(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
板状部材の内部に流路が形成され、その板状部材の一表面の流路に対応する位置に流路に達する穴がリザーバとして形成されたチップデバイスを用い、前記流路の両端側に電圧を印加するための電圧供給機構と、前記流路内で分離されたサンプルを検出するための検出機構とを備えた電気泳動装置において、
前記チップデバイスは前記流路として互いに交差するサンプル注入用流路と分離用流路とを備えているものであり、
少なくとも前記サンプルが流路に注入される部位のサンプルを検出するサンプル注入モニター機構と、
前記電圧供給機構によりサンプルを前記サンプル注入用流路と前記分離用流路との交差部へ導くための電圧を供給した後、前記サンプル注入モニター機構により検出した前記サンプル注入用流路の所定範囲でのサンプル分布が所定時間を経過しても均一にならないときに装置を一旦停止させる制御部と、をさらに備えたことを特徴とする電気泳動装置。
【請求項２】
板状部材の内部に流路が形成され、その板状部材の一表面の流路に対応する位置に流路に達する穴がリザーバとして形成されたチップデバイスを用い、前記流路の両端側に電圧を印加するための電圧供給機構と、前記流路内で分離されたサンプルを検出するための検出機構とを備えた電気泳動装置において、
前記チップデバイスは前記流路として互いに交差するサンプル注入用流路と分離用流路とを備えているものであり、
少なくとも前記サンプルが流路に注入される部位のサンプルを検出するサンプル注入モニター機構と、
前記電圧供給機構によりサンプル分離用の泳動電圧を印加したときに前記サンプル注入モニター機構により検出した前記サンプル注入用流路と前記分離用流路との交差部に存在するサンプルが前記分離用流路内へ泳動しないときに装置を一旦停止させる制御部と、をさらに備えたことを特徴とする電気泳動装置。
【請求項３】
前記サンプル注入モニター機構及び前記検出機構はそれぞれ蛍光検出光学系を備えたものであり、それらの蛍光検出光学系は共通の励起光源を有するものである請求項１又は２に記載の電気泳動装置。
【請求項４】
前記サンプル注入モニター機構はＬＥＤを光源とする検出光学系を備えたものである請求項１又は２に記載の電気泳動装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、極微量のタンパク質や核酸、薬物などを高速かつ高分解能に分析する電気泳動に用いる電気泳動装置に関し、さらに詳しくは板状部材の内部に形成された流路で電気泳動を行なうチップデバイスを用いる電気泳動装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
極微量のタンパク質や核酸などを分析する場合には、従来から電気泳動装置が用いられており、その代表的なものとしてキャピラリー電気泳動装置がある。キャピラリー電気泳動装置は、内径が１００μｍ以下のガラスキャピラリー内に泳動媒体を充填し、一端側にサンプルを導入した後、両端間に高電圧を印加して分析対象物をキャピラリー内で展開させるものである。キャピラリー内は容積に対して表面積が大きい、すなわち冷却効率が高いことから、高電圧の印加が可能となり、ＤＮＡなどの極微量サンプルを高速かつ高分解能にて分析することができる。
【０００３】
キャピラリーはその外径が１００〜５００μｍ程度と細く破損しやすいため、ユーザーが行なうべきキャピラリー交換時の取扱いが容易でないという問題を有する。そこで、取扱いが煩雑なキャピラリーに代わって、分析の高速化、装置の小型化が期待できる形態として、D. J. Harrison et al./ Anal. Chem. 1993, 283, 361-366に示されているように、２枚の基板を接合して形成された電気泳動チップ（マイクロチップという）が提案されている。そのマイクロチップの例を図７に示す。
【０００４】
マイクロチップ１は、一対の透明板状の無機材料（例えばガラス、石英、シリコンなど）又はプラスチックからなる基板１ａ，１ｂからなり、半導体フォトリソグラフィー技術又はマイクロマシニング技術により、一方の基板１ｂの表面に互いに交差する泳動用キャピラリー溝３，５を形成し、他方の基板１ａにはその溝３，５の端に対応する位置に貫通穴をアノードリザーバ７ａ、カソードリザーバ７ｃ、サンプルリザーバ７ｓ、ウエイストリザーバ７ｗとして設けたものである。マイクロチップ１は、両基板１ａ，１ｂを（Ｃ）に示すように重ねて接合した状態で使用される。このようなマイクロチップは２本の溝（channel）が交差して形成されていることから、Cross-channel Micro-chipとも呼ばれる。
【０００５】
このマイクロチップ１を用いて電気泳動を行なう場合には、分析に先立って、例えばシリンジを使った圧送により、いずれかのリザーバ、例えばアノードリザーバ７ａから溝３，５内及びリザーバ７ａ，７ｃ，７ｓ，７ｗ内に泳動媒体を充填する。次いで、リザーバ７ａ，７ｃ，７ｓ，７ｗ内に充填された泳動媒体を除去し、短い方の溝（サンプル注入用流路）３の一方の端に対応するサンプルリザーバ７ｓにサンプルを注入し、他のリザーバ７ａ、７ｃ，７ｗにバッファ液を注入する。
【０００６】
泳動媒体、サンプル及びバッファ液を注入したマイクロチップ１を電気泳動装置に装着する。各リザーバ７ａ，７ｃ，７ｓ，７ｗに所定の電圧を印加し、サンプルを溝３中に泳動させて両溝３，５の交差部９に導く。各リザーバ７ａ，７ｃ，７ｓ，７ｗに印加する電圧を切り換えて、長い方の溝（分離用流路）５の両端のリザーバ７ａ，７ｃ間の電圧により、交差部分９に存在するサンプルを溝５内に注入する。溝５内にサンプルを注入した後、リザーバ７ｓ内に収容されているサンプルをバッファ液で置換する。その後、各リザーバ７ａ，７ｃ，７ｓ，７ｗに電気泳動用の電圧を印加して、溝５内に注入したサンプルを溝５内で分離させる。溝５の適当な位置に検出器を配置しておくことにより、電気泳動により分離されたサンプルを検出する。検出は、吸光光度法や蛍光光度法、電気化学的又は電気伝導度法などの手段により行なわれる。
【０００７】
また、マイクロチップの流路デザインや泳動媒体の組成などの分析条件は、用途やサンプルに応じて異なる。他の流路デザインのマイクロチップとしては、例えば、Yining Shi et al./ Anal. Chem. 1999, 71, 5354-5361に示されているように、放射状に多数の分離用流路を備えた電気泳動用マイクロプレートがある。近年はマイクロチップよりもサイズの大きいものや、複数のチャンネルを備えたもの、さらにはチャンネルの交差部をもたないストレートチャンネルを備えたものも使用されている。本発明におけるチップデバイスはこれらを全て包含したものである。
【０００８】
マイクロチップを用いる電気泳動装置においては、サンプルリザーバに注入されたサンプルをサンプル導入用流路と分離用流路との交差部に導くために電圧を印加する際にサンプル導入用流路全体でサンプル分布が均一になる、すなわちサンプル導入用流路と分離用流路との交差部に十分な量のサンプルが導かれるインジェクション条件、例えば流路の両端に印加する電圧の大きさやその電圧印加時間、温度などを流路デザインやサンプルごとに検討しなければならない。従来、インジェクション条件の検討は、電気泳動装置とは別のモニター装置を用いて行なっていた。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、電気泳動装置にマイクロチップを設置し、上記モニター装置を用いて得られたインジェクション条件によりマイクロチップのサンプル導入用流路と分離用流路との交差部へサンプルを導くための電圧を印加するとき、何らかの不具合によりサンプルがサンプル導入用流路全体で均一にならないことがある。サンプル導入用流路でのサンプル分布が均一でない状態でサンプルを分離用流路に注入して分離した測定結果は信用性に欠けるが、サンプルを分離用流路に注入するときのサンプル導入用流路でのサンプル分布を確認することはできなかった。
そこで本発明は、電気泳動装置の測定結果の信頼性を向上させることを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の電気泳動装置は、板状部材の内部に流路が形成され、その板状部材の一表面の流路に対応する位置に流路に達する穴がリザーバとして形成されたチップデバイスを用い、流路の両端側に電圧を印加するための電圧供給機構と、流路内で分離されたサンプルを検出するための検出機構とを備えた電気泳動装置であって、少なくともサンプルが流路に注入される部位のサンプルを検出するサンプル注入モニター機構をさらに備えるものである。
【００１１】
電圧供給機構によりサンプルを流路へ導くための電圧を供給した後、サンプル注入モニター機構により、少なくともサンプルが流路に注入される部位のサンプルを検出する。例えば、流路として互いに交差するサンプル注入用流路と分離用流路が形成されているチップデバイスを用いた場合、サンプルが流路に注入される部位のサンプルを検出することにより、サンプル注入用流路と分離用流路との交差部に分離に十分な量のサンプルが導かれているか否かを知ることができる。さらに、サンプル注入用流路でのサンプル分布を監視することにより、インジェクション条件の検討を行なうこともできる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
サンプル注入モニター機構及び検出機構はそれぞれ蛍光検出光学系を備えたものであり、それらの蛍光検出光学系は共通の励起光源を有するものであることが好ましい。その結果、それぞれ励起光源を備えた場合に比べて、装置の大きさを小さくすることができ、さらに装置の価格及びランニングコストを低減することができる。
【００１３】
サンプル注入モニター機構はＬＥＤ（Light Emitting Device、発光ダイオード）を光源とする検出光学系を備えたものであることが好ましい。その結果、光源自体が安価になるのでサンプル注入モニター機構を安価に構築することができる。さらに、サンプルが流路に注入される部位のレイアウトに合わせてＬＥＤアレイを配置するようにすれば、複雑な照射用の光学系を設ける必要がないので、サンプル注入モニター機構をさらに安価に構築することができる。
【００１４】
用いるチップデバイスは流路として互いに交差するサンプル注入用流路と分離用流路とを備えているものであり、電圧供給機構によりサンプルをサンプル注入用流路と分離用流路との交差部へ導くための電圧を供給した後、サンプル注入モニター機構により検出したサンプル注入用流路の所定範囲でのサンプル分布が所定時間を経過しても均一にならないときに装置を一旦停止させる制御部をさらに備えることが好ましい。
【００１５】
用いるチップデバイスは流路として互いに交差するサンプル注入用流路と分離用流路とを備えているものであり、電圧供給機構によりサンプル分離用の泳動電圧を印加したときにサンプル注入モニター機構により検出したサンプル注入用流路と分離用流路との交差部に存在するサンプルが分離用流路内へ泳動しないときに装置を一旦停止させる制御部をさらに備えることが好ましい。
これらの制御部を備えることにより、サンプルの泳動の良否を自動で判定して泳動の管理を行なうことができる。
【００１６】
【実施例】
図１は本発明にかかる電気泳動装置の一実施例を示す概略構成図である。図１に示すマイクロチップ１は図７のものと同じである。
マイクロチップ１はリザーバが形成された表面を上方にしてチップ保持台（図示は省略）に保持されている。チップ保持台にはチップ１の温度を調節する温調機構が備えられている。
【００１７】
後述する分離ピーク検出光学系とサンプルインジェクションモニター光学系で共通の励起光源レーザ装置１１が設けられている。レーザ装置１１としては、例えばアルゴン（Ａｒ）レーザやクリプトン（Ｋｒ）レーザ、ヘリウムネオン（Ｈｅ-Ｎｅ）レーザ、ネオジム（Ｎｄ）-ＹＡＧ（Ｙ3Ａｌ5Ｏ12）などのＮｄイオン固体レーザ、半導体レーザ（Laser Diode：ＬＤ）、光第２高調波発生（ＳＨＧ）現象を利用した固体レーザなど、種々のレーザ装置を用いることができる。
【００１８】
レーザ装置１１からの励起光の光路にはその励起光を平行光にするビームエキスパンダ１３が設けられている。ビームエキスパンダ１３からの励起光の光路には、その光路上に位置する実線位置とその光路から外れた破線位置の間で移動される可動反射ミラー１５が設けられている。
可動反射ミラー１５に反射された励起光の光路にはその励起光を広げるレンズ１７が設けられている。レンズ１７からの励起光の光路には、チップ１の底面側（リザーバが形成された表面とは反対側）に配置され、レンズ１７からの励起光をチップ１の底面側へ反射するダイクロイックミラー１９が設けられている。ダイクロイックミラー１９は励起光を反射し、チップ１側からの蛍光を透過するような波長特性のものを用いる。
【００１９】
ダイクロイックミラー１９のチップ１とは反対側に、分光フィルター２１が設けられている。分光フィルター２１はダイクロイックミラー１９を透過したチップ１からの蛍光のうち、所定の蛍光波長の光のみを透過するものである。ダイクロイックミラー１９及び分光フィルター２１の仕様は、サンプルの標識に使用する蛍光物質とレーザ装置１１が発振する励起光の波長により決定される。
【００２０】
分光フィルター２１を透過した蛍光の光路にはその蛍光をＣＣＤ（Charge Coupled Device）２５の受光面に結像するためのレンズ２３が設けられている。
ＣＣＤ２５には、ＣＣＤ２５の動作を制御し、ＣＣＤ２５の検出信号を処理するためのＣＰＵ（中央演算処理装置）２７が電気的に接続されている。
可動反射ミラー１５、ダイクロイックミラー１９、分光フィルター２１、レンズ２３及びＣＣＤ２５はサンプルインジェクションモニター光学系２９を構成する。モニター光学系２９は、チップ１のサンプル導入用流路３及び分離用流路５における蛍光標識を検出して流路３，５でのサンプル分布を検出する。
【００２１】
モニター光学系２９において、少なくともサンプル導入用流路３と分離用流路５との交差部周辺に励起光を照射できるのであれば、ビームエキスパンダ１３の出力光の径とチップ１の流路デザインによっては、レンズ１７はなくてもよい。本発明を構成するサンプル注入モニター機構は、レーザ装置１１、ビームエキスパンダ１３、ＣＰＵ２７及びモニター光学系２９により構成される。
【００２２】
可動反射ミラー１５が破線位置に位置するときのビームエキスパンダ１３からの励起光の光路には反射ミラー３１が設けられている。反射ミラー３１に反射された励起光の光路には、チップ１の表面側（リザーバが形成された側）に配置され、反射ミラー３１からの励起光をチップ１の表面側へ反射するダイクロイックミラー３３が設けられている。ダイクロイックミラー３３は励起光を反射し、チップ１側からの蛍光を透過するような波長特性のものを用いる。
【００２３】
ダイクロイックミラー３３に反射された励起光の光路には、その励起光をチップ１の分離用流路５の検出位置に集光する対物レンズ３５が設けられている。
ダイクロイックミラー３３の対物レンズ３５とは反対側に分光器３７が設けられている。分光器３７は対物レンズ３５及びダイクロイックミラー３３を通過したチップ１からの蛍光を分光する。分光器３７としては例えば分光フィルターパネルとウェッジプリズムを組み合わせたものや、通過型グレーティングなどを用いることができる。
【００２４】
分光器３７を透過した蛍光の光路にはその蛍光をＣＣＤ４１の受光面に結像するためのレンズ３９が設けられている。
ＣＣＤ４１には、ＣＣＤ４１の動作を制御し、ＣＣＤ４１の検出信号を処理するためのＣＰＵ４３が電気的に接続されている。
反射ミラー３１、ダイクロイックミラー３３、対物レンズ３５、分光器３７、レンズ３９及びＣＣＤ４１は分離ピーク検出光学系４５を構成する。検出光学系４５は、チップ１の分離用流路５の検出位置における蛍光標識を検出して分離したサンプルを検出するものである。分光器３７により検出位置からの光を分光することにより、複数種類の蛍光波長を検出することができる。
本発明を構成する検出機構は、レーザ装置１１、ビームエキスパンダ１３、ＣＰＵ４３及び検出光学系４５により構成される。
【００２５】
チップ１の表面側に、チップ１のリザーバ７ａ，７ｃ，７ｓ，７ｗに収容された液に電圧を印加するための電極４７がリザーバ７ａ，７ｃ，７ｓ，７ｗごとに設けられている。各電極４７は電極４７に電圧を供給するための高電圧供給部４９に電気的に接続されている。高電圧供給部４９は、図示は省略されているがＣＰＵ２７に電気的に接続されており、高電圧供給部４９の動作はＣＰＵ２７により制御される。
本発明を構成する電圧供給機構は電極４７及び高電圧供給部４９により構成され、本発明を構成する制御部はＣＰＵ２７により実現される。
【００２６】
図２はこの実施例の動作を示すフローチャートである。図３はチップ１の平面図及びサンプル導入時のサンプル注入用流路と分離用流路との交差部内を示す拡大図である。図１から図３を参照してこの実施例の動作を説明する。
サンプル注入用流路３及び分離用流路５内に泳動媒体を充填し、リザーバ７ａ，７ｃ，７ｗにバッファ液を注入し、リザーバ７ｓにサンプルを注入したチップ１をチップ保持台に設置する（ステップＳ１）。
電極４７をリザーバ７ａ，７ｃ，７ｓ，７ｗ内に進入させ、予め検討されたインジェクション条件よって高電圧供給部４９により電極４７を介して各リザーバ７ａ，７ｃ，７ｓ，７ｗにサンプル導入用の電圧を印加する（ステップＳ２）。リザーバ７ｓに注入されたサンプルはサンプル導入用流路３内に広がり始める。
【００２７】
モニター光学系２９を使用してサンプル導入用流路３内のサンプル分布を監視する（ステップＳ３）。
その動作を説明すると、まず可動反射ミラー１５を実線位置に移動させ、レーザ装置１１から励起光を発振させる。レーザ装置１１からの励起光をビームエキスパンダ１３により平行光にする。平行光にされた励起光を可動反射ミラー１５により反射し、モニター光学系２９内へ入射する。可動反射ミラー１５からの励起光をレンズ１７により広げ、さらにダイクロイックミラー１９により反射してチップ１の裏面側に照射する。これにより、励起光はサンプル導入用流路３全体及び分離用流路５全体に照射される。
分光フィルター２１により、ダイクロイックミラー１９を介して分光フィルター２１に照射されたチップ１からの蛍光のうち所定波長の蛍光のみをレンズ２３側へ透過させ、透過した蛍光をレンズ２３によりＣＣＤ２５に結像させる。ＣＰＵ２７によりＣＣＤ２５の検出信号をイメージファイルにデータ変換し、サンプル分布を監視する。
【００２８】
ＣＰＵ２７によりサンプル導入用流路３内でサンプル分布が均一になったか否かを判定する（ステップＳ４）。これにより、交差部９に分離及び検出に十分な量のサンプルが導かれたか否かを判定する。
ステップＳ４でサンプル分布が均一になっていないと判定したとき（Ｎｏ）は、サンプル導入用の電圧の印加から所定時間が経過したか否かを判断する（ステップＳ５）。所定時間が経過していないとき（Ｎｏ）はステップＳ４に戻る。所定時間が経過したとき（Ｙｅｓ）は、ＣＰＵ２７により高電圧供給部４９を制御して電圧の印加を停止させ、リカバールーチン又は次の実行モードへ移行する。
【００２９】
図３中で交差部９の拡大図に示すように、サンプル分布がサンプル導入用流路３内で均一になり、ステップＳ４でサンプル分布が均一になったと判定したとき（Ｙｅｓ）、高電圧供給部４９によりリザーバ７ａ，７ｃ，７ｓ，７ｗに印加する電圧を切り換えて、サンプル分離用の泳動電圧を印加してサンプルの分離泳動を開始する（ステップＳ６）。
このとき、ＣＰＵ２７はモニター光学系２９を使用したサンプル導入用流路３内のサンプル分布の監視を継続しており、交差部９に存在するサンプルが分離用流路５内に注入されたか否かを判定する（ステップＳ７）。
ステップＳ７で分離用流路５にサンプルが注入されないと判定したとき（Ｎｏ）は、ＣＰＵ２７により高電圧供給部４９を制御して電圧の印加を停止させ、リカバールーチン又は次の実行モードへ移行する。
ステップＳ８で分離用流路５にサンプルが注入されたと判定したとき（Ｙｅｓ）は、そのまま泳動電圧の印加を継続し、サンプルの分離泳動を行なう。
【００３０】
検出光学系４５を使用して、検出位置に到達したサンプルの検出を行なう（ステップＳ８）。
その動作を説明すると、ステップＳ８で分離用流路５へのサンプルの注入を確認した後、可動ミラー１５を破線位置へ移動させて、ビームエキスパンダ１３からの励起光を反射ミラー３１に照射する。ビームエキスパンダ１３からの励起光を反射ミラー３１により反射し、検出光学系４５内へ入射する。可動反射ミラー１５からの励起光をダイクロイックミラー３３によりチップ１の表面側へ反射し、対物レンズ３５により集光してチップ１の表面側から分離用流路５の検出位置に照射する。
【００３１】
分離用流路５の検出位置からの蛍光は対物レンズ３５及びダイクロイックミラー３３を介して分光器３７に照射される。分光器３７により分離用流路５の検出位置からの蛍光を分光し、その分光された蛍光をレンズ３９によりＣＣＤ４１に結像させる。ＣＰＵ４３によりＣＣＤ４１の検出信号をイメージファイルにデータ変換して波形処理を行ない、分離したサンプルの検出を行なう。
サンプルの分離終了後、高電圧供給機構４９による電圧の供給を停止する。
【００３２】
このように、モニター光学系２９を備え、モニター光学系２９を使用してサンプル導入用流路３内、特にサンプル導入用流路３と分離用流路５との交差部９周辺のサンプル分布を監視することにより、図２のステップＳ４で、サンプルを交差部９に導くための電圧をリザーバ間に印加しているときに交差部９に十分な量のサンプルが導かれたか否かを判定することができるので、交差部９に十分な量のサンプルが導かれない場合は測定を中止することにより、測定結果の信頼性を向上させることができる。さらに、図２のステップＳ８で、交差部９に存在するサンプルが分離用流路５内に導入され、泳動しているか否かを判定することができるので、サンプルが泳動市内場合は測定を中止することにより、測定結果の信頼性を向上させることができる。
【００３３】
この実施例はサンプルのインジェクション条件の検討を行なうこともできる。チップ１の温度、電圧供給機構４９による各リザーバへの供給電圧、各リザーバへの電圧印加時間を変更し、モニター光学系２９を使用して各条件におけるサンプル導入用流路３内のサンプル分布を監視する。これにより、最適なインジェクション条件を検討することができる。
【００３４】
この実施例では励起光源としてのレーザ装置１１を１つのみ備えているが、本発明はこれに限定されるものではなく、モニター光学系２９用の励起光源と検出光学系４５用の励起光源をそれぞれ設けてもよい。その場合、可動反射ミラー１５及び反射ミラー３１は不要である。
また、この実施例ではモニター光学系２９用のＣＰＵ２７と検出光学系４５用のＣＰＵ４３をそれぞれ設けているが、１つのＣＰＵによりＣＰＵ２７，４３の機能を実現するようにしてもよい。
【００３５】
また、この実施例では、サンプル注入モニター機構を構成するモニター光学系２９はサンプル導入用流路３全体及び分離用流路５全体を検出範囲としているが、本発明はこれに限定されるものではなく、サンプル注入モニター機構はサンプル導入用流路と分離用流路との交差部を含むサンプル導入用流路の一部分又は全体を検出範囲とするものであればよい。
【００３６】
図１に示す実施例では１本の分離用流路５が形成されたマイクロチップ１を用いているが、本発明はこれに限定されるものではなく、多数の分離用流路が形成されたチップデバイスを用いた電気泳動に適用することもできる。
図４は、多数の分離用流路が形成されたマイクロチップを示す上面図である。マイクロチップ５１は、一対の透明板状の無機材料（例えばガラス、石英、シリコンなど）又はプラスチックからなる基板５１ａ，５１ｂにより構成される。
【００３７】
一方の基板５１ｂの表面には、半導体フォトリソグラフィー技術又はマイクロマシニング技術により、互いに交差するサンプル導入用流路５３及び分離用流路５５の組が８組形成されている。８組の流路５３，５５は、他の組の流路と交差しないように、サンプル導入用流路５３と交差する側とは反対側の分離用流路５５の一端側を要として扇型に配置されている。サンプル導入用流路５３はチップ５１の面積縮小のために鉤型に形成されている。
【００３８】
他方の基板５１ａには流路５３，５５の端に対応する位置にアノードリザーバ５７ａ、カソードリザーバ５７ｃ、サンプルリザーバ５７ｓ、ウエイストリザーバ５７ｗとしての貫通穴が形成されている。リザーバ５７ｃ，５７ｓ，５７ｗは流路５３，５５の組ごとに設けられている。アノードリザーバ５７ａは扇型配置の要側の各組の分離用流路５５の一端側で共通である。
【００３９】
チップ５１は、両基板５１ａ，５１ｂを重ねて接合した状態で使用される。チップ５１での分離サンプルの検出位置は、扇型配置の要側の各組の分離用流路５５の一端側付近である。
このようなマイクロチップは、多数の分離用流路が形成されていることから、Multi-channel Micro-chipとも呼ばれる。
【００４０】
図１に示す電気泳動装置にチップ５１を設置して測定を行なう場合、装置の電極４７はリザーバ５７ａ，５７ｃ，５７ｓ，５７ｗの配置に対応して設ける必要がある。さらに、検出光学系４５に関し、例えば反射ミラー３１とダイクロイックミラー３３の間の光路にガルバノミラーやＡＯＤ（Acousto-Optics Device）などのビームスキャニング素子を設けて帯状の検出位置で励起光を走査できるようにし、分光器３７、レンズ３９及びＣＣＤ４１を８本の分離用流路５５を区別して検出できるものに変更する必要がある。
そのように変更してチップ５１に対応した図１に示す電気泳動装置を用いて電気泳動を行なうようにすれば、モニター光学系２９を使用して、サンプル導入用流路５３内のサンプル分布の様子や分離用流路５５へのサンプルの泳動を監視することができる。
【００４１】
図５は、サンプルを蛍光波長の異なる４種類の蛍光物質で標識し、チップ５１を用いて分離検出したときの検出信号を示す図である。横軸（ｘ軸）は分離用流路５５の番号（チャンネル番号）、縦軸（ｙ軸）は４種類の分光スペクトルを示す。図５では４本の分離用流路５５の検出信号を示している。
図５中の丸印は検出位置でかつ分光された蛍光の強度を示す。
【００４２】
チップ５１の各サンプルリザーバ５７ｓに異なるサンプルをそれぞれ注入し、各リザーバに電圧を印加してサンプルを各組のサンプル導入用流路５３と分離用流路５５との交差部に導いた後、各リザーバに泳動電圧を印加して交差部に存在するサンプルを分離用流路５５へ注入する。各分離用流路５５では、サンプルが分離されつつアノードリザーバ５７ａ側へ泳動される。分離され、検出位置に到達したサンプル成分を４種類の蛍光物質で識別する。
【００４３】
図６は本発明にかかる電気泳動装置の他の実施例を示す概略構成図である。図６に示すマイクロチップ１は図７のものと同じである。図１と同じ部分には同じ符号を付し、その部分の説明は省略する。
チップ１はチップ保持台（図示は省略）に保持されている。励起光源レーザ装置１１、ビームエキスパンダ１３、ＣＰＵ４３、分離ピーク検出光学系４５を構成する反射ミラー３１、ダイクロイックミラー３３、対物レンズ３５、分光器３７及びＣＣＤ４１、並びに電極４７及び高電圧供給部４９は図１の実施例と同じである。ただし、サンプルリザーバ及びウエイストリザーバに対応する電極４７の図示は省略されている。また、反射ミラー３１を省略して、ビームエキスパンダ１３からの励起光をダイクロイックミラー３３に直接入射するようにしてもよい。
【００４４】
チップ１の表面側のサンプル導入用流路３と分離用流路５との交差部９に対応する位置に励起光源としてのＬＥＤ５９が配置されている。ＬＥＤ８としては、例えば発振周波数４８０ｎｍの青色ＬＥＤを用いることができる。ただし、本発明で用いるＬＥＤは青色ＬＥＤに限定されるものではなく、用いる蛍光物質に応じて他の色、すなわち他の波長の光を発光するＬＥＤを用いることができる。
【００４５】
チップ１の裏面側のサンプル導入用流路３と分離用流路５との交差部９に対応する位置に分光フィルター６１が配置されている。分光フィルター６１はチップ１の交差部９周辺からの蛍光のうち、所定の蛍光波長の光のみを透過するものである。分光フィルター６１の仕様は、サンプルの標識に使用する蛍光物質とＬＥＤ５９が発光する励起光の波長により決定される。
【００４６】
分光フィルター６１を透過した蛍光の光路にはその蛍光をＣＣＤ６５の受光面に結像するためのレンズ６３が設けられている。
ＣＣＤ６５には、ＣＣＤ６５の動作を制御し、ＣＣＤ６５の検出信号を処理するためのＣＰＵ６７が電気的に接続されている。
ＬＥＤ５９、分光フィルター６１、レンズ６３及びＣＣＤ６５はサンプルインジェクションモニター光学系２９ａを構成する。モニター光学系２９ａは、チップ１のサンプル導入用流路３と分離用流路５との交差部９周辺における蛍光標識を検出して交差部９付近の流路３，５でのサンプル分布を検出する。
【００４７】
モニター光学系２９において、少なくともサンプル導入用流路３と分離用流路５との交差部周辺に励起光を照射できるのであれば、ビームエキスパンダ１３の出力光の径とチップ１の流路デザインによっては、レンズ１７はなくてもよい。
本発明を構成するサンプル注入モニター機構は、レーザ装置１１、ビームエキスパンダ１３、ＣＰＵ２７及びモニター光学系２９により構成される。
【００４８】
この実施例では、サンプルリザーバに注入されたサンプルを交差部９に導くための電圧をリザーバ間に印加しているときに、ＬＥＤ５９を点灯させ、モニター光学系２９ａを使用してサンプル導入用流路３内、特にサンプル導入用流路３と分離用流路５との交差部９周辺のサンプル分布を監視する。これにより、図１の実施例と同様に、交差部９に十分な量のサンプルが導かれたか否かを判定することができるので、測定結果の信頼性を向上させることができる。
また、この実施例をサンプルのインジェクション条件の検討に使用することもできる。
【００４９】
この実施例ではモニター光学系２９ａ用のＣＰＵ６７と検出光学系４５用のＣＰＵ４３をそれぞれ設けているが、１つのＣＰＵによりＣＰＵ４３，６７の機能を実現するようにしてもよい。
また、この実施例では、シングルチャンネルのチップ１を用いているが、マルチチャンネルのチップデバイスにも適用できる。例えば図４に示すチップ５１を用いる場合、サンプル導入用流路５３と分離用流路５５との交差部の位置に対応して８個のＬＥＤを並べて配置することにより、各交差部にそれぞれ励起光を照射し、に各交差部におけるサンプル分布を監視することができる。
【００５０】
また、この実施例では、チップ１のサンプル導入用流路３と分離用流路５との交差部９の位置に対応してＬＥＤ５９を配置し、ＬＥＤ５９からの励起光を交差部９に直接照射しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、ＬＥＤ５９とチップ１との間に集光レンズを配置し、その集光レンズを介して交差部９にＬＥＤ５９からの励起光を照射したり、図１に示す構成において可動反射ミラー１５をなくし、レンズ１７のダイクロイックミラー１９とは反対側にＬＥＤを配置し、レンズ１７及びダイクロイックミラー１９を介してＬＥＤからの励起光を照射したりするなど、ＬＥＤからの励起光を光学系を介してチップ１に照射するようにしてもよい。
【００５１】
本発明による電気泳動装置で使用できるマイクロチップは、図４及び図７に示すものに限定されるものではなく、例えば、交差する流路が存在しない分離用流路が形成されたものや、分離用流路に複数の流路が交差して形成されているもの、大型のものなど、種々の流路デザインのマイクロチップを用いることができる。但し、チップデバイスの流路デザインに対応して、電圧供給機構、検出機構及びサンプル注入モニター機構の構成の変更が必要である。
上記実施例では、サンプル注入モニター機構及び検出機構として蛍光検出光学系を備えたものを用いているが、本発明はこれに限定されるものではなく、サンプル注入モニター機構及び検出機構は、吸光光度法や電気伝導度法など、他の手段により検出を行なう機構を用いてもよい。
【００５２】
【発明の効果】
本発明の電気泳動装置では、少なくともサンプル注入用流路と分離用流路との交差部を含むサンプル注入用流路におけるサンプル分布を検出するサンプル注入モニター機構をさらに備えているので、電圧供給機構によりサンプルを交差部へ導くための電圧を供給した後、サンプル注入用流路と分離用流路との交差部に分離に十分な量のサンプルが導かれているか否かを知ることができ、測定結果の信頼性が向上する。さらに、インジェクション条件の検討を行なうこともできるようになる。
【００５３】
サンプル注入モニター機構及び検出機構はそれぞれ蛍光検出光学系を備えたものであり、それらの蛍光検出光学系は共通の励起光源を有するようにすれば、それぞれ励起光源を備えた場合に比べて、装置の大きさを小さくすることができ、さらに装置の価格及びランニングコストを低減することができる。
【００５４】
サンプル注入モニター機構としてＬＥＤを光源とする検出光学系を備えたものを用いるようにすれば、光源自体が安価になるのでサンプル注入モニター機構を安価に構築することができ、さらに、サンプルが流路に注入される部位のレイアウトに合わせてＬＥＤアレイを配置するようにすれば、複雑な照射用の光学系を設ける必要がないので、サンプル注入モニター機構をさらに安価に構築することができる。
【００５５】
用いるチップデバイスは流路として互いに交差するサンプル注入用流路と分離用流路とを備えているものであり、電圧供給機構によりサンプルをサンプル注入用流路と分離用流路との交差部へ導くための電圧を供給した後、サンプル注入モニター機構により検出したサンプル注入用流路の所定範囲でのサンプル分布が所定時間を経過してもサンプル注入用流路の所定範囲で均一にならないときに装置を一旦停止させる制御部をさらに備えるようにすれば、サンプルの泳動の良否を自動で判定して泳動の管理を行なうことができる。
【００５６】
用いるチップデバイスは流路として互いに交差するサンプル注入用流路と分離用流路とを備えているものであり、電圧供給機構によりサンプル分離用の泳動電圧を印加したときにサンプル注入モニター機構により検出したサンプル注入用流路と分離用流路との交差部に存在するサンプルが分離用流路内へ泳動しないときに装置を一旦停止させる制御部をさらに備えるようにすれば、サンプルの泳動の良否を自動で判定して泳動の管理を行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  一実施例を示す概略構成図である。
【図２】  同実施例の動作を示すフローチャートである。
【図３】  マイクロチップの平面図、及びサンプル導入時のサンプル注入用流路と分離用流路との交差部内を示す拡大図である。
【図４】  多数の分離用流路が形成されたマイクロチップを表す図であり、（Ａ）は一方の基板の上面図、（Ｂ）は他方の基板の上面図、（Ｃ）は両基板を重ね合わせた状態での上面図である。
【図５】  サンプルを蛍光波長の異なる４種類の蛍光物質で標識し、図４のマイクロチップを用いて分離検出したときの検出信号を示す図である。
【図６】  他の実施例を示す概略構成図である。
【図７】  マイクロチップの一例を表す図であり、（Ａ）は一方の基板の上面図、（Ｂ）は他方の基板の上面図、（Ｃ）は両基板を重ね合わせた状態での側面図である。
【符号の説明】
１      マイクロチップ
３      サンプル注入用流路
５      分離用流路
７ａ    アノードリザーバ
７ｃ    カソードリザーバ
７ｓ    サンプルリザーバ
７ｗ    ウエイストリザーバ
１１      励起光源レーザ装置
１３      ビームエキスパンダ
１５      可動反射ミラー
１７，２３，３９，６９      レンズ
１９，３３      ダイクロイックミラー
２１，６１      分光フィルター
２５，４１，６５      ＣＣＤ
２７，４３，６７      ＣＰＵ
２９      サンプルインジェクションモニター光学系
３７      分光器
４５      分離ピーク検出光学系
４７      電極
４９      高電圧供給部
５９      ＬＥＤ
【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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