(57)【要約】【課題】緩衝液の粘度を高くしても電気泳動流路に確実に緩衝液を充填することのできる生体分子解析装置を提供することを目的とする。【解決手段】回転角度の基準位置を示す基準位置マーカと緩衝液が保持されたチャンバーに接続された少なくとも一つの電気泳動流路とを備えた生体分子解析用プレートと、前記生体分子解析用プレートを回転させるための回転手段と、前記回転手段を制御するための制御手段と、前記電気泳動流路を照射するための光源と、前記光源による前記電気泳動流路からの反射光の積分値を所定の値と比較して前記所定の値以下であれば前記制御手段に前記回転手段を停止させる指令を送る流路充填監視手段を有する生体分子解析装置。【選択図】図１
2009058353.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転角度の基準位置を示す基準位置マーカと緩衝液が保持されたチャンバーに接続された少なくとも一つの電気泳動流路とを備えた生体分子解析用プレートと、
前記生体分子解析用プレートを回転させるための回転手段と、
前記回転手段を制御するための制御手段と、
前記電気泳動流路を照射するための光源と、
前記光源による前記電気泳動流路からの反射光の積分値を所定の値と比較して前記所定の値以下であれば前記制御手段に前記回転手段を停止させる指令を送る流路充填監視手段を有する生体分子解析装置。
【請求項２】
前記流路充填監視手段は、前記基準位置マーカを検出するための基準位置検出器と、
前記電気泳動流路からの反射光を所定の期間積分する積分器と、
前記積分器の出力が前記所定の値以下であれば前記制御手段に停止指令を送る判断器とからなる請求項１に記載の生体分子解析装置。
【請求項３】
前記基準位置検出器は、前記基準位置マーカに検出光を照射するための検出光照射器と、前記生体分子解析用プレートからの反射光を検出するための反射光受光器とからなる請求項２に記載の生体分子解析装置。
【請求項４】
前記積分器は、
制御手段から出力される信号をカウントしてカウント値とし前記基準位置検出器から出力される信号のエッジで前記カウント値をリセットするパルスカウント部と、
パルスカウント部から出力された信号を所定のテーブルを用いて積分期間信号と積分値リセット信号とＡ／Ｄ開始信号とを生成するタイミング信号生成部と、
前記積分期間信号の出力期間のみ受光器の信号を積分し積分値リセット信号で積分結果を０にする積分部と、
前記積分部の出力を前記Ａ／Ｄ開始信号のタイミングでＡ／Ｄ変換して判断器に出力するＡ／Ｄとからなる請求項２に記載の生体分子解析装置。
【請求項５】
前記判断器は、
全ての電気泳動流路において前記積分器から出力された値が所定の値以下のとき充填完了と判断し、充填完了信号を出力する判断部と、
前記充填完了信号を入力すると前記回転手段に回転停止信号を出力する停止信号生成部とからなる請求項２に記載の生体分子解析装置。
【請求項６】
前記所定の期間を、前記積分期間信号とする請求項４に記載の生体分子解析装置。
【請求項７】
前記所定のテーブルは、
前記基準位置マーカから前記電気泳動流路の始端と終端との距離を示す位置電気泳動流路位置アドレスと、
前記電気泳動流路位置アドレスを基準として前記積分器出力が一定値になるときの位置を示すＡ／Ｄ変換位置アドレスと、
前記Ａ／Ｄ変換位置アドレスの後に前記積分器の内容をリセットする位置を示すリセット位置アドレスからなる請求項４に記載の生体分子解析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生体分子解析用プレート（以下、プレート）を回転させることによって緩衝液を自動充填する機構を有する生体分子解析装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図１１に従来の生体分子解析装置の構成図を示す。従来の生体分子解析装置は、プレート１０４を回転させるモータ１１０２と、そのモータ１１０２にモータ回転速度制御信号１１０４を送り、モータ１１０２の回転速度を制御するモータ回転制御器１１０１を備えている。モータ回転速度制御信号１１０４は、電圧値やパルスのデューティ比などによって回転速度を表し、モータ回転制御器１１０１は、このモータ回転速度制御信号１１０４の出力を制御することによって、モータ１１０２を一定速度で回転させる。
【０００３】
さらに、従来の生体分子解析装置にはタイマ１１０３を備えている。タイマ１１０３はモータ１１０２の回転時間を計測し、予め決められた時間が経過後モータ回転制御器１１０１に回転停止信号を送り、モータ１１０２の回転を停止させる。以上の構成の回転機構を有する生体分子解析装置において生体分子サンプルを分析するために、まずプレート１０４内の電気泳動流路３０１に緩衝液を充填し（以下、充填動作）、続いて前記電気泳動流路３０１内で分析サンプル（以下、サンプル）を電気泳動させる。
【０００４】
充填動作は、始めにプレート１０４の緩衝液注入口および分析サンプル注入口にそれぞれ緩衝液とサンプルを注入し、前記プレート１０４を生体分子解析装置にセットする。続いて前記プレート１０４を高速回転させることにより遠心力を発生させ、その遠心力を用いて緩衝液を電気泳動流路３０１に充填する。回転時間が充填動作開始の前にユーザによって設定された時間、もしくは装置が予め記憶している時間に達したとき、回転を停止し、充填動作を終了する。（例えば、特許文献１参照。）
【特許文献１】特開２００６−３３７２１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前記従来の構成では、緩衝液の濃度ばらつきや温度により緩衝液の粘度が高くなると充填動作により電気泳動流路に充填できなくなるため、サンプルを電気泳動することが出来ずサンプル分析ができないという課題を有していた。
【０００６】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、緩衝液の粘度を高くしても電気泳動流路に確実に緩衝液を充填することのできる生体分子解析装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記従来の課題を解決するために、本発明の生体分子解析装置は、回転角度の基準位置を示す基準位置マーカと緩衝液が保持されたチャンバーに接続された少なくとも一つの電気泳動流路とを備えた生体分子解析用プレートと、前記生体分子解析用プレートを回転させるための回転手段と、前記回転手段を制御するための制御手段と、前記電気泳動流路を照射するための光源と、前記光源による前記電気泳動流路からの反射光の積分値を所定の値と比較して前記所定の値以下であれば前記制御手段に前記回転手段を停止させる指令を送る流路充填監視手段を備えることを特徴としたものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の生体分子解析装置によれば、プレート内の電気泳動流路に緩衝液を確実に充填することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下に、本発明の生体分子解析装置の実施の形態を図面とともに詳細に説明する。
（実施の形態１）
図１に、本発明の第１の実施の形態における生体分子解析装置（以下、解析装置）のブロック図を示す。図１において、制御手段１０１はプレート１０４を回転させる回転手段１０２を駆動するためのモータ駆動信号１１３を出力する。本発明の解析装置は、回転手段１０２にステッピングモータを使用し、制御手段１０１はモータ駆動信号１１３にステッピングモータの回転数に応じて周期が変化するパルスを出力する。光源１０６は、プレート１０４に向かって照射光１１０を照射し、その反射光１１１を受光器１０７が受光し、その強度を電気信号に変換し、流路充填監視手段１１５に出力する。
【００１０】
次にプレート１０４について説明する。図２にプレート１０４の全体図を、図３に流路２０１ａ〜２０１ｈの拡大図を示す。図２において、プレート１０４にはそれぞれ独立した流路２０１ａ〜２０１ｈがあり、一個の基準位置マーカ１０３が図のように設けられている。基準位置マーカには、プレート１０４と大きく異なる反射材が塗布されている。そのため、基準位置マーカを基準位置検出器１０５により検出することにより、プレート１０４の１回転を正確に測定することが出来る。また、流路２０１ａ〜２０１ｈには、それぞれサンプルを電気泳動させて光学的に泳動状態を観測するための電気泳動流路３０１が同心円２０２に沿って形成されている。光源１０６は、この同心円２０２に向かって照射光１１０を照射し、プレート１０４が回転することによってこの同心円２０２をスキャンする。緩衝液は、プレート１０４を回転させることで電気泳動流路３０１を矢印３０２の方向に充填される。
【００１１】
次に流路充填監視の原理を説明する。プレート１０４の電気泳動流路３０１は、緩衝液が充填されている部分は充填されていない部分に比べて光の反射率が高いという特徴がある。この特徴を利用し、本解析装置は電気泳動流路３０１に向かって照射光１１０を照射し、その反射光１１１を電気泳動流路３０１全体分積分し、その積分結果から充填状況をモニタリングする。図４に緩衝液の充填率と電気泳動流路全体の反射光の積分結果の関係を示す。積分結果は、全く充填されていない状態を最大値として、充填が進むにつれて直線的に減少し、完全に充填された状態で最小値となる。
【００１２】
次に流路充填監視手段１１５の構成について説明する。流路充填監視手段１１５は、基準位置マーカ１０３を検出し、基準位置通過信号１１２を出力する基準位置検出器１０５と、モータ駆動信号１１３と基準位置通過信号１１２から積分に必要なタイミングを求め、受光器１０７が出力する電気信号を所定の時間積分し、その結果を出力する積分器１０８と、積分器１０８が出力する積分結果から緩衝液の充填状況を判断し、充填完了を確認後制御手段１０１に回転手段１０２の回転を停止させる回転停止命令１１４を出力する判断器１１５から構成されている。
【００１３】
次に基準位置検出器１０５の詳細について説明する。基準位置マーカ１０３は、プレート１０４上で電気泳動流路３０１が存在する同心円２０２以外の場所に１つ存在する光学的な反射材であり、その基準位置マーカ１０３の通過を光学的に検出する。図５に基準位置検出器１０５の構成を示す。図５において、検出光照射器５０１は、プレート１０４の回転によって基準位置マーカ１０３が描く同心円に向かって基準位置マーカ検出光５０３を照射する。反射光受光器５０２は、検出光照射器５０１が照射した基準位置マーカ検出光５０３の反射光５０４を受光し、強い反射光５０４を受光したとき、基準位置マーカ１０３が通過したと判断し、基準位置通過信号１１２をアクティブにする。
【００１４】
次に積分器１０８の詳細について説明する。図６に積分器１０８の構成を示す。図６において、パルスカウント部６０３は基準位置通過信号１１２とモータ駆動信号１１３を入力し、プレート１０４の回転角度を位置アドレスとして出力する。図７に入力信号と位置アドレスのタイムチャートを示す。基準位置通過信号１１２はパルスからパルスまでの間が１回転を示す。本発明の解析装置に使用しているステッピングモータは１２８００パルスを与えたとき１回転するため、モータ駆動信号１１３は基準位置通過信号１１２のパルス間に１２８００パルス存在する。カウンタはモータ駆動信号１１３のパルス数を数え、基準位置通過信号１１２のパルスを入力したとき、カウント値を０にリセットする。パルスカウント部６０３は、このカウント値を位置アドレスとして出力する。
【００１５】
本実施例では、プレート１０４が４０００ｒｐｍで回転するため、基準位置通過信号１１２のパルスの周期は１５ｍｓ、モータ駆動信号１１３のパルスの周期は１．１７μｓである。また、位置アドレスは０から１２７９９までの値で変化し、ひとつの位置アドレスが約０．０２８度に相当する。
【００１６】
タイミング信号生成部６０４は、パルスカウント部６０３が出力する位置アドレスから積分タイミング、積分値のリセットタイミング、積分値のＡ／Ｄ開始タイミングを計り、それぞれ積分期間信号６０５、積分値リセット信号６０６、Ａ／Ｄ開始信号６０７を出力する。
【００１７】
図８にタイミング信号生成部６０４が出力する積分期間信号６０５のタイムチャートを示す。積分期間信号６０５は、パルスカウント部６０３が出力する位置アドレス６０８と、タイミング信号生成部６０４が予め記憶しているアドレステーブルを比較し、位置アドレス６０８がアドレステーブル内のアドレスと合致したとき、積分期間信号６０５をアクティブにする。
【００１８】
本実施例では、図２に示すようにプレート１０４の電気泳動流路３０１は半径３５ｍｍの同心円２０２状に全部で８個あり、一つの電気泳動流路３０１の長さは２０ｍｍである。また、電気泳動流路３０１と隣の電気泳動流路３０１の間は７．５ｍｍであり、基準位置マーカと最初の流路との距離は３．５ｍｍである。したがって、４０００ｒｐｍで回転させた場合には、基準位置マーカ１０３から最初に出会う流路の位置アドレスは２０４カウントになる。この流路の最後の位置アドレスは１３６８カウントになる。というように、必要な位置アドレスを予め計算してアドレステーブルにしてタイミング信号生成部６０４に記憶しておく。積分期間信号６０５は、この予め記憶しておいたアドレステーブルとパルスカウント部６０３から入力される位置アドレスとを比較して、一致したときアクティブにする。なお、本実施例での回転速度は４０００ｒｐｍで説明したが、回転角度はモータ駆動パルス数で決まるため、回転速度によらず位置アドレスの値は同一となる。
【００１９】
図９に図８のＡ区間の拡大図を示す。Ａ／Ｄ開始信号６０７と積分値リセット信号６０６は、積分期間信号６０５と同様にアクティブとなるべき位置アドレスをあらかじめアドレステーブルにして記憶させておき、パルスカウント部６０３から入力される位置アドレスと比較しながら適宜アクティブにする。Ａ／Ｄ開始信号６０７と積分値リセット信号６０６は、モータ駆動信号１１３のパルスに同期したパルスであり、積分期間信号６０５が非アクティブの間に、初めにＡ／Ｄ開始信号６０７、次に積分値リセット信号６０６がアクティブにする。本実施例では、プレート１０４を４０００ｒｐｍで回転させた場合、積分期間信号６０５が非アクティブな時間は０．５１ｍｓである。
【００２０】
積分部６０１は、受光器１０７の出力、積分期間信号６０５、積分値リセット信号６０６を入力し、積分期間信号６０５がアクティブな間、受光器１０７の出力信号を積分し、その積分値をＡ／Ｄ６０２に出力する。さらに積分値リセット信号６０６がアクティブなとき、積分値を０にリセットする。
【００２１】
Ａ／Ｄ６０２は、積分部６０１の出力とＡ／Ｄ開始信号６０７を入力し、Ａ／Ｄ開始信号６０７がアクティブな時、積分部６０１の出力をＡ／Ｄ変換し、判断器１１５に出力する。
【００２２】
次に判断器１０９の詳細について説明する。図１０に判断器１１５の構成を示す。図１０において、判断部１００１は積分器１０８からの積分結果を入力し、緩衝液充填中の全ての電気泳動流路３０１において緩衝液が完全に充填されたことを確認したとき、充填完了信号を出力する。判断部１００１は、所定の値と積分器１０８が出力する積分結果とを比較し、積分結果が所定の値以下になったとき、緩衝液が充填できたと判断する。本実施例では、所定の値を積分結果の最小値とし、予め判断部１００１に記憶させておく。
【００２３】
緩衝液を充填している電気泳動流路３０１全てにおいて、緩衝液が完全に充填されたとき、充填完了信号をアクティブにする。
【００２４】
停止命令生成部１００２は、判断部１００１から充填完了信号を入力し、充填完了信号がアクティブになったとき、制御手段１０１に回転停止信号１１４を出力し、回転手段１０２の回転を停止させて充填動作を終了する。
【００２５】
以上のように構成された本発明において、高粘度緩衝液である２００ｃＰ、３００ｃＰ、及び４６０ｃＰの緩衝液を用いて充填状態の確認を行った。確認には、それぞれの粘度の緩衝液について各１０個のプレートを用意して、本発明の構成にて電気泳動流路の充填状況を目視で確認した。その結果、未充填による分析不良は皆無だった。また、その後のサンプル分析も正常に行えたため、従来の構成では、不可能であった高粘度の緩衝液（２００ｃＰ以上）を用いても、正常な分析が行える。
【００２６】
なお、実施の形態１の回転手段１０２をＤＣモータに変更し、決められた回転角でパルスを出力するエンコーダを追加し、そのパルスをカウンタに入力しても良い。この構成にすれば、ステッピングモータが苦手とする高速回転域においても、充填動作中に緩衝液の充填状況の確認が可能であり、緩衝液の粘度が高い場合においても確実に充填することができる。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
本発明にかかる生体分子解析装置は、回転による遠心力を用いて流路中に液体の充填を行う化学分析用プレートに有用である。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施の形態１における生体分子解析装置のブロック図
【図２】生体分子解析用プレートの全体図
【図３】流路の拡大図
【図４】緩衝液の充填率と電気泳動流路全体の反射光の積分結果の関係図
【図５】基準位置検出器の構成図
【図６】積分器の構成図
【図７】パルスカウント部への入力信号と位置アドレスの関係を示すタイムチャート
【図８】位置アドレスと積分期間信号の関係を示すタイムチャート
【図９】図８のＡ区間の拡大図
【図１０】判断器の構成図
【図１１】従来の生体分子解析装置の構成図
【符号の説明】
【００２９】
１０１  制御手段
１０２  回転手段
１０３  基準位置マーカ
１０４  生体分子解析用プレート
１０５  基準位置検出器
１０６  光源
１０７  受光器
１０８  積分器
１０９  判断器
１１０  照射光
１１１  反射光
１１２  基準位置通過信号
１１３  モータ駆動信号
１１４  回転停止信号
１１５  流路充填監視手段
２０１ａ〜２０１ｈ  分析用流路
２０２  電気泳動流路３０１が存在する同心円
３０１  電気泳動流路
３０２  緩衝液の充填方向
５０１  基準位置マーカへの検出光照射器
５０２  基準位置マーカからの反射光受光器
５０３  基準位置マーカへの照射光
５０４  基準位置マーカからの反射光
６０１  積分部
６０２  Ａ／Ｄ
６０３  パルスカウント部
６０４  タイミング信号生成部
６０５  積分期間信号
６０６  積分値リセット信号
６０７  Ａ／Ｄ開始信号
６０８  位置アドレス
１００１  判断部
１００２  停止信号生成部
【図１】
2009058353.tif 000003
【図２】
2009058353.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2009058353.tif 000008
【図７】
2009058353.tif 000009
【図８】
2009058353.tif 000010
【図９】
2009058353.tif 000011
【図１０】
2009058353.tif 000012
【図１１】
2009058353.tif 000013