(57)【要約】【目的】安全性を向上させると共に発熱量を抑え、効率良くしかも長時間の泳動操作が可能で、様々なゲルの形状にも対応した電気泳動装置を実現する。【構成】電気泳動用電気出力として、パルスをデユーテイを調整したものを使用すると共に、電気泳動用担体の、大きさを自在に調整可能な、トレイ構造を提供する。【選択図】図１０
2004309185.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周期的な時間変化を伴う出力電圧を使用することを特徴とする電気泳動装置。
【請求項２】
上記出力電圧が矩形波であることを特徴とする電気泳動装置。
【請求項３】
設定可能な複数の出力電圧のうち、少なくとも２つの出力はピーク電圧値が等しく、かつ矩形波の立ち上がっている時間が異なることによって、実効電圧値が変化することを特徴とする請求項２記載の電気泳動装置。
【請求項４】
設定可能な複数の出力電圧のうち、少なくとも１つの出力は、矩形波の立ち上がっている時間を任意に変化させることによって、ピーク電圧を上限とする範囲内で実効電圧値を可変することができることを特徴とする請求項２記載の電気泳動装置。
【請求項５】
電源回路を制御できる位置に光学センサ機能を有し、泳動槽の蓋がセットされていることを光学センサの受光量の変化によって検出することにより、蓋がセットされなければ通電できない制御を行うことを特徴とする電気泳動装置。
【請求項６】
光学センサのための検出光を照射する投光部において、投光及び非投光それぞれの状態を周期的に切り替え、投光側の２つの状態における光学センサの受光量の変化により泳動層の蓋がセットされていることを検出することを特徴とする電気泳動装置。
【請求項７】
平板状電気泳動担体において、担体の端に近い部位の厚みを相対的に大きくすることにより、泳動担体内の熱量を均一化することを特徴とする電気泳動装置。
【請求項８】
電気泳動担体を支持する部材が、互いに連結可能な構造をもつことにより、泳動距離および／または泳動担体の幅が変更可能となることを特徴とする電気泳動装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は生命科学、医療、環境などの分野において、ＤＮＡなどの核酸およびタンパク質を主に分離分析する電気泳動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】現在、核酸およびタンパク質を分離分析する目的において、電気泳動法は主要な方法として広く利用されている。とくに核酸を扱う場合には、図１のような水平型電気泳動装置が一般的に使用される。
【特許文献１】
その電源部として実公昭６３−３９６３９号公報に記載されているような、半波整流出力が利用される。
泳動槽１１に緩衝液１２を注入し、トレイ１４上に作製された泳動担体１３を、トレイ１４ごと緩衝液中に設置する。設置部１５は台状になっていることが多い。泳動担体１３には試料１８設置溝が設けられており、この中に泳動させる試料を設置する。感電防止と緩衝液の蒸発防止の目的で、泳動槽に蓋１７を設置したのち、泳動槽底部に設置された電極１６−１６’から電圧が供給される。試料は緩衝液１２中で帯電しているので、電場を感受して移動する。電気泳動担体は分子ふるい効果をもち、試料１８の分子サイズに応じて移動しやすさに差異が生じるため、さまざまなサイズの分子の混合物である試料を分離することができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら図１のような構造では、本来は泳動担体のみに供給したい電力が、泳動担体上部の緩衝液経路にも供給されるため、効率が悪かった。上部緩衝液の電流は緩衝液の消耗を早めるだけでなく、余分な熱を発生させる。この発熱によって緩衝液の蒸発が激しくなり、泳動槽の蓋を曇らせるため、泳動中に内部の様子を確認することも難しくなる。
【特許文献２】
これらの問題を解決するため、発明者らは図２の蓋部２１に窪み２２の構造をもつ電気泳動装置を提案した（特開２００２−３２８１１３）。この構造では、泳動槽１１の蓋部２１の中央が窪んで緩衝液中１２に沈み、泳動担体１３上に接触するようになっている。これによって上部緩衝液１２を排除し、電力は泳動担体のみに効率よく供給され、泳動が高速化する。緩衝液の消耗も最小限に抑えられ、長時間の泳動が可能となる。また、蓋が泳動担体に接触しているため曇ることもなく、泳動の様子を終始確認できる。この高い視認性を活用し、発明者らは泳動槽を紫外光透過部材で形成し、さらに蓋を紫外光非透過部材で形成する構成を考案した（特開２００２−３５７５９０）。核酸やタンパク質の検出には紫外光を利用することが多いため、これによって安全かつ明瞭に試料からのシグナルだけを検出できるようになる。さらに、蓋の窪み部分に冷却水を入れることにより、泳動担体を簡単に冷却することが可能になった。泳動中に温度が変化すると分離結果に影響するため、これを防ぐのは非常に重要である。
本発明は、上記の新構造の電気泳動装置の利便性をさらに向上させるためになされたものである。具体的には、緩衝液の消耗をさらに抑えつつ泳動効率を高めるための電圧波形、安全性をさらに高めるためのセンサ構成、泳動担体作成時の利便性を高めるための付属部材、泳動の精度を高めるための蓋およびトレイ構造などである。以下、各構成ごとに詳述する。
【０００４】
【実施例】
まず、泳動槽から説明する。
図３は、本発明の泳動槽３１の概観である。左側が実際に緩衝液を注入し、電気泳動を行うための緩衝液槽３２である。電極３３は台状部分を挟む両底部に電極支持体３５に張られた状態で対向する２カ所に設置されている。電極３３には白金線を用いることが多いため、線を巻きつける突起構造が形成されていることが望ましく、とくに突起が底に向かって伸びている構造がよい。これは、最終的に電極線が緩衝液槽３２の端部に沿って上方に伸び、電源部と接続するようになっており、電極線は上方に引っ張られる力を受けるからである。突起が底部から上方に伸びている構造の場合、上方に引っ張られる力によって、電極線が固定しにくくなる。なお、電極として線状ではなく板状のものや、２ｍｍ以上の径をもつ棒状のものを使用する場合には、電極支持体にも突起構造は必要ではなく、電極を挟んで固定する溝のような構造をもっていればよい。例えば、チタンに白金をコーティングしたり、フェライトなどのセラミック電極などを使用する場合は、これに相当する。
【０００５】
泳動槽全体、あるいは少なくとも台状（担体設置部）３４部分は、紫外光透過性材料で形成される。具体的にはポリメチルペンテン、ポリカーボネイトなどの樹脂類や、ガラスに特定波長域のみを透過させる物質を蒸着法などでコーティングしたものなどを使用する。ただし、検出に紫外光を利用しない場合は、この限りではなく、検出に利用する波長やシグナルを透過するように材料も選択される。
緩衝液槽の台状部分には２種類の仕切り構造が形成されている。低い方の仕切り４３は、泳動担体を保持するトレイ部材を単独で使用する場合に、トレイの位置がずれないように支持するものであり、トレイを囲い込むようになっている。高い方の仕切り４２は、トレイ部材を連結して使用する場合の位置固定用である。トレイ部材連結時には台状部分よりもはるかに大きくなるため、これを囲い込む構造にはできない。そのため、トレイ部材底部の窪みに、高い方の仕切り４２が嵌め合うように構成されている。なお、詳しくはトレイ部材の説明と併せて後述する。３６が、緩衝液である。緩衝液は、少なくとも使用時、担体の縁部に接触する程度の量が好ましい。
【０００６】
泳動槽の右側は主に電源ユニットを設置するための構造、電源設置部３８である。底部には吸気穴３７が空けられており、この上に設置される電源ユニットは、吸気穴３７から吸気して冷却される。場合によっては、この吸気穴３７にペルチェ素子やファンなどの冷却ユニットを設置してもよい。泳動槽の底部には高さ２ｍｍ以上の足を設置しておくと、吸気の効率がさらに高められる。泳動槽の足にはゴム部材を貼り、実験机の上ですべらないようにしておくことが望ましい。また、足を５ｍｍ以上の長さとして、泳動装置を垂直方向に詰める構成にする場合もありうる。この場合、泳動槽の上部にも、別の泳動装置の足を保持するための窪みが形成されていることが望ましい。吸気穴より奥の仕切りには電極ピン４０が設置されており、ここに電源ユニットを差し込んで使用する。電極ピンの上方は安全のためにひさし４１で覆われており、電源ユニット接続中は、電極ピン４０に触れたり異物が接触しないようになっている。なお、泳動槽の材料として紫外光透過性を重要視すると、難燃性に優れない材料を選択せざるを得ないこともあり、この場合には電極ピンを固定する部材は別の材料で構成し、泳動槽に取り付けるようにする。なお、泳動槽は泳動槽３１と電源設置部３８に分かれている必要は必ずしもなく、例えば緩衝液槽の側面から両極の電極ピンが突出しているような構造でもよい。３９は、泳動槽３１を直接実験台上に接触させないように配置した緩衝用足部である。
【０００７】
次に、泳動担体を作製かつ支持するトレイ部材について説明する。図４は、トレイ部材の概観である。図４（ｂ）は、図４（ａ）のａ−ａ’方向からみた断面図である。トレイ部材は緩衝液槽の台状部分の低い方の仕切り内に設置されるサイズとなる。ただし、このサイズでは泳動距離が不足する場合もあるので、トレイ部材を連結できるように形成しておくことが望ましく、図４で示す実施例は、そのような構成を持つ。
図４のトレイ４００の縁部に形成された結合部Ａ４０１の形状と、トレイの対向する他の結合部Ｂ４０２の形状は、互いにちょうどかみ合う構造になっている。
トレイ４０１の内側側面の中央付近は、凹部４０３が形成されている。
４０４は、突起部であり、結合部Ｂ４０２が、結合した後、揺動しないように固定する部分である。
したがって、図４のトレイ部材２つを用途に応じて連結して使用することが可能である。
図４（ｃ）と、図４（ｄ））は、結合時の動作の一例を示したものである。
図４（ｄ））でしめす場合、泳動距離は約２倍に延長され、長距離の泳動でなければ分離できない試料や、試料を設置する溝（ウェル）を大量に形成して、一枚の泳動担体で大量の試料を扱うことが可能となる。
もちろん、トレイ部材の長さをより短く形成しておけば、３つ以上のトレイ部材を連結することによって、全体の長さをさまざまに調整することが可能になる。なお、トレイ部材が全て同様の構造をとる必要はなく、単独使用が可能であって、かつ別のトレイ部材とも連結可能な構造の組み合わせになっていればよい。例えば、図４の結合部Ａ４０１のみを片側にもつトレイ部材と、結合部Ｂ４０２のみを片側にもつトレイ部材が用意されていればよい。
【０００８】
図５はトレイ部材の側面を示しているが、底部に小さな窪み（凹部）４０５を設けておく。この窪みの位置は、トレイ部材を連結したときに、２つのトレイ部材の窪みが、緩衝液槽の高い方の仕切り（突部）４２にちょうど嵌め合うように決められている。これにより、トレイ部材を連結して広がり、設置部３４からはみ出した状態になっても、安定した状態で緩衝液槽に設置しやすくなっている。材質については、基本的にはトレイ上に泳動担体を作製し、そのまま緩衝液槽に設置するため、泳動の観察のためには泳動槽と同様の紫外光透過性材料で形成される。
【０００９】
なお、トレイ部材６１の断面は図６のように、泳動担体の両端の底部が深くなるような溝６２構造にしてもよい。
破線部分は試料を設置するウェル６３が形成される範囲を示している。電気泳動においては、泳動担体内の温度が均一であることが重要であるが、その熱は主に泳動担体自身の電気抵抗によって発生する。泳動担体の端部はトレイ部材の側壁に近く、側壁は絶縁材料で形成されていることが多いため、中央部に比べて相対的に発熱量が少ない。したがって、一般的には泳動中に中央部と端部に温度差が生じ、端部の泳動速度が相対的に低下する。これにより、泳動パターン全体で見ると、中央から端部に向かってゆるやかに湾曲して見えるので、これをスマイリング現象と呼んでいる。図６のような形状は、スマイリング現象を防止するために考案したものである。
【００１０】
すなわち、端部の底を深くして、側面からの発熱量不足を底部から補うことによって、泳動担体全体の温度を均一にすることが可能になるのである。底を深くしなくとも、トレイ側壁や端底部に電気抵抗体を貼り付けたり、そのような材料で側壁を形成しても同様の効果が得られるが、泳動担体から熱を得る方が、泳動担体の種類や濃度によらず均一性の点で優れている。後述するように、泳動槽の蓋の窪み部分に冷却水を入れることによってもスマイリング現象は防止されるが、こちらの方法では冷却水を用意する必要がなく、より簡便である。いずれにしても、冷却によって温度均一性が保たれるのではなく、端部に不足する熱量を何らかの構造で補うことにより、温度均一性を保つという考え方が重要である。
【００１１】
なお、この方法は緩衝液中に泳動担体を沈みこませる水平型電気泳動装置のみに有効なものであるというわけではない。一般にタンパク質の電気泳動に使用されている垂直型電気泳動装置においても、スマイリング現象は水平型以上に深刻な問題となる。なぜなら、垂直型電気泳動装置においては、泳動担体支持部材が空気にさらされているのが通常であり、泳動担体端部と中央部の冷却差が、緩衝液内に沈められている場合よりも顕著となるからである。したがって、垂直型電気泳動装置の泳動担体においても、担体端部の厚みを相対的に大きくして発熱量を確保することにより、熱量の均一化を図る方法が有効となる。
この溝の大きさは、深さ０．５ｍｍ〜３ｍｍまたは泳動担体の厚みの５％〜５０％、幅２ｍｍ〜１０ｍｍまたは検体のバンド幅（ウェル幅）の５％〜２００％が上述した効果をそうするためにも有効な場合があるが、この大きさに限るものではない。
【００１２】
また、図７はウェルのカバー部材４０６を示す。両端が挟持部４０７の構造になっており、この部分でトレイ部材の側壁に固定する。横に伸びたカバー部が、試料を設置した泳動担体４０８のウェル４０９を覆うように固定する。なお、カバー部は挟持部４０７よりも幅を広くし、ウェル４０９の幅の１０倍以内の程度まで広げる場合がある。これは、カバー部の圧力によって泳動用担体４０８が変形することを防ぐためである。本発明の泳動装置では、蓋の一部が泳動担体に接触するため、ウェル４０９が浅い場合には設置した試料の一部が流出してしまうことがある。図７のウェルカバー部材を使用すれば、蓋設置時の緩衝液の移動の影響を受けないため、設置した試料をウェル中で安定させることができる。なお、後述するように、蓋とトレイ部材の側面の隙間はできるだけ小さくなる方がよい。そのためには、ウェルカバー部材の厚みの分だけ、トレイ部材の側壁に溝を形成しておき、ウェルカバーを設置してもそれが側壁の内側に出ないようにすることが望ましい。
【００１３】
次に、泳動槽の蓋８０について説明する。図８は蓋の概観を示す。蓋８０の中央部は下方に大きく窪んでおり、窪み部分の底面８１が、緩衝液槽に設置された泳動担体の上面に接触するようになっている。これにより、泳動担体上部の余分な緩衝液電流を遮断し、泳動担体のみに効率よく通電させ、泳動が高速化される。また、少なくとも泳動担体接触部は曇ることがないため、泳動の様子を終始確認することが可能である。泳動槽が紫外光透過性材料で形成されているため、蓋を紫外光非透過性材料で形成すれば、試料からの可視光シグナルのみを安全かつ明瞭に観察することが可能である。なお、蓋自体を紫外光非透過性にしなくとも、蓋の窪み部分に紫外光を遮断するフィルタを設置してもよい。また、蓋をこのような構造にしておくと、窪み部分に冷却水を注入したり、冷却材料、冷却装置を設置することによって、泳動担体を効率的に冷却することが可能である。前述したように、泳動担体内の温度均一性は正確な泳動結果を得るために非常に重要であるから、冷却しやすい構造は極めて有効である。なお、温度均一性という点では、泳動担体に接触する部分が、泳動担体を完全にカバーしていなければならない。例えば泳動担体の端部のみが上部緩衝液にさらされているような形状では、泳動担体よりも相対的に温度が低い緩衝液によって端部が冷却されてしまい、スマイリング現象を引き起こすからである。
【００１４】
具体的には、トレイ部材の側壁と試料設置用のウェルの端部の区間を９０％以上カバーすることが望ましい。しかしながら、蓋を金型成形によって作製する場合には、側面にある程度の傾斜を儲ける必要がある。したがって図８のように、トレイ部材の側壁の高さあたりまでは、蓋の窪み部分を垂直８４に形成し、それよりも高い部分には傾斜８３をつけて形成する。少なくとも蓋の窪み部分の底に近い部分は垂直に形成されているため、泳動担体の厚みが変化しても、泳動担体をほぼ完全にカバーすることができる。
【００１５】
また、蓋の手前と奥には補助部材８５が形成されている。本発明の電気泳動装置では、泳動担体の厚みが変化すると、それに接触する蓋の垂直位置も変化するが、このように補助部材８５が形成されていれば、蓋の上下位置によらず、緩衝液槽内に指や異物が入ることが防止される。また、補助部材８５は蓋の窪み部分の底よりも低い位置まで伸びていることが望ましい。その理由は、泳動後に蓋を外してそのまま机上に置いたとしても、緩衝液が付着している窪み部分が机に接触することが防止されるからである。また、補助部材８５の水平方向の幅は緩衝液槽内部の幅に近いことが望ましい。これも安全性と設置時の位置決めがしやすくなるという理由による。
【００１６】
さらに、蓋の側面にはステンレス板などの光反射部材８２が設置されている。後述するように、本発明の電気泳動装置では、図９で示す電源部９１に光学センサ９２が設置されている。光学センサ９２は検出光を照射する投光部９２１を持ち、この投光部９２１から放出される検出光は、蓋がセットされている場合には光反射部材８２によって反射され、光学センサの受光部９２２に検出される。蓋が緩衝液槽にセットされていないときは検出光が反射されない。受光部が反射光を検出した場合、すなわち蓋がセットされている場合にのみ通電できる回路構成をもっているため、誤って感電する心配がなく、非常に安全性が高い。また光学センサの投光部の投光及び非投光状態を周期的に切り替え、それぞれの状態における光学センサの受光量の変化が所定以上であった場合のみ蓋がセットされていると判断するため、光学センサに外部からの光が入射した場合でも誤った検出判定をすること無く蓋のセット状態を確実に検出できる。また一般に光学センサの投光素子は発光時間により光量が減衰する特性を持っており、長期間に渡って使用していると投光側の発光パワーの低下による検出感度の劣化が起こるが、投光部を周期的にかつ必要な短い時間だけ点灯させることにより、光学センサの耐久時間を延長させることが可能となり、蓋セット状態検出機能において信頼性の高い状態を長く維持することが可能となる。
【００１７】
図８で示す蓋に設置された光反射部材は、蓋８０がセットされていることを感知させるためのものであるから、蓋自体の反射率が高い場合には、このような反射板８２は必要ない。光反射板の垂直方向の長さを調整することにより、蓋８０の上下可動域を変更することができる。本発明の電気泳動装置のように、泳動担体の厚みに応じて蓋の上下位置も変化する方式では、このようなセンサを利用するのが便利である。なお、蓋がセットされていない場合の反射率はできるだけ低く抑えることが望ましいので、緩衝液槽の反射位置には反射率の低い部材を設置したり、表面の凹凸を大きくする必要がある場合もありうる。光学センサについては、上記のように光反射を利用するものに限らず、蓋をセットすることによって光透過率が低下することを検出するものであってもよい。
【００１８】
また投光素子には赤外線発光素子（赤外発光ＬＥＤ）を用い、センサの受光側に赤外光のみを選択的に透過する光学フィルタ（可視光カットフィルタ）を設けることにより、外乱光による誤動作をより低減することが可能となる。  図９に、本発明の電気泳動装置の電源ユニットを示す。入力部９４に電源コードを接続して外部から電力を得る。入力部９４は使用時の向きに対して手前ではなく、奥にあることが望ましい。さらに、電極ピン穴状の出力端９５に泳動槽の電極ピンが挿入されるように電源ユニットを接続する。電源ユニットの側面付近には、光学センサが内蔵されている。電源ユニットの電源部９１のケースは透明材料又は半透明材料で形成されており、光学センサ９２から放出される検出光はケースを透過して緩衝液槽方向に進行する。蓋８０がセットされている場合にのみ、検出光が反射されて通電可能となるのは前述した通りである。なお、電源ケースが非透明材料で形成されている場合には、センサ用の窓が空けられる場合もある。電源ケースには底部と側面に通気用の穴を開けておく。
【００１９】
電源部９１の上面は操作部９３である。タイマー表示ＬＥＤの横には、タイマー設定ボタンが配置されている。タイマーは１〜９９分の範囲で設定可能であるが、「０」に設定した場合には連続動作モードとなり、それを意味する何らかの記号が表示される。中央部右側には電圧設定ボタンが配置されており、これを押すたびに設定電圧値が変化する。その左側には設定電圧を示すＬＥＤが配置されている。本発明の電気泳動装置では、複数の電圧設定が可能であるが、これらの電圧は矩形波として出力される。矩形波のピーク電圧値はどの設定でも同じであり、電圧が立ち上がっている時間の比率（ｄｕｔｙ値）を設定することで、実効電圧を変化させる。例えばピーク電圧値を２００Ｖとし、電圧設定ボタンによってｄｕｔｙ値を１（純直流）、０．６、０．３、０．１５とする４種類の出力電圧を出力端９５から生成可能とする。またｄｕｔｙ値をデューティー設定ボタンによって任意に設定可能なモードを追加しても良い。これにより電圧実効値をより細かく調整することが可能となる。この場合デューティー値の設定はそれ専用のボタンを設けるか、あるいはタイマー設定ボタンにて設定するようにしても良い。矩形波の周波数は５０Ｈｚ〜１００ｋＨｚ程度の範囲にある特定の値に固定されているが、必要に応じて設定可能にする場合もある。９４は、汎用電源の入力部であり、主に〜２２０Ｖの商用電源の交流電気ＡＣを入力する。
【００２０】
具体的な波形を図１０に示す。図１０は、それぞれ、泳動用の電気出力を示す。
図１０（ａ）は、直流であり、図１０（ｂ）以降デューティーを小さくした出力を示す。これらの出力の選択は、電源部９１の操作部９３で操作可能である。
図１０において、ｆは１周期あたりの時間、ｄはそのうち電圧が立ち上がっている時間を表しており、周波数＝１／ｆ、デューティー値＝ｄ／ｆである。電圧を矩形波として出力することにより、緩衝液の消耗と熱発生をできるだけ抑制しつつ、効率的に試料を泳動させることが可能になる。なお、一定でない電圧を出力することによる泳動効率の改善が最大の目的であるから、波形は必ずしも矩形でなくともよく、正弦波や三角波、ランダムパルスのようなものであってもよい。操作パネル下部に配置されているボタンは通電切り替え用であり、非通電時にこれを押すと通電され、通電時にこれを押すと停止する。タイマー設定されている場合には、通電開始とともにタイマーも動作し、設定時間が経過すると自動的に停止して、アラーム音を鳴らす。いずれにしても、動作が停止する際には内蔵または外部接続されている記憶素子に各設定値が記録され、次回使用時には自動的にその設定が初期状態となるようにしておく。複数の設定に名前などの識別記号をつけて記録しておき、次回以降の使用時には、それらの中から選択可能な構成にしてもよい。また、動作中もタイマーの残存時間や電流、電圧値などの途中経過を記録しておき、不慮の停止時にも速やかに継続動作できるようにしておくことが望ましい。
【００２１】
不慮の停止とは、停電やプラグを誤って抜いてしまった場合、誤って通電切り替えボタンを押してしまった場合、過電流保護あるいは高温検出回路が機能して強制的に停止された場合などである。途中経過は内蔵あるいは外部接続されている記憶素子やコンピュータに出力、記録する。なお、本発明の電気泳動装置では、回路のショートなど急激に大電流が流れる場合には、内蔵されているヒューズが溶断されて動作を停止するが、泳動中に緩衝液の温度上昇によって徐々に電流が増加していった場合には、ある一定の制限値（例えば３００ｍＡ）を超えた段階で自動的に電圧を低下させ、その制限値以下の電流を保つようにしながら動作を続行する。通電切り替えボタンの左側に配置されている２種類のＬＥＤは、電源プラグからの電圧入力があることを示すために点灯するものと、実際に電圧が出力されていることを示すために点灯するものである。電源ユニットには上記の他に、コンピュータとの接続ポートが用意されていることが望ましい。これは、コンピュータからの動作設定や、コンピュータへの動作状態出力を可能にするためである。また、操作パネル部分は操作ユニットとして独立して形成され、電源ユニットに接続したり取り外しできるようにしておくのもよい。操作ユニットにはリモートコントロール機能をもたせる場合もある。これは、同じ設定で複数の電気泳動装置を動作させたい場合に、一つの操作ユニットを設定するだけで済むので便利である。この操作ユニットにも記憶機能をもたせ、電気泳動装置だけでなく、各種関連機器を設定、記録できるようにしておくことが望ましい。この場合の操作ユニットの使用手順は、まず記録されている複数の機器から目的の装置を選択し、さらに引き続いて表示される目的機器の複数の動作設定の中から目的の動作を選択するか、新規設定することになる。
【００２２】
図１１は、図３で示した泳動槽３１に、蓋８０及び電源部９１を挿入しようとするところを示した図である。
図１１で示すように、蓋部８０の底面８１の面積を、泳動槽にあたる緩衝液槽３２の台状（担体設置部）３４の面積よりも大きくすることで、担体の面積をよりフレキシブルに調整可能とし、種々の泳動実験を実現可能とする。その場合図４で示す組み合わせ自在なゲルトレイの目的に応じた組み合わせが有効に活用される。
尚、担体の面積を担体設置部３４の面積とする場合は、図４で示すようなトレイを要することが無い場合もある。図４で示すゲルトレイの組み合わせは、２以上であれば良く、底部８１の面積の範囲で適宜選択可能である。尚、本発明では、少なくとも担体上部に介在する緩衝液が排除される構成であればよく、本願発明は、底部８１と、担体設置部３４で、担体を接触的に挟み込んで、緩衝液を担体上から排除させ、緩衝液のみの電流の流れを阻止し、発熱を抑制する形態が取り得るものであるが、使用時、図７で示すようなウェルカバー４０６が図４で示すように担体上に介在する場合でも、ウェルカバー４０６が緩衝液の担体上での介在を遮断することから、緩衝液のみの電流の流れが阻止でき、本発明の目的が達成されるものである。
図１２は、本発明の電気泳動装置で使用する泳動担体を形成させるための器具類である。泳動担体は主としてアガロースなどのゲルである。まずゲル形成器０１５に仕切り部材０１３を挿入するが、トレイ部材を単独で使用する場合には中央の溝部に挿入し、トレイ部材を連結して使用する場合には手前の溝部０１４に挿入する。これにより、用途に応じてサイズの異なるゲルを作製することが可能である。仕切り部材は溝部０１４に密着して固定されるため、液体が漏れる可能性はない。
【００２３】
また、トレイ部材０１２を中央に挿入した場合には、単独トレイサイズのゲルを２枚同時に作製することが可能である。トレイ部材をゲル形成器０１５に設置したあと、液状のゲル原料をゲル形成器に注入する。さらにゲル化する前に、ウェル形成部材０１１をゲル形成器の側面溝に挿入する。これはゲルに試料設置用のウェルを形成するための部材であり、ゲル化後に引き抜くとウェルが形成されている。ウェル形成部材０１１は中心軸から上下に櫛がついている構造になっており、歯数はそれぞれ１３および２６となっている。歯数１３の場合の隣り合う歯の中心間距離は９ｍｍ、歯幅は６ｍｍ、歯厚は１ｍｍである。歯数２６の場合は中心間距離４．５ｍｍ、歯幅３ｍｍ、歯厚１ｍｍまたは０．５ｍｍとなっている。これらは必要に応じて他の値も採りうる。
【００２４】
なお、ゲル形成器の側面溝は図１１の位置に限らず、複数設けられていることが望ましい。トレイ部材を単独で使用する場合と、連結して使用する場合とでは、ウェル形成部材の挿入位置が変化することもありうる。また、トレイ部材を単独使用する場合に、そのトレイ部材の上端と中央部の２か所に対してウェル形成部材を適用できるように側面溝を設置しておくと、トレイ部材を連結した場合には、ウェル形成部材を４か所に適用できるようになる。歯数２６の方を適用すれば、一枚のゲルに２６×４＝１０４個のウェルが形成され、とくにＰＣＲ法によって生成された産物を確認する場合には都合がよい。
【００２５】
また、操作パネル部分は図１３のように操作ユニット１００として独立して形成され、電源ユニットに接続したり取り外しできるようにしておく構成も例示される。操作ユニット１００には、表示パネル１０１が設けられており、ここに各種設定や状態、入力経過などが表示される。１０２は入力モード等の切り替えスイッチであり、押すたびに数字入力、日本語入力、英語入力、記号入力などの入力モードを切り替える。１０３は選択ダイヤルであり、これを操作し始めたことが検出されると、表示パネル１０１には、指定された入力モードに対応した入力リストが表示される。入力リストは、例えば数字入力モードであれば入力対象となる０〜９の数字、日本語入力モードであればひらがな、英語入力モードであればアルファベット、記号入力モードであれば各種記号が順に並んでいる。選択ダイヤル１０３を回すと、選択されている入力対象が順にスライドしていく。スライドの速度は選択ダイヤル１０３を回す速度に比例すればよいが、その場合には微調整が難しい場合もあるので、回す速度が遅い場合には、スライド速度をそれ以上に遅くすることが望ましい。このようにして入力対象の選択が完了したら、入力スイッチ１０４によって入力を完了する。
【００２６】
入力モードが日本語入力である場合には、この時点で漢字への変換リストを表示し、選択ダイヤル１０３によって漢字まで決定できることが望ましい。決定は入力スイッチ１０４で行うが、選択ダイヤル１０３を押すことによって入力スイッチ１０４の機能を併せ持つ場合もある。操作ユニットにはリモートコントロール機能をもたせることが望ましい。これは、同じ設定で複数の装置を動作させたい場合に、一つの操作ユニットを設定するだけで済むので便利である。この操作ユニットにも記憶機能をもたせ、電気泳動装置だけでなく、各種電気・電子機器を設定、記憶できるようにしておくことが望ましい。操作ユニット１００には、それら電気・電子機器自身またはコンピュータからのケーブル接続、通信、インターネットなどによって機器情報を入力するか、操作ユニット１００自身の入力機能を用いて機器情報を入力する。１０５はケーブル接続用ポートである。複数の機器を登録できることによって、操作ユニット１００を機器ごとに用意する必要がなくなる。
【００２７】
また、電子レンジなどの一般電化製品用に製作された上記機能を有する操作ユニットがあれば、その操作ユニットに電気泳動装置などの研究用機器情報も登録できるようにしておくことが望ましい。複数機器を制御できる操作ユニットの使用手順の一例は、まず入力モード切り替えスイッチ１０２などによって「機器選択モード」に設定し、登録されている機器リストから選択ダイヤル１０３によって目的の装置を選択し、入力スイッチ１０４によって決定する。さらに引き続いて表示される目的機器の動作リストの中から目的の動作を選択ダイヤル１０３によって選択するか、新規設定することになる。目的の動作には、識別しやすい名前を入力して記憶できることが望ましい。１０６は、操作ユニット１００と、泳動層側にも受けられた電源ユニット１０７とを接続するための情報インタフェースである。情報インタフェース１０６は、電気的コネクタの他、赤外線、電磁気、超音波など様々な媒体を利用し得るものとして構成され、特に限定されていない。
【００２８】
電源ユニット１０７には、外部商用電源との接続部、昇圧部、ヒューズ、安全回路等、電気泳動用出力を形成するための構成が内蔵されている。
電源ユニット１０７は、その他、外部商用電源との接続部以外は、密閉された構成をとり得ることから、防水性に優れ、取り扱いが簡便なユニットが提供できる。
電源ユニット１０７は、電気泳動槽１０８と一体でも、別体でもよいが、上述のように、シンプルで防水性に優れた構成が可能であることから、一体でも、取り扱いが簡便になり得る。
機器の動作は、目的の動作を選択した瞬間に開始するか、あるいはスタートスイッチを押してから開始してもよい。とくに研究用機器の場合、動作時間が重要であることが多いため、タイマー機能によってスタートと同時に計測したり、設定時間に動作を停止できることが望ましい。タイマーを使う場合には例えば、入力モード切り替えスイッチ１０２によって「タイマー設定モード」に切り替え、選択ダイヤル１０３によって時間を決め、入力スイッチ１０４で決定する。操作ユニット１００にリモートコントロール機能があれば、機器から離れていても動作をコントロールできるので、とくにタイマー機能を利用する場合には便利である。なお、このような操作ユニットは、携帯電話などの小型情報通信機器に上記機能をプログラムとして入力することによって実現させる場合もある。これらの情報通信機器には、各種入力機能と表示機能、通信機能、ネットワーク接続機能など、上記操作を実現するために必要な機能が備えられているからである。入力方式が、操作ユニット１００と同等であれば、一層望ましい。
【００２９】
又、本発明の他の実施例として、図１４で示すように、泳動槽１１０と電源ユニット１２０を完全に別体にしてもよい。泳動槽１１０の側面からは電極ピン１１１，１１１’が２本突出しており、それぞれ陽極、陰極の白金線電極１１３に繋がっている。図中１１１と１１３が接続する様子が示されているが、他方電極ピン１１１’と他の電極１１３’とが接続する。電源ユニット１２０の側面には、電極ピン１１１、１１１’に接続できるように、電極受け穴１１４が形成されている。このように泳動槽１１０を電源のサイズとは独立に構成しておくと、他の電源との接続の際には便利である。なお、１１２は電源ユニット受けであって、電源ユニット１２０を凹部コネクタ１１４，１１４’とで挿入結合した状態で上に持ち上げたときに、電源ユニット１２０の重量を支えるようになっており、電極ピン１１１，１１１’が変形したり破損することを防止する。電源ユニット側はこれに応じ、底部が内側に窪む構造をもっている。また、右側の窪み１２１は、電源ユニット１２０を泳動槽１１０から取り外すときに指をひっかけるための構造である。
【００３０】
図１５乃至図１９は、本発明の他の実施例を示す図である。
図１５は、平面図、図１６（ａ））は、図１５の正面図、図１６（ｂ）は、図１５の背面図、図１６（ｃ）は、図１５の右側面図、図１６（ｄ））は、図１５の左側面図である。図１７は、図１５の底面図を示す。
２０１は、泳動槽用の蓋部であり、中央が、泳動槽２０７方向へ突出している突出部２０２を形成している。２０３は、電源供給ユニットであり、その表面には、液晶、ＬＥＤで形成された表示部２０４であり、ＬＥＤ表示部２１６と操作スイッチ２０５、２１７、２１８が配置されている。
個々の機能は、様々であり特に限定されるものではないが、液晶表示部は、タイマー表示、出力強度、出力モード等を数値的、符号的に表示したり、操作スイッチ２１８は、タイマー調整、出力強弱調整を押す毎に行う場合もある。ＬＥＤ表示２１６は、複数は位置され、その点滅部位毎に出力強度を示したり、経過時間を示したり、モードを示したりする場合がある。操作スイッチ２０５は、出力強弱、モード選択を押す毎に行い、ＬＥＤ表示部２１６は、押す毎に点滅位置を変える態様が例示される。２１７は、電源用の操作スイッチであり、１回押すとオン、次押すとオフといった態様が例示される。
電源スイッチ２１７を押して動作を開始した場合、隣のＬＥＤ表示部が表示する態様がなおさらに好ましい。
【００３１】
Ａ−Ａ’で切断した断面を図１８（ａ）に示した。
２０７は、泳動槽であり、光、電磁波等を透過させる部材で形成されることが好ましい。
２０９は、泳動槽の中央に上部へ突出するように配置された担体据え置き部である。
担体据え置き部２０９は、その上に担体すなわち試料添加ゲル基材を、場合によってはゲル作成用トレイと一緒に据え置く部分である。
２１９は、蓋部２０１の中央の突出部２０２の側面に更に突出するように配置した補助部である。補助部２１９は、蓋部２０１を取り外して、外部におく場合、突出部２０２の担体接触面が、その他の場所に触れないようにするためのものであり、２カ所に欽一な高さで形成されている。
２２０、２２０’は、電極であり、白金線などで形成され、一方がプラス、他方がマイナスとなっている。
【００３２】
図１５のＢ−Ｂ’で切断した断面を図１８（ｂ）に示す。
２０８は、電源供給ユニット２０３を、泳動槽から引き離す場合、その他持ち運びを行う場合、持ちやすいように形成された凹部である。電極ピン２１１と、コネクタ凹部２１２との横方向での挿入及び引き抜きをしやすくする。電源供給ユニット２０３の内部の具体的構成は省略した。２１０は、嵌合部であり、電源供給ユニット２０３と、泳動槽２０７を嵌め合わせた場合、結合を強く行うためのものである。
２１１は、電極ピンであり、電極２２０、２２０’の何れか一方と電気リード線２１３を介して接続している。２１２は、コネクタ凹部であり、電極ピン２１１が挿入される面を導電部材で形成されている。コネクタ凹部２１２は、電気リード線２１４を介して電源ユニット２０３内の泳動電気出力部に接続している。電極を泳動槽２０７の底部に固定するために電極支持部２２１、２２１’が電極２２０、２２０’にそれぞれ隣接し、固定するように形成されている。
【００３２】
電源供給ユニット２０３は、商用電源と接続するための、接続部を持ち、電源プラグ２０６と接続する様に形成されている。
電源プラグ２０６の他端は、商用電源コンセントに差し込み接続するための電源プラグと更に電源コードを介して接続している。
電源プラグ２０６は、固定されていても良い他、着脱自在であってもよい。
２１５は、いわゆる足部であり、ゴム、樹脂などで形成される他、泳動槽と同材を一体的に形成したものが例示される。足部２１５は、泳動槽、電源供給ユニットが、直接実験用の机、台に接触しないように緩衝性を備えながら配置されている。
本実施例で、蓋部２０１及び泳動槽２０７は、何れも紫外線、レーザその他の光透過性を有していることが好ましい。その部分を図１９の２Ａと２Ｂに示した。
この様な、光透過性は、担体中の泳動試料を観察するための照明用として働くことから、少なくとも、担体据え置き部２０９の上下方向が、光透過性を有すれば良い。本実施利は、一度に泳動させる試料の数を増やすべく、縦横高さが、おおよそ、１５０×１６３×５１ｍｍと比較的大きな形状を有しており、電源供給ユニットも泳動槽の大きさに沿って大きく形成されているが、この大きさに限るものではない。
【００３３】
【発明の効果】
本発明の電気泳動装置によれば、効率よく泳動担体に通電して高速に泳動できる。蓋の窪み構造による緩衝液電流の排除と、矩形波電圧出力によって緩衝液の消耗も最小限に抑えられるため、長時間泳動が可能である。さらに、泳動担体内での熱発生を均一化させるトレイ部材構造に加え、蓋による泳動担体の直接冷却も可能であることから、泳動の精度は著しく向上する。蓋の窪み構造は曇りも防ぐことから、視認性は終始確保され、さらに泳動槽を紫外光透過性かつ蓋を紫外光非透過性にすることにより、泳動の様子をリアルタイムに観察することが可能である。トレイ部材を連結可能とすることにより、少量の試料を扱う場合、泳動距離を長くして分離性能を高めたい場合、大量の試料を扱う場合などに柔軟に対応することが可能となった。また、電源に光学センサを用いることにより、蓋なしでは通電しない非常に安全な構成となっている。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す図である。
【図２】本発明の一実施例を説明するための図である。
【図３】本発明の一実施例を説明するための図である。
【図４】本発明の他の実施例を示す図である。
【図５】本発明の一実施例を示す図である。
【図６】本発明の一実施例を説明するための図である。
【図７】本発明の一実施例を説明するための図である。
【図８】本発明の他の実施例を示す図である。
【図９】本発明の一実施例を示す図である。
【図１０】本発明の一実施例を説明するための図である。
【図１１】本発明の一実施例を説明するための図である。
【図１２】本発明の一実施例を説明するための図である。
【図１３】本発明の他の実施例を示す図である。
【図１４】本発明の他の実施例を示す図である。
【図１５】本発明の他の実施例を示す図である。
【図１６】本発明の他の実施例を示す図である。
【図１７】本発明の他の実施例を示す図である。
【図１８】本発明の他の実施例を示す図である。
【図１９】本発明の他の実施例を示す図である。
【符号の説明】
１１    泳動槽
１２    緩衝液
１３    泳動担体
１４    トレイ
１５    設置部
１６、１６’    電極
２１    蓋部
２２    窪み
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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