JP4512465B2

JP4512465B2 - 電気泳動装置

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Publication number: JP4512465B2
Application number: JP2004298336A
Authority: JP
Inventors: 基博山▲崎▼; 友幸坂井; 良仁伊名波; 勝信濱
Original assignee: Hitachi High Technologies Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2004-10-13
Filing date: 2004-10-13
Publication date: 2010-07-28
Anticipated expiration: 2024-10-13
Also published as: JP2006112839A

Description

本発明は核酸やタンパク質等を電気泳動により分離分析する技術、例えば、キャピラリアレイ電気泳動装置に関する。

近年、ＤＮＡの塩基配列決定に際し、高速化・高スループット化を目的として、ゲルを充填したキャピラリを多数本並べて計測するキャピラリアレイ方式の電気泳動装置が提案されている。例えば、特許文献１には、複数のキャピラリを使用し、キャピラリ末端のバッファ溶液中にレーザを照射して検出を行うシースフロー方式が開示されている。特許文献２には、ゲルが予め充填されたキャピラリと、キャピラリの下端部に設けられたバッファー槽とを有し、蛍光検出をキャピラリの下端面から行うキャピラリ電気泳動装置が開示されている。また、文献３では、キャピラリの末端を格子状に配列し、１つまたは複数の分光素子（回折格子，プリズム）を用いて、２次元検出器上に、スペクトル分解された検出像を集光している。

特開平８−１９３９７６号公報特開平１０−１９８４６号公報特表２００２−５２０６１６号公報

本発明者が鋭意検討した結果、キャピラリの末端を格子状に配列した場合、２次元検出器上における各キャピラリの検出像が格子状とならない為、２次元検出器上のデータ取得を高速に行うことが難しいことを発見した。

文献３に示される分光素子を用いた検出系を用いると、スペクトル線の湾曲が生じ、２次元検出器上の像は、長波長側に湾曲する。また、集光レンズの特性より、ディストーションなどの収差が生じるため、２次元検出器上に各キャピラリの発光スペクトルは、歪み，格子状に写像されない。２次元検出器上に写像される各キャピラリの発光スペクトルが格子状に配置されていない為、２次元検出器上のデータ取得を、高速に行うことは困難である。

本発明の目的は、多数のキャピラリを用いた高感度同時計測、及び計測結果の高速処理に関する。

本発明は、複数のキャピラリ末端から放出される光を検出器により検出する電気泳動装置において、複数のキャピラリ末端の配置形状を調整し、検出器上における結像を制御することに関する。これにより、例えば、検出器における光学素子の配置に合わせた結像とすることができ、検出器からのデータ取得を高速に行うことができる。

また、本発明は、複数のキャピラリ末端から放出される光を検出器により検出し、この複数のキャピラリ末端からキャピラリ内に泳動媒体を充填する電気泳動装置において、複数のキャピラリ末端を固定部材により固定することに関する。これにより、例えば、泳動媒体をキャピラリ内に充填しても、複数のキャピラリ末端の配置精度を維持でき、計測感度を保持できる。

本発明により、多数のキャピラリを用いた高感度同時計測及び計測結果の高速処理が可能となる。

以下、上記及びその他の本発明の新規な特徴と利益を、図面を参酌して説明する。ただし、図面はもっぱら解説のためのものであって、本発明の範囲を限定するものではない。

図１に、電気泳動装置の概略斜視図を示す。図２に、キャピラリヘッドの概略斜視図を示す。図５に、ポリマ充填ブロック近傍の概略断面図を示す。図６に、分析手順の概略フロー図を示す。以下、これら図面を参照して、電気泳動装置の概略を示す。

本実施例における電気泳動装置（以下、「本装置」）は、泳動媒体が充填された複数本のキャピラリを用い、各キャピラリに試料を導入し、試料中の試料成分を電気泳動分離し、分析する。例えば、ＤＮＡ含有試料を複数サンプル同時に分析し、塩基配列を解析できる。本装置の基本的構成は、キャピラリアレイ，照射光学ユニット，検出光学ユニット、オートサンプラユニット，泳動媒体充填ユニット，電源ユニット、及び温度制御ユニットである。

キャピラリアレイ１０１は、複数本のキャピラリ１０２より構成される着脱可能な交換部材であり、所定回数の分析により品質が劣化し、分離能が低下した際に、新品に交換される。また、測定手法を変更する場合、キャピラリ１０２の長さが異なるキャピラリアレイ１０２に交換することにより、キャピラリ１０２の長さを調節できる。キャピラリアレイ１０１は、試料をキャピラリ１０２内に導入する試料導入部１０４，泳動分離された試料に励起光を照射する照射部１０３，複数本のキャピラリを束ねるキャピラリヘッド107を有する。

キャピラリ１０２は、内径数十〜数百ミクロン，外形数百ミクロンの細管であり、強度を向上させるために表面がコーティングされている。キャピラリ１０２の内部に泳動媒体を充填することにより、泳動路を形成する。泳動路の両端に電圧を印加することにより、試料を電気泳動分離できる。

本実施例では、キャピラリ１０２内にて生じた光が、その内部を伝播するように、外表面をフッ素コーティングした石英パイプを用いる。尚、試料導入部１０４から少し離れた照射部１０３では、キャピラリ１０２内の試料に、レーザ光１１２を効率的に照射する為に、フッ素被膜が除去されている。このキャピラリ１０２を複数本束ねて、キャピラリアレイ１０１を構成している。尚、キャピラリ１０２の本数は、例えば、３８４本，１９２本，９６本，１６本，８本等である。また、必要に応じ、キャピラリ１０２をポリイミドによりコーティングしても良い。

試料導入部１０４は、キャピラリ１０２の試料導入端１０５を、サンプル容器１４７のウェルに合わせて配置しており、各ウェルに保持された複数の試料を泳動路に導入できる。

本実施例では、キャピラリ１０２の先端を中空電極１０６に挿入して試料導入端１０５を形成し、試料導入端１０５を２４行１６列に配置し、試料導入部１０４を構成している。試料導入端１０５において、キャピラリ１０２の先端は、中空電極１０６から少し突出した状態となっている。ステンレス製パイプから構成される中空電極１０６は、高圧電源１６２に電気的に接続されている。試料導入端１０５を試料に浸し、電圧を印加することにより、試料を電気泳動し、キャピラリ内に導入できる。尚、試料導入の方法は、電気泳動に限定されず、圧力や分注により試料を泳動路に導入してもよい。

照射部１０３は、励起光であるレーザ光１２２を、キャピラリ１０２に充填された泳動媒体に照射する箇所であり、電気泳動分離された試料成分に励起光を照射することができる。試料成分に標識された蛍光体は、試料成分に依存した波長の光を放出する。

本実施例では、複数のキャピラリ１０２を複数の組に分け、複数のガラス基板上に複数のキャピラリ１０２をそれぞれ並べ、いくつかのキャピラリ配列を形成する。尚、キャピラリ配列の組数は、１組，２組，３組，４等である。各ガラス基板上では、各キャピラリ１０２が互いに実質的に平行、かつガラス基板に実質的に平行に配列されている。また、各々のキャピラリ１０２におけるフッ素皮膜の除去部分が、一直線上に配列されている。ここでキャピラリ１０２が互いに実質的に平行、及びガラス基板に平行であるとは、精度誤差程度に収まる程度の平行度であることを指す。照射光学ユニットにより、各ガラス基盤の両側から照射された複数のレーザ光１２２は、複数のキャピラリ１０２におけるポリイミド皮膜除去部をそれぞれ伝播し、各キャピラリ１０２内の試料を同時に励起する。

キャピラリヘッド１０７は、複数のキャピラリを束ねて保持し、装置本体と着脱することができる。図２に示すように、本実施例のキャピラリヘッド１０７は、キャピラリの終端部１０８をマトリックス状となるように保持している。照射部１０３において試料成分から生じた蛍光の一部は、キャピラリ１０２の内表面で全反射してキャピラリ１０２の内部を伝播し、終端部１０８から放出され、検出光学ユニットにより検出される。また、キャピラリヘッド１０７は、ポリマ充填ブロック１５２に耐圧気密で接続できる。そして、泳動媒体充填ユニットにより、終端部１０８より、キャピラリ１０２内に、新しい泳動媒体を充填することができる。尚、終端部１０８は、必要に応じ、９６行４列，６４行６列、または４８行８列のマトリックス状に配列したり、単に一つに収束させてもよい。

照射光学ユニットは、キャピラリアレイ１０２の照射部１０３に、励起光であるレーザ光１２２を照射する機構である。本実施例の照射光学ユニットは、レーザ光源１１２，ビームスプリッタＡ１２４，ミラーＡ１２５，ビームスプリッタＢ１２６，ミラーＢ１２７、及び集光レンズ１２８を有する。

レーザ光源１１２は、試料成分を励起する励起光であるレーザ光を発振することができる。ビームスプリッタＡ１２４とミラーＡ１２５は、照射部１０３のキャピラリ配列をその両側から照射可能とする為に、レーザ光１２２は二手に分ける。複数のビームスプリッタＢ１２６と、複数のミラーＢ１２７、および集光レンズ１２８は、複数のレーザ光122をそれぞれ調節し、照射部１０３にレーザ光１２２を照射する。各キャピラリ配列に照射されたレーザ光１２２は、隣接するキャピラリ１０２に次々に伝播する。

尚、レーザ光源１１２としては、液体レーザ，気体レーザ，半導体レーザを適宜使用でき、必要に応じＬＥＤで代用しても良い。例えば、アルゴンイオンレーザであり、波長
４８８ｎｍ、及び５１４.５ｎｍ，出力１００ｍＷのレーザ光１２２を発振するマルチラインである。また、マルチラインのみならず、シングルラインでも良く、２種類以上のレーザ光源を組み合わせても良い。また、レーザ光１２２の波長は、５３２ｎｍや６３３
ｎｍも適宜使用できる。さらに、キャピラリ配列の片側からのみレーザ光１２２を照射したり、時分割でレーザ光１２２を照射しても良い。

検出光学ユニット１３１は、試料成分から放出された光を検出する機構である。図５に示すように、本実施例の検出光学ユニット１３１は、第１カメラレンズ１１８，光学プリズム１３４，第２カメラレンズ１３５，２次元検出器１３６を含む。

終端部１０８を有するキャピラリヘッド１０７の端面は、泳動媒体で満たされポリマ流路１５４を介し、無蛍光石英ガラス製の検出窓１３２に対面するように配置されている。終端部１０８から放出された光は、ポリマ流路１５４内の泳動媒体を透過し、検出窓132から放射され、第１カメラレンズ１３３に入射し、平行光束とされる。この平行光束は、光学プリズム１３４により波長分散され、第２カメラレンズ１３５により、ＣＣＤカメラである２次元検出器１３６上に結像される。そして、ＣＣＤカメラからの信号を、コンピュータにより演算処理して、試料を分析する。

尚、光学プリズム１３４に代えて、回折格子やフィルタを適宜組み合わせて波長分散手段を構成してもよい。また、２次元検出器１３６としては、一次元検出器，フォトマル，フォトダイオード等と、光学機構を適宜組み合わせて構成してもよい。オートサンプラユニットは、サンプル容器１４７をはじめとする電気泳動分析に用いる各容器を、試料導入部１０４の直下等の所定位置に搬送し、保持する機構である。本実施例のオートサンプラユニットは、爪１４３を備えたロボットアーム１４２により、サンプル容器１４７，バッファ容器１４４，洗浄容器１４５、及び廃液容器１４６を搬送する。

ロボットアーム１４２は、各容器をその上に固定する爪１４３を備え、３次元的に移動できる。これにより、所定の場所に保管されている各容器を、試料導入部１０４の直下に搬送し、その場所にて各容器を所定時間保持し、所定の場所に返却できる。

バッファ容器１４４は、試料導入端１０５を浸す緩衝液を保持する容器である。泳動分析時、緩衝液が試料導入端１０５を浸すように、バッファ容器１４４は試料導入部１０４の直下に搬送される。また、装置待機中も、泳動分析時と同様に搬送され、試料導入端
１０５を緩衝液に浸し、キャピラリ１０２内の泳動媒体の乾燥を防止している。

洗浄容器１４５は、試料導入端１０５を洗浄する洗浄液を保持する容器であり、泳動媒体充填，予備泳動、及び試料導入の後に試料導入部１０４の直下に搬送される。試料導入端１０５を、洗浄容器中の洗浄液に浸すことにより、試料導入端１０５を洗浄し、コンタミネーションを回避できる。

廃液容器１４６は、使用済の泳動媒体を保持する容器であり、泳動媒体充填時に試料導入部１０４の直下に搬送され、泳動媒体充填時に試料導入端１０５から排出される使用済の泳動媒体を受け止める。

サンプル容器１４７は、複数の微量試料を保持する容器であり、試料導入時に試料導入部１０４の直下に搬送される。本実施例では、数１０μｌの試料を保持できるウェルを
２４行１６列備えたサンプルプレートに、樹脂製のシートであるセプタを乗せ、それをホルダとクリップで挟むことにより、サンプル容器１４７を構成している。試料としては、例えば、４種類のヌクレオシド塩基分子を識別するように蛍光標識され、多数の適当な長さ（大きさ）の核酸を含む溶液である。セプタは、ウェルに対応する位置に通常は密閉状態の貫通孔を有しており、ウェル中の試料の蒸発を防止しつつ、試料導入時に試料導入端１０５と試料の接触を可能としている。また、セプタ上面に保護フィルムを貼り付け、試料蒸発を防止することもできる。また、ホルダとクリップは、その間にサンプルプレートやセプタを挟み、一体化することにより、ロボットアーム１４２にて搬送可能なサンプル容器１０７を形成する。

図１及び図３に示す泳動媒体充填ユニットは、泳動媒体であるポリマをキャピラリ102内に充填する機構である。本実施例の泳動媒体充填ユニットは、ポリマ充填ブロック152，シリンジ１５３，チューブ１５５，電磁弁１５６とを含み、分析開始前に新しい泳動媒体をキャピラリ１０２内に自動的に充填できる。

ポリマ充填ブロック１５２は、ポリマ流路１５４と検出窓１３２を有し、シリンジ153とチューブ１５５に接続し、キャピラリヘッド１１０を着脱できる。キャピラリヘッド
１１０は、耐圧気密を維持しながらポリマ充填ブロック１５２に装着される。キャピラリヘッド１０７の終端部１０８は、検出窓１３２に対向するように配置され、キャピラリヘッド１０７と検出窓１３２に挟まれた領域はポリマ流路１５４の一部を形成する。ポリマ流路１５４は、泳動媒体により満たされたシリンジ１５３と、電磁弁１５６を備えたチューブ１５５と連通している。チューブ１５５の他端は、陽極バッファ容器１６３に保持された緩衝液に浸されている。

キャピラリ１０２内に泳動媒体を充填する際には、試料導入部１０４の直下に廃液容器１４６を配置し、電磁弁１５６を閉じ、シリンジ１５３のプランジャを押す。これにより、シリンジ１５３内の泳動媒体が、ポリマ流路１５４を経由して、終端部１０８からキャピラリ１０２内に流入する。また、キャピラリ１０２内の使用済泳動媒体は、試料導入端１０５から排出され、廃液容器１４６にて受け止められる。

電源ユニットは、キャピラリ１０２内の泳動媒体から構成される泳動路に電圧を印加する機構であり、試料を電気泳動できる。本実施例の電源ユニットは、中空電極１０６と陽極電極１６４に電気的接続され、１５ｋＶ前後の高電圧を発生できる高圧電源１６２を含む。

試料導入時は、キャピラリ１０２、ポリマ流路１５４及びチューブ１５５の内部を泳動媒体で満たし、サンプル容器１４７のウェルに保持された試料に試料導入端１０５を浸し、電磁弁１５６を開く。これにより、中空電極１０６，ウェル中の試料，キャピラリ102，ポリマ流路１５４，チューブ１５５，陽極バッファ容器１６３内の緩衝液、及び陽極電極１６４からなる通電路が形成される。そして、中空電極１０６を負電位、陽極電極164を正電位として、この通電路にパルス電圧を印加する。これにより、ウェル内に存在する負に帯電する試料成分、例えばＤＮＡが、試料導入端１０５から泳動路に導入される。

また、泳動分析時は、試料導入時と異なり、バッファ容器１４４に保持された緩衝液に試料導入端１０５を浸す。これにより、中空電極１０６，バッファ容器１４４中の緩衝液、キャピラリ１０２，ポリマ流路１５４，チューブ１５５，陽極バッファ容器１６３内の緩衝液、及び陽極電極１６４からなる通電路が形成される。そして、試料導入時と異なり、１５ｋＶ前後の高電圧を印加する。これにより、照射部１０３から試料導入部１０４の方向に電界が生じ、泳動路に導入された負に帯電する試料成分が、照射部１０３の方向に電気泳動する。

温度制御ユニットは、試料成分の泳動速度に影響を与える泳動路の温度を制御する機構である。本実施例における温度制御ユニットは、図示しない恒温槽内にキャピラリ１０２を収容する。そして、ペルチェ等の温度制御機構により一定温度に保たれた空気を、ファン等の送風機構により恒温槽内を循環させ、キャピラリ１０２を所定温度に保つ。

以下、主に図４を参照して、電気泳動分析の基本的手順について説明する。

電気泳動分析の基本的手順は、事前準備２０１，泳動媒体充填２０３，予備泳動２０４，試料導入２０５、及び泳動分析２０６に大別できる。本装置のオペレータは、分析開始前の事前準備として、試料や試薬を本装置にセットする（２０１）。より具体的には、まず、バッファ容器１４４と陽極バッファ容器１６３に、通電路の一部を形成する緩衝液を満たす。緩衝液は、例えば、各社から電気泳動用として市販されている電解質液である。

また、サンプル容器１４７のウェル内に、分析対象である試料を分注する。試料は、例えば、ＤＮＡのＰＣＲ産物である。また、洗浄容器１４５に、試料導入部１０４を洗浄する為の洗浄溶液を分注する。洗浄溶液は、例えば、純水である。また、シリンジ１５３内に、試料を電気泳動する為の分離媒体を注入する。泳動媒体は、例えば各社から電気泳動用として市販されているポリアクリルアミド系分離ゲルである。さらに、キャピラリ102の劣化が予想される場合や、キャピラリ１０２の長さを変更する場合、キャピラリアレイ１０１を交換する。そして、事前準備が完了した後、オペレータは本装置を操作して、分析を開始する（２０２）。泳動媒体充填２０３とは、キャピラリ１０２内に新しい泳動媒体を充填し、泳動路を形成する手順である。

本実施例における泳動媒体充填２０３では、まず、オートサンプラユニットにより廃液溶液１４６を試料導入部１０４の直下に運び、試料導入端１０５から排出される使用済の泳動媒体を受け止められるようにする（２１１）。そして、シリンジ１５３を駆動して、キャピラリ１０２内に新しい泳動媒体を充填し、使用済の泳動媒体を廃棄する（２１２）。最後に、洗浄容器１４５内の洗浄溶液に試料導入端１０５を浸し、泳動媒体により汚れた試料導入端１０５を洗浄する（２１３）。予備泳動２０４とは、泳動媒体に所定の電圧を印加し、泳動媒体を電気泳動に適した状態にする手順である。本実施例における予備泳動２０４では、まず、オートサンプラユニットにより、バッファ容器１４４内の緩衝液に試料導入端１０５を浸し、通電路を形成する（２１４）。そして、電源ユニットにより、泳動媒体に数〜数十キロボルト程度の電圧を数〜数十分間加え、泳動媒体を電気泳動に適した状態とする（２１５）。最後に、洗浄容器１４５内の洗浄溶液に試料導入端１０５を浸し、緩衝液により汚れた試料導入端１０５を洗浄する（２１６）。試料導入２０５とは、試料成分を泳動路に導入する手順である。

本実施例における試料導入２０５では、まず、オートサンプラユニットにより、サンプル容器１４７のウェル内に保持された試料に試料導入端１０５を浸す。これにより、通電路が形成され、泳動路に試料成分を導入することが状態となる（２１７）。そして、電源ユニットによりパルス電圧を通電路に印加し、泳動路に試料成分を導入する（２１８）。最後に、洗浄容器１４５内の洗浄溶液に試料導入端１０５を浸し、試料により汚れた試料導入端１０５を洗浄する（２１９）。泳動分析２０６とは、電気泳動により、試料中に含まれる各試料成分を分離分析する手順である。本実施例における泳動分析２０６では、まず、オートサンプラユニットにより、バッファ容器１４４内の緩衝液に試料導入端１０５を浸し、通電路を形成する（２２０）。

そして、電源ユニットにより、通電路に１５ｋＶ前後の高電圧を印加し、泳動路に電界を発生させる（２２１）。発生した電界により、泳動路内の各試料成分は、各試料成分の性質に依存した速度で照射部１０３へ移動する。つまり、試料成分は、その移動速度の差により分離される。そして、照射部１０３に到達した試料成分から順番に検出される。例えば、試料が、塩基長の異なるＤＮＡを多数含む場合は、その塩基長により移動速度に差が生じ、塩基長の短いＤＮＡから順に照射部１０３に到達する。各ＤＮＡに、その末端塩基配列に依存した蛍光物質を取り付けておけば、照射部１０３に到達した順に、その末端塩基配列を検出できる。

そして、予定していたデータを取り終えたら電圧印加を停止し、泳動分析を終了する
（２１３）。

以上が、一連の分析手順である。さらに分析を実施する場合は、泳動媒体充填２０３から分析手順を進める。

以下、図５〜図１０を参照して、本実施例の特徴的機構について説明する。

本実施例では、分光素子を用いた検出方法によるスペクトル線の湾曲を補正するようにキャピラリ末端を配置し、２次元検出器上の各キャピラリの発光スペクトルを格子状に写像する。キャピラリ末端の２次元配列に関して、波長分散及びキャピラリ位置方向をＸ軸、キャピラリの位置方向のみをＹ軸とした場合、Ｘ軸に対して短波長側に凸に湾曲してキャピラリの末端を配置する。

また、本実施例では、キャピラリ末端を精度良く配列し、ポリマー充填機構によるポリマー充填を可能としている。具体的には、キャピラリアレイの末端のフェラル部分に、スペーサ部材が挿入され、キャピラリの末端部の位置を固定している。スペーサには、キャピラリ外径と同じ穴が、配列ピッチ間隔で設けられている。スペーサ部材にてキャピラリ末端の配置を精度良く位置決めを行い、接着剤にて固定している。各キャピラリの末端の配列精度を確保することにより、２次元検出器上に写像される発光スペクトル像の歪を消去している。各キャピラリは、２次元検出器上に、精度良く格子状に写し出される。２次元検出器上に格子状に撮像された各キャピラリのスペクトル分解像から、分析に必要な波長域の情報を一括に取得及び処理する。

図５，図６を用いて、キャピラリアレイの末端部におけるキャピラリの配列方法を示す。

キャピラリアレイの終端部は、波長方向６列，キャピラリ配列方向８列の計４８本のキャピラリが束ねられ、キャピラリアレイヘッドを形成している。各キャピラリの位置決めには、スペーサ５０１を用いる。スペーサ５０１には、キャピラリの末端を高精度に配置するため、キャピラリ外径と同じ穴を設ける。穴の外径及び配置精度を公差数μｍで確保されている。例えば、穴の作製には金属エッチングを用いる。金属エッチングにより、安価なスペーサを、品質良く、大量に製作することができる。

本実施例におけるポリマーの充填機構により、キャピラリ末端には数１００ＭＰａの圧力がかかる。そのためキャピラリヘッドの構造は、キャピラリの配列精度を確保しつつ、耐圧構造である。キャピラリヘッドにおいてキャピラリ５０３，スペーサ５０１，フェラル５０２は、接着剤５０４によって固定される。本実施例では、エポキシ系接着剤（アラルダイト）を使用した。ここで、各キャピラリ検出端面及び接着剤の表面はほぼ実質的に平面に並び、検出平面を形成する。図６に示すように、検出平面上で各キャピラリ検出端面は６×８の湾曲した格子状に配列する。キャピラリ末端の２次元配列については、分光素子を用いた検出方法によるスペクトル線の湾曲を補正するため、キャピラリ末端の２次元配列に関して、波長分散及びキャピラリ位置方向をＸ軸、キャピラリの位置方向のみをＹ軸とした場合、Ｘ軸に対して短波長側に凸に湾曲してキャピラリの末端を配置する。

キャピラリ末端の配列の湾曲具合を図７を用いて定式化する。

分光素子（例えばプリズム）を用いた検出系において、２次元検出器上に湾曲した像の曲率半径ρ_P は、次式（１）で表せる。

Ｎ＝ｎ′／ｎは、プリズムの対空気屈折率、Ａはプリズムの頂角、ｆ′はカメラレンズの焦点。

（参考文献：光の鉛筆）
また、Ｎは、波長の関数であり、プリズムへの入射角に依存する値となる。

そこで、この曲率半径を補正するため、短波長側に凸湾曲したキャピラリ末端の配置を提案する。使用する波長領域の中心波長にて、上記式を用いて、キャピラリ末端の湾曲具合を決定する。例えば、使用波長領域が５００〜７００ｎｍの場合、６００ｎｍの波長から、２次元検出器上の湾曲半径を算出し、最小にするようなキャピラリ末端の湾曲配置を決定する。

Ｙ軸方向のキャピラリ配列中心から距離ＤのキャピラリＸ軸のズレは、次式（２）で表せる。

その検出末端を用いて、キャピラリ末端の蛍光検出を行うと、２次元検出器には、図８に示すように波長及びキャピラリ配列方向に６つ×キャピラリ配列方向８つの発光スペクトルを格子状に取得することが可能となる。キャピラリ末端が精度良く配列されていることで、各キャピラリの蛍光成分が重なることなく、分析に必要な蛍光波長成分を得ることができる。

図９を用いて２次元検出器上の取得データ処理を示す。本実施例では、５１２×５１２ピクセルＣＣＤ素子を用いる。ＣＣＤは、キャピラリ配列方向、もしくは波長方向のデータ逐次バッファ領域に転送し、処理を行う構造である（図９は、キャピラリ配列方向に順次データ転送する模式図である。）。

ＣＣＤ素子は、図８に対応して、各キャピラリの発光スペクトル情報を取得する。素子は、格子状に配置されているので、ＣＣＤ上の発光スペクトル画像が、各キャピラリごとに格子状になっていれば、素子上の情報をキャピラリごとにまとめて情報として取得できる。

各キャピラリのスペクトル情報を取得した素子間（波長方向８５ピクセル）の中で、分析に必要な蛍光波長のデータを取得した素子のみをバッファ領域にて処理するだけで良い。例えば、４蛍光色素の波長データ分のみの処理で、分析を行うことができる。本発明により、波長方向及び配列方向に各キャピラリの情報が揃っているので、スペクトル画像取得の際、波長方向及び配列方向ともに、分析に必要なピクセル領域の処理だけを行えば良い。そのため、データ処理を高速化することが可能である。

さらに、あらかじめ各キャピラリの位置が固定されているので、初期にキャピラリを取付け作業を行う際、４８本のキャピラリ位置及び波長のキャリブレーション作業を容易に行うことができる。

本実施例では、同時に計測するキャピラリの本数が４８本であったが、本発明を用いた装置では、より多数のキャピラリを同時かつ高感度に検出でき、上記キャピラリ配列方向を６４列並べたキャピラリアレイを用いれば、３８４本のキャピラリの同時計測が可能となる。

本発明の効果を、図１０を用いて模式的に説明する。図１０（ａ）に示すように、キャピラリ末端を一列に配列した場合、カメラレンズや回折格子（プリズム）を用いた検出器では、２次元検出器上の各キャピラリごとの蛍光スペクトル画像は、湾曲する。本発明によるキャピラリ配列では、図１０（ｂ）に示すように、２次元検出器上の各キャピラリごとの蛍光スペクトル画像は、直線上に配置される。そのため、検出器上でのデータ処理が高速化できる。

本実施例では、キャピラリヘッド組み立て作業の簡略化を目的とし、図５におけるキャピラリ配列用穴付きスペーサを、緩やかな凸面を有する板状スペーサや（図１１（ａ））、Ｖ溝付きスペーサ（図１１（ｂ））としている。図１１（ａ）では、複数の板状スペーサを等間隔に並べ、それらと略直行するように凸面を有する板状スペーサを複数並べる。スペーサにより仕切られた各領域に、キャピラリをそれぞれ配置し、固定している。また、図１１（ｂ）では、断面がＶ形状であるＶ溝をスペーサに複数設け、このＶ溝に各キャピラリを嵌め込み、このスペーサを複数積層している。また、Ｖ溝はキャピラリを高精度に保持できるが、この他、凹溝，丸溝等を適宜利用できる。これらスペーサは、シリコン基板をエッチングすることにより、高精度に大量生産できる。本実施例により、単純に板状のスペーサ上にキャピラリを配列し、そのままフェラル部材及び接着剤で固定するという製造方法行うことが可能となる。

本実施例は、検出部に使用するレンズの特性による収差による２次元検出器上のスペクトル像の歪みを補正する配列方法を説明する。実施例１によるキャピラリ末端配列のみでは、レンズ特性により図１２（ａ）（ｂ）に示すような、ディストーションが生じる場合がある。そこで、ディストーションを補正するため、図１２（ａ）のような糸巻き型の場合は、図１２（ｃ）に示すように、樽型に調整してキャピラリ末端の配列する。その逆に、図１２（ｂ）のようなたる型の場合は、図１２（ｄ）に示すように、糸巻き型に調整してキャピラリ末端の配列する。

以上、実施例を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲にて様々な変更が可能であることは当業者にて理解される。例えば、各実施例を適宜組み合わせることは、当然可能である。

電気泳動装置の概略斜視図。キャピラリヘッドの概略斜視図。ポリマ充填ブロック近傍の概略断面図。分析手順の概略フロー図。実施例１によるキャピラリ末端部の概略図。実施例１による２次元配列の概略図。実施例１による２次元配列の定式化の図。実施例１による２次元検出器上の画像。実施例１による２次元検出器の処理の図。実施例１によるスペクトル湾曲防止効果を示す図。実施例２による２次元配列の概略図。実施例３による２次元検出器上の画像。

符号の説明

１０１…キャピラリアレイ、１０２，５０３…キャピラリ、１０３…照射部、１０４…試料導入部、１０５…試料導入端、１０６…中空電極、１０７…キャピラリヘッド、108…終端部、１２１…照射光学ユニット、１２２…レーザ光、１２３…レーザ光源、１２４…ビームスプリッタＡ、１２５…ミラーＡ、１２６…ビームスプリッタＢ、１２７…ミラーＢ、１３１…検出光学ユニット、１３２…検出窓、１３３…第１カメラレンズ、１３４…光学プリズム、１３５…第２カメラレンズ、１３６…２次元検出器、１４１…オートサンプラユニット、１４２…ロボットアーム、１４３…ツメ、１４４…バッファ容器、145…洗浄容器、１４６…廃液容器、１４７…サンプル容器、１５１…泳動媒体充填ユニット、１５２…ポリマ充填ブロック、１５３…シリンジ、１５４…ポリマ流路、１５５…チューブ、１５６…電磁弁、１６１…電源ユニット、１６２…高圧電源、１６３…陽極バッファ容器、１６４…陽極電極、、５０１…スペーサ、５０２…フェラル、５０４…接着剤。

Claims

泳動媒体を充填できる複数のキャピラリと；
泳動媒体中の試料を電気泳動する電源と；
泳動分離された試料に励起光を照射する励起光学系と；
略行列状に配置されている複数のキャピラリ端から放出された光を検出する、レンズと２次元検出器を含む受光光学系と；
を含む電気泳動装置であって、
波長分散方向と垂直方向に、少なくとも３つ以上のキャピラリ端が曲線状に配置されている電気泳動装置。
請求項１記載の電気泳動装置において、行又は列に対応する複数のキャピラリ端が、凸湾曲状に配置されていることを特徴とする電気泳動装置。
請求項１記載の電気泳動装置において、略行列状に配置されている複数のキャピラリ端が、中心部に集まるように配置されていることを特徴とする電気泳動装置。
請求項１記載の電気泳動装置において、略行列状に配置されている複数のキャピラリ端が、外側に膨らむように配置されていることを特徴とする電気泳動装置。
請求項１記載の電気泳動装置において、２次元検出器において、行又は列に対応する複数のキャピラリ端から発光が略直線状となることを特徴とする電気泳動装置。
請求項１記載の電気泳動装置において、受光光学系が波長分散手段を含むことを特徴と
する電気泳動装置。
請求項１記載の電気泳動装置において、受光光学系が、集光レンズ，回折格子及び結像レンズを含むことを特徴とする電気泳動装置。
請求項１記載の電気泳動装置において、複数のキャピラリ端を固定するスペーサを有することを特徴とする電気泳動装置。
請求項１記載の電気泳動装置において、上記レンズによる収差を補正する手段を有する電気泳動装置。