JP2010054195A - Capillary unit, capillary electrophoretic apparatus and capillary electrophoretic migration method - Google Patents
Capillary unit, capillary electrophoretic apparatus and capillary electrophoretic migration methodInfo
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Abstract
Description
本発明は、毛細管を用いてサンプルの電気泳動を行うキャピラリーユニット、キャピラリー電気泳動装置及びキャピラリー電気泳動方法に関する。 The present invention relates to a capillary unit, a capillary electrophoresis apparatus, and a capillary electrophoresis method for performing electrophoresis of a sample using a capillary tube.
DNAやタンパク質などの分析技術は蛍光検出装置の実用化により、格段の進歩を遂げた。従来、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平板型のゲル電気泳動装置が用いられていたが、ゲノム分析など高速かつ高スループット装置の需要が高まり、キャピラリー(毛細管)にゲルあるいは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普及してきた。そして分離媒体として流動ゲルあるいは流動性ポリマーを使用する様になり、ゲルを必要に応じて自動的に詰め替える全自動キャピラリーゲル電気泳動装置が開発され実用化されている。 Analytical techniques for DNA and proteins have made great progress due to the practical application of fluorescence detectors. Conventionally, plate-type gel electrophoresis devices have been used for analysis based on the molecular weight of DNA and proteins, but the demand for high-speed and high-throughput devices such as genome analysis has increased, and gels in capillaries (capillaries) Alternatively, capillary gel electrophoresis apparatuses that are filled with a flowable polymer and used as an analysis tube have become widespread. A fluid gel or fluid polymer is used as a separation medium, and a fully automatic capillary gel electrophoresis apparatus that automatically refills the gel as necessary has been developed and put into practical use.
キャピラリーはガラス管をポリイミドでコーティングしており、ある程度取り扱いを考慮しているが、キャピラリー管の試料検出部はポリイミドの被服を剥がすためその部分で折れるなどし、キャピラリー単体での操作性は良くない。 Capillaries have glass tubes coated with polyimide, and handling is considered to some extent, but the sample detection part of the capillary tube is broken at that part because the polyimide clothing is peeled off, so the operability of the capillary alone is not good .
そこで、キャピラリー管を保持するカセットを備え、カセットを着脱交換可能な構成にすることでキャピラリーの取り扱い容易性を高める技術が開示されている(例えば、特許文献1参照)。
しかしながら、前記従来の構成では、電気泳動させるサンプルをキャピラリーに充填させる際に定量を行う事が出来ないため、電気泳動の結果にバラツキが生じるという課題を有していた。 However, in the conventional configuration, since it is impossible to perform quantification when the capillary is filled with the sample to be electrophoresed, there is a problem that the result of electrophoresis varies.
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、キャピラリーをユニット化することでキャピラリーの着脱や取り扱いを容易にするとともに、電気泳動させるサンプル量を常に一定量とすることで測定バラツキを生じさせないキャピラリーユニット、キャピラリー電気泳動装置及びキャピラリー電気泳動方法を提供することを目的とする。 The present invention solves the above-described conventional problems. By making the capillaries into units, the capillaries can be easily attached and detached, and the amount of sample to be electrophoresed is always constant so as not to cause measurement variations. It is an object of the present invention to provide a capillary unit, a capillary electrophoresis apparatus, and a capillary electrophoresis method.
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は、第1の電極と電気泳動媒体を保持する泳動媒体保持部とを有する第1の緩衝液保持ブロックと、第1の毛細管を開口部が両端に位置するように長手方向に保持し、前記第1の毛細管を露出した検出窓と温度調節穴を有する毛細管ブロックと、第2の電極と第2の毛細管とを備えた第2の緩衝液保持ブロックと、前記毛細管ブロックと前記第2の緩衝液保持ブロックが両端から接続され、前記第1の毛細管と前記第2の毛細管の間に電気泳動させるサンプルを保持するギャップを設けたサンプル注入ブロックを含むことを特徴とするものである。 In order to solve the conventional problems, a capillary unit of the present invention opens a first buffer solution holding block having a first electrode and an electrophoresis medium holding unit for holding an electrophoresis medium, and a first capillary tube. A second block comprising a detection block that exposes the first capillary, a capillary block having a temperature adjustment hole, a second electrode, and a second capillary; A buffer holding block, a sample in which the capillary block and the second buffer holding block are connected from both ends, and a gap is provided between the first capillary and the second capillary to hold a sample to be electrophoresed It is characterized by including an injection block.
さらにキャピラリーユニットにおいて、前記第1の緩衝液保持ブロックは、緩衝液と前記電気泳動媒体は通過せずイオンのみが通過する浸透膜により前記泳動媒体保持部と前記第1の電極が分離され、前記泳動媒体保持部には前記電気泳動媒体を注入し、前記第1の電極は前記緩衝液で浸し、前記緩衝液と前記電気泳動媒体は前記浸透膜を介して電気的に接続されることを特徴とするものである。 Further, in the capillary unit, the first buffer solution holding block is configured such that the electrophoresis medium holding unit and the first electrode are separated by a permeable membrane through which only the ions do not pass through the buffer solution and the electrophoresis medium, The electrophoresis medium is injected into the electrophoresis medium holding unit, the first electrode is immersed in the buffer solution, and the buffer solution and the electrophoresis medium are electrically connected through the permeable membrane. It is what.
さらにキャピラリーユニットにおいて、前記毛細管ブロックは、前記第1の緩衝液保持ブロックと結合する面から前記第1の毛細管へ前記電気泳動媒体が充填されることを特徴とするものである。 Further, in the capillary unit, the capillary block is characterized in that the electrophoretic medium is filled into the first capillary from a surface coupled to the first buffer solution holding block.
さらにキャピラリーユニットにおいて、前記第2の緩衝液保持ブロックは、前記第2の毛細管に緩衝液が充填され、前記第2の電極は前記緩衝液で浸されることを特徴とするものである。 Further, in the capillary unit, the second buffer solution holding block is characterized in that the second capillary is filled with a buffer solution, and the second electrode is immersed in the buffer solution.
さらにキャピラリーユニットにおいて、前記サンプル注入ブロックは第3の電極をさらに備え、前記電気泳動媒体が前記第1の毛細管に充填される際には前記電気泳動媒体が前記サンプルと接した時に前記第1の電極と前記第3の電極間で通電し、前記緩衝液が前記第2の毛細間に充填される際には前記緩衝液が前記サンプルと接した時に前記第2の電極と前記第3の電極間で通電することを特徴とするものである。 Further, in the capillary unit, the sample injection block further includes a third electrode, and when the electrophoretic medium is filled in the first capillary, the first electrophoretic medium is in contact with the sample. When the current is passed between the electrode and the third electrode, and the buffer solution is filled between the second capillaries, the second electrode and the third electrode when the buffer solution contacts the sample It is characterized by being energized between.
さらにキャピラリーユニットにおいて、前記第1の緩衝液保持ブロックと前記毛細管ブロック、前記毛細管ブロックと前記第2の緩衝液保持ブロックと前記サンプル注入ブロックがそれぞれ着脱可能であることを特徴とするものである。 Further, in the capillary unit, the first buffer solution holding block and the capillary tube block, the capillary tube block, the second buffer solution holding block, and the sample injection block are detachable.
さらに本発明のキャピラリー電気泳動装置において、請求項1に記載のキャピラリーユニットを少なくとも1つ保持するためのユニット保持部と、前記キャピラリーユニットに所定の電圧を印加する電源部と、前記電源部に流れる電流を検出する電流検出部と、所定の波長範囲の光を照射する光照射部と、第1の波長範囲の光を検出する第1の受光部と、第2の波長範囲の光を検出する第2の受光部と、前記光照射部より照射された光を所定の位置へ導く第1の光伝導部と、前記第1の光伝導部より導かれた光を更に任意の場所へ導く光路変換部と、少なくとも1つ位置より前記第1の受光部へ光を導く第2の光伝導部と、前記光路変換部より前記第2の受光部へ光を導く第3の光伝導部と、前記ユニット保持部に保持されたキャピラリーユニット内の毛細管の一部を温度管理するための温度制御部と、前記電源部の電圧を調節しながら前記電流検出部より電流値を取得し、更には前記光路変換部の光路を切り換えながら前記第1の受光部および第2の受光部により検出した光量を取得する制御部を備えたことを特徴とするものである。
Furthermore, in the capillary electrophoresis apparatus of the present invention, a unit holding part for holding at least one capillary unit according to
さらにキャピラリー電気泳動装置において、前記光路変換部が、前記第1の光伝導部より導かれた光を、前記ユニット保持部へ保持された少なくとも1つのキャピラリーユニットへ導くことを特徴とするものである。 Furthermore, in the capillary electrophoresis apparatus, the optical path conversion unit guides the light guided from the first photoconductive unit to at least one capillary unit held by the unit holding unit. .
さらにキャピラリー電気泳動装置において、前記第2の光伝導部が、前記ユニット保持部に保持された少なくとも1つのキャピラリーユニットより前記第1の受光部へ光を導くことを特徴とするものである。 Further, in the capillary electrophoresis apparatus, the second photoconductive portion guides light from the at least one capillary unit held by the unit holding portion to the first light receiving portion.
さらに本発明のキャピラリー電気泳動方法において、電気泳動媒体が充填された泳動媒体保持部に圧力を付加し、前記電気泳動媒体を第1の毛細管に注入するステップと、前記電気泳動媒体が前記第1の毛細管に注入される側とは逆側に位置する第2の毛細管に緩衝液を加圧注入するステップと、前記第1の毛細管と前記第2の毛細管の間に設けられたギャップに電気泳動を行うサンプルを注入するステップと、前記第1の毛細管及び前記第2の毛細管に電圧を加え、一定量のサンプルを第1の毛細管内を前記泳動媒体保持部側へ移動させるステップと、前記ギャップに残った前記サンプルを取り出し、前記ギャップに前記緩衝液を注入するステップと、前記第1の毛細管及び前記第2の毛細管に電圧を加え、前記一定量のサンプルを電気泳動させるステップと、前記第1の毛細管の前記泳動媒体保持部側でサンプルの発する光を測定するステップとを含むことを特徴とするものである。 Furthermore, in the capillary electrophoresis method of the present invention, applying pressure to the electrophoresis medium holding part filled with the electrophoresis medium, injecting the electrophoresis medium into the first capillary, and the electrophoresis medium being the first Pressurizing and injecting a buffer solution into a second capillary located on the opposite side to the side injected into the capillary, and electrophoresis in a gap provided between the first capillary and the second capillary Injecting a sample to be performed, applying a voltage to the first capillary and the second capillary, moving a predetermined amount of the sample through the first capillary toward the electrophoresis medium holding unit, and the gap Taking out the sample remaining in the gap, injecting the buffer into the gap, applying voltage to the first capillary and the second capillary, and It is characterized in that comprises a step of, and measuring the first of the light emitted by the sample in the loading medium holding portion of the capillary tube.
以上のように、本発明のキャピラリーユニット、キャピラリー電気泳動装置及びキャピラリー電気泳動方法によれば、装置と容易に着脱が可能であり、かつ簡単な仕組みでサンプルの定量を可能となる。さらに複数のユニットを並列に並べた時、温度調整が必要な部分を1つのトンネル状に構成することで温度制御を行なう装置全体を小型化し、一光源一検出部で多流路構成できる励起検出部を用いることにより、小型で高性能なキャピラリー電気泳動装置を実現することが出来る。 As described above, according to the capillary unit, capillary electrophoresis apparatus, and capillary electrophoresis method of the present invention, the sample can be easily attached to and detached from the apparatus, and the sample can be quantified with a simple mechanism. In addition, when multiple units are arranged in parallel, the temperature control device can be downsized by configuring the part that requires temperature adjustment in a single tunnel shape, and excitation detection that can be configured with multiple channels with one light source and one detection unit By using the unit, a small and high performance capillary electrophoresis apparatus can be realized.
以下に、本発明のキャピラリーユニット、キャピラリー電気泳動装置及びキャピラリー電気泳動方法の実施の形態を図面とともに詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of a capillary unit, a capillary electrophoresis apparatus, and a capillary electrophoresis method of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(実施の形態1)
本発明のキャピラリーユニットの各ブロックの構成を図1にて説明する。
図1(a)はキャピラリーユニットの斜視図であり、図1(b)はキャピラリーユニットの断面図であり、図1(c)はすべてのブロックを結合したときの断面図である。
本発明のキャピラリーユニットは、緩衝液を収容する第1の緩衝液保持ブロック1と、第2の緩衝液保持ブロック2と、毛細管ブロック3と、サンプル注入ブロック4より構成されている。
(Embodiment 1)
The configuration of each block of the capillary unit of the present invention will be described with reference to FIG.
1A is a perspective view of the capillary unit, FIG. 1B is a cross-sectional view of the capillary unit, and FIG. 1C is a cross-sectional view when all the blocks are coupled.
The capillary unit of the present invention includes a first buffer
第1の緩衝液保持ブロック1及び第2の緩衝液保持ブロック2には、上面に緩衝液111を注入するための緩衝液注入口6、7ならびに空気抜き穴8、9が設けられており、緩衝液111を緩衝液注入口6、7から注入した場合、緩衝液保持ブロック内の空気が空気抜き穴8、9から抜けるため、抵抗なく注入できるよう構成されている。
The first buffer
また、第1の緩衝液保持ブロック1及び第2の緩衝液保持ブロック2の内部には、緩衝液111に浸漬されるようにそれぞれ第1の電極20及び第2の電極21が設けられている。
In addition, a
更に、第1の緩衝液保持ブロック1には泳動媒体113を注入するためのゲル注入口10および空気抜き穴11と、内部は浸透膜16が設けられ、緩衝液111を保持する部分と泳動媒体113を保持するゲル保持部5とに分離されている。
Furthermore, the first buffer
浸透膜16の設置により、緩衝液注入口6から注入した緩衝液111が泳動媒体113と混合しない構成になっていながら緩衝液保持ブロック1内の第1の電極20により発生した電界を緩衝液111と泳動媒体113を介して毛細管ブロック3へ発生させることが可能となっている。
The electric field generated by the
第1の電極20及び第2の電極21の一部は緩衝液保持ブロックからそれぞれ突出している。この突出した部分と装置側の電源とつながっているコネクタが接することによりキャピラリーユニットへの電圧印加ができる仕組みとなっている。
Part of the
さらに第2の緩衝液保持ブロック2のサンプル注入ブロック4と接合される側には、第2の毛細管22が埋め込まれている。
Further, a
次にサンプル注入ブロック4について説明する。サンプル注入ブロック4の上部にはDNAサンプル112を注入するためのサンプル注入口12と空気を抜くための空気抜き穴13が設けられている。更に左右両端は貫通穴でつながって毛細管ブロック3と第2の緩衝液保持ブロック2で両端から挟み込むように接続することで、サンプル注入ブロック4の内部は毛細管ブロック3内の毛細管14と緩衝液ブロック2内の第2の毛細管22の間にギャップ17を構成するようにしている。
Next, the
次に毛細管ブロック3について説明する。図1(b)に示すように毛細管ブロック3は、サンプル注入ブロック4内に注入されたサンプルが実際に電気泳動を行う部分であり、毛細管14をアクリルなどの樹脂材料で挟み込んで接着し接合している。
Next, the
検出窓15は第1の毛細管14中を電気泳動したサンプルの濃度を光学的に検出するために設けられており、少なくとも第1の毛細管14はこの検出窓15部分においては外部から光学的に検出出来るように強度を保つための被服などは施されていない。
The
さらに第1の毛細管14の長手方向に対して垂直に貫通した温度調節穴23が設けられており、第1の毛細管14の一部が露出している構成となっている。このように構成することで、図2(a)に示すように上記温度調節穴23に温度制御された空気Aを送り込み、第1の毛細管14の内部を温度制御することが可能となっている。
Further, a
更に上述した構成とすることにより、図2(b)に示すように複数のキャピラリーユニットを温度調節穴23が連なるように並列に配置した場合、それぞれの毛細管ブロック3の温度調節穴23がトンネル形状を形成するので、多流路分析(一度にたくさんの泳動サンプルを同時測定)の場合でも一つの温度制御装置で対応することが可能となる。
Further, with the above-described configuration, when a plurality of capillary units are arranged in parallel so that the
また既知であるように、第1の毛細管14を長くすることでDNAサンプル112内に含まれる成分を精度よく分離したい(分離能を向上させたい)場合は、図2(c)に示すように温度調節穴23内の毛細管14を輪の形状に形成し温度制御部に収納することで両端の構造や検出窓15の位置、温度調整穴23の位置などを変更することなく温度制御された電気泳動を実現することができる。
Further, as is well known, when it is desired to accurately separate the components contained in the
次に、上述した各ブロックが結合された状態のキャピラリーユニットについて図1(c)を用いて説明する。上記の緩衝液保持ブロック1、2とサンプル注入ブロック4、毛細管ブロック3を連結させることにより、図1(c)に示すようなキャピラリーユニット101となる。
Next, the capillary unit in a state where the above-described blocks are combined will be described with reference to FIG. By connecting the
第1の毛細管14と第2の毛細管22は同一線上に配置され、サンプル注入ブロック4部で一定幅のギャップ17が設けられている。このギャップ17中にサンプル注入口12から注入されたDNAサンプル112が充填される仕組みとなる。
The
さらに緩衝液保持ブロック1内のゲル保持部5に注入された泳動媒体113は、ゲル保持部5の圧力を上昇させた場合、第1の毛細管14へ流れ込む構成となっている。
Further, the
それでは図3及び図4を用いてサンプルの注入から電気泳動までのキャピラリー電気泳動方法について説明する。図4は本発明のキャピラリー電気泳動方法を示すフローチャートである。ここではキャピラリーゲル電気泳動法を用いたDNAの分子量分離を行った場合を例として説明する。 Now, a capillary electrophoresis method from sample injection to electrophoresis will be described with reference to FIGS. FIG. 4 is a flowchart showing the capillary electrophoresis method of the present invention. Here, a case where molecular weight separation of DNA using capillary gel electrophoresis is performed will be described as an example.
サンプル注入口12に注入されるサンプルは12bpと60bpのDNAとし、ゲル注入口に注入される泳動媒体はアクリルアミドのリニアポリマーとする。さらに緩衝液注入口6及び緩衝液注入口7に注入される緩衝液はph7.4に調整されたTBバッファとし、泳動媒体も同様にTBバッファによりph7.4に調整されたものとする。
The sample injected into the
ステップS1:図3(a)
まず通電を行うための緩衝液111を緩衝液注入口6及び緩衝液注入口7からそれぞれ注入し、内部に設けられた第1の電極20及び第2の電極21が緩衝液111に浸漬された状態とする。
Step S1: FIG. 3 (a)
First, a
ステップS2:図3(b)
次に泳動媒体113をゲル注入口10より第1の緩衝液保持ブロック1内のゲル保持部5へ注入する。
Step S2: FIG. 3B
Next, the
ステップS3:図3(c)
さらに第1の緩衝液保持ブロック1の空気抜き穴8および11を密閉し、緩衝液注入口6およびゲル注入口10を所定時間加圧することで、ゲル保持部5に保持されていた泳動媒体113が、第1の毛細管14内へ移動し充填される。
Step S3: FIG. 3 (c)
Further, the air vent holes 8 and 11 of the first buffer
ステップS4:図3(d)
同時に、第2の緩衝液保持ブロック2の空気抜き穴9を密閉し緩衝液注入口7を所定時間加圧することで、第2の毛細管22内は緩衝液111で充填される。
Step S4: FIG. 3 (d)
At the same time, the inside of the
ステップS5:図3(e)
次に、サンプル注入ブロック4のサンプル注入部12より分離を行いたいDNAサンプル112を注入し、第1の毛細管14と第2の毛細管22間に形成されたギャップ17をDNAサンプル112にて満たす。
Step S5: FIG. 3 (e)
Next, a
ステップS6:図3(f)
そしてDNAサンプル112を一定量だけ毛細管14の中に導入するため、一定時間だけ第1の電極20及び第2の電極21間に電圧を印加する。今回、ここでは例として陰イオンのDNA分離を行っており、第1の毛細管14内もポリアクリルアミドによるコーティングを施しており電気浸透流も発生しないため、図中の左側に陽極、右側には陰極を設定している。この時、電極に印加する電圧の大きさと印加時間を変更することにより、第1の毛細管14内に導入されるDNAサンプル112の量が変化する。この特性を利用することでキャピラリー電気泳動を行うDNAサンプル112の量を必要に応じて調整することが可能となる。
Step S6: FIG. 3 (f)
A voltage is applied between the
ステップS7:図3(g)
第1の毛細管14に導入されずにギャップ17の中に残されたDNAサンプル112を、液体ポンプや吸引ポンプ等を使用して新たな緩衝液117と交換する。ここで緩衝液111と緩衝液117は同じものを用いる。このようにすることで、ゲルの粘度や測定環境に影響される落差法や吸引・加圧法などの各種の導入法と異なり毎回同量のサンプルをキャピラリー管内に導入することが出来る。本実施の形態1においては、ギャップ17の中に残されたDNAサンプル112を緩衝液117と交換する際に、第1の毛細管14に導入されたDNAサンプル112が洗い流されたり、第1の毛細管14や第2の毛細管22内に気泡が含まれないようにする方法として、サンプル注入口12から注入される緩衝液117の流量と空気抜き穴13から吸引されるサンプルの流量を2:1にしている。
Step S7: FIG. 3 (g)
The
ステップS8:図3(h)
再度第1の電極20及び第2の電極21に電圧を印加し電気泳動を開始する。すると第1の毛細管14内に充填されたDNAサンプル112が電気泳動により第1の緩衝液保持ブロック1の方向へ移動し、さらには分離され、DNAサンプル112は検出窓15に達したときに順次光学的に検出される。
Step S8: FIG. 3 (h)
The voltage is applied again to the
検出方法としては、DNAサンプル112に蛍光色素を修飾し、励起光を照射しその時の蛍光強度を検出する方法やサンプルの吸光特性を利用し、吸光度を検出する方法であってよい。
The detection method may be a method of modifying the
最後に、温度制御に関しては、上述した動作中連続的におこなうものであり、温度調節穴23に温度調節された空気を送り込み第1の毛細管14の大部分を温度制御するものである。
Finally, the temperature control is performed continuously during the above-described operation, and the temperature of the
以上のように本実施の形態1においては毛細管とその周辺の部品をユニット化することにより、簡便な構成で電気泳動を行うことが出来る。とりわけ、電気泳動させるサンプルを一定量保持するギャップをユニット内に設け、必要なサンプル量のみを毛細管に充填するようにしたため、常に安定した電気泳動を行うことが可能となる。
As described above, in
なお、DNAサンプル112をサンプル注入ブロック4に注入するステップS5は、泳動媒体113をゲル注入口10より第1の緩衝液保持ブロック1内のゲル保持部5へ注入するステップS2の直後に行なっても良い。
The step S5 for injecting the
(実施の形態2)
図5は、本発明の実施の形態2のキャピラリーユニットを示す図である。実施の形態1の構成と異なるところは、サンプル注入ブロック4の内側壁面にサンプル電極301を設けた点である。
(Embodiment 2)
FIG. 5 is a diagram showing a capillary unit according to
サンプル電極301は、第1の毛細管14に泳動媒体113を充填する際、気泡の混入やゲル状態の泳動媒体113の硬度の影響により未充填を防ぐためのものである。このサンプル電極301は装置の電源とつながっており、第1の電極20あるいは第2の電極21と電極の印加方向を変更できる構成となっている。まず、泳動媒体113の充填時に第1の電極20とサンプル電極301に電圧をかけながら、実施の形態1で説明した方法で充填作業を行い、泳動媒体113が緩衝液の流入方向302のように順次第1の毛細管14の中に充填されていく。充填され最終的にサンプル112と泳動媒体113と接触した時に第1の電極20とサンプル電極301の間に通電が検出され、充填ポンプを停止させる。つぎに同様な方法で、第2の電極21とサンプル電極301の間に通電が検出されるまで充填を行う。このようにすることで第1の毛細管14には泳動媒体113及び第2の毛細管22内に緩衝液111が十分に充填され、充填不足や気泡の混入が発生しない。
The
以上のように本実施の形態2においては毛細管内に泳動媒体及び緩衝液が充填したことを通電により検知するようにしたため、毛細管への充填不足を防ぐことが出来る。 As described above, in the second embodiment, since it is detected by energization that the capillary is filled with the electrophoresis medium and the buffer solution, insufficient filling of the capillary can be prevented.
なお、第1の毛細管14へ充填する泳動媒体113の硬度が低い場合、次のような方法で充填を行っても良い。毛細管現象によってポンプで充填作業を行う前に第1の毛細管14へ充填され、DNAサンプル112と接続される。接続されたDNAサンプル112は泳動媒体113へ拡散しながら第1の毛細管14へ広がり、この状態でキャピラリー電気泳動実験を行うと、検出結果がブロード状となって、シャープな波形が得られない。そこでポンプによる充填作業を確実に行うため、第1の毛細管とDNAサンプル112の間に開放空間を設け、毛細管現象で充填される泳動媒体113を第1の毛細管14の一端で表面張力により停止させる。この後、ポンプにより泳動媒体113を第1の毛細管14から押し、開放空間を埋めることでDNAサンプル112と泳動媒体113は接続されるため、確実にポンプによる第1の毛細管14内への充填作業が可能となる。
In addition, when the hardness of the
(実施の形態3)
図6は、本発明の実施の形態3のキャピラリー電気泳動装置の内部構成を示す斜視図である。保持部401は実施の形態1及び2で説明したキャピラリーユニット402を収納するものであり、本実施の形態では6セット収納加納としている。図6は構成を明確にするためキャピラリーユニット402が1セットのみ収納された状態で図示している。
(Embodiment 3)
FIG. 6 is a perspective view showing an internal configuration of the capillary electrophoresis apparatus according to the third embodiment of the present invention. The holding
コネクタ部411はキャピラリーユニット402を保持部401へ収納した場合に、高圧電源(図示していない)よりキャピラリーユニット402内の電極へ電圧を供給するものである。
The
温度調整部403は保持部401に収納されたキャピラリーユニット402の温度調節を行なう。液送ポンプ404及び吸引ポンプ405を実施の形態1におけるステップS7で使用し、加圧ポンプ406が実施の形態1におけるステップS3,S4で使用する。
The
光照射部407は特定の波長範囲の光を照射する。光セレクタ408は光照射部407が照射する光路を切り換える。光検出部409が特定の波長範囲の光を検出する。光照射部407と光セレクタ408は光ファイバにて接続されており、更に光セレクタ408より6本の光ファイバが保持部に収納された各キャピラリーユニット402の検出窓まで伸びている。つまり、光照射部407より照射された光が、光セレクタ408を介していずれかのキャピラリーユニット402の検出窓へ照射可能な仕組みとなっている。
The
コントロール部410は上述した電源や光セレクタ408、液送ポンプ404、吸引ポンプ405、加圧ポンプ406など全てを制御する。
The
試料注入から電気泳動までは、実施の形態1にて説明したのでここでは省略し、図7を使用し検出の過程のみ説明する。図7は検出のための光路を示した図である。本実施の形態では6セットのキャピラリーユニットを収納可能であるが、説明をわかりやすくするため3セット分のみ図示している。
Since the steps from sample injection to electrophoresis have been described in
回転盤423が光セレクタ408に内蔵され、光ファイバ420が配置されている。固定盤424が光セレクタ408に内蔵され回転盤423と外形を同一にし、光ファイバ421a、421b、421c他3本の計6本を同一円周上に配置したものである。
A
回転盤423と固定盤424は図示されていないが、中心に設置された1本の軸で接続されており、回転盤423が回転する構成になっている。また、光ファイバ420と光ファイバ421a、421b、421c(他3本含む)は前述した軸からの距離を同一としており、回転盤423の回転角度の調整により光ファイバ420の光軸と光ファイバ421a、421b、421c(他3本含む)いずれかの光軸を同一線上に配置することが可能な構成となっている。
Although the
毛細管427a、427b、427cは、キャピラリーユニット402に内蔵されたものであり、検出窓426a、426b、426cは、それぞれ毛細管427a、427b、427cに対応する。検出窓426a、426b、426cは、前述したように光学的に透明となっている。
The
光ファイバ422a、422b、422cは、それぞれ検出窓426a、426b、426cより入射された光を受光部409へ導く構成となっている。
The
それでは、検出窓426aに存在する蛍光色素を修飾した電気泳動サンプルの検出を例に工程を説明する。
Now, the process will be described with reference to detection of an electrophoresis sample in which a fluorescent dye present in the
まず、回転盤423を回転させ光ファイバ420の光軸が、光ファイバ421aの光軸と同一線上になったところで停止する。この時本実施例においては、光ファイバ420の端面と光ファイバ421aの端面間の距離は0.1mmから0.2mmの間で設けている。
First, the
ここで照射部407より照射された第1の光を光ファイバ420の一端に入力すると、光ファイバ421aを介して検出窓426aへ最終的に光が照射されることになる。
Here, when the first light emitted from the
検出窓426aの部分にサンプルが存在した場合、第1の光により励起されたサンプルは、蛍光である第2の光を放つことになり、この第2の光が光ファイバ422aを介して光検出部409へ導かれ検出されることになる。この時、他の検出窓には一切の光(励起光)が照射されていないので蛍光を発することもなく、光検出部409で検出した値は、毛細管427aの内部を移動し検出窓426aまで達したサンプルの濃度と比例することになる。
When the sample is present in the
同様に、検出窓426bに存在するサンプルを検出する場合は、光ファイバ420の光軸と光ファイバ421bの光軸を同一線上となるよう回転盤423を回転させることで検出可能となる。
Similarly, when a sample existing in the
以上のように本実施の形態3においては、複数のキャピラリーユニットをセットした場合に光ファイバを選択可能な構成とすることで、サンプルを励起するための光照射部と光検出部がそれぞれ1つでありながら、複数の検出部位のサンプルを検出することが可能となる。 As described above, in the third embodiment, when a plurality of capillary units are set, an optical fiber can be selected, so that one light irradiation unit and one light detection unit for exciting a sample are provided. However, it is possible to detect samples at a plurality of detection sites.
本発明にかかるキャピラリーユニット、キャピラリー電気泳動装置及びキャピラリー電気泳動方法は、装置と容易に着脱が可能であり、かつ簡単な仕組みでサンプルの定量を可能となるため、小型で高性能な遺伝子解析装置等として有用である。 The capillary unit, capillary electrophoresis apparatus, and capillary electrophoresis method according to the present invention can be easily attached to and detached from the apparatus, and the sample can be quantified with a simple mechanism. Useful as such.
1 第1の緩衝液保持ブロック
2 第2の緩衝液保持ブロック
3 毛細管ブロック
4 サンプル注入ブロック
5 ゲル保持部
6、7 緩衝液注入口
8、9 空気抜き穴
10 ゲル注入口
11 空気抜き穴
12 サンプル注入口
13 空気抜き穴
14 第1の毛細管
15 検出窓
16 浸透膜
17 ギャップ
20 第1の電極
21 第2の電極
22 第2の毛細管
23 温度調節穴
101 キャピラリーユニット
111 緩衝液
112 DNAサンプル
113 泳動媒体
117 緩衝液
301 サンプル電極
401 保持部
402 キャピラリーユニット
403 温度調整部
404 送液ポンプ
405 吸引ポンプ
406 加圧ポンプ
407 光照射部
408 光セレクタ
409 光検出部
410 コントロール部
420 光ファイバ
421a、b、c 光ファイバ
422a、b、c 光ファイバ
423 回転盤
424 固定盤
426a、b、c 検出窓
427a、b、c 毛細管
DESCRIPTION OF
Claims (10)
第1の毛細管を開口部が両端に位置するように長手方向に保持し、前記第1の毛細管を露出した検出窓と温度調節穴を有する毛細管ブロックと、
第2の電極と第2の毛細管とを備えた第2の緩衝液保持ブロックと、
前記毛細管ブロックと前記第2の緩衝液保持ブロックが両端から接続され、前記第1の毛細管と前記第2の毛細管の間に電気泳動させるサンプルを保持するギャップを設けたサンプル注入ブロックを含む、
ことを特徴とするキャピラリーユニット。 A first buffer holding block having a first electrode and an electrophoresis medium holding part for holding an electrophoresis medium;
A capillary block that holds the first capillary in the longitudinal direction so that the openings are located at both ends, and that has a detection window and a temperature control hole that expose the first capillary;
A second buffer holding block comprising a second electrode and a second capillary;
The capillary block and the second buffer holding block are connected from both ends, and includes a sample injection block provided with a gap for holding a sample to be electrophoresed between the first capillary and the second capillary.
Capillary unit characterized by that.
緩衝液と前記電気泳動媒体は通過せずイオンのみが通過する浸透膜により前記泳動媒体保持部と前記第1の電極が分離され、前記泳動媒体保持部には前記電気泳動媒体を注入し、前記第1の電極は前記緩衝液で浸し、前記緩衝液と前記電気泳動媒体は前記浸透膜を介して電気的に接続される、
ことを特徴とする請求項1に記載のキャピラリーユニット。 The first buffer solution holding block includes:
The electrophoresis medium holding part and the first electrode are separated by a permeation membrane through which only the ions do not pass through the buffer solution and the electrophoresis medium, and the electrophoresis medium is injected into the electrophoresis medium holding part, The first electrode is immersed in the buffer solution, and the buffer solution and the electrophoresis medium are electrically connected through the permeable membrane.
The capillary unit according to claim 1.
前記第1の緩衝液保持ブロックと結合する面から前記第1の毛細管へ前記電気泳動媒体が充填される、
ことを特徴とする請求項1に記載のキャピラリーユニット。 The capillary block is
The electrophoretic medium is filled into the first capillary from the surface coupled to the first buffer holding block.
The capillary unit according to claim 1.
前記第2の毛細管に緩衝液が充填され、前記第2の電極は前記緩衝液で浸される、
ことを特徴とする請求項1に記載のキャピラリーユニット。 The second buffer holding block is
The second capillary is filled with a buffer solution, and the second electrode is immersed in the buffer solution;
The capillary unit according to claim 1.
前記電気泳動媒体が前記第1の毛細管に充填される際には前記電気泳動媒体が前記サンプルと接した時に前記第1の電極と前記第3の電極間で通電し、
前記緩衝液が前記第2の毛細間に充填される際には前記緩衝液が前記サンプルと接した時に前記第2の電極と前記第3の電極間で通電する、
ことを特徴とする請求項1に記載のキャピラリーユニット。 The sample injection block further comprises a third electrode;
When the electrophoretic medium is filled in the first capillary, when the electrophoretic medium is in contact with the sample, energization is performed between the first electrode and the third electrode,
When the buffer solution is filled between the second capillaries, energization is performed between the second electrode and the third electrode when the buffer solution contacts the sample.
The capillary unit according to claim 1.
前記毛細管ブロックと前記第2の緩衝液保持ブロックと前記サンプル注入ブロック
がそれぞれ着脱可能である、
ことを特徴とする請求項1に記載のキャピラリーユニット。 The first buffer holding block and the capillary block;
The capillary block, the second buffer solution holding block, and the sample injection block are detachable, respectively.
The capillary unit according to claim 1.
前記キャピラリーユニットに所定の電圧を印加する電源部と、
前記電源部に流れる電流を検出する電流検出部と、
所定の波長範囲の光を照射する光照射部と、
第1の波長範囲の光を検出する第1の受光部と、
第2の波長範囲の光を検出する第2の受光部と、
前記光照射部より照射された光を所定の位置へ導く第1の光伝導部と、
前記第1の光伝導部より導かれた光を更に任意の場所へ導く光路変換部と、
少なくとも1つ位置より前記第1の受光部へ光を導く第2の光伝導部と、
前記光路変換部より前記第2の受光部へ光を導く第3の光伝導部と、
前記ユニット保持部に保持されたキャピラリーユニット内の毛細管の一部を温度管理するための温度制御部と、
前記電源部の電圧を調節しながら前記電流検出部より電流値を取得し、更には前記光路変換部の光路を切り換えながら前記第1の受光部および第2の受光部により検出した光量を取得する制御部を備えた、
ことを特徴とするキャピラリー電気泳動装置。 A unit holder for holding at least one capillary unit according to claim 1;
A power supply unit for applying a predetermined voltage to the capillary unit;
A current detection unit for detecting a current flowing in the power supply unit;
A light irradiation unit for irradiating light in a predetermined wavelength range;
A first light receiving unit for detecting light in a first wavelength range;
A second light receiving unit for detecting light in the second wavelength range;
A first photoconductive portion that guides light emitted from the light irradiation portion to a predetermined position;
An optical path changing unit for further guiding the light guided from the first photoconductive unit to an arbitrary place;
A second photoconductive portion for guiding light from at least one position to the first light receiving portion;
A third photoconductive unit for guiding light from the optical path changing unit to the second light receiving unit;
A temperature control unit for managing the temperature of a part of the capillary tube in the capillary unit held by the unit holding unit;
The current value is acquired from the current detection unit while adjusting the voltage of the power supply unit, and further, the amount of light detected by the first light receiving unit and the second light receiving unit is acquired while switching the optical path of the optical path conversion unit. Equipped with a control unit,
A capillary electrophoresis apparatus characterized by that.
前記電気泳動媒体が前記第1の毛細管に注入される側とは逆側に位置する第2の毛細管に緩衝液を加圧注入するステップと、
前記第1の毛細管と前記第2の毛細管の間に設けられたギャップに電気泳動を行うサンプルを注入するステップと、
前記第1の毛細管及び前記第2の毛細管に電圧を加え、一定量のサンプルを第1の毛細管内を前記泳動媒体保持部側へ移動させるステップと、
前記ギャップに残った前記サンプルを取り出し、前記ギャップに前記緩衝液を注入するステップと、
前記第1の毛細管及び前記第2の毛細管に電圧を加え、前記一定量のサンプルを電気泳動させるステップと、
前記第1の毛細管の前記泳動媒体保持部側でサンプルの発する光を測定するステップとを含む、
ことを特徴とするキャピラリー電気泳動方法。 Applying pressure to the electrophoresis medium holding part filled with the electrophoresis medium, and injecting the electrophoresis medium into the first capillary;
Pressurizing and injecting a buffer solution into a second capillary located on the opposite side to the side on which the electrophoresis medium is injected into the first capillary;
Injecting a sample to be electrophoresed into a gap provided between the first capillary and the second capillary;
Applying a voltage to the first capillary and the second capillary to move a certain amount of sample in the first capillary toward the electrophoresis medium holding unit;
Removing the sample remaining in the gap and injecting the buffer into the gap;
Applying a voltage to the first capillary and the second capillary to cause the sample to be electrophoresed;
Measuring the light emitted by the sample on the side of the electrophoresis medium holding part of the first capillary,
A capillary electrophoresis method characterized by the above.
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