(57)【要約】【課題】マルチキャピラリ電気泳動装置に使用するマルチキャピラリアレイにおいて、ロードヘッダ内部に発生する熱を効果的に外部に発散させること。【解決手段】マルチキャピラリ電気泳動に使用するキャピラリアレイのロードヘッダにおいて、絶縁体のホルダ、接続板、及び管状電極を実質的に隙間なく密着させたキャピラリアレイ及び電気泳動装置。ロードヘッダ内部の空気層を排除することによりロードヘッダ内部で発生する熱を効果的に外部に放散させることができる。【選択図】  図１
2004301682.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料を分離する分離媒体を保持する複数のキャピラリと、該キャピラリの整列を維持する検出部と、該キャピラリの片端にキャピラリを束ねて保持するキャピラリヘッドと、該キャピラリの試料注入端に設けられた絶縁性ホルダと、該ホルダに固定され互いに電気的に接続され上記キャピラリの試料注入端が挿入される管状電極と、該ホルダ上部に配置されて接続板と管状電極の接触部位を他の部位より遮断するフタとを有するロードヘッダと、該ロードヘッダの接続板とホルダ、フタ及び管状電極が実質的に隙間無く密着しているキャピラリアレイ。
【請求項２】
請求項１記載のキャピラリアレイであって、ロードヘッダのホルダと接続板の間又は接続板とフタの間、あるいはその両方に充填材が存在するキャピラリアレイ。
【請求項３】
請求項２記載のキャピラリアレイであって、上記充填材が高熱伝導性であるキャピラリアレイ。
【請求項４】
請求項３記載のキャピラリアレイであって、接続板に替えてロードヘッダ内部に導電性樹脂が存在し、管状電極を互いに電気的に連結し、ホルダ、フタ及び管状電極の間が実質的に隙間なく密着しているキャピラリアレイ。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載のキャピラリアレイと、該キャピラリアレイの検出部に光照射し蛍光物質で標識された試料に由来する蛍光を検出する分光器を有した照射検出装置と、該キャピラリアレイに分離媒体を注入する機構であるポンプユニットと、該キャピラリの試料注入端と管状電極の先端を浸す第一緩衝液槽と、該ポンプユニットと接続された第二緩衝液槽と、該キャピラリアレイと該第一及び第二緩衝液槽を含む導通路に電圧を印加する電源を持つマルチキャピラリ電気泳動装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、蛍光標識された核酸等の試料を、複数のキャピラリを用いて同時に分離・解析を行なうマルチキャピラリ電気泳動装置及びそれに用いられるキャピラリアレイに関する。
【０００２】
【従来の技術】
特開２００２−３６５２６２号公報（特許文献１）には、マルチキャピラリ電気泳動装置に取り付けて使用するキャピラリアレイの構造や製造方法が開示されている。
【０００３】
キャピラリアレイは、複数のキャピラリと、該キャピラリの長さ方向の途中に該キャピラリの整列を維持し該キャピラリに光を照射するための開口と該キャピラリより試料に依存した情報を検出する開口を持ったウインドウユニットを備える。また、キャピラリの片端にはキャピラリを束ねて保持するキャピラリヘッドを備える。該キャピラリの試料注入端には絶縁体のホルダと、ホルダに固定された管状電極と、ホルダ内部で管状電極を互いに接続する接続板を備える。そして、ホルダ上部に配置されて接続板と管状電極の接触部位を装置の他部位より遮断するフタよりなるロードヘッダを備えている。
【０００４】
該ロードヘッダは、管状電極が絶縁性の部材よりなるホルダに固定されており、キャピラリがそれぞれ対応する管状電極の内部に挿入されている。管状電極は導電性の部材よりなる接続板で互いに連結され、接続板が電気泳動装置本体の高電圧端子に接触し、複数のキャピラリに一様な電圧を同時に負荷することができる。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−３６５２６２号公報（要約）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ロードヘッダは絶縁性の樹脂よりなるホルダに管状電極が固定され、その管状電極にキャピラリが挿入されている。管状電極は、導電性部材よりなる接続板で、互いに連結され、全てのキャピラリに同時に電圧が印加できる構造となっている。
【０００７】
接続板と管状電極の接触部位を含む導電性部位は、ホルダ上部に設けられたフタによって装置の他部位から遮断され、放電あるいは感電しないように安全性を確保している。このような構造では、ロードヘッダ内部の接続板とホルダ及びフタとの間に空気層が存在している。
【０００８】
電気泳動時の電圧印加によりキャピラリからジュール熱が発生する。各々のキャピラリから発生するジュール熱はほぼ等しいが、ロードヘッダではキャピラリが格子状に配置されており、ロードヘッダ外側に位置するキャピラリは周囲の部品に熱が伝達し易いため、内側（中央部）に位置するキャピラリよりも温度が下がる。一方、内側に位置するキャピラリは、周囲の部材に熱を伝達することが困難なため、放熱されにくく、高温状態が維持される。
【０００９】
さらに、ロードヘッダ内部には、接続板とホルダ、フタ及び管状電極との間に空気層が存在することにより断熱効果が生まれ、熱の放散をいっそう妨げている。
【００１０】
従って、ロードヘッダ内のキャピラリの位置によって温度勾配が生じ、キャピラリ間に電気泳動速度や分離能にばらつきを生じさせる。
【００１１】
本発明の目的は、電気泳動によりマルチキャピラリを備えたロードヘッダ内部に発生する熱を効果的に発散あるいは引き出すことである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記ロードヘッダ内部の空気層を極力排除することに関する。また、前記ロードヘッダと前記接続板を、高熱伝導性部材を介して接触することに関する。これにより、ロードヘッダ内部に発生するジュール熱を効果的に発散させたキャピラリアレイ及び電気泳動装置を提供する。
【００１３】
以下、上記及びその他の本発明の新規な特徴と効果につき、図面を参酌して説明する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
電気泳動装置の分離能評価の指標としてはクロスオーバーポイント（ＣＯＰ）がある。ＣＯＰは検出部における１塩基相当分の分離長と、検出されたピーク幅の半値が等しくなる時の塩基長を示しており、この値が大きいほど分離能が高いことを示している。本発明では、９６本のキャピラリの平均値を求めて分離能の指標とした。
【００１５】
電気泳動結果のキャピラリ間でのばらつきを示す指標として、ＣＯＰの（最大値―最小値）／平均値を計算した。この値が小さいほどキャピラリ間のばらつきが小さいことを示す。
【００１６】
特許文献１記載の構造を持ち、キャピラリ長さが２１ｃｍのとき、ＣＯＰ平均値は１６７、各キャピラリより得られたＣＯＰの（最大値―最小値）／平均値の値は２．０であった。各キャピラリの電気泳動結果をロードヘッダ上の位置に従って並べたものを図７（ａ）に示す。なお、図７（ｂ）は本発明の実施例による電気泳動結果を示す。
【００１７】
図７（ａ），（ｂ）において、色彩の濃い部分（▲１▼、▲２▼）は分離された塩基数で示した分離能が低いことを示す。反対に、着色の低いほど（▲３▼、▲４▼）塩基数が大きく，分離能が高いことを示す。例えば，白色の領域▲４▼は分離された塩基数が３００−４００である。
【００１８】
ロードヘッダ中央部に位置するキャピラリの分離能が、外側に位置するキャピラリの分離能に比べて低いことがわかる。
【００１９】
本発明では、電気泳動時のキャピラリの発熱によってロードヘッダ内部に生じた熱の発散を妨げる空気層をなくすことにより、キャピラリからの熱放散、冷却を促進させ、キャピラリ間の温度ばらつきを減らす。それにより、電気泳動時における分離能や泳動時間のばらつきを低減する。ロードヘッダでは管状電極が絶縁体のホルダによって保持され、各キャピラリの試料注入端がそれぞれ対応する管状電極の内部に挿入されている。
【００２０】
キャピラリが挿入された管状電極は導電性の部材よりなる接続板によってホルダ内部で互いに連結されており、接続板が電気泳動装置本体の高電圧端子に接触することで、複数のキャピラリに一様な電圧を同時に負荷することができる。ホルダ上部には絶縁性部材よりなるフタが設けられており、接続板と管状電極の接触部位を含む導電性部位を覆うことにより、導電性部位を装置の他部位から遮断して放電あるいは感電を防ぎ、安全性を維持している。
【００２１】
ロードヘッダ内部の空気層を排除するためには、ホルダと接続板、フタ、および管状電極を隙間無く密着させることが望ましい。接続板の素材は導電性の部材であれば何でも良いが、たとえば導電性ゴムのような柔軟性の高い部材を用いればホルダとフタ及び管状電極を弾性力で密着させることができる。
【００２２】
もちろん接続板とホルダ、フタ及び管状電極との接触面に熱伝導性グリース等を塗布して密着させても良い。また、ロードヘッダ内部に樹脂等の充填剤を充填してもよい。充填場所は接続板とホルダの間、または接続板とホルダの間、あるいはこの両方でも良い。
【００２３】
さらに、充填材に導電性の樹脂を使用すれば、接続板に替えてロードヘッダ内部に充填された導電性樹脂が管状電極を互いに電気的に連結し、かつホルダ、フタ、管状電極を実質的に隙間なく密着させることができる。これらの方法によってロードヘッダ内部の空気層が充分に排除され、キャピラリより発生するジュール熱を効率よく外部に引き出すことができる。上記充填材は空気よりも熱伝導率の高い物質であることが望ましい。
【００２４】
また、この充填材はキャピラリからの熱を効率よく拡散するために、熱容量の大きな物質であることが望ましい。充填材単体で用いても良いが、熱伝導性を高めるために、種々の材料との組み合わせや、かかる材料を充填材に添加して使用しても良い。添加物としては、たとえばシリカ、アルミナ等の無機粉末や、ニッケル、銅等の金属粉末が挙げられる。充填材は上記のような樹脂又はグリースのような液体でも良い。これらは高熱伝導性であることが望ましい。
【００２５】
［実施例１］
図２に本発明が適用されるマルチキャピラリ電気泳動装置の概略を示す。キャピラリアレイ１の試料注入端はロードヘッダ２を形成し恒温槽３の下部に固定されている。ロードヘッダ２には負電圧を印加できるように電源４が接続されている。キャピラリ内部に試料を導入する際にはキャピラリが挿入された管状電極１９を試料溶液に、またキャピラリ内部に注入した試料の電気泳動を行なう際には第一緩衝液槽５の緩衝液６に浸して負電圧を印加する。
【００２６】
キャピラリの他方の末端部は束ねられてキャピラリヘッド８を形成し、分離媒体注入機構であるポンプユニット９に接続されている。キャピラリアレイのロードヘッダからウインドウユニット７までの区間は恒温槽内に収容され、電気泳動中の温度管理が行なわれる。ポンプユニットは第二緩衝液槽１０に接続されている。
【００２７】
第二緩衝液槽にはキャピラリを挿入する電源電極１１が設けられており、第一緩衝液槽−キャピラリアレイ−第二緩衝液槽と続く一連の導通路を形成する。キャピラリに分離媒体を注入する際には、ポンプユニット９に設けられたバルブ１２を閉め、シリンジ１３を押し込むことによって、シリンジ内部の分離媒体をキャピラリ内部に注入する。電気泳動時にはバルブを開放し、前記の導通路に電圧を印加する。
【００２８】
図３は図２におけるキャピラリアレイの外観を示す。キャピラリ１４は外面がポリイミドで被覆された外径０．１〜０．７ｍｍ内径０．０２〜０．５ｍｍの石英ガラス管であり、複数本のキャピラリ（数本から数十本が一般的である）を配列しキャピラリアレイを構成する。
【００２９】
キャピラリアレイは、蛍光標識された核酸等の試料を電気泳動によってキャピラリ内部に取り込むロードヘッダ２、キャピラリ１４の長さ方向の途中で配列を維持し光照射と信号の検出を行なう開口部を備えたウインドウユニット１６、キャピラリを束ね接着したキャピラリヘッド１７を備えている。本発明において，上記キャピラリアレイのウインドウユニットと該ウインドウユニットの照射部からの蛍光を検出する分光器を備えた照射検出装置としては従来公知のものを用いることもできる。
【００３０】
ロードヘッダ２には、キャピラリに電圧印加するための管状電極１９が設けられている。ウインドウユニットではキャピラリの被覆が除去され、整列した複数のキャピラリに光照射するための開口２８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２９が備えられている。開口２９の面と平行方向、つまりウインドウユニットの側面に設けられた開口２８からレーザー光を照射する。
【００３１】
ここでは塩基長既知のサイズマーカーと呼ばれるＤＮＡ断片を測定対象とした。恒温槽温度６０℃、キャピラリ本数９６本、検出部（ウインドウユニット）と電極先端までの長さを２１ｃｍまたは３６ｃｍとし、キャピラリ１ｃｍあたりの電圧をキャピラリ長２１ｃｍのときは３１０Ｖ、３６ｃｍの時は２１０Ｖとした。
【００３２】
本実施例によるロードヘッダの断面図を図１に示す。接続板２０がホルダ１８フタ２１および管状電極と密着しており、ロードヘッダ内部に空気層が存在しないキャピラリアレイが提供される。このような構造を持ち、キャピラリ長さが２１ｃｍのとき、ＣＯＰ平均値は３０４、キャピラリ（最大値―最小値）／平均値の値は０．４であった。
【００３３】
各キャピラリの電気泳動結果をロードヘッダ上の位置に従って並べたものを図７（ｂ）に示す。図７（ａ）に比べてロードヘッダ中央部に位置するキャピラリの分離能が向上し、全体的なばらつきも少なくなっている。図８（ａ）にロードヘッダのほぼ中央（図７（ａ），（ｂ）の６Ｄに相当する）に位置するキャピラリから得られたシグナルを示す。
【００３４】
図８（ｂ）は丸で囲んだピークの拡大図である。ロードヘッダ内部に空気層を持つキャピラリアレイより得られたシグナルを図８（ａ）に破線で示し、本実施例による図１に示したロードヘッダ内部に空気層のないキャピラリアレイを用いて得られたシグナルを図８（ａ）に実線で示す。
【００３５】
本実施例によるキャピラリアレイから得られたシグナルは、ロードヘッダ内部に空気層を持つキャピラリアレイより得られたシグナルと比較して各ピークの幅が狭いため、分離能が向上している。本実施例によれば、キャピラリ長さ２１ｃｍのとき１００塩基以上の分離能向上とばらつき低減効果が見られた。
【００３６】
キャピラリ長さが３６ｃｍの場合、ロードヘッダ内部に空気層の存在するキャピラリアレイを使用すると、ＣＯＰ平均値は５９９、ＣＯＰの（最大値―最小値）／平均値の値は０．１６であった。一方、図１に示したようなロードヘッダ内部に空気層の無いキャピラリアレイを使用した場合、ＣＯＰ平均値は６３４、ＣＯＰの（最大値―最小値）／平均値の値は０．０４であった。図８（ｂ）に示すように、空気層がある場合は、ない場合と比べて、半値幅が大きく、それだけ分離能が小さいことがわかる。
【００３７】
本実施例によれば、キャピラリ長さ３６ｃｍのとき３５塩基分離能向上とばらつき低減効果が見られた。本発明はキャピラリ長さが短いほうが、より大きな効果が期待できる。
【００３８】
［実施例２］
実施例２によるキャピラリアレイのロードヘッダの断面図を図４に示す。実施例１と異なる点は、接続板とホルダ１８およびフタ２１との間に熱伝導性グリース２２を充填することによりロードヘッダ内部に存在した空気層を実質的に排除したことである。このようなキャピラリアレイを使用した場合、キャピラリ長２１ｃｍの場合のＣＯＰ平均値は３００，ＣＯＰの（最大値―最小値）／平均値の値は０．５３であった。
【００３９】
キャピラリ長３６ｃｍの場合はそれぞれ６３５、０．０５であった。本実施例により、ロードヘッダ内部に空気層が存在する場合と比較して、キャピラリ長２１ｃｍの場合は、１００塩基以上の分離能向上とばらつきの低減効果が、キャピラリ長３６ｃｍの場合およそ３５塩基の分離能向上とばらつきの低減効果があった。
【００４０】
［実施例３］
図５に実施例３のキャピラリアレイのロードヘッダ断面図を示す。実施例２との違いは、ホルダ１８と接続板２０の間のみに熱伝導性グリース２２を充填したことである。このようなキャピラリアレイを使用した場合、キャピラリ長２１ｃｍの時のＣＯＰ値は２７４、（最大値―最小値）／平均値の値は０．４５であった。キャピラリ長３６ｃｍの場合それぞれ６３２，０．０６であった。
【００４１】
本実施例により、ロードヘッダ内部に空気層が存在する場合と比較して、キャピラリ長２１ｃｍの時およそ１００塩基の分離能向上とばらつきの低減効果が、３６ｃｍの場合はおよそ３０塩基の分離能向上とばらつきの低減効果があった。
【００４２】
［実施例４］
図６に他の実施例によるキャピラリアレイのロードヘッダ断面図を示す。実施例２との違いは、接続板２０とフタ２１の間のみに熱伝導性グリース２２を充填したことである。このようなキャピラリアレイを使用した場合、キャピラリ長２１ｃｍの時のＣＯＰ平均値は２７０、ＣＯＰの（最大値―最小値）／平均値の値は０．５５であった。
【００４３】
以上説明したように、上記実施例によれば、ロードヘッダ上のキャピラリ位置に依存した電気泳動結果のばらつき低減と分離能向上が得られる。キャピラリ長が３６ｃｍの場合、それぞれＣＯＰ平均値は６３４，ＣＯＰの（最大値―最小値）／平均値の値は０．０５であった。本実施例により、ロードヘッダ２内部に空気層が存在する場合と比較して、キャピラリ長２１ｃｍの時およそ１００塩基の分離能向上とばらつきの低減効果があった。３６ｃｍの場合はおよそ３０塩基の分離能向上とばらつきの低減効果があった。
【００４４】
【発明の効果】
本発明によれば、マルチキャピラリ電気泳動装置に使用するマルチキャピラリアレイにおいて、ロードヘッダ内部に発生する熱を効果的に外部に発散させること駕できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１であるキャピラリアレイのロードヘッダ断面図。
【図２】本発明が適用されるマルチキャピラリ電気泳動装置の概略図である。
【図３】本発明が適用されるキャピラリアレイ外観図である。
【図４】本発明の実施例２であるキャピラリアレイのロードヘッダ断面図である。
【図５】本発明の実施例３によるキャピラリアレイのロードヘッダ断面図である。
【図６】本発明の実施例４によるキャピラリアレイのロードヘッダ断面図である。
【図７】従来のロードヘッダと本発明によるロードヘッダの位置とキャピラリの位置関係と電気泳動結果を示す図。
【図８】本発明の実施例１によるキャピラリアレイの６Ｄに位置するキャピラリより得られたシグナルを示す図である。
【符号の説明】
２…ロードヘッダ、３…恒温槽、４…電源、５…第一緩衝液糟、６…緩衝液、７…ウインドウユニット、８…キャピラリヘッド、９…ポンプユニット、１０…第二緩衝液糟、１１…電源電極、１２…バルブ、１３…シリンジ、１４…キャピラリ、１８…ホルダ、１９…管状電極、２０…接続板、２１…フタ、２２…熱伝導性グリース。
【図１】
2004301682.tif 000003
【図２】
2004301682.tif 000004
【図３】
2004301682.tif 000005
【図４】
2004301682.tif 000006
【図５】
2004301682.tif 000007
【図６】
2004301682.tif 000008
【図７】
2004301682.tif 000009
【図８】
2004301682.tif 000010