High Performance Analysis of Biomacromolecules by combining organogel electrophoresis and on-line sample preconcentration techniques

• Project/Area Number: 18K05162
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 34020:Analytical chemistry-related
• Research Institution: Hirosaki University
• Principal Investigator: Kitagawa Fumihiko 弘前大学, 理工学研究科, 准教授 (20362452)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2021-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2020)
• Budget Amount: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000); Fiscal Year 2020: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000); Fiscal Year 2019: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2018: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
• Keywords: 分離分析 / チップ分析 / 電気泳動分析 / オンライン試料濃縮 / グラジエント溶離 / キャピラリーゲル電気泳動 / 生体高分子 / マイクロチップ電気泳動 / マイクロ・ナノデバイス

Outline of Final Research Achievements

By combining LVSEP-FASI, which can concentrate target analytes both in a whole capillary and supplied from a sample reservoir, and NACGE based on organogel, a highly efficient enrichment up to 141000-fold improvement was achieved in 80% methanol-20% DMSO system. It was found that, on the other hand, gradient elution in NACGE can be attained for cations and anions by migrating amines and boric acids, respectively, from the detector sides. Therefore, separation analyses combining highly sensitive LVSEP-FASI-NACGE and highly effective gradient elution in NACGE can be performed in CE and MCE.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

LVSEP-FASI-NACGEにおいて，80%メタノール-20%DMSO系で141000倍の高効率な濃縮を達成できた。これはポリマーおよび20%DMSOの添加により泳動液の粘性が適度に上昇したことやEOFが効果的に抑制されたことを反映して，試料のピーク広がりが抑制されたために，高い濃縮率が得られたものと考えられる。一方，グラジエント溶離において，DMSO系ではグラジエントにより泳動時間が大きく短縮されたのに対し，水系では全く変化しなかった。これはDMSO系では効果的な水素結合により粘性が変化するのに対して，水系では強い溶媒和によりグラジエント剤との水素結合が働かないことに起因している。

Research Products

• [Journal Article] LVSEP Analysis of Cationic Analytes in Cationic Polymer-Coating Microchannel Prepared by Vacuum-Drying Method (2021)
  • Author(s): KITAGAWA Fumihiko、NIIMIYA Yuka、NUKATSUKA Isoshi
  • Journal Title: CHROMATOGRAPHY Volume: 42 Issue: 2 Pages: 109-114
  • DOI: 10.15583/jpchrom.2021.008
  • NAID: 130008061752
  • ISSN: 1342-8284, 1348-3315
  • Year and Date: 2021-06-20
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Nonaqueous capillary gel electrophoretic analysis of metal nanoclusters in polymeric?DMSO?Li + systems (2020)
  • Author(s): Kitagawa Fumihiko、Ohashi Mika、Naraoka Reo、Kondo Haruna、Kudo Naotsugu、Okazaki Masaaki、Nukatsuka Isoshi
  • Journal Title: ELECTROPHORESIS Volume: 41 Issue: 16-17 Pages: 1400-1404
  • DOI: 10.1002/elps.202000099
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] LVSEP Analysis of Cationic Analytes in Non-Aqueous Capillary Electrophoresis (2019)
  • Author(s): KITAGAWA Fumihiko、OSANAI Osamu、NUKATSUKA Isoshi
  • Journal Title: CHROMATOGRAPHY Volume: 40 Issue: 2 Pages: 79-82
  • DOI: 10.15583/jpchrom.2019.008
  • NAID: 130007676153
  • ISSN: 1342-8284, 1348-3315
  • Year and Date: 2019-06-20
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Highly sensitive analysis in capillary electrophoresis using large-volume sample stacking with an electroosmotic flow pump combined with field-amplified sample injection (2019)
  • Author(s): Kitagawa, F.; Wakagi, S.; Takegawa, Y.; Nukatsuka, I.
  • Journal Title: Analytical Sciences Volume: 35
  • NAID: 130007689326
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] On-line sample preconcentration by polarity switching in floating electrode-integrated microchannel (2019)
  • Author(s): Kitagawa Fumihiko、Tanigawa-Joh Kana、Terashita Satomi、Fujiki Ryohei、Nukatsuka Isoshi、Sueyoshi Kenji、Otsuka Koji
  • Journal Title: ELECTROPHORESIS Volume: 40 Issue: 18-19 Pages: 2478-2483
  • DOI: 10.1002/elps.201800501
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Sample Preconcentration Protocols in Microfluidic Electrophoresis (2018)
  • Author(s): Kitagawa Fumihiko、Otsuka Koji
  • Journal Title: Methods in Molecular Biology Volume: 1906 Pages: 65-78
  • DOI: 10.1007/978-1-4939-8964-5_4
  • ISBN: 9781493989638, 9781493989645
  • Peer Reviewed
• [Presentation] ポリマー/DMSO/Li+系における非水系キャピラリーゲル電気泳動法の開発 (2020)
  • Author(s): 北川文彦
  • Organizer: 第31回クロマトグラフィー科学会議
  • Invited
• [Presentation] Developmemnt of non-aqueous capillary gel electrophoresis in polymeric-DMSO-Li+systems (2020)
  • Author(s): 北川文彦
  • Organizer: 令和2年度化学系学協会東北大会
  • Invited
• [Presentation] LVSEP-FASI法による非水系キャピラリーゲル電気泳動の高感度化 (2020)
  • Author(s): 北川文彦
  • Organizer: 日本分析化学会第69年会,
• [Presentation] LVSEP-FASI法による非水系キャピラリー電気泳動の高感度化 (2020)
  • Author(s): 北川文彦
  • Organizer: 第27回クロマトグラフィーシンポジウム
• [Presentation] LVSEP-FASI法による生体分子の高感度マイクロチップ電気泳動分析 (2020)
  • Author(s): 北川文彦
  • Organizer: 第27回クロマトグラフィーシンポジウム
• [Presentation] グラジエント溶離－非水系キャピラリーゲル電気泳動分析によるアニオン性金属錯体分析 (2019)
  • Author(s): 北川文彦
  • Organizer: 第30回クロマトグラフィー科学会議
• [Presentation] Analysis of Anionic Metal Complexes by Gradient Elution-Non-aqueous Capillary Gel Electrophoresis (2019)
  • Author(s): Fumihiko Kitagawa
  • Organizer: HPLC2019 Kyoto
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] グラジエント溶離－非水系キャピラリーゲル電気泳動法の開発 (2019)
  • Author(s): 北川文彦
  • Organizer: 第39回キャピラリー電気泳動シンポジウム
  • Invited
• [Presentation] 非水系マイクロチップ電気泳動－LVSEP法によるカチオン分析の高感度化 (2019)
  • Author(s): 北川文彦
  • Organizer: 日本分析化学会第68年会
• [Presentation] LVSEP法によるカチオン種の非水系マイクロチップ電気泳動分析の高感度化 (2019)
  • Author(s): 北川文彦
  • Organizer: 第26回クロマトグラフィーシンポジウム
• [Presentation] 金属錯体のグラジエント溶離－非水系キャピラリーゲル電気泳動分析 (2018)
  • Author(s): 北川文彦, 佐藤李香, 奈良岡礼朗, 糠塚いそし
  • Organizer: 第38回キャピラリー電気泳動シンポジウム (SCE2018)
• [Presentation] グラジエント溶離－非水系キャピラリーゲル電気泳動による金属錯体の高性能分離 (2018)
  • Author(s): 北川文彦, 佐藤李香, 奈良岡礼朗, 糠塚いそし
  • Organizer: 第29回クロマトグラフィー科学会議
• [Presentation] グラジエント溶離－非水系キャピラリーゲル電気泳動による金属錯体の高性能分離 (2018)
  • Author(s): 北川文彦, 佐藤李香, 奈良岡礼朗, 糠塚いそし
  • Organizer: 日本分析化学会第67年会
• [Presentation] Highly-sensitive Microchip Electrophoretic Analysis by LVSEP-FASI (2018)
  • Author(s): Fumihiko Kitagawa, Ayaka Yamazaki, Misaki Tateyama, Tatsuya Ishiguro, Isoshi Nukatsuka
  • Organizer: 25th International Symposium on Electro- and Liquid Phase-Separation Techniques (ITP2018)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] LVSEP-FASI法によるマイクロチップ電気泳動分析の高感度化 (2018)
  • Author(s): 原和希, 山崎綾花, 舘山美咲, 石黒達也, 糠塚いそし, 北川文彦
  • Organizer: 第25回クロマトグラフィーシンポジウム
• [Presentation] グラジエント溶離－非水系キャピラリーゲル電気泳動法の開発 (2018)
  • Author(s): 田澤遥, 佐藤李香, 奈良岡礼朗, 大橋弥香, 糠塚いそし, 北川文彦
  • Organizer: 第25回クロマトグラフィーシンポジウム
• [Book] 超微量分析入門 (2019)
  • Author(s): 井上満, 植田郁生, 齊戸美弘, 高橋隆子, 深澤亮一, 堀江正一, 北川文彦, 竹内豊英
  • Total Pages: 200
  • Publisher: オーム社
  • ISBN: 9784274700859