(57)【要約】効率的で、小さい、持ち運び可能な、交換可能な、再利用可能な、再生利用できる、マルチチャネルカートリッジを用いる生物分離システムであって、予め位置あわせされた光学部及び一体化された試薬リザーバーを有する生物分離システムである。このカートリッジは、例えば、CE分離の為の複数のキャピラリーを担持する。分離支持媒体（ゲルバッファーなど）が入っている一体化されたリザーバーは全キャピラリーが共有する。媒体の化学的性質及びキャピラリーの特性（キャピラリーサイズ、コーティング及び長さ）は各カートリッジによって決まっている。特定の試料をベースとする分離に適合させる為に、カートリッジが容易に交換されて良い。リザーバーは空圧ポンプにつながっており、分離支持媒体としてのバッファーでキャピラリーを洗浄して満たす。本発明の他の観点において、検出部位に対する精密な配列の調整が要求される光学部（入射放射線及び／又は放射線の放射を導く光ファイバーなど）はカートリッジに内蔵されている。
2004532384.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
生物分離の為のマルチチャネルカートリッジであって:
本体;
前記本体中に画定され、それぞれが検出帯を画定する、検体の為の複数の分離チャネル;
分離チャネルに共通して流体連絡(fluid communication)したリザーバーを画定する前記本体中のチャンバー、ここで当該チャンバーは、当該カートリッジがある方向で扱われる場合に、入っている分離支持媒体の漏れを防ぐ封入がされている;及び
１つ以上の入射放射線と放射線出力の為の検出帯に対して並べられた光学部位(optics);
を含んで成る、マルチチャネルカートリッジ。
【請求項２】
下記の特徴:
持ち運び可能、再生使用可能、再使用可能並びに様々な分離支持媒体及び分離チャネルの1つを有する他のカートリッジと交換可能;
の少なくとも1つを特徴とする、請求項１に記載のマルチチャネルカートリッジ。
【請求項３】
前記リザーバーに電気的に連結されている電極を更に含んで成る、請求項１に記載のマルチチャネルカートリッジ。
【請求項４】
前記リザーバーから離れている分離チャネルの各末端に電気的に連結されている更なる電極を更に含んで成る、請求項３に記載のマルチチャネルカートリッジ。
【請求項５】
前記光学部位が、本体によって末端が分離チャネルに対して並べられている光ファイバーを含んで成る、請求項１に記載のマルチチャネルカートリッジ。
【請求項６】
前記光学部位が更に、光ファイバーであって、本体によってもう一方の末端を外部放射線源に対して連結する為の位置に置かれている光ファイバーを含んで成る、請求項５に記載のマルチチャネルカートリッジ。
【請求項７】
前記分離チャネルが、本体によって支えられているキャピラリーカラムを含んで成る、請求項１に記載のマルチチャネルカートリッジ。
【請求項８】
前記分離支持媒体がゲルを含んで成る、請求項１に記載のマルチチャネルカートリッジ。
【請求項９】
前記ゲルがキャピラリー電気泳動に適した種類のものである、請求項８に記載のマルチチャネルカートリッジ。
【請求項１０】
分離チャネルを分離支持媒体で洗浄してそれで満たす為に、圧縮空気をリザーバーに導く為のインターフェースを更に含んで成る、請求項１に記載のマルチチャネルカートリッジ。
【請求項１１】
生物分離システムであって:
台座;
台座上で支えられた生物分離の為のマルチチャネルカートリッジ;
分離チャネルに対して試料の位置を合わせて分離チャネルと流体連絡する為の台座上で支えられた位置決め手段;
分離チャネルに沿って試料の生物分離を行う為の分離手段;及び
生物分離装置の動作を調節する為の調節手段;
を含んで成り、当該マルチチャネルカートリッジは:
本体;
前記本体中に画定され、それぞれが検出帯を画定する、複数の分離チャネル;
分離チャネルに共通して流体連絡したリザーバーを画定する前記本体中のチャンバー、ここで当該チャンバーは、当該カートリッジがある方向で扱われる場合に、入っている分離支持媒体が漏れるのを防ぐ為の封入がされている;及び
１つ以上の入射放射線と放射線出力の為の検出帯に対して並べられた光学部位;
を含んで成る、
生物分離システム。
【請求項１２】
放射線を検出帯に導く放射線源;及び
検出帯からの放射線を検出する検出器;
を更に含んで成る、請求項１１に記載の生物分離装置。
【請求項１３】
前記分離手段が、分離チャネルにおいて試料の電気泳動による分離をする為の電気泳動手段を含んで成る、請求項１１に記載の生物分離装置。
【請求項１４】
前記分離チャネルを洗浄して満たす為に、前記リザーバーに圧力を加える為の圧力手段を更に含んで成る、請求項１１に記載の生物分離装置。
【請求項１５】
前記分離チャネルが、本体によって支えられているキャピラリーカラムを含んで成る、請求項１１に記載の生物分離装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の背景
この出願は、２００１年１月２６日に提出された米国仮出願特許第６０／２６４，６０５号に基づく優先権を主張する。
【０００２】
１．  相互参照
２００２年１月２８日に同時に提出された（代理人整理番号:第１０３１／２０９号）「Optical Detection IN A Multi−Channel Bio−Separation System」という名称の米国特許第 号は、当該発明の譲受人である、Bio Cal Technology Inc.に与えられており、そしてそれは本明細書中に全体を参考文献として組み込まれている。
【０００３】
２．  発明の分野
本発明は生物離に関連し、そして一層詳細には光検出部（detection optics）及び試薬リザーバーを備えたマルチ分離カラムをポータブルカートリッジ並びにカートリッジを装備する生物分離システムに関連する。
【背景技術】
【０００４】
３．  関連技術の説明
生物分析、例えばDNA分析などは、精度ついての純粋な科学的探究から、証明された高い信頼性をもって日常的な手順へと急速に移り変わっている。医療研究者、薬理学者、及び法医学調査団らは全て彼らの仕事を遂行するのにDNA分析を用いる。しかし、DNA試料を検出及び測定する装置が複雑であり、そして試料を調製するのが困難である為に、既存のDNA分析手順は往々にして時間がかかり且つ高価である。従って、装置の大きさを縮小し、部品の数を減らし、そしてコストを下げ、作業中の試料の扱いを簡単にし、そして一般に、簡素化された、低コストで、高感度の検出器を備える装置であることが望ましい。
【０００５】
あるタイプのDNA分析装置は、電気泳動に依存することによってDNA分子を分離する。電気泳動技術を用いて、ヒトの同一性試験、発現解析、病原体検出、変異原検出及び薬理学的研究などゲノタイピングの用途の為に、DNAの断片を分離することが出来うる。用語、電気泳動とは、電場の影響を受けて電荷を帯びた分子が移動することを意味する。電気泳動を用いて、等しい電荷／質量の比を持つが質量が異なる分子を分離することができる。かかる分子の例はDNA断片である。
【０００６】
DNA試料を分析する為に電気泳動を使用する、商業的に入手可能な様々な器械がある。かかる一つの例には、マルチレーンスラブゲル電気泳動装置があり、それは名前が示すように、DNA試料がその上に置かれるゲルのスラブを用いる。ゲルスラブ全体に電荷が加えられ、それによりDNA試料が様々な質量のDNA断片に分離される。
【０００７】
他の種類の電気泳動装置は、キャピラリー電気泳動(CE)装置である。緩衝溶液を担持するフューズドシリカキャピラリーカラム中で電気泳動を適用することによって、要求される試料の大きさは有意に小さくなり、そして分離の速度及び解像度を、スラブゲル電気泳動法に比べて何倍にも向上させることができうる。これらDNA断片は、CEにおいて往々にして、蛍光物質で標識された試料から分離した成分に、キャピラリーの壁を通して光を当て、そして入射光によって誘起される蛍光の放射を検出することによって検出される。放射の強度が試料の成分の濃度、量及び／又はサイズを表す。かつて、レーザー誘起蛍光(LIF)検出法がCE装置の為に開発されて来た。蛍光検出は、往々にしてゲノミクス及びプロテオミクスの分野における選り抜きの検出方法である。その理由は、他の検出方法に比べて際立ったその感度にある。
【０００８】
CEに基づく装置及びCE分析プロトコルを設計することにおいて、試料検出技術に関連するいくつかの課題がある。蛍光検出の場合では、例えば、放射線源、光学的検出、感度及び検出の信頼性、光検出部(detection optics)構造のコスト及び信頼性、に対する多くの設計の検討がなされた。かつて、レーザーのような比較的高出力な光源が要求された。光がキャピラリーの壁を通ってキャピラリーの孔内で分離された試料成分に導かれた場合に、外側のキャピラリー壁／空気境界及び内側のキャピラリー壁／バッファー境界面で光が散乱(ラマン散乱)し、蛍光の放射の輝度を下げる又は悪影響を及ぼす。類似して、蛍光の放射は、壁の境界面で散乱する。かつて、一層完全に蛍光の放射を収集しシグナル強度を高め、その結果、検出感度を向上させる為の様々な方法が開発された。これらの方法は、相対的複雑性(relative complexity)を増して検出設備のコストを増やす更なる移動構成部品及び非移動構成部品を必要とする。
【０００９】
従来技術の電気泳動装置の設計上の制限は、マルチキャピラリーCEに基づく装置の開発に悪影響を及ぼした。例えば、走査型レーザー誘起蛍光(LIF)検出はマルチキャピラリー電気泳動システムに適用されてきた。走査型共焦点検出は走査型光学システムに依存する。装置の簡便さ、ローバスト性及びより低いコストを考えた場合、可動部品の使用は理想的ではない。顕微鏡対物の焦点深度が浅いことも機械部品及び光学的部品の許容基準に対する厳しい要求を課す。更に、光学的走査法は一般に、より長い負荷サイクル／キャピラリーに関連する。このことにより、よりハイスループットな目的の為に器械をスケールアップしなければならない場合、システムの感度が損なわれうる。他の検出方法には、シースフロー検出もある。シースフロー検出器の主な欠点は、信頼できるシースフローを確立する為には非常に精巧なフローシステムが要求されることである。エンドユーザーの厳しい要求に見合う為、光学的構成部品及び機械的構成部品の許容基準についての極端な要求が課される。この装置の感度は非常に良いが、この方式の蛍光検出が現在のハイスループットな低コストDNA解析に適切であるということには疑う余地がある。
【００１０】
マルチキャピラリーCEに基づく装置の設計における更なる課題は、キャピラリーの支持体に関連する。Burollaらの米国特許第５，１９８，０９１号には、長いキャピラリーアレイを用いる電気泳動の為、キャピラリーカートリッジの記載がある。この特許は、冷却流体を循環させる為のキャピラリーの周りに画定されたくぼみの空間を含みうるが、カートリッジに一体化されたパーツとしてリザーバーを含まない。Kleinらの米国特許第５，４１３，６８６号には、複数のキャピラリーを含む自動化マルチチャネルキャピラリー電気泳動分析器の記載がある。リザーバーは分析器中に示されているが、それらは複数のリザーバーであり且つそれらはキャピラリーと分離されていて、キャピラリーの支持体に一体化されてはいない。光検出部も装置中に示されているが、それらも集約型のキャピラリー支持体へと一体化されてはいない。Shartleらへの米国特許第５，３３８，４２７号には、キャピラリー電気泳動装置の為の１回使用型分離カートリッジの記載があり、それにおいてはキャピラリーチューブが同一平面状の配置で水平に配置されている。１回使用型の分離カートリッジは巨大な試薬リザーバーを半球型の試薬の滴に置き替える。
【００１１】
そしてまた、ゲル−バッファー化学反応の為の現在のシステムには、特定の用途のCE装置を使用することは可能ではない。換言すれば、現在のCE装置には、キャピラリー(様々なコーティングが施されておりそしてカラムサイズが様々である)と様々な分離用途(様々な種類、速度、解像度)の為のバッファー試薬とをマッチングさせることが必要である。
【発明の開示】
【００１２】
発明の概要
本発明は、効率的で、小型の、簡素化された、持ち運びできる(portable)、交換可能な、再使用可能な、低コストの、再生使用可能で、組み立てが簡単な生物分離の為に可動部品を使用しない、光検出部が予め位置合わせされ且つ試薬リザーバーが一体化されたマルチチャネルカートリッジ生物分離システムを用いる、生物分離システムを提供する。前記カートリッジは、例えば、CE分離の為のマルチキャピラリーを支持する。分離支持媒体(ゲルバッファーなど)が入っている一体化リザーバーは全てのキャピラリーが共有するものである。媒体の化学的性質及びキャピラリーの特性(キャピラリーサイズ、コートティング及び長さなど)はカートリッジごとに決められている。この生物分離システムにおいては、特定の試料ベース分離に適するように様々なカートリッジが容易に交換できうる。前記リザーバーは、分離支持媒体としてバッファーでキャピラリーを洗浄しそしてキャピラリーを満たす為にゲルリザーバーに圧力を掛ける空圧ポンプにつながっている。本発明の他の観点において、検出帯に対して精密に位置を合わせることが必要な光学部位(optics)(入射放射線又は放射性放射を誘導する為のファイバー光学部位など)は、前記カートリッジ内に組み込まれている。
【００１３】
本発明のある観点では、前記カーリッジがCE分離の為の複数のキャピラリーを支持する。このカートリッジには、組み立てられた本体部品、励起ファイバー、キャピラリー、電極、バッファー／ゲルリザーバー、及び外部放射線入力の為の一体化された光学部位を含まれる。前記リザーバーには全てのキャピラリーが共有する単一電極が備えられている。
【００１４】
本発明の他の観点では、光学部位がカートリッジに一体化されている。本発明の実施態様により、光学励起システムが前記カートリッジと一体化されている。この励起システムには、LEDとミクロボールレンズをつなぐことによって励起ファイバーで励起光を検出帯に導くことが含まれる。励起ファイバーは各キャピラリーに隣接するV溝アセンブリに至る。本発明の他の実施態様により、光検出システムはシャッター機構によってカートリッジと連動する。各キャピラリーの為の光検出部位、又は検出アレイは、単一の光電子増倍管につながっている。前記検出アレイには、検出帯からの放射光をミクロボールレンズ及び検出ファイバーを用いることによって平行にすることが含まれる。
【００１５】
本発明の更なる観点において、本発明は、本発明のマルチチャネル生物分離カートリッジを組み入れた生物分離装置を提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
好適な実施態様の詳細な説明
本発明は、図を参照に、様々な実施態様に関して以下に記載される。本発明は本発明者の目的を達成する最良の形態の観点において記載されているとはいえ、これらの技術の観点から本発明の精神又は範囲を逸脱することなく変化版が達成されて良いことが当業者には分かるだろう。
【００１７】
本発明は、分離された検体を検出する為の(レーザー又はLED源からの)入射放射線が、検出帯又は分離カラムの境界壁を通して導かれる、新規CEシステム及び新規カートリッジ形態に関する。本発明の方法を例示する目的でありそして限定する目的ではなく、本発明は、キャピラリー電気泳動及び放射線により導かれる蛍光に関する実施態様を参照にして記載されている。
【００１８】
図1に関して、生物分離システム、更に詳細には本発明を組み込むキャピラリー電気泳動(CE)システム(２００)の概略が示されている。このCEシステム(２００)は一般に、分離チャネル(３６)( 例えば、I.D.２５〜２００μm)を特長とするキャピラリー分離カラム(２２)(例えば、O.D.２００〜５００μm)を含んで成る。このキャピラリーカラム(２２)はフューズドシリカ、ガラス、ポリイミド、又は他のプラスチック／セラミック／ガラス性材料から作製されて良い。分離カラム(２２)の内壁(即ち、分離チャネル(３６)の壁)は、試料成分の電気泳動及び／又は導電学的移動を促す為に、帯電を高めることができる物質でコーティングされていて良い。前記分離チャネル(３６)は分離支持媒体で満たされている。その媒体は、単に、ランニングバッファー又は当業界で公知のシービングゲルマトリクスであって良い。放射線により誘起される蛍光を検出する為に、前記ゲルマトリクスにはエチヂウムブロミドなどの公知の発蛍光団が含まれる。
【００１９】
キャピラリーカラム(２２)の片端は、ランニングバッファー／ゲル(３４)のリザーバー(２８)に浸されている。前記キャピリーカラム(２２)のもう一端は、サンプルバイアル(２６)につながっている。他の実施態様において示される検出形態は、CEシステム(２０)に類似するシステム中で等しく実施できうるのもと解される。そしてまた、分離チャネル(３６)は、出口末端(exit end)がゲルリザーバーに最も近接する、検出帯である検出窓部分が有る、１本の直線状のキャピラリー又はミクロチャネルであって良く、それは我々の発明の好適な態様である。放射線検出器(２４)は、キャピラリー壁の検出帯(３０)がある透明な部分の外部に置かれる。励起ファイバー(１６)は、励起源(１８)(LED又はレーザー)から伸びてカラム壁の外側の検出帯(３０)に向けられている。カートリッジアセンブリの一部である電極(１２及び１４)は、電気泳動経路(electrophoresis path)を完結する為にバッファーリザーバー(２６)及びゲルリザーバー(２８)につながっている。
【００２０】
完全を期すために、図１及び図２に関連するCEシステム(２００)の動作を簡潔に記載することで十分になる。実施に際して、本発明の一部ではない任意の多くの方法(試料リザーバーからの動電学的注入又はシリンジポンプを用いることでの物理的な圧力による注入など)によって、ポリメラーゼ連鎖反応(PCR)装置から直接、調製済みの生物試料(DNA試料など)が、検出帯から離れたキャピラリーカラムの遠端に導入される。この試料は発蛍光団に結合する。
【００２１】
電極(１２及び１４)の間にDC電位(例えば１〜３０kV)が適用された場合、前記試料は、適用された電位の下で分離チャネル(３６)に沿って移動して(例えば、負に帯電したDNAはゲルに組み込まれ色素マトリクス／発蛍光団と共に図１に示す陽極の方へシービングゲルを移動する)試料成分のバンドに分かれる。分離の程度及び分離チャネル(３６)に沿って移動した距離の程度は多くの因子に依存する。その因子とは例えば、試料成分の移動可動性(migration mobility)、試料成分の質量及びサイズ又は長さ、並びに分離支持媒体である。分離チャネル(３６)において試料を分離する為の駆動力は、電気泳動、圧力、又は電気浸透流(EOF)の手段でありうる。
【００２２】
試料が検出帯に到達した場合、励起放射線がファイバー(１６)を介して検出帯に向けられる。試料成分はそれぞれの試料成分の濃度に比例した強度(蛍光標識物質の量に比例する)で蛍光を発する。検出器(２４)により、入射放射線のものとは異なる波長の放射された蛍光の輝度が検出される。検出される放出された放射線は公知の方法によって分析されて良い。自動化システムについて、コントローラー(３２)によりCEシステム(２００)の動作が調節される。
【００２３】
複数キャピラリーのカートリッジに基づくCEシステム
マルチチャネルキャピラリーアレイには、カートリッジ本体中のミクロチャネル(３６)によって画定された１２個の検出帯(３０)が含まれる(図２も参照のこと)。支持体のカートリッジ本体は、一体化された光学素子配列V溝へとマルチチャネルキャピラリーアレイを支持する為に、機械加工、熱形成、光エッチド又は射出形成(アクリル、PET、Ultem、Glastic、Fluorosint、又は他の光学的に透明なプラスチック)がされていて良い。本発明のカートリッジには、試料を分離及び検出する為に用いられる１２チャネルフューズドシリカキャピラリーアレイ(長さ１６cm)が、使い捨てカートリッジアセンブリの一部として含まれる。カートリッジが用いられる為の設計をされているCEシステムにカートリッジが装着される場合、ミクロチャネル(３６)と一体化される励起ファイバー(即ち、マルチモードシリカ又はプラスチックファイバー、N.A.０．２２)は検出帯(３０)に向けられる。各チャネルはLEDにつながっている。LEDの光はキャピラリー(３６)の側に発射される。この詳細な実施態様において、シービングゲルによりミクロチャネル／キャピラリーアレイ(３６)が満たされる。
【００２４】
図２には、本発明の実施態様に従いCEシステム(２００)に取り付けられ、そうすることで、マルチチャネル分離カラムの扱いが容易になり、そして検出帯をCE装置の光検出部に対して光学的に容易につなぐことが可能になる、マルチチャネルカートリッジ(１００)の図が示されている。図２には、１２キャピラリーカートリッジが設置されたCE装置(２００)(DNA分析器)の全体透視図が示されている。完全自動化されたDNA分析装置(２００)は、支持ブラケット(１６４)上で支えられたマルチキャピラリーカートリッジ(１００)に関連して２つの９６ウェルのミクロタイタープレート(７０及び７２)を移動させるモジュラーX−Z試料取り扱いトレイ機構(８０)を支える台座(７４)を有する。前記システム(２００)により、マルチチャネル分離カラムの動作が容易になり、そしてCE装置(２００)の光検出部に対して前記検出帯の光学連結を簡単にすることが可能になる。
【００２５】
カートリッジ(１００)の更なる詳細を以下に記載する。簡潔に、カートリッジ(１００)は、使い捨て及び／又は持ち運び可能、交換可能なカートリッジアセンブリ(１００)の一部として、試料の分離及び検出の為に用いられる１２本のチャネルフューズドシリカキャピラリーアレイを含む。マルチチャンネルキャピラリーアレイには、カートリッジ(１００)においてミクロチャネルにより画定される１２個の検出帯が含まれる。図２に示されるマルチチャネルカートリッジ（１００）は長さ１２〜１６cmのキャピラリー(１４０)を最大で１２本有する。マルチチャネルカートリッジ(１００)は、上方で、全部のキャピラリー(１４０)が共有する流出バッファーリザーバー(１２４)と一体化されている。流出バッファーリザーバー(１２４)は、モジュラー空圧ポンプ(７８)に対して直接連結されている。圧力ポンプ(７８)により、リザーバー(１２４)に入っているシービングゲルで全１２キャピラリーを満たし、そして再充填プロセスの間に、キャピラリーから前のランのゲルを取り除く為に必要な空圧が提供される。ゲルの粘度によっては、ゲルが満たされたリザーバー(１２４)を介しキャピラリー(１４０)に対して最大で４０PSIの圧力が適用されて良い。前記カートリッジゲルリザーバー(１２４)には、装置(２００)の内部に設置された場合に電気泳動の為に高圧電源(７６)に自動的に連結される全１２本のキャピラリーの為の共通の電極(陽極:示されていない)が内蔵して装備されている。カートリッジ(１００)に隣接する、支持ブラケット(１６４)上のファン又はPeltierクーラーにより当該カートリッジの温度調節がなされる。カートリッジは(装置側からカートリッジへと導かれる温度調節がなされた)空気を循環させる為の通気孔(流入及び排出)を有するだろう。電源(６６)によりCE装置(２００)に対するDC電源が供給される。
【００２６】
本発明の実施態様に従い、CE装置(２００)の為のコントローラー(３２)のブロック線図が図３に記載されている。このコントローラーはCPU(９１０)、PMT(１７８)(図１３)からの検出シグナルを対応するデジタルシグナルに転換するA／Dコンバーター(９１２)、及びCPU(９１０)からの指示によってCE装置(２００)の対応する部分からのシグナルを伝達及び受容しするI／Oインターフェース(９１４)を含んで成る。温度コントローラー(９１６)により、ミクロチャネル／キャピラリーアレイカートリッジ(１００)の為に電気泳動チャンバーの温度を調節するファン又はPeltierクーラー(６３)をコントロールする。前記I／Oインターフェース(９１４)は温度コントローラー(９１６)とつながっており、それはCE装置(２００)の試料注入及び電気泳動機能の為の高圧電源(７６)、励起放射線源(LEDなど)を変調する為の回路(９２１)、センサー、エアポンプ、エアバルブ、及びCE装置(２００)のX−Zステージの為のモーターをも調節する。CPU(９１０)は更に、順にデータの処理をする又はCE装置(２００)の為の更なる調節機能を実行する外付けのパーソナルコンピューター(９１８)につながれて良い。前記CPU(２１０)及び／又はPC(９１８)は、自動化マルチチャンネルDNAアナライザー(２００)の様々な特性と機能を調節する為に、National Instrument Corporationから入手できるLabVIEW(登録商標)ソフトウェアによって書かれたコントロール機能をプログラムされて良い。
【００２７】
PC(２１８)を除いて、コントローラー(３２)の構成部品は、CEシステム(２００)に搭載され、電子基盤(６４)(図２) 及び冷却ファン(６２) としてまとめられて良く、そしてシリアルポート(示されていない)を介して電気的にPC(２１８)につながれる、あるいはそれらは、CEシステム(２００)の外部の個別のコントローラーモジュールの一部分であって良い。前記CPU(２１０)及び／又はPC(２１８)は、CEシステム(２００)の為の様々なコントロール機能及び特性を達成する為のプログラムがなされている。ある実施態様において、前記PC(２１８)は、装置(２００)の為のフロントパネルコントロール（即ち、ユーザーインターフェース）を供する設定ができる。そして基盤(６４)は時差／時分割(time multiplex)検出コントロールを供する設定がなされて良い。本明細書中で開示された機能及び特性を与えるプログラムコードを実行することは当業者にとっては明らかであろう。A／C電力フィルター／スイッチ(６８)(図２)が装置(２００)に備わっている。
【００２８】
試料の注入は動電学的方法によって達成される。DNA試料の動電学的注入及び分離をする為に、ゲルで満たされたキャピラリーに対して０〜２０kVの電場を送る為に高圧電源(８０)が用いられる。１２個のLEDの広帯域の光エネルギー(FWHM＝４７nm)はそれぞれ、分離されたDNA断片を励起する為に、カートリッジ(１００)内部のキャピラリーの検出帯のそれぞれに対して個別の光を伝達する光ファイバー(マルチモードシリカ又はマルプラスチックの２００ミクロンコアファイバー、N.A.０．２２)に依存する。
【００２９】
実施に際して、試料取り扱いトレイ輸送機構(８０)、そして９６ウェルプレート(８×１２)が用いられ、増幅されたDNA試料(又は検体)が各ミクロ孔チャネル(３６)に導入される。ミクロチャネル(３６)の内側は、ポリイミドを塗布されている又は分離カラムとして用いられるより小さな内径(２５〜１００μｍ)のキャピラリーチューブ(２２)である。X−Z輸送機構(８０)は、試料を運ぶウェルの列をキャピラリーチップの列の下に動かし、そして当該チップがウェルに浸る。電圧を適用することよって、動電学的な注入により既知量のDNA試料が分離カラム(１４０)の始めに移動する。注入の後、試料トレイ(７２)からのDNA試料はトレイ(７０)からのランニングバッファーに置き換えられて良い。あるいは、注入の後、輸送機構(８０)は、カートリッジの下の位置に、バッファー溶液を含む１２ウェルの列を動かし、DNA試料が入っている１２ウェルと置き換える。キャピラリー分離チャネル及びミクロチャネル(３６)の全長に高電圧を適用することにより、DNA試料のDNA断片への分離が達成される。最大で１０００V／cm(一般に３００V／cm)の高電圧が適用され、それにより分離チャネルの全長に沿って１０分未満での迅速な分離が供される。総分離長は検出帯迄で最大で約１２．５cmである。ミクロチャネルの内部に挿入された分離キャピラリーの長さは、約６．５cmである。単一分離及び検出キャピラリーとしてゲルリザーバーの内側にあるI.D.７５ミクロンの単一キャピラリーの端から端までの長さでありうる全作用長(active length) １６〜１７cmに高電圧が適用される。電気泳動中、DNA断片がシービングゲルを通過する速度はそれらの質量に反比例する。即ち、より軽い(又はより小さい)DNA断片がより重い(又はより大きな)ものより一層速く移動する。断片が分離カラム(２２)の末端に近づき、そして検出帯(３０)に入るにつれて、１２個のLED(示されていない)それぞれからの励起光エネルギーが検出窓の外側からの個々の光伝達光ファイバーによって分配され、試料トレイ(７２)から移動するDNA断片を照らす。DNA断片がシービングゲル、又は直鎖状ポリマー溶液(２５mMのMops−トリス pH７．５５など、1999年4月1日に出版された「Pace Setter」第3巻を参照のこと)を通過するにつれて、シービングゲル内でDNAが色素（エチヂウムブロミド）と相互作用することにより、移動するDNA断片を検出することが可能になる。実験により示されたことは、１００ng／ml（０．０２ngのHaeIII がφX１７４DNA試験混合物を消化する）の検出感度が達成されたことであり、それは同じ相互作用色素を用いる通常のスラブゲル電気泳動装置よりも数倍オーダー良い感度である。１２個のLEDが（サンプリング周波数１０〜１００Hzで）時分割されている場合、１２個の放射検出ファイバーと連動する１２個の放射シグナルは、単一ファイバー束アセンブリを経て単一のPMTに時差的態様で到達するだろう。
【００３０】
異なる試料でする次のランの準備の為に、リザーバーに圧力を加えることによって前のランでの古いゲルがキャピラリーから取り除かれ、新鮮なゲルでキャピラリーが再充填される。トレイ（７０）及びトレイ（７２）が洗浄溶液、回収廃棄物、及び試料を運ぶ。パージングされたゲルは、トレイ（７０）及び（７２）のいずれか１つの廃棄物回収ウェルの列にキャピラリーのチップの先端の位置を合わせることによって１つのトレイに回収される。キャピラリーの先端は、適切なトレイウェル中の水又は洗浄溶液にキャピラリーの先端の位置を合わせて浸すことによって洗浄されて良い。キャピラリーが再充填されて次のランの準備が整った場合、キャピラリーの先端は、トレイ（７０及び７２）の位置が再度合わされることによって試料中に浸される。上記に説明したプロセスの順番はコントローラー（３２）の自動化機能の一つとしてプログラムされていて良い。
【００３１】
キャピラリーの出口でゲルリザーバーに流れる試料検体はリザーバーの容積に比べて少ない量及び少ない体積濃度であり、過去のランの検体が極僅かな量でのみゲルリザーバー内にあるので、そのゲルリザーバー内で検体が混合されることが予測され、そして次のランの為にキャピラリーを再充填するゲル中に最終的に分配されることが知られている。この極微量の検体によるノイズは、データ解析において、検出されたシグナルから容易に省くことが出うる比較的低いバックグランドノイズであろう。
【００３２】
図４〜９にはカートリッジの為の構成部品を組み立てる段階が示されている。ここでそれらは説明の目的で記載されており、そして限定する意味では記載されてはいない。図４には、カートリッジ（１００）の下部体（１１０）が示されている。下部体（１１０）の上部末端には励起ファイバー（１１６）の部分が通され設置される穴（１２６）があり;励起ファイバー（１１６）は、これらの穴を通り設置された後に、所定の位置で固定される（これらの構成部品を固定化する他の手段も用いられて良い）。下部体（１１０）の下方の末端には電極（１１４）があり、それらも固定（又は１１０の部分として挿入成形）されている。キャピラリー（１４０）（図７）は穴（１３９）に挿入されてこれらの電極（１１４）へ導かれる。１２キャピラリーカートリッジについて、２倍多い励起ファイバー（即ち、２重波長検出型へアップグレードする場合の、２４本の励起ファイバー）がある。これらの励起ファイバー（１１６）は１２本のキャピラリー(１４０)を中心として交互に配置される。このことは、キャピラリー（１４０）の為にファイバーの穴（１２６ａ及び１２６b）が励起ファイバー（１１６a及び１１６b）のそれぞれ（図４）の為に使用されて良い為、一層明確に分かる。
【００３３】
図５には、図４の下部体(１１０)へカートリッジ中部体（１２０）加えることが示されている。このカートリッジ中部体（１２０）は、部品（１３２）が励起ファイバー（１１６）又はキャピラリー（１４０）の通り道を遮断しないように設計されている。部品（１３２）は、励起ファイバー（１１６）を取り囲まないジグザグの形（zigzag design）であり、そしてそれはカートリッジが動作されている間は一般に水平である。部品（１３２）も、更なる図で示されるように、キャピラリー（１４０）が通され設置される穴（１３８）を有する。リザーバー部分を形成するだろう中部体（１２０）の上末端（１３１）も、キャピラリー（１４０）が通り設置されるだろう穴（１３９）を有する。
【００３４】
図６に示されるように、カートリッジの中部体（１２０）が下部体（１１０）にマウントされた後、ポリイミドが塗布されたキャピラリー（１４０）は、キャピラリーホール（１３９及び１３８）を通りそれらが下部体(１１０)の下の端に至り設置される（図７を参照のこと）。キャピラリー（１４０）は、検出窓を供する為にポリイミドコーティングが取り除かれた、予め焼かれた（pre−burned）窓を持つ。キャピラリー（１４０）をカートリッジの中部体（１２０）に固定化する為に留め金（１３６）が用いられて良い。中部体（１２０）の上部末端（１３１）はリザーバーへと伸びるキャピラリーの為の共通する電極（陽極）（１３４）である。
【００３５】
図８には、中部体（１１０）及び下部体（１２０）がそれぞれ組み合わさったカートリッジが示されている。キャピラリーは、（リザーバーの為の穴（１３１）でキャピラリー先端（１４１）が突き出た状態で）中部体（１２０）の上部末端から電極（陰極）を伴う下部体（１１０）の底部に伸びる。キャピラリーの検出帯（１５５）も示されている。励起ファイバー（１１６）はファイバー穴（１２６）（図４も参照のこと）を通って、励起ファイバーからの光がキャピラリーに向けられるV字ブロックアセンブリ（１５０）に至ることが示されている。
【００３６】
図９には、カートリッジの背面図が示されている。カートリッジは全キャピラリーが共有する上部／出口バッファーリザーバー(１３０)が一体化されている。このゲルリザーバー(１３０)は、シーリングとしてのOリングにより中部体(１２０)に取り付けられている。ゲルリザーバー(１３０)は約１８ccの容量があり、そしてゲルの高さを確認する為の透明、又は澄んだ窓を各側面に有する。ゲルリザーバー(１３０)はモジュラー空圧ポンプ(７８)につながっている(図２も参照のこと)。圧力ポンプ(７８)により１２本のキャピラリーをシービングゲルで満たす為の空気圧が提供される。ゲルの粘度によって、最大で４０PSIの圧力がゲルで満たされたリザーバーを通してキャピラリーに適用される。カートリッジ(１００)は中部体(１２０)の上部の穴に単一電極(陽極)を有し、そしてカートリッジアセンブリの一部として下部体に複数の電極(陰極)(１１４)を持つ。カートリッジのゲルリザーバー(１４０)は全１２本のキャピラリーに共通する内蔵電極(陽極)(１３４)を備えている。その内蔵電極は、装置(２００)(DNA分析器)の内部に備わった、電気泳動の為のシェルフポゴピン(shelf pogo−pin)により高圧電源(７６)に自動的につなげられる。商業的に入手可能な高圧電源(即ち、Emco)は、動電学的注入をする為及びDNA断片を分離する為に、ゲルが満たされたキャピラリー(１４０)に対して０〜２０kVの電場を与える為に用いられる。
【００３７】
ゲルが入っているリザーバー(１３０)は、ゲルの漏れが無い状態でカートリッジが扱われる事が可能になるように、例えば、ハーメチックシール(hermetically sealed)するなど、封入される(キャピラリー孔内での表面張力及び高い粘度が理由で、キャピラリー先端での極僅かな漏れ又は露出はある)。カートリッジ(１００)は、ポンプ(７８)からカートリッジ中へと空気圧を供給する、装置に設置された針(又は鋭い物体)が貫通するゴムセプタム(示されていない)を有する。これにより各分離ランの後に空圧によりキャピラリーをゲル／ブァッファー溶液を満たし、そしてプロセス中に以前のランの古いゲルを取り除くことが可能になる。この方法によりカートリッジのリザーバー内部にゲルを適切に封じ込めることが確実となり;それにより、ゲルリザーバーへのアクセス、並びにCE分離を行う為に高電圧を適用する前、キャピラリーをゲルで満たす為に十分な空気圧を供給する単純且つ信頼性ある手段も供される。
【００３８】
カートリッジ(１００)は検出プローブ(１７０)がはめ込まれる光検出ポート(１６１)も持つ。これらそれぞれの光検出部ポート(１６１)により、放射収集部の為のミクロレンズ(１６６)が設置され、そしてエラストマーレンズリテイナー(１６８)が設置される。カートリッジはシャッターカバー、又はマルチチャネルアパチャーストリップ(１４２)を光検出部ポート(１６１)に有する。アパチャーストリップ(１４２)は、約０．５mm厚の薄いポリエステル物質であって良く、それにより全ての塵粒又は異物の光収集領域内部への侵入が防がれる。光収集部位を含む検出アレイ(１７０)がカートリッジに入る場合アパチャー(１４２)が開くだろう。検出アレイ(１７０)がカートリッジアセンブリから外される場合アパチャー(１４２)は閉じるだろう。シャッターは、それが装置の光検出部位と連動させられている場合に開く機械的カバー又は窓であっても良い。
【００３９】
フロントカバー(１４６)とリアカバー(１４８)を伴うカートリッジを組み立てる最後の段階が図１０に示されている。リアカバー(１４８)には各光検出部ポート(１６１)の為の穴(１６２)がある。キャピラリーを冷やす為にそれを通ってカートリッジ内部に冷たい空気流が入る空気穴(１６５)も穴(１６２)の上にある。
【００４０】
図１１及び図１２には、放射収集ファイバーアレイ(１７０)がより明確に分かるカートリッジ(１００)の背面図(１２４)が示されている。図１２には下部体(１１０)は前後、左右対称であることが示されている(即ち、向かい合わせの(mirrored)LED(１８４ａ及び１８４b)を参照のこと)。図１３には、ファイバーコネクター(１７４)及び放射フィルター(１７６)を通って単一の光電子増倍管(PMT)(１７８)につながる、放射収集検光出部アレイ(１７０)からの検出プローブ(１７１)を伴うカートリッジ(１００)の部分透視図が示されている。
【００４１】
図１４には励起光学システム及び放射光学システムに沿ったカートリッジ(１００)の部分図が示されている。前記カートリッジ(１００)はサポートフレーム(１６４)によって支えられている。このカートリッジはこのサポートフレーム(１６４)を通じて装置内部に設置される場合、LEDモジュール／バレルアセンブリとの機械的な位置合わせをされる。カートリッジの下部体(１１０)の構造は、光学部アライメント手段又はレンズバレルアセンブリ(１８８)のカートリッジ内部の励起ファイバーへの連結を担う。励起システムには、ミクロボールレンズ(１８２)とそれぞれのLED(１８４)をつなぐことが含まれる。LED(１８４)からの励起光は励起ファイバー(１１６)を通ってキャピラリー(１５５)の検出帯に向けられる。放射システムには、カートリッジ(１００)の背面に連結されている放射収集ファイバーアレイ(１７０)が含まれる。
【００４２】
カートリッジは、ミクロ光学検出モジュールを容易に装置(２００)内部で整列させるアライメント機能を有する。光学検出アレイ(１７０)及びLEDアレイ(１８４)は全てばね仕掛けにされており、そうすることで、レンズバレルアセンブリ(１８８)(即ち、LED又はファイバーフェルール)ごとに、カートリッジに対して信頼性があり且つ反復可能な配置にする為の追従力が独立的に供される。カートリッジは全て、以下に詳細が示されるように、装置からのスプリング及びばね仕掛けアレイをに対応する適切な円錐型特性(即ち、コニカルレンズシーティング(１８６))を有する。
【００４３】
励起システム
図１５には、励起システムを示す図１４の部分Aをより近くで見たものを示す。これも図１３のカートリッジ部分Aの斜視断面図である。励起システムは、(図１１に示されるように)使用中カートリッジにはめ込まれている(図１０)励起サポートフレーム(１６４)によって支えられている。励起ファイバー(１１６)は光を受けて光をその経路に沿ってキャピラリー検出帯(１５５)に導かなければならないので、この励起システムは、LED(１８４)からの必要な光をボールレンズ(１８２)を通して励起ファイバー(１１６)に入れることを可能にする設定がされなければならない。励起システムには、ボールレンズ(１８２) 、LED(１８４)、及びエラストマースプリング(１９０)( それらは全てレンズバレル(１８８)内に配置されている)、コイルスプリング(１９２)、励起サポートフレーム(１６４)、リテイナー(１９４)、LEDリード線(１９６)が含まれる。レンズバレル(１８８)の中で、エラストマースプリングがLED(１８４)をボールレンズ(１８２)に対して傾かせる。励起サポートフレーム(１６４)上に位置するコイルスプリング(１９２)によりレンズバレル(１８８)において軸及び角度コンプライアンスが供され、従って、ボールレンズ(１８２)を正確にコニカルレンズシート(１８６)の真中に合わせることが可能になる。これらのバイアシングフォース(biasing force)はどちらも、LED(１８４)からボールレンズ(１８２)を通じて励起ファイバー(１１６)へ移動する励起光の為のより近い接触経路を提供する。
【００４４】
(各キャピラリーについて)２つの波長の為の２本の励起ファイバー(１１６)はカートリッジ(１００)の内部で統合され、キャピラリー検出帯(１５５)の近くで配列が固定される。カートリッジがCE装置(２００)(即ち、DNA分析器)内部に設置された場合、これら２本の励起ファイバー(１１６)は２つのLED(１８４)(例えば、２つの異なる色:５２６nmと４７３nm)へつながれる。２つの色は２色放射フィルターによって検出モジュールで(PMTモジュール(１７８))で分離及び検出されうる。カートリッジ(１００)は、DNA断片を分析する用途の為に単一色検出能力を有して良く、そして他の用途の為に２色検出能力を持つようにアップグレードされても良い。本発明の譲受人であるBioCal Technologyに対して同一に与えられ、本明細書中に参考文献として組み込まれた、２００１年１０月１９日に提出された(代理人整理番号:第１０３１／２０７号)、「A portable Multi−Color Multiplexed Analysis Electrophoretic Device」という名称の米国特許仮出願第 号に言及される。
【００４５】
検出システム
本発明の譲受人であるBioCal Technologyに対して同一に与えられ、本明細書中に参考文献として組み込まれた、２００２年１月２８日に提出された(代理人整理番号:第１０３１／２０７号)、A portable Multi−Color Multiplexed Analysis Electrophoretic Deviceという名称の米国特許仮出願第 号は、更に詳細には、カートリッジ（１００）が用いられる設計がされたCEシステム(２００)に適用できる時差／時分割検出機構に関する。
【００４６】
図１６では、検出、又は放射のシステムを示す図１４の部分Bをより近くで見たものを示す。光源（LED（１８４）など）からの励起光は励起ファイバー（１１６）を通りキャピラリー（１４０）の検出帯（１５５）に至る。ファイバーフェルール（２１０）が、V溝ブロック（１５０）内に差し込まれている励起ファイバー（１１６）の補強及び保護をする。２本の励起ファイバー（１１６）は、１つのV溝ブロック（１５０）へと導かれることがあり、両者はV溝ブロック（１５０）の下部の傾斜した２つの穴から光を導いて良い。各励起ファイバーとキャピラリーとの位置合わせをする為の好適な実施態様は、励起ファイバーとキャピラリーを双方互いに正しい位置でそろえる（nest）、単一ブロックを盛り込んだ機械化V溝である。このブロックは、鋳造部品の為の道具を用いることによって又は射出形成によって作製されて良い。また、V溝よりも正確にキャピラリー及びファイバーが機械化穴に詰め詰め込まれるだろう、十字の穴が空いた（cross drilled）ねじ切り盤部品が用いられても良い。
【００４７】
励起光が検出帯（１５５）に向けられる場合（図１７を参照のこと）、励起平面に対して９０度の角度で、検出システムが放射光、又は放射シグナルを検出する。放射ファイバー（１８０）は液体又はゲルの外部にあるので、放射ビームを平行化する平行光部(collimination optics)が必要である。励起ファイバー（１１６）の開口数により、検出帯に近いゲルの内部で放たれる出力密度が決まる。励起光源としては、比較的安価であるLED（１８４）又はレーザー（ 固体状態レーザー、ガスレーザー、色素レーザーなど）であって良い。分離された成分又は検体からの検出帯での蛍光の放射はミクロレンズ（１６６及び１６７）を介して収集され、そして放射収集ファイバー（１８０）を通って検出器へ向けられる。これら２つのボールレンズ（１６６及び１６７）の間はスペーサー（２０６）である。キャピラリー（１４０）は、放射をミクロレンズ（１６６及び１６７）に向ける為に、透明な壁又は透明な窓を備える不透明な壁を有して良い。レンズ（１６６）は放射を収集する為に用いられ、そして好ましくは高収集角度特性（high collection angle property）を有する（例えば、Swiss Jewel Company製の＃B2.00モデルのサファイアミクロレンズは開口数（N.A.）が高いことで焦点距離が短くｎ＝１．７６の屈折率を有する）。レンズ（１６７）は、サファイアレンズによって生産された平行化放射光を放射ファイバー（１８０）につなぐ為のもの（例えば、Swiss Jewel Co.から入手できるBK−7ミクロレンズ）である。次いで、励起光よりも高い波長（例えば、５７０〜６３０nm）の蛍光光は、大核光ファイバー（１８０）（O.D.３７０μm、N.A.０．２２のファイバー、のみならずO.D.１００〜１０００μｍ、N.A.０.１２〜０．５でも良い）によって（例えば５７０〜６３０nmを用いる）色分離長路放射フィルターを通して検出器（例えば、R５９８４ Hamamatsu光電子増倍管（PMT））に導かれる。放射シグナルは、励起ファイバー（１８０）によって検出モジュール（PMT検出器(１７８)）へと中継される。検出モジュールでは、放射シグナルが単一又は複数の放射フィルター（１７６）によってろ過され、時分割（時差的）機構で読み込まれる（検出される）。検出ファイバー（１８０）は、図１３に記載及び示されるように、光検出システムとの関連において一層明瞭に理解することができる。
【００４８】
検出帯は、物質の性質、入射放射線、及び蛍光の放射によっては、境界の画定が十分になされた完全に限定された領域である必要がないことが更に分かっている。一般に、励起ファイバーからの光が当てられる領域は蛍光の放射を生じ、そして光検出部は、かかる蛍光の放射を捕らえる狙いがある。励起ファイバーからの光は検出体の外部で蛍光の放射を生じ、そしてこの部分内からの放射の一部は光検出部位によって検出されなくても良い。励起ファイバーが検出帯により近くなる又は励起光の出力密度がより高くなると、より強い放射シグナルが収集される。
【００４９】
本発明のマルチキャピラリーCE装置では、蛍光励起光源は超高輝度青LED又は超高輝度緑LEDであって良い。光源としてのLEDの魅力的な特性は、それらが低コストであり、大きさが小さく、寿命が長く、ノイズが低く輝度が安定しており、そして直接電気変調（direct electronic modulation）が可能なことである。本発明において熟慮されるLED（Aglientから入手するHLMP−CB１５及びHLMP−CM１５）はInGaN材料技術に基づいており、平均光出力は２．５〜３mWである。InGaN LEDのスペクトル特性がそのピーク波長及び半値幅（ｎｍ）で示すことは、これらのLEDは、４４０〜５７０nmの範囲に励起スペクトル色素伴う蛍光(例えば、フルオレシン、ローダミン、エチヂウムブロミド、チアゾールオレンジ)を励起する為に用いられて良く、そして１Hzから１００MHzの範囲の周波数で用いられて良いと言うことである。これらのLEDの応答時間は非常に長い(数百ナノ秒)ので、それらを（パルスモードでは最大で１００mAの）より大きな順電流(forward current)でパルス化させ、高い放射ピークを得ることができうる。LEDのパルス化動作は、一般に、トランジスター駆動回路によって達成できる。有意により高いピークのLED光出力が、DC動作よりも低い負荷サイクル（即ち、５％、１０％、２５％又は５０％）で、大駆動電流(large drive current)により実現されて良い。
【００５０】
異なる色のLED（即ち、青又は緑のLED）が様々な発蛍光団（様々な用途の）を励起する為の励起源として使用できうる。好適な実施態様では５００〜６００nmの波長において、詳細には５２４nmでLEDを用いる。1本又は２本のファイバーを用いてミクロチャネルに２つの波長をもたらす２重波長検出装置の為の現行の設計に対して、第２のLEDモジュール、又は第２のカラーLEDが加えられて良い。現行の検出／分離プラットホームは、第２PMTと励起部及び収集部を持つ２重LEDモジュールで拡張でき、マルチ波長蛍光検出DNA断片検出器が提供されて良い。
【００５１】
励起光源はLEDからレーザーダイオード（半導体固体状態レーザー）へ変える事もできうる。もう一つには、それらはパルスレーザー(固体状態レーザー、ガスレーザー、色素レーザー、ファイバーレーザーなど)であっても良い。LED（即ち、緑、５２４nm）を用いる主な理由は、それらの低コスト性、超高輝度及び大きさが小さいこと（small  package）にある。分離する検体へ励起光を分配する為に、キャピラリーに対してファイバーを連結する機構又は直接端と端を連結する機構のどちらかを用いることで、表面実装型（SMT）のLEDも使用できうる。この装置の為の代わりの光源は、４００〜８００nmの範囲のレーザーダイオードであろう。
【００５２】
本発明の本質を含む装置はDNA分子以外の生体分子を分析する為にも用いられて良いことは当業者によって明らかであるだろう。例えば、本システムは、分離ゲル又はバッファーを換えることによって、タンパク質、炭水化物、及び脂質など生体分子を分析する為にも改変できうる。様々なバッファー／ゲルの化学的性質、キャピラリーなどを有する本発明の多くのマルチチャネルカートリッジを用いること、及び特定のバッファ／ゲルの化学的性質とキャピラリー（特定の内部壁コーティング及び絡むサイズを持つ）を適合させることで、特定の試料をベースとする分離用途及びラン条件を適合させる為に容易に交換され、様々な分離、タイプ、速度、解像度などが達成されて良い。同カートリッジは取って置かれ、そして今後の分離ランの為に再使用されて良い。従来技術のCEシステムに比べて、様々な試験をする為に本発明のカートリッジ（１００）を用いことでCEシステム（２００）を準備し立ち上げる時間を有意に減らすことができうる。何故なら、分離カラム、分離媒体、及び少なくともキャピラリーに対して精密に配置の調整をする必要がある光検出部が全てカートリッジの中に内蔵されているからである。カートリッジが再使用できることによりCEシステムの為の材料費が有意に削減される。そしてまた、色素が挿入されているゲルマトリクスはカートリッジ内部でハーメチックシールされているので、それにより環境的に安全な／「緑の」製品の為の良い溶液が供される。発蛍光団及び／又はゲルマトリクスは、発ガン性物質及び環境と健康に害のある他の物質を含みうる。カートリッジの内部にゲルを詰めることによって有意に取り扱いが簡単になり且つ安全性が向上する。カートリッジは環境上安全な態様に従って、回収及び廃棄されるか、又はカートリッジは、環境に対して害を与える事を避ける為に、熟練工によって使用済み部品を交換もしくは修復することで、再生使用可能であって良い。
【００５３】
この自動化され、そして統合された光学部を伴うモジュラー及び自己配置（移動ミクロ光学部品がない）マルチチャネル法により、装置の動作が単純になり、ハイスループットが供されるが一層信頼性は高まる。分離チャネルに対して光学部が内蔵され予め並べられたカートリッジ（１００）は、容易にCEシステム（２００）へとはめ込むことができうる。更に、このマルチチャネル検出機構は検出感を損なうことなく、検出チャネルを１２超もしくは偶数（９６チャネルなど）に拡張もしくはスケールアップできうる。この単一時時分割型の検出方法の他の利点とは、任意の他のハイスループットLIF検出機構と比べてチャネル間でのクロストークが殆ど無いことである。
【００５４】
上記の実施態様において、複数の放射線源は同じ波長であるが、複数の放射線源を様々な波長に設定すること、特異的な試料、試料に基づく検出手段及びゲルの化学的性質を、異なるキャピラリーにおいて補足することは本発明の精神及び範囲内である。
【００５５】
検出の為の入射放射線は検出帯に当てられて良く、そして／又は当該検出帯からの放射線放射は分離媒体に沿って軸方向に出力されて良い。風にさらされた検出帯が適用されて良い。本明細書中に参考文献として組み込まれた、２００２年６月２２日に全て提出された、Optical Detection in Bio−Separation Device Using Axial Radiation Inputという名称の米国特許第０９／８８７，８７１号; Optical Detection in Bio−Separation Device Using Axial Radiation Ouputという名称の米国特許第０９／８８７，９５３号;及び Optical Detection in Bio−Separation Device Using a Winded Detection Zoneという名称の米国特許第０９／８８７，８７２号に言及される。
【００５６】
本発明の低コスト装置は使い捨て／再生使用可能（大部分のカートリッジ本体のパーツは修正され、そして梱包又は再利用されうるのが理由である。キャピラリー及びゲルのみが交換されるだろう）マルチチャネルカートリッジデザイン、蛍光検出システム、及び内蔵式試料取り扱いトレイ（９６ウェルプレート）機構を有する。試料の分析がたった４〜１０分／１２チャネル（１２個の試験試料について１２の並列する結果）で完了することが実験により証明された。DNA分析システムは、注入〜検出〜断片データ収集までの完全なDNA断片分析を処理するオールインワンハイスループットワークステーションである。本発明の記載された検出モードを用いる単一キャピラリーの検出感度は、（HaeIII 消化φX１７４バクテリオファージDNA試験混合物を用いて）分離時間１０分未満で０．０２ngのDNA断片のオーダーである。このような並行して１２本のマイクロチャネル／キャピラリーを動かす方法により、全１２個の電気泳動された試料に関する結果が１０分以内に出る。このような分離スピード及び検出感度は、一般のスラブゲル電気泳動法よりも数倍のオーダーで良い。
【００５７】
本発明は好適な実施態様を参考にして詳細に示されているが、方法と詳細の変更は本発明の精神、範囲並びに教示を逸脱しないことは当業者によって理解されるだろう。励起放射線源は、例えば、LED、レーザーダイオード(半導体固体状態レーザー)、パルスレーザー(固体状態レーザー、ガスレーザー、色素レーザー、ファイバーレーザーなど)、又は他の放射線源であって良い。LED(緑、５２４nm)は低コスト、超高輝度、及び大きさが小さい(small package)ことを伴う。本発明の為の比較的安価な別の光源は、可視の、UV及び／又は赤外領域のレーザーダイオードであって良い。例えば、４００〜９００nmの領域、そして更に詳細には４００〜６００nmの領域のレーザーダイオードなどが用いられて良い。
【００５８】
本発明の本質を含む装置もDNA分子以外の生体分子を分析する為に用いられて良いことは当業者によってあきらかであるだろう。例えば、本システムは、分離ゲル又はバッファーを換えることによって、タンパク質、炭水化物、及び脂質など生体分子を分析する為にも改変できうる。
【００５９】
本発明の検出機構はキャピラリー電気泳動及び放射線が誘導した蛍光の検出と関連して、例としてそして限定を意図したものではなく記載されている。本発明は、電気泳動以外の生物分離現象に基づき分離される検体の検出、及び蛍光の放射以外、例えば、リン光、発光及び化学発光など、他の種類の放射線放射による放射線の放射の検出、並びに吸光度に基づく検出にも使用できることが理解される。
【００６０】
更に、実施態様において記載された分離チャネルは円筒カラム又はチューブによって画定されているが、本発明の概念は、オープンチャネルによって画定される分離チャネル、例えば、基盤(ミクロ流体型装置又はバイオチップ)中でエッチングすることによって画定されるミクロチャネルにも、等しく適用できるものと解される。
【００６１】
輸送機構は、水平面でトレイを移動するように設定されて良く、そして、トレイに対してカートリッジを垂直に近づける為の更なる輸送機構が供されて良い。
【００６２】
従って、開示された発明は単なる例示であると考えられ、添付のクレームに特定するだけの範囲で制限されると考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
本発明の性質及び利点の理解、並びに好適な利用の形態を十分にする為に、付随する図面に読まれる伴い次の詳細な説明が参照されるべきである。以下の図面において、参照番号は、図面全体の同じ又は類似する部分を示す。
【図１】本発明を組み込むキャピラリー電気泳動システムの概略図である。
【図２】本発明の実施態様に従う、キャピラリー電気泳動システム／装置の概略図である。
【図３】コントロールシステムの線図である。
【図４】励起ファイバーを伴うカートリッジ下部の透視図である。
【図５】連結される前のカートリッジ中部と励起ファイバーを伴うカートリッジ下部の透視図である。
【図６】連結された後のカートリッジ中部と励起ファイバーを伴うカートリッジ下部の透視図である。
【図７】図６のカートリッジ中部とカートリッジ下部がキャピラリーと組み合わされる前の透視前面図である。
【図８】カートリッジ中部及び励起ファイバーを伴う下部とキャピラリーとが合わされた後の透視前面図である。
【図９】ゲルリザーバーを伴うカートリッジ中部及び下部の透視背面図である。
【図１０】ゲルリザーバーを伴うカートリッジ中部及び下部並びにフロント及びリアカバーの透視前面図である。
【図１１】光検出部が挿入されたカートリッジの透視前面図である。
【図１２】励起及び放射光学システムを伴う図１１のカートリッジの部分透視前面図である。
【図１３】カートリッジと検出システムの配線図の部分透視図である。
【図１４】励起及び放射光学システムを伴うカートリッジの部分透視前面図である。
【図１５】図１４の部分Aの拡大図及び図１３に示されるカートリッジ部分Aの部分透視図である。
【図１６】図１３に示されるカートリッジ部分Bの部分透視図である。
【図１７】レンズ、プルーブ、キャピラリー、及び励起ファイバーを伴う検出帯の部分透視図である。
【図３】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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