(57)【要約】【課題】発光ダイオードの光を泳動路に照射すると，蛍光検出の励起光としては強度が不足する。【解決手段】複数の発光ダイオードをタイミングをずらしてパルス駆動し，それらからの光をレンズで一つの泳動路に集光する。または複数の発光ダイオードからの光を泳動路に照射し，泳動路の試料溶出端近傍から試料の放射する蛍光を検出する。【選択図】図１
2007040812.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料を泳動させるための泳動路と、
前記泳動路に電圧を印加する電圧印加部と、
複数の発光ダイオードと、
前記複数の発光ダイオードへパルス電流を印加するためのパルス発生部を具備する電源部と、
前記試料から発する光を検出する光検出部とを有し、前記パルス発生部は、前記複数の発光ダイオードのうち一定数の発光ダイオードが発光するように前記パルス電流の印加を制御することを特徴とする電気泳動装置。
【請求項２】
前記泳動路と前記発光ダイオードとの間に配置される第１のレンズと、
前記第１のレンズを通過した光を前記泳動路上の被検出部位に集光する第２のレンズとをさらに有し、
前記一定数の発光ダイオードは前記第１のレンズの集光範囲に位置することを特徴とする電気泳動装置。
【請求項３】
前記複数の発光ダイオードは、各々実質的に同一に波長の光を発することを特徴とする請求項１に記載の電気泳動装置。
【請求項４】
前記複数の発光ダイオードを設置するための支持部と前記支持部を移動させるためのアクチュエーターとを更に有し、前記アクチュエーターは前記一定数の発光ダイオードが前記集光範囲に位置するよう前記支持部を移動させることを特徴とする請求項２に記載の電気泳動装置。
【請求項５】
前記複数の発光ダイオードは、前記支持部上に２次元に配置されることを特徴とする請求項４に記載の電気泳動装置。
【請求項６】
前記支持部は円筒であり、前記複数の発光ダイオードは前記支持部の外表面に設置されることを特徴とする請求項４に記載の電気泳動装置。
【請求項７】
前記円筒は、その軸を中心として回転することを特徴とする請求項４に記載の電気泳動装置。
【請求項８】
前記泳動路はキャピラリーであり、前記光検出部は前記キャピラリーの一部の近傍で前記光を検出することを特徴とする請求項1に記載の電気泳動装置。
【請求項９】
前記泳動路はキャピラリーであり、前記光検出部は前記キャピラリーの試料溶出端近傍領域で前記光を検出することを特徴とする請求項1に記載の電気泳動装置。
【請求項１０】
前記支持部に接触する電力供給手段をさらに有し、前記発光ダイオードは前記電力供給手段を介して電力が供給されることを特徴とする請求項４に記載の電気泳動装置。
【請求項１１】
前記光検出器は、光電子増倍管、フォトダイオード、又はCCDのいずれかであることを特徴とする請求項１に記載の電気泳動装置。
【請求項１２】
試料を泳動させるための泳動路と、
前記泳動路に電圧を印加する電圧印加部と、
前記泳動路に光を照射するための複数の発光ダイオードと、
前記泳動路の試料溶出端に対面して設置される検出器とを有することを特徴とする電気泳動装置。
【請求項１３】
前記複数の発光ダイオードは、各々実質的に同一に波長の光を発することを特徴とする請求項１２に記載の電気泳動装置。
【請求項１４】
前記泳動路は前記光を照射される被照射部位、及び前記被照射部位の両端の近傍の各々に第１の被遮光部位と第２の被遮光部位とを有することを特徴とする請求項１２に記載の電気泳動装置。
【請求項１５】
前記泳動路を囲んで設置される支持部をさらに有し、前記複数の発光ダイオードは、前記支持部の前記泳動路に対面する内壁面に設置されることを特徴とする請求項１２に記載の電気泳動装置。
【請求項１６】
一方の端部を前記発光ダイオードの近傍に設置され、他方の端部を前記泳動路の近傍に設置される光伝達手段をさらに有することを特徴とする請求項１２に記載の電気泳動装置。
【請求項１７】
前記複数の発光ダイオードへパルス電流を印加するためのパルス発生部をさらに有し、
前記パルス発生部は、前記複数の発光ダイオードのうち一定数の発光ダイオードが発光するように前記パルス電流を制御することを特徴とする電気泳動装置。
【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などの生体分子を含む試料を，細い泳動路中に導入して電気泳動的に分離し，これらの分子に光を照射して蛍光を励起することにより検出する分析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気泳動は生体分子を分離するための基本的手段の一つである。DNAやタンパク質の電気泳動的分離においては，板状のゲルが分離媒体として永く用いられていたが，近年は内径数１０μｍ〜１００μｍの細管状の泳動路に充填された分離媒質が分離媒体として多用されるようになった。前者の媒体を用いる方法をスラブゲル電気泳動(SGE)，後者の媒体を用いる方法をキャピラリー電気泳動（CE）と呼ぶ。CEでは，いわゆるチューブ状の毛細管のほか，細い流路を形成した基板などが分離媒質の支持体として使用される。後者の支持体を用いる電気泳動をマイクロチップ電気泳動と呼ぶ場合もあるが，本明細書では特に区別せずCEに含める。電気泳動では一般に大きい電界強度を用いるほど高速に分離できる。しかし大きすぎる電界強度は，発生するジュール熱により分離性能を低下させる。CEでは分離単体の断面積がSGEより小さいため，同一の電界強度ならジュール熱を低く押えることができる。結果としてCEではSGEにおけるよりも高い電界強度を分離低下を伴うことなく使用することができる。すなわちCEはSGEより高速な分離が可能である。一方，CEにおいては分離媒体の断面方向の寸法（測光的検出法を用いた場合の光路長）がSGEよりも小さいので，吸光度測定(absorptiometry)では良好な感度を得ることができない。そのため，DNAの塩基配列決定など，高い検出感度が要求される用途では，吸光度測定より高感度な蛍光測定に基づく検出が使用される。蛍光測定に基づくCEは高速分離と高感度検出を両立できるため，DNA分析の主流技術となっている。
蛍光検出に基づくCEとしては様々な報告例がある(例えば特許文献1及び非特許文献1，２)。特許文献1ではチューブ状の毛細管中でDNAを電気泳動的に分離し，アルゴンイオンレーザから出力されるビームを照射して蛍光を励起することにより検出している。非特許文献１，２では，発光ダイオード（Light-emitting diode, ＬＥＤ）の放射光を照射して蛍光検出している。特許文献２では，キャピラリー中を電気泳動するＤＮＡにレーザビームを照射し，ＤＮＡから放射された蛍光をキャピラリー自身を導波路としてキャピラリー末端まで伝送し，キャピラリー末端から放射された蛍光を液槽を介して検出している。以下ではキャピラリー末端から放射された蛍光を液槽を介して検出する方式を末端検出と呼ぶ。特許文献３では複数のＬＥＤをパルス発光させている。
【０００３】
【特許文献１】特開平９―１５２４１８号公報
【０００４】
【特許文献２】WO 00/04371
【特許文献３】特開２００１―９３３２１号公報
【非特許文献１】Electrophoresis 2002, vol.23, pp. 2445-2448.
【非特許文献２】Electrophoresis 2004, vol.25, pp. 3796-3804.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ＤＮＡシーケンシングのように高い感度が要求されるＣＥでは，一般的に特許文献1のようにレーザが蛍光励起光源として用いられてきた。しかしレーザは白熱灯，蛍光灯，発光ダイオード（以下ＬＥＤ）などのインコヒーレント光源に比較して高価格である。さらに，ＤＮＡシーケンシングにおける蛍光検出では，感度が高いだけではなく，異なる発光波長を持つ４種の蛍光体が同時に励起されねばならない。蛍光体の明るさ，扱いやすさから，発光波長が520-700nmにある４種蛍光体が主として使用されており，それらを効率良く励起できる光源として波長488 nmもしくは515 nmのアルゴンイオンレーザが広く用いられてきた。アルゴンイオンレーザはガスレーザの一種であり，レーザの中でも特に高価格かつ短寿命である。さらにアルゴンイオンレーザはガスレーザの中でも，特に高価格であるばかりか，発熱が非常に多く，大掛かりな放熱を必要とする。これらの理由により，従来のＤＮＡシーケンサの多くは，高価格であり，排熱ダクトを必要とし，随時レーザ交換が必要であった。
【０００６】
一方，今日では，波長〜５００ｎｍのＬＥＤが市販されている。ＬＥＤは白熱光源や蛍光灯に比べ，スペクトル幅が小さく単位波長あたりのパワーが大きく，蛍光の励起光源として好適に使用できると考えられる。ＬＥＤは低価格かつ長寿命であるとともに，発熱も小さい。したがって，ＬＥＤを蛍光励起光源とすることにより，低価格で扱いやすいＣＥシステムを構築できる。ここで，ＬＥＤを励起光源として用いる非特許文献１では，１つのＬＥＤを光源とし，低周波数の変動や直流バックグラウンドの排除のために，ＬＥＤをパルス駆動するが，照射光量が不十分となることが想定される。また、１つのハイパワーＬＥＤを光源とすることが記載されているが，波長が５００ｎｍ前後のＬＥＤの輝度は，レーザに比較して今だ５桁ほど小さく，キャピラリー内腔のように狭い領域に照射したときのパワーは，ＤＮＡシーケンシングなどの高感度を要求する用途には未だ十分ではないと想定される。本発明の目的は，ＬＥＤのような低輝度光源をＣＥの励起光源としたときの励起強度を向上させ，蛍光検出の感度を向上させることである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
発明の原理を説明するため，まず蛍光検出の基礎について述べる。蛍光によって検出器に生成される光電子数Sは
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とかける。ここでNAはアボガドロ数Cは計測体積における分析対象分子のモル濃度，Vは計測体積，σは分析対象分子の吸収断面積，Iは励起光の強度，hnは励起フォトンのエネルギー， Qは分析対象分子の蛍光量子収率，Fは検出光学系の集光効率collection efficiency，hは検出器の量子効率  Δt1は検出器の積分時間である。バックグラウンドの電子数Bは背景光による光電子数とダークカウントの和であり，
2007040812.tif 000004
とかける。ここでCBはバックグラウンド相当濃度，Δt2は検出器出力のサンプリング間隔である。蓄積電荷の転送時間が無視できる場合にはΔt1＝Δt2とみなせる。検出器がインターラインまたはフレームトランスファーのＣＣＤであって，蓄積電荷の転送時間≦サンプリング間隔である場合には，Δt1＝Δt2＝サンプリング間隔とみなせる。バックグラウンドノイズの二乗平均N0及びノイズの二乗平均Nはそれぞれ，
2007040812.tif 000005
で与えられる。ここでNrは検出器のリードアウトノイズである。より一般的には，濃度Cは時刻tと位置r = (x,y,z)の関数，励起光の強度Iと集光効率Fは位置r の関数，結果としてSは時間の関数となり，（数1），（数2）は
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となる。
2007040812.tif 000007
を分子検出効率(molecule detection efficiency, MDE)と呼ぶ。MDEを用いて（数７），（数８）を書き換えると
2007040812.tif 000008
以下では簡単のため，C,I,Φは位置と時間に依存しないと仮定し，（数1）〜（数4）に基づいて議論する。蛍光検出の感度を高めるということは，一定の濃度Cに対してなるべく高いS/Nを得るということである。明らかにSが大きいほどS/Nもまた大きい。そこで一定のCに対し，（数1）の右辺をいかに大きくするかについて考える。NA,hは完全な定数であり，Qは分析対象分子によって決まり，分析対象分子によって最適な励起波長がほぼ決まってしまい，同時にσ，nもまた決まってしまう。したがって装置的パラメータでS向上に寄与できるのはV,η，Φ，I,Δt1となる。
【０００８】
CEの場合，キャピラリーの内径をｄ，検出領域の幅をｗとするとV = πd2l/4となる。DNAシーケンシングのような高分解能の電気泳動ではl≦0.1 mm，Δt1≦0.1 sとする必要があり，高電界強度の使用を可能とするためｄ≦0.1 mm 好ましくはｄ≦0.05 mmとする必要がある。すなわちＶとΔt1を大きくすることによって感度向上を図るのには限度がある。ηは原理的に1以下であり，現実の微弱光検出用半導体検出器のηは概ね0.7〜0.9の範囲にあって大差が無い。残されたパラメータはΦとIであって，これらの積を大きくすることが， CEにおける蛍光検出感度のハードウエアによる向上の基本指針である。Φを大きくするには，検出に明るいレンズを使用することが重要である。本発明では，ＬＥＤのような低輝度の光源を使用して，強度Ｉを大きくする方法を示す。
【０００９】
光源における輝度Ｂ0と照射点における輝度Ｂの関係は，光源と照射点の間の光学系の詳細とは関わり無く，
2007040812.tif 000009
で与えられる（光源は空気中にあると仮定した）。n は照射点の屈折率，tは照射光学系の透過率であり，常にt≦1 である。（数9）は照射点における輝度は，いかなる照射系を用いても光源の輝度に照射点の屈折率の二乗を掛けた値を超えられない事実を示し，一般化された輝度不変の法則と呼ばれる。
以下ではＬＥＤはランバート面と仮定する。ランバート面に対しては，光源における単位面積あたりの光パワーE0は輝度Ｂにより
2007040812.tif 000010
で与えられる。一方，照射点における強度Iは
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で与えられる。Ωは照射点から光源を見込む立体角であり，照射レンズの集光立体角とみなすことができる。片側照射である限りΩ≦2πである。複数方向から照射することによりΩをさらに大きくすることが可能であるが，現実には検出のための立体角を残さなければならないので，困難である。照射系が片側かつ軸対称であるならば，照射点における最大入射角をθとして
2007040812.tif 000012
となる。
【００１０】
ＤＮＡシーケンサにおける蛍光検出について考えると，nは一本鎖ＤＮＡ分離媒体の屈折率であり，一般にn = 1.4 である。また照射系の透過率については理想的には1であるが，蛍光体励起波長以外の波長成分を除去するためのフィルタの挿入が必要であり，現実にはt〜0.5である。そこでt = 0.5と仮定する。検出効率Φに依存するが，励起強度Iが106W/m2程度あればＤＮＡシーケンサとして好ましい感度を得ることができる。出力1 mWのアルゴンイオンレーザの輝度は4×109 W/m2/srであるので，（数9）〜（数12）より，θ＝0.5°で十分な強度を得ることができる。一方，最も高輝度なＬＥＤにおいても，その輝度〜8×104 W/m2/srである。したがってθを上限の90°としたとしても，得られる強度〜5×105W/m2となる。現実にはレンズの明るさの限界や，検出用レンズとの立体障害のため，θ＝90°とすることは通常の照射検出系では困難である。θ＝40°程度を想定すると、得られる強度は〜105W/m2となり，レーザを用いた場合より約１桁小さくなる。検出効率の向上は数倍（多くとも３倍）程度であり，励起強度の１桁の低下はカバーできないと考えられる。したがって，ＬＥＤを蛍光励起光源として用いるＣＥシステムにおいて，ＤＮＡシーケンサとして使用するに足りる感度を得るには，励起強度を数倍向上させる構成が必要と考えられる。（数11）から明らかなように，強度を向上させる方法は，光源の輝度を上げる，もしくは照射の立体角Ωを大きくする，の二通りである。複数のLEDを並べただけでは，トータルの出力は大きくなるが，輝度は変わらない。また，LEDを駆動する電流を大きくすればLEDの輝度が大きくなる。しかしながら定格値以上での連続駆動は，発熱による故障の可能性を生じさせる。故障はしなくても，発熱による温度上昇のため，波長や出力が不安定になる。
【００１１】
そこで本発明では，以下の２つの手段により，照射強度Iを向上させる。
手段1：複数のLEDを所定のタイミングでパルス発光させ，照射位置における輝度を増加させる。
手段２：検出系に末端検出を採用し，複数ＬＥＤで照射することにより，照射立体角Ωを増加させる。
【００１２】
まず手段1について説明する。蛍光計測中に，ＬＥＤが点灯している時間の，全測定時間に対する割合をデューティー比と呼ぶことにする。通常の連続駆動の場合，当然ながらデューティー比＝1である。一般に，LEDをデューティー比1/10以下でパルス駆動するときには，連続駆動条件における定格電流の３．３倍程度の電流で駆動してもLEDが正常動作する。このように低デューティー比でパルス駆動すれば消灯時間中に効率的に熱放散が行われるため，温度の上昇も押えられ，出力や波長の変動も生じない。しかし，このようなパルス駆動では点灯中のLED輝度は３倍ほど向上するが，デューティー比が低いため，時間平均で考えるとむしろ光源の輝度は低下する。そこで本発明では，第一のレンズの視野内に複数のLEDを配置し，前記複数LEDを複数の部分集合であるLED群に分け，LED群ごとにタイミングをずらしてパルス駆動し，視野内では一定個数以上のLEDが常に点灯するようにする。このように発光している複数LEDからの光を前記第一のレンズで集光し，第二のレンズで同一のキャピラリーに照射する。この結果，照射位置における輝度は，時間平均値としても，連続駆動時の単一LED光源の輝度よりも高くすることができる。結果として，照射位置における強度を向上させることができる。
【００１３】
第二の手段においては，検出に末端検出法を使用した結果，照射点での立体角を照射のためにのみ使用することができる。そこで，複数方向から照射し，照射立体角を大きくする。この方法により，片側照射でのΩの上限値2πを超えるΩを実現することが可能となる。
【発明の効果】
【００１４】
低価格なLED光源を使用して，レーザ励起同等レベルの高感度蛍光検出が可能となる。またDNAシーケンサなど電気泳動装置システムに適用すれば，低コストで使いやすいシステムが実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下，図面に従って本発明の実施の形態を説明する。実施例1〜実施例６は第一の手段に基づき，実施例７〜実施例９は第二の手段に基づく。云うまでも無く，第一および第二の手段を組み合わせて使用することも可能である。
【実施例１】
【００１６】
図1は第一の実施例の構成図である。支持体５に固定された１０個のＬＥＤ４．１〜４．１０から放射された励起光は第一のレンズ７によって集光され，ほぼ平行な光束にされた後に，励起フィルター８を透過し，第２のレンズ９によって泳動路1上に集光される。泳動路の両端は，バッファー槽２．１およびバッファー槽２．２に浸かっている。それぞれのバッファー槽内に浸った電極１０．１および電極１０．２は，それぞれ電源３の負極および正極に接続されている。バッファーを介して泳動路の両端には電圧が印加され，泳動路内に電場が発生し，泳動路内に注入済みの分析対象分子はその移動度に比例した速度で泳動され，分離される。本実施例で用いた泳動路は内径５０μｍの石英製キャピラリーであり，注入した分析対象分子はＤＮＡ断片である。ＤＮＡはマイナスイオンであるので，負極側である２．１側から注入され，２．２側に向かって泳動され，照射点２０に到達した断片に励起光が照射され，断片から蛍光が放射される。ＤＮＡ断片から放射された蛍光は，第三のレンズ１１によって平行な光束にされ，放射フィルタ１２を通過させて励起光の散乱光成分を除去したのちに，泳動路の一部の近傍に設けられた検出器１４上に結像されて検出される。本実施例で用いた検出器１４は光電子増倍管であるが，フォトダイオードでも良いし，ＣＣＤなどのイメージングデバイスでも勿論良い。イメージングデバイスで検出すればキャピラリー内腔からの光と外面からの散乱光を区別できるので，フィルタ１２で完全に除去しきれなかった散乱光を弁別できるというメリットがある。
【００１７】
ＬＥＤ4.1〜4.10は，柔軟な電線15.1〜15.10で接続された電源6によってパルス駆動される。ここで、複数のＬＥＤは各々実質的に同一の波長の光を発するものである。ここで、実質的に同一の波長の光を発するとは、ピークの波長が製造誤差程度のずれの範囲内で異なる光を発することをいう。以下、複数のＬＥＤを用いるときには同様の条件とする。なお，本明細書では，点灯しているＬＥＤを黒く塗りつぶされた四角，消灯中のＬＥＤを白抜きの四角で表すものとする。図２はＬＥＤ駆動電流パルスのタイミングチャートを示す。各LEDはデューティー比１／１０で駆動しているので，点灯時には，連続駆動条件での定格電流値30ｍAの３．３倍以上の100ｍAで駆動している。また，10個のLEDを図2のようにタイミングをずらして点灯させることにより，レンズ1の集光範囲内において常にLEDのどれかは点灯しており，したがってキャピラリーには常に光が照射されている。図３はＬＥＤの駆動電流と輝度の関係を示す。本実施例で使用したＬＥＤは製造元による推奨動作電流が20ｍＡ，定格電流が30ｍＡであるが，100ｍＡで駆動することによって標準動作電流駆動時の約3倍の輝度が得られることがわかる。勿論，100ｍＡで連続的に点灯した場合，寿命が保証されないが，デューティー比1/10で駆動しているので，標準動作電流と同等の寿命が保証される。もちろん，温度の上昇による出力パワーや波長の変動もほとんど生じない。結果として，本実施例では輝度が３倍のＬＥＤからの光を連続点灯させて照射した場合と同等の強度の励起光が泳動路1の照射点２０に照射される。本実施例で用いたＬＥＤの波長はすべて実質的に500ｎｍであり，蛍光体に対する励起効率は488nmと514.5 nmの２波長で発振するAｒイオンレーザとほぼ同等である。したがって，ＤＮＡシーケンシングや断片長解析でＤＮＡ修飾に用いられる蛍光体，ＲＯＸ，ＦＡＭ，ＴＡＭＲＡ，ＮＥＤ，ＪＯＥ，ＴＥＴ，ＶＩＣ等を好適に励起できる。本実施例では，輝度8×104 W/m2/srの高輝度ＬＥＤを使用し，また，照射レンズとしてＮＡ0.9の明るいレンズを使用してθ〜40°，Ω〜1.5 srとすることにより，照射点での強度として，3×105 W/m2を得ることができた。検出用のレンズ11としてＦナンバー0.85の非常に明るいカメラレンズを採用することにより，従来のＤＮＡシーケンサとほぼ同等の蛍光検出感度を達成した。ここでは10個のLEDを配置したが，20個でも30個でももちろんよい。LED駆動パルスのデューティー比がｘならば，LEDを１／x個以上とすれば常に少なくとも一個のＬＥＤが点灯しているようにできる。
【００１８】
図４は本実施例を用いて，ＲＯＸ標識された一本鎖ＤＮＡサイズマーカー断片試料を注入して分離・検出して得られた電気泳動図である。各ピーク上の数値は，各ピークに帰属するＤＮＡ断片の断片長である。各断片の濃度は1ｎＭであり，これはＤＮＡシーケンシング用試料の１バンドあたりの標準的濃度と同等である。このような濃度の試料に対して１００以上の良好なＳ/Ｎが得られている。ＲＯＸはＤＮＡシーケンシングのために用いる４色蛍光体のうち，最も励起効率が悪い色素とほぼ同等の蛍光特性を持っている。すなわち，本実施例はＤＮＡシーケンサとしても使用可能な蛍光検出感度を持っていることを示している。本実施例では単色の断片長解析を行ったため，分光素子としてフィルタ12のみを使用したが，フィルタ12とレンズ13の間に回折格子もしくはプリズムを挿入し，検出器14としてＣＣＤなどのイメージングデバイスを使用すれば，多色検出可能なＤＮＡシーケンサとして使用することが可能となる。
【実施例２】
【００１９】
図５は第２の実施例の構成図である。本実施例の構成はＬＥＤの配置以外について基本的には第一の実施例と同様なので，ＬＥＤ近傍だけを拡大して表示している。本実施例では，第一のレンズの集光範囲内に１００個のＬＥＤ４．１．１〜４．１０．１０を10×10の２次元マトリックス状に配置し，１００個のLEDを配置している。本実施例ではLEDを10個のLEDで構成される10のLEDグループに分け，各グループ内のLEDは同時に点灯させ，グループごとに第一の実施例と同様に駆動タイミングをずらした。このように同時に点灯するLEDを複数にしても第一の実施例と同様の効果を得ることができる。本実施例に固有の効果としてさらに，２次元的にＬＥＤを配置したので，１次元に並べるよりも，第一のレンズ7に要求される視野範囲が小さくて済むという効果が有る。本実施例では２次元配置されたＬＥＤを列ごとに同時点灯させたが，勿論その必要はなく，任意に分布した所定の10個ごとが同時に点灯していればかまわない。また，各々のＬＥＤの駆動パルスをパルス幅だけずらしたが，必ずしもその必要は無い。例えば，100個すべてのLEDについて，駆動パルス立ち上がりをパルス幅の1/10ずつずらしても常に10個ずつが同時に点灯することになる。あるいは２個ずつ駆動タイミングを同じとし，パルスのずれを1/5としてもよい。
【実施例３】
【００２０】
図６は第３の実施例の概念図である。本発明の基本構造は第一の実施例と類似であるが，LED4-1〜4-10が搭載された基盤（支持部）５が，点灯するLEDがレンズ７の視野の中心に常に来るようにアクチュエーター２１によりスキャンされ，往復運動する。このようにすることによってキャピラリー上の光が照射される点が完全に同一点となり，キャピラリー電気泳動における蛍光検出に用いた場合，検出バンドの幅を小さくすることができ，その結果，高い分離能が得られるという効果が有る。図7は本実施例におけるＬＥＤ駆動電流のタイミングチャートである。基板５の往復運動の周期は10Ｔである。各ＬＥＤは，レンズ1の視野の中心に来た時に発光する。各ＬＥＤは1往復の間（＝１０Ｔ）に２回レンズ７の視野中心に来る，すなわち２回発光するので，デューティー比１／１０とするため，一回の発光時間はＴ／２となる。ただし，基板の両端にあるＬＥＤ4-1と4-10については２回の発光時間が連続するので，一往復の間に一回，時間Ｔの間連続して発光する。図８は本実施例におけるLEDの発光の様子とLEDを固定する支持体５の物理的動きの時系列である。黒く塗りつぶされたＬＥＤが発光中のＬＥＤ，白抜きのＬＥＤが消灯中のＬＥＤである。アクチュエーターによる基板５の動きと連動して，常にレンズ７の視野中心に来たＬＥＤが発光している。
【実施例４】
【００２１】
図９は第４の実施例の概念図である。本実施例は第２の実施例と第３の実施例各々の構成を用いた例である。２次元に配置された１000個のＬＥＤ４．１．１〜４．１０．１００のうち，１０列×１０行＝１００個（アクチュエーターの駆動方向に直交するＬＥＤの並びを列と呼ぶことにする）のLEDを同時点灯し，かつLEDを搭載した基盤を動かして点灯範囲のLEDが常にレンズ1の集光範囲に来るようにする。LED駆動パルスの立ち上がりはパルス幅だけずらしても良いが，本実施例では図10に示したように，駆動パルスのＬＥＤ列ごとのずれをパルス幅Ｔ／２の１／（同時に点灯するＬＥＤの列数）＝１／１０とした。この結果，LED搭載基盤の物理的動きのステップをＬＥＤ１列分の幅にして，レンズ７視野内において１０列のＬＥＤが常に点灯するようにできる。（10列ずつ発光のタイミングを同一にし，10列ごとに駆動パルスをパルス幅Ｔ/2ずらしても良い。この場合にはアクチュエーターのステップ幅をＬＥＤ10列分にしなくてはならないので，アクチュエーターに対する負荷が大きくなる。）また，本実施例においては，ステップ駆動するアクチュエーターではなく，完全になめらかな動作をするリニアアクチュエーターを使用しても良い。この場合でも，レンズ７視野内で点灯するＬＥＤの個数は９０〜１００個，平均して９５個で，平均からの変動が±５％以内のほぼ一定の強度の光がレンズ７によって集光され，キャピラリーに照射される。第一の実施例で，アクチュエーターの動きをなめらかにすると，レンズ７視野内で発光するＬＥＤの個数が1または０となり，相対的変動が±５０％で非常に大きな変動になる。このようにアクチュエーターに対する機械的負荷の小さいなめらかな駆動でもほぼ一定強度の光をキャピラリーに照射できるのが，効果である。
【実施例５】
【００２２】
図１１は第５の実施例である。本実施例では，LED固定支持体5を円筒状とし，この支持体をその軸を中心として回転させる。各々のパルスの駆動については，第４の実施例と同様とすることができ，この場合には，第4の実施例と同様の効果を得ることができる。本構成により，基盤の移動が一方向の回転運動だけですむので，第４の実施例のような往復運動が不要となり，モーターの回転方向を一定にすることができるという効果が有る。また，ＬＥＤへの電力供給を電力供給手段を用いて行う。具体的には，電源92に接続された電線111に対して固定された板ばね９１を介して行っている。支持体5が回転してレンズ7の集光範囲に入ると，板ばね91がＬＥＤの電極と接触してＬＥＤに電力が供給される。このような構成にする効果として，ＬＥＤ駆動パルスの制御が不要となり，電源92として単なる直流電源を使用可能となるほか，ＬＥＤと電源を接続する柔軟な電線の支持体5の動きによる金属疲労が低滅する。本実施例では板ばね９１を電源にはんだづけにより半永久的に接続し，板ばねとＬＥＤ電極を，離脱可能な機械的接触により導通させた。半永久的な接続方法としては，はんだづけの他，溶接，圧着，銀ペーストなどによる接合，ねじとめ，コネクタによる接続などを用いてももちろんかまわない。逆に板ばねをＬＥＤの電極に半永久的に接続し，この板ばねと電源の電極もしくは電源に接続された電線との間を離脱可能な機械的接触により導通させてもよい。この方式には，板ばねが金属疲労した時，ＬＥＤ搭載基板5の交換で対応できるという利点がある。
【実施例６】
【００２３】
図１２は第６の実施例である。本実施例は複数のLEDを２次元に円筒状のLED固定支持体５に設置し，かつこの支持体をその軸を中心として回転させる。LEDの駆動については，例えば第２の実施例と第５の実施例各々の構成を併せて用いることができる。同時点灯するLEDを複数にしたことにより，円筒基板の回転のステップ幅を小さくでき，モーターの負荷を小さくできる。第5の実施例では回転のステップが360°/10＝36°であったが，本実施例では360°/40＝9°となる。
【実施例７】
【００２４】
図１３は第７の実施例の概念図である。電源３によってバッファー槽２．１とバッファー槽２．２の間に電圧が印加され，泳動路（本実施例ではキャピラリー）1中を分析対象分子が電気泳動する。照射点２０の周囲に，１００個のＬＥＤ４．１．１〜４．１０．１０が円筒面上に配置されている（図では、円筒は断面図で１３１として示される）。すなわち，円筒がキャピラリーを囲むように設置され，かつ円筒のキャピラリーに対面する内壁面にLEDが設置されている。複数のLEDが同時に点灯している。図１４は本実施例における照射点近傍の拡大図である。照射位置の前後において，キャピラリー周囲に遮光部３０ａ，３０ｂが設けられている。この結果，照射幅が広がらず，電気泳動的分離能が低下しない。図１５は断面Ａによる照射点周辺の断面の拡大図である。ＬＥＤとキャピラリーの間には円筒状のフィルタ8が挿入されている。このフィルタ8によりＬＥＤ放射光の発光のうち，波長が蛍光の発光波長と一致する成分を除去している。泳動路中の分析対象分子はこれらのＬＥＤからの放射光で励起され，蛍光を放射する。照射点において放射された蛍光は，泳動路1内を内部全反射により伝播し，端面まで伝送される。端面から放射された蛍光はバッファー槽２．１を介して集光レンズ１１で平行光束にされ，フィルタ１２で蛍光以外の光を遮断した後に，結像レンズ１３でＣＣＤカメラ１４の光電面上に結像される。検出器１４はキャピラリーの試料溶出端の近傍であって、試料溶出端と対面する位置に設置される。本実施例のように，蛍光を端面まで伝送してから検出する結果，照射点における立体角のすべてを照射に用いることが可能となる。本実施例では，0.2 mm×0.2 mm角のＬＥＤチップを照射点を中心とする，直径0.73ｍｍ，長さ2.27ｍｍの円筒面状に隙間0.03ｍｍで100個配置する。したがって，照射点において光源を見込む立体角Ω＝2.1πとなり，従来の片側照射での限界を超える立体角を実現する。本実施例では，標準動作条件で輝度8×104 W/m2/srの高輝度ＬＥＤを標準条件の連続動作で使用し，また，透過率約0.5のフィルタを使用することにより，照射点において5.4×105 W/m2の強度を得ることができる。結果として，検出レンズとしてＦナンバー1.2のカメラレンズを使用して，十分な蛍光検出感度を得ることができる。
本実施例ではＬＥＤを円筒面上に配置したが，キャピラリーの照射点を内部に含む球面上に配置してももちろんかまわない。２つのキャピラリーを挟む，平行平面でも良い。いずれの場合も平行平面立体角の絶対的限界である4πに近い照射立体角を実現することが可能である。
【実施例８】
【００２５】
図１６は第８の実施例の概略図である。本実施例の基本構成は第７の実施例と同様であり，図１６は照射点におけるキャピラリーに直交する面による断面図である。本実施例では，ＬＥＤ４．１〜４．４の光をそれぞれレンズ７．１〜７．４で平行化し，フィルタ８．１〜８．４でスペクトル純度を高めたのちに，レンズ９．１〜９．４で絞ってキャピラリー1に４方向から照射する。1方向について見ると，本実施例では各方向から1個で照射しているが，第1の実施例と同様に各方向でレンズ7.1-7.4の視野内に複数のＬＥＤを配置しても勿論良い。４方向から照射しているため，トータルの照射立体角としては４倍のΩ＝6 sr とすることができた。その結果，ＬＥＤを標準動作条件で連続駆動して照射点の強度4×105 W/m2を達成した。本実施例の効果として，ＬＥＤの使用個数が減らせるというメリットがある。本実施例では４方向から照射しているが，一般的にはｎを任意の整数としてｎ方向からで照射してよい。また，本実施例では照射光の光軸をキャピラリーに直交する面内に配置しているが，この面に対して斜めの方向から照射しても勿論良い。
【実施例９】
【００２６】
図１７は第９の実施例の概略図である。本実施例では，ＬＥＤ４．１〜４．８の光を光ファイバ（光伝達手段）１４．１〜１４．８に導入してから，キャピラリー1に照射している。この光ファイバの一方の端部はＬＥＤの近傍に設置され，他方の端部はキャピラリー１の近傍に設置される。この結果，本実施例ではＬＥＤを柔軟に配置できるという効果がある。また，本実施例では各光ファイバから1個のＬＥＤからの光を導入しているが，各方向でレンズ7.1-7.4の視野内に複数のＬＥＤを配置して複数のＬＥＤからの放射光を各光ファイバに導入して勿論良い。
【実施例１０】
【００２７】
図１８は第１０の実施例の概念図である。本実施例では電気泳動系，検出系は第７の実施例と同様である。異なるのは複数のＬＥＤ４．１―４．１０を第1の実施例のようにタイミングをずらしてパルス駆動してレンズ９で集光してキャピラリー１に照射している点である。レンズ９で集光しても，異なる発光点からの光はわずかにずれた位置に集光される。つまり発光しているＬＥＤが時間的に変わるとともに照射位置が動く。第1の実施例では，直接照射点を固定された観測しているので，検出器１４として，この照射位置の動きよりも大きい検出面を持つ光電子増倍管を使用した。本実施例では，発光点が固定されたキャピラリーの断面で，実質的に一点とみなしうるので，アバランシェフォトダイオードのように，検出面は小さいが，光電子増倍管より量子効率が高く，暗電流が小さい高感度な検出器を使用することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
低価格かつメンテナンスが簡便な電気泳動装置に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】実施例１の構成図。
【図２】実施例1におけるＬＥＤ駆動電流パルスのタイミングチャート。
【図３】ＬＥＤの駆動電流と輝度の関係。
【図４】実施例1を用いて得られた電気泳動図。
【図５】実施例２の構成図。
【図６】実施例３の概念図。
【図７】実施例３におけるＬＥＤ駆動電流パルスのタイミングチャート。
【図８】実施例３におけるＬＥＤ支持体の動きの時系列。
【図９】実施例４の概念図。
【図１０】実施例４におけるＬＥＤ駆動電流パルスのタイミングチャート。
【図１１】実施例５の概念図。
【図１２】実施例６の概念図。
【図１３】実施例７の概念図。
【図１４】実施例7における照射点近傍の拡大図。
【図１５】実施例７におけるキャピラリーに直交する面による断面図。
【図１６】実施例８の概念図。
【図１７】実施例９の概念図。
【図１８】実施例１０の概念図。
【符号の説明】
【００３０】
１：泳動路，２．１〜２．２：バッファー槽，３：電源，４．１〜４．１０，４．１．１〜４．１０．１０：発光ダイオード，５：支持体，６：電源，７：レンズ，８，８，８．１〜８．２：フィルタ，９：レンズ，１０.１〜１０．２：電極，１１：レンズ，１２：フィルタ，１３：レンズ，１４：検出器，２０：検出点，２１：アクチュエーター，３０ａ〜３０ｂ：遮光部，９１．１〜９１．４：板ばね，９２：電源，１１１：電線，１３１：円筒面。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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