(57)【要約】【課題】キャピラリアレイにポリマを充填するときに安定した圧力を得、充填時間を短縮し、装置の処理能力を向上すること。【解決手段】電気泳動媒体が充填される一本以上のキャピラリと、前記キャピラリに接続可能で、該キャピラリに電気泳動媒体を充填するためのポンプ機構を含む電気泳動装置において、前記ポンプ機構が、少なくともプランジャと、該プランジャに結合し、該プランジャと一体になって移動するスライダと、前記スライダに力を加えるバネと、前記スライダの移動範囲を制限するためのカバーと、前記カバーに結合して直進運動する直動システムを備える電気泳動装置である、前記電気泳動媒体を前記プランジャに吸入するときは、前記カバーと前記スライダが一体となって動作し、前記電気泳動媒体を前記プランジャから前記キャピラリに充填するときは、前記バネの作用により前記プランジャを押し込む。【選択図】図３
2008298670.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気泳動媒体が充填される一本以上のキャピラリと、前記キャピラリに接続可能で、該キャピラリに電気泳動媒体を充填するためのポンプ機構を含む電気泳動装置において、前記ポンプ機構が、少なくともプランジャと、該プランジャに結合し、該プランジャと一体になって移動するスライダと、前記スライダに力を加えるバネと、前記スライダの移動範囲を制限するためのカバーと、前記カバーに結合して直進運動する直動システムを備え、前記電気泳動媒体を前記プランジャに吸入するときは、前記カバーと前記スライダが一体となって動作し、前記電気泳動媒体を前記プランジャから前記キャピラリに充填するときは、前記バネの作用により前記プランジャを押し込むことを特徴とする電気泳動装置。
【請求項２】
請求項１記載の電気泳動装置において、前記バネが、自然長よりも短い状態で前記ポンプ機構に組み込まれていることを特徴とする電気泳動装置。
【請求項３】
請求項１記載の電気泳動装置において、前記ポンプ機構が、さらに、前記スライダに結合する検知棒と、前記検知棒を検出するためのセンサを備え、前記スライダが前記電気泳動媒体の充填完了の位置にあるときに、前記センサが前記検知体を検出するように配置されたことを特徴とする電気泳動装置。
【請求項４】
請求項１記載の電気泳動装置において、前記ポンプ機構が、さらに、前記スライダに結合するスリット板と、前記スリット板のスリットを検出するエンコーダを備え、前記エンコーダが前記カバーに取り付けられ、前記スライダと前記カバーの相対位置を検知することを特徴とする電気泳動装置。
【請求項５】
電気泳動媒体が充填される複数のキャピラリを備えたキャピラリアレイと、該キャピラリの一端に接続可能で、該キャピラリに前記電気泳動媒体を充填するためのポンプ機構を有する電気泳動装置において、前記ポンプ機構は前記電気泳動媒体を吸引又は圧入するためのプランジャと、該プランジャの一端に結合されたスライダと、該スライダと直動システムの接続体との間に圧縮して挿入されたバネと、前記スライダ、バネ及び接続体を同軸上に支持し、前記スライダ及びバネを軸方向に移動可能に支持し、かつ前記接続体に一端が固定されたカバーと、前記スライダとカバーとの相対位置を検出する検知手段とを備え、前記電気泳動媒体を前記ポンプ機構に吸入するときは、前記カバーとプランジャが一体となって一方向に移動し、前記電気泳動媒体を前記キャピラリに充填するときは前記バネにより前記プランジャを押圧するように構成したことを特徴とする電気泳動装置。
【請求項６】
前記検知手段は、前記スライダに結合した検知体と、該検知体の位置を検出するためのセンサを備えたことを特徴とする請求項５記載の電気泳動装置。
【請求項７】
前記検知手段は、前記カバーの軸方向に配列されたスリットを有しかつ前記スライダに結合したスリット板と、前記カバーに取り付けられ、該スリット板のスリットを検出するエンコーダを有することを特徴とする請求項５記載の電気泳動装置。
【請求項８】
前記検知手段は、前記スライダが電気泳動媒体の充填完了の位置にあるときに、検知体を検出する位置に配置されることを特徴とする請求項５記載の電気泳動装置。
【請求項９】
電気泳動媒体を吸引又は圧入するためのプランジャと、該プランジャの一端に結合されたスライダと、該スライダと直動システムの接続体との間に圧縮して挿入されたバネと、前記スライダ、バネ及び接続体を同軸上に支持し、前記スライダ及びバネを軸方向に移動可能に支持し、かつ前記接続体に一端が固定されたカバーと、前記スライダとカバーとの相対位置を検出する検知手段とを備え、前記電気泳動媒体を吸入するときは、前記カバーとプランジャが一体となって一方向に移動し、前記電気泳動媒体を吐出するときは前記バネにより前記プランジャを他方向に押圧するように構成したことを特徴とするポンプ機構。
【請求項１０】
前記検知手段は、前記スライダに結合した検知体と、該検知体の位置を検出するためのセンサを備えたことを特徴とする請求項９記載のポンプ機構。
【請求項１１】
前記検知手段は、前記カバーの軸方向に配列されたスリットを有しかつ前記スライダに結合したスリット板と、前記カバーに取り付けられ、該スリット板のスリットを検出するエンコーダを有することを特徴とする請求項９記載のポンプ機構。
【請求項１２】
前記検知手段は、前記スライダがポリマ充填完了の位置にあるときに、検知体を検出する位置に配置されることを特徴とする請求項９記載のポンプ機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、キャピラリ電気泳動装置及びその電気泳動装置に適したポンプ機構に関する。特に、キャピラリ又はキャピラリアレイに分離媒体となる電気泳動媒体であるゲルまたは流動性ポリマ溶液を充填する電気泳動装置及びその電気泳動装置に適したポンプ機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
キャピラリ電気泳動は、デオキシリボ核酸（ＤＮＡ）をはじめ、多くの生体試料を分離分析する技術として広く普及している。その技術的な利点の一つは、キャピラリの表面積対体積率から生まれる、優れた放熱特性である。この放熱特性が、高電圧を用いた電気泳動による、高速で高分解能な試料分離を実現している。
【０００３】
さらに、キャピラリ電気泳動では、多数本のキャピラリを同時に使用して分析を行うマルチ化が容易であるという特徴も有している。マルチキャピラリ方式による高スループット電気泳動装置が実用化されている。
【０００４】
特許文献１及び特許文献２においては、１６本のキャピラリからなるキャピラリアレイを使用した電気泳動装置を開示している。キャピラリは、内径数十〜数百ミクロンの細管であり、主な材料は石英であり、石英の外側を厚さ数十ミクロン程度のポリイミドでコーティングして機械的強度を付与している。電気泳動の際には、キャピラリに、試料分離媒体となる成分を充填して使用する。
【０００５】
電気泳動分離媒体としては、非流動性の架橋型ポリマが使用されたこともあったが、近年は、生産性や性能安定性の点で優れた、非架橋型の流動性ポリマ溶液が主流になっている。特許文献１においては、試料分離媒体であるゲル又はポリマをキャピラリに充填するためのポンプ機構を開示している。ポンプ機構としては、ガラスシリンジを開示しているが、ガラスシリンジ以外にも、サファイヤプランジャを駆動するポンプ機構を備えた電気泳動装置も存在する。
【０００６】
また、特許文献３においては、分析の種類や、ユーザが必要とするスループットに応じて、キャピラリの長さ、あるいは本数を変えることが開示されている。例えば、ＤＮＡの一塩基長の違いを、数百から一千塩基長程度まで見分けるような高分解能を要するアプリケーションにおいては、比較的長めのキャピラリが使用される。また、分離能を多少落としてでも、高速で分析を行いたい場合には、比較的短めのキャピラリが使用される。大規模な遺伝子解析センターなど、多数の試料を同時に扱うところにおいては、高いスループットが要求され、研究室レベルの小規模なユーザは低いスループットでも良いことがある。
【０００７】
また、特許文献３においては、ユーザが交換できる形態のキャピラリアレイが開示されている。キャピラリアレイは、試料導入側端部，光学検出部，ポリマ溶液供給端部の３ヶ所で押さえられる構造となっている。キャピラリアレイのポリマ溶液供給端部は、電気泳動装置のポンプ機構に接続される。
【０００８】
特許文献１〜３に開示の電気泳動装置において、より具体的には、ポリマ溶液供給端部は、１６本のキャピラリが直径３．５ｍｍ程度の束状になっており、アクリル製のブロックに水平方向に挿入され、スリーブと押ネジにより密封接続される構造になっている。ブロックにはポリマ溶液を貯蔵するためのリザーバ用シリンジとキャピラリにポリマ溶液を高圧注入するための注入用シリンジが取り付けられている。両シリンジとも、ブロック内の流路を介して、キャピラリアレイと連通している。
【０００９】
さらに、バッファ液を収容する容器を取り付け可能な第２ブロックが備えられている。キャピラリアレイが取り付けられる第１ブロックと、上述の第２ブロックの間は、チューブで繋がれている。キャピラリアレイと、第２ブロックに供給されたバッファ液とは、第１ブロックに形成された流路、前記チューブ、第２ブロックに形成された流路を介して連通している。また、第２のブロックに供給されたバッファ液には、陽極側となる電極が挿入されるので、キャピラリアレイからバッファ液に通じる流路は電気泳動路となり、電気泳動の際には電圧が印加される。
【００１０】
電気泳動装置では、内径数十〜数百ミクロンのキャピラリに一般的に高い粘性を有する流動性ポリマを充填するために高圧力で充填を行っている。圧力が低いと、ポリマ充填に時間がかかってしまい、装置の処理能力が劣化するからである。また、性能のばらつき、劣化を防止するために、ポリマ充填は測定毎に行っている。分析時間を短縮し、装置の処理能力を向上するためには、安定して高圧力を発生できるポンプ機構が必要になる。
【００１１】
特許文献１においては、ポリマ充填のための圧力を発生させる手段として、モータの停動トルクを利用する手法が開示されている。負荷トルクが大きくなるにつれて回転数が下がり、やがて停止するというＤＣモータの特性を利用した方法である。
【００１２】
具体的には、以下のステップを繰り返して圧力をコントロールしている。（１）シリンジ内の圧力が所望の圧力まで上昇したら、負荷トルクが大きなり、ＤＣモータが停止する。（２）ポリマがキャピラリ内に進行し、シリンジ内の圧力が下がったらモータが回転を始める。この場合、所望の圧力でモータが停止するように、モータに流す電流値を調整して、トルク特性をコントロールしている。所望の圧力は、通常、流路系に漏れや損傷が発生しない程度に設定される。また、上記と同様な方式をステッピングモータで実現している電気泳動装置も存在する。
【００１３】
【特許文献１】特開２００１−２８１２２１号公報
【特許文献２】特開２００１−３２４４７３号公報
【特許文献３】特開２００１−３２４４７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
キャピラリ又はキャピラリアレイに分離媒体となるゲルまたは流動性ポリマ溶液を充填する必要がある電気泳動装置においては、装置の処理能力を高めるために、より高い圧力でキャピラリにポリマを充填する必要がある。しかし、実際には、装置の流路系の耐圧力には限界があるので、その限界よりも低い圧力でポリマ充填が行われる。また、ポンプ駆動系の特性などにより、圧力の変動、あるいは経時的にポンプ圧力が変化する場合は、それらの変化も考慮して、圧力が決して装置の耐圧を超えないように使用圧力を設定する。つまり、使用圧力は、ポンプ流路系の耐圧から圧力の変動分を差し引いた圧力以下に設定する必要がある。従って、変動が少ないポンプシステムの方が使用圧力を流路の耐圧に近づけることができ、結果的に使用圧力が高く、処理能力が優れた装置を実現するのに有利になる。
【００１５】
上述の装置では、モータのトルク特性を利用して圧力をコントロールしている。モータのトルク特性は環境温度により変化する。モータのトルク特性、具体的には、モータの停動トルクと起動トルクの再現性にばらつきがある。これら、モータトルク特性の変動は圧力変動をもたらす。さらに、モータの回転を直進運動に変化するリードネジ部の摩擦力が変化し、圧力の変動をもたらすことがある。上述の装置では、流路の耐圧から、少なくともこれらの変動分を差し引いた圧力で使用されている。
【００１６】
さらに、モータ間の特性ばらつきがあるので、これを補償するために、モータ毎に電流値の調整が必要である。調整作業は生産性を劣化させる。
【００１７】
また、少量のポリマを扱うシステムでは、プランジャ径が小さくなるため、圧力上昇による負荷トルクの変化が小さくなる。負荷トルクの変化が小さくなると、上述の方式では、圧力制御が難しい。
【００１８】
従って本発明の課題は、キャピラリアレイにポリマを充填するときに安定した圧力を得、充填時間を短縮し、装置の処理能力を向上した電気泳動装置を提供すること、並びに高い吐出圧力を安定して発生することができるポンプ機構を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明は、電気泳動媒体が充填される一本以上のキャピラリと、前記キャピラリに接続可能で、該キャピラリに電気泳動媒体を充填するためのポンプ機構を含む電気泳動装置において、前記ポンプ機構が、少なくともプランジャと、該プランジャに結合し、該プランジャと一体になって移動するスライダと、前記スライダに力を加えるバネと、前記スライダの移動範囲を制限するためのカバーと、前記カバーに結合して直進運動する直動システムを備え、前記電気泳動媒体を前記ポンプ機構に吸入するときは、前記カバーと前記スライダが一体となって動作し、前記電気泳動媒体を前記ポンプ機構から前記キャピラリに充填するときは、前記バネの作用により前記プランジャを押し込むことを特徴とする電気泳動装置を提供するものである。
【００２０】
また、本発明は、電気泳動媒体を吸引又は圧入するためのプランジャと、該プランジャの一端に結合されたスライダと、該スライダと直動システムの接続体との間に圧縮して挿入されたバネと、前記スライダ、バネ及び接続体を同軸上に支持し、前記スライダ及びバネを軸方向に移動可能に支持し、かつ前記接続体に一端が固定されたカバーと、前記スライダとカバーとの相対位置を検出する手段とを備え、前記電気泳動媒体を吸入するときは、前記カバーとプランジャが一体となって一方向に移動し、前記電気泳動媒体を吐出するときは前記バネにより前記プランジャを他方向に押圧するように構成したことを特徴とするポンプ機構を提供するものである。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、キャピラリアレイにポリマを充填するときに安定した圧力を得ることができ、充填時間を短縮し、装置の処理能力が向上する。また、バネの作用によりプランジャを押し込むので、上述のような、モータの特性ばらつきに起因する圧力変動がない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明は、キャピラリに分離媒体を充填するためのポンプ機構の圧力コントロールにバネを使用する電気泳動装置及びポンプ機構に関する。本発明の具体的な実施形態を例示すれば以下のとおりである。
【００２３】
前記電気泳動装置において、前記バネが、自然長よりも短い状態で装置に組み込まれていることが望ましい。また、前記ポンプ機構が、前記スライダに結合する検知棒と、前記検知棒を検出するためのセンサを備え、前記センサが、前記スライダが前記電気泳動媒体の充填完了の位置にあるときに、検知棒を検出する位置に配置されることが好ましい。前記電気泳動装置において、前記ポンプ機構が、さらに、前記スライダに結合するスリット板と、前記スリット板のスリットを検出するエンコーダを備え、前記エンコーダは前記カバーに取り付けられ、前記スライダと前記カバーの相対位置を検知することが好ましい。
【００２４】
本発明の他の観点による電気泳動装置は、電気泳動媒体が充填される複数のキャピラリを備えたキャピラリアレイと、該キャピラリアレイの一端に接続可能で、前記キャピラリに前記電気泳動媒体を充填するためのポンプ機構を有する電気泳動装置において、前記ポンプ機構は前記電気泳動媒体を吸引又は圧入するためのプランジャと、該プランジャの一端に結合されたスライダと、該スライダと直動システムの接続体との間に圧縮して挿入されたバネと、前記スライダ、バネ及び接続体を同軸上に支持し、前記スライダ及びバネを軸方向に移動可能に支持し、かつ前記接続体に一端が固定されたカバーと、前記スライダとカバーとの相対位置を検知する手段とを備え、前記電気泳動媒体を前記ポンプ機構に吸入するときは、前記カバーとプランジャが一体となって一方向に移動し、前記電気泳動媒体を前記キャピラリに充填するときは前記バネにより前記プランジャを押圧するように構成したものである。
【００２５】
上記電気泳動装置において、前記検出手段は、前記スライダに結合した検知棒などの検知体と、該検知体の位置を検出するためのセンサを備えたことが好ましい。また、前記検知手段は、前記カバーの軸方向に配列されたスリットを有しかつ前記スライダに結合したスリット板と、前記カバーに取り付けられ、該スリット板のスリットを検出するエンコーダを有することが好ましい。更に、前記センサが、前記スライダが電気泳動媒体の充填完了の位置にあるときに、検知棒を検知する位置に配置されることができる。
【００２６】
前記ポンプ機構において、前記検知手段は、前記スライダに結合した検知体と、該検知体の位置を検出するためのセンサを備えたものが好ましい。更に、前記検知手段は、前記カバーの軸方向に配列されたスリットを有しかつ前記スライダに結合したスリット板と、前記カバーに取り付けられ、該スリット板のスリットを検出するエンコーダを有することが好ましい。また、前記センサが、前記スライダがポリマ充填完了の位置にあるときに、検知棒を検出する位置に配置されることができる。
【００２７】
前記電気泳動装置において、好ましくは、バネを、電動直動部とプランジャの間に挿入し、前記プランジャの押し込み力を前記バネの作用で制御する。また、前記バネは、所望の特性が得られるように、バネ定数が小さいバネを変形された状態で組み込むことが好ましい。バネ定数が小さいバネを使用することで、バネ特性による圧力低下が抑えられる。
【００２８】
また、ポリマを吸入する方向に電動直動部が動くときに、前記電動直動部と一体となってプランジャが移動するように攻勢することが好ましい。これにより、プランジャを引いてポリマを吸入するときのプランジャ移動速度を精度良くコントロールすることができ、配管接続部などから気泡の混入を防ぐことができる。
【００２９】
また、前記スライダに検知板を設け、光学検出器により検知板が所定の位置に達したことを検知できるようにすることが好ましい。さらに、プランジャを押し切った位置にスライダが達したときに前記検知板がスライダを検出するように配置することが好ましい。それによって、電気泳動媒体であるポリマの充填終了を検知することができ、自動で次の動作に移ることができる。
【００３０】
また、本発明においては、構造的に、リードネジ部の摩擦力の変動の影響も受けない。バネの力はバネ特性と変形量で決まるので、本発明においては、装置ごとにキャリブレーションする必要がない。世の中には多様なバネが存在するので、本発明においては、幅広いプランジャサイズに対して対応可能である。また、本発明によれば、圧力センサを必要としないので、電気泳動装置及びポンプ機構のコストが抑えられる。
【００３１】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して詳細に説明する。
【実施例１】
【００３２】
図１は、キャピラリ電気泳動装置の基本的構成を示す概略図である。キャピラリ電気泳動装置は、電気泳動媒体である高粘性ポリマ溶液（以下、ポリマと称す）が充填されるキャピラリ（内径数十〜数百μｍの細管）を含むキャピラリ電気泳動部、電気泳動分離された試料を検出する光学検出部を有する。また、キャピラリと接続できる接続流路を構成する流路ブロック１０４と、接続流路と連通し、キャピラリに電気泳動媒体を充填できるポンプであるポリマ注入機構を備える。ポリマ注入機構は、ポンプ１０３の操作により、ポリマを収容しているボトル（以下、ポリマボトルと称す）１０１からポリマを吸入し、そのポリマを例えば９６本のキャピラリから成るキャピラリアレイに注入する動作を行う。
【００３３】
以下、装置構成の概略について説明する。９６本のキャピラリを備えるキャピラリアレイ１１０は、その一端（試料注入端）がバッファ容器１１２中のバッファに浸漬され、他端が流路ブロック１０４に接続されている。流路ブロック１０４には、キャピラリアレイ１１０の他にポンプ１０３，キャピラリに注入するポリマが入ったポリマボトル１０１、及びもう一つのバッファ容器１０７が接続され、内部にそれらを連通する流路が形成されている。流路ブロック１０４とポリマボトル１０１の間には逆止弁１０２が配置され、ポンプ１０３からキャピラリアレイ１１０のキャピラリにポリマを注入する際に、ポリマボトル１０１への逆流を防いでいる。
【００３４】
ポリマボトル１０１は連続運転に必要十分な容量のものが用いられる。また、ポリマを吸入してもボトル内が負圧にならないように排気弁もしくはチューブ挿入口に十分な隙間を持たせた構造になっている。また、高低差による圧力でポリマボトル１０１からバッファ容器１０７側にポリマが逆流しないように、ポリマボトル１０１はバッファ容器１０７よりも低い位置に配置されている。このとき、逆止弁１０２の作用でポリマボトル１０１へのポリマもしくはバッファ液の流入は防止される。
【００３５】
バッファ容器１０７と流路ブロック１０４の間には電動のバッファバルブ１０５が配置されており、キャピラリアレイ１１０のキャピラリにポリマを注入する際にはバッファバルブ１０５を閉じて、キャピラリアレイとバッファ容器間の流路をクローズする。また、電気泳動のときはバッファバルブ１０５を開き、流路をオープンにしてキャピラリアレイとバッファ容器を連通させる。
【００３６】
図２は、キャピラリアレイ１１０の一例を示す概略図である。キャピラリアレイを構成する１本１本のキャピラリ２０１は、外径が０．１〜０．７ｍｍ、内径が０．０２〜０．５ｍｍ程度で、外被はポリイミド樹脂でコーティングされている。キャピラリ自体は石英パイプであり複数本（本例では９６本）のキャピラリを配列してキャピラリアレイを構成する。キャピラリアレイ１１０は、蛍光標識されたＤＮＡサンプル等が入った試料容器から電気的な作用でキャピラリにサンプルを取り込むロードヘッダ２０２，ロードヘッダ２０２のサンプル番号順にキャピラリ２０１を配列固定する検知部（ウインドウユニット）２０５のキャピラリを束ねて接着したキャピラリヘッド２０３を備える。ロードヘッダ２０２から突出する試料注入端には、キャピラリに泳動電圧を印加するための中空電極２０４が設けられている。検知部（ウインドウユニット）２０５は、整列保持したキャピラリアレイに側方から光照射するための開口２０６とキャピラリから発せられた発光を取り出すための開口２０７とを備える。
【００３７】
図２に示したキャピラリアレイ１１０は、ロードヘッダ２０２から突出した中空電極２０４及びキャピラリ２０１の試料注入端が、蛍光標識されたＤＮＡサンプルを入れたウェルを複数備えたサンプルトレイに浸漬され、他端のキャピラリヘッド２０３はポリマが入った流路ブロック１０４に耐圧気密で取り付けられる。流路ブロック１０４に接続されたバッファ容器１０７に浸漬された電極１０６とロードヘッダ２０２の中空電極２０４には高電圧電源１１４から数ｋＶ程度の高電圧印加され、試料容器（図省略）中の試料がキャピラリアレイの各キャピラリに電界注入される。
【００３８】
その後、キャピラリアレイ１１０の試料注入端は図１に示すようにバッファ容器１１２に浸漬され、各キャピラリに電界注入された試料が電気泳動されて分離する。図１では省略されているが、キャピラリアレイ１１０の試料注入端に試料容器やバッファ容器１１２を搬送するオートサンプラが備えられている。
【００３９】
レーザ光源１１１から発せられたレーザ光は、励起光学系によって検知部（ウインドウユニット）２０５に誘導され、照射する。励起光照射によってキャピラリ中を泳動している試料から発せられる信号光である蛍光は、検出光学系を介して光検出器１０８で検出される。キャピラリアレイ１１０は、交換可能な部品であり、ユーザの使用目的によりキャピラリ本数や長さが違うものが選ばれる。また、キャピラリアレイが汚染等により劣化すようなことがあっても交換する。なお、ここに示した装置構成はひとつの具体例を示すものであって、これによって本発明に条件や制限を与えるものではない。
【００４０】
図３に、本実施例におけるポンプ機構のプランジャ駆動機構の概略図を示す。本ポンプ機構は図１のポンプ１０３の役割を担う。ステッピングモータ３０１は入力されたパルス数に応じて回転し、リードスクリュー３０２を直進運動させ、位置決めを行う。アダプタ３０４はリードスクリュー３０２の一端に接合し、カバー３０７と連結する。カバー３０７の内部にバネ３０６とスライダ３０８が一列に組み込まれる。スライダ３０８はカバー３０７内を直進移動できる。バネ３０８は変形してスライダの動きに追随する。スライダ３０８のプランジャ３１１側への移動量はカバー３０７によって制限される。プランジャ３１１はポンプヘッド３１６に設けられる。バネ３０６はバネ定数がなるべく小さいものを、圧縮して組み込むのが望ましい。理由については後述する。
【００４１】
プランジャ３１１はスライダ３０８に結合し、スライダ３０８と一体となって移動する。スライダ３０８には検知棒３１２が備えられており、プランジャ３１１を押し切った位置にスライダ３０８があるときに、胴体３０３に固定された第１のセンサ３１３によって検知される。アダプタ３０４には第２の検知棒３１４が備えられており、前記アダプタ３０４が移動範囲のリミット位置に達したときに、胴体３０３に固定された第２のセンサ３１５によって検知される。
【００４２】
前記リミット位置は、ポリマを吸入するときの動作完了位置にする。プランジャ３１１は、ポリマを封止するためのシール３１０を介して、ポンプヘッド３１６のチャンバ部に挿入される。プランジャ３１１はポリマにコンタクトし、スライダ３０８を介して得たバネ３０６の力をポリマに伝える。
【００４３】
ポンプヘッドのチャンバは流路ブロック１０４に連通する。または、流路ブロック内にチャンバが形成された構造でも良い。いずれにしても、ポンプチャンバはポリマボトル１０１とキャピラリアレイ１１０に連通する。胴体３０３とポンプヘッド３１６を組み合わせることで、シールプッシャサポート３０５がシールプッシャ３０９を介してシール３１０を押さえつける構成になっている。
【００４４】
続いて、ポリマ注入時の手順について説明する。また、各ポイントでのスライダ３０８とカバー３０７の位置関係を図４（ａ）〜（ｃ）に示す。なお、プランジャをチャンバ内に押し込む方向をモータの正転、プランジャを引き込む方をモータの反転として説明を行う。
【００４５】
まず初めに、図１において、バルブ１０５を閉じる。次に、ステッピングモータ３０１を反転して、第２センサ３１５が第２検出棒３１４を検出する位置までプランジャ３１１を引き込み、ポリマをポリマボトル１０１から吸入する。これが図４（ａ）に示した状態である。このとき、カバー３０７がスライダ３０８を支持するので、スライダ３０８はカバー３０７、アダプタ３０４、リードスクリュー３０２と一体となって移動する。
【００４６】
プランジャ３１１の移動速度はモータ３０１の回転数で決まる。ポンプ内が急激な負圧になることにより、流路の接続部などから空気を引き込んでしまわないように、プランジャ移動速度を設定する。ここでは、１回のポリマ注入で使用されるポリマ量以上のポリマを吸入することにする。続いて行うポリマ注入において、１ストロークのプランジャ移動で注入動作を完了するためである。他に、少量のポリマを吸入と少量のポリマ注入を、キャピラリのポリマ充填に必要な回数だけ繰り返すというやり方もある。
【００４７】
また、その他の形態として、ポリマ充填完了の状態、つまり、第１の検出棒３１２を第１のセンサ３１３が検知した状態を原点とし、そこから必要なパルス数をモータに入力してポリマを吸入するやりかたもある。この場合、第２センサ３１５、第２検出棒３１４は不要になる。
【００４８】
次にキャピラリへのポリマ注入を行う。ポリマ吸入動作完了の時点では、図４（ａ）のように、スライダ３０８とカバー３０７は、接触した状態になっている。ステッピングモータ３０１を正転させ、リードスクリュー３０２、アダプタ３０４、カバー３０７をポリマ注入動作完了の位置まで移動する。このとき、カバー３０７、アダプタ３０４、リードスクリュー３０２は一体となって移動する（以後、カバー３０７、アダプタ３０４、リードスクリュー３０２が一体となって移動することを単にカバー３０７が移動すると言うことにする）。ここで、カバー３０７はモータの回転速度に従って移動するのに対して、スライダ３０８は、モータの回転ではなく、ポリマがキャピラリに進入する流速に合わせて移動する。
【００４９】
本実施例では、カバー３０７がスライダ３０８よりも１０倍以上速いスピードで移動するようにモータの回転数を設定することにする。こうすると、スライダ３０８とカバー３０７の移動量の差分だけバネ３０６が変形し〔図４（ｂ）〕、変形したバネ３０６が、スライダ３０８およびプランジャ３１１を介してポリマに圧力を加えるようになる。キャピラリへのポリマ流入が進むにつれて、スライダ３０８が進行し、やがて、スライダ３０８がカバー３０７に接触したところでスライダ３０８は停止し、ポリマ充填が完了する〔図４（ｃ））。つまり、ポリマ充填開始直後に、カバー３０７が先にポリマ充填完了の位置まで移動し、後からスライダ３０８が徐々にポリマの流速に合わせて追随してくるという仕組みである。スライダ３０８に取り付けられた検知棒３１２が第１センサ３１３に検知されるように配置することで電気的にポリマ充填完了を検知できる。
【００５０】
他に、モータをポリマの流速に合わせて回転させる、という方法がある。この場合、流路のどこかに漏れがあっても正常に動作を終了してしまう。上述の方式では、例えば、ポリマ充填開始から完了までの時間を測定すれば、漏れの有無をポリマ充填に費やした時間から判別できる。漏れがあるときはポリマ充填が通常よりも早く完了してしまうからである。最後に、バルブ１０５開けて電気泳動に備える。
【００５１】
次に、本実施例に適したバネの選定方法について説明する。本実施例では、カバー３０７が移動した直後にバネの圧縮量が最大で、圧力も最大になる。その後、プランジャ３１１が進むにつれて、バネ３０６の変形量が減り、圧力は徐々に小さくなっていくというプロファイルになる。圧力は、装置の耐圧を超えない範囲で大きく、変動が少ないほど好ましい。
【００５２】
プランジャ位置による圧力変化を小さくするためには、バネ定数が小さい方が好適であり、また、バネ定数を小さくすると、必要な圧力を得るために、バネの変形量を増やさなければならなくなる。そこで、本実施例では、バネ定数が小さく、カバー３０７内に組み込んだときに、必要な量だけ変形するサイズのバネを使用することにする。こうすることで、バネの変形量は組み込むときにあらかじめ変形される量と、ポリマ充填時にさらに変形する量の総和になる。
【００５３】
上述したように、本実施例では、ポリマ充填時に、カバー３０７とスライダ３０８の移動量の差分だけバネが変形する。ただし、バネには許容限界変形量があるので、変形の総和が前記限界を超えないようにバネを選定する必要がある。
【００５４】
図５は、本方式でポリマ充填を行ったときの圧力の時間変化を模式的に示した図である。図中にはバネ定数が異なる２つのタイプのものを示している。Ａはバネ定数が小さいもの、Ｂはバネ定数がより大きいものを組み込んだときの圧力変化を示している。ポリマ充填開始時の圧力が同じだとしても、バネ定数が小さいものの方が、圧力変化が小さく、平均圧力が大きくなる。従って、ポリマ充填の高速化に有利である。
【実施例２】
【００５５】
図６に、もう一つのプランジャ駆動機構の実施例の概略図を示す。図において、図３と同じ符号は同じ部材を示すので、特に必要でない限り、その説明を省略する。上述の実施例１との違いは、スライダ３０８に取り付けられるのが検知棒ではなく、複数のスリットを有するスリット板５０１であること、および、第１のセンサ３１３が、スリット数をカウントするエンコーダ５０２で、胴体３０３ではなく、カバー３０７に取り付けられることである。こうすることで、バネ特性による圧力変化を低減する制御方法が可能になる。詳細を以下に説明する。
【００５６】
図７は、実施例２における、ポリマ充填時のスライダ３０８とカバー３０７の位置関係を示している。まず、上述と同様な手順でポリマをポリマボトルから吸入する〔図７（ａ）〕。続いてポリマ充填を開始するときに、実施例１では、一気にカバー３０７をポリマ充填完了の位置まで移動させていたが、ここでは、最終的な移動量より短い距離だけ移動させる〔図７（ｂ）〕。例えば、その移動量は、最終的な移動量の１／１０程度にしもよい。実施例１のときと同様に、カバー３０７を移動させると、カバー３０７が先に進み、スライダ３０８はポリマの流速に従って、後から追随する。このとき、カバー３０７とスライダ３０８の位置関係がずれて、その相対距離がエンコーダ５０２で検出される。
【００５７】
やがて、スライダ３０８が進み、カバー３０７との相対距離が元の状態に近づいてきたら〔図７（ｃ）〕、再びカバー３０７を少しだけ移動させる。カバー３０７とスライダ３０８の相対距離が縮まったことは、エンコーダ５０２で検出できる。この動作を、カバー３０７およびスライダ３０８がポリマ充填完了の位置に達するまで繰り返す。ここで、カバー３０７とスライダ３０８が完全にもとの位置関係に戻って、カバー３０７とスライダ３０８が接触してしまう前に、カバー３０７の次の移動を行うのがポイントである。スライダ３０８とカバー３０７が接触する位置に達してしまうと、バネの力がポリマに伝わらなくなってしまい、圧力が急減するからである。ただし、ポリマ充填完了時には、カバー３０７とスライダ３０８が接触して停止する。カバー３０７の移動量は、ステッピングモータ３０１への入力パルス数で制御する。
【００５８】
この方法の特徴は、バネの変形量が実施例１よりも少ないことである。実施例１ではポリマ充填に必要なストローク分だけバネを変形させていたので、そのストロークに相当する分だけ圧力減少を招いていた。実施例２では、バネの変形量を少なくできるので、バネ特性による圧力減少が少ない。実施例２では、ポリマ充填中のバネの変形量が少ないので、装置にインストールされた時点でほぼ必要変形量に近い状態になるようにする。
【００５９】
実施例２の方法でポリマ充填を行ったとき、圧力は図８のようになる。周期的な圧力変動は、上述のカバー３０７を移動するタイミングに相当する。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】ポリマ注入機構を備えた電気泳動装置の基本的構成を示す概略図。
【図２】キャピラリアレイの基本的構成を示す概略図。
【図３】プランジャ駆動機構の実施例１を示す概略図。
【図４】実施例１の方式でポリマ充填を行ったときの駆動系の挙動を示す概略図。
【図５】実施例１での圧力の時間変化を示す概略図。
【図６】プランジャ駆動機構の実施例２を示す概略図。
【図７】実施例２の方式でポリマ充填を行ったときの駆動系の挙動を示す概略図。
【図８】実施例２での圧力の時間変化を示す概略図。
【符号の説明】
【００６１】
１０１…ポリマボトル、１０２…逆止弁、１０３…ポンプ、１０４…流路ブロック、１０５…バッファバルブ、１０７，１１２…バッファ容器、１０６…電極、１０８…光検出器、１１０…キャピラリアレイ、１１１…光源、１１４…高電圧電源、２０１…キャピラリ、２０２…ロードヘッダ、２０３…キャピラリヘッド、２０４…中空電極、２０５…検知部、２０６，２０７…開口、３０１…モータ、３０２…リードスクリュー、３０３…胴体、３０４…アダプタ、３０５…シールプッシュサポート、３０６…バネ、３０７…カバー、３０８…スライダ、３０９…シールプッシャ、３１０…シール、３１１…プランジャ、３１２…第１検知棒、３１３…第１センサ、３１４…第２検知棒、３１５…第２センサ、３１６…ポンプヘッド。
【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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