(57)【要約】【課題】粘度が変化した緩衝液でも、電気泳動流路に確実に緩衝液を充填でき、正確なサンプル分析を行うことのできる生体分子解析装置を提供する。【解決手段】複数の電気泳動流路を持つ解析用プレートを用いた生体分子解析装置において、前記解析用プレートを回転させるためのモータと、前記モータを制御する回転制御パルスを出力するためのモータ制御器と、前記電気泳動流路に光を照射するための流路検出用光源と、前記電気泳動流路からの反射光を検出し流路充填信号として出力する流路検出器と、前記基準位置マーカからの反射光を検出し基準位置通過信号として出力する基準位置検出器と、前記基準位置通過信号から前記電気泳動流路毎の前記緩衝液の充填率を計算し、前記全ての電気泳動流路の充填率が所定の値を越えた時に前記モータを停止させる指示を前記モータ制御器に行う充填率判断器とから成る生体分子解析装置。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電気泳動流路と基準位置マーカとを持つ解析用プレートを用いた生体分子解析装置において、
前記解析用プレートを回転させるためのモータと、
前記モータを制御する回転制御パルスを出力するためのモータ制御器と、
前記電気泳動流路に光を照射するための流路検出用光源と、
前記基準位置マーカに光を照射するための基準位置検出用光源と、
前記電気泳動流路からの反射光を検出し流路充填信号として出力する流路検出器と、
前記基準位置マーカからの反射光を検出し基準位置通過信号として出力する基準位置検出器と、
前記基準位置通過信号から前記電気泳動流路毎の前記緩衝液の充填率を計算し、前記全ての電気泳動流路の充填率が所定の値を越えた時に前記モータを停止させる指示を前記モータ制御器に行う充填率判断器とから成る生体分子解析装置。
【請求項２】
前記解析用プレートの前記基準位置マーカは一個であり、光学的な反射材又は蛍光材からなる請求項１に記載の生体分子解析装置。
【請求項３】
前記電気泳動流路は、全てが同一の円周上に配置されている請求項２に記載の生体分子解析装置。
【請求項４】
前記充填率判断器は、
前記流路充填信号から未充填領域を示す未充填領域信号を計算する未充填領域判断部と、
前記電気泳動流路の未充填領域を未充填カウント区間として生成する検出位置演算部と、
前記未充填カウント区間のみ前記回転制御パルス数をカウントする未充填領域カウンタと、
前記全ての電気泳動流路の前記未充填領域カウンタのカウント値が０の時に前記モータ制御器に回転停止信号を出力する判断部とから成る請求項１に記載の生体分子解析装置。
【請求項５】
前記充填率判断器は、
判断部に接続された記憶部をさらに備え、
前記判断部は、未充填領域カウンタのカウント値が０になった前記電気泳動流路の情報を前記記憶部に格納する請求項４に記載の生体分子解析装置。
【請求項６】
前記未充填領域判断部は、
充填開始後の前記電気泳動流路から信号の最大値と最小値を求めてその中間の値をしきい値として出力するしきい値生成部と、
前記流路検出器からの信号と前記しきい値とを比較し前記流路検出器からの信号がしきい値以上のとき未充填領域通過信号を出力する比較器とから成る請求項４に記載の生体分子解析装置。
【請求項７】
前記検出位置演算部は、
前記基準位置通過信号をリセット信号として利用し前記回転制御パルスをカウントし、位置アドレスとして出力する回転制御パルスカウンタと、
充填開始前の前記未充填領域通過信号から前記測定流路の前記位置アドレスを記憶する流路位置アドレス記憶部と、
前記測定流路の位置アドレスと前記回転制御パルスカウンタが出力する前記位置アドレスから未充填領域カウンタにリセット信号を出力する未充填領域カウンタリセット信号生成部と、
前記測定流路の位置アドレスと前記回転制御パルスカウンタが出力する前記位置アドレスから前記未充填領域カウンタにカウント値出力信号を出力すると未充填領域カウンタ出力信号生成部とから成る請求項４に記載の生体分子解析装置。
【請求項８】
前記未充填領域カウンタは、
前記未充填範囲通過信号がアクティブな期間のみ前記回転制御パルスに同期してカウントアップし前記カウント値出力信号の入力でカウント値を出力し前記カウント値リセット信号の入力でカウント値をリセットすることを特徴とする請求項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、生体分子サンプルを解析するための流路やチャンバーを有する生体分子解析用プレートを用いた生体分子解析装置に関するものである。より詳細には、生体分子解析用プレートを回転させて生体分子サンプルを流路に充填して分析を行う生体分子解析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図９に従来の生体分子解析装置の構成図を示す。この生体分子解析装置は、生体分子解析用プレート（以下、解析用プレート）１０１を回転させるモータ１０２と、そのモータ１０２にモータ回転制御信号１０７を送り、モータ１０２の回転速度を制御するモータ制御器１０３を備えている。モータ回転制御信号１０７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、モータ制御器１０３は、このモータ回転制御信号１０７の出力を制御することによって、モータ１０２を一定速度で回転させる。さらに、タイマ９０１を備えていて、モータ１０２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制御器１０３に回転停止信号１０８を送り、モータ１０２の回転を停止させる。
【０００３】
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（以下、サンプル）を分析するために、まず解析用プレート１０１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内でサンプルを電気泳動させる。
【０００４】
充填動作は、始めに解析用プレート１０１の緩衝液注入口およびサンプル注入口にそれぞれ緩衝液とサンプルを注入し、前記解析用プレート１０１を生体分子解析装置にセットする。続いて前記解析用プレート１０１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周囲温度の変化による粘度の変化が生じると、全ての電気泳動流路に緩衝液を充填することができない。その結果、サンプルの電気泳動が行えないため、正確な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、粘度が変化した緩衝液でも、全ての電気泳動流路に確実に緩衝液を充填でき、正確なサンプル分析を行う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、複数の電気泳動流路と基準位置マーカとを持つ解析用プレートを用いた生体分子解析装置において、前記解析用プレートを回転させるためのモータと、前記モータを制御する回転制御パルスを出力するためのモータ制御器と、前記電気泳動流路に光を照射するための流路検出用光源と、前記基準位置マーカに光を照射するための基準位置検出用光源と、前記電気泳動流路からの反射光を検出し流路充填信号として出力する流路検出器と、前記基準位置マーカからの反射光を検出し基準位置通過信号として出力する基準位置検出器と、前記基準位置通過信号から前記電気泳動流路毎の前記緩衝液の充填率を計算し、前記全ての電気泳動流路の充填率が所定の値を越えた時に前記モータを停止させる指示を前記モータ制御器に行う充填率判断器とから成ることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の生体分子解析装置によれば、一回の充填動作で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。１０１は解析用プレート、１０２はモータ、１０３はモータ制御器である。解析用プレート１０１は、モータ１０２の軸に固定された保持具にセットされ、モータ１０２が回転することによって、モータ１０２と同じ速度で回転する。モータ１０２は、モータ制御器１０３から与えられるモータ回転制御信号１０７に従って回転する。本解析装置はモータ１０２にステッピングモータを使用し、１パルスを入力する毎に一意の角度で回転する。従って、モータ回転制御信号１０７はパルス波であり、モータ制御器１０３は、このパルス周期を変更することでモータ１０２の回転速度を任意に制御できる。なお、本解析装置のステッピングモータは、１２８００パルスで１周回転、すなわち１パルスで約０．０２８度回転する。また、最高の回転速度は４０００ｒｐｍであり、そのときのパルス周期は１．１７μｓである。
【００１０】
１０４は流路検出器、１０５は基準位置検出器、１０６は充填率判断器である。流路検出器１０４は、解析用プレート１０１の電気泳動流路の充填状態を光学的に検出し、電気信号に変換して出力する。基準位置検出器１０５は、解析用プレート１０１の基準位置マーカを光学的に検出し、基準位置マーカが通過しているか否かを２値で出力する。充填率判断器１０６は、流路検出器１０４の出力、基準位置検出器１０５の出力およびモータ回転制御信号１０７を用いて全ての電気泳動流路について充填率を判断し、全て充填が完了したときモータ制御器１０３にモータ停止信号１０８を出力し、モータ１０２の回転を停止させる。
【００１１】
充填率とは緩衝液を満たすべき流路、すなわち電気泳動流路の全長に対して既に緩衝液が満たされている流路の長さの比率である。従って、充填動作開始前の緩衝液が全く充填されていない状態は０％であり、充填動作開始後上昇し、緩衝液が完全に満たされたとき１００％となる。
【００１２】
次に解析用プレート１０１について説明する。図２に解析用プレート１０１の全体図を示す。解析用プレート１０１にはそれぞれ独立した流路２０１ａ〜２０１ｈが存在する。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その様子を測定する電気泳動流路が同心円２０２に沿って存在する。流路検出器１０４は、解析用プレート１０１が回転することによってこの同心円２０２を光学的にスキャンする。解析用プレート１０１には光学的に検出可能な基準位置マーカ２０３が１個存在し、解析装置はこの基準位置マーカ２０３を基準にして解析用プレート１０１がどの程度回転しているかを判断する。
【００１３】
図３に流路２０１ａ〜２０１ｈの拡大図を示す。流路２０１ａ〜２０１ｈには、まず緩衝液を充填し、続いてサンプルを電気泳動させる電気泳動流路３０１を含んでいる。充填動作中、緩衝液は電気泳動流路３０１を矢印３０２の方向に進む。
【００１４】
次に流路充填監視の原理を説明する。解析用プレート１０１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に向かって光を照射し、その反射光を受光することで緩衝液の充填状況を確認する。また、前述のとおり解析用プレート１０１には複数の電気泳動流路３０１が存在しており、将来解析対象物に応じて流路数や位置が変わる可能性がある。そのため、充填を開始する直前に未充填領域の位置を記憶することで監視するべき電気泳動流路３０１の位置を確定し、今後の多様な解析用プレート１０１に対応する。
【００１５】
次に流路検出器１０４と基準位置検出器１０５について説明する。図４に流路検出器１０４と基準位置検出器１０５の構成図を示す。流路検出器１０４は流路検出用光源４０１と流路検出用受光器４０２から構成されている。流路検出用光源４０１は、解析用プレート１０１の電気泳動流路３０１に向かって検出光４０３を照射する。流路検出用受光器４０２は、検出光４０３の反射光４０４を受光し、その反射光４０４の強度を電気信号に変換し、出力する。前述のとおり、反射光４０４は検出光４０３が充填済み領域を照射するとき弱く、未充填領域を照射するとき強くなる特徴を持つ。
【００１６】
基準位置検出器１０５は、流路検出器１０４と同様に基準位置検出用光源４０５と基準位置検出用受光器４０６から構成されている。基準位置検出用光源４０５は、解析用プレート１０１の回転によって基準位置マーカ２０３が描く円に向かって検出光４０７を照射する。基準位置検出用受光器４０６は、検出光４０７の反射光４０８を受光し、その反射光４０８の強度を２値の信号に変換し、出力する。
【００１７】
図５を利用して充填率判断器１０６を説明する。充填率判断器１０６は、未充填領域判断部５０１と検出位置演算部５０２と未充填領域カウンタ５０３と判断部５０４とカウント値記憶部５０９から構成されている。未充填領域判断部５０１は、流路検出器１０４からの２値の信号により、電気泳動流路３０１の未充填領域の長さを計算し、その結果を未充填領域通過信号５０５として出力する。
【００１８】
検出位置演算部５０２は、解析用プレート１０１上の各電気泳動流路３０１について未充填位置から電気泳動流路の終端までの位置を検出し、この位置情報をカウント値出力信号５０６とカウント値リセット信号５０７を生成して未充填領域カウンタ５０３へ出力する。
【００１９】
未充填領域カウンタ５０３は、未充填領域通過信号５０５とモータ回転制御信号１０７とカウント値出力信号５０６とカウント値リセット信号５０７を入力し、各電気泳動流路３０１の未充填領域の長さをカウント値５０８として出力する。
【００２０】
判断部５０４は、充填動作中に未充填領域カウンタ５０３が出力するカウント値５０８、すなわち未充填領域の長さを監視する。充填率は、未充填領域の長さのカウント値５０８であり、ある電気泳動流路３０１についてカウント値５０８が“０”になれば、その電気泳動流路３０１の充填完了と判断する。判断部５０４は、充填完了になった電気泳動流路３０１の番号をカウント値記憶部５０９に保存する。電気泳動流路３０１は複数存在するため、判断部５０４は、カウント値記憶部５０９に保存された充填済み電気泳動流路３０１と未充填の電気泳動流路３０１とを常に把握することができる。全ての電気泳動流路３０１について充填率が１００％になったとき、モータ制御器１０３にモータ停止信号１０８を出力し、モータ１０２の回転を停止させ、充填動作を終了する。
【００２１】
次に図６を用いて未充填領域判断部５０１を説明する。未充填領域判断部５０１は、しきい値生成部６０１と比較部６０２で構成されている。
【００２２】
しきい値生成部６０１は、流路検出器１０４の出力を充填済み領域と未充填領域に分けるためのしきい値を自動生成する。しきい値生成部６０１には、予めしきい値の初期値が設定されているが、充填動作開始から全ての電気泳動流路３０１に対する流路検出器１０４からの入力信号の最大値と最小値とを求め、その中間の値を新たなしきい値とし、初期値に置き換える。
【００２３】
比較部６０２は、しきい値生成部６０１が出力するしきい値信号と流路検出器１０４の出力とを比較し、流路検出器１０４の出力がしきい値より大きい場合に出力をアクティブにする。前述のとおり、電気泳動流路３０１の反射光４０４の強度は、充填済み領域より未充填領域が大きいので、比較部６０２の出力がアクティブのときは、未充填領域を通過中であることを意味する。
【００２４】
次に図７を用いて検出位置演算部５０２を説明する。検出位置演算部５０２は、回転制御パルスカウンタ７０１と流路位置アドレス記憶部７０２と未充填領域カウンタリセット信号生成部７０３と未充填領域カウンタ出力信号生成部７０４で構成されている。
【００２５】
回転制御パルスカウンタ７０１は、基準位置検出器１０５の出力信号とモータ制御器１０３からのモータ回転制御信号１０７のパルスをカウントすることで各電気泳動流路３０１の位置情報を生成する。すなわち、基準位置検出器１０５の出力信号を回転制御パルスカウンタ７０１のリセット信号とすることで、各電気泳動流路３０１の位置が解析用プレート１０１の基準位置から何パルス分回転したかをカウント出来る。この値を位置アドレス７０５として出力する。本実施例では、１２８００パルスで１回転するステッピングモータ１０２を用いたため、位置アドレスは０〜１２７９９の値をとる。また、ひとつの位置アドレスは約０．０２８度に相当する。
【００２６】
流路位置アドレス記憶部７０２は、電気泳動流路３０１に充填動作開始直後に未充填領域通過信号５０５がアクティブに変化するときの位置アドレス７０５を開始位置アドレス、非アクティブに変化するときの位置アドレス７０５を終了位置アドレスとして全流路について記憶する。充填中は位置アドレス７０５が開始位置アドレスと終了位置アドレスの間を示すとき、流路通過信号７０８としてアクティブを出力する。本実施例では、長さ２０ｍｍの電気泳動流路３０１が半径３５ｍｍの同心円２０２に等間隔にならんでいるため、電気泳動流路３０１の間隔は７．５ｍｍとなる。そのため、例えばモータ１０２の最高回転速度が４０００ｒｐｍのとき、流路通過信号７０８が非アクティブな時間は０．５１ｍｓとなる。
【００２７】
未充填領域カウンタ出力信号生成部７０４は、流路通過信号７０８が非アクティブになった直後に、位置アドレス７０５の変化に同期して未充填領域カウンタ５０３のカウント値５０８を出力させるタイミングを示すカウント値出力信号５０６を出力する。
【００２８】
未充填領域カウンタリセット信号生成部７０３は、流路通過信号７０８が非アクティブでかつカウント値出力信号５０６が出力された後、位置アドレス７０５の変化に同期して未充填領域カウンタ５０３のカウント値５０８をリセットさせるタイミングを示すカウント値リセット信号５０７を出力する。
【００２９】
次に、図８に示すタイミングチャートを用いて、未充填領域カウンタ５０３の動作について説明する。未充填領域通過信号５０５がアクティブの間、モータ回転制御信号１０７のパルスに同期してカウンタを増加させる。また、カウント値出力信号５０６がアクティブなときカウント値５０８を出力、カウント値リセット信号５０７がアクティブなときカウント値５０８をリセットする。このように構成することで、各電気泳動流路３０１の未充填領域の長さをカウントして出力することができる。
【００３０】
本発明を用いて、２００ｃＰ〜４６０ｃＰの高粘度緩衝液を用いて各電気泳動流路３０１に充填を行った。その結果、全ての電気泳動流路３０１に完全に高粘度緩衝液は充填されており、従来見られた未充填領域がある電気泳動流路は見られなかった。そのため、生体サンプルの分析も正確に行えた。これは、本発明である充填率判断器により、充填動作中に全ての電気泳動流路３０１の緩衝液の未充填領域を検出し、未充填領域がなくなるまで充填動作を終了しなかったためである。すなわち、本発明を用いることで、一度の充填動作で全ての電気泳動流路３０１に緩衝液を充填することができ、正確な生体サンプルの分析を行うことができる。
【００３１】
なお、本実施例では、モータ１０２にステッピングモータを使用したが、ＤＣモータを使用しても良い。この場合は、ＤＣモータに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、そのパルスを充填率判断器１０６に入力すれば良い。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
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が必要な用途にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【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】本発明の実施の形態１における解析用プレートの全体図
【図３】本発明の実施の形態１における解析用プレートに存在する一流路の拡大図
【図４】本発明の実施の形態１における流路検出器と基準位置検出器の構成図
【図５】本発明の実施の形態１における充填率判断器の構成図
【図６】本発明の実施の形態１における未充填領域判断部の構成図
【図７】本発明の実施の形態１における検出位置演算部の構成図
【図８】本発明の実施の形態１における未充填領域カウンタの動作タイミングチャート
【図９】従来の生体分子解析装置の構成図
【符号の説明】
【００３４】
１０１  解析用プレート
１０２  モータ
１０３  モータ制御器
１０４  流路検出器
１０５  基準位置検出器
１０６  充填率判断器
１０７  モータ回転制御信号
１０８  モータ停止信号
２０１ａ〜２０１ｈ  解析用プレートに存在する流路
２０２  全ての電気泳動流路が存在する同心円
２０３  基準位置マーカ
３０１  電気泳動流路
３０２  緩衝液の充填方向
４０１  流路検出用光源
４０２  流路検出用受光器
４０３、４０７  検出光
４０４、４０８  反射光
４０５  基準位置検出用光源
４０６  基準位置検出用受光器
５０１  未充填領域判断部
５０２  検出位置演算部
５０３  未充填領域カウンタ
５０４  判断部
５０５  未充填領域通過信号
５０６  カウント値出力信号
５０７  カウント値リセット信号
５０８  カウント値
５０９  カウント値記憶部
６０１  しきい値生成部
６０２  比較部
７０１  回転制御パルスカウンタ
７０２  流路位置アドレス記憶部
７０３  未充填領域カウンタリセット信号生成部
７０４  未充填領域カウンタ出力信号生成部
７０５  位置アドレス
【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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