(57)【要約】【課題】試料の蛍光を測定する際に、高い検出感度を実現できるキャピラリーユニット及びそれを用いた生体分析装置を提供する。【解決手段】試料を充填するための毛細管と前記毛細管内の試料を測定するための測定部を持つキャピラリーユニットにおいて、前記測定部は、一端が開放された開口部を持つとともに前記測定部内の毛細管に充填された試料から発する光を反射させて集光するように配置されたミラーを有するキャピラリーユニット。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料を充填するための毛細管と前記毛細管内の試料を測定するための測定部を持つキャピラリーユニットにおいて、
前記測定部は、一端が開放された開口部を持つとともに前記測定部内の毛細管に充填された試料から発する光を反射させて集光するように配置されたミラーを有するキャピラリーユニット。
【請求項２】
前記ミラーはミラーブロック上に配置されており、前記ミラーブロックは前記測定部内に配置されている請求項１に記載のキャピラリーユニット。
【請求項３】
前記ミラーによる集光は、前記測定部内に焦点を結ぶように配置されている請求項１及び２に記載のキャピラリーユニット。
【請求項４】
前記ミラーは、凹面形状である請求項１及び２に記載のキャピラリーユニット。
【請求項５】
前記ミラーブロックは、前記ミラーの両端に位置決め基準面を設けた請求項２に記載のキャピラリーユニット。
【請求項６】
請求項２に記載のキャピラリーユニットを装着した際に、前記測定部に貫入するように配置された検出部を備えた生体分析装置。
【請求項７】
前記検出部は、前記ミラーブロックの位置決め基準面に接続するための保持基準面と前記毛細管を保持するためのガイド部を持つ請求項６に記載の生体分析装置。
【請求項８】
前記検出部は、前記毛細管内の試料に励起光を与える光源と前記試料から発する蛍光を検出するための受光部とを前記保持基準面に設けている請求項７に記載の生体分析装置。
【請求項９】
前記ガイド部は、前記試料から発する光を前記ミラーにより反射して前記受光部に集光するよう設置された検出部を持つ請求項７に記載の生体分析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、キャピラリー電気泳動装置に関し、より詳細には、キャピラリー電気泳動装置に用いるキャピラリーユニットとそれを用いた生体分析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＤＮＡやタンパク質などの分子量の大きさによって分析する方法には、蛍光検出を利用した平板型のゲル電気泳動装置が用いられていた。しかし、近年、キャピラリーにゲルや流動性ポリマーを充填し、分析管として用いるキャピラリーゲル電気泳動装置が用いられている。
【０００３】
図６に従来のキャピラリー電気泳動装置を示す。６１は平板、６２はキャピラリー、６３はキャピラリーユニット、６４は光学ユニット、６５は光源、６６は受光部、６７は駆動部である。従来のキャピラリー電気泳動装置は、キャピラリーに電解質を満たし、両端を電解槽に入れる。キャピラリーの一端に試料を入れてキャピラリーの両端に電圧を加えれば、試料は、試料を構成する各成分の移動度に応じて分離されながら他端に向けて移動する。このため、キャピラリー管の途中に光学ユニットを設置し、各成分の通過時間を検出することにより、試料の分析が出来る。この検出には、吸光度測定が多く用いられ、平板にキャピラリーを埋めこんだキャピラリーユニット６３は、（一端が受光部でその反対側が光源）の光Ｕ字型学ユニット６４で挟み込むように設置されている。このキャピラリーユニットの側方は光を透過しない材質でマスクしているため、キャピラリーに電圧を印加すれば、サンプルを分析することが出来る。分析を行う前に、キャピラリーに緩衝液を満たした状態で、光源から平行光を照射してキャピラリーを透過した透過光を受光部で検出しながら、駆動部によって光源からの光軸と直交する方向に光学ユニットを移動させ、この透過光の強度が最大となる位置に光学ユニットを移動させ、光源の位置とキャピラリーの中心との位置合わせを行う（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開平５−５２８０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前記従来の構成では、試料の蛍光を測定する場合には、キャピラリー管の中の試料から発せられる蛍光が放射状に発せられるため、その全てを受光部で受光することが出来ず、検出感度を高くすることが出来ないという課題を有していた。
【０００５】
本発明は前記従来の課題を解決するもので、試料の蛍光を測定する際に、高い検出感度を実現できるキャピラリーユニット及びそれを用いた生体分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】
【０００６】
前記従来の課題を解決するために、本発明のキャピラリーユニット及びそれを用いた生体分析装置は、試料を充填するための毛細管と前記毛細管内の試料を測定するための測定部を持つキャピラリーユニットにおいて、前記測定部は、一端が開放された開口部を持つとともに前記測定部内の毛細管に充填された試料から発する光を反射させて集光するように配置されたミラーを有することを特徴としたものである。
【０００７】
さらに、本発明のキャピラリーユニット及びそれを用いた生体分析装置は、請求項２に記載のキャピラリーユニットを装着した際に、前記測定部に貫入するように配置された検出部を備えたことを特徴としたものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明のキャピラリーユニット及びそれを用いた生体分析装置によれば、毛細管内部の試料からの発する蛍光を効率良く検出部に集光することができるため、微弱な試料の蛍光を感度良く検出することができる。また、従来の吸光測定のようにキャリピラリー管Ｔと光学ユニットとの間の複雑な位置合わせ機構の必要が無い。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下に、本発明のキャピラリーユニットおよび光学系の位置決め方法の実施の形態を図面とともに詳細に説明する。
【００１０】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における検出部の構成を示す斜視図を示すものである。図１（ａ）は、本発明の実施の形態１における毛細管ブロックの検出部の構成を示す斜視図を示すものである。毛細管ブロック１１は、Ｐｏｌｙｍｅｔｈｙｌ  Ｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ（以下、ＰＭＭＡと称す）などの樹脂材料を用いており、第1の毛細管１２と、測定するための検出窓１３と、ミラーブロック１６とで構成される。第１の毛細管１２は、ポリイミドが表面に被覆された外径０．３ｍｍ、内径０．１ｍｍのガラス管で、毛細管ブロック１１の直径０．６ｍｍの貫通穴に接着剤を用いて埋め込まれている。第１の毛細管１２の中には、サンプルまたは緩衝液が注入される。
【００１１】
検出窓１３の大きさは、６ｍｍ×６ｍｍである。毛細管ブロック１１はこの検出窓１３の形状で凹状に窪んでおり、この凹状の部分では、被覆が除去された第１の毛細管１２が露出して検出部を形成している。ミラーブロック１６は、第１の毛細管１２のほぼ半周部を取り囲むように検出部の内部に配置されている。ミラーブロック１６に用いる材料は、試料から発生される光を反射できる金属材料、あるいは樹脂材料でも良い。金属材料としてはＡｌが好適である。また、図で示しているように、凹面ミラー１５と位置決め基準面１４を有している。凹面ミラー１５は、第１の毛細管１２内部のサンプルの蛍光を得るための励起光およびサンプルからの蛍光を反射できることが必要である。そのために、凹面ミラー１５は、ミラーブロック１６に用いた金属材料の表面を研磨し、表面が鏡面になるよう加工されている。または、ミラーブロック１６が樹脂材料で作製した場合は、凹面ミラー１５の表面にＡｌなどの金属材料薄膜を成膜してもよい。凹面ミラー１５は、第１の毛細管１２よりも上方に中心をもつ半径1ｍｍの円弧であり、保持基準面１１１よりもファイバ側に０．３ｍｍ上方に焦点を持つような形状となっている。本実施例では、円筒状のミラーを作製した。
【００１２】
図１（ｂ）は、本発明の実施の形態１における光学ユニットの検出部の構成を示す斜視図を示すものである。光学ユニット１７は、本発明のキャピラリーユニットをこの生体分析装置に取り付けたときに、毛細管ブロック１１の測定部に検出窓を通して接続するように図示しない生体分析装置に配置されている。
【００１３】
光学ユニット１７（６ｍｍ×６ｍｍ）は、受光用光ファイバ１８、第１の励起用光ファイバ１９と第２の励起用光ファイバ１１０、保持基準面１１１、ガイド１１２とで構成される。受光用光ファイバ１８（直径０．５ｍｍ）は、光学ユニット１７上部中央に設置されており、サンプルから直接入射する蛍光および凹面ミラー１５で反射して入射する蛍光及び励起光を受光する。このとき、蛍光と励起光の波長の違いを利用し、受光用光ファイバ１８入射する励起光を装置内部のバンドパスフィルター（図示していない）にて除去する。
【００１４】
第１の励起用光ファイバ１９（直径０．５ｍｍ）および第２の励起用光ファイバ１１０（直径０．５ｍｍ）は、受光用光ファイバ１８の両脇に設置されており、サンプルに照射すると蛍光を得ることができる所定の波長の励起光を保持基準面１１１の垂直方向へ照射する。第１の励起用光ファイバ１９および第２の励起用光ファイバ１１０は特性が同じである。なお、ここでは励起用光ファイバを２つ設ける構成を示したが、高出力のものを用いるのであればファイバの数は一つでも良い。あるいは、十分な光量を得るために３つ以上のファイバを用いても良い。
【００１５】
保持基準面１１１は、光学ユニット１７上面に設置されており、位置決め基準面１４と接することで毛細管ブロック１１のストッパーとして機能する。なお、保持基準面１１１は、光学ユニット側面からの突起部を利用したものであってもよい。ガイド１１２は、光学ユニット１７上面に設置されており、第１の毛細管１２の位置決めを行う。
【００１６】
図１（ｃ）は、本発明の実施の形態１における光学ユニットのガイドの構成を示す斜視図を示すものである。図１（ｃ）において、ガイド１１２は、面取り部１１３、毛細管保持部１１４とで構成される。面取り部１１３は、光学ユニットの一部を保持基準面１１１に対して２０〜７０°の角度を成す面取り加工をすることにより、光学ユニット１７と毛細管ブロック１１が組み合わさるとき、第１の毛細管１２を毛細管保持部１１４へと案内することができる。毛細管保持部１１４は、保持基準面１１１に対して溝形状を形成するように設置されており、溝の幅は第１の毛細管１２の外径（直径０．３ｍｍ）と同じである。毛細管保持部１１４は、光学ユニット１７と毛細管ブロック１１が組み合わさっている間、面取り部１１３により案内された第１の毛細管１２を保持する。
【００１７】
次に図２と図３とを用いて、光学系および毛細管の位置決め方法について説明する。第１の毛細管１２は、ポリイミドが表面に被覆された外径０．３ｍｍ、内径０．１ｍｍのガラス管で、毛細管ブロック１１の直径０．６ｍｍの貫通穴に接着剤を用いて埋め込まれているので、第１の毛細管１２と毛細管ブロックの組立誤差は±０．１５ｍｍである。第１の毛細管１２の中心を凹面ミラーブロックの焦点と一致させるために、第１の毛細管１２の目標位置は、毛細管ブロックの直径０．６の貫通穴の中心を原点とした時に、水平方向が０ｍｍ、垂直方向が＋０．１５ｍｍとしなければならない。この目標位置に第１の毛細管１２を案内するように、ガイド１１２の寸法を決める。ここで、水平方向とは、位置決め基準面１４に平行な方向とする。また、垂直方向とは、水平方向と第１の毛細管１２の長手方向に対して垂直な方向とする。図２および図３に、水平方向および垂直方向を矢印で示している。
【００１８】
次に、図２を用いて水平方向の位置決めの説明をする。図２は本発明の実施の形態１における毛細管ブロックと光学ユニットの検出部を第１の毛細管の長手方向から観察した断面図を示すものである。図２（ａ）は、毛細管ブロックと光学ユニットの組み合わせ前の断面図を示すものである。図２（ｂ）は、毛細管ブロックと光学ユニットの組み合わせ後の断面図を示すものである。
【００１９】
毛細管ブロック１１と光学ユニット１７が組み合わさるとき、光学ユニット１７は検出窓１３に挿入される。そのとき、第１の毛細管１２を面取り部１１３により毛細管保持部１１４に案内され毛細管保持部１１４で保持することにより、毛細管ブロックの直径０．６の貫通穴の中心を原点として目標位置である水平方向０ｍｍの位置に位置決めすることができる。その後、毛細管ブロック１１の位置決め基準面１４と光学ユニット１７の保持基準面１１１が突き合わさることで、光学ユニット１７とミラーブロック１６の垂直方向の位置決めを行う。
次に図３を用いて垂直方向の位置決めの説明をする。図３は、本発明の実施の形態１における毛細管ブロックと光学ユニットの検出部を第１の毛細管の長手方向に対して垂直方向から観察した断面図を示すものである。図３（ａ）は、本発明の実施の形態１における毛細管ブロックと光学ユニットの組み合わせ前の断面図を示すものである。図３（ｂ）は、本発明の実施の形態１における毛細管ブロックと光学ユニットの組み合わせ後の断面図を示すものである。
【００２０】
毛細管ブロック１１と光学ユニット１７が組み合わさるとき、光学ユニット１７のガイド１１２は第１の毛細管１２を、目標位置である毛細管ブロックの直径０．６の貫通穴の中心を原点として垂直方向に＋０．１５ｍｍの位置まで押し上げる。凹面ミラー１５は励起光および蛍光の波長以外の波長を持つ光を反射しても構わない。凹面ミラー１５の形状は第１の毛細管１２よりも上方に中心をもつ半径1ｍｍの円弧であり、保持基準面１１１よりもファイバ側に０．３ｍｍに焦点を有する。凹面ミラー１５を設置することで、第１の毛細管１２内のサンプルに効率よく励起光を照射することができ、さらにサンプルからの蛍光を効率よく受光用光ファイバ１１０に集光することができる。位置決め基準面１４は、第１の毛細管１２よりも下方に設けられており、光学ユニット１７の保持基準面１１１と接することで光学ユニット１７のストッパーとして機能する。
【００２１】
このように毛細管ブロック１１と光学ユニット１７を組み合わせる事で、第１の毛細管１２を位置決めすることができるため、位置決め用の駆動部も不要で、補正時間が必要ないキャピラリーユニットを提供することができる。
【００２２】
図４は、本発明の実施の形態１におけるキャピラリーユニットの構成を示すものである。図４（ａ）は、本発明の実施の形態１におけるキャピラリーユニットの斜視図である。キャピラリーユニット４１７は、第１の緩衝液保持ブロック４１と第２の緩衝液保持ブロック４２と、毛細管ブロック１１と、サンプル注入ブロック４３、ゲル注入ブロック４４より構成されている。電気泳動を行う際は、キャピラリーユニット４１７は、これらの５つのブロックを接続された形で装置にセットされる。
【００２３】
第１の緩衝液保持ブロック４１と第２の緩衝液保持ブロック４２には、各々上面に緩衝液を注入するための第１の注入口４５（直径１ｍｍ）と第２の注入口４６（直径１ｍｍ）ならびに第１の空気抜き穴４７（直径１ｍｍ）と第２の空気抜き穴４８（直径１ｍｍ）が設けられている。そのため、緩衝液を第１の注入口４５と第２の注入口４６から注入した場合、第１の緩衝液保持ブロック４１と第２の緩衝液保持ブロック４２内の空気が第１の空気抜き穴４７と第２の空気抜き穴４８から抜けるため、抵抗なく注入できる。
【００２４】
サンプル注入ブロック４３の上部にはサンプルを注入するためのサンプル注入口４１１（直径１ｍｍ）および第４の空気抜き穴４１２（直径１ｍｍ）が設けられている。そのため、サンプルをサンプル注入口４１１から注入した場合、サンプル注入ブロック４３内の空気が第４の空気抜き穴４１２から抜けるため、抵抗なく注入できる。
【００２５】
ゲル注入ブロック４４の上部には泳動媒体を注入するためのゲル注入口４９（直径１ｍｍ）および第３の空気抜き穴４１０（直径１ｍｍ）が設けられている。そのため、泳動媒体をゲル注入口４９から注入した場合、ゲル注入ブロック４４内の空気が第３の空気抜き穴４１０から抜けるため、抵抗なく注入できる。
【００２６】
図４（ｂ）は、本発明の実施の形態１におけるキャピラリーユニットの各ブロックの断面図を示すものである。図４（ｂ）において、第１の緩衝液保持ブロック４１と第２の緩衝液保持ブロック４２の内部には、緩衝液に浸漬されるよう第１の電極４１４，第２の電極４１５が設けられている。第１の電極４１４，第２の電極４１５の一部は第１の緩衝液保持ブロック４１と第２の緩衝液保持ブロック４２からそれぞれ突出している。第２の緩衝液保持ブロック４２のサンプル注入ブロック４３と接合される側には、第２の毛細管４１６が埋めこまれている。第１の緩衝液保持ブロック４１とゲル注入ブロック４４の間に、浸透膜４１３が設置されている。このため、第１の注入口４５から注入した緩衝液が泳動媒体と混合せず、第１の緩衝液保持ブロック４１内の第１の電極４１４により発生した電界を緩衝液と泳動媒体を介して毛細管ブロック１１へ発生させることが出来る。サンプル注入ブロック４３の左右両端は貫通穴でつながっており毛細管ブロック１１と第２の緩衝液保持ブロック４２で両端を挟み込む形で接続される。
【００２７】
図４（ｃ）は、本発明の実施の形態１におけるブロック接続後のキャピラリーユニットを示すものである。図４（ｃ）において、緩衝液保持ブロック４１、４２とサンプル注入ブロック４３、毛細管ブロック１１を連結させることにより、キャピラリーユニット４１７となる。
【００２８】
図５は、本発明の実施の形態１におけるキャピラリーユニットとキャピラリーユニット保持部（装置側）の構成図を示すものである。図５（ａ）は、本発明の実施の形態１における組立前のキャピラリーユニットと装置の断面図を示すものである。図５（ｂ）は、本発明の実施の形態１における組立後のキャピラリーユニットと装置の断面図を示すものである。
【００２９】
図５（ｂ）に示すように、キャピラリーユニット４１７はキャピラリーユニット保持部５１に保持される。キャピラリーユニット保持部５１には第３の電極５２および第４の電極５３が設置されている。キャピラリーユニット４１７がキャピラリーユニット保持部５１に保持されるとき、第１の電極４１４および第２の電極４１５は第３の電極５２および第４の電極５３に接触する。また、キャピラリーユニット保持部５１には光学ユニット１７が設置されている。キャピラリーユニット４１７がキャピラリーユニット保持部５１に保持されたとき、光学ユニット１７が検出窓１３に挿入される構成になっている。
【００３０】
図５に示したキャピラリーユニットを用いて、毛細管ブロック１１内部にミラーブロックを設置しないもの（比較例）と設置したもの（実施例）を作製した。この比較例と実施例に同一の試料を同一の条件で電気泳動させ、検出された試料の蛍光を測定した。試料として１μＭのＦＩＴＣ標識試料を第１の毛細管１２内に充填し、その後、蛍光顕微鏡からの励起光を、第１の励起用光ファイバ４１および第２の励起用光ファイバ４２を介して第１の毛細管１２内のＦＩＴＣ標識試料に照射した。その後、受光用光ファイバ１８に入射したＦＩＴＣ標識試料から発せられる蛍光を、蛍光顕微鏡で画像を取得した。その画像をもとに８ｂiｔ（２５６階調）のデジタル値で蛍光強度を評価した。なお、比較例および実施例においてバックグラウンドノイズを測定するために、緩衝液を用いて同様の実験を行った。シグナル（１μＭＦＩＴＣ標識試料）をノイズ（緩衝液）で割った値をＳ／Ｎとした。以上の結果を表１に示す。
【００３１】
【表１】
2009139168.tif 000003
【００３２】
表１に示した比較例と実施例の実験結果より、試料からの蛍光強度がミラーブロックを設置することにより、約２．７倍（６２／２４）に向上している。すなわち、蛍光の検出感度が約２．７倍高くなったことを示している。また、実施例と比較例のＳ／Ｎを比べると、実施例の方が比較例に比べて１．２倍程度、向上していることが分かる。以上の結果より、本願発明の凹面ミラーを用いることで、検出部内でのキャピラリー管の周囲から発する試料の蛍光をより効率的に検出できることを示している。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明にかかるキャピラリーユニット及びそれを用いた生体分析装置は、ミラーブロックで毛細管からの光を集光させることで、簡素な構成で操作も簡便な高感度なキャピラリーユニットを有し、キャピラリー電気泳動装置等として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】（ａ）毛細管ブロックの検出部の構成を示す斜視図（ｂ）光学ユニットの検出部の構成を示す斜視図（ｃ）光学ユニットのガイドの構成を示す斜視図
【図２】本発明の実施の形態１における毛細管ブロックと光学ユニットの検出部を第１の毛細管の長手方向から観察した断面図
【図３】本発明の実施の形態１における毛細管ブロックと光学ユニットの検出部を第１の毛細管の長手方向に対して垂直方向から観察した断面図
【図４】（ａ）本発明の実施の形態１におけるキャピラリーユニットの斜視図（ｂ）本発明の実施の形態１におけるキャピラリーユニットの各ブロックの断面図（ｃ）本発明の実施の形態１におけるブロック接続後のキャピラリーユニットの断面図
【図５】本発明の実施の形態１におけるキャピラリーユニットとキャピラリーユニット保持部（装置側）の構成図
【図６】従来のキャピラリー電気泳動装置の斜視図
【符号の説明】
【００３５】
１１  毛細管ブロック
１２  第１の毛細管
１３  検出窓
１４  位置決め基準面
１５  凹面ミラー
１６  ミラーブロック
１７  光学ユニット
１８  受光用光ファイバ
１９  第１の励起用光ファイバ
１１０  第２の励起用光ファイバ
１１１  保持基準面
１１２  ガイド
１１３  面取り部
１１４  毛細管保持部
４１  第１の緩衝液保持ブロック
４２  第２の緩衝液保持ブロック
４３  サンプル注入ブロック
４４  ゲル注入ブロック
４５  第１の注入口
４６  第２の注入口
４７  第１の空気抜き穴
４８  第２の空気抜き穴
４９  ゲル注入口
４１０  第３の空気抜き穴
４１１  サンプル注入口
４１２  第４の空気抜き穴
４１３  浸透膜
４１４  第１の電極
４１５  第２の電極
４１６  第２の毛細管
４１７  キャピラリーユニット
５１  キャピラリーユニット保持部
５２  第３の電極
５３  第４の電極
６１  平板
６２  キャピラリー
６３  キャピラリーユニット
６４  光学ユニット
６５  光源
６６  受光部
６７  駆動部
【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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