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JP2003270149A - Capillary array electrophoretic device - Google Patents

Capillary array electrophoretic device

Info

Publication number
JP2003270149A
JP2003270149A JP2003043542A JP2003043542A JP2003270149A JP 2003270149 A JP2003270149 A JP 2003270149A JP 2003043542 A JP2003043542 A JP 2003043542A JP 2003043542 A JP2003043542 A JP 2003043542A JP 2003270149 A JP2003270149 A JP 2003270149A
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JP
Japan
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capillary
capillaries
laser
fluorescence
array
Prior art date
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Application number
JP2003043542A
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Japanese (ja)
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Inventor
Takashi Anazawa
隆 穴沢
Satoshi Takahashi
智 高橋
Hideki Kanbara
秀記 神原
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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  • Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
  • Optical Measuring Cells (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a capillary array electrophoretic device irradiating a plurality of capillaries by a laser at the same time and carrying out on-column fluorometry. <P>SOLUTION: The plurality of capillaries 1 are arranged on a plane of glass 5, and the laser 2 is irradiated from a side of the array along an array axis. By relationships among an outside radius and inside radius of the capillary, a refractive index of a medium 11 of a capillary outer part, a refractive index of a material 1 of the capillary and a refractive index of a medium 10 of a capillary interior, the capillary has a convex lens effect. A laser beam is repeatedly focused and it travels through the capillary array without deviating from the array axis of the capillaries. Sufficient laser power reaches each capillary interior, concurrent fluorometry is made possible, and high sensitiveness, high speed and high throughput can be realized. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、DNA、RNA、
又は蛋白質等の分離分析装置に関し、特にDNA、RN
Aの塩基配列決定、あるいは個体の塩基配列の多様性に
基づく制限酵素断片の多型性の計測に有効なキャピラリ
ーアレイ電気泳動装置に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to DNA, RNA,
Or a separation / analysis apparatus for proteins, etc.
The present invention relates to a capillary array electrophoresis apparatus effective for determining the base sequence of A or measuring the polymorphism of restriction enzyme fragments based on the diversity of individual base sequences.

【0002】[0002]

【従来の技術】DNA、RNA等の分析技術は、遺伝子
解析や遺伝子診断を含む医学、生物学の分野でますます
重要になってきている。特に最近、ゲノム解析計画に関
連して、高速、高スループットのDNA解析装置の開発
が進んでいる。DNA解析では、蛍光標識された試料を
ゲル電気泳動によって分子量分離し、試料にレーザを照
射して蛍光標識から発する蛍光を検出し、得られた一連
の信号を解析する。ゲル電気泳動では、アクリルアミド
を間隔0.3mm程度の2枚のガラス板の間に重合させ
た平板ゲルが広く用いられている(スラブゲル電気泳
動)。平板ゲルの上端に注入された試料は、平板ゲルの
両端に印加された電界により、分子量分離されながら下
端方向に泳動される。泳動開始点から一定距離の平板ゲ
ルの位置を、レーザで平板ゲルの側面かり全ての泳動路
を一度に照射し、レーザ照射部を通過する蛍光標識され
た試料の分離成分を励起する。レーザ照射による蛍光の
検出は一定時間間隔で連続して周期的に行なう。この検
出結果を解析することにより、DNA塩基配列を決定し
ている。
2. Description of the Related Art Analysis techniques for DNA, RNA, etc. are becoming more and more important in the fields of medicine and biology including gene analysis and gene diagnosis. Particularly in recent years, the development of a high-speed, high-throughput DNA analysis device has been advanced in relation to the genome analysis project. In DNA analysis, a fluorescently labeled sample is subjected to gel electrophoresis to separate its molecular weight, and the sample is irradiated with a laser to detect the fluorescence emitted from the fluorescent label, and the resulting series of signals is analyzed. In gel electrophoresis, a slab gel in which acrylamide is polymerized between two glass plates with a spacing of about 0.3 mm is widely used (slab gel electrophoresis). The sample injected at the upper end of the slab gel is electrophoresed toward the lower end while being separated in molecular weight by the electric field applied to both ends of the slab gel. The position of the slab gel at a certain distance from the migration start point is irradiated with a laser on all the migration paths of the side face of the slab gel at one time to excite the separation component of the fluorescently labeled sample passing through the laser irradiation part. Fluorescence detection by laser irradiation is continuously and periodically performed at fixed time intervals. The DNA base sequence is determined by analyzing the detection result.

【0003】最近、平板ゲルに替わり、溶融石英毛細管
内にゲルを重合させたキャピラリーゲルが用いられるよ
うになった。キャピラリーゲル電気泳動は、上記のスラ
ブゲル電気泳動と比較して大きな電界を加えられことが
でき、高速、高分離が可能な方法として注目を集めてい
る(Analytical Chemistry 6
2,900(1990))。通常、キャピラリーゲル電
気泳動装置では、1本のキャピラリー管を用い、その下
端近傍のキャピラリー中をレーザ照射し、蛍光標識され
た試料から発する蛍光を検出するオンカラム計測を行な
っている。キャピラリーの外表面全体はポリイミドコー
ティングがなされているので、蛍光を検出する位置のコ
ーティングを除去してガラスが露出した窓にしておく
(米国特許5312535(May 17,199
4))。このガラスが露出した位置に照射されるレーザ
により、電気泳動によってキャピラリー内部を泳動する
蛍光標識された試料の分離された成分が励起され蛍光を
発する。この蛍光を一定時間間隔で連続して周期的に計
測し、解析することによりDNA塩基配列を決定してい
る。
Recently, instead of a flat gel, a capillary gel in which a gel is polymerized in a fused silica capillary tube has been used. Capillary gel electrophoresis has attracted attention as a method capable of applying a large electric field as compared with the above-mentioned slab gel electrophoresis and capable of high speed and high separation (Analytical Chemistry 6).
2,900 (1990)). Usually, in a capillary gel electrophoresis apparatus, one capillary tube is used, the inside of the capillary near the lower end of the capillary tube is irradiated with a laser, and on-column measurement is performed to detect fluorescence emitted from a fluorescence-labeled sample. Since the entire outer surface of the capillary is coated with polyimide, the coating at the position where fluorescence is detected is removed to leave a glass-exposed window (US Pat. No. 5,321,535 (May 17,199).
4)). The separated component of the fluorescence-labeled sample, which migrates inside the capillary by electrophoresis, is excited by the laser applied to the position where the glass is exposed to emit fluorescence. The DNA base sequence is determined by continuously measuring and measuring this fluorescence at regular time intervals.

【0004】しかし、上記のオンカラム計測装置では、
レーザビームのキャピラリー表面での屈折が大きいため
に、1度に1本のキャピラリーしか使用できず、スルー
プットが上がらないという難点があった。最近、複数本
のキャピラリーをアレイ化して、多くの試料を同時に高
速分析する高スループットなキャピラリーアレイゲル電
気泳動装置がいくつかの例が報告されている。
However, in the above on-column measuring device,
Due to the large refraction of the laser beam on the surface of the capillary, only one capillary can be used at a time, and the throughput cannot be increased. Recently, some examples of a high-throughput capillary array gel electrophoresis apparatus in which a plurality of capillaries are arrayed and a large number of samples are simultaneously analyzed at high speed have been reported.

【0005】第1の例では、キャピラリーアレイスキャ
ン方式(Nature,359,167(1992))
であり、複数のキャピラリーを1本づつ順番にレーザ照
射し、オンカラム蛍光計測する方式である。この装置で
はレーザビームがキャピラリー中で最も絞られる位置と
蛍光計測器(蛍光受光光学系)に入射する光源位置とが
一致する共焦点構造が採用されており、1本づつのキャ
ピラリーを独立に計測できる。レーザ照射及び蛍光受光
光学系は固定し、キャピラリーアレイを保持したステー
ジを1次元方向に移動させて、各キャピラリーを順番に
レーザ照射している。
In the first example, a capillary array scan system (Nature, 359, 167 (1992))
In this method, a plurality of capillaries are sequentially irradiated with laser one by one, and on-column fluorescence measurement is performed. This device uses a confocal structure in which the position where the laser beam is most narrowed in the capillary matches the position of the light source that enters the fluorescence measuring device (fluorescence receiving optical system), and each capillary is measured independently. it can. The laser irradiation and fluorescence receiving optical system are fixed, the stage holding the capillary array is moved in a one-dimensional direction, and each capillary is sequentially irradiated with laser.

【0006】第2の例は、キャピラリーアレイシースフ
ロー方式(Nature,361,565−566(1
993)、特開平6−138037号公報)である。こ
の装置では、キャピラリーアレイの下端を緩衝液中に浸
し、ゲル電気泳動によって分子量分離された試料成分を
そのまま緩衝液中に溶出させ、キャピラリーの存在しな
い空間部分で、試料成分から発する蛍光を検出する、オ
フカラム計測を行っている(キャピラリーにレーザ照射
して蛍光標識された試料成分から発する蛍光を検出する
オンカラム計測に対比して、本願明細書では、キャピラ
リーの存在しない空間部分で、蛍光標識された試料成分
から発する蛍光を検出する方式を、簡単のためにオフカ
ラム計測と呼ぶ)。
The second example is a capillary array sheath flow system (Nature, 361, 565-566 (1
993) and JP-A-6-138037). In this device, the lower end of the capillary array is immersed in a buffer solution, the sample components whose molecular weight has been separated by gel electrophoresis are eluted as they are in the buffer solution, and the fluorescence emitted from the sample components is detected in the space where no capillaries are present. In contrast to on-column measurement in which fluorescence emitted from a fluorescence-labeled sample component is detected by irradiating a capillary with a laser, in the present specification, fluorescent labeling is performed in a space portion where no capillary is present. The method of detecting fluorescence emitted from sample components is called off-column measurement for simplicity).

【0007】また、緩衝液を試料成分の泳動方向にゆっ
くり流すことによって、異なるキャピラリーゲルから溶
出された分離成分の緩衝液中での互い混合、あるいは1
本のキャピラリーゲル中で分離されていた2つの成分の
緩衝液中での混合を防止している。キャピラリーアレイ
出口近傍で、キャピラリーが存在せず緩衝液が存在する
空間部分を、レーザ照射してキャピラリー表面でのレー
ザビームの散乱の問題を回避し、複数のキャピラリーか
ら溶出された成分を、実質的に一括して励起し、実質的
に同時に蛍光検出することが可能になっている。
Further, by slowly flowing the buffer solution in the migration direction of the sample components, the separated components eluted from different capillary gels are mixed with each other in the buffer solution, or 1
The mixing of the two components separated in the book's capillary gel in buffer is prevented. In the vicinity of the exit of the capillary array, laser irradiation is applied to the space where there are no capillaries and buffer is present to avoid the problem of laser beam scattering on the capillary surface, and the components eluted from multiple capillaries are substantially eliminated. It is possible to excite all together and detect fluorescence at substantially the same time.

【0008】第3の例では、複数のキャピラリーを機械
的にスキャンすることなく、複数のキャピラリーを同時
にオンカラム計測するために、単一のレーザ光源からの
レーザ光をビームスプリッター等により分割して、複数
のキャピラリーのそれぞれに同時照射している(Ana
lytical Chemistry 65,956
(1993))。
In the third example, in order to perform on-column measurement of a plurality of capillaries simultaneously without mechanically scanning a plurality of capillaries, laser light from a single laser light source is split by a beam splitter or the like, Simultaneous irradiation of each of a plurality of capillaries (Ana
Lytical Chemistry 65,956
(1993)).

【0009】第4の例では、レーザ光をシリンドリカル
レンズでキャピラリーの配列方向に拡げて複数のキャピ
ラリーに一括して照射している(Analytical
Chemistry 66,1424(199
4))。
In the fourth example, the laser light is expanded by a cylindrical lens in the direction in which the capillaries are arranged, and the plurality of capillaries are collectively irradiated (Analytical).
Chemistry 66, 1424 (199
4)).

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】上記第1の例のキャピ
ラリーアレイスキャン方式では、蛍光計測をキャピラリ
ー1本づつ順番に行なうため、1本あたりの蛍光検出に
割り当てられる時間が、1本のキャピラリーを使用する
通常のオンカラム計測に比較して減ってしまう。n本の
キャピラリーアレイを使用する場合、通常のオンカラム
計測に比較して1本あたりの蛍光検出に割り当てられる
時間は最大で1/n、実際には試料の分離成分が通過し
ないキャピラリーのガラス部分もスキャンされるので1
/n以下になってしまう。この結果、蛍光検出感度が低
下する問題が生じる。即ち、上記第1の例で、1本のキ
ャピラリーを使用する通常のオンカラム計測と同等の蛍
光検出感度を得るためには、通常のオンカラム計測にお
ける蛍光の検出時間のn倍以上の時間を必要とすること
になる。
In the capillary array scanning method of the first example, the fluorescence measurement is performed one by one in order, so that the time allotted for fluorescence detection per one capillary It is reduced compared to the usual on-column measurement used. When using n capillary arrays, the maximum time allotted for fluorescence detection per line is 1 / n as compared to normal on-column measurement, and the glass part of the capillaries where the separated components of the sample do not actually pass through 1 because it is scanned
/ N or less. As a result, there arises a problem that the fluorescence detection sensitivity decreases. That is, in the first example described above, in order to obtain fluorescence detection sensitivity equivalent to that of ordinary on-column measurement using one capillary, a time that is n times or more the fluorescence detection time in ordinary on-column measurement is required. Will be done.

【0011】また、1本のキャピラリー中で分離される
成分の電気泳動パターンの隣り合うピークの時間間隔
は、高速分析になるほど小さくなるが、この隣り合うピ
ークの時間間隔に対して、n本のキャピラリーアレイの
1回のスキャンに要する時間が無視できないほど大きく
なると、分離された成分の電気泳動パターンの分離能が
低下する問題が生じる。更に、この第1の例の装置で
は、スキャンを機械的に行なうためのステージ可動部を
もち、故障が多発する構造を有している。
Further, the time interval between adjacent peaks of the electrophoretic pattern of the components separated in one capillary becomes smaller as the analysis becomes faster, but the time interval between adjacent peaks is n. If the time required for one scan of the capillary array becomes too long to be ignored, there arises a problem that the resolution of the electrophoretic pattern of the separated components decreases. Further, the apparatus of this first example has a stage movable portion for mechanically performing scanning, and has a structure in which failures frequently occur.

【0012】上記の第2の例のキャピラリーアレイシー
スフロー方式では、分子量分離された成分から得られる
蛍光強度が、オンカラム蛍光計測の場合と比較して、分
子量が大きくなるほど小さくなってしまうという問題が
ある。この問題は、次の理由から生じる。キャピラリー
ゲルの下端より緩衝液中に溶出した分離成分が、緩衝液
中で拡散等によって混合しないようにするためには、緩
衝液を試料成分の泳動方向に一定速度以上で定常的に流
す必要がある。一方、キャピラリーゲル中を分子量分離
されながら泳動する試料成分の泳動速度は、その分子量
が大きいほど小さくなる。緩衝液のフロー速度に対して
成分のキャピラリーゲル中での試料成分の泳動速度が小
さいほど、その試料成分はキャピラリーゲルから緩衝液
中に溶出される際に、泳動方向に大きく引き伸ばされる
ことになる。その結果、蛍光強度が小さくなり、蛍光表
指揮された試料成分から発する蛍光の計測感度が低下す
る原因となる。
In the capillary array sheath flow system of the above second example, there is a problem that the fluorescence intensity obtained from the components whose molecular weights have been separated becomes smaller as the molecular weight becomes larger than that in the case of on-column fluorescence measurement. is there. This problem occurs for the following reasons. In order to prevent the separated components eluted in the buffer solution from the lower end of the capillary gel from mixing in the buffer solution by diffusion etc., it is necessary to constantly flow the buffer solution at a certain speed or more in the migration direction of the sample components. is there. On the other hand, the migration speed of the sample component that migrates in the capillary gel while being separated in molecular weight decreases as the molecular weight increases. The smaller the migration rate of the sample component in the capillary gel with respect to the flow rate of the buffer solution, the more the sample component is stretched in the migration direction when it is eluted from the capillary gel into the buffer solution. . As a result, the fluorescence intensity becomes small, which causes a decrease in the measurement sensitivity of the fluorescence emitted from the sample components conducted by the fluorescence table.

【0013】上記の第3、第4の例では、キャピラリー
1本当たりに照射されるレーザ光の強度が低下するた
め、泳動分離された試料成分を感度良く検出できないと
いう問題がある。
In the above third and fourth examples, since the intensity of the laser beam irradiated per capillary decreases, there is a problem that the sample components separated by electrophoresis cannot be detected with high sensitivity.

【0014】本発明の目的は、上記従来技術の問題を解
決するために、オンカラム蛍光計測を行ないながら、複
数のキャピラリーを機械的にスキャンせず、又は光学的
にレーザビムのスキャンすることなく、複数のキャピラ
リーを実質的に同時にレーザ照射して、複数のキャピラ
リー中を泳動する蛍光標識された試料成分から発する蛍
光を、実質的に同時に一括して計測できるキャピラリー
アレイ電気泳動装置を提供することにある。
In order to solve the above-mentioned problems of the prior art, an object of the present invention is to perform on-column fluorescence measurement without mechanically scanning a plurality of capillaries or optically scanning a laser beam. To provide a capillary array electrophoresis apparatus capable of irradiating a plurality of capillaries with a laser at substantially the same time to measure the fluorescence emitted from a fluorescently labeled sample component that migrates in a plurality of capillaries substantially at the same time. .

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】本発明のキャピラリーア
レイ電気泳動装置は、複数のキャピラリーを同一平面上
に配列し、この平面と平行な方向からレーザ光を照射し
て、複数のキャピラリーを同時に励起してオンカラム計
測するマルチフォーカスキャピラリーアレイ電気泳動装
置に特徴を有する。より詳細に説明すると、本発明のキ
ャピラリーアレイ電気泳動装置は以下の特徴を有する。
In a capillary array electrophoresis apparatus of the present invention, a plurality of capillaries are arranged on the same plane, and a laser beam is irradiated from a direction parallel to the plane to simultaneously excite the plurality of capillaries. It is characterized by a multi-focus capillary array electrophoresis apparatus that performs on-column measurement after that. More specifically, the capillary array electrophoresis apparatus of the present invention has the following features.

【0016】(1)複数のキャピラリーをレーザ照射し
て蛍光計測する電気泳動装置において、キャピラリー内
部が電気泳動分離媒体で満たされた位置をレーザ照射す
るオンカラム蛍光計測を行ない、キャピラリーの少なく
ともレーザ照射位置(レーザ照射される透明部分のキャ
ピラリーの断面は円形であり、キャピラリーの透明部分
の外部が透明気体である)を透明材質とし、キャピラリ
ーの少なくともレーザ照射位置を平面状に配列させ、レ
ーザをキャピラリーが配列する配列体の側方より配列平
面に平行に照射し、複数のキャピラリーを同時に照射す
る。レーザ照射位置でのキャピラリーの内径に対する外
径の比を1から7、又は3から5とする。透明部分のキ
ャピラリーの配置間隔はキャピラリーの外径の4倍以下
とする。キャピラリーの透明部分の外部が透明気体を透
明液体の置き換えることもでき、この場合には、透明部
分のキャピラリーの内径に対する外径の比を2以下と
し、透明部分のキャピラリーの配置間隔はキャピラリー
の外径の4倍以下とする。
(1) In an electrophoretic device for irradiating a plurality of capillaries with a laser to measure fluorescence, on-column fluorescence measurement is performed by irradiating a position where the inside of the capillaries is filled with an electrophoretic separation medium with a laser, and at least a laser irradiation position of the capillaries. (The cross section of the capillary of the transparent part irradiated with laser is circular, and the outside of the transparent part of the capillary is transparent gas) is made of a transparent material, and at least the laser irradiation position of the capillary is arranged in a plane, and the laser is Irradiation is performed from the side of the array to be arrayed in parallel to the array plane, and a plurality of capillaries are simultaneously irradiated. The ratio of the outer diameter to the inner diameter of the capillary at the laser irradiation position is 1 to 7, or 3 to 5. The arrangement interval of the capillaries in the transparent portion is not more than 4 times the outer diameter of the capillaries. It is also possible to replace the transparent gas with a transparent liquid outside the transparent portion of the capillary. In this case, the ratio of the outer diameter to the inner diameter of the capillary of the transparent portion is set to 2 or less, and the arrangement interval of the capillaries in the transparent portion is outside the capillary. The diameter is 4 times or less.

【0017】(2)複数のキャピラリーをレーザ照射し
て蛍光計測する電気泳動装置において、キャピラリー内
部が電気泳動分離媒体で満たされた位置をレーザ照射す
るオンカラム蛍光計測を行ない、キャピラリーの少なく
ともレーザ照射位置(レーザ照射される透明部分のキャ
ピラリーの断面は楕円形である)を透明材質とし、キャ
ピラリーの少なくともレーザ照射位置を平面状に配列さ
せ、レーザをキャピラリーが配列する配列体の側方より
配列平面に平行に照射し、複数のキャピラリーを同時に
照射する。楕円の短半径をキャピラリー配列平面と平行
に、長半径をキャピラリー配列平面と垂直にして複数の
キャピラリーを平面状に配列させるか、楕円の長半径を
キャピラリー配列平面と平行に、短半径をキャピラリー
配列平面と垂直にして複数のキャピラリーを平面状に配
列させる。透明部分のキャピラリーの外部を透明気体又
は透明液体とする。
(2) In an electrophoretic device for irradiating a plurality of capillaries with a laser to measure fluorescence, on-column fluorescence measurement is performed by irradiating a position where the inside of the capillaries is filled with an electrophoretic separation medium with a laser, and at least a laser irradiation position of the capillaries. (The cross-section of the laser-irradiated transparent capillaries is elliptical) is made of a transparent material, at least the laser irradiation positions of the capillaries are arranged in a plane, and the lasers are arranged on the array plane from the side of the array where the capillaries are arranged. Irradiate in parallel and simultaneously irradiate multiple capillaries. Plural capillaries are arranged in a plane with the minor axis of the ellipse parallel to the capillary array plane and the major radius perpendicular to the capillary array plane, or the major axis of the ellipse is parallel to the capillary array plane and the minor radius is the capillary array. A plurality of capillaries are arranged in a plane so as to be perpendicular to the plane. The outside of the capillary of the transparent portion is made into a transparent gas or a transparent liquid.

【0018】(3)複数のキャピラリーをレーザ照射し
て蛍光計測する電気泳動装置において、キャピラリー内
部が電気泳動分離媒体で満たされた位置をレーザ照射す
るオンカラム蛍光計測を行ない、キャピラリーの少なく
ともレーザ照射位置(レーザ照射される透明部分のキャ
ピラリーの断面は正方形または長方形あるいは少なくと
も2組のほぼ平行な線で形成された形状であり、)を透
明材質とし、キャピラリーの少なくともレーザ照射位置
を平面状に配列させ(断面形状の一辺がキャピラリー配
列平面と平行になるように配列する)、レーザをキャピ
ラリーが配列する配列体の側方より配列平面に平行に照
射し、複数のキャピラリーを同時に照射する。透明部分
のキャピラリーの外部は、透明気体、透明液体、透明固
体のいずれかとする。透明固体とする場合には、外部を
ガラス製とするのが好ましく、とくに溶融石英製とする
のがよい。
(3) In an electrophoretic apparatus for irradiating a plurality of capillaries with a laser to measure fluorescence, on-column fluorescence measurement is performed by irradiating a position where the inside of the capillaries is filled with an electrophoretic separation medium with a laser, and at least a laser irradiation position of the capillaries. (The cross section of the capillaries of the transparent part to be laser-irradiated is a square or a rectangle or a shape formed by at least two sets of almost parallel lines.) Is a transparent material, and at least the laser-irradiated positions of the capillaries are arranged in a plane. A laser is irradiated parallel to the array plane from the side of the array body in which the capillaries are arrayed (arranged so that one side of the cross-sectional shape is parallel to the capillary array plane), and a plurality of capillaries are simultaneously irradiated. The outside of the capillary of the transparent portion is made of transparent gas, transparent liquid, or transparent solid. In the case of a transparent solid, the outside is preferably made of glass, and particularly preferably made of fused quartz.

【0019】さらに、(1)から(3)の電気泳動装置
において、キャピラリー内部に電気泳動媒体としてアク
リルアミドゲル又はその誘導体、あるいはポリマーを充
填する。また、上記電気泳動装置において、断面形状が
異なる少なくとも2種類のキャピラリーを、試料注入端
と蛍光を検出する位置の中間で接続してもよい。また、
上記電気泳動装置において、キャピラリーの少なくとも
蛍光を検出する計測部分の表面に減反射の単層蒸着のコ
ーティングを施す。
Further, in the electrophoretic device of (1) to (3), the inside of the capillary is filled with acrylamide gel or its derivative or polymer as an electrophoretic medium. Further, in the electrophoresis apparatus, at least two types of capillaries having different cross-sectional shapes may be connected between the sample injection end and the position where fluorescence is detected. Also,
In the above electrophoretic device, at least the surface of the measurement portion for detecting fluorescence of the capillary is coated with antireflection single layer vapor deposition.

【0020】以上説明した装置では、レーザの照射は、
複数のキャピラリーすべてを照射して透過したレーザを
全反射ミラーで折り返し、再び逆経路で複数のキャピラ
リーすべてを照射してもよいし、レーザビームをビーム
スプリッターを用いて2つに分割し、キャピラリー配列
体の側方の2方向より対向させて照射してもよいし、2
台のレーザ光源からの2つのレーザビームを用い、キャ
ピラリー配列する配列体の側方の2方向より対向させて
照射してもよく、蛍光計測用フィルターの励起レーザ波
長の透過率が10-5以下とする。
In the apparatus described above, the laser irradiation is
A laser that irradiates all of the capillaries and passes through may be folded back by a total reflection mirror, and then all of the capillaries may be irradiated in the reverse path again. Alternatively, the laser beam may be split into two using a beam splitter, and the capillary array may be arranged. Irradiation may be made to face each other from two sides of the body, or 2
Irradiation may be performed by using two laser beams from a single laser light source so as to oppose each other in two lateral directions of the array body in which the capillary array is provided, and the transmittance of the excitation laser wavelength of the fluorescence measurement filter is 10 -5 or less. And

【0021】[0021]

【発明の実施の形態】図1は、複数のキャピラリー1
(図1では、6本の例を示す)を同一平面上に配列し、
この平面と平行であり、試料成分の泳動方向とほぼ直交
する方向からレーザ2光を照射して、複数のキャピラリ
ー中を泳動する蛍光標識された試料成分を実質的に同時
に励起して、試料成分をオンカラム計測して検出するマ
ルチフォーカスキャピラリーアレイ電気泳動装置の主要
部分を示す。図1(a)は複数キャピラリーの配列平面
方向から見た図で、(b)はその断面図である。レーザ
2が照射される複数のキャピラリーは、試料成分を分離
するための分離用キャピラリー、もしくは複数の分離用
キャピラリーの各々に接続され泳動分離された試料成分
を検出するための計測用キャピラリーのいずれかであ
る。レーザ2はゲルが充填されたキャピラリー(分離用
キャピラリー)での試料の泳動開始点から所定の距離の
部位、もしくはゲルが充填された計測用キャピラリーの
所定の部位に照射される。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 shows a plurality of capillaries 1.
(In FIG. 1, six examples are shown) are arranged on the same plane,
By irradiating two laser beams from a direction which is parallel to this plane and is substantially orthogonal to the migration direction of the sample components, the fluorescently labeled sample components that migrate in the plurality of capillaries are excited substantially at the same time, and The main part of the multi-focus capillary array electrophoresis apparatus which detects and measures on-column is shown. FIG. 1A is a view seen from the array plane direction of a plurality of capillaries, and FIG. 1B is a sectional view thereof. The plurality of capillaries irradiated with the laser 2 are either separation capillaries for separating sample components, or measurement capillaries connected to each of the plurality of separation capillaries for detecting sample components electrophoretically separated. Is. The laser 2 irradiates a part of the capillary filled with gel (separation capillary) at a predetermined distance from the migration start point of the sample or a predetermined part of the measurement capillary filled with gel.

【0022】本発明のマルチフォーカスキャピラリーア
レイ電気泳動装置では、泳動分離分析、又は解析される
試料は、蛍光標識された複数の成分を含んでいる。又、
試料に含まれる成分自身が、レーザの照射により蛍光を
発する場合には蛍光標識は不要である。なお、図1を含
め以下で参照する各図では、試料成分を泳動させるため
の電界を印加するための電源と、電極、電解液を収納す
る電極槽等の各手段、更にキャピラリー1の中を泳動す
る試料成分からの蛍光を検出した後、これら検出信号を
処理する演算処理装置、演算処理結果の表示を行なう表
示器、マルチフォーカスキャピラリーアレイ電気泳動装
置の各部を制御する制御装置、レーザ光源等は省略して
いる。なお、以下の説明では、平面上に配列された、複
数の計測用キャピラリー又は複数の分離用キャピラリー
の各キャピラリーの中心軸を結ぶ方向に細く絞られたレ
ーザ2が入射され、このレーザ2が屈折、散乱されるこ
となく理想的に直進したと仮定した場合の、レーザ2の
進行する軸をキャピラリー配列軸と呼ぶ。
In the multi-focus capillary array electrophoresis apparatus of the present invention, the sample to be subjected to electrophoretic separation analysis or analysis contains a plurality of fluorescently labeled components. or,
When the component itself contained in the sample emits fluorescence by laser irradiation, the fluorescent label is unnecessary. In each of the drawings referred to below including FIG. 1, a power source for applying an electric field for migrating a sample component, each means such as an electrode and an electrode tank accommodating an electrolytic solution, and the inside of the capillary 1 are shown. An arithmetic processing device that processes the detection signals after detecting the fluorescence from the sample components to be electrophoresed, a display that displays the arithmetic processing result, a control device that controls each part of the multi-focus capillary array electrophoresis device, a laser light source, etc. Is omitted. In the following description, a laser 2 narrowed in a direction connecting the central axes of the capillaries of the plurality of measurement capillaries or the plurality of separation capillaries arranged on a plane is incident, and the laser 2 is refracted. The axis along which the laser 2 travels when it is assumed that the laser beam ideally goes straight without being scattered is called a capillary array axis.

【0023】(実施形態1)本実施形態では、断面が円
である円筒形キャピラリーを用いる。本発明のマルチフ
ォーカスキャピラリーアレイ電気泳動装置の特徴は、
(1)レーザパワーを多数のキャピラリーに到達させる
こと、(2)レーザビームの散乱による背景光を低減さ
せること、の2点である。
(Embodiment 1) In this embodiment, a cylindrical capillary having a circular cross section is used. The features of the multi-focus capillary array electrophoresis apparatus of the present invention are:
There are two points: (1) to make the laser power reach many capillaries, and (2) to reduce the background light due to the scattering of the laser beam.

【0024】まず、(1)を実現させるための条件を、
以下に説明するシュミレーション実験により明らかにし
た。図2は外半径R、内半径rの円筒形の1本のキャピ
ラリーの断面図である。キャピラリー配列軸4から距離
xだけ離れた位置に入射した無限小幅のレーザビーム2
の、キャピラリー1による屈折により光路が変化する様
子を示す。レーザビームは屈折率が変化する境界点を1
本のキャピラリーにつき4回(または2回)通過する。
即ち、キャピラリー1の外部からキャピラリー1への入
射位置P1、キャピラリー1からキャピラリー1の内部
への入射位置P2、キャピラリー1の内部からキャピラ
リー1への出射位置P3、キャピラリー1からキャピラ
リー1の外部への出射位置P4の4点で、レーザビーム
2は屈折を受ける。但し、レーザビーム2の光路によっ
ては、キャピラリー内部は通過しないため、P2、P3
存在しない場合もある。P1、P2、P3、P4でのレーザ
ビームの入射角、屈折角は、それぞれθ1、θ2、θ3
θ4、θ5、θ6、θ7、θ8である。キャピラリー外部の
媒質の屈折率をn1、キャピラリーの材質の屈折率を
2、キャピラリー内部の媒質の屈折率をn3とする。
First, the conditions for realizing (1) are
It was clarified by a simulation experiment described below. FIG. 2 is a cross-sectional view of one cylindrical capillary having an outer radius R and an inner radius r. An infinitely small laser beam 2 incident at a position separated by a distance x from the capillary array axis 4.
2 shows how the optical path changes due to refraction by the capillary 1. The laser beam has a boundary point 1 where the refractive index changes.
Pass four (or twice) per book capillary.
That is, the incident position P 1 from the outside of the capillary 1 to the capillary 1, the incident position P 2 from the capillary 1 to the inside of the capillary 1, the exit position P 3 from the inside of the capillary 1 to the capillary 1, and the capillary 1 to the capillary 1 The laser beam 2 is refracted at four points P 4 that are emitted to the outside. However, depending on the optical path of the laser beam 2, P 2 and P 3 may not exist because they do not pass through the inside of the capillary. The incident angle and the refraction angle of the laser beam at P 1 , P 2 , P 3 , P 4 are θ 1 , θ 2 , θ 3 , respectively.
θ 4 , θ 5 , θ 6 , θ 7 , and θ 8 . Let n 1 be the refractive index of the medium outside the capillary, n 2 be the refractive index of the material of the capillary, and n 3 be the refractive index of the medium inside the capillary.

【0025】図2に示す幾何学的関係、及び各界面での
Snellの法則を用いると、(数1)から(数8)が
得られる。
Using the geometrical relationship shown in FIG. 2 and Snell's law at each interface, (Equation 1) to (Equation 8) are obtained.

【0026】[0026]

【数1】 θ1=sin-1{x/R} …(数1)[Equation 1] θ 1 = sin −1 {x / R} (Equation 1)

【0027】[0027]

【数2】 θ2=sin-1{(n1/n2)sinθ1} …(数2)[Equation 2] θ 2 = sin −1 {(n 1 / n 2 ) sin θ 1 } (Equation 2)

【0028】[0028]

【数3】 θ3=sin-1{(R/r)sinθ2} …(数3)[Equation 3] θ 3 = sin −1 {(R / r) sin θ 2 } (Equation 3)

【0029】[0029]

【数4】 θ4=sin-1{(n2/n3)sinθ3} …(数4)[Equation 4] θ 4 = sin −1 {(n 2 / n 3 ) sin θ 3 } (Equation 4)

【0030】[0030]

【数5】 θ5=θ4 …(数5)[Equation 5] θ 5 = θ 4 (Equation 5)

【0031】[0031]

【数6】 θ6=θ3 …(数6)[Equation 6] θ 6 = θ 3 (Equation 6)

【0032】[0032]

【数7】 θ7=θ2 …(数7)[Equation 7] θ 7 = θ 2 (Equation 7)

【0033】[0033]

【数8】 θ8=θ1 …(数8) キャピラリー入射前のレーザビームと透過後のレーザビ
ームがなす角を屈折角Δθとすると、Δθは図2によ
り、(数9)で与えられる。
Equation 8] θ 8 = θ 1 ... (8) and the laser beam before the capillary incident the laser beam after transmission to the angle of refraction [Delta] [theta] an angle, [Delta] [theta] by 2, from equation (9).

【0034】[0034]

【数9】 Δθ=(θ1−θ2)−(θ3−θ4)+(θ5−θ6)+(θ7−θ8) =2(−θ1+θ2−θ3+θ4) =2{−sin-1(x/R)+sin-1(xn1/(Rn2)) −sin-1(xn1/(rn2))+sin-1(xn1/(rn3))} …(数9) Δθはレーザビームの入射位置xによって異なり、キャ
ピラリーの外半径R、内半径r、キャピラリー外部の屈
折率n1、キャピラリー材質の屈折率n2、キャピラリー
内部の屈折率n3でコントロールできる。x=0のレー
ザビームに対しては常にΔθ=0であり、xの増加にと
もなって|Δθ|も単調に増加する(但し、ここではx
≦rを想定している)。つまりキャピラリーそのものが
焦点の定まらないレンズの作用をもち、Δθ>0ならば
凹レンズ、、Δθ<0ならば凸レンズとなる。n1=n2
=n3のときは、もちろんxによらずΔθ=0となる。
[Formula 9] Δθ = (θ 1 −θ 2 ) − (θ 3 −θ 4 ) + (θ 5 −θ 6 ) + (θ 7 −θ 8 ) = 2 (−θ 1 + θ 2 −θ 3 + θ 4 ) = 2 {−sin −1 (x / R) + sin −1 (xn 1 / (Rn 2 )) −sin −1 (xn 1 / (rn 2 )) + sin −1 (xn 1 / (rn 3 )) } (Equation 9) Δθ varies depending on the incident position x of the laser beam, and is the outer radius R of the capillary, the inner radius r, the refractive index n 1 outside the capillary, the refractive index n 2 of the capillary material, and the refractive index n 3 inside the capillary. Can be controlled with. Δθ = 0 always for a laser beam with x = 0, and | Δθ | monotonically increases as x increases (however, here, x
≦ r is assumed). That is, the capillary itself has a function of a lens whose focus is not fixed, and becomes a concave lens if Δθ> 0, and becomes a convex lens if Δθ <0. n 1 = n 2
When = n 3 , of course, Δθ = 0 regardless of x.

【0035】複数本のキャピラリーを1平面状に配列し
た配列体に、複数本のキャピラリーを通過するように配
列体の側方よりレーザビームを照射した場合、レーザパ
ワーを多数のキャピラリーに到達させるためには、キャ
ピラリーによる屈折角Δθが小さいほど、特に、各キャ
ピラリーがΔθ<0の凸レンズ作用をもつほど有利であ
る。1本のキャピラリーに着目したとき、入射レーザビ
ームよりも透過レーザビームが絞られていれば、効率良
く隣のキャピラリーにレーザパワーを到達させることが
できるからである。通常の電気泳動条件では、常にn2
>n3であるから、(数9)からn1が小さいほどΔθは
小さくなる。つまり、キャピラリー外部がn1=1.0
0である空気のような透明気体で満たされていることが
好適な条件となる。
When a laser beam is radiated from the side of the array so that the array is composed of a plurality of capillaries arranged in a plane, the laser power reaches a large number of capillaries. In particular, it is advantageous that the smaller the refraction angle Δθ by the capillaries, and in particular, that each capillary has a convex lens action of Δθ <0. This is because, when focusing on one capillary, if the transmitted laser beam is narrowed down than the incident laser beam, the laser power can be made to reach the adjacent capillary efficiently. Under normal electrophoresis conditions, always n 2
Since> n 3 , according to (Equation 9), the smaller n 1 is, the smaller Δθ is. That is, n 1 = 1.0 outside the capillary
A suitable condition is to be filled with a transparent gas such as air which is zero.

【0036】一方、レーザビームは各境界点で反射も受
ける。つまり、入射光のレーザパワーの一部は反射光と
なり、残りが屈折光(透過光)となる。入射光のレーザ
パワーに対する反射光のレーザパワーの比率を反射率R
ef、入射光のレーザパワーに対する屈折光のレーザパワ
ーの比率を透過率Traとすると、これらは入射角θi
屈折角θt(即ち両媒質の屈折率)の関数で、(数1
0)、(数11)で与えられる。
On the other hand, the laser beam is also reflected at each boundary point. That is, part of the laser power of the incident light becomes reflected light, and the rest becomes refracted light (transmitted light). The reflectance R is the ratio of the laser power of the reflected light to the laser power of the incident light.
Let ef be the transmittance T ra , which is the ratio of the laser power of refracted light to the laser power of incident light, and these are functions of the incident angle θ i and the refraction angle θ t (that is, the refractive indices of both media), and
0) and (Equation 11) are given.

【0037】[0037]

【数10】 2Ref=tan2(θi−θt)/tan2(θi+θt) +sin2(θi−θt)/sin2(θi+θt) …(数10)2R ef = tan 2i −θ t ) / tan 2i + θ t ) + sin 2i −θ t ) / sin 2i + θ t ) ... (Equation 10)

【0038】[0038]

【数11】 2Tra=sin(2θi)sin(2θt){1/cos2(θi−θt)+1} /sin2(θi+θt) …(数11) ここでRef+Tra=1である。但し、ここでは入射光に
偏光がない場合を示した。レーザパワーは境界点を通過
する毎に、(数10)、(数11)に従って順次減少す
る。そこで、電気泳動時に試料成分が通過するキャピラ
リー内部のレーザビームの光路長(図2において点P2
と点P3を結ぶ長さ)にその位置でのレーザパワーを乗
じることにより、レーザビームのこのキャピラリーにお
ける励起効率(このキャピラリー内を泳動する標識され
た試料成分のレーザビームによる標識の励起効率)を見
積もった。また、無限小幅のレーザビームが入射する位
置を、キャピラリー配列軸(x=0)からの距離xと
し、この距離xを変化させることにより、有限幅のレー
ザビームのこのキャピラリーにおける励起効率を見積も
った。更に、複数のキャピラリーが平面状に配列された
場合に、以上の計算を連続的に行なうことにより、複数
のキャピラリーの各々のキャピラリーにおける励起効率
がどのように変化するかを調べた。
2T ra = sin (2θ i ) sin (2θ t ) {1 / cos 2i −θ t ) +1} / sin 2i + θ t ) ... ( Equation 11) Here, R ef + T ra = 1. However, here, the case where the incident light is not polarized is shown. Each time the laser power passes through the boundary point, the laser power is sequentially reduced according to (Equation 10) and (Equation 11). Therefore, the optical path length of the laser beam inside the capillary through which the sample component passes during electrophoresis (point P 2 in FIG. 2).
And the point P 3 ) is multiplied by the laser power at that position to obtain the excitation efficiency of the laser beam in this capillary (the excitation efficiency of the labeling of the labeled sample component migrating in this capillary with the laser beam). Estimated. Further, the position at which a laser beam with an infinitely small width is incident is set as a distance x from the capillary array axis (x = 0), and by changing this distance x, the excitation efficiency of the laser beam with a finite width in this capillary is estimated. . Further, when a plurality of capillaries are arranged in a plane, it was investigated how the above-described calculation is continuously performed to change the excitation efficiency in each capillary of the plurality of capillaries.

【0039】具体例として、キャピラリーの構成を、外
径0.375mm(R=0.1875mm)、内径0.
1mm(r=0.05mm)、長さ50cmの溶融石英
円筒管(n2=1.46)を用いた。変性剤として7M
のウレアを含んだ4%T(Total monomer
concentration)、5%C(Cross
linking material concentr
ation)の濃度のアクリルアミドを注入した後、ゲ
ル化(n3=1.36)させた。試料注入側のキャピラ
リー末端より30cmの位置で、長さ10mm、全周に
わたり各キャピラリーのポリイミド被覆を除去して蛍光
を計測するための窓を予め作製してレーザ照射部位とし
た。
As a concrete example, the capillaries have an outer diameter of 0.375 mm (R = 0.1875 mm) and an inner diameter of 0.
A fused silica cylindrical tube (n 2 = 1.46) having a length of 1 mm (r = 0.05 mm) and a length of 50 cm was used. 7M as a modifier
4% T (Total monomer containing urea)
5% C (Cross)
linking material concentr
cation) and then gelled (n 3 = 1.36). A window for measuring fluorescence by removing the polyimide coating of each capillary with a length of 10 mm at a position 30 cm from the end of the capillary on the sample injection side was prepared in advance as a laser irradiation site.

【0040】これらキャピラリーゲル10本の計測部分
を図3に示すように、0.375mmピッチに揃え、各
キャピラリー1を密着させてガラス平板5上に固定して
平面状に配列した。蛍光計測位置のキャピラリー外部は
空気(n1=1.00)とした。蛍光計測はキャピラリ
ー配列平面に垂直な方向より、第1レンズ6、バンドパ
スフィルター7、第2レンズ8を介して2次元検出器9
により行なった。本実験条件では、キャピラリーによる
レーザビーム2の反射が大きいため、平板ゲル電気泳動
等の蛍光計測時に用いるバンドパスフィルターよりもレ
ーザ波長の透過率を下げる必要があった。そこで、レー
ザ波長の透過率が10-5以下であるバンドパスフィルタ
ーを用いた。
As shown in FIG. 3, the measurement portions of these 10 capillary gels were arranged at a pitch of 0.375 mm, and the capillaries 1 were brought into close contact with each other and fixed on the glass flat plate 5 and arranged in a plane. The outside of the capillary at the fluorescence measurement position was air (n 1 = 1.00). The fluorescence measurement is performed from the direction perpendicular to the capillary array plane through the first lens 6, the bandpass filter 7, and the second lens 8 to the two-dimensional detector 9
It was done by. Under the conditions of this experiment, since the reflection of the laser beam 2 by the capillary is large, it is necessary to lower the transmittance of the laser wavelength than that of the bandpass filter used for fluorescence measurement such as flat gel electrophoresis. Therefore, a bandpass filter having a laser wavelength transmittance of 10 −5 or less was used.

【0041】図4は蛍光計測部分のキャピラリー軸に対
する断面図を示し、レーザをビーム径0.1mmに集光
し、キャピラリー配列体の側方よりキャピラリー配列軸
に沿って入射させた。このとき、(数9)からx≦rの
レーザビームに対して、常にΔθ<0となり、各キャピ
ラリーは凸レンズ作用をもった。0.1mmのビーム幅
を0.01mm間隔の合計11本の無限小幅のビームコ
ンポーネントに分けて考えた。即ち、ビームコンポーネ
ントはキャピラリー配列軸(レーザビーム中心軸、x=
0)からの距離xが、0.00、±0.01、±0.0
2、±0.03、±0.04、±0.05mmの位置で
1本目のキャピラリーに入射する。図5は、各ビームコ
ンポーネントのキャピラリー透過光が、どのような光路
を描いてキャピラリー配列中を進行するかをシュミレー
ションした結果を示す。図5は、蛍光計測部分のキャピ
ラリー軸に対する断面図を示し、上段はレーザ光源側の
5本のキャピラリー、下段はレーザ出射側の5本のキャ
ピラリーを表わしている。即ち、レーザビームは、上段
の左側のキャピラリーに入射して、下段の右側のキャピ
ラリーから出射する。
FIG. 4 is a cross-sectional view of the fluorescence measuring portion with respect to the capillary axis, in which a laser was focused to a beam diameter of 0.1 mm and was made incident from the side of the capillary array along the capillary array axis. At this time, from (Equation 9), Δθ <0 always holds for the laser beam of x ≦ r, and each capillary has a convex lens function. A beam width of 0.1 mm was divided into a total of eleven infinitely small beam components with 0.01 mm intervals. That is, the beam component is a capillary array axis (laser beam central axis, x =
0) distance x is 0.00, ± 0.01, ± 0.0
The light enters the first capillary at the positions of 2, ± 0.03, ± 0.04, and ± 0.05 mm. FIG. 5 shows a result of simulating what optical path the capillary transmitted light of each beam component travels in the capillary array. FIG. 5 shows a cross-sectional view of the fluorescence measurement portion with respect to the capillary axis. The upper stage shows five capillaries on the laser light source side, and the lower stage shows five capillaries on the laser emission side. That is, the laser beam enters the upper left capillary and exits from the lower right capillary.

【0042】全ての光路の計算は、10本のキャピラリ
ーが上記のように配列ているとして連続的に行なった。
レーザビームの中心軸に位置するビームコンポーネン
(x=0.00)は全ての境界点での入射角が0度であ
るため、屈折を全く受けず、Δθ=0であり、キャピラ
リー配列軸上を直線的に進行する。x=0.00以外の
ビームコンポーネントは、キャピラリーの凸レンズ作用
のために基本的にキャピラリー配列軸に向かう方向に屈
折を受け、光路はキャピラリー配列軸を中心として上下
に振動しながらキャピラリー配列中を進行した。振動の
振幅や周期はビームコンポーネントによって異なった
が、各ビームコンポーネントの光路は、キャピラリー配
列軸を対称軸として上下対称であった。以上の結果、全
てのビームコンポーネントは10本のキャピラリー全て
について、キャピラリー外部に逸脱することなしに、キ
ャピラリー内部を透過し、キャピラリー内を泳動する試
料成分の励起に寄与していることが判明した。即ち、本
発明のキャピラリー電気泳動装置は、各キャピラリーゲ
ルにおいて照射されるレーザビームは、ほぼ収束するの
で、複数のキャピラリーゲルのそれぞれにおいて、近似
的に収束するレーザビームの光路を形成するので、マル
チフォーカスキャピラリー電気泳動装置と呼ぶにふさわ
しいと言える。
Calculation of all optical paths was carried out continuously assuming that 10 capillaries were arranged as described above.
The beam component (x = 0.00) located on the central axis of the laser beam is not refracted at all because the incident angle at all boundary points is 0 degree, and Δθ = 0, which is on the axis of the capillary array. Go straight. The beam components other than x = 0.00 are basically refracted in the direction toward the capillary array axis due to the action of the convex lens of the capillary, and the optical path travels in the capillary array while vibrating up and down around the capillary array axis. did. Although the amplitude and period of vibration differed depending on the beam component, the optical path of each beam component was vertically symmetrical with the capillary array axis as the axis of symmetry. As a result of the above, it was found that all of the 10 beam capillaries contributed to the excitation of the sample components that passed through the capillaries and migrated inside the capillaries without deviating to the outside of the capillaries. That is, in the capillary electrophoresis apparatus of the present invention, since the laser beam irradiated on each capillary gel is substantially converged, an optical path of the convergent laser beam is formed in each of the plurality of capillary gels. It can be said that it is suitable to be called a focus capillary electrophoresis device.

【0043】使用するキャピラリーの本数を変化させた
場合、各キャピラリーにおける励起効率の減少の度合を
評価するために、各キャピラリー毎に、キャピラリー内
部を透過する光路の長さ(光路長)を求め、この光路長
にその位置でのレーザパワーを乗じ、全てのビームコン
ポーネントについて積算し、この積算値を各キャピラリ
ーにおける励起効率とした。図6はこのようにして求め
た、各キャピラリーにおける励起効率を示す(各キャピ
ラリーにおける励起効率は、レーザ光源側の1本目のキ
ャピラリーにおける励起効率により規格化されてい
る)。図6では、各キャピラリーにはレーザ光源側から
順番に1から10の番号を付けてある。
When the number of capillaries used is changed, in order to evaluate the degree of decrease in the excitation efficiency in each capillary, the length of the optical path (optical path length) passing through the inside of the capillary is calculated for each capillary, This optical path length was multiplied by the laser power at that position and integrated for all beam components, and this integrated value was taken as the excitation efficiency in each capillary. FIG. 6 shows the excitation efficiency in each capillary thus obtained (the excitation efficiency in each capillary is standardized by the excitation efficiency in the first capillary on the laser light source side). In FIG. 6, each capillary is numbered 1 to 10 in order from the laser light source side.

【0044】全てのビームコンポーネントのレーザパワ
ーは、屈折率の変化する境界点を透過する毎に反射によ
り減衰するため、キャピラリー毎の励起効率は、図6の
ようにレーザ光源から離れるに従い指数間数的に減少し
た。実際に計測される各キャピラリーからの蛍光強度は
この励起効率に比例する。図6に示すように、10本目
のキャピラリーの励起効率は1本目の54.1%にも及
んだ。この値からレーザビームのキャピラリー1本当た
りの平均透過率を求めると、93.4%の高効率であっ
た(0.9349=0.541)。検出器の感度とダイ
ナミックレンジの関係から、同時計測可能な励起効率の
減少を20%までとすると、本計算実験条件では、24
本までのキャピラリーの同時計測が可能であった(0.
93423=0.21)。
Since the laser powers of all the beam components are attenuated by reflection every time they pass through the boundary point where the refractive index changes, the pumping efficiency of each capillary increases as the distance from the laser source increases as shown in FIG. Decreased. The actually measured fluorescence intensity from each capillary is proportional to this excitation efficiency. As shown in FIG. 6, the excitation efficiency of the 10th capillary reached 54.1% of the 1st capillary. The average transmittance of the laser beam per capillary was calculated from this value, and the efficiency was 93.4% (0.934 9 = 0.541). From the relationship between the sensitivity of the detector and the dynamic range, assuming that the decrease in the excitation efficiency that can be measured simultaneously is up to 20%, under the conditions of this calculation experiment, 24
Capillary up to books could be measured simultaneously (0.
934 23 = 0.21).

【0045】他の具体例として、キャピラリー内径を
0.1mm(r=0.05mm)とし、キャピラリー外
径を0.11mm(R=0.055mm)、0.2mm
(R=0.1mm)、0.375mm(R=0.75m
m)、0.75mm(R=0.375mm)、1.0m
m(R=0.5mm)とする場合について、上記と同様
の計算を行なった(他の条件は全て上記と同一とし
た)。但し、10本のキャピラリーの配列ピッチは各キ
ャピラリーの外径と一致させ、各キャピラリーを密着配
列した。図7は、レーザ光源から最も遠い位置に配列さ
れた10本目のキャピラリーにおける励起効率のキャピ
ラリーの外径/内径の比率(R/r)に関する変化を表
す(励起効率は、図6と同様にレーザ光源に最も近い位
置に配列された1本目キャピラリーにおける励起効率に
より規格化されている)。本計算実験では、キャピラリ
ー内径を0.1mmに統一して行なっているが、他の内
径のキャピラリーを用いた場合でも、キャピラリーの外
径/内径の比率(R/r)が同じならば本質的に同じ結
果が得られる(但し、入射するレーザビーム幅はキャピ
ラリーの内径とほぼ同じとする)。
As another specific example, the inner diameter of the capillary is 0.1 mm (r = 0.05 mm), and the outer diameter of the capillary is 0.11 mm (R = 0.055 mm), 0.2 mm.
(R = 0.1 mm), 0.375 mm (R = 0.75 m
m), 0.75 mm (R = 0.375 mm), 1.0 m
The same calculation as above was performed for m (R = 0.5 mm) (all other conditions were the same as above). However, the arrangement pitch of 10 capillaries was made to coincide with the outer diameter of each capillary, and the capillaries were closely arranged. FIG. 7 shows a change in the excitation efficiency of the tenth capillary arranged farthest from the laser light source with respect to the outer diameter / inner diameter ratio (R / r) of the capillary. It is standardized by the excitation efficiency of the first capillary arranged at the position closest to the light source). In this calculation experiment, the inner diameter of the capillaries was unified to 0.1 mm, but even if the capillaries with other inner diameters are used, it is essential that the outer diameter / inner diameter ratio (R / r) of the capillaries is the same. The same result can be obtained (however, the incident laser beam width is almost the same as the inner diameter of the capillary).

【0046】図8は、図7の結果からレーザビームのキ
ャピラリー1本あたりの平均透過率を求め、励起効率の
減少を20%までとする同時計測可能な最大キャピラリ
ーの本数を先と同様に求めた結果を示す。図7、図8の
結果から、キャピラリーの外径/内径の比率R/rが4
付近の値(正確には、3.75)をとるとき、最も効率
的に多数のキャピラリーを同時計測でき、この値から離
れるに従い同時計測できるキャピラリーの数が減少する
ことが判明した。キャピラリーの外径/内径の比率R/
rが小さいとき、同時計測できるキャピラリーの数が減
少する理由は、レーザビーム幅とキャピラリー外径の値
が近いたために、キャピラリー外径から逸脱するビーム
コンポーネントが存在したためである。キャピラリーの
外径/内径の比率R/rが大きいとき、同時計測できる
キャピラリーの数が減少する理由は、キャピラリーのガ
ラス部分のみを透過して、キャピラリー内部を透過しな
いビームコンポーネントが存在したためである。
In FIG. 8, the average transmittance of each laser beam capillary is calculated from the results of FIG. 7, and the maximum number of capillaries that can be simultaneously measured is determined in the same manner as the above, which reduces the excitation efficiency to 20%. The results are shown below. From the results of FIGS. 7 and 8, the outer diameter / inner diameter ratio R / r of the capillary is 4
It has been found that when a value in the vicinity (correctly, 3.75) is taken, a large number of capillaries can be measured at the same time most efficiently, and the number of capillaries that can be measured at the same time decreases as the value deviates from this value. Capillary outer diameter / inner diameter ratio R /
The reason why the number of capillaries that can be simultaneously measured decreases when r is small is that there are beam components that deviate from the outer diameter of the capillary because the laser beam width and the outer diameter of the capillary are close. When the ratio R / r of the outer diameter / the inner diameter of the capillaries is large, the reason why the number of capillaries that can be simultaneously measured decreases is that there is a beam component that transmits only the glass portion of the capillaries and does not pass through the inside of the capillaries.

【0047】分析又は解析する試料を大量、複数種類に
わたり調製して処理する場合、一般にマイクロタイター
プレートが広く用いられている。このマイクロタイター
プレートは、12×8の格子状に配列された96個の穴
のあいたプレートで、世界的な標準規格になっている。
従って、電気泳動計測において同時に処理する試料数を
12又は8の倍数とすることは、試料調製と電気泳動計
測の大量処理をリンクさせる場合、非常に重要である。
即ち、同時に処理して計測する試料数は8、12、1
6、24、…であること好ましい。図8の結果から、各
キャピラリーにおける励起効率の減少を20%までとす
る同時計測を可能とするための、キャピラリーの外径/
内径の比率R/rに関する条件は、同時に処理して計測
する試料数を、8、12、16、24とする場合、それ
ぞれ、1<R/r≦10、1<R/r≦10、1≦R/
r≦7、3≦R/r≦5となる。
When a large amount of a sample to be analyzed or a plurality of types of samples to be analyzed are prepared and processed, a microtiter plate is generally widely used. This microtiter plate is a plate with 96 holes arranged in a 12 × 8 grid pattern, and has become a worldwide standard.
Therefore, setting the number of samples to be simultaneously processed in the electrophoretic measurement to be a multiple of 12 or 8 is very important when linking the sample preparation and the large-scale processing of the electrophoretic measurement.
That is, the number of samples to be processed and measured simultaneously is 8, 12, 1
It is preferably 6, 24, .... From the results of FIG. 8, the outer diameter of the capillary / the outer diameter of the capillary for enabling simultaneous measurement with a decrease in the excitation efficiency of each capillary up to 20%.
The conditions relating to the ratio R / r of inner diameters are 1 <R / r ≦ 10, 1 <R / r ≦ 10, 1 when the numbers of samples to be processed and measured simultaneously are 8, 12, 16, and 24, respectively. ≤R /
r ≦ 7 and 3 ≦ R / r ≦ 5.

【0048】次に、本発明のもうひとつのキーポイント
である、レーザビームの散乱による背景光を低減させる
条件について説明する。レーザビームの散乱は主に、各
キャピラリーの屈折率が変化する境界点でのレーザビー
ムの反射が原因である。反射光は反射の法則に従い、入
射角と反射角が等しい方向に進行する。その結果、様々
な方向に反射光が進行するが、なかにはキャピラリーが
配列する平面に垂直な方向に配置した光検出系に直接入
射する反射光が存在する。これは蛍光計測時の背景光を
著しく増大させ、影響大であり、計測感度の低下につな
がる。そこで、この光検出系に直接入射する反射光のレ
ーザパワーを全てのキャピラリーについて積算すること
によりその影響を見積もった。
Next, the condition for reducing the background light due to the scattering of the laser beam, which is another key point of the present invention, will be described. The scattering of the laser beam is mainly due to the reflection of the laser beam at the boundary point where the refractive index of each capillary changes. According to the law of reflection, the reflected light travels in a direction in which the incident angle is equal to the reflected angle. As a result, although the reflected light travels in various directions, there is reflected light that is directly incident on the photodetection system arranged in the direction perpendicular to the plane in which the capillaries are arranged. This significantly increases the background light at the time of fluorescence measurement, has a large influence, and leads to a decrease in measurement sensitivity. Therefore, the influence was estimated by integrating the laser power of the reflected light directly incident on the photodetection system for all capillaries.

【0049】図9は、上記の図7、図8の結果を得たと
同様の計算実験条件として、光検出系に直接入射する反
射光のレーザパワーを10本のキャピラリーについて積
算して求め、積算結果のキャピラリーの外径/内径の比
率(R/r)に関する変化を示す。光検出系に直接入射
する反射光のレーザパワーは、上述したように、蛍光計
測時の背景光を著しく増大させ、計測感度の低下につな
がるので、値が小さいほど高感度に蛍光計測を行なうこ
とができる。図9の結果から、キャピラリーの外径/内
径の比率R/rが4付近で、最も背景光が小さくなり高
感度に蛍光計測でき、この値から離れるに従い背景光が
増大して計測感度が低下した。キャピラリーの外径/内
径の比率R/rが小さいときに背景光が大きく増大した
理由は、レーザビーム幅とキャピラリー外径の値が近い
たために、大きな入射角でキャピラリーに照射されるビ
ームコンポーネントの割合が増えたためである。以上の
結果から、2≦R/rの条件が高感度計測に有効である
ことが判明した。
FIG. 9 shows the laser power of the reflected light directly incident on the photodetection system for ten capillaries, which is calculated and calculated under the same experimental conditions as those for obtaining the results shown in FIGS. 7 and 8. The change in the outer diameter / inner diameter ratio (R / r) of the resulting capillaries is shown. As described above, the laser power of the reflected light that is directly incident on the light detection system significantly increases the background light during fluorescence measurement and leads to a decrease in measurement sensitivity. Therefore, the smaller the value, the higher the sensitivity of fluorescence measurement. You can From the result of FIG. 9, when the outer diameter / inner diameter ratio R / r of the capillary is around 4, the background light becomes the smallest, and fluorescence measurement can be performed with high sensitivity. The background light increases and the measurement sensitivity decreases as the value deviates from this value. did. The reason why the background light increased greatly when the ratio R / r of the outer diameter / inner diameter of the capillary was small was that the laser beam width and the outer diameter of the capillary were close to each other. This is because the ratio has increased. From the above results, it was found that the condition of 2 ≦ R / r is effective for high sensitivity measurement.

【0050】光検出系に直接入射する反射光のレーザパ
ワーを下げるためには、屈折率の変化する各境界点での
反射率を下げれば良い。そのための一つの手段として、
レーザが照射される位置のキャピラリーの外部を水、水
溶液等の透明液体で満たし、キャピラリーによる屈折角
を大きくするすことがある。即ち、凹レンズ方向に作用
させることになり、多くのキャピラリーにレーザパワー
を到達させる点においては不利になる。従って、これら
の兼ね合いで条件を評価すべきである。シュミレーショ
ンした結果、R/r≦2のキャピラリーについては、キ
ャピラリー外部を液体で満たすことによって、背景光が
減少する効果の方が大きかった。その結果、多数のキャ
ピラリーを並べて同時分析できるので、高速、高スルー
プット、高感度な分析を実現できる。
In order to reduce the laser power of the reflected light which is directly incident on the photodetection system, the reflectance at each boundary point where the refractive index changes may be lowered. As one means for that,
The outside of the capillary at the position where the laser is irradiated may be filled with a transparent liquid such as water or an aqueous solution to increase the refraction angle of the capillary. That is, it is applied in the direction of the concave lens, which is disadvantageous in that the laser power reaches many capillaries. Therefore, the conditions should be evaluated based on these tradeoffs. As a result of the simulation, regarding the capillaries with R / r ≦ 2, the effect of reducing the background light was larger by filling the outside of the capillaries with the liquid. As a result, a large number of capillaries can be arranged side by side for simultaneous analysis, so that high-speed, high-throughput, high-sensitivity analysis can be realized.

【0051】本実施形態で用いたサイズ以外の円筒形状
キャピラリーを用いても、もちろん同様の効果が得られ
る。
Even if a cylindrical capillary having a size other than that used in this embodiment is used, the same effect can be obtained.

【0052】(実施形態2)(実施形態1)では平面状
に配列したキャピラリーは互いに密着させたが、ここで
は各キャピラリーの間隔をキャピラリーの外径以上にし
た。具体例として、キャピラリーに外径0.2mm(R
=0.1mm)、内径0.1mm(r=0.05m
m)、長さ50cmの溶融石英円筒管(n2=1.4
6)を10本用いた。配列間隔は、キャピラリー外径の
1倍(実施形態1と同じ)、2倍、3倍、4倍、5倍、
即ち、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0mmの
各場合について調べた。その他の実験条件は(実施形態
1)と同一とした。
(Embodiment 2) In (Embodiment 1), the capillaries arranged in a plane are in close contact with each other, but here, the intervals between the capillaries are made equal to or larger than the outer diameter of the capillaries. As a specific example, the capillary has an outer diameter of 0.2 mm (R
= 0.1 mm), inner diameter 0.1 mm (r = 0.05 m
m), a fused silica cylindrical tube with a length of 50 cm (n 2 = 1.4
10) of 6) were used. The array spacing is 1 times the outer diameter of the capillary (the same as in the first embodiment), 2 times, 3 times, 4 times, 5 times,
That is, the cases of 0.2, 0.4, 0.6, 0.8 and 1.0 mm were examined. The other experimental conditions were the same as in (Embodiment 1).

【0053】図10は、レーザ光源から最も遠い位置に
配列された10本目のキャピラリーにおける励起効率を
キャピラリーの配列間隔を変数として示した(励起効率
は、図6と同様にレーザ光源に最も近い位置に配列され
た1本目のキャピラリーにおける励起効率により規格化
されている)。図10の結果から、キャピラリーの配列
間隔が増大するほど、10本目のキャピラリーにおける
励起効率は低下し、多数のキャピラリーの同時計測に不
利な条件となった。つまり、キャピラリーの配列間隔を
キャピラリー外径と一致させるとき、即ち、キャピラリ
ーを密着配列するときに、最も効率的に多数のキャピラ
リーの同時計測ができることが判明した。この最適条件
(キャピラリーを密着配列する)における10本目のキ
ャピラリーのS/Nが、1本目のキャピラリーのS/N
の半分になる条件を実用範囲とすると、励起効率は1/
4になる条件まで許容範囲となる。この励起効率は1/
4になる条件は、図10からキャピラリーの配列間隔が
0.8mm以下、即ち配列間隔がキャピラリー外径の4
倍以下であれば満たされる。
FIG. 10 shows the excitation efficiency of the tenth capillary arrayed at the position farthest from the laser light source, with the array interval of the capillaries as a variable (the excitation efficiency is the position closest to the laser light source as in FIG. 6). Is standardized by the excitation efficiency in the first capillary arranged in (1). From the result of FIG. 10, as the arrangement interval of the capillaries increased, the excitation efficiency of the tenth capillary decreased, which was a disadvantageous condition for simultaneous measurement of a large number of capillaries. That is, it has been found that when the arrangement interval of the capillaries is made to coincide with the outer diameter of the capillaries, that is, when the capillaries are closely arranged, the simultaneous measurement of a large number of capillaries can be performed most efficiently. The S / N of the 10th capillary under this optimum condition (where the capillaries are closely arranged) is the S / N of the 1st capillary.
If the practical range is set to half the
The allowable range is up to 4. This excitation efficiency is 1 /
The condition of 4 is that the arrangement interval of the capillaries is 0.8 mm or less from FIG. 10, that is, the arrangement interval is 4 which is the outer diameter of the capillary.
If less than twice, it is satisfied.

【0054】(実施形態3)(実施形態1)のシュミレ
ーション結果に基づき、本実施形態ではDNA試料の電
気泳動を実際に行なった。まず、平面状に配列された5
本のキャピラリーゲルを使用し電気泳動を行ない、蛍光
検出する部分のキャピラリーゲルを水中に配置して、蛍
光計測することによりDNA塩基配列決定を実施した。
図11は、使用した装置の基本構成を示す。キャピラリ
ーゲルは、長さ50cm、外径0.2mm(R=0.1
mm)、内径0.1mm(r=0.05mm)の溶融石
英管(n2=1.46)に、変性剤として7Mのウレア
を含んだ4%T(Totalmonomer conc
entration)、5%C(Crosslinki
ng material concentratio
n)の濃度のアクリルアミドを注入した後ゲル化(n3
=1.36)させて調製した。試料注入側のキャピラリ
ー末端より30cmの位置で、長さ10mm、全周にわ
たり、ポリイミド被覆を除去して、蛍光を計測する窓を
予め作製してレーザ照射部位とした。図11の示すよう
に、このキャピラリーゲル5本を0.2mmピッチに揃
えて平面状に配列し、水(n1=1.33)を満たした
蛍光計測セル12内に固定した。但し、図11では、キ
ャピラリーゲル1はキャピラリーゲルの計測窓近傍のみ
を示している。
(Embodiment 3) Based on the simulation result of (Embodiment 1), electrophoresis of a DNA sample was actually performed in this embodiment. First, 5 arranged in a plane
Electrophoresis was performed using the capillary gel of the book, the capillary gel of the portion for fluorescence detection was placed in water, and fluorescence was measured to determine the DNA base sequence.
FIG. 11 shows the basic configuration of the device used. The capillary gel has a length of 50 cm and an outer diameter of 0.2 mm (R = 0.1
mm) and an inner diameter of 0.1 mm (r = 0.05 mm) in a fused silica tube (n 2 = 1.46) containing 4% T (Totalmonomer conc) containing 7M urea as a modifier.
5% C (Crosslinki)
ng material concentratio
gelation (n 3
= 1.36). At a position 30 cm from the end of the capillary on the sample injection side, the polyimide coating was removed over a length of 10 mm and the entire circumference, and a window for measuring fluorescence was prepared in advance and used as a laser irradiation site. As shown in FIG. 11, five capillary gels were aligned in a 0.2 mm pitch and arranged in a plane, and fixed in a fluorescence measurement cell 12 filled with water (n 1 = 1.33). However, in FIG. 11, the capillary gel 1 is shown only in the vicinity of the measurement window of the capillary gel.

【0055】図12は蛍光計測セル12のキャピラリー
軸に対する断面図を示し、YAGレーザ(532nm、
20mW)及びHe−Neレーザ(594nm、10m
W)を同軸にした後ビーム径0.1mmに集光しビーム
2とし、キャピラリー配列体の側方よりキャピラリー配
列軸に沿って入射させた。蛍光計測セル12内部にはア
クリルアミドゲル10が充填されたキャピラリー1が平
面上に配置され、キャピラリー1の外部には水14が満
たされている。
FIG. 12 is a cross-sectional view of the fluorescence measuring cell 12 with respect to the capillary axis, showing a YAG laser (532 nm,
20 mW) and He-Ne laser (594 nm, 10 m
After W) was made coaxial, it was condensed to a beam diameter of 0.1 mm to form a beam 2, which was made incident from the side of the capillary array along the capillary array axis. The capillary 1 filled with the acrylamide gel 10 is arranged on a plane inside the fluorescence measurement cell 12, and the outside of the capillary 1 is filled with water 14.

【0056】図11に示すように、蛍光計測は、キャピ
ラリーゲルが配列する平面に対して垂直方向より行なっ
た。水平方向に幅0.8mmで1列に並ぶ5個の蛍光発
光点群を第一カメラレンズ6でほぼ平行光束にし、蛍光
発光点群の像を垂直方向に4つに分割する像分割プリズ
ム及び4つの像を結ぶ光束に対応させた4種の組み合わ
せフィルター14を透過させ、第二カメラレンズ8で結
像させた。なお、この蛍光選別法については特開平2−
269936号公報に詳しく記されている。5×4=2
0個に2次元状に展開された蛍光発光点群は、冷却型の
2次元CCDカメラ9で一度に露光計測した。露光時間
1.0秒、データ取得間隔1.5秒で連続計測を行っ
た。
As shown in FIG. 11, the fluorescence measurement was performed in the direction perpendicular to the plane on which the capillary gel was arranged. An image splitting prism that splits the image of the fluorescent light emitting point group into four in the vertical direction by making five fluorescent light emitting point groups, each of which has a width of 0.8 mm in the horizontal direction and arranged in one row, into substantially parallel light beams by the first camera lens 6. The four types of combination filters 14 corresponding to the light fluxes forming the four images were transmitted, and an image was formed by the second camera lens 8. Incidentally, this fluorescence selection method is described in JP-A-2-
This is described in detail in Japanese Patent No. 269936. 5 × 4 = 2
The fluorescent light emission point group developed into two zero-dimensional was subjected to exposure measurement at once with a cooling type two-dimensional CCD camera 9. Continuous measurement was performed with an exposure time of 1.0 second and a data acquisition interval of 1.5 seconds.

【0057】5種のDNA試料の塩基配列決定はサンガ
ー法に従って行なった。調製されたDNA試料成分に
は、末端塩基種C、G、A、Tに対応して4種の蛍光体
Cy3(極大発光波長565nm)、TRITC(極大
発光波長580nm)、Texas Red(極大発光
波長615nm)、Cy5(極大発光波長665nm)
を標識した。ここで、Cy3、Cy5はバイオロジカル
・ディテクション・システム社(米国)より販売されて
おり、TRITC、Texas Redはモレキュラー
・プローブ社より販売されている。これら4種の蛍光が
波長選別されて2次元CCDカメラに結像されるよう
に、4種の組み合わせフィルターを用いた。末端塩基種
に対応した4種の反応物を試料種毎に混合した後、エタ
ノール沈殿によって10倍に濃縮して試料溶媒をホルム
アミドに置換した。5本のキャピラリーゲルの試料注入
端をそれぞれ5種のDNA試料液中に浸し、キャピラリ
ーゲルの両端に100V/cm(5kV)の一定電界強
度を2秒間印加して試料注入を行なった。電気泳動は一
定電界強度100V/cm(5kV)で約3時間行なっ
た。2次元CCDカメラで得られた4種の蛍光に対応す
る4種の信号の時間変化をコンピュータで解析し、5種
の試料のDNA塩基配列を決定した。
The nucleotide sequences of the 5 DNA samples were determined according to the Sanger method. The prepared DNA sample components include four types of phosphors Cy3 (maximum emission wavelength 565 nm), TRITC (maximum emission wavelength 580 nm), and Texas Red (maximum emission wavelength) corresponding to the terminal base species C, G, A, and T. 615 nm), Cy5 (maximum emission wavelength 665 nm)
Was labeled. Here, Cy3 and Cy5 are sold by Biological Detection Systems (USA), and TRITC and Texas Red are sold by Molecular Probes. Four kinds of combination filters were used so that these four kinds of fluorescence were wavelength-selected and imaged on a two-dimensional CCD camera. Four kinds of reaction products corresponding to the terminal base species were mixed for each sample species and then concentrated 10 times by ethanol precipitation to replace the sample solvent with formamide. The sample injection ends of the five capillary gels were respectively immersed in five kinds of DNA sample solutions, and a constant electric field strength of 100 V / cm (5 kV) was applied to both ends of the capillary gel for 2 seconds to perform the sample injection. Electrophoresis was performed at a constant electric field strength of 100 V / cm (5 kV) for about 3 hours. The time bases of the four types of signals corresponding to the four types of fluorescence obtained by the two-dimensional CCD camera were analyzed by a computer to determine the DNA base sequences of the five types of samples.

【0058】図13は、本実施形態で得られたDNAシ
ーケンス結果のうち、TexasRedで標識されたA
成分の電気泳動パターンであり、泳動時間30分〜60
分の電気泳動パターンで、プライマーから約130塩基
長までのA成分のパターンを示している。但し、分析し
た試料は5種ともに標準試料のM13mp18である。
図13の最上段のキャピラリー−1が最もレーザ光源側
のキャピラリーであり、以下数字の順番にレーザ光源か
ら遠ざかる位置のキャピラリーの電気泳動パターンを示
している。ピーク強度はレーザ光源から遠ざかるに従い
減少した。キャピラリー−5のピーク強度は、キャピラ
リー−1の1/3以下になっているが、それでも十分に
高いS/N(塩基長91に相当する位置で、S/N=7
34である)でピーク検出が可能であった。なお、キャ
ピラリー−1ののピークにおけるS/Nは、塩基長91
に相当する位置で、S/N=3300である。
FIG. 13 shows the results of DNA sequencing obtained in this embodiment, in which A labeled with Texas Red was used.
It is an electrophoretic pattern of the components, and the migration time is from 30 minutes to 60 minutes.
The minute electrophoretic pattern shows the pattern of the component A from the primer to about 130 bases in length. However, the analyzed samples are M13mp18 which is a standard sample for all five types.
Capillary-1 at the top of FIG. 13 is the capillary closest to the laser light source, and the capillary patterns at positions farther from the laser light source are shown in numerical order below. The peak intensity decreased as the distance from the laser light source increased. The peak intensity of Capillary-5 is 1/3 or less of that of Capillary-1, but it is still sufficiently high S / N (S / N = 7 at the position corresponding to base length 91).
34) was possible. The S / N at the peak of capillary-1 is 91
S / N = 3300 at the position corresponding to.

【0059】本実験条件ではレーザが照射される位置の
キャピラリー外部を水としているため、外部を空気とし
た場合と比較して、キャピラリー界面でのレーザ反射が
減少し、背景光信号が1桁近く減少した。このことは
(実施形態1)で説明したことが実験的に確認されたこ
とを意味する。他の蛍光体で標識された成分の電気泳動
パターンも同様に得られており、5本のキャピラリーゲ
ル電気泳動によるDNA塩基配列決定を高感度に実現で
きた。
Under the conditions of this experiment, since the outside of the capillary at the position where the laser is irradiated is water, the laser reflection at the capillary interface is reduced and the background light signal is close to one digit compared to the case where the outside is air. Diminished. This means that what has been described in (Embodiment 1) has been experimentally confirmed. The electrophoretic patterns of the components labeled with other fluorophores were obtained in the same manner, and DNA base sequence determination by 5 capillary gel electrophoresis could be realized with high sensitivity.

【0060】次に、平面状に配列された10本のキャピ
ラリーゲルを使用して電気泳動を行ない、泳動する試料
成分からの発する蛍光を空気中で検出し計測することに
より、DNA塩基配列決定を実施した。使用するキャピ
ラリーは外径0.375mm(R=0.1875m
m)、内径0.1mm(r=0.05mm)の溶融石英
管(n2=1.46)とし、10本のキャピラリー配列
は、図4に示すように、ガラス平面上に0.375mm
ピッチで固定し、図11、図12に示す蛍光計測セルは
使用しない。即ち、キャピラリー外部の媒質は空気(n
1=1.00)である。これら以外の実験条件は先の実
験と同一とした。
Next, 10 capillary gels arranged in a plane are used for electrophoresis, and the fluorescence emitted from the sample components to be migrated is detected and measured in the air to determine the DNA base sequence. Carried out. The capillary used has an outer diameter of 0.375 mm (R = 0.1875 m
m), an inner diameter of 0.1 mm (r = 0.05 mm), a fused silica tube (n 2 = 1.46), and 10 capillary arrays have a diameter of 0.375 mm on the glass plane as shown in FIG.
The pitch is fixed and the fluorescence measurement cell shown in FIGS. 11 and 12 is not used. That is, the medium outside the capillary is air (n
1 = 1.00). The other experimental conditions were the same as those of the previous experiment.

【0061】図14、15は、本実施形態で得られたD
NAシーケンス結果のうち、Texas Redで標識
されたA成分の電気泳動パターンであり、泳動時間30
分〜60分の電気泳動パターンで、プライマーから約1
00塩基長までのA成分のパターンを示している。但
し、分析した試料は10種ともに標準試料のM13mp
18である。図14、図15において、図14に示す最
上段キャピラリー−1が最もレーザ光源側のキャピラリ
ーであり、以下数字の順番にレーザ光源から遠ざかるキ
ャピラリーの電気泳動パターンを示しており、図15に
示す最下段のキャピラリー−10のいずれの10本のキ
ャピラリーとも十分なS/Nで計測できた。塩基長9を
与えるピークおいて、S/Nは、キャピラリー−1にお
いて237、キャピラリー−4において237、キャピ
ラリー−7において110、キャピラリー−10におい
て140であった(キャピラリー−10でのS/Nがキ
ャピラリー−7のS/Nより大きいのは測定のバラツキ
と考えられる)。他の蛍光体で標識された成分の電気泳
動パターンも図14、15同様に得られており、10本
のキャピラリーゲル電気泳動によるDNA塩基配列決定
を高感度に実現できた。
14 and 15 show D obtained in this embodiment.
Of the results of NA sequencing, it is the electrophoresis pattern of A component labeled with Texas Red, and the migration time was 30
Minute to 60 minutes electrophoresis pattern, about 1 from the primer
The pattern of A component up to 00 base length is shown. However, the analyzed samples are M13mp which is a standard sample for all 10 types.
Eighteen. 14 and 15, the uppermost capillary -1 shown in FIG. 14 is the capillary closest to the laser light source, and in the following numerical order, the electrophoresis patterns of the capillaries moving away from the laser light source are shown. It was possible to measure with sufficient S / N for any of the 10 capillaries of the lower capillary-10. In the peak giving the base length 9, the S / N was 237 in capillary-1, 237 in capillary-4, 110 in capillary-7, and 140 in capillary-10 (S / N in capillary-10 was Larger than S / N of Capillary-7 is considered to be measurement variation). The electrophoretic patterns of the components labeled with other fluorophores were also obtained in the same manner as in FIGS. 14 and 15, and DNA base sequence determination by 10 capillary gel electrophoresis could be realized with high sensitivity.

【0062】(実施形態4)本実施形態では、断面が楕
円形である楕円筒形状キャピラリーを用いた。このキャ
ピラリーを用いることにより、その配列方法によって2
つの異なる効果が生まれる。第1の配列方法は、キャピ
ラリー断面の楕円の短径とキャピラリーの配列平面を平
行にすることである。この場合、レーザビームのキャピ
ラリーへの入射角が円筒形キャピラリーを用いた場合と
比較して小さくなるので、蛍光を検出する光検出系に直
接入射する反射光のレーザパワーが減り、背景光信号が
減少する。これにより蛍光検出感度が増大する効果が得
られる。第2の配列方法は、キャピラリー断面の楕円の
長径とキャピラリーの配列平面を平行にすることであ
る。この場合、キャピラリーを密着配列しながら隣り合
うキャピラリーの泳動路(キャピラリー内部)どうしの
間隔を大きくできるので、お互いのクロストークがなく
なるので複数のキャピラリーの独立計測に有利となる。
キャピラリーの密着配列は(実施形態3)に示したよう
に、効率的な多数のキャピラリーの同時計測に有効であ
る。次に、第1の配列方法を用いた具体例を示す。
(Embodiment 4) In this embodiment, an elliptic cylindrical capillary having an elliptical cross section is used. By using this capillary, 2
Three different effects are created. The first arrangement method is to make the minor axis of the ellipse of the capillary cross section parallel to the arrangement plane of the capillaries. In this case, the incident angle of the laser beam on the capillary is smaller than that when a cylindrical capillary is used, so the laser power of the reflected light directly incident on the photodetection system that detects fluorescence is reduced, and the background light signal is reduced. Decrease. This has the effect of increasing the fluorescence detection sensitivity. The second arrangement method is to make the major axis of the ellipse of the capillary cross section parallel to the arrangement plane of the capillaries. In this case, since the migration paths (inside the capillaries) of adjacent capillaries can be increased while closely aligning the capillaries, mutual crosstalk is eliminated, which is advantageous for independent measurement of a plurality of capillaries.
As shown in (Embodiment 3), the close contact arrangement of the capillaries is effective for efficient simultaneous measurement of a large number of capillaries. Next, a specific example using the first arrangement method will be shown.

【0063】具体例として、断面が外長径0.75mm
(外長半径R1=0.375mm)、外短径(外短半径
2=0.1875mm)、内長径0.2mm(内長半
径r1=0.1mm)、内短径0.05mm(内短半径
2=0.025mm)の楕円形のキャピラリーを用い
た。このキャピラリー断面の内部の面積は、(実施形態
1)で使用した外径0.375mm(R=0.1875
mm)、内径0.1mm(r=0.05mm)の円筒形
のキャピラリーの断面の内部の面積と等しい(7.85
×10-3mm2)。この形状のキャピラリーはポリマイ
クロ社(米国)によって製造可能である。その他の実験
条件は(実施形態1)と同様で、全長50cmのキャピ
ラリーの材質は溶融石英(n2=1.46)を用い、キ
ャピラリー内部は7Mのウレアを含んだ4%T、5%C
の濃度のアクリルアミドゲル(n3=1.36)を充填
した。試料注入側のキャピラリー末端より30cmの位
置で、長さ10mm、全周にわたり、ポリイミド被覆を
除去して蛍光を計測する窓を予め作製してレーザ照射部
位とした。
As a specific example, the cross section has an outer major axis of 0.75 mm.
(Outer major radius R 1 = 0.375 mm), outer minor radius (outer minor radius R 2 = 0.1875 mm), inner major radius 0.2 mm (inner major radius r 1 = 0.1 mm), inner minor radius 0.05 mm ( An elliptical capillary with an inner short radius r 2 = 0.025 mm) was used. The internal area of the cross section of this capillary is 0.375 mm (R = 0.1875) used in (Embodiment 1).
mm) and an inner diameter of 0.1 mm (r = 0.05 mm), which is equal to the internal area of the cross section of the cylindrical capillary (7.85 mm).
× 10 −3 mm 2 ). Capillaries of this shape can be manufactured by Polymicro (USA). Other experimental conditions were the same as in (Embodiment 1), the material of the capillary having a total length of 50 cm was fused silica (n 2 = 1.46), and the inside of the capillary contained 4% T and 5% C containing 7 M urea.
The acrylamide gel (n 3 = 1.36) having the concentration of was loaded. A window for measuring fluorescence by removing the polyimide coating was prepared in advance at a position 30 cm from the end of the capillary on the sample injection side and having a length of 10 mm over the entire circumference to be a laser irradiation site.

【0064】この10本のキャピラリーゲルの蛍光を計
測する部位を、図3、図4と同様に平面状に配列した
が、この際に全てのキャピラリーの楕円の短径をキャピ
ラリーの配列平面と平行とし、長径をキャピラリーの配
列平面と垂直になるように配列した。この配置方法で
は、上記したように光検出系に直接入射する反射光の低
減に効果がある。キャピラリーの配列ピッチは、楕円の
短径と一致させ、密着配列とした。蛍光計測部位のキャ
ピラリー外部は空気(n1=1.00)とした。図3と
同様にして、蛍光計測はキャピラリーの配列平面に垂直
な方向より、第1レンズ、バンドパスフィルター、第2
レンズを介して2次元検出器により行なった。レーザを
ビーム径0.1mmに集光し、キャピラリー配列体の側
方よりキャピラリー配列軸に沿って入射させた。
The sites for measuring fluorescence of the 10 capillary gels were arranged in a plane as in FIGS. 3 and 4. At this time, the minor axes of the ellipses of all the capillaries were parallel to the plane of the arrangement of the capillaries. And the major axis was arrayed so as to be perpendicular to the capillary array plane. This arrangement method is effective in reducing the reflected light that directly enters the photodetection system as described above. The arrangement pitch of the capillaries was made to match the minor axis of the ellipse to form a close contact arrangement. The outside of the capillary at the fluorescence measurement site was air (n 1 = 1.00). In the same manner as in FIG. 3, the fluorescence measurement is performed from the direction perpendicular to the capillary array plane from the first lens, the bandpass filter, and the second lens.
It was performed by a two-dimensional detector through a lens. The laser was focused to a beam diameter of 0.1 mm and was made incident from the side of the capillary array body along the axis of the capillary array.

【0065】この実験条件に対して、(実施形態1)と
同様のシュミレーション実験を行なった。図16は、1
1本のビームコンポーネントの光路を計算した結果であ
る。図16は、蛍光計測部位のキャピラリー軸に対する
断面図であり、1番左のキャピラリーが最もレーザ光源
側のキャピラリーであり、以下右に行くキャピラリーほ
どレーザ光源から遠ざかるキャピラリーである。全ての
光路の計算は10本のキャピラリーが上記の配列がなさ
れているとして連続的に行った。本計算実験条件では、
レーザビームのキャピラリーによる屈折角がΔθ〜0で
あるため、即ち、キャピラリーのレンズ作用が小さいた
め、各ビームコンポーネントはあまり屈折を受けること
なしに、キャピラリー配列中を進行した。全てのビーム
コンポーネントは10本のキャピラリー全てについて、
キャピラリー外部に逸脱することなしに、キャピラリー
内部を透過し、キャピラリー内を泳動する試料成分の励
起に寄与することが判明した。
Under these experimental conditions, the same simulation experiment as in (Embodiment 1) was conducted. 16 is 1
It is the result of calculating the optical path of one beam component. FIG. 16 is a cross-sectional view of the fluorescence measurement portion with respect to the capillary axis. The leftmost capillary is the capillary closest to the laser light source, and the capillary moving to the right below is the capillary farther from the laser light source. The calculation of all optical paths was carried out continuously assuming that 10 capillaries had the above arrangement. In this calculation experimental condition,
Since the refraction angle of the laser beam by the capillaries is Δθ˜0, that is, the lens action of the capillaries is small, each beam component travels through the capillary array without being significantly refracted. All beam components are for all 10 capillaries,
It was found that it contributes to the excitation of the sample components that pass through the inside of the capillary and migrate inside the capillary without deviating to the outside of the capillary.

【0066】図6と同様に、励起効率の減少の度合のキ
ャピラリーの本数による変化を評価するために、各キャ
ピラリー毎に、キャピラリー内部を透過する光路の長
(光路長)さを求め、この光路長にその位置でのレーザ
パワーを乗じ、全てのビームコンポーネントについて積
算し励起効率とした。
As in FIG. 6, in order to evaluate the change in the degree of decrease in excitation efficiency depending on the number of capillaries, the length of the optical path (optical path length) passing through the inside of the capillary is calculated for each capillary, and this optical path is calculated. The length was multiplied by the laser power at that position and integrated for all beam components to obtain the excitation efficiency.

【0067】図17は、このようにして求めた各キャピ
ラリーにおける励起効率を示した(レーザ光源側の1本
目のキャピラリーの値により規格化されている)。図1
7で、各キャピラリーにはレーザ光源側から順番に1か
ら10の番号を付けた。図6と同様に、キャピラリー毎
の励起効率はレーザ光源から離れるに従い指数間数的に
減少した。10本目のキャピラリーの励起効率は、1本
目の53.4%にも及び、この減衰の程度は図6の場合
とほとんど等しかった。つまり、キャピラリー1本当た
りの平均透過率は93.3%であり(0.9339
0.536)、本計算実験条件では、24本までのキャ
ピラリーの同時計測が可能であった(0.93323
0.20)。
FIG. 17 shows the excitation efficiency of each capillary thus obtained (normalized by the value of the first capillary on the laser light source side). Figure 1
7, the capillaries are numbered 1 to 10 in order from the laser light source side. Similar to FIG. 6, the excitation efficiency for each capillary decreased exponentially as the distance from the laser light source increased. The excitation efficiency of the 10th capillary reached 53.4% of the 1st capillary, and the degree of this attenuation was almost the same as in the case of FIG. In other words, the average transmission rate per one capillary is 93.3% (0.933 9 =
0.536), it was possible to simultaneously measure up to 24 capillaries under the conditions of this calculation experiment (0.933 23 =
0.20).

【0068】一方、光検出系に直接入射する反射光のレ
ーザパワーを10本のキャピラリーについて積算した結
果は(実施形態1)の場合と異なり、ゼロであった。こ
れは屈折率が変化する各境界点でのレーザビームの入射
角が十分に小さくなったためである。従って、円筒形の
キャピラリーから楕円筒形のキャピラリーにすることに
より、背景光を大幅に削減でき、より高感度に蛍光計測
できることが判明した。
On the other hand, the result of integrating the laser power of the reflected light directly incident on the photodetection system for 10 capillaries was zero, unlike the case of (Embodiment 1). This is because the incident angle of the laser beam at each boundary point where the refractive index changes is sufficiently small. Therefore, it was found that the background light can be significantly reduced and the fluorescence measurement can be performed with higher sensitivity by changing the cylindrical capillary to the elliptic cylindrical capillary.

【0069】本実施形態で用いた形状寸法以外の楕円筒
形キャピラリーを用いても、もちろん同様の効果が得ら
れる。また、(実施形態1、3)で円筒形キャピラリー
について示したように、レーザ照射位置のキャピラリー
外部を水等の透明液体で満たすことの効果は、楕円筒形
状キャピラリーについても同様に得られる。即ち、キャ
ピラリーに入射するレーザビームの反射率が低減するこ
とにより、多数のキャピラリーを効率的に同時計測でき
るようになる。
The same effect can be obtained by using an elliptic cylindrical capillary having a shape other than that used in this embodiment. Further, as described for the cylindrical capillaries in (Embodiments 1 and 3), the effect of filling the outside of the capillary at the laser irradiation position with a transparent liquid such as water can be similarly obtained for the elliptic cylindrical capillary. That is, by reducing the reflectance of the laser beam incident on the capillaries, it becomes possible to efficiently measure a large number of capillaries simultaneously.

【0070】(実施形態5)本実施形態では、(実施形
態4)の計算実験条件で、各キャピラリーのレーザ照射
部分に減反射のコーティングを施して計算実験を行なっ
た。アクリルアミドゲル充填前に、楕円筒形キャピラリ
ーの蛍光を計測するための窓(被覆が除去された部分)
にフッ化マグネシウム(MgF2)(屈折率n0=1.3
8)を184nmの厚さで単層蒸着した。この処理によ
り、ゲル充填後のキャピラリー1本あたりの平均透過率
は、93.3%から97.0%に増大した。このとき、
レーザ光源より1本目のキャピラリーにおける励起効率
に対する10本目のキャピラリーにおける励起効率は、
53.4%から76.0%に増大した(0.9709
0.76)。これに伴い、励起効率の減少を20%まで
とする同時計測可能な最大キャピラリー本数は24本か
ら53本まで増大した(0.97052=0.21)。
(Embodiment 5) In the present embodiment, a calculation experiment was performed under the calculation experiment conditions of (Embodiment 4) by applying antireflection coating to the laser irradiation portion of each capillary. A window for measuring the fluorescence of an elliptic cylindrical capillary (the part where the coating is removed) before filling the acrylamide gel.
Magnesium fluoride (MgF 2 ) (refractive index n 0 = 1.3
8) was deposited as a single layer in a thickness of 184 nm. By this treatment, the average transmittance per capillary after gel filling was increased from 93.3% to 97.0%. At this time,
The excitation efficiency in the 10th capillary relative to the excitation efficiency in the 1st capillary from the laser light source is
Increased from 53.4% to 76.0% (0.970 9 =
0.76). Along with this, the maximum number of capillaries that can be simultaneously measured with the decrease in excitation efficiency up to 20% has increased from 24 to 53 (0.970 52 = 0.21).

【0071】本実施形態で用いたキャピラリーのレーザ
照射部分に減反射のコーティングを(実施形態1)で説
明した円筒形状キャピラリーや、後述する(実施形態
6)の角筒形状キャピラリーに応用しても、もちろん同
様の効果が得られる。また、コーティングの方法、種類
は本実施形態で用いたものに限るものではない。
The antireflection coating on the laser-irradiated portion of the capillary used in this embodiment can be applied to the cylindrical capillaries described in (Embodiment 1) or the rectangular tube-shaped capillaries described in (Embodiment 6). Of course, the same effect can be obtained. The coating method and type are not limited to those used in this embodiment.

【0072】(実施形態6)本実施形態では、図18に
示すような角筒形状キャピラリー1を用いる。角筒形状
キャピラリーの断面は、外周が一辺0.2mmの正方
形、内周が一辺0.1mmの正方形である。この形状の
キャピラリーは、ポリマイクロ社(米国)によって製造
可能である。その他の実験条件は(実施形態1)と同様
で、全長50cmのキャピラリーの材質は溶融石英(n
2=1.46)を用い、キャピラリー内部に7Mのウレ
アを含んだ4%T、5%Cの濃度のアクリルアミドゲル
10(n3=1.36)を充填した。試料注入側のキャ
ピラリー末端より30cmの位置で、長さ10mm、全
周にわたり、ポリイミド被覆を除去して蛍光を計測する
窓を予め作製してレーザ照射部位とした。このキャピラ
リーゲル10本の蛍光を計測する窓の部位を0.4mm
ピッチに揃えてガラス平板5上に固定して平面状に配列
させた。蛍光を計測する位置のキャピラリー外部は空気
(n1=1.00)11とした。図3と同様に、蛍光計
測はキャピラリーの配列平面に垂直な方向より、第1レ
ンズ、バンドパスフィルター、第2レンズを介して2次
元検出器により行なった。図18は、蛍光を計測する部
分のキャピラリー軸に対する断面図であり、レーザをビ
ーム径0.1mmに集光しビーム2として、キャピラリ
ー配列体の側方よりキャピラリー配列軸に沿って入射さ
せた。
(Embodiment 6) In this embodiment, a rectangular tube-shaped capillary 1 as shown in FIG. 18 is used. The cross section of the rectangular tube-shaped capillary is a square having an outer periphery of 0.2 mm on a side and an inner periphery having a square of 0.1 mm on a side. Capillaries of this shape can be manufactured by Polymicro (USA). Other experimental conditions are the same as those in (Embodiment 1), and the material of the capillaries having a total length of 50 cm is fused silica (n
2 = 1.46) was used to fill the inside of the capillary with acrylamide gel 10 (n 3 = 1.36) containing 7 M urea and having a concentration of 4% T and 5% C. A window for measuring fluorescence by removing the polyimide coating was prepared in advance at a position 30 cm from the end of the capillary on the sample injection side and having a length of 10 mm over the entire circumference to be a laser irradiation site. The area of the window for measuring the fluorescence of the 10 capillary gels is 0.4 mm.
Aligned with the pitch, they were fixed on the glass plate 5 and arranged in a plane. The outside of the capillary at the position where fluorescence was measured was air (n 1 = 1.00) 11. Similar to FIG. 3, fluorescence measurement was performed by a two-dimensional detector through the first lens, the bandpass filter, and the second lens in the direction perpendicular to the capillary array plane. FIG. 18 is a cross-sectional view of the portion for measuring fluorescence with respect to the capillary axis, in which a laser was focused to a beam diameter of 0.1 mm and made into a beam 2 which was made incident from the side of the capillary array along the capillary array axis.

【0073】本計算実験条件では、レーザビームの各キ
ャピラリーへの入射角は常にゼロであるため、レーザビ
ームの屈折の影響は無視できる。屈折率が変化する各境
界点での反射の影響を考慮すると、キャピラリー1本あ
たりの平均透過率は92.9%と高効率であり、レーザ
光源から10本目のキャピラリーにおける励起効率は、
1本目のキャピラリーにおける励起効率51.5%であ
った(0.9299=0.515)。検出器の感度とダ
イナミックレンジの関係から同時計測可能な励起効率の
減少を20%までとすると、本計算実験条件では、22
本までのキャピラリーの同時計測が可能であることが判
明した(0.92921=0.21)。
Under the conditions of this calculation experiment, since the incident angle of the laser beam on each capillary is always zero, the influence of refraction of the laser beam can be ignored. Considering the influence of reflection at each boundary point where the refractive index changes, the average transmittance per capillary is as high as 92.9%, and the excitation efficiency in the 10th capillary from the laser light source is
The excitation efficiency in the first capillary was 51.5% (0.929 9 = 0.515). Assuming that the decrease in the excitation efficiency that can be measured simultaneously is 20% due to the relationship between the detector sensitivity and the dynamic range, the calculation experimental condition is 22
It was found that it is possible to simultaneously measure capillaries up to a book (0.929 21 = 0.21).

【0074】一方、光検出系に直接入射する反射光のレ
ーザパワーを10本のキャピラリーについて積算した結
果は、(実施形態4)の場合と同様に、ゼロであった。
これは屈折率が変化する各境界点でのレーザビームの入
射角が常にゼロであるためである。従って、円筒形状の
キャピラリーから角筒形状のキャピラリーにすることに
より、背景光を大幅に削減でき、より高感度に蛍光計測
できる。
On the other hand, the result of integrating the laser power of the reflected light directly incident on the photodetection system for 10 capillaries was zero, as in the case of (Embodiment 4).
This is because the incident angle of the laser beam at each boundary point where the refractive index changes is always zero. Therefore, by changing from a cylindrical capillary to a rectangular tube-shaped capillary, background light can be significantly reduced, and fluorescence measurement can be performed with higher sensitivity.

【0075】(実施形態7)本実施形態では、(実施形
態6)の計算実験条件において、蛍光を計測する位置の
キャピラリー外部を水(n1=1.33)とした。その
他の計算実験条件は(実施形態6)と同一とした。本計
算実験条件では、キャピラリー外部の屈折率とキャピラ
リーの屈折率との差が、(実施形態6)の場合よりも小
さくなったために、屈折率が変化する各境界点でのレー
ザビームの反射率が大幅に低減した。その結果、キャピ
ラリー1本あたりの平均透過率は、92.9%から9
9.3%に増大した。このとき、レーザ光源より1本目
のキャピラリーにおける励起効率に対する10本目のキ
ャピラリーにおける励起効率は、51.5%から93.
9%に増大した(0.9939=0.939)。これに
伴い、励起効率の減少を20%までとする同時計測可能
な最大キャピラリー本数は、22本から230本まで増
大した(0.993229=0.20)。
(Embodiment 7) In this embodiment, under the calculation experiment conditions of (Embodiment 6), water (n 1 = 1.33) was used outside the capillary at the position where fluorescence was measured. The other calculation experiment conditions were the same as those in (Embodiment 6). Under the conditions of this calculation experiment, since the difference between the refractive index outside the capillary and the refractive index of the capillary was smaller than that in the case of (Embodiment 6), the reflectance of the laser beam at each boundary point where the refractive index changes. Was significantly reduced. As a result, the average transmittance per capillary was 92.9% to 9%.
It increased to 9.3%. At this time, the excitation efficiency in the tenth capillary with respect to the excitation efficiency in the first capillary from the laser light source is 51.5% to 93.
It was increased to 9% (0.993 9 = 0.939). Along with this, the maximum number of capillaries that can be simultaneously measured with the decrease in excitation efficiency up to 20% has increased from 22 to 230 (0.993 229 = 0.20).

【0076】次に、(実施形態6)の計算実験条件にお
いて、蛍光を計測する位置のキャピラリー外部を石英ガ
ラス(n1=1.46)とした。本計算実験条件は、複
数の角筒形状キャピラリーの計測部分を溶着して実現し
てもよいし、石英ガラスのブロックにキャピラリーの内
部に相当する穴を複数あけて実現してもよい。その他の
計算実験条件は(実施形態6)と同一とした。本計算実
験条件では、キャピラリー外部の屈折率とキャピラリー
の屈折率との差が、(実施形態6)の場合よりも小さく
なったために、屈折率が変化する各境界点でのレーザビ
ームの反射率が大幅に低減した。その結果、キャピラリ
ー1本あたりの平均透過率は92.9%から99.8%
に増大した。このとき、レーザ光源より1本目のキャピ
ラリーにおける励起効率に対する10本目のキャピラリ
ーにおける励起効率は、51.5%から98.2%に増
大した(0.9989=0.982)。これに伴い、励
起効率の減少を20%までとする同時計測可能な最大キ
ャピラリー本数は、26本から804本まで増大した
(0.998803=0.20)。
Next, under the calculation experiment conditions of (Embodiment 6), quartz glass (n 1 = 1.46) was used outside the capillary at the position where fluorescence was measured. This calculation experiment condition may be realized by welding the measurement portions of a plurality of rectangular tube-shaped capillaries, or may be realized by forming a plurality of holes corresponding to the inside of the capillaries in a quartz glass block. The other calculation experiment conditions were the same as those in (Embodiment 6). Under the conditions of this calculation experiment, since the difference between the refractive index outside the capillary and the refractive index of the capillary was smaller than that in the case of (Embodiment 6), the reflectance of the laser beam at each boundary point where the refractive index changes. Was significantly reduced. As a result, the average transmittance per capillary was 92.9% to 99.8%.
Increased to. At this time, the excitation efficiency in the 10th capillary with respect to the excitation efficiency in the 1st capillary from the laser light source increased from 51.5% to 98.2% (0.998 9 = 0.982). Along with this, the maximum number of capillaries that can be simultaneously measured with the decrease in excitation efficiency up to 20% increased from 26 to 804 (0.998 803 = 0.20).

【0077】本実施形態では、蛍光を計測する位置のキ
ャピラリー外部を水あるいは石英ガラスで満たしたが、
これ以外の液体あるいは固体であっても、それが透明材
質であれば同様の効果を発揮する。
In this embodiment, the outside of the capillary at the position where fluorescence is measured is filled with water or quartz glass.
Even if it is a liquid or a solid other than this, if it is a transparent material, the same effect is exhibited.

【0078】(実施形態8)本実施形態では、(実施形
態6)の計算実験条件において、図19に示すように、
レーザビーム2が10本のキャピラリーを透過した位置
に全反射ミラー15を配置し、レーザビーム2を折り返
して逆経路で再び10本のキャピラリーを透過させた。
その他の計算実験条件は(実施形態6)と同一とした。
(Embodiment 8) In this embodiment, as shown in FIG. 19, under the calculation experiment conditions of (Embodiment 6),
The total reflection mirror 15 was arranged at a position where the laser beam 2 was transmitted through the ten capillaries, the laser beam 2 was turned back, and the ten capillaries were transmitted again through the reverse path.
The other calculation experiment conditions were the same as those in (Embodiment 6).

【0079】N本のキャピラリーを配列したとき、レー
ザ光源からn番目(n≦N)のキャピラリーにおける励
起効率Teffは、レーザビームのキャピラリー1本あた
りの平均透過率をTramとすると、(数12)で表わさ
れる(なお、以下の説明では、X↑(Y)は、XのY乗
を表すものとする)。
When N capillaries are arrayed, the pumping efficiency T eff in the n-th (n ≦ N) capillary from the laser light source is expressed by the following equation, where T ram is the average transmittance of the laser beam per capillary. 12) (Note that in the following description, X ↑ (Y) represents X to the power of Y).

【0080】 Teff=Tram↑(n−1)+Tram↑(2N−n) …(数12) (数12)の第1項は、レーザ光源から離れる方向に進
行するレーザビームによる励起を表わし、第2項は、全
反射ミラーで折り返してレーザ光源に近づく方向に進む
レーザビームによる励起を表わす。(数12)は(実施
形態6)の場合の1本目のキャピラリーにおける励起効
率により規格化されており、Teff>1であることは、
(実施形態6)の場合の1本目のキャピラリーにおける
励起効率以上の励起効率となることを意味している。
(数12)によれば、励起効率Teffは(実施形態4)
と同様にnに関して単調減少であり、n=N、即ち、レ
ーザ光源から最も離れたキャピラリーで最小となる。こ
のときの励起効率Teffminは、(数13)となる。
T eff = T ram ↑ (n−1) + T ram ↑ (2N−n) (Equation 12) The first term of (Equation 12) is excitation by a laser beam traveling in a direction away from the laser light source. The second term represents excitation by a laser beam that is folded back by the total reflection mirror and advances in a direction approaching the laser light source. (Equation 12) is standardized by the excitation efficiency in the first capillary in the case of (Embodiment 6), and T eff > 1 means that
This means that the excitation efficiency is equal to or higher than the excitation efficiency in the first capillary in the case of (Embodiment 6).
According to ( Equation 12), the excitation efficiency T eff is (Embodiment 4)
Similarly, it is monotonically decreasing with respect to n, and is minimum at n = N, that is, the capillary farthest from the laser light source. The excitation efficiency T effmin at this time is ( Equation 13).

【0081】 Teffmin=Tram↑(N−1)+Tram↑(N) …(数13) (数13)は、(実施形態6)の場合、即ち、全反射ミ
ラーを用いない場合の約2倍であることを意味する。本
計算実験条件では、N=10、Tra=0.929である
から、10本目のキャピラリーにおける励起効率は、5
1.5%から99.4%に増大した(0.9299
0.9299=0.994)。これに伴い、励起効率の
減少を20%までとする同時計測可能な最大キャピラリ
ー本数は22本から32本まで増大した(0.92931
+0.92932=0.20)。本実施形態で示した手法
を円筒形状キャピラリーや楕円筒形状キャピラリーに適
用しても、もちろん同様の効果が得られる。
T effmin = T ram ↑ (N−1) + T ram ↑ (N) ( Equation 13) ( Equation 13) is about in the case of (Embodiment 6), that is, when the total reflection mirror is not used. It means double. Under the conditions of this calculation experiment, N = 10 and T ra = 0.929, so the excitation efficiency in the 10th capillary is 5
Increased from 1.5% to 99.4% (0.929 9 +
0.929 9 = 0.994). Along with this, the maximum number of capillaries that can be simultaneously measured with the decrease in excitation efficiency up to 20% has increased from 22 to 32 (0.929 31
+0.929 32 = 0.20). Even if the method shown in the present embodiment is applied to a cylindrical capillary or an elliptic cylindrical capillary, the same effect can be obtained.

【0082】(実施形態9)本実施形態では、(実施形
態6)の計算実験条件において、図20に示すように、
レーザビーム2をハーフミラー16等のビームスプリッ
ターで2本に分割した後、反射ミラー17−1、17−
2、17−3を使用して、10本のキャピラリー配列し
たキャピラリー配列体の平面方向の2つの側面の両側か
ら対向させて照射した。両側から照射するレーザビーム
はともにビーム径を0.1mmにレンズ(図示せず)で
絞り、互いに同軸になるように調整した。その他の計算
実験条件は(実施形態6)と同一とした。N本のキャピ
ラリーを平面上に配列したとき、キャピラリーの配列の
片側からn番目(n≦N)のキャピラリーにおける励起
効率Teffは、レーザビームのキャピラリー1本あたり
の平均透過率をTramとすると、(数14)で表わされ
る。
(Embodiment 9) In this embodiment, as shown in FIG. 20, under the calculation experiment conditions of (Embodiment 6),
After splitting the laser beam 2 into two by a beam splitter such as a half mirror 16, reflection mirrors 17-1, 17-
Irradiation was performed by using Nos. 2 and 17-3 so as to oppose each other from both sides of two side surfaces in the plane direction of the capillary array body in which 10 capillaries were arrayed. The laser beams emitted from both sides were both adjusted to have a beam diameter of 0.1 mm by a lens (not shown) so as to be coaxial with each other. The other calculation experiment conditions were the same as those in (Embodiment 6). When N capillaries are arrayed on a plane, the excitation efficiency T eff in the nth (n ≦ N) capillary from one side of the array of capillaries is T ram , where the average transmittance of each laser beam is T ram. , (Equation 14).

【0083】 2Teff=Tram↑(n−1)+Tram↑(N−n) …(数14) (数14)の第1項、第2項は、それぞれ分割された2
本のレーザビームによる励起を示す。(数14)は(実
施形態6)の場合の1本目のキャピラリーにおける励起
効率により規格化されている。(数14)によれば、励
起効率Teffはn=(N+1)/2、即ち、複数のキャ
ピラリーが配列する配列中心置のキャピラリーで最小と
なり、他のキャピラリーにおける励起効率は上記の配列
中心位置に関して対称である。励起効率の最小値T
effminは、(数15)となる。
2T eff = T ram ↑ (n−1) + T ram ↑ (N−n) ( Equation 14) The first and second terms of (Equation 14) are divided into two, respectively.
7 shows excitation with a laser beam of a book. (Equation 14) is standardized by the excitation efficiency in the first capillary in the case of (Embodiment 6). According to (Equation 14), the excitation efficiency T eff is minimum for n = (N + 1) / 2, that is, for the capillaries in the center of the array where a plurality of capillaries are arrayed, and the excitation efficiency in other capillaries is the above array center position. Symmetrical about. Minimum value of excitation efficiency T
effmin is ( Equation 15).

【0084】 Teffmin=Tram↑((N+1)/2) …(数15) (数15)は、(実施形態6)の場合、即ち、レーザビ
ームを分割しない場合の励起効率の最小値Tram↑(n
−1)(n=Nのとき)(Tram≦1)より明らかに大
きい。本計算実験条件では、N=10、Tram=0.9
29であるから、励起効率は5本目のキャピラリーで最
小となり、71.8%である。これに対して(実施形態
6)では、励起効率は10本目のキャピラリーで最小と
なり、51.5%であった。従って、本手法によって多
数のキャピラリーの同時計測をより効率的に行なうこと
ができることが判明した。これに伴い、励起効率の減少
を20%までとする同時計測可能な最大キャピラリー本
数は、22本から43本まで増大した(0.92921
0.21)。本実施形態で示した手法を円筒形状キャピ
ラリーや楕円筒形状キャピラリーに適用しても、もちろ
ん同様の効果が得られる。
T effmin = T ram ↑ ((N + 1) / 2) ( Equation 15) ( Equation 15) is the minimum value T of the excitation efficiency in the case of (Embodiment 6), that is, when the laser beam is not divided. ram ↑ (n
−1) (when n = N) (T ram ≦ 1) is obviously larger. Under the calculation experimental conditions, N = 10 and T ram = 0.9.
Since it is 29, the excitation efficiency is the minimum in the fifth capillary, which is 71.8%. On the other hand, in (Embodiment 6), the excitation efficiency was the smallest in the 10th capillary, which was 51.5%. Therefore, it was found that this method can perform simultaneous measurement of a large number of capillaries more efficiently. Along with this, the maximum number of capillaries that can be simultaneously measured with the decrease in excitation efficiency up to 20% has increased from 22 to 43 (0.929 21 =
0.21). Even if the method shown in the present embodiment is applied to a cylindrical capillary or an elliptic cylindrical capillary, the same effect can be obtained.

【0085】(実施形態10)本実施形態では、(実施
形態6)の計算実験条件において、図21に示す用に、
2台のレーザ光源18−1、18−2を用い、レーザビ
ーム2−1、2−2を、10本のキャピラリーが配列し
たキャピラリー配列体の2つの側面の両側から対向させ
て照射した。両レーザビーム2−1、2−2は、ともに
ビーム幅を0.1mmにレンズ(図示せず)で絞り、互
いに同軸になるように調整した。その他の計算実験条件
は(実施形態6)と同一とした。N本のキャピラリーを
配列したとき、キャピラリー配列の片側からn番目(n
≦N)のキャピラリーにおける励起効率Teffは、レー
ザビームのキャピラリー1本あたりの平均透過率をT
ramとすると、(数16)で表わされ、 Teff=Tram↑(n−1)+Tram↑(N−n) …(数16) (実施形態9)の場合において得られる(数14)で示
される励起効率の2倍の励起効率で複数のキャピラリー
内を泳動する試料成分を励起できる。(数16)の第1
項、第2項は、それぞれ2台のレーザ光源からのレーザ
ビームによる励起を示す。(数16)は(実施形態6)
の場合の1本目のキャピラリーにおける励起効率により
規格化されており、Teff>1であることは、(数1
4)で示される励起効率以上の励起効率になることを意
味している。(数16)によれば、励起効率Teffはn
=(N+1)/2、即ち、複数のキャピラリーの配列中
心位置に位置するキャピラリーで最小となり、他のキャ
ピラリーにおける励起効率は中心位置に関して対称であ
る。励起効率の最小値Teffminは、(数17)となる。 Teffmin=2・Tram↑((N+1)/2) …(数17) これは(実施形態6)の場合、即ち、1台のレーザ光源
を用いた場合の励起効率の最小値Tram↑(n−1)
(n=Nのとき)(Tram≦1)より明らかに大きい。
本計算実験条件では、N=10、Tram=0.929で
あるから、励起効率は5本目のキャピラリーで最小とな
り、143.7%である。これに対して(実施形態4)
では、励起効率は10本目のキャピラリーで最小とな
り、51.5%であった。従って、本手法によって多数
のキャピラリーの同時計測をより効率的に行うことがで
きることが判明した。これに伴い、励起効率の減少を2
0%までとする同時計測可能な最大キャピラリー本数
は、22本から63本まで増大した(2×0.92931
=0.20)。本実施形態で示した手法を円筒形状キャ
ピラリーや楕円筒形状キャピラリーに適用しても、もち
ろん同様の効果が得られる。
(Embodiment 10) In this embodiment, under the calculation experiment conditions of (Embodiment 6), as shown in FIG.
Using two laser light sources 18-1 and 18-2, laser beams 2-1 and 2-2 were irradiated while facing each other from both sides of two side faces of a capillary array body in which 10 capillaries were arrayed. Both of the laser beams 2-1 and 2-2 were adjusted so that their beam widths would be 0.1 mm by a lens (not shown) and they would be coaxial with each other. The other calculation experiment conditions were the same as those in (Embodiment 6). When N capillaries are arrayed, the nth (n
The excitation efficiency T eff in a capillary of ≦ N) is the average transmittance of the laser beam per capillary T
Let ram be expressed by ( Equation 16), and T eff = T ram ↑ (n−1) + T ram ↑ (N−n) ( Equation 16) ( Equation 14) It is possible to excite a sample component that migrates in a plurality of capillaries with an excitation efficiency that is twice as high as the excitation efficiency shown in FIG. First of (Equation 16)
The term and the second term respectively indicate excitation by laser beams from two laser light sources. (Equation 16) is (Embodiment 6)
Is standardized by the excitation efficiency in the first capillary in the case of, and T eff > 1 means that (Equation 1
It means that the excitation efficiency becomes higher than the excitation efficiency shown in 4). According to (Equation 16), the excitation efficiency T eff is n
= (N + 1) / 2, that is, the capillary located at the center position of the arrangement of the plurality of capillaries has the minimum value, and the excitation efficiency in the other capillaries is symmetrical with respect to the center position. The minimum value T effmin of the excitation efficiency is ( Equation 17). T effmin = 2 · T ram ↑ ((N + 1) / 2) ( Equation 17) This is the case of (Embodiment 6), that is, the minimum value T ram ↑ of the excitation efficiency when one laser light source is used. (N-1)
(When n = N) It is obviously larger than (T ram ≦ 1).
Under the conditions of this calculation experiment, N = 10 and T ram = 0.929, so that the excitation efficiency is the minimum in the fifth capillary, which is 143.7%. On the other hand, (Embodiment 4)
Then, the excitation efficiency was the smallest in the 10th capillary and was 51.5%. Therefore, it was found that this method can perform simultaneous measurement of a large number of capillaries more efficiently. Along with this, decrease in excitation efficiency
The maximum number of capillaries that can be simultaneously measured up to 0% has increased from 22 to 63 (2 x 0.929 31
= 0.20). Even if the method shown in the present embodiment is applied to a cylindrical capillary or an elliptic cylindrical capillary, the same effect can be obtained.

【0086】(実施形態11)本実施形態では、図22
に示すように、2種類の形状の異なるキャピラリーを接
続して1つの電気泳動路を形成し、これを複数本平面上
に配列して同時に各キャピイラリーからの蛍光を計測す
る手法の具体例を示す。10本のキャピラリーのそれぞ
れの電気泳動分離部分は、断面が外径0.2mm(R=
0.1mm)、内径0.1mm(r=0.05mm)の
円形である分離用キャピラリーの円筒形状キャピラリー
19を用い、蛍光を計測する部分のキャピライーは、断
面が外周が一辺0.2mmの正方形、内周が一辺0.1
mmの正方形である計測用キャピラリーの角筒形状キャ
ピラリー20を用いた。各電気泳動路を構成する分離用
キャピラリーと計測用キャピラリーとを接続し、ガラス
平面上に0.2mmピッチで配列させた。10組の接続
された分離キャピラリーと計測キャピラリーの中心軸
は、それぞれ一致するようにした。両キャピラリーの材
質はいずれも石英(n2=1.46)で、接続面はあら
かじめ研磨してフラットにし、変性剤として7Mのウレ
アを含んだ4%T(Total monomer co
ncentration)、5%C(Crosslin
king material concentrati
on)の濃度のアクリルアミドを注入した後ゲル化させ
た。キャピラリーの接続部分は電気的に断線しないよう
に緩衝液(図示せず)に浸し、分離キャピラリーを泳動
してきた試料分離成分が、そのまま対向する計測キャピ
ラリーを泳動するようにした。分離キャピラリーは長さ
25cm、計測キャピラリーは長さ15cmとした。計
測キャピラリーが接続された位置から5cmの位置で、
長さ10mm、全周にわたり、計測キャピラリーのポリ
イミド被覆は予め除去して、蛍光を計測する窓とし、こ
の位置にレーザを照射した。つまり泳動距離は25+5
=30cmとした。これら以外の計算実験条件は(実施
形態6)と同一とした。つまり、キャピラリー1本あた
りの平均透過率は92.9%の高効率であり、レーザ光
源から10本目のキャピラリーにおける励起効率は1本
目のキャピラリーの51.5%であった(0.9299
=0.515)。検出器の感度とダイナミックレンジの
関係から同時計測可能な励起効率の減少を20%までと
すると、本計算実験条件で22本までのキャピラリーの
同時計測が可能であること判明した(0.92921
0.21)。
(Embodiment 11) In this embodiment, FIG.
As shown in, a specific example of a method for connecting two capillaries having different shapes to form one electrophoresis path and arranging the electrophoresis paths on a plurality of planes and measuring fluorescence from each capillary simultaneously is shown. . The electrophoretic separation portion of each of the 10 capillaries has a cross-section with an outer diameter of 0.2 mm (R =
(0.1 mm) and an inner diameter of 0.1 mm (r = 0.05 mm), a circular capillary 19 for separation is used, and the fluorescence measuring portion has a square cross section with an outer circumference of 0.2 mm on each side. The inner circumference is 0.1
A square tube-shaped capillary 20 of a measuring capillary having a square shape of mm was used. The separation capillaries and the measurement capillaries constituting each electrophoresis path were connected and arranged on a glass plane at a pitch of 0.2 mm. The central axes of the 10 sets of separated capillaries and the measurement capillaries were made to coincide with each other. Both capillaries were made of quartz (n 2 = 1.46), the connecting surface was previously polished to be flat, and 4% T (Total monomer co-polymer) containing 7M urea as a modifier was used.
5% C (Crosslin)
king material concentrati
on) acrylamide was injected and then gelled. The connecting portion of the capillaries was immersed in a buffer solution (not shown) so as not to be electrically disconnected, and the sample separation components that had migrated through the separation capillaries migrated as they were to the opposing measurement capillaries. The separation capillary had a length of 25 cm, and the measurement capillary had a length of 15 cm. At a position 5 cm from the position where the measurement capillary is connected,
The polyimide coating of the measurement capillary was removed in advance over a length of 10 mm over the entire circumference to form a window for measuring fluorescence, and a laser was irradiated at this position. In other words, the migration distance is 25 + 5
= 30 cm. The other calculation experiment conditions were the same as those in (Embodiment 6). That is, the average transmittance per capillary was as high as 92.9%, and the excitation efficiency of the 10th capillary from the laser light source was 51.5% of that of the 1st capillary (0.929 9).
= 0.515). From the relationship between the sensitivity of the detector and the dynamic range, if the decrease in the excitation efficiency that can be measured simultaneously is up to 20%, it was found that up to 22 capillaries can be measured simultaneously under the conditions of this calculation experiment (0.929 21 =
0.21).

【0087】一般に、キャピラリーは、外径が大きく内
径が小さいほど、即ち肉厚になるほどガラスの体積にほ
ぼ比例して高価になる。また、楕円筒形状や角筒形状キ
ャピラリーは円筒形状キャピラリーと比較して高価にな
る。つまり、本実施形態で示したように、多数のキャピ
ラリーの同時計測に有利であるが、高価なキャピラリー
を計測キャピラリーに用い、安価なキャピラリーを分離
キャピラリーに用いればランニングコストを下げること
ができる。また、分離キャピラリーと計測キャピラリー
との脱着が可能となるので、計測終了後に分離キャピラ
リーのみを交換して次の計測を行えば、更にコストを低
減できる。このことは本実施形態のもうひとつの効果で
ある。もちろん、上記以外の形状のキャピラリーを組み
合わせても同様の効果が得られる。
Generally, the larger the outer diameter and the smaller the inner diameter of a capillary, that is, the thicker it is, the more expensive the capillary becomes in proportion to the volume of glass. In addition, the elliptic cylinder shape and the rectangular cylinder shape capillary are more expensive than the cylindrical shape capillary. That is, as shown in the present embodiment, it is advantageous for simultaneous measurement of a large number of capillaries, but if an expensive capillary is used for the measurement capillary and an inexpensive capillary is used for the separation capillary, the running cost can be reduced. Further, since the separation capillary and the measurement capillary can be attached and detached, the cost can be further reduced by exchanging only the separation capillary after the measurement and performing the next measurement. This is another effect of this embodiment. Of course, the same effect can be obtained by combining capillaries having shapes other than the above.

【0088】以上の実施形態では、電気泳動分離媒体に
全てアクリルアミドゲルを用いたが、これ以外の分離媒
体として溶液状のものを使用してもよいし、ポリマーを
使用してもよい。ポリマーには、アクリルアミドおよび
その誘導体のポリマーや、セルロース及びその誘導体等
の多糖類のポリマーがある。キャピラリー中のポリマー
を交換可能な状態にすれば、キャピラリー本体を繰り返
し利用できるのでコストや労力を低減できる。
In the above embodiments, acrylamide gel was used for all the electrophoretic separation media, but other separation media such as solutions or polymers may be used. Polymers include polymers of acrylamide and its derivatives and polymers of polysaccharides such as cellulose and its derivatives. If the polymer in the capillaries is made replaceable, the capillaries can be used repeatedly, so that the cost and labor can be reduced.

【0089】以上の実施形態では、キャピラリーの材質
に全て溶融石英を用いたが、もちろんこれ以外の材質を
用いてもよい。特にガラスは様々な屈折率の材質が利用
でき、キャピラリーの形状と同様に、キャピラリーのレ
ンズ作用をコントロールできる。つまり、より効率的な
多数のキャピラリーの同時計測が可能である。また、キ
ャピラリーの形状は円筒、楕円筒、角筒に限って示した
が、もちろんこれ以外の形状であってもかまわない。さ
らに、本発明は、以上の実施形態に限定されるものでは
なく、以上の実施形態で説明した特徴事項を組み合わせ
てもよいことは、言うまでもない。
Although fused silica is used as the material of the capillaries in the above embodiments, other materials may of course be used. In particular, glass can be made of materials having various refractive indexes, and the lens action of the capillary can be controlled as well as the shape of the capillary. That is, more efficient simultaneous measurement of a large number of capillaries is possible. Further, the shape of the capillary is limited to the cylinder, the elliptic cylinder, and the rectangular cylinder, but of course, other shapes may be used. Further, it is needless to say that the present invention is not limited to the above embodiments, and the characteristic items described in the above embodiments may be combined.

【0090】キャピラリーゲル電気泳動は平板ゲル電気
泳動と比較して高電圧を印加できるので高速分析が可能
である。このキャピラリーを複数本並べて一度に分析す
るマルチフォーカスキャピラリーアレイ電気泳動は多数
の試料を同時に高速分析できる高スループットな分析手
法である。試料のキャピラリーへの導入は、キャピラリ
ーアレイ電気泳動では電界注入により行えるので、平板
ゲル電気泳動と比較して非常に簡単になる。また、キャ
ピラリーに直接レーザを照射して蛍光計測するオンカラ
ム計測は、電気泳動分解能を低下させる要因が少なく、
また励起効率が良いため高感度な蛍光計測手法である。
Capillary gel electrophoresis enables high-speed analysis because it can apply a high voltage as compared with flat plate gel electrophoresis. Multi-focus capillary array electrophoresis, in which a plurality of capillaries are arranged and analyzed at one time, is a high-throughput analysis method capable of simultaneously analyzing a large number of samples at high speed. Since the introduction of the sample into the capillary can be performed by the electric field injection in the capillary array electrophoresis, it is very simple as compared with the slab gel electrophoresis. Further, on-column measurement in which fluorescence is measured by directly irradiating the capillary with a laser has few factors that reduce the electrophoretic resolution,
In addition, it is a highly sensitive fluorescence measurement method because it has good excitation efficiency.

【0091】[0091]

【発明の効果】本発明では、オンカラム蛍光計測を行い
ながら、レーザビームのスキャンを行わずに、複数のキ
ャピラリーを実質的に同時にレーザ照射し、一括して蛍
光計測できるので、高感度、高速、高スループットな分
析を達成できる。しかも、装置構成やキャピラリー配列
は非常に簡単であり、実用的である。電気泳動媒体にポ
リマー等の詰め替え可能なものを使用すれば、キャピラ
リーアレイそのものは動かさずに繰り返し利用できるの
で、コストや労力を大幅に削減できる実用面での効果が
甚大である。
According to the present invention, while performing on-column fluorescence measurement, a plurality of capillaries can be irradiated with laser at substantially the same time without performing laser beam scanning, and fluorescence measurement can be performed at once. High throughput analysis can be achieved. Moreover, the device configuration and the capillary arrangement are very simple and practical. If a refillable material such as a polymer is used as the electrophoretic medium, the capillary array itself can be repeatedly used without moving, so that the effect in terms of practical use that the cost and labor can be significantly reduced is great.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明のキャピラリーアレイのオンカラム計測
を行なうキャピラリーアレイ電気泳動装置の主要部の構
成を示す、(a)平面図、(b)断面図。
FIG. 1A is a plan view and FIG. 1B is a sectional view showing a configuration of a main part of a capillary array electrophoresis apparatus for performing on-column measurement of a capillary array of the present invention.

【図2】本発明のキャピラリー中のレーザビームの光路
を示す断面図。
FIG. 2 is a sectional view showing an optical path of a laser beam in a capillary of the present invention.

【図3】本発明の実施形態1の装置構成を示す図。FIG. 3 is a diagram showing a device configuration according to the first embodiment of the present invention.

【図4】本発明の実施形態1での蛍光を計測する部分の
断面図。
FIG. 4 is a sectional view of a portion for measuring fluorescence according to the first embodiment of the present invention.

【図5】本発明の実施形態1でのキャピラリーアレイ中
の光路の計算結果を示す図。
FIG. 5 is a diagram showing a calculation result of an optical path in the capillary array according to the first embodiment of the present invention.

【図6】本発明の実施形態1でのキャピラリーの位置と
励起効率の関係を示す図。
FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the position of the capillary and the excitation efficiency in the first embodiment of the present invention.

【図7】本発明の実施形態1でのキャピラリー外径/内
径の比率と励起効率の関係を示す図。
FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the outer diameter / inner diameter ratio of the capillary and the excitation efficiency in the first embodiment of the present invention.

【図8】本発明の実施形態1でのキャピラリー外径/内
径の比率と同時計測可能なキャピラリー本数の関係を示
す図。
FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the ratio of the outer diameter / inner diameter of the capillaries and the number of capillaries that can be simultaneously measured in Embodiment 1 of the present invention.

【図9】本発明の実施形態1でのキャピラリー外径/内
径の比率と光検出系に直接入射する反射光強度の計算結
果を示す図。
FIG. 9 is a diagram showing a calculation result of a ratio of an outer diameter / an inner diameter of a capillary and an intensity of reflected light directly incident on a photodetection system according to the first embodiment of the present invention.

【図10】本発明の実施形態2でのキャピラリー配列間
隔と励起効率の関係を示す図。
FIG. 10 is a diagram showing a relationship between a capillary arrangement interval and excitation efficiency in the second embodiment of the present invention.

【図11】本発明の実施形態3の装置の主要な構成を示
す図。
FIG. 11 is a diagram showing a main configuration of an apparatus according to a third embodiment of the present invention.

【図12】本発明の実施形態3での蛍光を計測する部分
の断面図。
FIG. 12 is a sectional view of a portion for measuring fluorescence according to the third embodiment of the present invention.

【図13】本発明の実施形態3で得られた電気泳動パタ
ーンを例を示す図。
FIG. 13 is a diagram showing an example of an electrophoretic pattern obtained in Embodiment 3 of the present invention.

【図14】本発明の実施形態3で得られた電気泳動パタ
ーンを例を示す図。
FIG. 14 is a diagram showing an example of an electrophoretic pattern obtained in Embodiment 3 of the present invention.

【図15】本発明の実施形態3で得られた電気泳動パタ
ーンを例を示す図。
FIG. 15 is a diagram showing an example of an electrophoretic pattern obtained in Embodiment 3 of the present invention.

【図16】本発明の実施形態4のキャピラリーアレイ中
の光路の計算結果を示す図。
FIG. 16 is a diagram showing a calculation result of an optical path in the capillary array according to the fourth embodiment of the present invention.

【図17】本発明の実施形態4でのキャピラリー位置と
励起効率の関係を示す図。
FIG. 17 is a diagram showing the relationship between the capillary position and the excitation efficiency in the fourth embodiment of the present invention.

【図18】本発明の実施形態6の蛍光を計測する部分の
断面図。
FIG. 18 is a sectional view of a portion for measuring fluorescence according to the sixth embodiment of the present invention.

【図19】本発明の実施形態8の蛍光を計測する部分の
断面図。
FIG. 19 is a sectional view of a portion for measuring fluorescence according to an eighth embodiment of the present invention.

【図20】本発明の実施形態9の蛍光を計測する部分の
断面図。
FIG. 20 is a sectional view of a portion for measuring fluorescence according to a ninth embodiment of the present invention.

【図21】本発明の実施形態10の蛍光を計測する部分
の断面図。
FIG. 21 is a sectional view of a portion for measuring fluorescence according to the tenth embodiment of the present invention.

【図22】本発明の実施形態11の蛍光を計測する部分
の断面図。
FIG. 22 is a sectional view of a portion for measuring fluorescence according to an eleventh embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…キャピラリー、2…レーザ、3…入射レーザのキャ
ピラリー配列軸からのずれの距離、4…キャピラリー配
列軸、5…ガラス平面、6…第一レンズ、7…フィルタ
ー、8…第二レンズ、9…二次元CCDカメラ、10…
アクリルアミドゲル、11…空気、12…蛍光計測セ
ル、13…像分割プリズムおよび組み合わせフィルタ
ー、14…水、15…全反射ミラー、16…ハーフミラ
ー、17−1、17−2、17−3…反射ミラー、18
−1、18−2…レーザ光源、2−1、2−2…レーザ
ビーム、19…分離用キャピラリーの円筒形状キャピラ
リー、20…計測用キャピラリーの角筒形状キャピラリ
ー。
1 ... Capillary, 2 ... Laser, 3 ... Distance of deviation of incident laser from the capillary array axis, 4 ... Capillary array axis, 5 ... Glass plane, 6 ... First lens, 7 ... Filter, 8 ... Second lens, 9 … Two-dimensional CCD camera, 10…
Acrylamide gel, 11 ... Air, 12 ... Fluorescence measuring cell, 13 ... Image division prism and combination filter, 14 ... Water, 15 ... Total reflection mirror, 16 ... Half mirror, 17-1, 17-2, 17-3 ... Reflection Mirror, 18
-1, 18-2 ... Laser light source, 2-1, 2-2 ... Laser beam, 19 ... Cylindrical capillary of separation capillary, 20 ... Square tube-shaped capillary of measurement capillary.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) G01N 27/26 325A (72)発明者 神原 秀記 東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 Fターム(参考) 2G043 AA03 BA16 CA03 DA02 DA05 EA01 EA19 GA07 GB19 HA01 HA02 HA09 HA15 KA02 KA05 KA09 LA03 2G057 AA04 AB01 AB04 AB06 AC01 BA01 BA05 BB04 DC07 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI theme code (reference) G01N 27/26 325A (72) Inventor Hideki Kamihara 1-280 Higashi Renegakubo, Kokubunji, Tokyo Hitachi Research Center Co., Ltd. In-house F-term (reference) 2G043 AA03 BA16 CA03 DA02 DA05 EA01 EA19 GA07 GB19 HA01 HA02 HA09 HA15 KA02 KA05 KA09 LA03 2G057 AA04 AB01 AB04 AB06 AC01 BA01 BA05 BB04 DC07

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】少なくとも一部が平面状に配列される複数
のキャピラリーと、 前記複数のキャピラリーの各々の軸のなす面に平行な方
向から前記キャピラリーの計測位置にレーザを照射する
手段と、 前記各キャピラリーの内部で発する蛍光を検出する手段
とを有し、 前記各キャピラリーは、前記計測位置の前記軸に対して
円形であり、前記レーザが通過する位置の前記キャピラ
リーの外半径をR、内半径をr、屈折率をnとし、前
記レーザが通過する位置の前記キャピラリーの外部の媒
質の屈折率をn とし、前記レーザが通過する位置の前
記キャピラリーの内部の媒質の屈折率をnとし、前記
レーザの前記キャピラリーへの入射位置の、前記各キャ
ピラリーの各軸のなす前記平面からの距離をxとし、x
≦rとするとき、{−sin−1(x/R)+sin
−1(xn/(Rn))−sin−1(xn
(rn ))+sin−1(xn/(rn))<0
なる関係を満たすことを特徴とするキャピラリーアレイ
電気泳動装置。
1. A plurality of at least partially arranged in a plane.
Of capillaries, One parallel to the plane formed by each axis of the plurality of capillaries
Irradiate a laser to the measurement position of the capillary from the direction
Means and Means for detecting fluorescence emitted inside each of the capillaries
Has and Each of the capillaries with respect to the axis of the measurement position
The capillaries are circular and have a position where the laser passes.
The outer radius of the Lee is R, the inner radius is r, and the refractive index is n.TwoAnd then before
The medium outside the capillary at the position where the laser passes
Quality index n 1And in front of the position where the laser passes
The refractive index of the medium inside the capillary is nThreeAnd the above
Each of the capillaries at the position of incidence of the laser on the capillaries.
Let x be the distance from the plane formed by each axis of the pillary, and x
When ≦ r, {-sin-1(X / R) + sin
-1(Xn1/ (RnTwo))-Sin-1(Xn1/
(Rn Two)) + Sin-1(Xn1/ (RnThree)) <0
Capillary array characterized by satisfying the relationship
Electrophoresis device.
【請求項2】前記nは前記nよりも大きいものであ
ることを特徴とする請求項1に記載のキャピラリーアレ
イ電気泳動装置。
2. The capillary array electrophoresis apparatus according to claim 1, wherein the n 2 is larger than the n 3 .
【請求項3】前記nが1.00であることを特徴とす
る請求項2に記載のキャピラリーアレイ電気泳動装置。
3. The capillary array electrophoresis apparatus according to claim 2, wherein the n 1 is 1.00.
【請求項4】前記外部の媒質が透明な気体、透明な液
体、透明な固体のいずれかであることを特徴とする請求
項1に記載のキャピラリーアレイ電気泳動装置。
4. The capillary array electrophoresis apparatus according to claim 1, wherein the external medium is any one of a transparent gas, a transparent liquid and a transparent solid.
【請求項5】前記キャピラリーは電気泳動分離媒体が収
められるものであり、前記電気泳動分離媒体は交換可能
なものであることを 特徴とする請求項1に記載のキャピ
ラリーアレイ電気泳動装置。
5. The capillary array electrophoresis apparatus according to claim 1, wherein the capillary contains an electrophoretic separation medium, and the electrophoretic separation medium is replaceable.
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