オンライン前濃縮によるマイクロチップ電気泳動法の高感度化と新型チップの開発

2005 年度 研究成果報告書概要

• 研究課題/領域番号: 16350045
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 分析化学
• 研究機関: 広島大学
• 研究代表者: 廣川 健 広島大学, 大学院・工学研究科, 教授 (30116652)
• 研究分担者: 育田 夏樹 広島大学, 大学院・工学研究科, 助手 (00274118) ; 伊藤 一明 近畿大学, 工学部, 助教授 (80151497)
• 研究期間 (年度): 2004 – 2005
• キーワード: マイクロチップ電気泳動法 / オンライン前濃縮 / 過渡的等速電気泳動法 / 高感度分析

研究概要

マイクロチップ電気泳動は、電気泳動装置のダウンサイジング・迅速な自動分析・パラレル処理などの特徴から、特にDNA断片やタンパク質など生体関連試料の分析において近年注目を集めている。しかしながらキャピラリー電気泳動と異なり、マイクロチップの分離チャンネルは数10mmと短いため、分離能は低い。また試料仕込み体積が3μL程度と少ないため、濃度感度が低いという問題がある。これは従来用いられてきた電気的試料導入法(Pinched injection)では、仕込み試料のごく一部しか分離チャンネルに導入されないためである。例えば市販装置(UV検出)を使用した場合、DNA断片分析における濃度感度は数100μg/mLである。これを改善するため、電気的注入と過渡的等速電気を組み合わせたオンライン前濃縮を用いる新規なメソッドを開発しElectrokinetic superchargingと名付けた。本法によると、市販されている電気泳動用マイクロチップおよび装置を用いた場合でも、DNA断片やタンパク質について濃度感度を従来法に比べ20〜30倍向上させ得ることを実証した。また、この方法に最適な濃縮チャンネルを持つマイクロチップを設計するため、コンピューターシミュレーションを応用し(ソフトウエア、CFD-ACE+)、新しく濃縮チャンネルを持つマイクロチップを試作した。シミュレーションは特に濃縮チャンネルの折り返し構造の設計・チャンネルクロス部の拡散等の評価に有用であった。このマイクロチップおよび分析メソッドは従来法が依存する既存特許(Ramsey特許)に抵触しない新規なものである。このチップを用いた新しいメソッドの開発・評価を行なうと共に、本研究の成果を基に、広島大学と島津製作所で特許(マイクロチップ電気泳動方法及び装置)を共同出願した。米国特許についても近々出願予定である。

研究成果

• [雑誌論文] Recent advances of transient isotachophoresis-capillary electrophoresis in the analysis of small ions from high-conductivity matrces (2006)
  • 著者名/発表者名: A.R.Timerbaev
  • 雑誌名: Electrophoresis 27 ページ: 323-340
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Recent advances of transient isotachophoresis-capillary electrophoresis in the analysis of small ions from high- conductivity matrices (2006)
  • 著者名/発表者名: Andrei R.Timerbaev, Takeshi Hirokawa
  • 雑誌名: Electrophoresis 27 ページ: 323-340
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Impact of reservoir potentials on the analyte behavior in microchip electrophoresis estimated by computer simulation experimental validation for DNA fragments (2005)
  • 著者名/発表者名: Zhongqi Xu
  • 雑誌名: Electrophoresis 26 ページ: 383-390
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Simultaneous determination of metal ions, amino acids,and other small biogenic molecules in human serum bu capillary zone electrophoresis with transient isotachophoretic preconcentration (2005)
  • 著者名/発表者名: H.Okamoto
  • 雑誌名: Journal of Separation Science 28 ページ: 522-528
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Sensitive monitoring of iodine species in sea water using capillary electrophoresis : vertical profiles of dissolved iodine in the Pacific Ocean (2005)
  • 著者名/発表者名: Zhuo huang
  • 雑誌名: Journal of Environmental Monitoring 7 ページ: 804-808
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Ion chromatography for determination of nitrite and nitrate in seawater usin monolithic ODS colimns (2005)
  • 著者名/発表者名: Kazuaki Ito
  • 雑誌名: Journal of Chromatography A 1-83 ページ: 63-67
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Impact of reservoir potentials on the analyte behavior in microchip electrophoresis estimated by computer simulation and experimental validation for DNA fragments (2005)
  • 著者名/発表者名: Zhongqi Xu, Y.Nakamura, Takeshi Hirokawa
  • 雑誌名: Electrophoresis 26 ページ: 383-390
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Simultaneous determination of metal ions, amino acids, and other small biogenic molecules in human serum by capillary zone electrophoresis with transient isotachophoretic preconcentration (2005)
  • 著者名/発表者名: Hikaru Okamoto, Andrei R.Timerbaev, Takeshi Hirookawa
  • 雑誌名: Journal of Separation Science 28 ページ: 522-528
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Sensitive monitoring of iodine species in sea water using capillary electrophoresis : vertical profiles of dissolved iodine in the Pacific Ocean (2005)
  • 著者名/発表者名: Zhuo Huang, Kazuaki Ito, Isamu Morita, Kuriko Yokota, Keiichi Fukushi, Andrei R.Timerbaev, Shuichi Watanabe, Takeshi Hirokawa
  • 雑誌名: J.Environ.Monit 7(8) ページ: 804-808
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Ion chromatography for determination of nitrite and nitrate in seawater using monolithic ODS columns (2005)
  • 著者名/発表者名: Kazuaki Ito, Yohichi Takayama, Nobuyuki Makabe, Ryo Mitsui, Takeshi Hirokawa
  • 雑誌名: Journal of Chromatography A 1083 ページ: 63-67
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] High-sensitivity capillary electrophoresis determination of inorganic anions in serum and urine using on-line preconcentration by transient isotachophoresis (2004)
  • 著者名/発表者名: T.Hirokawa
  • 雑誌名: J. Chromatogr. B 811 ページ: 165-170
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Performance of electrokinetic supercharging for high-sensitivity detection of DNA fragments in chip gel electrophoresis (2004)
  • 著者名/発表者名: Zhongqi Xu
  • 雑誌名: Electrophoresis 25 ページ: 3785-3881
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Speciation studies by capillary electrophoresis - simultaneous determination of iodide and iodate in seawater (2004)
  • 著者名/発表者名: Zhuo Huang
  • 雑誌名: Anal. Bioanal. Chem. 378 ページ: 1836-1841
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Determination of some aliphatic carboxylic acids in anaerobic digestion process waters by ion-exclusion chromatogtaphy with conductimetric detection on a weakly acidic cation-exchange resin column (2004)
  • 著者名/発表者名: Kazuaki Ito
  • 雑誌名: J.Chromatogr. A 1039 ページ: 141-145
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Further research on iodine speciation in sewawater by capillary zone electrophoresis with isotachophoretic preconcentration (2004)
  • 著者名/発表者名: Zhuo Huang
  • 雑誌名: J. Chromatogr., A 1055 ページ: 229-234
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] High-sensitivity capillary electrophoresis determination of inorganic anions in serum and urine using on-line preconcentration by transient Isotachophoresis (2004)
  • 著者名/発表者名: Takeshi Hirokawa, Masato Yoshioka, Hikaru Okamoto, Andrei R.Timerbaev, Gottfried Blaschke
  • 雑誌名: J.Chromatogr.B. 811 ページ: 165-170
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Optimization of the electrokinetic supercharging preconcentration for high-sensitivity microchip gel electrophoresis on cross-geometry microchip (2004)
  • 著者名/発表者名: Zhongqi Xu, Takeshi Hirokawa
  • 雑誌名: Electrophoresis 25 ページ: 2357-2362
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Performance of electrokinetic supercharging for high-sensitivity detection of DNA fragments in chip gel electrophoresis (2004)
  • 著者名/発表者名: Zhongqi Xu, Tsutomu Nishine, Akihiro Arai, Takeshi Hirokawa
  • 雑誌名: Electrophoresis 25 ページ: 3875-3881
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Speciation studies by capillary electrophoresis - simultaneous determination of iodide and iodate in seawater (2004)
  • 著者名/発表者名: Zhuo Huang, Kazuaki Ito, Andrei R.Timerbaev, Takeshi Hirokawa
  • 雑誌名: Anal.Bioanal.Chem. 378 ページ: 1836-1841
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Determination of some aliphatic carboxylic acids in anaerobic digestion process waters by ion-exclusion chromatography with conductimetric detection on a weakly acidic cation-exchange resin column (2004)
  • 著者名/発表者名: Kazuaki Ito, Yohichi Takayama, Mikaru Ikedo, Masanobu Mori, Hiroshi Taoda, Qun Xn, Wenzhi Hu, Hiroshi Sunaliara, Tsuneo Hayashi, Shinji Sato, Takeshi Hirokawa, Kazuhiko Tanaka
  • 雑誌名: J.Chromatogr.A 1039 ページ: 141-145
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Further research on iodine speciation in seawater by capillary zone electrophoresis with isotachophoresis Preconcentration (2004)
  • 著者名/発表者名: Zhuo Huang, Kazuaki Ito, Takeshi Hirokawa
  • 雑誌名: J.Chromatogr.A 1055 ページ: 229-234
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Optimization of the electrokinetic supercharging preconcentration for high-sensiticity microhip gel electrophoresis on a cross-geometry microchip (2002)
  • 著者名/発表者名: Zhongqi Xu
  • 雑誌名: Electrophoresis 25 ページ: 2357-2362
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [産業財産権] マイクロチップ電気泳動方法及び装置 (2005)
  • 発明者名: 廣川 健, 荒井 昭博
  • 権利者名: 国立大学広島大学, 株式会社島津製作所
  • 産業財産権番号: 特許(2002-141987)
  • 出願年月日: 2005-05-13
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より