(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）試料溶液をアダマールコードに従った疑似ランダム関数でキャピラリーに注入する工程と、
（ｂ）前記キャピラリーから電気泳動信号を得る工程と、
（ｃ）該得られた電気泳動信号をアダマール逆変換する工程とを施すことを特徴とする電気泳動分析方法。
【請求項２】
請求項１記載の電気泳動分析方法において、前記（ａ）工程は、レーザー光源からのレーザー光を２つに分岐し、該分岐した一方の強いレーザー光がシャッターを通過する場合には、キャピラリーの上流に照射光を照射し、試料を光分解してキャピラリーの下流の電気泳動分析部に注入せず、前記シャッターが前記分岐した一方の強いレーザー光を遮断した場合には、前記試料は光分解を起こさず、前記試料がキャピラリーの下流の電気泳動分析部に注入されるようにすることを特徴とする電気泳動分析方法。
【請求項３】
請求項１記載の電気泳動分析方法において、前記（ｂ）工程は、レーザー光源からのレーザー光を２つに分岐し、該分岐した一方の弱いレーザー光をプローブレーザー光としてキャピラリーの下流の電気泳動分析部に照射し、前記電気泳動分析部における電気泳動信号を受けるレンズ、ノッチフィルター、空間フィルターを介して、増倍型光電管で発生する蛍光を測定することを特徴とする電気泳動分析方法。
【請求項４】
（ａ）試料溶液をアダマールコードに従った疑似ランダム関数でキャピラリーに注入する手段と、
（ｂ）前記キャピラリーから電気泳動信号を得る手段と、
（ｃ）得られた電気泳動信号をアダマール逆変換する手段とを具備することを特徴とする電気泳動分析装置。
【請求項５】
請求項４記載の電気泳動分析装置において、前記（ａ）手段は、レーザー光源と、該レーザー光源からのレーザー光を２つに分岐するビームスプリッタと、該分岐した一方の強いレーザー光をコンピュータに記憶したアダマール疑似ランダムコードに従いキャピラリーの上流に照射する手段であることを特徴とする電気泳動分析装置。
【請求項６】
請求項４記載の電気泳動分析装置において、前記（ｂ）手段は、ビームスプリッタが２つに分岐したレーザー光源からのレーザー光のうち、分岐した一方の弱いレーザー光をプローブレーザー光としてキャピラリーの下流の電気泳動分析部に照射する手段と、前記電気泳動分析部における電気泳動信号を受けるレンズと、ノッチフィルターと、空間フィルターとを介して、増倍型光電管で発生する蛍光を測定する手段であることを特徴とする電気泳動分析装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気泳動分析装置に係り、特に、アダマール変換キャピラリー電気泳動分析方法及びその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、このような分野における技術文献としては、以下のようなものが挙げられる。
（１）Ｒ．Ａｎｎｉｎｏ，Ｍ．−Ｆ．Ｇｏｎｎｏｒｄ，Ｇ．Ｇｕｉｃｈｏｎ，Ａｎａｌ．Ｃｈｅｍ．，５１，３７９（１９７９）．
（２）Ｊ．Ｂ．Ｐｈｉｌｌｉｐｓ，Ａｎａｌ．Ｃｈｅｍ．，５２，４６８Ａ（１９８０）．
（３）Ｍ．Ｋａｌｊｕｒａｎｄ  ａｎｄ  Ｅ．Ｋｕｌｌｉｋ，Ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｉａ，１１，３２８（１９７８）．
（４）Ｐ．Ｒ．Ｇｒｉｆｆｉｔｈｓ，Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ  Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ  ｉｎ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ（Ｍｏｄｅｒｎ  Ａｎａｌｙｔｉｃａｌ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ  Ｓｅｒｉｅｓ，Ｐｌｅｎｕｍ  Ｐｒｅｓｓ，Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ，１９７８）．
（５）Ｍ．Ｄ．Ｈａｒｗｉｔ  ａｎｄ  Ｎ．Ｊ．Ｓｌｏａｎｅ，Ｈａｄａｍａｒｄ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ  Ｏｐｔｉｃｓ，（Ａｃａｄｅｍｉｃ  Ｐｒｅｓｓ，Ｌｏｎｄｏｎ，１９７９）．
近年、生化学物質の分離・分析にキャピラリー電気泳動法がよく使用されるようになっている。例えば、ＤＮＡ塩基配列の決定及び蛋白質の極微量分析に利用されている。この分析法は、１ｎＬ程度の微量試料を内径５０μｍ程度のガラスキャピラリーに注入して分離し、試料を検出する方法である。この方法は、微少量の試料で分析できる利点がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記したキャピラリー電気泳動法は、極低濃度試料の分析においては、感度が不充分な場合が少なくない。一般に、取り扱うことができる試料量は、１μＬ以上であり、より多くの試料を注入して分析感度を向上させることが望まれる。そこで、試料を濃縮して注入するなどの手法が用いられているが、操作が煩雑になり、分析時間も長くなるなどの欠点がある。
【０００４】
分光学などにおいて、信号のマルチプレックス化を行うと、信号の利用効率が増大し、その結果として微弱な光でも、高感度分光測定が行える。このようなマルチプレックス方式の利用は、分離分析においても可能であるが、それに関しては、現在まで、相互相関法のガスクロマトグラフィーへの応用、及びアダマール法のガスクロマトグラフィーに適用した時の利点をコンピュータシミュレーションにより示した報告があるに過ぎない。特に、液体を媒体とする分離手段には全く利用されていないのが現状である。
【０００５】
本発明は、上記問題点を除去し、高感度・高性能分離電気泳動分析を行うことができる電気泳動分析方法及びその装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕電気泳動分析方法において、（ａ）試料溶液をアダマールコードに従った疑似ランダム関数でキャピラリーに注入する工程と、（ｂ）前記キャピラリーから電気泳動信号を得る工程と、（ｃ）その得られた電気泳動信号をアダマール逆変換する工程とを施すようにしたものである。
【０００７】
〔２〕上記〔１〕記載の電気泳動分析方法において、前記（ａ）工程は、レーザー光源からのレーザー光を２つに分岐し、この分岐した一方の強いレーザー光がシャッターを通過する場合には、キャピラリーの上流に照射光を照射し、試料を光分解してキャピラリーの下流の電気泳動分析部に注入せず、前記シャッターが前記分岐した一方の強いレーザー光を遮断した場合には、前記試料は光分解を起こさず、前記試料がキャピラリーの下流の電気泳動分析部に注入されるようにしたものである。
【０００８】
〔３〕上記〔１〕記載の電気泳動分析方法において、前記（ｂ）工程は、レーザー光源からのレーザー光を２つに分岐し、この分岐した一方の弱いレーザー光をプローブレーザー光としてキャピラリーの下流の電気泳動分析部に照射し、前記電気泳動分析部における電気泳動信号を受けるレンズ、ノッチフィルター、空間フィルターを介して、増倍型光電管で発生する蛍光を測定するようにしたものである。
【０００９】
〔４〕電気泳動分析装置において、（ａ）試料溶液をアダマールコードに従った疑似ランダム関数でキャピラリーに注入する手段と、（ｂ）前記キャピラリーから電気泳動信号を得る手段と、（ｃ）得られた電気泳動信号をアダマール逆変換する手段とを具備するようにしたものである。
【００１０】
〔５〕上記〔４〕記載の電気泳動分析装置において、前記（ａ）手段は、レーザー光源と、このレーザー光源からのレーザー光を２つに分岐するビームスプリッタと、この分岐した一方の強いレーザー光をコンピュータに記憶したアダマール疑似ランダムコードに従いキャピラリーの上流に照射する手段である。
【００１１】
〔６〕上記〔４〕記載の電気泳動分析装置において、前記（ｂ）手段は、ビームスプリッタが２つに分岐したレーザー光源からのレーザー光のうち、分岐した一方の弱いレーザー光をプローブレーザー光としてキャピラリーの下流の電気泳動分析部に照射する手段と、前記電気泳動分析部における電気泳動信号を受けるレンズと、ノッチフィルターと、空間フィルターとを介して、増倍型光電管で発生する蛍光を測定する手段である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１３】
まず、アダマール変換法の原理について説明する。
【００１４】
アダマール変換を利用する場合には、試料溶液をアダマールコードに従った疑似ランダム関数で注入する。得られた信号は、目的とする電気泳動図がアダマール疑似ランダム関数で変調された関数となる。この測定結果をアダマール逆変換することにより、目的とする電気泳動図が得られる。この場合、試料は変調の１単位の２ｎ−１倍注入することになる。この際に得られる電気泳動図の信号の信号対雑音比は（ｎ＋１）／２ｎ1/2 倍改善される。すなわち、ｎの値を大きくすることによって、信号対雑音比を大幅に改善することができる。
【００１５】
図１は本発明の実施例を示す電気泳動分析装置の模式図である。
【００１６】
この図において、１はレーザー光源としてのアルゴンイオンレーザー、２はビームスプリッタ、３はシャッター、４は第１の反射ミラー、５は第２の反射ミラー、６はキャピラリー１１の上流部１１Ａに対向する第１のレンズ、７はビームスプリッタ２からのプローブレーザー光Ｂp を反射させる第３の反射ミラー、８は第３の反射ミラー７からのプローブレーザー光Ｂp をキャピラリー１１に照射する第２のレンズ、９はシャッター３を動作させる制御器、１０はその制御器９に接続されるパーソナルコンピュータ、１２はキャピラリー１１の下流の電気泳動分析部１１Ｂにおける電気泳動データを受ける第３のレンズ、１３はノッチフィルター、１４は空間フィルター、１５は電源、１６は増倍型光電管（フォトマルチプライアー）、１７はパーソナルコンピュータである。
【００１７】
ここでは、試料をアダマール疑似ランダム関数で注入するため、レーザー光を用いる光分解注入法を採用している。すなわち、アルゴンイオンレーザー１をビームスプリッタ２により２つに分岐し、強いレーザー光Ｂ1 を第１の反射ミラー４、第２の反射ミラー５、第１のレンズ６を介してキャピラリー１１の上流部１１Ａに照射する。
【００１８】
強いレーザー光Ｂ1 がシャッター３を通過する場合には、試料分子が光分解するため、キャピラリー１１の下流に注入されないことになる。一方、シャッター３により強いレーザー光Ｂ1 を遮断した場合には、強いレーザー光Ｂ1 がキャピラリー１１の上流部１１Ａに照射されないため、試料分子の光分解は起こらず、試料がキャピラリー１１の下流に注入される。
【００１９】
この方法で、コンピュータ１０に記憶したアダマール疑似ランダムコードに従い試料を注入する。注入部より４ｃｍ下流の部分において、試料を検出する。
【００２０】
このため、ビームスプリッタ２からの弱い方のレーザー光をプローブレーザー光Ｂp としてキャピラリー１１の下流の電気泳動分析部１１Ｂに第３の反射ミラー７、第２のレンズ８を介して照射し、それをキャピラリー１１の下流の電気泳動分析部１１Ｂにおける電気泳動データを受ける第３のレンズ１２、ノッチフィルター１３、空間フィルター１４を介して、増倍型光電管１６で発生する蛍光を測定する。得られた結果は、パーソナルコンピュータ１７に一旦格納し、測定が終了した後に、アダマール逆変換することにより、目的とする電気泳動図を得る。
【００２１】
通常のキャピラリー電気泳動法では、試料溶液を短時間に１回だけキャピラリー中に注入し、キャピラリー中を泳動する際に、試料分子ごとに移動速度が違うことを利用して分離する。
【００２２】
本発明においては、上記したように、試料溶液を、アダマールコードに従った疑似ランダム関数で注入する。例えば、アルゴンイオンレーザーを２つに分岐し、強いレーザー光をキャピラリー１１の上流に照射する。光がシャッター３を通過する場合には、試料分子が光分解するため、キャピラリー１１の下流に注入せず、シャッター３が光を遮断した場合には、光分解は起こらず、試料がキャピラリー１１の下流に注入される。この方法で、コンピュータ１０に記憶したアダマール疑似ランダムコードに従い試料を注入する。得られた信号は、目的とする電気泳動図がアダマール疑似ランダム関数で変調された関数となる。この測定結果をアダマール逆変換することにより、目的とする電気泳動図が得られる。
【００２３】
このようにして得られた電気泳動図の信号対雑音比は、従来に比して大幅に改善されている。
【００２４】
以下、従来方式と本発明の方式とを詳細に比較する。
【００２５】
図２は従来のキャピラリー電気泳動分析法によりフルオレセインナトリウムを分析した結果を示す図である。ここで、横軸は移動時間（ｓ）、縦軸は信号強度（ｍＶ）である。
【００２６】
この図に示すように、注入後約５０ｓ程度のところに信号（フルオレセイン・ピーク）が観測されている。この場合の信号対雑音比は、０．６９であった。
【００２７】
図３は本発明のアダマール変換キャピラリー電気泳動分析装置による分析結果を示す図であり、図３（Ａ）は、アダマール変換法により分析したときに得られた信号（生データ）であり、図３（Ｂ）は、図３（Ａ）をアダマール逆変換することにより電気泳動図を求めた結果である。なお、これらの図において、横軸は移動時間（ｓ）、縦軸は信号強度（ｍＶ）である。
【００２８】
この場合には、信号ピークが明瞭に観測されており、信号対雑音比は５．５に改善されている。すなわち、通常の方法より、信号対雑音比は約８倍向上している。アダマール変換を用いたときの信号対雑音比は、前述のように（ｎ＋１）／２ｎ1/2 倍増大することが知られており、本発明におけるｎ＝２５５の値を代入すると、改善率は８．０２となる。これは、実験から求めた値とよく一致している。
【００２９】
図４は従来法及び本発明のアダマール変換法により、アミノ酸混合物を分析した結果を示す図であり、図４（Ａ）は従来法によるアミノ酸混合物を分析した結果を示す図であり、図４（Ｂ）は本発明のアダマール変換法によるアミノ酸混合物を分析した結果を示す図である。なお、これらの図において、横軸は移動時間（ｓ）、縦軸は信号強度（ｍＶ）である。
【００３０】
これらの図からも明らかなように、特に、図４（Ｂ）に示すように、本発明のアダマール変換法によりアミノ酸混合物を分析した結果によれば、より信号ピーク（１，２）が明瞭に観測されている。
【００３１】
このように、本発明によれば、実際に混合物であっても、分析試料を高感度に測定できることがわかる。
【００３２】
アダマール変換法を用いたときの信号対雑音比の改善率は、ｎの値を大きくするほど増加する。しかし、信号が幅広いピークからなる場合には、スムージングなどにより雑音を見かけ上少なくすることができるので、ｎの値を大きくしても意味がない。すなわち、有効なｎの値を大きくすることができない。キャピラリー電気泳動法は、一般に極めて鋭いピークを与えることが知られている。
【００３３】
最近では、蒸留塔の理論解析に基づくクロマトグラフィーの分離指標、すなわち、理論段で６×１０6 の値が報告されている。このような場合においては、「段理論」によれば、ｎを５０００程度まで大きくする必要がある。このとき、信号対雑音比は３５倍改善される。この際、蛍光法を用い、かつ到達する光子の数が少ない場合には（通常このようになる）、１２００倍検出限界を下げることができる。
【００３４】
一方、検出器の暗雑音などで限界が定まるような場合には、３５倍検出限界を下げることができる。いずれにしても、従来法に比べて、大幅に低濃度の試料の分析が可能になる。
【００３５】
本発明の電気泳動分析装置では、試料を注入するために、レーザーによる光分解の手法を用いた。この方法は、直ちに使用できるので採用したが、一般にこのようなレーザーは高価で複雑である。一般に市販されている電気泳動装置では、高電圧を印加することにより、試料を注入している。また、その試料注入及び試料検出は、一般にパソコンで制御されている。従って、本発明のアダマール変換法を適用するには、試料をアダマール疑似ランダムコードで注入し、測定データをアダマール逆変換するソフトウエアを付属させるだけでよい。
【００３６】
従って、ハードウエアは、原則として変更する必要がなく、既存の市販装置に適用することも容易である。
【００３７】
本発明によれば、試料注入量を約１ｎＬから約１μＬに増加することにより、信号対雑音比を１桁以上改善することができる。したがって、高感度・高性能分離電気泳動分析が必要な諸分野への普及が期待できる。特に、最近ではマイクロチップ型電気泳動装置が注目されているが、このような方式に適用すれば、分析装置のマイクロ化、分析の高感度化、迅速化が直ちに実現できる。従って、生化学分析など、多方面への応用が期待される。
【００３８】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
【００３９】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、以下のような効果を奏することができる。
【００４０】
（１）試料注入量を約１ｎＬから約１μＬに増加することにより、信号対雑音比を１桁以上改善することができる。したがって、高感度・高性能分離電気泳動分析を行うことができる。
【００４１】
（２）特に、最近ではマイクロチップ型電気泳動装置が注目されているが、このような方式に適用すれば、分析装置のマイクロ化、分析の高感度化、迅速化が直ちに実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示す電気泳動分析装置の模式図である。
【図２】従来のキャピラリー電気泳動分析法によりフルオレセインナトリウムを分析した結果を示す図である。
【図３】本発明のアダマール変換キャピラリー電気泳動分析装置による分析結果を示す図である。
【図４】従来法及び本発明のアダマール変換法により、アミノ酸混合物を分析した結果を示す図である。
【符号の説明】
１    レーザー光源（アルゴンイオンレーザー）
２    ビームスプリッタ
３    シャッター
４    第１の反射ミラー
５    第２の反射ミラー
６    第１のレンズ
７    第３の反射ミラー
８    第２のレンズ
９    制御器
１０，１７    パーソナルコンピュータ
１１    キャピラリー
１１Ａ    キャピラリーの上流部
１１Ｂ    キャピラリーの下流の電気泳動分析部
１２    第３のレンズ
１３    ノッチフィルター
１４    空間フィルター
１５    電源
１６    増倍型光電管（フォトマルチプライアー）
【図１】
0003602980.tif 000002
【図２】
0003602980.tif 000003
【図３】
0003602980.tif 000004
【図４】
0003602980.tif 000005