(57)【要約】本発明は、ふるい分けマトリックスのための少なくとも１つの２プレートハウジングを含有する電気泳動チャンバーを含む電気泳動装置を提供し、少なくとも１つの２プレートハウジングは、カバープレートと、ふるい分けマトリックスを入れるためのプレートとからなり、プレートは、基準方向に沿ったふるい分けマトリックス上への１つ以上の入射光線が、ふるい分けマトリックスの幅に沿って相互作用の所望の長さ以内に、基準方向に沿って充分限定して維持されることを可能にするように、基準方向に整列されることを特徴とする光導波路アレイを含む。
2004505271.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料の電気泳動用のふるい分けマトリックスを入れるためのプレートであって、基準方向に沿ったふるい分けマトリックス上への１つ以上の入射光線が、ふるい分けマトリックスの幅に沿って相互作用の所望の長さ以内に、基準方向に沿って充分限定して維持されることを可能にするように、基準方向に整列されることを特徴とする光導波路アレイを含むプレート。
【請求項２】
ふるい分けマトリックスは、入射光に対して透明のゲルである、請求項１のプレート。
【請求項３】
ゲルは、ポリアクリルアミドまたはその誘導体である、請求項２のプレート。
【請求項４】
光導波路アレイは、単一の光導波路を含有する、請求項１〜３のいずれか１項のプレート。
【請求項５】
光導波路アレイは、複数の光導波路を含有する、請求項１〜３のいずれか１項のプレート。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項のプレートであって、光導波路は少なくとも１つの導波路ユニットを含み、各導波路ユニットは、導波路ユニットに対して入射する、基準方向に沿ったふるい分けマトリックス中の回折光線が、基準方向に沿って再び焦点を定めることを可能にし、こうして基準方向に沿ったふるい分けマトリックスの少なくとも一部内に、光線を充分限定して維持することを可能にすることを特徴とする、上記プレート。
【請求項７】
導波路は、基準方向に沿って直列で整列された複数の導波路ユニットを含む、請求項６のプレート。
【請求項８】
少なくとも１つの導波路ユニットは、凸形のレンズである、請求項６または７のプレート。
【請求項９】
凸形のレンズは、基準方向と直交する方向に延長する突出部として形成される、請求項８のプレート。
【請求項１０】
凸形のレンズは、基準方向と直交する方向に延長する光ファイバーセグメントとして形成される、請求項８のプレート。
【請求項１１】
請求項６〜１０のいずれか１項のプレートであって、少なくとも１つの導波路ユニットは、基準方向にかつふるい分けマトリックスについて、試料の移動方向に実質的に直交する方向に中央の軸を有する、実質的に円筒の形である、上記プレート。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか１項のプレートであって、ふるい分けマトリックスに入射する光線は、導波路の少なくとも１つの端に位置する少なくとも１つの光連結要素を介して送られ、光連結要素を介して送られる光線は、最初の導波路ユニットの前に位置するコリメーターにより平行にされる、上記プレート。
【請求項１３】
少なくとも１つの光連結要素は、光ファイバー要素である、請求項１２のプレート。
【請求項１４】
コリメーターは凸形のレンズである、請求項１２または１３のプレート。
【請求項１５】
光線はレーザー光である、請求項１〜１４のいずれか１項のプレート。
【請求項１６】
プレートはプラスチック材料で作られる、請求項１〜１５のいずれか１項のプレート。
【請求項１７】
請求項１〜１６のいずれか１項のプレートと、カバープレートとを含む、試料の電気泳動用のふるい分けマトリックスの２プレートハウジング。
【請求項１８】
カバープレートはガラスで作られる、請求項１７の２プレートハウジング。
【請求項１９】
カバープレートはプラスチックで作られる、請求項１７の２プレートハウジング。
【請求項２０】
成形済みのふるい分けマトリックスを含む、請求項１７〜１９のいずれか１項の２プレートハウジング。
【請求項２１】
入射光線に対して透明である成形済みのゲルを含む、請求項２０の２プレートハウジング。
【請求項２２】
ゲルは、ポリアクリルアミドまたはその誘導体である、請求項２１の２プレートハウジング。
【請求項２３】
ふるい分けマトリックスの少なくとも１つの２プレートハウジングを含有する電気泳動チャンバーを含む電気泳動装置であって、少なくとも１つの２プレートハウジングは、１つのカバープレートとふるい分けマトリックスを入れるための１つのプレートとからなり、プレートは、基準方向に沿ったふるい分けマトリックス上への１つ以上の入射光線が、ふるい分けマトリックスの幅に沿って相互作用の所望の長さ以内に、基準方向に沿って充分限定して維持されることを可能にするように、基準方向に整列されることを特徴とする光導波路アレイを含む、上記装置。
【請求項２４】
ふるい分けマトリックスは、入射光線に対して透明であるゲルである、請求項２３の電気泳動装置。
【請求項２５】
ゲルは、ポリアクリルアミドまたはその誘導体である、請求項２４の電気泳動装置。
【請求項２６】
光導波路アレイは１つのみの導波路を含有する、請求項２３〜２５のいずれか１項の電気泳動装置。
【請求項２７】
光導波路アレイは複数の導波路を含有する、請求項２３〜２５のいずれか１項の電気泳動装置。
【請求項２８】
請求項２３〜２７のいずれか１項の電気泳動装置であって、光導波路は少なくとも１つの導波路ユニットを含み、導波路ユニットは、導波路ユニットに対して入射する、基準方向に沿ったふるい分けマトリックス中の回折光線が、基準方向に沿って再び焦点を定めることを可能にし、こうして基準方向に沿ったふるい分けマトリックスの少なくとも一部内に、光線を充分限定して維持することを可能にすることを特徴とする、上記装置。
【請求項２９】
光導波路は、基準方向に沿って直列で並んだ、複数の導波路ユニットを含む、請求項２８の電気泳動装置。
【請求項３０】
少なくとも１つの導波路ユニットは、凸形のレンズである、請求項２８または２９の電気泳動装置。
【請求項３１】
凸形のレンズは、基準方向に直交する方向に延長する、突出部として形成される、請求項３０の電気泳動装置。
【請求項３２】
凸形のレンズは、基準方向に直交する方向に延長する、光ファイバーセグメントとして形成される、請求項３０の電気泳動装置。
【請求項３３】
請求項２８〜３２のいずれか１項の電気泳動装置であって、少なくとも１つの導波路ユニットは、基準方向に、かつふるい分けマトリックスについて試料の移動方向に、実質的に直交する方向に中央の軸を有する、実質的に円筒の形である、上記装置。
【請求項３４】
請求項２３〜３３のいずれか１項の電気泳動装置であって、ふるい分けマトリックスに入射する光線は、導波路の少なくとも１つの端に位置する少なくとも１つの光連結要素を介して送られ、光連結要素を介して送られる光線は、最初の導波路ユニットの前に位置するコリメーターにより平行にされる、上記装置。
【請求項３５】
少なくとも１つの光連結要素は、光ファイバー要素である、請求項３４の電気泳動装置。
【請求項３６】
コリメーターは凸形のレンズである、請求項３４または３５の電気泳動装置。
【請求項３７】
２プレートハウジングの両方のプレートは、プラスチック材料で作られる、請求項２３〜３６のいずれか１項の電気泳動装置。
【請求項３８】
カバープレートは、ガラスで作られる、請求項２３〜３６のいずれか１項の電気泳動装置。
【請求項３９】
２プレートハウジングは、成形済みのふるい分けマトリックスを含む、請求項２３〜３８のいずれか１項の電気泳動装置。
【請求項４０】
成形済みのふるい分けマトリックスは、入射光線に対して透明である成形済みのゲルである、請求項３９の電気泳動装置。
【請求項４１】
ゲルは、ポリアクリルアミドまたはその誘導体である、請求項４０の電気泳動装置。
【請求項４２】
少なくとも１つの光源をさらに含む、請求項２３〜４１のいずれか１項の電気泳動装置。
【請求項４３】
少なくとも１つの光源は、複数の光線を発生するための手段を含む、請求項４２の電気泳動装置。
【請求項４４】
複数の光線は、各光線の間の一時的重複を防ぐように調節される、請求項４３の電気泳動装置。
【請求項４５】
複数の光線は、適当な手段により、複数の光線の各１つを放射する共有光放射出口手段に連結している、請求項４３または４４の電気泳動装置。
【請求項４６】
複数の光線の各々は、実質的に異なる波長である、請求項４３〜４５のいずれか１項の電気泳動装置。
【請求項４７】
少なくとも１つの光源はレーザー光源である、請求項４２〜４６のいずれか１項の電気泳動装置。
【請求項４８】
少なくとも１つの光検出器をさらに含む、請求項２３〜４７のいずれか１項の電気泳動装置。
【請求項４９】
少なくとも１つの光検出器は、蛍光光子またはレーザー強度の変化の検出を可能にする、請求項４８の電気泳動装置。
【請求項５０】
少なくとも１つの光検出器は、蛍光の検出に感受性の電荷結合素子（ＣＣＤ）、フォトダイオード、または光電子増倍管である、請求項４９の電気泳動装置。
【請求項５１】
電気泳動中に得られるデータを処理するための手段をさらに含む、請求項２３〜５０のいずれか１項の電気泳動装置。
【請求項５２】
電気泳動チャンバーは、１つのみの２プレートハウジングを含む、請求項２３〜５０のいずれか１項の電気泳動装置。
【請求項５３】
電気泳動チャンバーは、少なくとも１つの試料の移動方向に対応する第１の方向と、光線の伝搬方向に対応する第２の方向との両方に実質的に直交する第３の方向に沿って重なった、実質的に平行の配置で、複数の２プレートハウジングを含有する、請求項２３〜５０のいずれか１項の電気泳動装置。
【請求項５４】
以下を含む、電気泳動による少なくとも１つの物質の検出法：
（ｉ）少なくとも１つの物質を含む少なくとも１つの試料を、請求項１７〜２２のいずれか１項の２プレートハウジングに含有されるふるい分けマトリックスにより形成される少なくとも１つのレーンにのせ；
（ｉｉ）適当な緩衝液で、適当に印加した電圧下で、少なくとも１つの試料を少なくとも１つのレーン中で第１の方向に流し；
（ｉｉｉ）２プレートハウジング内に含まれるプレートの光導波路が、第１の方向と交差する第２の方向に沿って、光線の限定を可能にするように、ふるい分けマトリックスを光源で照射し、こうして、光線と少なくとも１つの物質との相互作用が、ふるい分けマトリックスの光線の光学特性を変化させ；
（ｉｖ）光学特性の変化を、適当な光検出器により検出し；そして
（ｖ）検出器が発生したデータを処理する。
【請求項５５】
請求項５４の方法であって、少なくとも１つの物質は適当な色素により標識され、光線と少なくとも１つの標識物質との相互作用は、ふるい分けマトリックス中の吸収を上昇させ、第２の方向に沿って放出された光は、光強度の変化を検出する光検出器により検出される、上記方法。
【請求項５６】
請求項５４の方法であって、少なくとも１つの物質は蛍光で標識され、光線と少なくとも１つの標識物質との相互作用は、ふるい分けマトリックスの蛍光を上昇させ、第３の方向に沿って放出された蛍光は、蛍光光子を検出する光検出器により検出される、上記方法。
【請求項５７】
少なくとも１つの物質は、ペプチド、タンパク質、ＳＤＳ変性タンパク質または核酸である、請求項５４〜５６のいずれか１項の方法。
【請求項５８】
請求項５４の方法であって、光線と、少なくとも１つの物質およびふるい分けマトリックスとの相互作用は、ふるい分けマトリックスの屈折率を変化させ、放出された光は、ふるい分けマトリックス中の屈折率の変化による光強度の変化を検出する光検出器により検出される、上記方法。
【請求項５９】
少なくとも１つの物質は、少なくとも１つのタンパク質またはＳＤＳ変性タンパク質である、請求項５８の方法。
【請求項６０】
光線はレーザー光である、請求項５４〜５９のいずれか１項の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（発明の分野）
本発明は、電気泳動装置、特に少なくとも１つの導波路を含むプレートを含む装置に関する。本発明の装置は、試料中の少なくとも１つの物質（特に、ペプチド、タンパク質、または核酸）の電気泳動中に、特にそのような物質が試料中に少量存在する時に、検出するのに適している。
【０００２】
（発明の背景）
荷電分子が電界中で泳動するプロセスである電気泳動は、ペプチド、タンパク質または核酸の混合物を分離するのにしばしば使用される。タンパク質の電気泳動は、一般に、架橋ポリマーであるポリアクリルアミドからなるゲル中で行われる。タンパク質を含有する試料は、ポリアクリルアミドゲルの上のウェルすなわちくぼみ中に充填され、電界を加えると、各試料中に含有されるタンパク質は、別々のレーンでゲル中に移動する。ポリアクリルアミドゲルは分子ふるいとして作用し、そのサイズまたは分子量にほぼ比例して、タンパク質の泳動を遅らせる。ポリアクリルアミドは、短いＤＮＡ（数百分子まで）のゲルマトリックスとしてしばしば使用され、アガロースは一般に、全染色体のサイズまでのより長いＤＮＡ分子を分離するためのゲルマトリックスとして使用される。
【０００３】
電気泳動中のスラブゲル中の分子の検出のための最も一般的な技術は、適当な波長のレーザーでこれらを励起し、続く蛍光を集め、その強度を測定することからなる（レグニア（Ｒｅｇｎｉｅｒ， Ｆ．Ｅ．）、ヘー（Ｈｅ， Ｂ．）、リン（Ｌｉｎ， Ｓ．）およびブッセ（Ｂｕｓｓｅ， Ｊ．）（１９９９）、「チップ上のクロマトグラフィーと電気泳動：ライフサイエンスのための将来の統合ミクロ液体分析システムの決定的に重要な要素」、Ｔｒｅｎｄｓ Ｂｉｏｔｅｃｈ． １７：１０１−１０６）。この技術を使用するために、電気泳動した分子は、蛍光を効率的に放出できるか、またはこれができる別の分子により標識しなければならない。レーザーは、光の平行ビームを提供するが、多量の分散または回折がゲル内で起き、従ってビームの有効な断面積が、ゲルへの浸透とともに増加して、入った時より顕著に大きなサイズになり、対応して強度は低下する。すなわち、レーザー経路に沿って泳動する各連続的分子種をその相互作用により検出できるようにするためには、ある時点ではそのような分子の１つのみがレーザー光の拡大断面内にあることが確保されなければならない。すなわち、異なる分子が互いに充分に分離して、その結果、ある１時点では１つの型の分子のみがレーザー光と相互作用するように、分子の励起は、原点からのある距離で行われなければならない。その結果、泳動長、従ってスラブゲルの長さは、必要な分離を提供できるように充分に長くなければならず、これは例えば、ゲルに依存して、少なくとも３０〜５０ｃｍである。
【０００４】
すなわち、現在のいくつかのＤＮＡ配列決定装置、例えばアルフェクスプレスＤＮＡアナライザー（ＡＬＦｅｘｐｒｅｓｓ ＤＮＡ Ａｎａｌｙｓｅｒ）（登録商標）（アマシャム・ファルマシア・バイオテク（Ａｍｅｒｓｈａｍ Ｐｈａｒｍａｃｉａ Ｂｉｏｔｅｃｈ）、ウプサラ（Ｕｐｐｓａｌａ）、スエーデン）におけるように、電気泳動装置が大きなスラブゲルに適応される時、固定されたレーザー光は、バンドの移動方向に垂直に、その側面を通ってゲル中に向けられ、これが、蛍光標識されたＤＮＡバンドを励起する。次に、生じる蛍光は、励起光と直角にゲルの後ろに位置する一連のフォトダイオード（各レーンに１つ）により検出される（配列決定ハンドブック（Ｓｅｑｕｅｎｃｉｎｇ Ｈａｎｄｂｏｏｋ）、（２０００）、アマシャム・ファルマシア・バイオテク（Ａｍｅｒｓｈａｍ Ｐｈａｒｍａｃｉａ Ｂｉｏｔｅｃｈ）、ウプサラ（Ｕｐｐｓａｌａ）、スエーデン）。
【０００５】
すなわち、先行技術において、ゲル内のレーザー回折の問題を克服するために、かなり大きな試料（検出すべき充分な分子を有する）を、必要な分解能が得られるようにする充分な長いゲル長さとともに、使用する必要があった。
【０００６】
しかし、電気泳動装置が、数十マイクロメートルの断面を持つ非常に狭い微小加工毛細管であり、電気泳動された分子の数が極点に少ない（一般的には、ｎＭの範囲）時、放射された光子の励起と採取は、バックグランド蛍光を小さくしかつ必要な分解能を得るために、小さい容量に焦点を当てる必要がある（マシューズ（Ｍａｔｈｉｅｓ， Ｒ．Ａ．）とフアング（Ｈｕａｎｇ， Ｘ．Ｃ．）（１９９２）、「毛細管アレイ電気泳動：高速、高処理能力ＤＮＡ配列決定へのアプローチ」、Ｎａｔｕｒｅ ３５９：１６７−１６９）。これを達成する１つのアプローチは、外部共焦点顕微鏡構成を用いることであり、これは、電気泳動装置のすぐ近くに置かれる（レグニア（Ｒｅｇｎｉｅｒ， Ｆ．Ｅ．）ら、前述）。近年、毛細管電気泳動の部品（すなわち、緩衝液および試料容器、毛細管、電極）がどんどん小さくなって、微小電子工学の範囲に入っている（コリヤー（Ｃｏｌｙｅｒ， Ｃ．Ｌ．）、タング（Ｔａｎｇ， Ｔ．）、チエム（Ｃｈｉｅｍ， Ｎ．）およびハリソン（Ｈａｒｒｉｓｏｎ， Ｄ．Ｊ．）、（１９９７）、「マイクロチップ毛細管電気泳動システムの臨床的可能性」、Ｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｒｅｓｉｓ １８：１７３３−１７４１）。５０ｍｍ×７５ｍｍの毛細管アレイ電気泳動チップ（ＣＡＥ）は、多くの独立の微小加工毛細管とその注入システムを入れることができる（ウーレイ（Ｗｏｏｌｌｅｙ， Ａ．Ｔ．）とマシューズ（Ｍａｔｈｉｅｓ， Ｒ．Ａ．）（１９９５）「毛細管電気泳動チップを使用する超高速ＤＮＡ配列決定」、Ａｎａｌ． Ｃｈｅｍ． ６７：３６７６−３６８０）。しかし、これまでのところ、光学検出系をＣＡＥチップ上に一体化することが不可能であり、これは、外部レーザーと光学系のかさばって高価な組み立てであった（マシューズ（Ｍａｔｈｉｅｓ， Ｒ．Ａ．）、グレーザー（Ｇｌａｚｅｒ， Ａ．Ｎ．）、ラオ（Ｌａｏ， Ｋ．）およびウーレイ（Ｗｏｏｌｌｅｙ， Ａ．Ｔ．）、「微小加工毛細管電気泳動チップ上に一体化した電気化学検出器」、１９９９、ザリーゲンツオブユニバーシティオブカリホルニア（Ｔｈｅ Ｒｅｇｅｎｔｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ）、アメリカ合衆国）。すなわち、このシステムは、少量試料の使用を比較的短いゲル長さで可能にするが、検出装置は大きく、かさばり、比較的高価で複雑である。
【０００７】
上記検出計画の代替法は、電極により容易に酸化または還元できる分子の電気化学的検出であり、この電極は、電気泳動毛細管と一体化されるか、またはその端の近くに置かれる。蛍光検出と比較して、電気化学的検出は、毛細管と検出器との一体化を可能にする。電気化学的検出はまた、非常に高感度であり、１０−１５モルという少ない量の測定が可能である（タケナカ（Ｔａｋｅｎａｋａ， Ｓ．）、ウト（Ｕｔｏ， Ｙ．）、コンドー（Ｋｏｎｄｏ， Ｈ．）、ヒアラ（Ｈｉａｒａ， Ｔ．）、およびタカギ（Ｔａｋａｇｉ， Ｍ．）（１９９４）「電気化学活性のあるＤＮＡプローブ：電気化学検出を用いる高速液体クロマトグラフィーによるフェトモルレベルの標的ＤＮＡ配列の検出」、Ａｎａｌ Ｂｉｏｃｈｅｍ． ２１８：４３６−４４３）。しかしこの技術は、おそらく毛細管中の微少電流または電圧（これは、電気泳動中に大きいｋＶの影響を受けやすい）の検出の困難さと、電極を非常に正確に設置かつ整列する必要があるために、まだ広く使用されていない。
【０００８】
すなわち先行技術において、必要な分解能を得るために長いゲル長が必要であるか、または短いゲル長が可能な時は、これらのシステムは、検出のために面倒で高価な共焦点顕微鏡を必要とする。
【０００９】
（発明の要約）
従って、特に微量の物質を扱い、ゲル長さが短い時に、電気泳動している試料中のこれらの物質を検出するための装置を提供するニーズがあり、これは本発明の目的である。
また、コンパクトで、比較的ポータブルであり、複数の異なる試料が同時に電気泳動される装置に対するニーズがあり、これは本発明の別の目的である。
本発明の別の目的は、少なくとも１つの光（例えば、レーザー光）源、少なくとも１つの検出器、および電気泳動中に得られるデータを処理する手段とを、電気泳動チャンバーと一体に取り込んだ装置を提供することである。
本発明は、レンズの導波路（以後、「光導波路」または「導波路要素」と呼ぶ）を含むプレートを含む電気泳動装置を提供することにより、これらと他の目的を達成する。
【００１０】
すなわち、ある実施態様において本発明は、試料の電気泳動用のふるい分けマトリックスを入れるためのプレートに関し、このプレートは光導波路アレイを含み、これは、基準方向に沿ったふるい分けマトリックス上への１つ以上の入射光線が、ふるい分けマトリックスの幅に沿った相互作用の所望の長さ以内に、基準方向に沿って充分限定して維持されることを可能にするように、基準方向に整列されることを特徴とする。
光線は、好ましくはレーザー光であり、ふるい分けマトリックスは、好ましくはゲルマトリックスであり、好ましくは入射光（例えば、レーザー光）に対して透明のゲルであり、最も好ましくはポリアクリルアミドまたはその誘導体である。光導波路アレイは、単一の光導波路または複数の光導波路を含有してもよい。
【００１１】
別の実施態様において本発明は、カバープレートと、光導波路を含むプレートとを含む、試料の電気泳動用のふるい分けマトリックスのための２プレートハウジングに関する。
さらなる実施態様において本発明は、カバープレートと、光導波路を含むプレートとを含む、ふるい分けマトリックス用の２プレートハウジングを含有する電気泳動チャンバーを含む電気泳動装置に関する。
さらに別の実施態様において本発明は、少なくとも１つの光源、好ましくはレーザー光源をさらに含む、電気泳動装置に関する。
さらに別の実施態様において本発明は、少なくとも１つの光検出器をさらに含む、電気泳動装置に関する。
さらに別の実施態様において本発明は、少なくとも１つの光検出器により発生したデータを処理するための手段をさらに含む、電気泳動装置に関する。
さらに別の実施態様において本発明は、本発明の電気泳動装置を使用する、電気泳動による少なくとも１つの物質の検出のための方法に関する。
【００１２】
（発明の詳細な説明）
本発明は、請求項により定義され、その内容は、明細書の開示内容に含まれると考えられ、ここで添付の図を参照して例により説明する。
【００１３】
本発明は、少なくとも１つの物質を含む少なくとも１つの試料のふるい分けマトリックス中の、電気泳動中の少なくとも１つの物質の検出に使用するための導波路に関する。導波路は、ふるい分けマトリックス、好ましくはゲル内に提供されること、および基準方向に沿ったふるい分けマトリックス上への１つ以上の入射光線が、ふるい分けマトリックスの少なくとも所望の部分以内に、基準方向に沿って充分限定して維持されることを可能にするように、基準方向に整列されることを特徴とする。
【００１４】
第１の実施態様において本発明は、試料の電気泳動用のふるい分けマトリックスを入れるプレートを提供し、該プレートは、ふるい分けマトリックスの幅に沿った所望の長さの相互作用以内に、基準方向に沿ったふるい分けマトリックス上への１つ以上の入射光線が、基準方向に沿って充分限定して維持されることを可能にするように、基準方向に整列されることを特徴とする光導波路を含む。上記で定義されるふるい分けマトリックスを入れるプレートは、カバープレートとともに組み立てると、ふるい分けマトリックスを入れることができるプレートであることを理解されたい。
【００１５】
電気泳動に関してかつ本明細書において、ふるい分けマトリックスは、分子スケールの障害物と孔の構造物であり、これは、電界下の荷電分子の運動を妨害する（スレーター（Ｓｌａｔｅｒ， Ｇ．Ｗ．）、デスルイソー（Ｄｅｓｒｕｉｓｓｅａｕｘ， Ｃ．）、フバート（Ｈｕｂｅｒｔ， Ｓ．Ｊ．）、メルシエ（Ｍｅｒｃｉｅｒ， Ｊ−Ｆ）、ラブリー（Ｌａｂｒｉｅ， Ｊ．）、ボイロー（Ｂｏｉｌｅａｕ， Ｊ．）、テシアー（Ｔｅｓｓｉｅｒ， Ｆ．）、およびペピン（Ｐｅｐｉｎ， Ｍ．Ｐ．）（２０００）。ＤＮＡ電気泳動の理論：現代のいくつかの課題。Ｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｒｅｓｉｓ ２１：３８７３−３８８７）。ふるい分けマトリックスは、線状または架橋したポリマー（例えば、ポリアクリルアミド、アガロース、ポリジメチルアクリルアミドなど）から作成されるか、またはケイ素、ガラスまたはプラスチックからリトグラフ法により作成することができる。伝統的なクロマトグラフィー用語では、電気泳動のふるい分けマトリックスは「固定相」を形成し、緩衝液は「移動相」を構成する。分子の混合物をできるだけ別々の種に分解するのは、２つの相の間の電気泳動された分子の異なる分配である。
【００１６】
本発明の好適な実施態様において、ふるい分けマトリックスは、入射光線に対して透明のゲル、さらに好ましくはポリアクリルアミドまたはその誘導体（例えば、ポリジメチルアクリルアミド）である。
本発明において光線は、好ましくはレーザー光であり、プレートは、好ましくはプラスチック材料から作られる。
【００１７】
本発明の光導波路は、１つだけの光導波路（少なくとも１つのレンズの１つの線）または複数の光導波路（それぞれが少なくとも１つのレンズを含有するいくつかの線）を含有してもよい。
【００１８】
ある具体例において光導波路は、少なくとも１つのレンズ（本明細書において、「導波路ユニット」と呼び、各導波路ユニットは、導波路ユニットに対して入射する、基準方向に沿ったふるい分けマトリックス中の回折光線が、基準方向に沿って再び焦点を定めることを可能にし、こうして基準方向に沿ったふるい分けマトリックスの少なくとも一部内に、光線を充分限定して維持することを可能にすることを特徴とする。ある好適な実施態様において、光導波路は、基準方向に沿って直列に並んだ、複数の導波路ユニットを含む。
【００１９】
各導波路ユニットは、例えば基準方向に直交する方向に延長する、突出部または光ファイバーとして形成される、凸形のレンズでもよい。好ましくは導波路ユニットは、基準方向にかつふるい分けマトリックスについて試料の移動方向に、実質的に直交する方向に、中央の軸を有する、実質的に円筒の形である。
【００２０】
本発明のさらなる実施態様において、ふるい分けマトリックスに入射する光線は、導波路の少なくとも１つの端に位置する少なくとも１つの光連結要素を介して送られ、光連結要素を介して送られる光線は、最初の導波路ユニットの前に位置するコリメーターにより平行にされる。光連結要素は、好ましくは光ファイバー要素であり、コリメーターは、好ましくは凸形のレンズである。
【００２１】
別の態様において本発明は、上記した本発明のプレートとカバープレートとを含む、試料の電気泳動のためのふるい分けマトリックス用の２プレートハウジングを提供する。
【００２２】
ある実施態様において本発明の２プレートハウジングは、成形済みのふるい分けマトリックス、好ましくは入射光線に対して透明である成形済みのゲル、さらに好ましくはポリアクリルアミドまたはその誘導体を含む。成形済みのゲルは、すぐ使用することができ、ユーザーフレンドリーであり、これで得られる結果は再現性がある。
【００２３】
さらに別の態様において本発明は、上記したふるい分けマトリックス用の少なくとも１つの２プレートハウジングを含有する電気泳動チャンバーを含む電気泳動装置を提供し、各少なくとも１つの２プレートハウジングは、１つのカバープレートとふるい分けマトリックスを入れるための１つのプレートとからなり、プレートは、基準方向に沿ったふるい分けマトリックス上への１つ以上の入射光線が、ふるい分けマトリックスの幅に沿って相互作用の所望の長さ以内に、基準方向に沿って充分限定して維持されることを可能にするように、基準方向に整列されることを特徴とする光導波路アレイを含む。
ある実施態様において電気泳動装置は、１つのみの２プレートハウジングを含有する電気泳動チャンバーを含み、特に電気泳動チャンバーは、１つのみの２プレートハウジングからなってよい。
【００２４】
ある実施態様において電気泳動装置は、少なくとも１つの試料の移動方向に対応する第１の方向と、光線の伝搬方向に対応する第２の方向との両方に実質的に直交する第３の方向に沿って重なった、実質的に平行の配置の、複数の２プレートハウジングを含有する電気泳動チャンバーを含む。
すなわち本発明は、本発明の１つ以上の導波路要素を含む電気泳動装置を包含する。
【００２５】
本発明の電気泳動装置は、特に限定されないが、緩衝液容器、２つの電極、電源、光源、光検出器、および試料の電気泳動で得られるデータを処理するための手段を含む、試料の電気泳動の実施に必要な他の手段を、さらに含有してもよい。
【００２６】
すなわちある実施態様において、本発明の電気泳動装置は、光線、好ましくはレーザー光を照射するための、少なくとも１つの光源、好ましくはレーザー光源、ふるい分けマトリックス中の試料移動の方向（本明細書において第１の方向として定義される）と交差する基準方向（本明細書において第２の方向として定義される）に沿った、２プレートハウジング中のふるい分けマトリックスの少なくとも一部を含む。
【００２７】
少なくとも１つの光源は、複数の光線を生成する手段を含んでよい。ある実施態様において、複数の光線は、各光線の間の一時的重複を防ぐように調節される。別の実施態様において、複数の光線は、適当な手段により、複数の光線の各１つを放射する共有光放射出口手段に連結している。複数の光線の各々は好ましくは、試料中で検出される物質を標識するために使用される異なる色素の励起を可能にするように、実質的に異なる波長である。
【００２８】
この装置はまた、特にこれが、複数の２プレートハウジングを含有する電気泳動チャンバーを含む時、複数の光源を含む。
電気泳動される分子、特に標識分子は、電気泳動中に光導波路を横切る時、光導波路により制限される光線により検出される。標識分子の検出モードは、誘導された光または蛍光の吸収の測定である。ふるい分けマトリックスの屈折率を局所的に変更するタンパク質およびおそらく他の物質は、誘導光の強度の変化を追跡することにより検出することができる。
【００２９】
すなわち、ふるい分けマトリックスのある部分での、光線と検出される物質との相互作用は、３つの形のうちの１つを取ることができるふるい分けマトリックスのその部分の光学特性の変化を起こす：
−　検出法（ａ）−　物質による光線の吸収は、ふるい分けマトリックスの吸収を上昇させ、ふるい分けマトリックスから放出される光線の強度を低下させ、これは、光の強度（例えば、レーザー強度）の変化を検出する検出器により検出することができる；
−　検出法（ｂ）−　光線によるその励起によって物質から放出される蛍光は、ふるい分けマトリックス中の光強度の等方性上昇を引き起こし、これは蛍光光子を検出する検出器により検出することができる；
−　検出法（ｃ）−　光線と、物質およびふるい分けマトリックスとの相互作用は、ふるい分けマトリックスの屈折率を変化させ、ふるい分けマトリックスから放出される光線の強度を変化させ、次にこれは、光の強度（例えば、レーザー強度）の変化を検出する検出器により検出することができる。
【００３０】
もし検出法が吸収（方法ａ）なら、標識分子により吸収されない波長を有する追加の光線を、導波路に通過させて、対照として使用する。
【００３１】
追加の実施態様において本発明の電気泳動装置は、少なくとも１つの光検出器、例えば蛍光光子または光の強度（例えば、レーザー強度）の変化の検出を可能にする光検出器のような、ふるい分けマトリックスの光学特性の変化を検出するための少なくとも１つの検出手段を含む。そのような光検出器の例には、特に限定されないが、蛍光の検出に感受性の電荷結合素子（ＣＣＤ）、フォトダイオード、または光電子増倍管がある。
【００３２】
さらに別の実施態様において、本発明の電気泳動装置は、電気泳動で得られるデータを処理するための手段をさらに含む。例えばデータは、専用のコンピュータープログラムにより解析され、これは、検出器から生じた生データを取って、ノイズからシグナルをフィルターし、フィルターされたシグナルを電気泳動図として表示し、これは、例えば時間に対して検出器で蛍光の強度を示すグラフである。次に、検出器を通過するＤＮＡまたはタンパク質分子のバンドである電気泳動図のピークは、ソフトウェアにより処理されて、ＤＮＡ配列または仮想のゲルの画像を示す。
【００３３】
さらに実施態様において本発明は、上記した本発明の装置を使用して、電気泳動中の物質の検出法を提供する。
【００３４】
ある実施態様において、電気泳動中の少なくとも１つの物質の検出法が提供され、これは以下を含む：
（ｉ）少なくとも１つの物質を含む少なくとも１つの試料を、本発明の２プレートハウジングに含有されるふるい分けマトリックスにより形成される少なくとも１つのレーンにのせ；
（ｉｉ）適当な緩衝液で、適当に印加した電圧下で、少なくとも１つの試料を少なくとも１つのレーン中で第１の方向に流し；
（ｉｉｉ）２プレートハウジング内に含まれるプレートの光導波路が、第１の方向と交差する第２の方向に沿って、光線の限定を可能にするように、ふるい分けマトリックスを光源で照射し、こうして、光線と少なくとも１つの物質との相互作用が、ふるい分けマトリックスの光線の光学特性を変化させ；
（ｉｖ）光学特性の変化を、適当な光検出器により検出し；そして
（ｖ）検出器が発生したデータを処理する。
【００３５】
上記方法のある実施態様において、少なくとも１つの物質は、適当な色素により標識され、光線と少なくとも１つの標識物質との相互作用は、ふるい分けマトリックス中の吸収を上昇させ、第２の方向に沿って放出された光は、光強度の変化を検出する光検出器により検出される。
【００３６】
上記方法の別の実施態様において、少なくとも１つの物質は蛍光で標識され、光線と少なくとも１つの標識物質との相互作用は、ふるい分けマトリックスの蛍光を上昇させ、第３の方向に沿って放出された蛍光は、蛍光光子を検出する光検出器により検出される。
【００３７】
上記方法のさらなる実施態様において、光線と、少なくとも１つの物質およびふるい分けマトリックスとの相互作用は、ふるい分けマトリックスの屈折率を変化させ、これが放出された光強度を変化させ、これが光検出器により検出される。
【００３８】
検出すべき物質が蛍光または色素で標識される方法は、例えばペプチド、タンパク質、ＳＤＳ変性タンパク質および核酸の検出に適している。物質がふるい分けマトリックスの屈折率の変化により検出される方法は、好ましくは、タンパク質およびＳＤＳ変性タンパク質の検出に使用される。
【００３９】
本発明を、図を参照して例示する。
【００４０】
本発明の第１の態様において、検出装置は、単一の試料中の１つ以上の物質の検出のために改変される。最も簡単な形では、かつ図１を参照して、全体に（１０）として示される本発明の電気泳動装置は、２プレートハウジング（２０）を含有する電気泳動チャンバー、第２の方向に沿った２プレートハウジング（２０）の試験部分（４０）に向かう照射手段（光源）（３０）、および第３の方向に沿って部分（４０）を通過する電磁放射線を検出するための検出手段（光検出器）（５０）、および導波路要素（４００）とを含む。本明細書において、（２０）は、２プレートハウジングと、２プレートハウジングを含有する電気泳動チャンバーとを意味し、（４００）は、明細書と請求の範囲で、光導波路とも呼ぶ導波路要素を意味することを理解されたい。
【００４１】
２プレートハウジング（２０）は、縦に配置した第１の端と第２の端（それぞれ（２２）と（２４））を有し、長さ（ｌ）を規定する。２プレートハウジング（２０）は、適当な電位（Ｅ）下で、第１の端（２２）から第２の端（２４）の第１の方向に、少なくとも１つの目的の物質（ゲルにより形成されるレーン中にのせる試料中に含まれる）の移動を可能にするゲルを含む。第１の方向はまた、２プレートハウジング（２０）の縦軸（１００）に平行であり、簡単に参照できるように図１に例示したように、３つの互いに直交する仮想の軸（ｘ，ｙ，ｚ）のうちの軸（ｙ）に平行であると規定される。
【００４２】
２プレートハウジング（２０）は、電気泳動のために、そこに適当なスラブゲル（６０）を入れるのに適した適当な深さ（ｄ）と幅（ｗ）（それぞれ（ｚ）軸と（ｘ）軸に平行である）を有する。この実施態様において、２プレートハウジングの長さ（ｌ）と幅（ｗ）は、それぞれプレート（２０）中に入れられるゲルの深さ（ｄ）より有意に大きい。しかし別の実施態様において、深さは、２プレートハウジングの幅のオーダーであるかまたはそれより大きくてもよい。そのようなスラブゲル（６０）は、特に装置（１０）が垂直ゲル電気泳動に使用されるなら、例えばポリアクリルアミドゲルを含有してもよい。ハウジングは一般的にはゲルがそこに注がれ、次に必要な時は、好ましくは簡単に、そこから取り出さすことを可能にし、こうしてゲルとカバープレートとを含有するプレートは、これらが互いに組合わされ必要に応じて分解できるように設計される。
【００４３】
電気泳動システムの一部として、プレート（２０）中に含まれるゲル（６０）は、第１の端（２２）と第２の端（２４）のそれぞれ緩衝液容器（６２）、（６４）に含まれる緩衝液と、イオン的連通、および一般的には液体連通している。好ましくは緩衝液容器（６２）、（６４）は、２プレートハウジングと、または反対のその縦の端にハウジングを含有する電気泳動チャンバーと、一体になっている。また電気泳動システムの一部として、第１と第２の端（２２）、（２４）のそれぞれ緩衝液容器（６２）、（６４）は、それぞれ少なくとも１つのカソード（７２）と少なくとも１つのアノード（７４）と、電気的に連通している。緩衝液容器（６２）、（６４）と同様に、カソード（７２）とアノード（７４）は、好ましくは装置（１０）と一体になっており、外部（または一体の）ＤＣ電源または同等物と電気的に連結可能であり、第１の端（２２）と第２の端（２４）の間で電位（Ｅ）を樹立することができる。
【００４４】
この実施態様において、電気泳動２プレートハウジング（２０）は、少なくとも１つの反対の第２の入り口（８４）と、第２の方向に沿って、光学的に同一線上に整列した少なくとも１つの第１の入り口（８２）を有し、第１の入り口（８２）と第２の入り口（８４）は、一般的にはハウジング内に一体化されている。一般的には、通常１つのみのそのような第１の入り口（８２）と１つのみのそのような第２の入り口（８４）が必要なだけであるが、装置（１０）は、複数の各入り口（８２）、（８４）を随時含んでもよい。すなわち、入り口（８２）、（８４）は、ハウジング（２０）の反対側にあり、ハウジング（２０）とハウジング（２０）の外部（８８）とを第２の方向に沿って連通させる。少なくとも１つの第１の入り口（８２）と少なくとも１つの第２の入り口（８４）は、第１と第２の端（２２）、（２４）の中間に位置する。特に、入り口（８２）、（８４）は、ハウジング（２０）の試験部分（４０）に位置する。第２の方向は、第１の方向と交差し、かつ複数の電気泳動レーン（多数の試料について使用される）の場合は、別の実施態様について以後さらに詳述されるように、複数のレーンについて単一の照射手段が提供されると、対応するレーンに対応しかつこれに沿って整列した各第１の方向はまた、第２の方向と交差する。図１において、好ましくは第２の方向は第１の方向と直交し、第２の方向は、（ｘ）軸と実質的に平行であり、従ってゲル（６０）の幅に沿っており、すなわち電気泳動バンドと同一線上に整列している。すなわち、入り口（８２）、（８４）は、例えばハウジング上で、ガラスまたはＰＭＭＡのような適当な透明の材料でできた透明の窓を有してもよい。ハウジング自体が透明の材料でできているなら、入り口（８２）、（８４）は、試験部分（４０）の横の端（すなわち、（ｘ）軸に沿う）でハウジングの一部である。ハウジング（２０）に関して本明細書に記載の外部（８８）は、ハウジング自体の外側でも、またはハウジング（２０）と照射手段（３０）または検出手段（５０）の間のスペースを構成してもよい。
【００４５】
照射手段（３０）は、適当な光、好ましくはレーザー光で、第１の入り口（８２）を経由して第２の方向に沿った、第１の入り口（８２）と第２の入り口（８４）の間の電気泳動ハウジング（２０）の、少なくとも一部、一般的には試験部分（４０）を照射するためである。レーザー照射の少なくとも一部は、本明細書において第２の方向と実質的に同一線上に整列した第３の方向で、少なくとも入り口（８４）を経由してハウジング（２０）のこの試験部分（４０）から出る。この型の配置では、検出法（ａ）、（ｂ）または（ｃ）は、試料を検出するために使用される。しかし他の実施態様では、レーザー照射の少なくとも一部は、以下に記載されるように、第１および第２の軸と直交するすなわちｚ方向と平行の、第２の方向とは異なる第３の方向に沿って、第２の部分から出てよい。特に、方法（ｂ）を使用する時、試料の蛍光は、第２の方向に沿うだけではない方向に照射されるため、試料は、レーザー光により照射される時、第２の方向とは異なる方向で、視覚的に検出可能である。照射手段（３０）は、１つもしくは複数のレーザー光を生成することができるレーザー発生器、一般的にはレーザーダイオード、またはそれぞれがレーザー光を生成する多くのレーザーダイオードを含む。本発明の第１の態様においては、一般に１つのみのレーザー光が必要である。本発明の第２の態様においては、２つ以上のレーザー光が必要なことがあり、この場合、これらは、光カプラーによりコリメーターに連結する。好ましくは照射手段（３０）は、装置（１０）の必須部分を形成し、例えば維持目的に、容易に取り付けと取り外しが可能であることが便利である。照射手段（３０）は好ましくは、第２の方向に沿って、すなわちｘ軸に平行に整列されるが、レーザー光を、最終的に第２の方向に沿って入り口（８２）を介してゲル中に向けるために、必要な光学成分を含む他の配置が可能である。一般的には、発光波長が使用可能な色素材料の吸収波長に適合するレーザーダイオードが、装置（１０）に適している。そのような色素材料は一般的には、非常に吸収性が高く（すなわち、高吸光係数を有する）、ＤＮＡ分子に容易に結合し、ゲル電気泳動に適している（すなわち、電気泳動分子の泳動を妨害するほど大きくない）。例えば、約６５０ｎｍのレーザー波長を発光するレーザーダイオードは、蛍光色素Ｃｙ５（アマシャム・ファルマシア・バイオテク（Ａｍｅｒｓｈａｍ Ｐｈａｒｍａｃｉａ Ｂｉｏｔｅｃｈ）、ウプサラ（Ｕｐｐｓａｌａ）、スエーデン）に適合性があり、従って装置（１０）に適している。
【００４６】
検出手段（５０）は、検出すべき物質との相互作用後の、第３の方向で受けたレーザー照射の変化を検出するためである。この実施態様では、第３の方向は第２の方向と実質的に同一線上に整列される。すなわち検出手段（５０）は、第２の入り口（８４）を介して、ハウジング（２０）の試験部分（４０）を出るレーザー照射の部分を検出する。一般的には検出手段は、試験部分（４０）から第２の入り口（８４）を介して受けとるレーザー照射の強度の変化に特に高感度の、電荷結合素子（ＣＣＤ）カメラまたは適当なフォトダイオード検出器を含む。一般的には検出手段（５０）は、特にリアルタイム記録が可能な、適当な記録システム（好ましくはコンピューター）に、機能できる形で連結している。目的の物質の検出を行う方法を、以下に詳述する。
【００４７】
装置（１０）は、少なくとも検出すべき物質を含有するゲルの少なくとも一部内に、レーザー光を実質的に平行光に維持するための、少なくとも１つの導波路要素（４００）をさらに含み、この部分はまた、平行のレーンで電気泳動された複数の試料から得られる複数の物質を、適宜含むのに充分でなければならない。ゲル内のレーザー光について「平行光で維持される」という用語は、レーザー光がそれ自体エンベロープ内で平行光になっているか、またはレーザー光が回折され、次にエンベロープ内で再度焦点を当てられることを、一度またはサイクルを繰り返して行われるかにかかわらず、本明細書において、レーザー光が、第２の方向に実質的に平行の回折エンベロープ中に限定されることを意味する。
【００４８】
本発明の第１の態様において本発明の別の実施態様は、図２に模式的に例示され、第１の実施態様と同じ構造要素を含むが、前記したように、必要な変更を加えれば、ハウジング（２０）と試験部分（４０）、および特に導波路要素（４００）を除く。本実施態様において、装置（１０’）は、試験部分（４０’）を有するハウジング（２０’）を含み、その両方は、検出法（ａ）または方法（ｂ）を使用する時、入射光のレイリー（Ｒａｙｌｅｉｇｈ）距離ｚ０より有意に広い。
【００４９】
レイリー（Ｒａｙｌｅｉｇｈ）距離ｚ０は、以下で定義される
ｚ０＝πＷ２ｎ／４λ
（式中、Ｗは光線の幅であり、ｎはゲルの屈折率であり、λはレーザー光の波長である）。
【００５０】
本実施態様において、少なくとも１つの導波路要素（４００）は、ゲル内に埋め込まれ、従って検出すべき物質とは明確に異なるが、それでもこれはまた導波路性を有する。導波路要素（４００）は一般的には、ある特定のゲル試料について第２の方向に沿って、永続的に配置される。すなわち本実施態様において、少なくとも１つの導波路要素（４００）は、少なくとも１つのかつ一般的には複数の導波路ユニット（４５）を、第２の方向（一般的には（ｘ）軸に平行）に沿って、試験部分（４０’）に位置する照射手段（３０）により提供されるレーザー光の主要な軸に沿って、直列に配置して含む。すなわち、導波路ユニット（４５）は、光線がゲル中を移動する時に、一般的には第２の方向から決定的に重要な位置（レイリー（Ｒａｙｌｅｉｇｈ）距離ｚ０より短い間隔で）に、周期的にレーザー光を再度焦点を当てるように作用し、こうしてレーザー光を制限して維持する。これは、その幅がレイリー（Ｒａｙｌｅｉｇｈ）距離ｚ０より大きい時に、ゲルの回折作用を妨害し（そのような大きい幅は、空間分解能と、検出手段が受けるレーザー透過のシグナル対ノイズ比を上昇させることにより与えられる）、本発明の第２の態様について以下でさらに詳述される複数の電気泳動レーンを入れるのに有用である。
【００５１】
本実施態様において、各導波路ユニット（４５）は、第１の方向（電位（ｅ）の方向に沿って）と第２の方向（ゲル内のレーザー光の主要な軸）の両方に直交する中央軸で配置された、すなわち（ｚ）軸またはゲルの深さ（ｄ）に沿った、実質的に円筒形の焦点化要素を含む。各導波路ユニット（４５）は一般的には、約１２０μｍ〜約１３０μｍ、好ましくは約１２５μｍの直径を有する、試験部分（４０’）内に適切に取り付けたガラスファイバーから作成されるが、これと異なる直径も許容される。そのような導波路ユニット（４５）の屈折率は約１．４８であり、一般的にそこに浸漬される一般的なポリアクリルアミドゲルの屈折率は約１．３４であり、この組合せは、この方向に再焦点化される照射手段（３０）から第２の方向に沿って進むレーザー光が、レーザー光が通過する時にゲルの回折作用を妨害することを可能にし、こうしてレーザー光を平行光（限定）にゲル内に維持する。レーザー光は、基本的に導波路ユニット（４５）の全深さにまたがり、従って充分ひろく、光線の伝搬距離にわたって無視できる回折が起きる。ハウジング（２０’）の幅が増加すると、導波路ユニット（４５）の数が比例して増加する。図２に例示する略例で、８つの導波路ユニット（４５）がレーザー光（３１）の経路に沿って整列される。あるいは、導波路ユニット（４５）は、任意の適当な光学的に透明の材料から作成されるレンズ形の突出部として形成してもよい。そのような突出部は、例えばケイ素からエッチングにより作成される。これらの突出部はハウジング（２０’）に突き出て、ハウジング（２０’）の少なくとも一部と一体成形される。いずれにしても、各導波路ユニットは、少なくとも１つの主要な軸を有し、これは実質的に、基準方向と整列される。
【００５２】
図２に例示するように本実施態様において、照射手段（３０）は、実質的に円形の横断面からのレーザー光を、主要な軸がｚ方向に平行であり、導波路ユニット（４５）の中央の軸と整列した実質的に楕円形の横の断面に変換するための、半円筒形の焦点化要素（３５）をさらに含み、こうして導波路ユニット（４５）の焦点化作用を最大にする。
【００５３】
本発明の実施態様の装置（１０’）は、上記した検出法（ａ）、（ｂ）または（ｃ）の任意の１つを使用して、試料中の少なくとも１つの物質の検出のために使用される。
【００５４】
本発明の本実施態様の装置（１０’）は、まず方法（ｃ）で出発して、以下のように操作される：変性ポリアクリルアミドゲル中で電気泳動されたタンパク質は、ゲルの屈折率を、局所的にすなわちタンパク質に近い領域で変化させる。タンパク質のこの性質は、タンパク質を標識する必要の無い方法で、タンパク質を検出するために、装置（１０’）を使用することを可能にする。光が導波路ユニット（４５）によりガイドされる効率は、要素（４５）の屈折率とその周り（すなわち、ゲル）の屈折率との差に依存するため、要素（４５）は、タンパク質が標識されていない時でも、ｙ方向に沿ってタンパク質を通過するタンパク質バンドの通過に感受性が高い必要がある。本発明者らは、１．５ｃｍの長さの標準ＳＤＳ変性ポリアクリルアミドゲルで電気泳動した１０μｇの総酵母タンパク質を検出するために、例の欄に記載の試験装置を使用した。得られた結果を、経過時間（ｔ）（秒）に関して、目的のあらかじめ決められた領域にわたって受けたレーザー照射の強度（Ｉ）として、図３（ａ）に示す。この領域は、導波路と出口（８４）を出るレーザー光の画像の上に、グラフで定義される。この画像は、検出手段（５０）（一般的にはＣＣＤ）により捕捉され、コンピュータースクリーン上に表示される。画像の各画素は、ＣＣＤの画素に対応し、検出手段（５０）で受けたレーザー透過（３２）のレーザー強度に比例して、０〜２２５の範囲のデジタル化値を有する。強度が強いほど、経時的なＣＣＤ画素に関連する値は高い。エリオット（Ｅｌｌｉｏｔｔ）により得られた結果（エリオット（Ｅｌｌｉｏｔｔ， Ａ．）（１９７９）「電気泳動中のポリアクリルアミドゲルの即時追跡」、Ｂｉｏｃｈｅｍ Ｊ．， １５９：７４３−７４８）と図３（ａ）に示す結果は、ポリアクリルアミドゲル電気泳動中のタンパク質の検出のための、本発明の装置（１０’）を使用することの有効性を証明する。
【００５５】
検出法（ｃ）で図２の装置（１０’）を使用する時、導波路要素（４５）の屈折率は、一般的にタンパク質バンドの屈折率より大きいため、ＳＤＳ変性タンパク質は、実際はゲルを通るレーザー光の回折を起こし、従ってタンパク質バンドは、検出手段で受けられる有機溶媒の強度の低下として検出されることに注意されたい（例を参照）。従ってこの構成は、ある意味で、最終的に得られる結果の形で、方法（ａ）と類似している。
【００５６】
装置（１０’）はまた、方法（ｂ）（蛍光）に従って以下のように使用される：ＤＮＡ配列決定のために、装置（１０’）の目的は、照射手段（３０）により発生されたレーザー光（３１）の経路を横切る、各ＤＮＡバンドの塩基のタイプ（Ａ、Ｃ、ＧまたはＴ）を同定することである。単純化するために、単一のＤＮＡ塩基（例えば、Ａ）の同定をまず説明する。装置（１０’）の検知または検出機構は、狭いレーザー光をスラブゲルの幅（一般的には、約２ｃｍの距離）に沿って、すなわち、ＤＮＡバンドに沿って、従ってｘ軸に実質的に平行に、伝搬させることに基づく。約３ｃｍの縦のゲル長さにわたる５００塩基対を分解するには、必要な分解能は、３ｃｍ／１０００（すなわち、３０μｍ）より良好なものである。伝搬長さ（すなわち、ゲルまたはチャンバーの幅（２０’））にわたってそのようなレーザー光の幅を維持するために、例えば本明細書に記載するように、導波路ユニット（４５）が必要である。
【００５７】
図４について、例えば焦点化手段には８つの導波路ユニット（４５）がある。本発明者らが行った導波シミュレーションは、隣接する要素（４５）の約２．４ｍｍの間隔について、ｙ軸に沿った光線の高さは、約１８μｍの平均値の周りで振動し、これは、ＤＮＡバンドの同定に必要な分解能を与える。
【００５８】
照射手段（３０）が発生するレーザー光の波長は、各ＤＮＡヌクレオチドを標識するのに使用される蛍光色素のピーク吸収波長に、一致するように選択される。例えば蛍光色素Ｃｙ５（アマシャム・ファルマシア・バイオテク（Ａｍｅｒｓｈａｍ Ｐｈａｒｍａｃｉａ Ｂｉｏｔｅｃｈ）、ウプサラ（Ｕｐｐｓａｌａ）、スエーデン）は、６４９ｎｍに吸収ピークを有し、６４９ｎｍ（現代のデジタルビデオディスク（ＤＶＤ）応用の標準波長）で発光するレーザーダイオードが適している。Ｃｙ５標識ＤＮＡバンドがレーザー光の経路を通過する時、特に導波路ユニット（４５）により再焦点化される時、ＤＮＡバンド中の色素分子は、（Ａ）レーザー光エネルギーを部分的に吸収し；（Ｂ）わずかに長い波長（６７０ｎｍ、本例）で蛍光を発する。吸収（Ａ）または蛍光（Ｂ）を検出することにより、Ａ型のＤＮＡヌクレオチドの存在を、検出手段（５０）により検出することができる。
【００５９】
４つのＤＮＡヌクレオチド（Ａ、Ｃ、ＧおよびＴ）のそれぞれを検出しかつ区別するために装置（１０’）が使用される時は、ＤＮＡストリップ（２１）にカラーコードを付ける必要がある。これは、４色コード法を使用することにより行われるが、２色または３色のコンビナトリアルコードを使用することにより、より経済的に行われる。以下の説明は、２色を使用する検出法に関するが、３色または４色のコーディングの対応する方法は、当業者に明らかであろう。再度図４について、照射手段（３０）中の光学的配置は、導波路ユニット（４５）と整列した３つのレーザー光を含む。これらのレーザー光のうちの２つは、本例で使用される２つの蛍光色素マーカーの存在の検出に使用される。すなわち、例えばマーカーＣｙ５とＣｙ７が使用されるなら、２つのレーザー光（３１）の関連する波長はそれぞれ６４９ｎｍと７４３ｎｍであり、これはそれぞれレーザーダイオード（ＬＤ１）と（ＬＤ２）により発生する。第３のレーザー光（例えば６９０ｎｍ）は、測定感度を改良するために使用され、第３のレーザーダイオード（ＬＤ３）により発生される。３つの光線は、まず共有光ファイバー（３６）に連結され、次に試験部分（４０’）中に発光され、特にコリメーター（３８）を介して波長（４５）に発光される。基準波長は、２つの標識色素のいずれか１つによりあまり吸収されないが、他の２つの波長が焦点化手段により再焦点化されるのに充分高く、すなわち導波路ユニット（４５）によりガイドされる。装置（１０’）の運転中、３つのレーザー光は動作周期１：３で連続的に調整され、その結果、３つの光線の間には一時的な重複は無く、すなわちある瞬間に２つ以上の光線が試験部分（４０’）を透過することはない。検出手段（５０）で測定した生じるレーザー光強度は処理され、最初の２つのレーザー光の強度の各１つと、基準レーザー光の強度との比として出力される。この比は、各ＤＮＡバンドの交差に感受性であるが、同時に、例えば連結系の機械的変動のような装置（１０’）の非特異的光学的作用について補償される。２色コーディングは、４つの型のヌクレオチドのそれぞれを標識することにより行われる。例えば、それぞれレーザー波長６４９ｎｍと７４３ｎｍにより励起することができる２つの色素Ｃｙ５とＣｙ７を使用する１つの可能な色の組合せは、以下の通りである：
【００６０】
【表１】
2004505271.tif 000003
【００６１】
上記した本発明の装置（１０’）はまた、検出法（ａ）（吸収）に従って、必要な変更を加えれば、検出法（ｂ）に関し上記した方法と同様の方法で、使用される。すなわち検出法（５０）は、検出すべき物質のバンドが、導波路ユニット（４５）により与えられる再焦点化光線と相互作用する時はいつも、受けるレーザー光の強度の低下を検出する。ヌクレオチドの異なるバンドは、時分割多重化２波長光線を非時分割多重化することにより、同定することができる。すなわち、ある組合せの照射レーザー波長の低下は、各カラーコードしたバンドのタイプを示す。
【００６２】
本発明の第１の態様の装置（１０）は、特に検出法（ａ）または（ｂ）に従ってタンパク質とともに使用される時、タンパク質は適当な色素で標識される。
本発明の第２の態様において検出装置は、複数の試料の各１つの中の少なくとも１つの物質の検出のために改変される。複数の試料のそれぞれは、同じゲル中で、または平行の配置でまたは平行配置の複数のゲルのセットで与えられる。
【００６３】
図５に模式的に例示した本発明の第２の態様において、装置は、上記と同じ構造要素を含むが、前記したように、必要な変更を加えれば、ハウジング（２０）と検出手段（５０）を除く。図５に示す本実施態様において、装置（１１０）は、単一のスラブゲル（１６０）が運ぶ複数の試料のそれぞれの１つ以上の物質の検出のために改変される。従って、スラブゲル（１６０）は、各試料に対応する複数の平行電気泳動レーン（１６５）を含み、ここで各レーン（１６５）は比較的狭くてもよく、一般的には、図６（ａ）に例示するように約３ｍｍ〜５ｍｍのオーダーである。あるいは、あまり実際的ではないが、装置（１１０）は、複数の試料の各１つに含有される１つ以上の物質の検出のために改変され、ここで各試料は、第２の方向（（ｘ）軸に平行）に沿って平行配置で重なった別個のスラブゲル（１６０’）上に存在し、ここで各ゲルスラブ（１６０’）は、上記したように図６（ｂ）に示すように、１つの（またはそれ以上の）電気泳動レーン（１６５）を含む。従って、本実施態様の電気泳動チャンバー（１２０）は、前の実施態様よりかなり広い（ｘ方向に沿って）。
【００６４】
本実施態様において、装置（１１０）は、複数の試料に対応する複数の検出手段（１５０）を有し、こうしてレーン（１６５）１つ当たり１つの検出手段（１５０）を含む。単純化のために、図５は、スラブゲル（１６０）、照射手段（３０）、焦点化要素（４５’）、および検出手段（１５０）のみを含む。この実施態様は、一般的には検出手段（ｂ）（すなわち、蛍光）とともに使用される。
【００６５】
さらに本実施態様において検出手段（１５０）は、第１の方向に実質的に垂直でありゲル試料（１６０）の深さ（ｄ）に平行な、第３の方向への、レーザー照射の変化を検出するように配置される。すなわち、検出手段は、レーザー光（これは、導波路要素（４００）を介して平行光に維持（限定）される）による蛍光物質の照射により、第３の方向に沿って照射されたゲル中の光の強度の上昇を検出することができる。すなわち、各検出手段（１５０）は、図５に例示するように、その対応するレーン（１６５）でｚ軸に平行に整列され、試料の試験部分（４０）に向けられる。導波路ユニット（４５’）は、すべてのレーン（１６５）が、照射手段（３０）を介して同時に励起されることを確保するように提供される。すなわちあるレーン（１６５）について、その中の各標識物質が、第１の方向（ｙ軸に実質的に平行）に沿って移動し、レーザー照射の経路（第２の方向に沿って放出される、ｘ軸に実質的に平行）を横切ると、このレーン（１６５）に対応する試験部分（４０）の蛍光の増加が、対応する検出手段（１５０）により、第３の方向（ｚ軸に実質的に平行）に沿って、検出される。各レーン（１６５）で２つ以上の物質が検出される時、照射手段は、平行光配置を含み、検出は、上記と同様の方法で行われるが、必要な変更は、コースの差は、検出がレーザー光の元々の経路に垂直な第３の方向であり、それと整列してはいないことである。
【００６６】
本発明のさらなる実施態様はまた、その第２の態様において、図７に模式的に例示され、上記と同じ構造要素を含むが、ただし以下のいくつかの例外がある。本実施態様では、装置（２１０）は、ｚ軸に平行配置で重ねたかまたは平行に配置した１つまたは複数のスラブゲル（２６０）に適用される複数の試料のそれぞれに含有される１つまたは複数の物質の検出のために、改良される。すなわち前の実施態様のチャンバー（２０）の代わりに、本実施態様の電気泳動チャンバー（２２０）が、そこに１つまたは複数のスラブゲル（２６０）を入れることができるように改変される。図８（ａ）に例示するように、各試料について電気泳動レーン（２６５）が与えられ、これは検出すべき１つまたは複数の物質を含む。あるいは、および図８（ｂ）に例示するように、スラブゲル（２６０）は、別個のスラブストリップ（２６１）からなり、そのそれぞれは１つ以上の電気泳動レーン（２６５）を入れることができる。この実施態様では、電気泳動チャンバーは、前の実施態様のものより比較的大きな深さ（ｄ）を有する。さらに、単一の照射手段（３０）と検出手段（５０）を持つよりも、専用の照射手段（２３０）と検出手段（２５０）が、ゲル（２６０）に含有された試料のそれぞれとともにあり、複数の照射手段（２３０）／試料／検出手段（２５０）セットを提供する。照射手段（２３０）と検出手段（２５０）は、それぞれ上記した前の実施態様の照射手段（３０）と検出手段（５０）に類似している。一方、焦点化要素（４５）は好ましくは、前の実施態様と同様に、チャンバー（２２０）の全深さ（ｄ）まで延長する。単純化するために、図７は、その関連する照射手段（２３０）と検出手段（２５０）に関連する平行のゲルスライスまたはストリップ（２６１）中の複数の試料、ならびに焦点化要素（４５’）のみを示す。
【００６７】
この実施態様では、各照射手段（２３０）／試料／検出手段（２５０）セットは、対応する試料中に含まれる１つ以上の物質の検出のために、独立の検出セル（２２０’）として機能する。各セル（２２０’）において、対応する検出手段（２５０）は、第１の方向と実質的に整列した第３の方向の、レーザー照射の変化を検出するように配置される。本実施態様は一般的には、検出法（ａ）（すなわち、吸収）とともに使用されるが、検出法（ｂ）または検出法（ｃ）とも容易に使用することができる。実際、セル（２２０’）は基本的に互いに独立しているため、一部のセル（２２０’）は方法（ａ）を使用して操作され、他のセル（２２０’）は方法（ｂ）で、さらに別のセル（２２０’）は方法（ｃ）で、所望の順序で使用することができる。
【００６８】
あるいは装置は、単一のチャンバー（２２０）の代わりに複数の個別の電気泳動チャンバー（２２０”）を含有してもよい。図８（ｃ）と８（ｄ）に例示するように、各そのようなチャンバー（２２０”）は、ｘ軸に沿って１つ以上の試料を入れられるように改良され、対応する電気泳動レーン（２６５）にあり、これはゲル（２６０”）中にある。ゲル（２６０”）は、各チャンバー（２２０”）について、一体化しているか、または適切な平行配置の複数のゲルスライスおよび／またはストリップからなる。
【００６９】
図６と８のレーン（１６５）と（２６５）の断面は長方形で示されているが、任意の他の適当な断面が使用でき、例えば多角形、円形または楕円形でもよい。
【００７０】
こうして、本発明の装置およびその対応する操作法は、試料の電気泳動のための、高感度であるが簡便な光検出器およびミニチュア化ポリアクリルアミドゲル、または任意の同様の性質を有する他のふるい分けマトリックスの高度の一体化を提供する。検出器のガイド光の小ささは、わずかに５０マイクロメートルの幅と約５０マイクロメートル離れたバンドの高分解能を与え、こうしてポリアクリルアミドゲル電気泳動（これは、わずかに数センチメートルを数回実験することにより行われる）による、異なる分子種の優れた分解能を充分に利用できる。さらに、この装置はまた、吸収、蛍光、または屈折率の変動を検出するのに使用することができるため、好適な検出法の選択において柔軟性を与える。比較的単純なデザインの提唱された装置とふるい分けマトリックス（スラブゲル）のための一体化された２プレートハウジングは、小ユニットの大量生産を可能にし、次にこれを一緒にして、任意の所望のサイズのアレイを形成することができる。
【００７１】
本発明の装置と方法は、色素標識分子を分離かつ検出する任意のスラブゲル電気泳動に適している。しかし、これは特に、遺伝的検査と研究目的の両方のための、高速で安価なＤＮＡ配列決定に関する。
【００７２】
図９〜１１は、一体化検出器を有する電気泳動チャンバーを含有する本発明の装置を記載し、これは、いくつかのアクリル片（ペルセペックス（Ｐｅｒｓｐｅｘ））から形成された。それぞれが０．２ｍｍ×８ｍｍ×１．５ｃｍのくぼみを有する、２つの機械仕上げしたアクリルブロック（Ａ）、（Ｂ）を一緒にして、０．４ｍｍ幅のゲルセルを形成する。ブロックの１つでは、上の緩衝液容器（１）（これはカソード（４）を有する）を顕微鏡スライドで覆うことにより、くぼみが、ブロックの表面の０．２ｍｍ下に形成される。セル（２）のガラス壁（３）、および電気泳動中のその緩衝液との接触は、良好で均等な熱消散を確実にする。検出器は同様に作成されるが、今度は、２対の機械仕上げアクリルブロック（Ｃ）、（Ｄ）、（Ｅ）および（Ｆ）を連結する。各対で、ブロックは、一緒に接着される（図９）時、ゲルセル（ゲル（１２）を入れるように改変した、図１０を参照）の下部を形成する０．２ｍｍの深いくぼみを有した。最初の対（Ｃ）、（Ｄ）は検出器の上部を形成し、第２の部位（Ｅ）、（Ｆ）はその下部を形成した。それぞれが２ｃｍの長さで直径０．１２５ｍｍの通常の光ファイバーからなる８つの円筒形レンズ（５）を入れるための、８つのくぼみが下部表面に作成された（図１０、１１）。光ファイバーはゲルに垂直であり、これを横切った。導波路の両側に互いに反対の位置に２つの穴をあけて、２つのガラス窓のハウジングを作った−１つの窓（８）は、光がゲルに入るためであり、１つの窓（１３）は光が出るためである（図１０、１１）。重合化ゲルが洩れる可能性のある異なる部分の接触部を、特別の溝にシリコーンシーラーを注入して密封した。ゲルセル（２）と検出器をアクリルベースにネジで取り付け、これは下の緩衝液チャンバー（６）とアノード（７）を含有した（図９）。
【００７３】
装置のレーザー光源は、波長６５７ｎｍのレーザーダイオードであり、その端にミニコリメーター（アイフレックス−１０００（ｉＦＬＥＸ−１０００）、ポイントソース（Ｐｏｉｎｔ Ｓｏｕｒｃｅ）、イングランド）を有する光ファイバーに連結している。図１０に例示するように、コリメーター（１７）自体を、同軸円筒形レンズ（９）（１０×１０ｍｍ；焦点距離２５ｍｍ；カシックス（ＣＡＳＩＸ）、中国）の後ろの特殊な６軸トランスレーターローター上に設置した（これは、レーザー光を導波路の第１のレンズ（１１）上に焦点を当てる）。導波路から出る光を、同様の６軸トランスレーターローター上に設置した第２の筒形レンズ（１４）により集め、モノクロのＣＣＤカメラ（１５）（ＷＡＴ９０２Ｂ；ワテック（Ｗａｔｅｃ）、日本）をその後に置いた。カメラの出力は、４５０ＭＨｚのペンティアムＩＩＩ ＰＣ上のＳＤＫフレームグラバーソフトウェア（データトランスレーション（Ｄａｔａ Ｔｒａｎｓｌａｔｉｏｎ）、マサチューセッツ州、アメリカ合衆国）のために書かれた自作プログラムにより制御して、５０Ｈｚで３２ビットボード（ＤＴ３１５５；データトランスレーション（Ｄａｔａ Ｔｒａｎｓｌａｔｉｏｎ）、マサチューセッツ州、アメリカ合衆国）でサンプリングした。蛍光の測定のために、アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）モジュール（Ｃ５４６０−０１−ＳＰＬ−ＢＷ１Ｋ、浜松ホトニクス（Ｈａｍａｍａｔｓｕ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ）、浜松市、日本）を、導波路に垂直の透明の電気泳動チャンバーに取り付けた。３つの切り込みの入ったフィルターを有するシリンダ（ＸＦ３０７６、オメガオプティカル（Ｏｍｅｇａ Ｏｐｔｉｃａｌ）、バーモント州、アメリカ合衆国）を、ＡＰＤの前に２．５ｃｍ間隔で取り付けて、レーザー迷光の検出を防いだ。ＡＰＤ出力は、４５０ＭＨｚのペンティアムＩＩＩ ＰＣ上のラボビューバーチャルインスツルメント（ＬａｂＶＩＥＷ ｖｉｒｔｕａｌ ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ）（ＶＩ）により制御して、１ｋＨｚで１６ビットＡ／Ｄボード（ＫＰＣＩ−３１０７、ケイスレイインスツルメンツ（Ｋｅｉｔｈｌｅｙ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ）、オハイオ州、アメリカ合衆国）でサンプリングした。
【００７４】
図１２は、本発明の１つの好適な実施態様を構成する、プラスチックでできた光導波路アレイ（１）の透視図であり、これは、４つの光導波路（２）を含み、その各々は１１個の導波路ユニット（３）を有する。各光導波路の横には、２つの光カプラー（４）が隣接し、各光カプラーは、円筒形レンズ（５）と光ファイバー（６）のための溝を含む。
【００７５】
図１３は、本発明の１つの好適な実施態様を構成する、図１２で記載した一体化光導波路アレイ（２）を有する、プラスチックでできたふるい分けマトリックス（１）を入れるためのプレートの透視図である。プレートは、いくつかの突出部（３）を有し、これは、プラスチックプレートとカバーガラスまたはプラスチックプレート（示していない）の間のスペーサーとして機能する。
【００７６】
例
【００７７】
例１．ＳＤＳ−ポリアクリルアミドゲルによるタンパク質の電気泳動
（ｉ）総酵母タンパク質の調製
脱水酵母（０．０５ｇ）を、０．３ｇのガラスビーズと１ｍｌの溶解緩衝液（５０ｍＭ　ＭＥＳ　ｐＨ６．０、０．１ｍＭ　ＭｇＣｌ２、０．１ｍＭ　ＥＧＴＡ、１ｍＭ　β−メルカプトエタノール、および２ｍＭ　ＰＭＳＦ）を含有するエッペンドルフ試験管中に溶解した。５分間ボルテックス混合後、溶解物を新しい試験管に移し、遠心分離した（１０００ｒｐｍ；１分）。上清を採取し、１／４量のローティング緩衝液（４０％グリセロール、１２％ＳＤＳ、０．２Ｍトリス　ｐＨ６．８、２０％　β−メルカプトエタノール、および０．０１％ブロモフェノールブルー）を加えた。総酵母タンパク質を含有する細胞溶解物を３分間沸騰させ、次に氷上に置いてから充填した。
【００７８】
（ｉｉ）電気泳動
総酵母タンパク質を、ＤＩＳＣ−ＰＡＧＥ法を使用して１２％ＳＤＳ−ポリアクリルアミドゲルで以下のように電気泳動した：０．８ｍｌの３０％アクリルアミド／０．８％ビスアクリルアミド、０．５ｍｌの１．５Ｍトリス−塩酸（ｐＨ８．８）および０．７ｍｌのＤＤＷを混合して、１２％アクリルアミドランニングゲル２ｍｌを調製した。０．２６ｍｌの３０％アクリルアミド／０．８％ビスアクリルアミド、０．５ｍｌの０．５Ｍトリス−塩酸（ｐＨ６．８）および１．２４ｍｌのＤＤＷを混合して、２ｍｌの４％アクリルアミドスタッキングゲルを調製した。ゲル溶液を、０．２μｍ孔径のフィルターを通してろ過した。ランニングゲル溶液に、１０μｌの１０％の新鮮な硫酸アンモニウムと２μｌのＴＥＭＥＤ（Ｎ，Ｎ，Ｎ，Ｎ−テトラメチルエチレンジアミン）を加えて、重合を開始した。混合後、約０．３ｍｌの重合ゲル溶液を、上から１０ｍｍまで満たされるまで、２プレートハウジング中に迅速に注いだ。次にＤＤＷの層をゲルの上に注いで、ゲルの端を均等に重合させた。ランニングゲルが重合した後、水層を除去し、約０．１ｍｌの重合スタッキングゲルをランニングゲルの上に加えた。次に０．４ｍｍのスペーサーをセルに挿入して、８ｍｍ幅の単一ウェルを形成させ、スタッキングゲルを重合させた。ゲルが重合後、緩衝液チャンバーにランニング緩衝液（０．３％トリス、１．４４％グリシン、０．１％ＳＤＳ）を満たし、ウェルを形成するスペーサーを除去し、ウェルをランニング緩衝液で洗浄した。１０μｌの試料をウェルに充填した。電源を限界電圧５０Ｖでランを開始し、１２０分後停止させた。
【００７９】
（ｉｉｉ）結果と考察
ＳＤＳ変性タンパク質の電気泳動の結果を、図３（ａ）に示す。このランで、我々は８つの光ファイバーからできた導波路要素を使用した。各ピークは、レーザー光の強度の低下を示し、これは、より大きい屈折率を有するタンパク質バンドが導波路を通過することにより起きる。
【００８０】
この実験は、タンパク質を標識する必要無しで、電気泳動中のタンパク質の検出が可能であることを示す。標準的な電気泳動法では、ポリアクリルアミドゲルを流れるタンパク質は通常、電気泳動ランの最後に特殊な染色液で染色することにより視覚化される。染色法は、しばしば面倒であり、終了するのに１日かかることがある。ゲルが染色される時のみ、画像が形成され分析される。先行技術のこれらの欠点は、本発明により克服することができる。本発明の導波路を使用することにより、電気泳動したタンパク質は、ランの最中に検出することができ、ランとゲルの染色が終わった後ではない。例えば図３（ａ）に示すような得られたデータは、適当な手段により、ゲルの即時画像に変換され、ここで光の強度の変動は、色の違いで示される。例えば、青の異なる色調を使用することにより、デジタル画像は、通常のクマシーブルー染色ゲルに非常によく似てくる。すでにデジタル的に保存されているそのような画像の分析は、電気泳動の終了直後に専用のソフトウェアにより行われる。
【００８１】
例２．ＤＮＡ配列決定
（ｉ）標識ＤＮＡ配列決定断片の調製
ＤＮＡ配列決定の１つの方法は、蛍光標識したプライマーを使用し、そこに、鋳型ＤＮＡの配列に従って、ヌクレオチドが加えられる。プライマーが種々の蛍光分子で標識されるなら、各色のプライマーは、異なるヌクレオチドに割り当てられ、次に蛍光標識断片のＤＮＡ配列を測定することができる。本例では、ＤＮＡ配列決定反応のための鋳型は、１本鎖ｐＵＣ１８プラスミドＤＮＡであり、プライマーは、蛍光分子Ｃｙｓ５で標識したＭ１３逆進プライマーである。Ｃｙｓ５−標識ＤＮＡ配列決定断片は、アルフェクスプレスオートサイクル配列決定キット（ＡＬＦｅｘｐｒｅｓｓ ＡｕｔｏＣｙｃｌｅ ｓｅｑｕｅｎｃｉｎｇ ｋｉｔ）（ファルマシア・バイオテク（Ｐｈａｒｍａｃｉａ Ｂｉｏｔｅｃｈ））により、ＰＣＲ様反応でｄｄＡＴＰを使用して、基本的に製造業者のマニュアル（ファルマシアビー（Ｐｈａｒｍａｃｉａ Ｂ．）、アルフエクスプレスオートサイクル配列決定キット（ＡＬＦ ｅｘｐｒｅｓｓ Ａｕｔｏ Ｃｙｃｌｅ ｓｅｑｕｅｎｃｉｎｇ Ｋｉｔ）、１９９９、ファルマシア・バイオテク（Ｐｈａｒｍａｃｉａ Ｂｉｏｔｅｃｈ）、ウプサラ（Ｕｐｐｓａｌａ）、スエーデン）に従って作成した。ｄｄＡＴＰを有する１０個の同一の反応の生成物をプールし、沈降させ、６μｌのＤＤＷ（２回蒸留水）と、１００％脱イオン化ホルムアミドとブルーデキストラン（５ｍｇ／ｍｌ）を含有する４μｌの停止溶液に再懸濁した。
【００８２】
（ｉｉ）電気泳動
２ｍｌのゲル溶液（１００ｍＭトリス、８３ｍＭホウ酸、１ｍＭ　ＥＤＴＡ、７Ｍ尿素、５％ロングレンジャー（Ｌｏｎｇ Ｒａｎｇｅｒ）（登録商標）（ＦＭＣ、ロックランド（Ｒｏｃｋｌａｎｄ）、メイン州））を、０．２μｍ孔径のフィルターでろ過した。ゲル溶液に、２μｌの２５％の新鮮な過硫酸アンモニウムと２μｌのＴＥＭＥＤ（Ｎ，Ｎ，Ｎ，Ｎ−テトラメチルエチレンジアミン）を加えて、重合を開始した。混合後、約０．５ｍｌの重合ゲル溶液を、完全にいっぱいになるまで、２プレートハウジング中に迅速に注いだ。次に０．４ｍｍのスペーサーをゲル溶液に挿入して、８ｍｍ幅の単一ウェルを形成させ、室温で１時間ゲルを重合させた。ゲルが重合後、緩衝液チャンバーに１×ＴＢＥランニング緩衝液（１００ｍＭトリス、８３ｍＭホウ酸、１ｍＭ　ＥＤＴＡ）を満たし、ウェルを形成するスペーサーを除去し、ウェルをランニング緩衝液で洗浄した。単一の配列決定反応物を９５℃で２分加熱し、直ちに氷上に置いた。１０μｌの試料を取り、ウェルに充填した。電源を限界値２Ｗでランを開始し、２０分後停止させた。
【００８３】
（ｉｉｉ）結果と考察
Ｃｙｓ５標識したＤＮＡ断片の電気泳動ランの結果を、図３（ｂ）に示す。フォトダイオード出力電圧の１２個のピーク（これは１２個のアデニン残基を示す）が明らかに見られる。これらの１２塩基を含む完全な配列は以下の通りである：
【００８４】
2004505271.tif 000004
【００８５】
配列決定した残基を太字で記載し下線を引いた。番号は、鋳型プラスミドｐＵＣ１８の元々の配列座標である。文字Ｐは、配列決定プライマーの位置を示す。図３（ｂ）に示すフォトダイオード出力電圧のピークは、導波路要素を使用して、蛍光標識ＤＮＡ断片を電気泳動中に検出できることを、明瞭に示す。同様に、４つの異なる蛍光分子（４つの塩基アデニン、シトシン、グアニン、およびチミンの各１つ）と、異なる波長で照射する４つのレーザー光源を使用して、すべての蛍光標識ＤＮＡ断片（４つの異なるｄｄＮＴＰを含有する）を検出することができる。従ってこの方法は、試料の電気泳動中の迅速で完全なＤＮＡ配列決定を可能にする。
【００８６】
この説明は、本発明のいくつかの具体例を詳細に記載するが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本明細書に開示の本発明の範囲と精神を逸脱することなく、形や詳細において他の変更が可能であることを、当業者は理解するであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明の電気泳動装置の主要要素を模式的に示す。
【図２】
本発明の導波路要素を示す電気泳動装置の主要要素を模式的に示す。
【図３ａ〜３ｂ】
本発明の検出法により得られる結果を示すグラフである。図３（ａ）は、経過時間の関数としてのゲルの屈折率の変化による、酵母タンパク質の検出で得られる結果を例示する。図３（ｂ）は、経過時間の関数としての蛍光の変化による、ＤＮＡ断片の検出で得られる結果を例示する。
【図４】
光カプラーを介して連結した複数のレーザー光を含む、図２の実施態様の部分側面断面図を示す。
【図５】
複数の試料中の物質の検出のために改変した、および複数の試料に対応する複数の検出手段を含む、本発明の電気泳動装置の主要要素を模式的に示す。
【図６（ａ）〜６（ｂ）】
Ｐ−Ｐに沿う図５の実施態様の代替断面図を模式的に示す。
【図７】
複数のスラブゲルを含む本発明の電気泳動装置の主要要素を模式的に示す。
【図８（ａ）〜８（ｂ）】
Ｑ−Ｑに沿う図７の実施態様の代替断面図を模式的に示す。
【図９】
本発明の電気泳動装置の部分側面断面図を示す。
【図１０】
図９に示す実施態様の前面断面図を示す。
【図１１】
図９と図１０に示す実施態様の、部分的に隠れ、部分的に露出した透視図を示す。
【図１２】
本発明の光導波路アレイの透視図を示す。
【図１３】
本発明の光導波路アレイを含むふるい分けマトリックスを入れるためのプレートの透視図を示す。
【図３（ａ）】
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【図３（ｂ）】
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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）】
2004505271.tif 000062
2004505271.tif 000063
【国際調査報告】
2004505271.tif 000064
2004505271.tif 000065
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