成ることを特徴とする電 気泳動分離処理中にガラスプレート上の電気泳動ゲルの温度を維持するための方 法。 ３５．前記ガス状熱交換媒体の温度が電気泳動分離処理中に約５０℃ないし６０ ℃の範囲内に維持されることを特徴とする請求項３４に記載の方法。 ３６．前記ガス状熱交換媒体の温度が±約０．５℃の許容誤差範囲内に維持され ることを特徴とする請求項３５に記載の方法。