電気泳動の新技術

アンジェロ・デパルマは、ニュージャージー州ニュートンに住むフリーライターです。 [email protected] までご連絡ください。

1980 年代後半に考案された「ラボ オン チップ」というアイデアは、マッチ箱サイズのシリコン、ガラス、プラスチックの板上に分析研究所全体に相当するものを作成しようとしました。 これらのデバイスのほとんどは、マイクロ流体分析デバイスで依然として主流の分析モードであるキャピラリー電気泳動に基づいていました。

マッチ箱サイズの基板上に実験室全体に似たものを製造するという夢は実現しませんでしたが、チップ上で簡単な電気泳動を実行する商用機器が登場しました。 これらは主に、医療診断を含むライフサイエンスに役立ちます。 市場調査レポートでは、このようなシステムの年間成長率は 7% と堅調であると推定されています。

PerkinElmer は、DNA および RNA 用の LabChip® GX Touch™ 核酸アナライザーと、タンパク質およびグリカン用の LabChip® GXII Touch™ タンパク質特性評価システムの 2 つのマイクロ流体電気泳動プラットフォームを提供しています。 どちらのシステムも、電気泳動ベースの生体分子の分離、サイジング、および定量のためのハイスループット プラットフォームを提供します。 パーキンエルマーは、薄いガラスや石英のマイクロチップに低ミクロンサイズのチャネルを埋め込む特別な微細加工方法を開発しました。 マイクロチップはプラスチック製のキャディを介して機器と接続し、簡単なサンプルのロードと機器との係合をサポートします。

「マイクロ流体ベースの生体分子分析とゲルベースの生体分子分析の主な利点は、スループット、分解能、使いやすさ、感度、多用途性です」と、パーキンエルマーのオートメーションおよびマイクロ流体工学のゼネラルマネージャーであるジェームス・アトウッド博士は述べています。 「従来のゲル電気泳動は時間と労力がかかり、ばらつきが生じやすく、大量の貴重なサンプルを消費します。」

LabChip マイクロ流体ベースのアッセイは、分離ごとにわずか 150 ナノリットルのサンプルを消費し、それぞれ低 pg/μL および ng/mL 濃度範囲の核酸サンプルとタンパク質サンプルに適合します。 LabChip の 1 サイクルあたり最大 384 サンプルのスループットは、ゲルベースのシステムや N 結合型グリカンなどの生体分子のスループットをはるかに上回っています。これらの生体分子は、電気泳動ゲルベースの分離には修正できませんが、マイクロ流体システムで分離および検出できます。 マイクロ流体ベースの生体分子分離のもう 1 つの重要な利点は、電荷のみに基づいてネイティブタンパク質を分離および定量し、電荷変異体を検出できることです。 ゲルベースの電気泳動では、タンパク質の電荷変異を解決できません。

一般的なゲル電気泳動ベースの質量分析ワークフローでは、最初に化合物がゲル内で分離され、次に目的の生体分子に対応するバンドが切除されます。 プロテオミクス ワークフローでは、LC-MS/MS の前にタンパク質が酵素的に分解され、ペプチド フラグメントがゲルから抽出されます。 このアプローチには、直交分離モードであるなど多くの利点がありますが、非常に面倒です。

マイクロ流体チップを HPLC システムおよび質量分析計に直接接続できるようにする、いくつかのマイクロ流体ベースのシステムが開発されています。 これらのマイクロクロマトグラフィー システムでは、マイクロ流体チャネルには、目的の分離モードに特有の固定相が充填されています。 これにより、質量分析計での溶出、イオン化、検出による生体分子の自動捕捉および/または分離がオンチップで直接可能になります。 ゲルベースのアプローチとは対照的に、マイクロクロマトグラフィー システムは自動化に適しており、充填剤の変更に基づいて目的の特定の生体分子を標的にするように調整できます。

Agilent 2100 バイオアナライザー システムで使用されるチップは、試薬とサンプルの適用に使用される 16 個のウェルを備えたプラスチック キャディで構成されています。 各チップには、アッセイの種類、ロット番号、およびアッセイ固有のチップ設定の識別子がラベル付けされています。 ガラスチップにはエッチングされたマイクロチャネルが組み込まれており、キャディの裏側に接着されています。 「ガラスチップと分離チャネルの製造プロセスは、半導体デバイスの製造プロセスと似ています」と、アジレント テクノロジーズ (カリフォルニア州サンタクララ) のバイオアナライザー製品マネージャーのエヴァ グラフ氏は言います。 アジレントは、チャネル構造を反映したタンパク質および核酸チップ用の特別な保護マスクを使用しています。 ガラスチップがエッチング剤にさらされると、チャネルのみがガラスにエッチングされます。 残りのチップ表面はマスクによって保護されます。