(57)【要約】【課題】  配列部材及びその組立工程を省略した低コストなキャピラリアレイを用いつつ，マルチフォーカス照射が可能な高いキャピラリ配列精度が得られ，配列精度の経時的劣化が起こらず，キャピラリアレイの温度分布が速やかに均一になる，低ランニングコストのキャピラリアレイ電気泳動装置を提供する。【解決手段】  キャピラリアレイ中のキャピラリが平行に配列された範囲内にあり，レーザービームを照射する位置を挟んで隔てられた２つの束縛領域に，キャピラリを相互に束縛する束縛部材を設け，レーザービーム照射位置とこの２つの束縛領域の各々の間で，キャピラリを照射ビームに対して固定された配列部材に，照射ビームに対して可動な押さえ部材で押し当てる。【選択図】  図１
2005077293.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料を電気泳動させるための複数のキャピラリーと、
前記キャピラリの両端に電圧を印加する電圧印加手段、前記キャピラリへレーザービームを照射するレーザービーム照射手段、及び前記レーザービームの照射により生ずる光を検出する検出器を具備する電気泳動装置部と、
キャピラリを前記電気泳動装置部に固定する押え部材とを有し、
前記複数のキャピラリは、前記キャピラリの軸方向に沿って前記レーザービームの照射位置を挟んで位置する、少なくとも２つの束縛領域を有し、
前記押え部材は、前記複数のキャピラリの前記照射位置と第1の前記束縛領域との間、前記複数のキャピラリの前記照射位置と第２の前記束縛領域との間の各々で、前記複数のキャピラリを前記電気泳動装置部に対して押し当てることを特徴とするキャピラリ電気泳動装置。
【請求項２】
前記複数のキャピラリは、前記２つの束縛領域の間の少なくとも一部で、実質的に平行に配列されるものであることを特徴とする請求項１に記載のキャピラリ電気泳動装置。
【請求項３】
前記複数のキャピラリは、前記束縛領域においてシートによって束縛されることを特徴とする請求項１に記載のキャピラリ電気泳動装置。
【請求項４】
前記キャピラリは、前記２つの束縛領域の間に相互の位置を束縛されない領域を有し、前記押え部材は、前記束縛されない領域で前記キャピラリを前記電気泳動装置部に押し当てることを特徴とする請求項１に記載のキャピラリ電気泳動装置。
【請求項５】
前記レーザービーム照射手段は、前記レーザービームを前記キャピラリが配列される方向と実質的に平行な方向から照射することを特徴とする請求項１に記載のキャピラリ電気泳動装置。
【請求項６】
前記押え部材は，前記キャピラリと接触しないカバー部と、前記カバー部に設けられた弾性体とを有することを特徴とする請求項１に記載のキャピラリ電気泳動装置。
【請求項７】
前記弾性体は前記カバー部の凹部に設けられ、かつ前記キャピラリと接する押え面を有するクッション部材であることをを特徴とする請求項６に記載のキャピラリ電気泳動装置。
【請求項８】
前記弾性体の端部に前記キャピラリと接する基板をさらに有し、前記弾性体は前記カバー部の凹部に設けられたばねであることを特徴とする請求項６に記載のキャピラリ電気泳動装置。
【請求項９】
前記電気泳動装置部が，前記照射位置の近傍に窓部材を具備することを特徴とする請求項１に記載のキャピラリ電気泳動装置。
【請求項１０】
前記押え部材は前記束縛部材の位置を固定させる固定ボルトをさらに有し、
前記電気泳動装置部は少なくとも１つの位置決めピンをさらに有し、
前記束縛部材は前記位置決めピンを貫通させるための位置決め孔をさらに有し、
前記押え部材と前記複数のキャピラリは、前記位置決めピンを位置決め孔に通して前期固定ボルトで固定することにより位置固定されることを特徴とする請求項１に記載のキャピラリ電気泳動装置。
【請求項１１】
前記押え部材は蝶番によって前記電気泳動装置部に連結されていることを特徴とする請求項１０に記載のキャピラリ電気泳動装置。
【請求項１２】
前記複数のキャピラリを前記少なくとも２つの束縛領域の各々で束縛する少なくとも２つの束縛部材をさらに有し、前記少なくとも２つの束縛部材は互いに分離されていることを特徴とする請求項１に記載のキャピラリ電気泳動装置。
【請求項１３】
前記束縛部材は，前記複数のキャピラリの２つの側方の一方に開口部を有することを特徴とする請求項１に記載のキャピラリ電気泳動装置。
【請求項１４】
前記電気泳動装置部は、前記押さえ部材に前記キャピラリを介して接する配列部材を有し、前記配列部材は金属を材料とすることを特徴とする請求項１に記載のキャピラリ電気泳動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蛍光標識されたＤＮＡ、ＲＮＡ或いはたんぱく質などの生体高分子試料を電気泳動により分離し，レーザー励起蛍光検出することにより，ＤＮＡの塩基配列，塩基長，及びたんぱく質の分子量などを分析するキャピラリ電気泳動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＤＮＡなどの生体高分子試料を分離分析する技術として、内径５０〜１００μｍ程度の石英毛細管を用いるキャピラリ電気泳動法が広く用いられている。キャピラリは放熱性に優れるため、スラブゲルと比較し、より高い電圧を印加することができ、分離速度を１０倍以上に向上させることができる。また，キャピラリ電気泳動法には，試料を調製した反応チューブから，ピペッティング操作によらずに試料を電気的に注入でき，その結果自動化しやすいという利点がある。現在はこのキャピラリを４〜１００本配した「キャピラリアレイ」を用いた全自動のキャピラリ電気泳動装置、いわゆるキャピラリアレイ電気泳動装置の採用が盛んである。試料分子の検出には，感度の高さのため，もっぱらレーザー励起蛍光検出が用いられている。一般にキャピラリアレイ電気泳動装置は，レーザーや検出器を組み込んだ耐久財である電気泳動装置部と，１週間程度で交換が必要な消耗品であるキャピラリアレイで構成される。
【０００３】
キャピラリアレイ電気泳動装置における複数キャピラリへのレーザー照射方法としては，例えば特許文献１に記載された，平面上に配列したキャピラリに配列の側面からレーザービームを配列軸に沿って照射し，キャピラリのレンズ作用によってすべてのキャピラリに同時に照射する，いわゆるマルチフォーカス方式が主流である。マルチフォーカス方式は，レーザービームをスキャンするビームスキャン方式に比べて励起ビームの利用効率が高く，高感度な蛍光検出が行えるという特長がある。しかしながら，マルチフォーカス方式は，非常に高いキャピラリの配列精度を必要とする。高い配列精度を実現するため，従来のマルチフォーカス方式のシステムにおけるキャピラリアレイでは，例えば特許文献２に記載されているように，非常に精密なＶ溝をフォトリソグラフィーにより形成した配列部材上にキャピラリが配列され，接着固定されている。
【０００４】
【特許文献１】特開平９-１５２４１８号公報
【０００５】
【特許文献２】特開２００１-２６４２９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献2の方式では，高精度のキャピラリアレイが実現できるものの，キャピラリアレイに高価な精密部品の付加が必要とされる。また，精密部品である配列部材そのものは高精度であったとしても，組立・接着の工程でこのＶ溝に対してキャピラリを精密に並べる必要がある。これは容易な作業ではなく，熟練工による長時間の作業が必要である。この結果，キャピラリアレイの製造コスト低減が難しく，高い歩留まりを維持することも容易ではなかった。キャピラリアレイは，耐久財である電気泳動装置本体とは異なり，数週間〜数ヶ月で交換を要する消耗品であるから，この部分が高価格であることはキャピラリアレイ電気泳動装置のランニングコスト低減を妨げる。さらに，接着固定方式では，キャピラリの配列精度は接着剤の性質によって影響を受け得る。また，キャピラリ自身の容積及び熱容量は非常に小さく，所定の温度の熱浴に接触させれば速やかに等しい温度になるが，配列部材を接着するとその周辺だけ熱容量が増大して周囲温度への応答が遅くなるという問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、簡便に高精度なキャピラリ配置を実現化し、接着固定方式で危惧される接着剤の膨潤による配列精度の悪化を防止し、さらに複数のキャピラリの全てを即時に均一温度とすることを可能とするキャピラリアレイ電気泳動装置、及びキャピラリアレイ電気泳動方法を提供する。構成としては、キャピラリアレイ中のキャピラリが平行に配列された範囲内に位置し，かつレーザービームを照射する位置を挟んで隔てられた２つの束縛領域の各々と、レーザービーム照射位置との間で，キャピラリを可動な押さえ部材で電気泳動装置に対して押し当てるものである。
【０００８】
より具体的には本発明のキャピラリ電気泳動装置は、試料を電気泳動させるための複数のキャピラリと、前記キャピラリの両端に電圧を印加する電圧印加手段、前記キャピラリへレーザービームを照射するレーザービーム照射手段、及び前記レーザービームの照射により生ずる光を検出する検出器を具備する電気泳動装置部と、キャピラリを前記電気泳動装置部に固定する押え部材とを有し、前記複数のキャピラリは、前記キャピラリの軸方向に沿って前記レーザービームの照射位置を挟んで位置する、少なくとも２つの束縛領域を有し、前記押え部材は、前記複数のキャピラリの前記照射位置と第1の前記束縛領域との間、前記複数のキャピラリの前記照射位置と第２の前記束縛領域との間の各々で、前記複数のキャピラリを前記電気泳動装置部に対して押し当てることを特徴とする。
【０００９】
複数キャピラリへのレーザー照射方法であるマルチフォーカス方式においては，キャピラリ中心軸が位置すべき基準平面からのキャピラリ中心軸の数十μｍのずれが、キャピラリ間に著しい蛍光検出感度むらをもたらす。検出感度のキャピラリ間変動係数を２０％以下に抑えるには，キャピラリ中心軸は基準平面に対して１０μｍ以内に収まることが望ましい。本発明に記載の構成をとることにより、基準平面からのキャピラリ中心軸の距離のずれを大幅に減少させて１０μｍ以内とし、検出感度のむらを低下させることが出来る。  以上の構成をとることにより，キャピラリアレイ電気泳動装置において，配列部材及びその組立工程を省略した低コストなキャピラリアレイを用いることができ、低ランニングコストのキャピラリアレイ電気泳動装置を提供することができる。また，マルチフォーカス照射が可能な高いキャピラリ配列精度を得ることができる。また、配列部材を接着する場合に困難であった、キャピラリアレイの温度分布の速やかな均一化が可能となる。これにより、温度を変化させながらデータを取るような測定でも、キャピラリアレイの温度分布の不均一という問題を回避できる。さらに、複数のキャピラリが接着剤等により互いに固定されている場合、接着剤が経時的に変形して配列精度の経時的劣化が生じる場合があるが、本発明の構成によればこのような配列精度の劣化を解消することもできる。さらに、レーザー照射位置の近傍のキャピラリーを接着剤で固定する場合には、接着剤に起因する散乱光や蛍光が発生して検出ノイズを生じるおそれがあるが、本発明の構成によればレーザー照射位置のごく近傍におけるキャピラリの位置制御を、接着剤によるのではなく、押し当てるための固定具によるので、上記のようなおそれも回避することが出来る。
【発明の効果】
【００１０】
以上に説明したとおり、本発明によって、配列部材及びその組立工程を省略した低コストなキャピラリアレイを用い，かつ配列精度の経時的劣化が起こらず，キャピラリアレイの温度分布が速やかに均一になる，低ランニングコストのキャピラリアレイ電気泳動装置を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下，本発明の実施の形態を，図を用いて詳細に説明する。
【実施例１】
【００１２】
図１は，本発明の第一の実施例における，キャピラリアレイと，配列部材，押さえ部材の説明図である。本実施例のキャピラリアレイ１は，シート状の束縛部材３と，その上に所定の設計パターンに従って配線され接着固定された１６本のキャピラリ２-１〜２-１６から構成される。ここで束縛部材とは、複数のキャピラリを保持するための部材である。キャピラリを束縛部材の上に固定する変わりに、束縛部材に穴を開けてその中にキャピラリを通してももちろん良い。あるいは、束縛部材の素材を融解したプラスチップや揮発性の溶剤に溶解したプラスチックなどの液体状態から固化する素材として、キャピラリを束縛部材中に埋め込んでも良い。図１では電気泳動等の操作のための電気泳動装置部については、説明の簡単のためキャピラリアレイの設置に関わる配列部材５のみの図示とし、他の部分を省略してある。本実施例で用いたキャピラリは外径２５０±６μｍ，内径５０±３μｍである。上記設計パターンにおける設計値に対するキャピラリ中心軸位置の誤差は，xyzいずれの方向についても±２５μｍ程度である。本実施例における束縛部材３の素材はポリイミドであるが，絶縁性の高い素材なら何でも好適に使用できる。束縛部材３は，励起ビーム照射位置１１を内部に含む矩形状の開口４を有しており，開口４内に位置するキャピラリはレーザービーム照射位置１１の上下の束縛領域７ａ，７ｂで支持され，その間は束縛されず大気にさらされている。束縛領域７ａと７ｂの間に位置するキャピラリは互いに実質的に平行である。キャピラリの上端及び下端は，図のように束縛部材３から飛び出ているので，それぞれ分離媒体の充填及び試料の注入に使用することができる。キャピラリ下端のピッチは３８４ウェルのマイクロタイタープレートのウェルピッチと同一の４.５mmであり，マイクロタイタープレートから直接の試料注入を容易にしている。全てのキャピラリに対し，下端からビーム照射位置までの長さ（有効長）はキャピラリ2-1〜2-16のすべてに対し１１±0.05ｃmである。必要とされる電気泳動分離能に応じて、有効長を21ｃｍ、36ｃｍ、50ｃｍなど任意の長さにすることが勿論可能である。本実施例におけるキャピラリはポリイミドでコーティングされた石英キャピラリであり，束縛部材に接着されていない部分でも容易には折れない強度を持っている。ただし，照射位置１１においては幅２mmに渡ってポリイミドコーティングが燃焼によって除去されており，石英部分が露出している。しかしながら一枚につながった束縛部材３に位置する束縛領域７ａ，７ｂによって脆い石英部分の上下が支持されているので，容易に折損することは無い。なお，束縛部材３には位置決め用の穴１２ａ, １２ｂが設けられている。
【００１３】
キャピラリアレイ１を電気泳動装置本体に取り付けると，キャピラリ２-１〜２-１６はビーム照射位置１１と束縛領域７ａ,７ｂの各々の間で，電気泳動装置本体に固定された配列部材５の配列面４４ａ及び４４ｂに，押さえ部材８の押え面４６ａ，４６ｂによって押し当てられる。レーザービーム６ａと６ｂが，キャピラリの配列平面上でキャピラリに実質的に直行する２つの方向から照射される。押さえ部材８は，カバー９とカバー９に接着されたクッション１０ａ, １０ｂから構成される。図１では，配列部材５と押さえ部材８については開口４の近傍だけを示し，それ以外の部分は省略してある。配列部材と押さえ部材周辺部の詳細を以下で説明する。
【００１４】
図２（a）はキャピラリ２-１を通り，キャピラリ配列平面に垂直な平面による，ビーム照射位置１１周辺の断面図である。配列部材５は図２(a)に示した断面を有し，温調板１３にねじ止めされている。温調板１３の素材としては絶縁性と熱伝導度の高い物質を好適に用いることができる。本実施例ではシェイパルＭソフト（住金セラミックスアンドクオーツ）を使用した。配列部材５の素材としては高い剛性と寸法安定性を有する物質が好ましい。例えば、金属全般を用いることが可能である。このような素材を用いることにより、キャピラリの配列の安定度を高めることが出来る。本実施例における配列部材５は，表面が黒アルマイト処理されたアルミニウム製ブロックである。また、配列部材５の素材を熱伝導度の高い物質とすると、配列部材を介したキャピラリの温度制御が容易になる。本実施例で用いるアルミニウムは熱伝導度が非常に高いため，温調板１３を所定の温度に制御すると，配列部材５もほぼ所定の温度になる。アルミニウム以外でも，銅や真鍮等でも同様の効果が得られることはいうまでもない。
【００１５】
キャピラリアレイ１は，まず束縛部材３が温調版１３に接するよう設置される。配列面４４ａ, ４４ｂは実質的に一つの基準平面上にあり，レーザービーム６ａ,６ｂの光軸は,この基準平面からの距離がキャピラリー外径の公称値の半分±３μｍ（すなわち本実施例では１２５±３μｍ）に調整されている。これは、基準平面とキャピラリーの中心軸との距離にほぼ等しい。しかしながら束縛部材３を温調板１３に接触させただけの状態では，キャピラリ２-１〜２-１６の束縛部材に対する相対位置誤差やキャピラリのたわみのため，キャピラリ２-１〜２-１６の中心軸とレーザービーム６ａ,６ｂの光軸の間には数十μｍの距離が生じうる。図２（a）の矢印で示したように、押さえ部材８のカバー９に、クッション１０ａと１０ｂを設置するための凹部９’を設け、押さえ部材８の束縛領域７ａ，７ｂに各々接する少なくとも２つのカバー９上の面を実質的に１つの平面上に位置させる。さらに、この平面をキャピラリアレイ１の束縛部材３もしくは少なくとも束縛領域７ａ，７ｂに押し付けた際に，クッション１０ａと１０ｂにつき、配列面44a、44ｂ上のキャピラリへの押付けにより縮む構成とする。具体的には、０.５mm程度縮んだ状態となる。押し付けた際には、束縛部材８の束縛領域７ａ，７ｂに各々接する少なくともカバー９上の２つの面と、クッション１０ａ、１０ｂの押え面４６ａ，４６ｂとが実質的に１つの平面上に位置するような構成となる。その結果，クッション１０ａと１０ｂの応力によってキャピラリ２-１〜２-１６は配列部材５の配列面４４ａと４４ｂに押し付けられ，キャピラリの外周はほぼ完全に配列面に接触し、配列精度が向上する。
【００１６】
一方，配列面４４ａと４４ｂの間のキャピラリが配列面に接触していない状態の区間の長さは3mm程度であり，この区間でのキャピラリは実質的に直線とみなし得る。また，照射位置に照射されるレーザービームの直径は0.2 mm なので，配列面に接触していない状態の区間の長さより十分小さくビームは配列面によって散乱されない。本実施例と同様に外径0.25mmのキャピラリを用いるならば，この非接触区間の長さが5ｍｍ程度でも同様の結果を得ることができる。このキャピラリが配列面に接触していない状態の区間の長さは０．３ｍｍ以上１０ｍｍ以下の範囲にあれば、ビーム照射が適切に行える。より一般的には、このキャピラリが配列面に接触していない状態の区間の長さをレーザービームの直径の１．５倍よりも大きな値とすれば同様の結果を得ることができる。ここでレーザービームの直径は、ビーム断面のパワー密度が光軸上の値の1/e^2になる円周の直径で定義される。パワー密度が1/e^2〜1/8となる円周上ではパワーは十分減衰しておらず、この位置に物体があるとレーザービームは散乱される。上記で定義されるビーム径の1.5倍の直径を有する円周の外では、レーザービームのパワー密度は1/100以下に減衰する。そのため、この円周の外では、物体があっても実用上ビームの散乱は無視できる。すなわち、キャピラリが配列面に接触していない状態の区間の長さをビーム径の1.5倍以上とすれば、配列面によって生じるビームの散乱光が無視できる。さらに、キャピラリが配列面に接触していない状態の区間の長さをキャピラリの外径の４０倍以下としても同様の結果を得ることができる。この上限を設けることにより、キャピラリが配列面に接触していない状態の区間内のキャピラリを実質的に直線に維持できるなどの当該区間の性能を保持することができる。全てのキャピラリに効率よくレーザービームを照射するには、キャピラリ中心軸とレーザービーム光軸が交錯することが理想的である。キャピラリ外径の誤差や装置製造上の誤差のため、常に完全に交錯させることは不可能であるが、キャピラリ中心軸とレーザービーム光軸の間の距離は10μｍ以下に保たれることが望ましい。本実施例では，キャピラリ外周からキャピラリの中心軸への距離及び基準平面とレーザービーム光軸の距離はいずれも１２５±３μｍである。したがって、双方の誤差分の±３μｍを加えても、誤差の最大値は６μｍとなり、キャピラリ中心軸とレーザービームの光軸の間の距離は最悪でも６μｍ以下に押さえられる。クッション１０ａ,１０ｂの素材としては可逆的に伸縮する弾性体が好ましく、例えばフッ素ゴム全般を使用できる。本実施例では黒色のフッ素ゴムのバイトン（Viton、登録商標）を使用した。また本実施例ではカバー９の材質としてポリカーボネートを使用したが固体の素材なら何でも使用できる。
【００１７】
また，束縛部材の厚さは５０μｍと薄く，熱容量は非常に小さいので，温調板１３と接触することにより速やかに束縛部材３上のキャピラリの温度は温調板の温度にほぼ等しくなる。配列部材５に押し付けられたキャピラリの温度はすみやかに配列部材５の温度と等しくなるが，前述したようにそれは予め温調板１３の温度とほぼ等しくなっている。この結果，キャピラリアレイ全体で，キャピラリ温度の均一性が速やかに実現される。
【００１８】
また，配列部材５はレーザービーム光軸の近傍に開口１４を有し，図に示したようにキャピラリ中の試料から放射された蛍光１５はこの開口１４を通して観測される。ビーム照射位置１１と蛍光検出のための開口１４との間に実質的に透明な窓４５を設けた。窓の材質としては任意の透明な物質が使用可能であるが，本実施例ではＢＫ７を採用した。このような透明な窓をキャピラリの近くに設けることにより，測定中に装置内のほこりがビーム照射位置に付着する危険性を軽減することができる。本実施例では窓材として実質的に無色透明なＢＫ７を使用したが，短波長の光を遮断する色ガラスを使用すると照射ビームの散乱光を遮断することもできる。
【００１９】
図２（ｂ）は第１の実施例に関する他の例における，キャピラリ２-１を通り，キャピラリ配列平面に垂直な平面による，ビーム照射位置１１近傍の断面図である。基本的構造は第一の実施例と同一であるが，本実施例ではクッション１０ａ，１０ｂをばねとし、ばねの先端に板材４９ａ、４９ｂを取り付け，この板材の表面を押え面４６ａ，４６ｂとした。このようにすることにより，クッション１０ａ，１０ｂをゴムとした場合に生じる塑性変形のおそれを除去できる。図２（ｂ）では，押え面を有する板材が４９ａ、４９ｂの二つに分離されているが，図２（ｃ）のように、コの字状の断面を有する一つの板材４９でももちろん良い。図２（ｃ）ではこの板材４９が取り付けられたクッション１０が１つのばねであるが、図２（ｂ）のように複数のばねであってももちろんよい。
【００２０】
図３(a)は配列部材５の正面図である。図3(a)に示した配列部材では配列面４４ａ、44ｂは単純な平面であるが、キャピラリの中心軸がこの平面に平行な１つの平面上に精度良く配列する結果、蛍光検出のキャピラリ間感度むらを２０％以下に押えることができる。図3（ｂ）は配列面を変更した配列部材５の，正面から見た拡大図である。この配列部材はシリコン製であり，エッチングによりキャピラリ配列面４４ａ，４４ｂに１６個のＶ溝が精密に２５０μｍピッチで形成されている。キャピラリアレイを温調板に載せただけの段階では，キャピラリ中心軸はこのＶ溝の谷に対して±２５μｍ程度の誤差を持っている。押さえ部材８でキャピラリが配列部材５に押し当てられることにより，キャピラリ中心軸が強制的にＶ溝の中心に一致させられ，キャピラリ外径の誤差の範囲内で同一平面上に配列される。図3（ｂ）の方式に固有の効果は，キャピラリ配列面内に生じ得る２５μｍ程度の隙間が消滅し，キャピラリ間変動係数が１０％以下の極めて一様な蛍光検出感度が可能になることである。キャピラリアレイ１の温調板１３への具体的取付け方法及び蛍光検出法の詳細は以下で説明する。
【００２１】
図４(a)はキャピラリアレイ電気泳動装置の，ビーム照射位置１１においてキャピラリ２-１〜２-１６がなす面と直行する平面による断面図である。キャピラリアレイ１は温調板１３上の位置決めピン１６ａ,１６ｂが束縛部材３の穴１２ａ, １２ｂを通るように設置される。その後に押さえ部材８が取り付けられる。なお，図４(a)の断面では押さえ部材８はカバー９だけであり，このカバー９には位置決めピン１６ａ,１６ｂを通すための穴が空いている。位置決めピン１６ａ,１６ｂに設けられたネジ穴と，ボルト１７ａ,１７ｂによってキャピラリアレイ１と押さえ部材８が温調板１３に対して友締めで固定される。この結果キャピラリアレイ１の束縛部材の片面が温調板１３に押し付けられる。また，同時にキャピラリがビーム照射位置１１と束縛領域７ａの間,およびビーム照射位置１１と束縛領域７ｂの間の各々で配列部材５に押し当てられる。本実施例では押さえ部材８が温調板１３から着脱可能な固定する構造となっているが，図4（ｂ）に示したように押さえ部材が温調板と蝶番で連結されていても勿論良い。
【００２２】
次に図４(a)を用いて蛍光励起・検出の詳細を説明する。レーザー１９は波長５９４ nm, 出力８mWの連続波ヘリウムネオンレーザーである。レーザーから放出されたビームはビームスプリッタ２０で２分割され，ミラー２１ａ，２１ｂ，２１ｃ及びプリズム１８-１〜１８-４によってキャピラリ２-nに両側から照射される。両端のキャピラリに照射された光は，特許文献１に記されているように，キャピラリ自身のレンズ作用により，ビームは発散することなく次々と隣のキャピラリへと照射される。ビームを２分割して両側から照射したことにより反射による損失も相殺され，全１６本のキャピラリ内を透過する光量のばらつきは±２０％以内となる。キャピラリ２-nから放射された光はカメラレンズ２２-１によって平行光束にされ，バンドパスフィルタ２３で試料からの蛍光以外の背景光を除去した後に第２のカメラレンズ２２-２で検出器２５の光電面２４に、キャピラリの実体と像の大きさの比が１：１になるように結像される。検出器２５は画素ピッチ２５μｍのＣＣＤであるので，各キャピラリからの蛍光を分離して検出することができる。
【００２３】
図５は本実施例の電気泳動系の説明図である。温調板１３はその裏側に取り付けられたペルチェ素子３０によって温度が所定の値に保たれる。ペルチェ素子３０で発生した熱あるいは冷気はヒートパイプ３９によって側方に逃され，ファン４０によって大気中に廃棄される。キャピラリアレイ１のキャピラリ上端はＴ字状の流路を有する分岐ブロック２６に挿入され，ゴム製ガスケット４３によってシールされる。分岐ブロック２６の流路の一方はチューブ２９-２によって分離媒体が充填されたシリンジ２７に接続され，他方の流路はチューブ２９−１を介してバッファーブロック２８に接続される。チューブは内径１ｍｍのテフロン（登録商標）チューブ，分岐ブロックとバッファーブロックは実質的に透明なアクリル製でその流路内径は１ｍｍである。バッファーブロック２８内の流路はブロック内で折れて鉛直上方に向いた後に，直径３０ｍｍの甕状に広がったバッファータンクに接続する。バッファーブロック内の流路とバッファータンクの連結部はピストン３１の上下によって開閉される。この連結部が開の状態でシリンジ２７が押されて，分離媒体がチューブ２９−１，２９−２の内部とそれらを繋ぐ分岐ブロック２６の流路，およびバッファーブロック２８内の流路に充填される。バッファータンクは上方が開放されており，そこからバッファが所定の量注入される。その後ピストン３１が下がってバッファーブロックの流路が閉じた状態でシリンジ２７が再び押され，分離媒体が今度は電気泳動部材のキャピラリに充填される。シリンジは電動ステージ３４によって押され，ピストンの上下は電動ソレノイド３２によって行われる。分離媒体としてはアクリルアミド，ヒドロキシエチルセルロースの水溶液などを好適に用いることができる。
【００２４】
キャピラリの下端は各キャピラリに対応した１６本の突起部を有する電極３７と共にバッファー槽内のバッファーに浸かっている。バッファーブロック２８内のバッファーには電極３３が浸かっている。電極３３，３７に接続された高圧電源３８により，キャピラリの上端と下端の間に高圧が印加される。
【００２５】
図６は，図５の電気泳動系の主要部を側面から見た図である。バッファー槽３６とマイクロタイタープレート４１が電動ｘｚステージ３５に載っている。電動ｘｚステージ３５が動くことによってキャピラリの下端がマイクロタイタープレート４１の測定対象となる試料ウェルに浸かった状態で，高圧電源３８によって試料注入が行われ，その後に再びキャピラリ下端がバッファ３６に戻った状態でキャピラリの上端と下端の間に高圧が印加され，キャピラリ内に注入された試料が電気泳動と分離がなされる。試料が電気泳動されてビーム照射位置に到着した時に蛍光が励起される。分離媒体の充填，試料注入，電気泳動などの一連の操作はコンピュータ制御によって全自動で行われる。
【００２６】
図７は本実施例によって，キャピラリ２-１〜２-１６から同時に得られた蛍光強度の時間変化を示す図（電気泳動図）である。試料はＡpplied Ｂiosystems社のGeneSｃａn Size Stａndａrd ５００ Roxであり，５００ｂｐまでの末端をＲＯＸで標識されたＤＮＡが含まれている。この試料をホルムアミドで１/２０に希釈し，DNＡを一本鎖の状態にしてキャピラリに注入した。図７のピークに付記された数値は，ピークに対応するDNＡの塩基長である。分離媒体としては同社のPOP７を使用し，泳動電界は３１９ V/ｃm，温調板の温度は５０℃とした。ここで、注入された試料は全てのキャピラリにおいて同一であるから，同一断片に帰属されるピークの高さはキャピラリごとにばらつかないことが望ましい。このばらつきが大きいとキャピラリ間の定量比較が困難になるだけでなく，あるキャピラリでは分析可能な試料が，他のキャピラリでは信号対雑音比が低すぎて分析不可能ということにもなりかねない。押え部材８が無い状態ではキャピラリ中心軸がビーム光軸にたいして±２５μｍ程度ばらついていたため，ピーク高さのキャピラリ間変動係数は２０％以上であった。押え部材８でキャピラリを配列面に押し当てることにより，キャピラリ中心軸とビーム光軸の距離が１０μｍ以下に押さえられた結果，同一塩基長に対応するピーク高さのキャピラリ間変動係数は１５％以下に抑えられている。また，図７のグラフにおける横軸は，一番下の電気泳動図に対する蛍光強度＝0の線に一致している。この線と電気泳動図のベースラインの差（バックグラウンド）は，分離媒体からのラマン散乱光と，ビーム照射位置近傍にある物体からの散乱光と蛍光に起因する。ビーム照射位置近傍に接着剤が有る場合，それによるバックグラウンドは，ラマン散乱によるバックグラウンドより遥かに大きくなる。本方式ではビーム照射位置近傍の接着剤が無く，その散乱光と蛍光は無いので，バックグラウンドはピーク高さの1/10以下の小さい値に押えられている。その結果，バックグラウンドノイズが少ない電気泳動図が得られた。また，非常に短い有効長で短時間に分離を行ったにもかかわらず，５０塩基から５００塩基の15断片が完全に分離され， 10塩基差でのベースライン分離が得られている。従って，キャピラリアレイ全面にわたり非常に高い温度均一性が得られて高分解能を得るに至ったことがわかる。図７の結果はキャピラリアレイを電気泳動装置に装着した直後の測定結果であり，装着直後に瞬時にして温度の均一性が得られ、このような高分解能を得るに至ったことを示している。本実施例ではROX標識されたDNＡの断片長解析を行っているが，フィルタの替わりに回折格子を用いて蛍光を分光することにより，多色検出に基づく塩基配列決定も勿論可能である。その場合は光源１９として，４８８nmと５１４.５nmの２波長で発振するアルゴンイオンレーザーを好適に用いることができる。
【実施例２】
【００２７】
図８は本発明の第２の実施例におけるキャピラリアレイである。キャピラリの配線パターンは第一の実施例と同一であるが，本実施例では束縛部材が３ａ,３ｂ,３ｃの３つに分離されている。束縛部材３ａと３ｂはそれぞれ束縛領域７ａと７ｂだけでキャピラリ２−１〜２−１６を束縛している。束縛部材３ｃはキャピラリ下端近傍でキャピラリ間隔を４．５±０.１ｍｍに保っている。本実施例で使用したキャピラリの外径寸法は第一の実施例と同一であり，心材が石英であることも共通であるが，コーティングをポリイミドではなく，実質的に無色透明な樹脂とした。この結果，ビーム照射位置においてもコーティングを除去せずに用いることができ，ビーム照射位置11を挟む束縛部材３ａ，３ｂが分離されていても，キャピラリだけで十分な強度を保つことができる。本実施例における無色透明な樹脂はデュポン社のフッ素系樹脂ＡＦ１６００であるが，アクリル系樹脂でももちろん適用できる。ビーム照射位置のビーム照射方向における側方に束縛部材が存在しないため，第一の実施例のようにキャピラリの近くでビームをプリズムで反射する必要が無く，ビームの側方照射のための光学系を単純化できる。
【実施例３】
【００２８】
本発明の第３の実施例におけるキャピラリアレイを図９に示す。このキャピラリアレイの構造は第１の実施例のそれに類似であるが，第１の実施例のようにビーム照射位置周囲の束縛部材３に、閉曲線の外周を有する開口を設ける替わりに，側方の片側を除去し、ビーム照射位置周囲の束縛部材３に開口部を設けたことである。束縛部材をこのような形状にした結果，キャピラリのビーム照射位置の片側からは，第２の実施例と同様にプリズムで反射することなく，励起ビームを照射することが可能である。本実施例ではキャピラリ本数を４本に減らしたので，片側だけの照射でキャピラリ間の蛍光検出感度の変動係数を２０％以下に抑えることができる。キャピラリの数は4本には限られず１０本くらいまで増設可能である。キャピラリ周囲に石英と空気の中間の屈折率を有する媒質を充填すれば、５０本くらいまで増設が可能である。キャピラリを透過した後の励起ビームは，束縛部材によって散乱されないようにビームストッパ４７で吸収される。本実施例におけるビームストッパは黒色ポリカーボネートを素材とする円錐状の部材である。ビームストッパ４７の素材としては黒色ベークライトなどの黒色の樹脂なら何でも使用可能であり、表面を黒色処理してあれば金属でもよい。また，本実施例ではビーム照射位置１１の前後が連結された束縛部材で支持されるので，照射位置１１でのキャピラリの樹脂コーティングを除去して低バックグラウンドの蛍光検出をすることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】第１の実施例のキャピラリアレイ，配列部材及び押さえ部材の一例の図。
【図２（ａ）】第１の実施例のビーム照射位置周辺における，キャピラリ２−１中心軸を通りキャピラリ配列平面に垂直な平面による断面図。
【図２（ｂ）】第１の実施例の他の例におけるキャピラリ２−１中心軸を通りキャピラリ配列平面に垂直な平面による断面図。
【図２（ｃ）】第１の実施例の他の例におけるキャピラリ２−１中心軸を通りキャピラリ配列平面に垂直な平面による断面図。
【図３（ａ）】第１の実施例における配列部材の正面図。
【図３（ｂ）】第１の実施例における配列部材の正面図の拡大図および断面図。
【図４（ａ）】第１の実施例の，ビーム照射位置においてキャピラリと直行する平面による断面図。
【図４（ｂ）】第１の実施例の他の例におけるビーム照射位置においてキャピラリと直行する平面による断面図。
【図５】第１の実施例における電気泳動系の概念図。
【図６】第１の実施例における電気泳動系の断面図。
【図７】第１の実施例において得られた電気泳動図。
【図８】第２の実施例におけるキャピラリアレイの正面図。
【図９】第３の実施例におけるキャピラリアレイの正面図。
【符号の説明】
【００３０】
１  キャピラリアレイ
２−１〜２−１６  キャピラリ
３，３ａ，３ｂ，３ｃ  束縛部材
４  開口
５  配列部材
６ａ，６ｂ  励起ビーム
７ａ，７ｂ  束縛領域
８  押さえ部材
９  カバー
１０ａ，１０ｂ、１０  クッション
１１  ビーム照射位置
１２ａ，１２ｂ  穴
１３  温調板
１４  開口
１５  蛍光
１６ａ，１６ｂ  位置決めピン
１７ａ，１７ｂ  ボルト
１８−１〜１８−４  プリズム
１９  レーザー
２０  ビームスプリッタ
２１ａ，２１ｂ，２１ｃ  ミラー
２２−１，２２−２  カメラレンズ
２３  バンドパスフィルタ
２４  検出器
２５  光電面
２６  分岐ブロック
２７  シリンジ
２８  バッファーブロック
２９−１，２９−２  テフロン（登録商標）チューブ
３０  ペルチェ素子
３１  ピストン
３２  ソレノイド
３３  電極
３４  自動Ｘステージ
３５  自動ＸＺステージ
３６  バッファータンク
３７  電極
３８  高圧電源
３９  ヒートパイプ
４０  ファン
４１  マイクロタイタープレート
４２  フランジ
４３  Ｏリング
４４ａ，４４ｂ  配列面
４５  窓
４６ａ，４６ｂ  押さえ面
４７  ビームストッパ
４８  蝶番
４９，４９ａ，４９ｂ  板材。
【図１】
2005077293.tif 000003
【図２（ａ）】
2005077293.tif 000004
【図２（ｂ）】
2005077293.tif 000005
【図２（ｃ）】
2005077293.tif 000006
【図３（ａ）】
2005077293.tif 000007
【図３（ｂ）】
2005077293.tif 000008
【図４（ａ）】
2005077293.tif 000009
【図４（ｂ）】
2005077293.tif 000010
【図５】
2005077293.tif 000011
【図６】
2005077293.tif 000012
【図７】
2005077293.tif 000013
【図８】
2005077293.tif 000014
【図９】
2005077293.tif 000015
【手続補正書】
【提出日】平成15年11月17日(2003.11.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料を電気泳動させるための複数のキャピラリーと、
前記キャピラリの両端に電圧を印加する電圧印加手段、前記キャピラリへレーザービー
ムを照射するレーザービーム照射手段、及び前記レーザービームの照射により生ずる光を
検出する検出器を具備する電気泳動装置部と、
キャピラリを前記電気泳動装置部に固定する押え部材とを有し、
前記複数のキャピラリは、前記キャピラリの軸方向に沿って前記レーザービームの照射
位置を挟んで位置する、少なくとも２つの束縛領域を有し、
前記押え部材は、前記複数のキャピラリの前記照射位置と第1の前記束縛領域との間、
前記複数のキャピラリの前記照射位置と第２の前記束縛領域との間の各々で、前記複数の
キャピラリを前記電気泳動装置部に対して押し当てることを特徴とするキャピラリ電気泳
動装置。
【請求項２】
前記複数のキャピラリは、前記２つの束縛領域の間の少なくとも一部で、実質的に平行
に配列されるものであることを特徴とする請求項１に記載のキャピラリ電気泳動装置。
【請求項３】
前記複数のキャピラリは、前記束縛領域においてシートによって束縛されることを特徴
とする請求項１に記載のキャピラリ電気泳動装置。
【請求項４】
前記キャピラリは、前記２つの束縛領域の間に相互の位置を束縛されない領域を有し、
前記押え部材は、前記束縛されない領域で前記キャピラリを前記電気泳動装置部に押し当
てることを特徴とする請求項１に記載のキャピラリ電気泳動装置。
【請求項５】
前記レーザービーム照射手段は、前記レーザービームを前記キャピラリが配列される方
向と実質的に平行な方向から照射することを特徴とする請求項１に記載のキャピラリ電気
泳動装置。
【請求項６】
前記電気泳動装置部が，前記照射位置の近傍に窓部材を具備することを特徴とする請求
項１に記載のキャピラリ電気泳動装置。
【請求項７】
前記押え部材は前記束縛部材の位置を固定させる固定ボルトをさらに有し、
前記電気泳動装置部は少なくとも１つの位置決めピンをさらに有し、
前記束縛部材は前記位置決めピンを貫通させるための位置決め孔をさらに有し、
前記押え部材と前記複数のキャピラリは、前記位置決めピンを位置決め孔に通して前期
固定ボルトで固定することにより位置固定されることを特徴とする請求項１に記載のキャ
ピラリ電気泳動装置。
【請求項８】
前記押え部材は蝶番によって前記電気泳動装置部に連結されていることを特徴とする請
求項７に記載のキャピラリ電気泳動装置。
【請求項９】
前記複数のキャピラリを前記少なくとも２つの束縛領域の各々で束縛する少なくとも２
つの束縛部材をさらに有し、前記少なくとも２つの束縛部材は互いに分離されていること
を特徴とする請求項１に記載のキャピラリ電気泳動装置。
【請求項１０】
前記束縛部材は，前記複数のキャピラリの２つの側方の一方に開口部を有することを特
徴とする請求項１に記載のキャピラリ電気泳動装置。