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JP3405162B2 - マイクロチップ電気泳動装置 - Google Patents

マイクロチップ電気泳動装置

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JP3405162B2
JP3405162B2 JP34407497A JP34407497A JP3405162B2 JP 3405162 B2 JP3405162 B2 JP 3405162B2 JP 34407497 A JP34407497 A JP 34407497A JP 34407497 A JP34407497 A JP 34407497A JP 3405162 B2 JP3405162 B2 JP 3405162B2
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electrophoresis
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宏 田中
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Shimadzu Corp
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  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【発明の属する技術分野】本発明は、極微量のサンプル
を超高速かつ高分離で分析する電気泳動装置に関し、さ
らに詳しくは2枚の透明板状部材を貼り合わせて内側に
分離流路を形成させたマイクロチップを用いるマイクロ
チップ電気泳動装置に関するものである。 【0002】 【従来の技術】極微量のタンパク質や核酸などを分析す
る場合には、従来から電気泳動法が用いられており、そ
の装置化技術の例としてキャピラリ電気泳動装置があ
る。キャピラリ電気泳動装置は、内径が100μm以下
のガラスキャピラリー内に泳動バッファを充填し、一端
側に試料を導入した後、両端間に高電圧を印加して分析
対象物をキャピラリー内で展開させるものである。キャ
ピラリー内は容積に対して表面積が大きい、すなわち冷
却効率が高いことから、高電圧の印加が可能となり、D
NAなどの極微量試料を高速、かつ高分解能にて分析す
ることができる。 【0003】近年、取扱いが煩雑なフューズドシリカ・
キャピラリーに代わって、分析の高速化、装置の小型化
が期待できる形態として、D. J. Harrison et al./ Ana
l. Chim. Acta 283 (1993) 361-366に示されているよう
に、2枚の基板を接合して形成されたキャピラリー電気
泳動チップ(マイクロチップという)が提案されてい
る。そのマイクロチップの例を図1に示す。一対の透明
基板(一般にはガラス、石英、樹脂など)51,52か
らなり、一方の基板52の表面に互いに交差する泳動用
キャピラリー溝54,55を形成し、他方の基板51に
はその溝54,55の端に対応する位置にリザーバ53
を貫通穴として設けたものである。 【0004】このマイクロチップを使用するときは、両
基板51,52を(C)に示すように重ね、いずれかの
リザーバ53から泳動液を溝54,55中に注入する。
その後、短い方の溝54の一方の端のリザーバ53に試
料を注入しその溝54の両端のリザーバ53,53間に
所定時間だけ高電圧を印加する。これにより、試料は溝
54中に分散される。次に、長い方の溝55の両端のリ
ザーバ53,53に泳動電圧を印加する。これにより、
両溝54,55の交差部分56に存在する試料が溝55
内を電気泳動する。溝55の適当な位置に検出器を配置
しておくことにより、電気泳動により順に運ばれてくる
分離された試料を順次検出する。 【0005】 【発明が解決しようとする課題】マイクロチップ電気泳
動の場合、光路長は汎用キャピラリー電気泳動と比べて
も約1/5程度の10〜20μm程度しか得られず、感
度の低さが大きな欠点となっている。また、試料が泳動
しているため、検出領域の前に試料が存在している時間
が短く、長時間の積算処理を行なって感度の向上を図る
ことができない。 【0006】そこで、本発明は、マイクロチップ電気泳
動装置のS/N比を向上させ、検出感度を高めることを
目的とするものである。 【0007】 【課題を解決するための手段】本発明によるマイクロチ
ップ電気泳動装置は、一対の透明板状部材を備え、少な
くとも一方の板状部材の表面に液が流れる溝が形成さ
れ、他方の板状部材にはその溝に対応する位置に貫通す
る穴が設けられ、これら板状部材がその溝を内側にして
貼り合わされてその溝により分離流路を形成してなるマ
イクロチップと、分離流路の両端間に流動電圧を印加す
る泳動電源部と、分離流路の所定の範囲にわたって光源
からの光を集光させる光照射部と、分離流路内で分離さ
れた目的成分による光の吸収又は発光を検出するため
の、分離流路に沿って複数個の光検出素子が配列された
アレイ光検出部と、アレイ光検出部の各検出素子の出力
を取り込んでデータ処理するデータ処理部とを備え、デ
ータ処理部は各光検出素子の出力を等時間間隔で取り込
んで記憶する記憶部と、その記憶部に記憶された光検出
素子の出力を用い、各試料成分が等速的に泳動するとし
たときの少なくとも2つの試料成分の泳動速度に基づい
て、任意の試料成分について積算終了時間まで泳動を続
けたときに検出される光検出素子番号に素子軸変換され
る各時間での光検出素子についての出力を積算平均化す
ることにより、同一試料部分の出力の積算平均値を算出
する積算平均演算部とを備えている。 【0008】光照射部により分離流路全体に光を集光
し、分離流路を透過した光を分離流路に沿って配置され
たアレイ光検出部により検出する。分離された各試料は
時間とともに分離流路に注入された液体中を移動してい
るので、各時刻で検出された各試料の検出ピークは少し
づつ移動していく。そこで、計算機処理により、移動す
る各試料のピークを追跡しながら、各時刻での同じ試料
のピークを積算平均演算部によって積算平均化する。 【0009】 【実施例】図2は、一実施例を表す概略構成図である。
例えばD2ランプやタングステンランプなどの光源1が
備えられており、光源1からの光の光路にはミラー3、
レンズ5、スリット7及びミラー9が設けられている。
レンズ5は、ミラー3により反射された光源1からの光
を平行光にするものである。光路のミラー9による反射
光の光路上には、レンズ5により平行光にされた光源1
から放射された光を分光するグレーティング11が設け
られており、グレーティング11により分光された光を
スリット15に導くミラー13が設けられている。マイ
クロチップ17の分離流路のみに光照射するために、ス
リット15は長方形の開口をもってマイクロチップ17
の光入射側に備えられている。マイクロチップ17の反
対側には分離流路を透過した光を検出する複数の光検出
素子が配列されたPDA(フォトダイオードアレイ)1
9が備えられている。 【0010】PDA19から各検出素子の検出出力を取
り込み、吸光度変換などの信号処理後、積算処理を行な
うデータ処理部21が備えられている。データ処理部2
1には、取り込まれた検出信号を例えば吸光度変換する
信号変換部23、信号変換部23からのデータを一時記
憶する記憶部25、積算処理を行なう積算平均演算部2
7が備えられている。高圧電源29は、データ処理部2
1により制御され、マイクロチップ17の分離流路に泳
動電圧を印加する。 【0011】次に動作について説明する。光源1から放
射された光がミラー3、レンズ5、スリット7、スリッ
ト9を介してグレーティング11に入射させる。グレー
ティング11で分光された光をミラー13、スリット1
5を介してマイクロチップ17の分離流路全体に集光す
る。その光を分離流路を通ってPDA19に入射させ
る。積算平均を行なう時間範囲を決定し、その範囲で高
圧電源29によりマイクロチップ17の分離流路に泳動
電圧を印加し、電気泳動を行なう。その際、等時間間隔
でPDA19により光検出を行なう。得られたデータを
信号変換部23により例えば吸光度変換を行なって信号
処理を行なった後、記憶部25に記憶する。電気泳動終
了後、記憶部25に記憶されたデータを試料ごとに積算
平均演算部27により積算する。 【0012】積算平均演算部27で、ある試料のピーク
の移動を検出して積算する方法は、例えば次の2通りが
考えられる。 (1)各試料のピークに着目し、時間とともに移動する
ピークを追跡し、そのピークに対応した光検出素子から
のデータを積算する方法。 (2)少なくとも2以上の試料のピークに着目し、それ
らのピークの移動速度に基づいて、検出像全体のピーク
の移動速度を検出する方法。(1)では積算平均しなく
てもピーク検出が可能な、比較的高濃度又は検出がしや
すい試料に対しては確実な処理をすることができるが、
積算平均を行なわないとピーク検出が困難な微量試料の
扱いが難しい。そこで、この実施例では、(2)の方法
について説明する。 【0013】図3は記憶部に記憶されたデータの一例を
表す。横軸は素子番号、縦軸は検出強度(吸光度)で、
検出した時間順に並べてある。記憶部25に記憶された
データで、積算開始時間t0のデータ及び積算終了時間
nのデータにおいて、両方の積算平均を行なう素子番
号区間に共通に含まれる試料のピークを最低2本選び、
それぞれの試料のピークが時間とともにどう移動するか
を追跡する。ここでは、例えば成分aと成分bを選択
し、積算開始時間t0に成分a,bが検出された検出素
子番号をe0a,e0b、積算終了時間tnに成分a,bが
検出された検出素子番号をena,enbとする。 【0014】ここで、図3より、泳動開始時間tstart
は以下の(1)式で表すことができる。 tstart={tn(e0b−e0a)−t0(ena−enb)}/{(ena−e0a)−(enb−e0b)} …(1) tstartでピークを検出する検出素子をestartとする。 【0015】図3のデータ上で、選択したピーク位置が
時間とともに等速的に泳動し、泳動距離と経過時間は比
例関係があるので、任意の時間tkで成分aのピークを
検出する検出素子eka、成分bのピークを検出する検出
素子ekbは、それぞれ以下の(2),(3)式で表すこ
とができる。 eka=(e0a−estart)・(tk−tstart)/(tna−tstart)+estart…(2) ekb=(e0b−estart)・(tk−tstart)/(tnb−tstart)+estart…(3) 【0016】任意の時間tkで、例えば検出素子ekx
検出された成分xのピークが、積算終了時間tnまで泳
動を続けたときに検出される検出素子番号f(tn,e
kx)は、以下の(4)式で表すことができる。 f(tn,ekx)=(ekx−eka)・(enb−ena)/(ekb−eka)+ena…(4) 【0017】任意の時間tkで測定されたデータy
(tk,e)(eは検出素子番号)を(4)式を用いて
積算終了時間tnに素子軸変換すると、 となる。 【0018】(5)式を積算平均処理すると、 つまり、任意の時間tkの光検出データyの、ある検出
素子のデータが、積算終了時間tnには何番目の検出素
子で検出されているかを(4)式の関数f(tn
kx)を使って予測し、その検出素子に素子軸補正され
る複数のピークの積算平均化を行ない、最後に点数で規
格化を行なう。さらに高精度に計算するためには、複数
のピークを選択して、多次元の回帰計算を行なうことが
好ましい。 【0019】図4は、ある試料xのピークを積算終了時
間にそのピークが位置する検出素子番号に素子軸補正し
た一例を表す図である。(A)は補正前のデータであ
り、(B)は補正後のデータであり、(C)は積算後の
データである。横軸は検出素子番号を表し、縦軸は検出
強度を表す。(A)に示される積算開始時間t0から積
算終了時間tnまでのそれぞれのピークを、上記(5)
式を用いて、(B)に示すように検出素子番号enxの位
置に移動させる。検出素子番号enxは積算終了時間tn
でピークが位置する検出素子である。検出素子番号enx
に素子軸補正されたピークを積算することにより、
(C)に示すように、S/N比を向上させて明確なピー
クにすることができる。 【0020】 【発明の効果】本発明は、データ処理部を備え、そのデ
ータ処理部には記憶部及び積算平均演算部を備える。積
算平均演算部で、計算機処理により、移動する各試料の
ピークを追跡しながら、泳動によるずれを素子軸補正
し、各時間での同じ試料のピークを積算平均演算部によ
って積算平均化することができる。その結果、ノイズレ
ベルは、積算時間の平方根に反比例して下がるので、長
時間にわたる多数のデータの積算平均化処理により、S
/N比を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】 【図1】マイクロチップの一例を表す図である。 【図2】一実施例を表す概略構成図である。 【図3】同実施例の記憶部に記憶されたデータの一例で
ある。 【図4】ある試料のピークを積算終了時間にそのピーク
が位置する検出素子番号に素子軸補正した一例を表す図
である。(A)は補正前のデータであり、(B)は補正
後のデータであり、(C)は積算後のデータである。

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 一対の透明板状部材を備え、少なくとも
    一方の板状部材の表面に液が流れる溝が形成され、他方
    の板状部材にはその溝に対応する位置に貫通する穴が設
    けられ、これら板状部材が前記溝を内側にして貼り合わ
    されてその溝により分離流路を形成してなるマイクロチ
    ップと、 分離流路の両端間に流動電圧を印加する泳動電源部と、 分離流路の所定の範囲にわたって光源からの光を集光さ
    せる光照射部と、 分離流路内で分離された目的成分による前記光の吸収又
    は発光を検出するための、分離流路に沿って複数個の光
    検出素子が配列されたアレイ光検出部と、 前記アレイ光検出部の各検出素子の出力を取り込んでデ
    ータ処理するデータ処理部とを備え、 前記データ処理部は各光検出素子の出力を等時間間隔で
    取り込んで記憶する記憶部と、その記憶部に記憶された
    光検出素子の出力を用い、各試料成分が等速的に泳動す
    るとしたときの少なくとも2つの試料成分の泳動速度に
    基づいて、任意の試料成分について積算終了時間まで泳
    動を続けたときに検出される光検出素子番号に素子軸変
    換される各時間での光検出素子についての出力を積算平
    均化することにより、同一試料部分の出力の積算平均値
    を算出する積算平均演算部とを備えていることを特徴と
    するマイクロチップ電気泳動装置。
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