(57)【要約】   【課題】  試料分離能を低下させることなく、精度の良い測定が可能なインターフェースチップ・キャピラリー連結体および該連結体を用いた電気泳動システムを提供することを目的とする。  【解決手段】  キャピラリー内部の試料に励起光および／またはプローブ光を照射して、光熱変換分光分析を行う装置に用いられるインターフェースチップ・キャピラリー連結体。キャピラリーの少なくとも励起光および／またはプローブ光を照射する部分を励起光および／またはプローブ光に対して透明な固定部材によって固定する。固定部材には、キャピラリーを埋め込むための溝が形成され、溝とキャピラリーとの空隙部には接着剤が充填される。接着剤は、励起光および／またはプローブ光が照射されるキャピラリー部分の屈折率と等しい屈折率を有するため、キャピラリー形状に依らず高精度な分析が可能となる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
キャピラリー内部の試料に、励起光および／またはプローブ光を照射して、前記試料の分析を行う装置に用いられるインターフェースチップ・キャピラリー連結体であって、
前記キャピラリーの、少なくとも前記励起光および／またはプローブ光を照射する部分を、前記励起光および／またはプローブ光に対して透明な固定部材によって固定したことを特徴とするインターフェースチップ・キャピラリー連結体。
【請求項２】
前記固定部材には、キャピラリーを埋め込むための溝が形成されていることを特徴とする請求項１に記載のインターフェースチップ・キャピラリー連結体。
【請求項３】
前記固定部材は複数の固定部材片から構成され、前記キャピラリーの外径と等しい厚さを有する部分を備える、少なくとも２片の固定部材片によって、前記キャピラリーが固定されることを特徴とする請求項１に記載のインターフェースチップ・キャピラリー連結体。
【請求項４】
前記キャピラリーと前記固定部材とが、充填剤によって固定され、前記充填剤は、前記励起光および／またはプローブ光が照射される前記キャピラリー部分の屈折率と等しい屈折率を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のインターフェースチップ・キャピラリー連結体。
【請求項５】
前記分析は、光熱変換分光分析法によることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のインターフェースチップ・キャピラリー連結体。
【請求項６】
電気泳動により、前記キャピラリー内部の試料を分離することを特徴とする、請求項１乃至５のいずれかに記載のインターフェースチップ・キャピラリー連結体を備えた電気泳動システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微量分析等に用いられるインターフェースチップ・キャピラリー連結体および該連結体を用いた電気泳動システムに関する。特に、光熱変換分光分析法を用いた電気泳動システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、微量試料の分析方法として光熱変換分光分析法が用いられている。微量試料を測定するためには、高感度な検出方法が必須であるが、微細な流路の液中試料の光吸収によって発生する熱レンズ効果を利用した光熱変換分光分析方法を用いることにより、高感度な検出が可能となる（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
光熱変換分光分析法は、試料に光を集光照射したときに試料中の溶質の光吸収に起因して放出される熱エネルギーによって溶媒が局所的に温度上昇して屈折率が変化し、その結果、熱レンズが形成されるという光熱変換効果を利用する分析方法である。
【０００４】
図７は、熱レンズの原理の説明図である。図７において、顕微鏡の対物レンズを介して励起光を極微小試料に集光照射すると光熱変換効果が誘起される。多くの物質では温度上昇に伴い屈折率が小さくなる。したがって、励起光が集光照射された試料は、温度上昇の度合いが大きい集光中心に近付くほど屈折率の低下が大きく、熱拡散によって温度上昇の度合いが小さい周辺部に近付くほど屈折率の低下が小さい。光学的にはこの屈折率の分布はちょうど凹レンズと同じ効果を持つので、この効果を熱レンズ効果と呼び、効果の大きさ、即ち凹レンズの度数は試料の光吸収度に比例する。また、屈折率が温度に比例して大きくなる場合は逆に、凸レンズと同じ効果が生じる。
【０００５】
このように、上記光熱変換分光分析法は、熱の拡散、即ち屈折率変化を観察するものであるので、極微小試料の濃度を検出するのに適している。
【０００６】
例えば流路付き板状部材を用いた光熱変換分光分析システムにおいては、流路付き板状部材は、顕微鏡の対物レンズの下方に配置され、励起光源から出力された所定波長の励起光は、顕微鏡に入射し、この顕微鏡の対物レンズにより流路付き板状部材の分析用流路内の試料に集光照射される。この集光照射の集光照射位置を中心として熱レンズが形成される。
【０００７】
一方、検出光源から出力され、波長が励起光と異なる検出光（プローブ光）は、顕微鏡に入射し、顕微鏡の対物レンズにより、励起光によって試料に形成された熱レンズに集光照射され、試料を透過して発散又は集光する。この試料から発散又は集光して出射された光は信号光となり、その信号光は、集光レンズ及びフィルター、又はフィルターのみを経て検出器により検出される。この検出器により検出された信号光の強度は、試料において形成された熱レンズに応じたものになる。
【０００８】
このように、上記の光熱変換分光分析装置においては、熱レンズは励起光の集光照射位置（以下「焦点位置」という。）に形成され、且つ形成された熱レンズの屈折率の変化は、波長が励起光と異なる検出光により検出される。
【０００９】
光熱変換分光分析法においては、わずかな光量変化に基づいて測定を行うため、光量変化の原因となるような事象（例えば集光照射位置に対して試料位置がずれる等）が起こると、正確な測定ができない。そのため、集光照射位置に正確に試料を設置することが重要となる。
【００１０】
また、試料を流すための流路を有する部材表面が、励起光および検出光に対して平面でない場合、例えば曲面の場合は、図９に示すように曲面部分で屈折が起こるため、検出光の一部が検出器に入射しないため、検出光量が低下し、正確な測定をすることができない。従って、光熱変換分光分析システムにおいては、表面が平面である板状部材に設けられた微細流路に試料を流して測定を行うことが一般的である。図９において、実線は熱レンズが無い場合の検出光の光路を示し、破線は熱レンズが発生した場合の検出光の光路を示す。
【００１１】
極微量の蛋白や核酸等を分析する電気泳動システムとしてキャピラリー電気泳動システムが知られている。キャピラリーは断面が円形であるため、従来は電気泳動システムの検出部として光熱変換分光分析法を用いることが困難であったが、インターフェースチップを用いることにより光熱変換分光分析法による測定が容易となった（例えば特許文献２参照。）
【００１２】
図８に示すように、インターフェースチップは流路が設けられた板状部材であり、板状部材の両端には、キャピラリー端部を挿入するための穴が加工されている。図８においてキャピラリー端部と流路はインターフェースチップ内部に設けられているため、破線で示している。この穴にキャピラリー端部を挿入して、インターフェースチップと連結することにより、キャピラリー流路と板状部材に設けられた微細流路とが連通される。インターフェースチップとキャピラリー端部は、接着剤で固定されている。インターフェースチップの流路部分に励起光および検出光を照射することにより、試料の測定が可能となる。
【００１３】
【特許文献１】特開平１０−２３２２１０号公報
【特許文献２】特開２００２−２９６２３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、上記インターフェースチップ・キャピラリー連結体３には次のような問題点があった。
【００１５】
キャピラリーとインターフェースチップの連結の際、互いの流路を連通させるためのインターフェースチップ挿入部の孔加工の位置精度が要求される。何故なら、一般的にキャピラリー電気泳動分析に用いられるキャピラリーの内径は１００μｍ以下であり、互いの流路を連通させるためには、少なくとも加工誤差が１００μｍ以下であることが必要である。加工位置誤差によって互いの流路位置にずれが生じると、連結部における圧力損失が大きくなり、キャピラリーへ導入される試料体積にばらつきが生じ、分析結果にばらつきを生むことになる。
【００１６】
また、連結部において、キャピラリーの流路断面形状とインターフェースチップの流路断面形状およびサイズが不一致であると、連結部で試料の流れが乱れ、試料分離能に悪影響を与えることがある。しかし、キャピラリーの流路断面形状とインターフェースチップの流路断面形状を正確に同一形状、同一サイズにすることは非常に困難である。
【００１７】
本発明は、試料分離能を低下させることなく、精度の良い測定が可能なインターフェースチップ・キャピラリー連結体および該連結体を用いた電気泳動システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記課題を解決するために、本発明のインターフェースチップ・キャピラリー連結体は、キャピラリー内部の試料に、励起光および／またはプローブ光を照射して、前記試料の分析を行う装置に用いられるインターフェースチップ・キャピラリー連結体であって、前記キャピラリーの、少なくとも前記励起光および／またはプローブ光を照射する部分を、前記励起光および／またはプローブ光に対して透明な固定部材によって固定したことを特徴とする。前記固定部材には、キャピラリーを埋め込むための溝が形成される。また、前記固定部材は複数の固定部材片から構成されてもよく、前記キャピラリーの外径と等しい厚さを有する部分を備える少なくとも２片の固定部材片によって、前記キャピラリーが固定されてもよい。また、前記キャピラリーと前記固定部材とは充填剤によって固定され、該充填剤は前記励起光および／またはプローブ光が照射される前記キャピラリー部分の屈折率と等しい屈折率を有する。本発明のインターフェースチップ・キャピラリー連結体は、光熱変換分光分析法に用いられることを特徴とする。
【００１９】
更に、本発明は、上記インターフェースチップ・キャピラリー連結体を用いた電気泳動システムであって、電気泳動により前記キャピラリー内部の試料を分離することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、キャピラリーを固定部材に埋め込んで固定するため、励起光および／またはプローブ光の集光照射位置に対して試料位置のずれが生じず、精度の良い測定をすることができる。また、試料はキャピラリー内のみを流れるため、電気泳動の分離能が低下することがなく、キャピラリーに導入される試料体積のばらつきも生じない。
【００２１】
本発明によれば、キャピラリーを固定部材に埋め込み、キャピラリーと固定部材との空隙部を励起光および／またはプローブ光が照射されるキャピラリー部分の屈折率と等しい屈折率を有する充填剤で充填しているため、曲面部分での励起光および検出光の屈折が生じず、キャピラリー形状によらず正確な測定をすることができる。
【００２２】
本発明によれば、キャピラリーの外径と等しい厚さを有する部分を備える２片以上の固定部材片によってキャピラリーの両側を挟み込んで固定するため、キャピラリーを確実に固定することができ、正確な測定をすることができる。
【００２３】
本発明によれば、キャピラリー固定部分以外の固定部材の形状は任意であるため、様々な電気泳動システムに本発明のインターフェースチップ・キャピラリー連結体を適用することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の実施の形態に係るインターフェースチップ・キャピラリー連結体および電気泳動システムの構成を図面を参照しながら説明する。
【００２５】
インターフェースチップは、図１に例示した構造によって構成される。まず、透明な石英ガラス等の基板表面に、たとえば、幅４００μｍ、深さ４００μｍの溝を加工し、固定部材片とする。溝の加工は、ウェットエッチング、ドライエッチング、ダイシングソーによる機械加工、エンドミル加工などの、化学的または物理的加工のいずれでもよい。
【００２６】
加工した溝の中にキャピラリー（断面形状は円形、直径３７５μｍ）を配置し、溝の空隙部に充填剤である接着剤を充填し、上から石英ガラス等のカバー基板を被せて、上下基板とキャピラリーを一体化し（図２）、インターフェースチップ・キャピラリー連結体とする。
【００２７】
固定部材、励起光および／またはプローブ光が照射されるキャピラリー部分および充填剤は、試料測定に用いる励起光および／またはプローブ光に対し透明な材料であることが必要である。また、固定部材、励起光および／またはプローブ光が照射されるキャピラリー部分および充填剤の屈折率は略同一となっている。固定部材、励起光および／またはプローブ光を照射するキャピラリー部分と同じ屈折率を有するものであれば、接着剤以外にも、マッチングオイル等の有機溶媒、水溶液等の液体を充填剤として用いることも可能である。固定部材の材料も、励起光および／またはプローブ光を照射するキャピラリー部分と同じ屈折率を有するものであれば、石英ガラス以外にも、石英ガラスの屈折率に近い硼珪酸塩ガラス、ソーダ石灰ガラス、アルミノ硼珪酸塩ガラス等のガラス材料を用いることもできる。また、メタクリル酸メチル、ポリメタクリル酸メチル、酢酸ビニル樹脂、アクリル樹脂等の樹脂材料を用いることもできる。図３に示すように、キャピラリーはあらかじめ任意の位置の皮膜を剥離し、皮膜剥離部を基板上に配置するようにする。この皮膜剥離部が測定部位となる。なお、分析目的によって、キャピラリーの材質をガラス以外としてもよい。
【００２８】
図４に示すように、２枚の石英ガラス基板のそれぞれの表面に半円形上の溝を加工し、溝の中にキャピラリーを配置することもできる。キャピラリーと溝形状が略一致し、両者が密着している場合には、励起光および検出光に対して試料を流す部材の表面は平面となり、高精度な測定が可能となる。この場合でも、接着剤等の充填剤を充填すればより測定精度が高くなる。
【００２９】
図５に示すように、複数の固定部材片でキャピラリーを固定することも可能である。ガラス基板の上にキャピラリーを設置し、キャピラリーの外径と等しい厚さを有する部分を備える２枚のガラス基板でキャピラリーを両側から挟み、更に上からカバーガラス基板を被せる。キャピラリーと固定部材片の空隙部に接着剤を充填して固定してもよいし、接着剤は用いずに固定部材片に凹凸嵌合部を設けて凹凸嵌合させて固定してもよい。
【００３０】
キャピラリーチューブには断面が円形および角形の２種類が存在し、角形の場合は、表面での励起光および検出光の屈折による影響は受けにくい。しかし、光熱変換分光分析法の場合は、集光照射位置から試料位置がわずかにずれることにより、検出光量が大きく変化してしまうため、位置精度を確保するためには、固定部材を用いることが好ましい。
【００３１】
図１に示すインターフェースチップ・キャピラリー連結体を図６に示すように電気泳動装置と分析装置に組込み、電気泳動システムとした。なお、分析装置は光熱変換分光分析法を利用した装置である。
【００３２】
電気泳動以外にもクロマトグラフィー等、分離された試料物質の分析であれば、他の分離方法に本発明のインターフェースチップ・キャピラリー連結体を有効に用いることができる。
【００３３】
（実施例）
図６に示す電気泳動システムを用いて、４種のアミノ酸（グリシン、メチオニン、アラニン、プロリン）の分離・高感度検出を行った。インターフェースチップ・キャピラリー連結体は、図１に示すものを使用した。４種のアミノ酸を含む流体試料をキャピラリー内に導入し、キャピラリー電気泳動による分離を行った。アミノ酸の検出は、インターフェースチップ・キャピラリー連結体のキャピラリー皮膜が剥離された部分に励起光および検出光を照射して光熱変換分光分析法によって行った。励起光等は以下の条件とした。
【００３４】
試料：グリシン、メチオニン、アラニン、プロリン（４×１０−５Ｍ）
励起光：波長５３２ｎｍ、出力５０ｍＷ
励起光：波長６３３ｎｍ、出力１０ｍＷ
キャピラリー有効長：４０ｃｍ
【００３５】
測定の結果、対象物質の理論段数１０万段の分離能が得られ、高感度での検出が確認された。同じ条件での測定を２０回繰り返した結果、ＣＶ（変動係数）値は５％以内となり、高い再現性が得られた。
【００３６】
（比較例）
図８に示すインターフェースチップ・キャピラリー連結体を使用した以外は、実施例と同様にアミノ酸の分離・検出を行った。同じ条件での測定を２０回繰り返した結果、ＣＶ（変動係数）値は約２０％となり、再現性が悪かった。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】図１は本発明の実施の形態に係るインターフェースチップ・キャピラリー連結体の概略構成を示す分解斜視図である。
【図２】図２は本発明の実施の形態に係るインターフェースチップ・キャピラリー連結体の概略構成を示す斜視図である。
【図３】図３は本発明の実施の形態に係るインターフェースチップ・キャピラリー連結体の概略構成を示す断面図である。
【図４】図４は本発明の別の実施の形態に係るインターフェースチップ・キャピラリー連結体の概略構成を示す断面図である。
【図５】図５は本発明の更に別の実施の形態に係るインターフェースチップ・キャピラリー連結体の概略構成を示す分解斜視図である。
【図６】図６は本発明の実施の形態に係る電気泳動システムの概略構成を示す模式図である。
【図７】図７は熱レンズの原理の説明図である。
【図８】図８は従来のインターフェースチップ・キャピラリー連結体を示す部分上面図である。
【図９】図９は熱レンズの説明図である。（Ａ）は焦点がキャピラリー中央にある場合の模式図、（Ｂ）は焦点がキャピラリー中央からずれている場合の模式図である。
【符号の説明】
【００３８】
１  固定部材
１ａ、１ｂ、１ｃ  固定部材片
２  キャピラリー
３  充填剤
４  微細流路
５  熱レンズ
６  対物レンズ
７  フォトダイオード
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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