JP4121698B2 - Automated parallel capillary electrophoresis system - Google Patents

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Description

〔発明の技術分野〕
本発明は、電気泳動を行うための装置に関する。より具体的には、本発明は、市販の標準サイズのマイクロタイタートレイを使用し得るように形成されたキャピラリーカートリッジを使用した自動化電気泳動システムに関するもので、この電気泳動システムは、積層されたデュアルカルーセル装置と、多波長ビーム発生器と、ゲル移送システムと、サンプルの相互汚染を回避し、システムの能力を改善し、スループット(処理量)を増加させるようにしたオフライン再生装置とを具備してなる。
【0001】
〔発明の背景〕
電気泳動は巨大分子を分離するための手法として周知である。電気泳動の適用においては、分析されるべきサンプルの分子は、或る電圧が印加された媒体中を移動する。しばしば、サンプルは、分子が移動する際、個々の分子を遅延させたり、分離させたりするのを助ける篩別マトリックス(sieving matrix)として作用するゲルを介して伝搬される。
【0002】
ゲル電気泳動の1つの適用例として、DNA塩基配列決定への適用がある。電気泳動分析に先だって、DNAサンプルが周知の手法により用意される。その結果得られるのは、同一の総配列順序に対応する可能なあらゆる長さのDNA断片の溶液であり、各断片は或る末端塩基の識別に対応する標識で終わっている。
【0003】
この分離法は導電性ゲルで満されたキャピラリーが用いられる。サンプルを導入するため、このキャピラリーの一端はDNA反応ビン中に挿入される。少量のサンプルをこのキャピラリーの端部に導入させたのち、このキャピラリーの両端が別の緩衝溶液内に配置される。ついで、或る電圧がこのキャピラリーの両端に印加される。この時の電圧降下によりDNAサンプルはキャピラリーの一端から他端に向けて移動されることになる。このDNA断片の移動速度の差異により、類似長さの断片のバンドに分離されることになる。これらのバンドがキャピラリーチューブを横切るとき、バンドは典型的にはキャピラリーに沿う任意の点で幾つかの検知手法の1つを用いて読み取られる。
【0004】
DNAサンプルを標識付けするための最も広く使用されている蛍光染料は490−580nmの範囲に最大吸収波長を有する。基本的検知技法は、広角レンズを備えたCCDカメラと、このカメラレンズの下方に配置されたキャピラリーチューブアレイであって、その平面がCCD画像化チップに平行に配置されたものと、上記キャピラリーアレイを横切るように照射されるレーザービームとから構成されている。しかし、この基本的検知技法で用いられる単一レーザーラインは全ての標識を同時に都合よく受入れることはできない。従って、この欠点を補償するため多重レーザー又は光学フィルターが使用される。
【0005】
通常、多重DNA調整反応は市販のマイクロタイタートレイを使用して行われ、このマイクロタイタートレイは200〜1,000マイクロリットルのオーダーの試料をそれぞれ保持し得る多数の小容積ウェルを有する。このマイクロタイタートレイはサイズが標準化されている。生物工学工業において、現在、好んで使用されているマイクロタイタートレイは8列×12行のウェルからなる矩形配列を有する。単一列において隣接するウェル相互のセンター間間隔は約0.9cmであるが、この数値は1/10ないし2/10ミリ変化することもある。これは単一行において隣接するウェル相互間の間隔についても同様である。この96ウェルの矩形配列は7.5×11cm未満の所定領域(フットプリント)内に納まるようになっている。
【0006】
縮小化により同一フットプリントのマイクロタイタートレイにより多くの数のウェルを納めることが可能になっている。新しいトレイとして、同一の所定フットプリント内にウェルを従来の4倍の密度で配置したものが既に導入されており、これが急速に業界標準になりつつある。すなわち、この新規なトレイは16列×24行のウェルからなり、ウェル間間隔は約0.45cmである。
【0007】
或るDNA塩基配列決定プロジェクトにおいて、数千のDNAサンプルを分析することは異例のことではない。言うまでもなく、1本のキャピラリーを用いて数千回の実験を行うことは時間のかかることとなる。
【0008】
従来の装置では、多数のキャピラリーにおけるDNAバンドを同時に分析するための手段が提案されている。そのような装置はYeungらの米国特許No.5,498,324に開示されており、この特許の内容の全ては参照によってここに取り入れられる。この米国特許は、互いに平行に配置された多数のキャピラリーチューブに分離されたDNAバンドを検知するための手段を教示している。しかし、このような方式においては、各キャピラリーチューブをゲルで満し、サンプルを各キャピラリーチューブに導入する必要がある。
【0009】
従って、各キャピラリーチューブをゲルで満すために可なりの時間を要することになる。更に、各チューブの一端に再現性よく、かつ確実に反応サンプルを導入するために、可なりの努力が必要となる。
【0010】
また、同一キャピラリーを用いて幾つかの連続的なサンプル分析を行うことも珍しいことではない。しかし、これは明らかにサンプルの相互汚染の危険性を伴い、これも従来の方式における不利な点ということができる。
〔発明の概要〕
本発明の1つの目的は、標準サイズのマイクロタイタートレイからサンプルを直接、複数のキャピラリーチューブに同時に導入することが可能な装置を提供することである。
【0011】
本発明の他の目的は、積層デュアルカルーセル装置を提供し、これによりシステムの能力を損なうことなく、DNAサンプルの相互汚染を回避することである。
【0012】
本発明の他の目的は、ゲル移送モジュールを提供し、これによりキャピラリーチューブ中にゲルを均一、かつ急速に分配させることである。
【0013】
本発明の他の目的は、オフラインキャピラリー再生装置を提供し、これによりキャピラリーカートリッジオフラインを完全に清浄し、コストの上昇を最小限に抑えつつ、システムのスループットを改善させることである。
【0014】
本発明の他の目的は、多波長ビームを発生させることができる装置を提供することである。この多波長ビーム装置は異なる蛍光標識化染料を以て標識化された複数のDNAサンプルの同時検知を可能にする。
【0015】
これらの目的は、電気泳動分析の間に清浄化可能な使い捨て型キャピラリーカートリッジであって、複数のキャピラリーチューブを有するものを提供することにより達成される。この場合、各キャピラリーチューブの第1の端部はマウンティングプレートに保持され、これら第1の端部は一緒になって1つの配列を上記マウンティングプレート内に形成している。これら第1の端部間の間隔は、標準サイズのマイクロタイタートレイのウェルのセンター間の間隔に相当する。従って、これらキャピラリーの第1の端部をマイクロタイタートレイのウェル内のサンプルに同時に浸漬させることができる。このカートリッジには第2のマウンティングプレートが設けられ、これに上記キャピラリーの第2の端部が保持されている。他の態様においては、この第2のマウンティングプレートを用いる代りに、上記キャピラリーチューブの第2の端部が一緒に束ねられ、液体移送チャンバー、好ましくは高圧T字型取付け部材により受け入れられるようになっている。
【0016】
各マウンティングプレートに複数のプレート孔を設け、これらにキャピラリーチューブを挿入するようにしてもよい。このような場合、プレート孔は気密に封止され、露出されているキャピラリー端部を有するマウンティングプレートの側を加圧できるようにする。このマウンティングプレートのキャピラリー開口部の近傍に陽圧を適用することにより、電気泳動操作の間、空気及び流体の導入が可能となり、更に、この陽圧の適用を再生の間、キャピラリーチューブからゲル及び他の物質を押出すのに使用することもできる。これらキャピラリーチューブをこれらのプレート孔に挿入するとき、カニューレ及び/又はプラスチックチューブからなるニードル(針)を用いることによりこれらキャピラリーチューブが損傷されるのを防止することができる。また、金属製カニューレなどが使用される場合は、これらを電気泳動の間の電流のための電気接点として役立てることもできる。
【0017】
好ましい態様において、積層デュアルカルーセル装置は、システムの能力を損なうことなく、DNAサンプルの相互汚染の問題を回避することができる。このシステムはゲルと共に、緩衝液を使用し、これにより電気泳動の間、DNAをキャピラリーチューブの一端から他端へ移動させるための媒体が提供される。この緩衝液も電気泳動の間、キャピラリーチューブを通って移動するので、キャピラリーチューブの一端は緩衝液中に浸漬した状態にし、キャピラリーチューブ中に緩衝液が連続的に補充されるようにする必要がある。従って、この緩衝液は電気泳動の間においてDNAサンプルで汚染されてしまう虞れがある。次に、緩衝液中のこのDNAは、もし同一の緩衝液を用いて電気泳動を連続的に行った場合は、電気泳動の後の実行の間にキャピラリーチューブ中に移動することがあり得る。上記積層デュアルカルーセル装置は、各DNAサンプルトレイについて緩衝トレイを提供し、同一の緩衝トレイを再使用することを回避することにより、DNAサンプルの相互汚染の問題を回避している。また、上記積層デュアルカルーセル装置は、緩衝トレイを保持するための付加的カルーセルを有するので、この付加的緩衝トレイのための空間を提供することを目的としてサンプルトレイを置換する必要性も生じない。従って、このデュアルカルーセル装置は、システムの能力を損なうことなく、上記汚染の問題を回避することができる。
【0018】
本発明の他の好ましい態様において、検知システムは多波長ビーム発生器及び多波長検知器の双方を使用し、これによりレーザー又は光学的フィルターを切り換えることなく、同一機器中で異なる標識染料で標識された複数のDNA塩基配列サンプルを同時に検知することを可能にしている。
【0019】
多波長ビーム発生器は、457nm、476nm、488nm、496nm、502nm、514nmの波長の多波長ビームを発生し得るアルゴンイオンレーザーにより提供される。この多波長ビーム発生器は、異なる標識染料の中の異なる吸収スペクトルを補償し、DNA断片中でのピーク検知信号の一様性を改善し、検知信号の信号/ノイズ比を向上させる。
【0020】
本発明の他の好ましい態様において、ゲル移送モジュールはゲルを急速、かつ均一にキャピラリーを通って移動させる。ゲルはポンプにより移動させるには粘度が高過ぎるため、このゲル移送モジュールは、ゲルを移動させるのにゲルシリンジを使用する。このゲル移送モジュールは、使い捨て型ゲルカートリッジを保持するためのゲルキャリッジを具備する。ステッパーモータ・リニアーアクチュエータは可動アクチュエータシャフトを具備し、この可動アクチュエータシャフトはゲルシリンジの一端に位置するテフロンプランジャーを駆動させるべく配置され、これによりゲル物質がゲルシリンジの他端に設けられた高圧部材を介して急速に流れるようになっている。更にゲル移送モジュールは、電気泳動で用いたものと同一の部材を使用してキャピラリーチューブ中のゲルを弛緩させ、ゲルの均一な分布を達成させる。
【0021】
ゲル移送モジュールの他の態様において、圧迫可能なゲルバッグが利用される。この態様において、ゲルバッグは高圧チャンバーの内部に配置され、この高圧チャンバーは頂部が開口し底部が閉塞した中空シリンダーと、このシリンダーの頂部に着脱自在に取着されたキャップとを具備してなる。上記ゲルバッグに着脱自在に取着された内側端部と上記T字型取付け部材に接続された外側端部とを具備する流出口アッセンブリーが上記高圧チャンバーに取着されている。この高圧チャンバーも又、その内部圧力を増大又は減少させることのできる圧調整アッセンブリーに接続されている。上記高圧チャンバー内部の圧力が増加したとき、ゲルは上記流出口アッセンブリーを介して外部に絞り出され、上記T字型取付け部材へと送り出される。
【0022】
本発明の他の好ましい態様において、簡素化されたオフラインキャピラリー再生器がキャピラリーオフラインを完全に清浄化し、システムのコストの増大を抑制させつつ、システムのスループットの増大を達成し得るようになっている。作業者は先に使用したキャピラリーカートリッジをオフラインキャピラリー再生器で清浄化させながら電気泳動を実行することができる。完全に清浄化するためには一般的に約20分を要するから、電気泳動の連続的実行の間において、キャピラリーカートリッジ909の完全な清浄化のためにシステムを待たせる必要がなくなり、従って、このオフラインキャピラリー再生器はシステムのスループットを改善させることができる。
【0023】
このオフラインキャピラリー再生器は、清浄化流体を保持するための溶媒容器、清浄化流体を選択するためのマニホルド、及び洗浄を管理するための簡単なコントローラを含む少数の低コスト部材を具備してなる。このオフラインキャピラリー再生器の簡素化により、システムのコストの増大を抑制させつつ、システムのスループットの増大を達成し得るという利益が得られる。
〔好ましい態様の詳細な説明〕
図1は、本発明の装置の使用形態を模式的に説明するものである。本発明のカートリッジ30は、実質的に同一長さの複数のキャピラリーチューブ32を具備してなる。これらキャピラリーチューブ32はサンプル側接続アレイ(配列)34とゲル側接続アレイ36との間に延在している。キャピラリーチューブ32はサンプル側では第1のキャピラリー端部38のアレイで終わり、ゲル側では第2のキャピラリー端部40のアレイで終わっている。
【0024】
すなわち、図1のキャピラリーチューブ32のそれぞれの両端はベース部材42中の個々のプレート孔を貫通して延びている。このベース部材42は好ましくはポリカーボネート又はアクリル樹脂などから作られている。その他、キャピラリー端部の各アレイをプレート孔を有する別のマウンティングプレートに保持させ、ついで各マウンティングプレートをベース部材に固定してもよい。更に、各キャピラリーを個々のプレート孔に貫通させる代りに、1又はそれ以上のキャピラリーチューブを一緒にし、共通孔を貫通させてもよいし、孔を全く無くしてもよい。
【0025】
これら2つのアレイの間において、キャピラリーチューブ32はベース部材42上に装着された熱電部材44を貫通させている。この熱電部材44は窓領域46の両側に配置されている。この熱電部材はキャピラリーチューブを所定の範囲の温度に制御するために用いられている。この熱電部材44は当業者にとって明らかなように2以上の部材から構成されていてもよい。更に、流体循環システムあるいは空気対流などの別の温度制御手段を用いて温度を制御するようにしてもよい。
【0026】
キャピラリーチューブ32は窓領域46内において互いに隣接して平行に配置されている。第1のキャピラリー端部から窓領域46に至るまでの各キャピラリーチューブの長さは全てのキャピラリーチューブ32において実質的に同一である。この長さはサンプルの分析時間の最適化(すなわち、最小許容時間)及び分離されたサンプルの最小許容分析能を考慮して決定される。名目上、この長さはほぼ50〜70cmの範囲である。窓領域46は入射励起光が平行なキャピラリーチューブへアクセスできる領域を表すと共に、このキャピラリーチューブから出射される蛍光へのアクセスが可能な領域である。すなわち、この窓領域46は種々のキャピラリーチューブ内のバンド50の検知を可能にする。
【0027】
図1に示すように、励起光源はレーザー52を具備し、プリズム54は光ビーム56を窓領域46を通ってキャピラリーチューブ32に焦点を合わすために用いられる。ついで蛍光ビーム58がCCDカメラ60により感知され、バンド50が捕捉されるようになっている。なお、当業者にとって公知のように、他の照明及び検知手段を用いることも可能である。
【0028】
図1に示す構成により、全てのキャピラリーチューブ32の第1のキャピラリー端部38中にサンプルを実質的に同時に導入させることができる。特に、この構成によれば、第1のキャピラリー端部38のアレイを上述のような標準サイズのマイクロタイタートレイ64の複数のウェル62中に同時に浸漬することにより種々のサンプルを導入させることができる。
【0029】
これを可能にするため、個々のキャピラリー端部は互いに離間されており、その間隔配列は標準サイズのマイクロタイタートレイ64の複数のウェルのアレイのものと実質的に同一となっている。すなわち、隣接する第1のキャピラリー端部間の間隔は約0.9cmであり、この第1のキャピラリー端部のアレイ全体のフットプリントは7.5cm×11cm未満であり、従って標準サイズのマイクロタイタートレイに対応している。
【0030】
第2のキャピラリー端部40のアレイは第2のマイクロタイタートレイ68のウェル66中に挿入され、そこで当業者に公知のように緩衝液70と接触するようになっている。この第2のマイクロタイタートレイ68のウェル66は互いに離間しているので、第2のキャピラリー端40間での相互汚染の虞れは少ない。
【0031】
電圧源72が2つのキャピラリー端部アレイ間に電位差を与えるのに用いられる。図1に示すように、1つの電圧レベルが個々のリード74を介して第1のマイクロタイタートレイ64の各ウェル62に適用され、第2の電圧レベルが個々のリード76を介してほぼ同様に第2のマイクロタイタートレイ68の各ウェル66に適用される。すなわち、電流はリード74を介して個々のサンプルに通電され、第1のキャピラリー端部38、キャピラリーチューブ32及び第2のキャピラリー端部40を介して第2のマイクロタイタートレイ68のウェル66中の緩衝液70に通電され、最後にリード76を通ることになる。
【0032】
図2A及び2Bは本発明のカートリッジ80の1例の平面図及び側面図をそれぞれ示している。このカートリッジ80は例えばポリカーボネート又はアクリル等からなるベース部材82を具備する。このベース部材82には第1及び第2のマウンティングプレート84、86がそれぞれ装着されている。これらプレートは電気的絶縁物質から形成することが好ましい。
【0033】
第1のキャピラリー端部88のアレイは、第1のマウンティングプレート84の底面90から突出し、第2のキャピラリー端部92のアレイは、第2のマウンティングプレート86の底面94から突出している。キャピラリーチューブ96はこれらマウンティングプレート84、86に形成されたプレート孔を貫通、固定されていて、これらマウンティングプレート84、86の上面から突出している。好ましくは、各キャピラリーチューブ96はこれらマウンティングプレート84、86に対する貫通部において、これらマウンティングプレートのプレート孔に固定されたチューブ組立て体(アッセンブリー)102により保護されるようにする。
【0034】
図2Aに明示するように、これらチューブ組立て体は、関係するキャピラリーチューブと共にそれぞれ8行、12列の矩形アレイを形成するようにしてこれらマウンティングプレート84、86から突出している。これらチューブ組立て体102が固定されているプレート孔の隣接相互間の間隔及び隣接するキャピラリー端部88、92相互間の間隔は、いずれも標準サイズのマイクロタイタートレイ64の隣接するウェル相互間の間隔と対応させてある。好ましい例として、隣接するキャピラリー端部間の間隔は約0.9cmであり、キャピラリー端部のアレイ全体、従ってキャピラリー96が貫通するプレート孔のアレイのフットプリントは約7.5cm×11cm以下である。
【0035】
各マウンティングプレート84、86の上面98、100には、それぞれ104、106として示す第1及び第2の囲いが設けられている。好ましい態様において、これら囲いのそれぞれには入口108及び出口110が設けられている。第1の囲いの出口110はプラスチックチューブ112を介して第2の囲いの入口108に接続されている。第1の囲いの入口108は第1のプラスチック閉止弁114に接続され、第2の囲いの出口110は第2のプラスチック閉止弁116に接続されている。逆に、これらのプラスチック閉止弁114、116はそれぞれ第1及び第2のクイック切断部118、120に接続されている。
【0036】
操作の間、カートリッジ80をポンプアッセンブリー122に接続することができる。このポンプアッセンブリー122は、囲い104、106を通って温度制御された液状冷媒を循環し得るように構成されている。この場合、カートリッジの第1のクイック切断部118はポンプアッセンブリー122の出力部124に接続されおり、第2のクイック切断部120はポンプアッセンブリー122の入力部126に接続されている。この構成により、マウンティングプレートの上面98、100から突出し、囲い104、106中に位置するキャピラリーチューブ96の部分の温度を維持させることができる。これを行うため、マウンティングプレート84、86はベース部材82に対し液密に封止されていることが必要である。この液密封止はプレート孔とチューブアッセンブリー102並びにキャピラリーチューブ96との間、あるいはキャピラリーチューブ96自体にも形成されている必要がある。
【0037】
キャピラリーチューブ96は、囲い104、106により覆われていないカートリッジの区域においてチューブアッセンブリー102の2つのアレイ間に通じている。上述のように、熱電温度制御手段128又はそれに類する物がキャピラリーチューブ96の窓区域130の両側に配置され、囲い104、106内にないキャピラリーチューブの温度を制御するようになっている。
【0038】
窓区域130の少なくとも1部内にてキャピラリー96が互いに平行に配置されていて、検知手段により読取り可能にしている。好ましくは、ベース部材82には開口部132が設けられていて、その上に窓区域130が配置されている。これにより、照射手段又は検知手段の少なくとも1部をベース部材の下に配置させることが可能となり、そこから露出したキャピラリーチューブ96を直線的に見えるようにしている。
【0039】
図3Aはチューブアッセンブリー160を形成するのに使用されるニードル140を示し、これは図3Bに示すようにマウンティングプレート162内に直接、挿入させることができる。このニードル140は金属製カニューレ142を具備する。好ましい態様において、カニューレ142は内径が0.064インチ、外径が0.072インチのステンレススチールチューブからなっている。このカニューレ142にはウェルに浸漬される端部にベベル144が設けられている。
【0040】
カニューレ142内には、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)ポリマーチューブ146が同軸的に配置され、これはスリーブとして作用する。このポリマーチューブ146は内径が約0.006インチ、外径が0.0625インチである。従って、このポリマーチューブ146はカニューレ142内に難なく挿入させることができる。
【0041】
ニードル140の長手軸に沿ってポリマーチューブ146の中央を、ニードル140に付随するキャピラリーチューブ148が通っている。このキャピラリーチューブ148は溶融シリカから形成されており、内径が約0.003インチ、外径が約0.006インチのものである。すなわち、キャピラリーチューブ148はポリマーチューブ146内部と嵌合している。このキャピラリーチューブ148はカニューレ142の先端部152と実質的に面一となる端部150で終っている。すなわち、2つの端部150、152間の間隙は約0.035インチとなっている。
【0042】
UV硬化、医療グレードのエポキシ封止剤154がポリマーチューブ146の両端に用いられ、ポリマーチューブ146及びキャピラリーチューブ148をカニューレ142に対し固定している。好ましくは、エポキシ封止剤154がカニューレ142を介して気密及び液密シールを形成している。このエポキシ封止剤はポリマーチューブ146が外囲気に露出させないようにすると共に、キャピラリーチューブ148がカニューレ142と直接、接触することがないようにしている。
【0043】
なお、ニードルは図3Aに描いたもの以外の形で形成させることもできる。例えば、チューブ状カニューレの代りに、ニードルを単にキャピラリーチューブからなり、注入又は共押出しされたプラスチック材料で覆い、この覆いを金属ストリップに固定させたものでもよい。また、その他の構成も可能である。
【0044】
図3Bはナイロンからなる中空の高圧圧縮取付け部材164を示しており、これにニードル140が挿入され、チューブアッセンブリー160を完成させている。このニードル140はエポキシ封止剤を用いて上記圧縮取付け部材の円筒状内壁に固定させることもできる。各チューブアッセンブリー160は、ついでマウンティングプレート162に穿孔されたプレート孔166内に挿入され、プレート孔166もエポキシ封止剤を用いて封止させることができる。これにより、マウンティングプレート162の底面168と表面170との間に気密及び液密シールが形成され、チューブアッセンブリーを固定するプレート孔が設けられた区域の底面に陽圧が適用されても、これにマウンティングプレートが耐え得るようになっている。
【0045】
なお、この圧縮取付け部材164を完全になしで済まし、マウンティングプレート162に、ニードル140の外径とサイズが対応するプレート孔を穿設してもよい。その場合、ニードルをマウンティングプレート162の各プレート孔中に直接、挿入し、エポキシ樹脂を用いてそこに固定させる。このような取付け部材なしのアプローチは、プレート孔の減少されたサイズによりマウンティングプレート162の構造的一体性を改善させることができる。更に、エポキシ封止剤が用いられる界面が少なくなるから気密及び液密シールの向上を図ることができる。更に、キャピラリーチューブ148又はポリマーチューブ146に包んだキャピラリー148を、マウンティングプレート162に形成された適当なサイズのプレート孔に直接、保持させることもできることを理解されるべきである。
【0046】
圧縮取付け部材を使用するか否か、カニューレ及び/又はポリマーチューブを使用するか否かに拘らず、好ましい態様においては、各プレート孔には1つのキャピラリーチューブが保持されることを理解されるべきである。プレート孔のアレイの間隔的配置は、好ましくは標準サイズのマイクロタイタートレイのウェルのものと対応している。しかし、プレート孔をオフセンター(中心ずれ)に形成し、キャピラリー端部を傾けることもできる。
【0047】
更に、マウンティングプレート162に孔を穿設することなしに、キャピラリー端部のアレイを所望の形状にて固定させることもできることを理解されるべきである。例えば、個々のキャピラリー端部を接着又は締付けによりマウンティングプレート162に所望の形状にて配列、固定させることもできる。その他、複数のキャピラリーを一緒にし、アクリルなどで所望の形状に保ったまま、それらの端部を保持させることもできる。重要なことは、標準サイズのマイクロタイタートレイのウェルの間隔に対応してキャピラリー端部の間隔をアレイに持たせることである。
【0048】
導電性プレート172はネジ、接着剤、その他の公知の手段でマウンティングプレート162に固定する。この導電性プレート172には、マウンティングプレート中のプレート孔166に対応する導電性孔174のアレイが形成されている。各導電性孔174はH型のスリットにより形成されていて、このHの脚部間に一対のタブ176、178が形成されている。ニードル140がこの導電性孔174に挿入されたとき、これらのタブ176、178は後退し、ニードル140の両側と接触することになる。
【0049】
この導電性プレート172は全体が導電性であるから、アレイ中の全てのニードル140は共通の電気的接続を共有することになる。導電性プレート172に印加された電圧はアレイ中の各ニードル140の外部に現れる。電気泳動の適用の間、この電圧はキャピラリー端部150が挿入されている各ウェル内の緩衝液中に現れる。
【0050】
当業者に公知のように電圧差は他の手段によっても同様に第1のキャピラリー端部に印加させることができる。例えば、ニードルが接続されている共通プレートに接触させる代りに、電圧リードを各ニードルに直接、接続させてもよい。その他、各リードを各ウェル内の液中に浸漬させてもよい。他の別の方法としては、電圧を金属被覆、例えば金を介して印加させることである。この場合、金属被覆はウェル内の液に接触する各キャピラリーの末端部外面にのみ堆積させる。更に、電圧を前述のように、1又はそれ以上のリードを介してウェルに直接、印加させてもよい。当業者に自明のように、この第1のキャピラリー端部に電圧を印加させるため、その他の任意のアプローチを選択することができる。
【0051】
図4は、図2A、2Bに例示するカートリッジと共に使用されるモニタープレート190を示している。本発明のカートリッジにおいては、上述のように少なくとも第1のマウンティングプレート84のニードルには導電性プレート172が備えられている。第2のマウンティングプレート86にはモニタープレート190を具備させることができる。
【0052】
このモニタープレートはモニター孔192のアレイを有する。このモニター孔192のアレイは第2のマウンティングプレート86中に形成されたプレート孔の第2のアレイと整合している。各モニター孔192は分離された電気接点194を具備してなり、この電気接点194は個々のリード198を介してモニタープレートコネクター196に電気的に接続されている。第2のマウンティングプレート86中の各ニードルはモニタープレート中の対応する電気接点194に接触している。
【0053】
このモニタープレートの目的は、第2のマウンティングプレート86中の任意のニードルと第1のマウンティングプレート84中のニードルとの間の電気的導通性の存在を測るための手段を提供することである。このために、モニタープレート190を導電性プレート172とほぼ同様にしてマウンティングプレート86に固定し得ることが理解されるであろう。重要なことは各電気接点194が第2のマウンティングプレート中の1個のニードルとのみ接続していることである。
【0054】
図5は、第1のカルーセル206及び第2のカルーセル208上に、第1のアレイ202及び第2のアレイ204がそれぞれ部分的に配置されたカートリッジ200を示している。CCDカメラ210は、これらアレイ202、204間のカートリッジ部分の上に配置され、キャピラリー内のバンド(図5には示されていない)を検知するようになっている。各カルーセル206、208はそれぞれ8個のプラットホーム212を有し、それらの上に標準サイズのマイクロタイタートレイが載置されるようになっている。
【0055】
各タイタートレイ内のウェルは、サンプル、ゲル、緩衝液、酸性溶液、塩基性溶液などの1又はそれ以上の液体を保持する。図5に示すように、第1のカルーセルは6個のサンプルトレイ214、1個の緩衝液トレイ、及び1個の廃液トレイを保持し、サンプルトレイの1個が第1のニードルアレイ202の下方に位置されている。更に図5に示すように、第2のカルーセルは一対の酸性溶液トレイ220、一対の塩基性溶液トレイ222、一対の廃液トレイ224(その内の1個は第2のニードルアレイ204の下方に位置している)、1個の緩衝液トレイ226、1個のゲルトレイ228を保持している。すなわち、第1のカルーセル206はサンプル側カルーセルであり、第2のカルーセル208はゲル側カルーセルである。
【0056】
カートリッジは自動電気泳動装置に着脱自在に装着されている。操作の間、昇降手段により2つのニードルアレイ202、204のいずれかの下にあるプラットホームが上下動される。マイクロタイタートレイがニードルアレイ202、204の1つに近付けられたとき、これらのアレイのニードル及び付随するキャピラリー端部がそのマイクロタイタートレイの各ウェルの内容物中に浸漬される。これらのニードルアレイのいずれかの下にあるプラットホームが降下されたとき、このプラットホームに関係するカルーセルが回転されて異なるマイクロタイタートレイを保持する異なるプラットホーム212が上昇し得るようにする。
【0057】
プラットホーム212が上昇したとき、このプラットホームの周囲の表面が対向する表面に接触し、これによりニードルアレイの底面の下の圧力チャンバーを封止する。この圧力チャンバー内に加圧不活性ガス、例えばヘリウムをほぼ30psiの圧力で導入すると、プラットホームに保持されているマイクロタイタートレイのウェル内のサンプルに均一な力が加えられる。これにより、各サンプルの一部が第1のキャピラリー端部の対応するアレイ中に導入される。
【0058】
加圧ヘリウムを適用してサンプルを第1のキャピラリー端部へ導入するとともに、又は導入する代りに、高電圧を短時間、20〜40秒のオーダー、印加してサンプルを第1のキャピラリー端部へ移動させることもできる。この目的のための高電圧の使用は、しかしながら、サイズ−選択的なものとなる虞れがある。すなわち、分子が大きいほど、第1のキャピラリー端部に導入され易く、後の電気泳動分析において潜在的に歪みを生じさせる。
【0059】
次に、図5に示す自動電気泳動装置の動作について説明する。最初に、種々のマイクロタイタートレイに、指定された緩衝液、ゲル、サンプルなどが充填される。次に、カルーセル208上のゲルトレイ228が上昇し第2のニードルアレイ204に付随する第2のキャピラリー端部(図5では隠れている)を介してキャピラリーチューブ(図5には示されていない)内に導入される。その後、このゲルトレイ228が降下される。カルーセル206上のサンプルトレイ214がついで上昇し、第1のニードルアレイ202に付随する第1のキャピラリー端部(図5では隠れている)を介してサンプルが導入される。ついで、サンプルトレイ214が降下される。カルーセル206、208がついで回転し、緩衝液トレイ216、226を、対応するニードルアレイ202、204の下方に位置させる。ついで、電位差がこれら2つのニードルアレイ間に亘って適用され、電気泳動分析が行われる。
【0060】
この電気泳動分析が完了したとき、カートリッジは再生される。これは前回の分析からのゲル及びサンプルを加圧下で流出させ、酸性液220及び/又は塩基性液222を用いてキャピラリーチューブを清浄化することにより行われる。カートリッジはそれにより再使用のための準備が整い、他の1つのサンプルトレイ214内のサンプルの分析が可能となる。
【0061】
勿論、カルーセル204、206に形成されるプラットホームの数は任意に選択し得る。更に、このプラットホームを線状、四角形状などの配置で構成させることも可能である。必要なことは、任意の第1のマイクロタイタートレイを第1のニードルアレイ206に移動させ、また、任意の第2のマイクロタイタートレイを第2のニードルアレイ208の下に移動させ得る貯蔵及び位置決めシステムであることである。
【0062】
図6A、6Bは第1のマウンティングプレート282を有するカートリッジ280の側面及び平面をそれぞれ示し、この場合、第1のマウンティングプレート282中のプレート孔のアレイは90度回転されている。その他については、すなわちキャピラリーチューブを第1のマウンティングプレートに接続する配置は前述の例のものと実質的に同一である。所望の間隙を有するアレイに形成された第1のキャピラリー端部は第1のマウンティングプレート282の底面から突出し、この第1のマウンティングプレート内に形成されたプレート孔中にて保持されている。
【0063】
第2のマウンティングプレート284は、しかし、前述のカートリッジの例と同じではない。カートリッジ280においては、第2のマウンティングプレート282は、実質的に筒状の外壁面を有する圧力セル286の加圧保持部材として作用する。簡明を期すため、図6Aでは、第1のマウンティングプレート上のキャピラリーチューブはその一部が省略して示されている。更に、第2のマウンティングプレート284上のキャピラリーチューブについては全く省略されている。しかし、実際には、このキャピラリーチューブは全て存在するものである。
【0064】
第2のマウンティングプレートは半径方向に対称なベベル面(斜面)288を有し、それに複数のプレート孔290が形成されている。これらのプレート孔290のそれぞれはPEEKポリマーチューブ292と嵌合し、このPEEKポリマーチューブ292の中にキャピラリーが前述のようにUV硬化エポキシ樹脂を用いて嵌挿、固定されプレート孔290内にて気密、かつ液密シールを形成している。キャピラリーチューブがPEEKポリマーチューブ内を通って挿入され、各キャピラリーチューブの第2の端部が加圧セルの内部キャビティと連通している。このカートリッジの好ましい例において、第2のマウンティングプレートにPEEKポリマーチューブ及びキャピラリーチューブを設けたものについて説明したが、前述と同様のニードルを使用することもできる。更に、エポキシで固定したキャピラリーチューブ単独のものを同様に使用することができる。重要なことは、各キャピラリーチューブ294がプレート孔290内に気密、かつ液密に保持されていること、このキャピラリーチューブの第2の端部が圧力セル286の内部キャビティと連通していることである。
【0065】
図2A、2Bのカートリッジ80と同様に、このカートリッジ280には熱電気制御手段298及び囲い300、302が設けられ、そのキャピラリーチューブは窓領域304の少なくとも1部に沿って平行に配置されている。図6A、6Bに示していないが、これら囲い300、302には、他のカートリッジ80と同様に、冷媒を循環させるための入口及び出口を設けることもできる。
【0066】
図6Aに示すように、第2のマウンティングプレート284は切頭円錐状の上部を有し、その頂部は平坦頂部310となっている。多数のプレート孔290が設けられている湾曲した円錐面288は、第2のマウンティングプレートの下から陽圧が加えられた場合の構造的一体性の点で有利である。更に、このような表面にプレート孔290を設けることにより、プレート孔290相互をより大きく離して設けることができ、このことも圧力セル286の構造的一体性を向上させることになる。
【0067】
圧力セル286はカートリッジ280のベース部材に固定されていて、このベース部材の底部を介して突出している。このような構成により、圧力セル286はその筒状外壁の両側に入口312及び出口314をそれぞれ備えることができる。なお、この入口を第2マウンティングプレート284の平坦頂部310に設け、出口を圧力セル286の下部316の底面に設けることも容易に可能である。このような場合、圧力セルは、ベース部材の底部を介して突出させるのでなく、ベース部材上に載置させることができ、パイプ取付け部材はベース部材に形成された孔を介して出口に接続され、その後、孔は封止される。
【0068】
図7は、頂部表面324に入口322を有する圧力セル320についての弁配置を示している。その他の点については、前記圧力セル286と実質的に同一である。この入口322の他に、圧力セル320には出口326が設けられていて、この出口326は廃液弁328に接続されている。この廃液弁328は、圧力セル320の内部キャビティの内容物を排出するために開口される。
【0069】
この入口322へのアクセスは閉止弁330により制御される。液体はポンプ332を使用し、入口322を介して圧力セル320内に導入される。好ましくは、このポンプは高圧液体クロマトグラフィ(HPLC)ポンプであり、ポンプ能力は、約2000psiの圧力で毎分4〜40ミリリットルである。このポンプ332は多重弁マニホールド334に接続され、この多重弁マニホールド334により4つの液体の内の1つが圧力セルに選択的に送り込まれるようになっている。この4つの液体、すなわちゲル、緩衝液、酸性液及び塩基性液がそれぞれ別々の容器336、338、340、342に保持されている。同様の液体を保持する付加的容器が予備のために保持され、あるいは上記容器に直列的に接続されていて総供給量を増大し得るようになっている。
【0070】
廃液弁328、閉止弁330、ポンプ332及び多重弁マニホールド334は全てコントローラ、好ましくはマイクロコンピュータなどの指令下にある。すなわち、圧力セルの内部キャビティの内容物はこのコントローラにより規制されている。このようなコントローラは、種々の圧力及び温度モニター及び他のセンサーからの入力を受理し、圧力セル320への損傷を防止し得るようになっている。
【0071】
操作の間において、圧力セル320の内部キャビティはポンプ332により充填される。これにより送り込まれた液体が、圧力セル320の内部キャビティと連通する第2のキャピラリー端部へと強制的に送られる。第1のキャピラリー端部のアレイ及び圧力セル320が適当な流体が適当なシーケンスで満されることにより、図5の装置に関して述べた前記説明の電気泳動操作を行うことができる。
【0072】
分析の後、圧力セル及びキャピラリーチューブを再生し、次の分析のための準備が行われる。これは全てのキャピラリーチューブからゲル及びサンプルを同時に流し出すことにより達成される。しかし、圧力セル320を用いて数千psiのオーダーの圧力が適用される。これらの増大した圧力により粘性のゲルをキャピラリーチューブからより急速に排出させることができる。これにより、分析相互間のサイクル時間が、再生操作を含めて、約1ないし2時間に減少させることができる。
【0073】
図8は、カートリッジ280の圧力セル286と同様の圧力セル350の分解断面図を示している。他の圧力セルと同様に、この圧力セル350は好ましくはアルミニウム又はステンレス鋼から作られている。この圧力セル350にはネジ付き入口352が備えられ、このネジ付き入口352は上部356の頂部表面354に形成されている。この上部は第2のマウンティングプレートを含む。この圧力セル350には更に、その下部362の底面360にネジ付き出口358が備えられている。高圧パイプ取付け部材をこれらネジ付き入口352及びネジ付き出口358に螺合させることができる。
【0074】
これら上部356及び下部362は複数のボルト(図示しない)により一緒に保持される。これらボルトは下部362の底面360の周囲に沿って形成されたボルト孔368を介して挿入される。ついで、これらのボルトは、上部356の底面372に形成された対応するネジ付き孔370中に螺合される。Oリング364が、第2のマウンティングプレート356中に形成された角形溝366中に部分的に嵌挿される。Oリング364は上部356と下部362との間のシールとして作用する。Oリングの代りに、ガスケットなどを使用し、シールとして作用させることもできる。
【0075】
この圧力セル350の上部356と下部362との間に形成された中央部には、内部キャビティ374が形成されている。また、複数のプレート孔376が上部(第2のマウンティングプレート)に形成されている。簡明のため、図8においては、複数のプレート孔376が上部356の一側にのみ示されている。しかし、当然、上部356の他の側にも存在することを理解されるべきである。プレート孔376は上部356に形成された斜面378から内部キャビティ374へと延びている。
【0076】
キャピラリーチューブ380はこれらのプレート孔376中に保持され、その第2の端部382は内部キャビティ374と連通している。各キャピラリーはPEEKポリマーチューブ内に嵌挿されており、このPEEKポリマーチューブは、内部キャビティ374に近い各プレート孔内の点から斜面378の可なり外側に延びている。しかし、簡明のため、図8においてはこのPEEKポリマーチューブは示されていない。なお、キャピラリーチューブのみ、あるいはキャピラリーチューブ、PEEKチューブ及びカニューレからなるニードルをその寸法を適合させて各プレート孔376へ挿入するようにしてもよい。
【0077】
上述のように、UV硬化性エポキシ封止剤を用いてプレート孔376の両端部をシール(封止)し、プレート孔376の気密、液密性を維持させる。圧力セルについては、内部キャビティ374に近い各プレート孔の末端部384はタッピング又は粗面化する。これにより組立て時にエポキシ封止剤が容易に接着する表面が提供される。
【0078】
内部キャビティ374内に保持されている液体は内部キャビティを形成する材料と接触している。この液体が更に第2のキャピラリー端部382に接触した時、圧力セル350の内部キャビティ374と第1マウンティングプレートに固定された第1のキャピラリー端部との間の電気的接続が完了する。すなわち、圧力セル350をそれに設けた接触子を介してアースすることにより、内部キャビティ374への接地がなされ、電気泳動を行うために必要な回路が完成する。あるいは、圧力セル350が、それが載置されたベース部材から電気的に絶縁されているため、圧力セル350の電位をフロート(float)させてもよい。これにより、高電圧を第1のキャピラリー端部に関係するニードルでなく、圧力セル350に対し適用することが可能となる。
【0079】
図9は、頂部表面394と入口396とを有する第2のマウンティングプレート392におけるプレート孔390についての別の配置を示している。3つのプレート孔の各セット398は頂部表面394の中央との関連で或る角度を以て片寄っている。これにより、プレート孔相互間の最大の間隔が得られる。構造上の一体性の観点からすると、このような配置は、図6Bに示すように、プレート孔を放射状にスポーク様に配置させたものよりも好ましい。
【0080】
図10は図6〜図9に示すように形成されたキャピラリーカートリッジと共に使用し得るよう設計された電気泳動装置400を示している。この装置は、ユーザーインターフェース402(ビデオディスプレイ端末及びキーボードとして示されている)を具備し、これはコントローラ404(好ましくは、マイクロプロセッサーをベースとするコンピュータなど)と導通している。ユーザーインターフェース402は、ユーザーが指令を入力したり、状態情報を受理したり、収集したデータを観察したりすることを可能とする。
【0081】
この装置400は更にデータ演算コンピュータ406を具備し、このコンピュータ406はCCDカメラ408からのビデオ信号を受理したり、記憶したり、処理したりする。このデータ演算コンピュータ406には光学読取り/書込みデータ記憶手段410及び/又は磁気読取り/書込みデータ記憶手段412が備えられている。このデータ演算コンピュータ406内部には、信号及び画像処理ソフトウエアが設けられ、CCDカメラ408からの信号データを分析し得るようになっている。また、このデータ演算コンピュータ406はコントローラ404に接続されていて、コントローラ404からの要求に応答したり、必要に応じてデータ及び制御情報を交換したりする。
【0082】
この装置400は更に高電圧電気供給部414を具備し、この高電圧電気供給部414はキャピラリーチューブの端部相互間を横切って必要な電圧を付与し得るようになっている。この高電圧電気供給部の操作はコントローラ404によって指示される。
【0083】
このコントローラ404は、更に多数の電子スイッチを具備するポンプインターフェース416の操作を指示する。このポンプインターフェース416はソレノイド弁418の操作を規制する。このソレノイド弁418は、加圧ヘリウムタンクのような不活性ガス源に接続されたガス入口420をチャンバー422に接続している。このポンプインターフェース416は更に高圧液体クロマトグラフィ(HPLC)ポンプ426の操作を規制する。HPLCポンプ426は上記コントローラの指示のもとで、容器428、430、432、434中の液体、すなわちゲル、緩衝液、酸及び塩基を、多重弁マニホールド440を介してカートリッジ438の圧力セル436へ選択的に供給するようになっている。
【0084】
複数のプラットホームを有するカルーセル442はロータ444により回転される。油圧ポンプなどからなる昇降手段446により第1のマウンティングプレートの下方に位置するプラットホーム448が上下動するようになっている。これにより、プラットホーム448上のマイクロタイタートレイ450が前述のように、キャピラリー端部のアレイへ向けて、又はキャピラリー端部のアレイから離れて移動される。これらロータ444及び昇降手段446はコントローラ404に接続され、又、コントローラ404により駆動されるようになっている。
【0085】
この装置400は更に光源452(好ましくはレーザー)を具備し、コントローラ404の指示によりキャピラリーチューブ454を照射するようになっている。すなわち、光源452は前述のようにカートリッジ438のベース部材の開口部を介してキャピラリーチューブ454を下から照射するようになっている。キャピラリーバンドの検知が暗い所で行われるので、光囲い板456がカメラ408、光源452及び少なくともキャピラリーチューブ454の窓領域を覆うようになっている。
【0086】
操作の間、キャピラリーチューブ454が最初に清浄化され、ついでポンプ452を駆動することにより圧力セル436を介してゲルが充填される。このポンプ452はスイッチが切られる。次に、サンプルを保持するマイクロタイタートレイ450を支持するプラットホーム448は昇降手段446により上昇される。これによりプラットホーム448とチャンバー422の下面との間にシールが形成される。更に、これによりマイクロタイタートレイ450のウェル内に第1のキャピラリー端部が浸漬される。チャンバー422がシールされ、ソレノイド弁418が解放され、加圧ヘリウムガスを入口420を介して導入させる。これにより、30psiのオーダーの均一な正圧がマイクロタイタートレイ450の各ウェル内に加えられ、サンプルの少なくとも1部を第1のキャピラリー端部に圧入させる。上述のように、高電圧をこの目的のために短時間適用してもよい。プラットホーム448が降下され、カルーセル442が回転され、緩衝液で満されたマイクロタイタートレイ450が第1のキャピラリー端部の下に移動される。次に緩衝トレイが上昇し、第1のキャピラリー端部が緩衝液中に浸漬され、圧力セル436が緩衝液で満され、第2のキャピラリー端部が同様に緩衝液と接触させられる。その後、高電圧源414のスイッチが入れられ、電気泳動検査が行われる。光源452及びカメラ408が使用され、全てのキャピラリーチューブ454におけるバンドの検査が同時に行われる。カメラ408からのビデオ信号データが処理され、コンピュータ406に記憶される。この処理されたデータはついでユーザーインターフェース402に表示される。この検査の後、カートリッジ438の再生(すなわち、清浄化)が行われ、次の検査のための準備がなされる。
【0087】
図5に示すカルーセル装置の構成は緩衝液の汚染の問題を有する。図5に示すように、第1のカルーセル206上には6個のサンプルトレイ214と1個の緩衝液トレイ216が存在する。サンプルが第1のカルーセル206上のサンプルトレイ214から第1のキャピラリー端部(図5では隠れている)を介して導入された後、サンプルトレイ214は降下され、双方のカルーセル206、207が回転され、双方の緩衝液トレイ216、226をそれぞれ対応するニードルアレイ202、204の下に配置させ、電位差が2つのニードルアレイ202、204の間に亘って適用され、電気泳動が行われる。第1のキャピラリー端部(図5では隠れている)を緩衝液トレイ216と接触させながら、第1のキャピラリー端部からのDNAサンプルの幾つかが緩衝液トレイ216中に拡散され、緩衝液トレイ216を汚染させる。この汚染は、他のサンプルトレイ214からのDNAサンプルを用いた後の電気泳動検査の正確性に悪影響を及ぼす。なぜならば、この後の電気泳動検査では前回の検査のものと同一の緩衝トレイ216が使用されるからである。
【0088】
この汚染の問題は、第1のカルーセル206上のサンプルトレイ214のセットと緩衝液トレイ216のセットとの間に1対1の一致が得られるまで、サンプルトレイ214を緩衝トレイ216で置換することにより回避することができる。この配置をとることにより、各サンプルトレイ214は単一の対応する緩衝液トレイ216を有することになる。この配置により汚染の問題を回避することができるが、第1のカルーセルの能力に悪影響を及ぼす。仮に、第1のカルーセル206が8個のプラットホームを有するものと仮定すると、上記汚染の問題を回避するため、サンプルトレイ214のセットと緩衝液トレイ216のセットとの間に1対1の一致を得ようとすると、この第1のカルーセル206は最大、3個のサンプルトレイ214を持つことしかできない。
【0089】
図11はシーケンサーモジュール600における積層デュアルカルーセル装置を示すもので、これはシステムの能力を阻害させずに、サンプルトレイ214のセットと緩衝液トレイ216のセットとの間に1対1の一致を達成させ、汚染の問題を回避させるものである。この積層デュアルカルーセル装置は、上方カルーセル601と下方カルーセル602とを具備し、これらは共通の軸に沿って整合、離間している。
【0090】
好ましい例として、このカルーセル601、602の双方はマイクロタイタートレイ214、216を収容するため7個の部位618と、マイクロタイタートレイ214、216を通過させるための1個の大きい切欠き部620とを有する。上方カルーセル601における大きい切欠き部620は、最初に下方カルーセル602の部位618に配置されていたトレイが上方カルーセル601を介してニードルアレイ603へ通過するのを許容するようになっている。
【0091】
1つの例として、上方カルーセル601にサンプルトレイ214が保持され、下方カルーセル602にサンプルトレイ214に対応する緩衝液トレイ216が保持されている。図12Aは下方カルーセル602上のこのトレイの配置を示している。このトレイの配置において、下方カルーセル602は6個の緩衝液トレイ216と1個の廃液トレイ224とを保持することができる。また、上方カルーセル601は6個のサンプルトレイ214を保持することができる。好ましい例として、各カルーセルは6個のサンプルトレイと、6個の緩衝液トレイと、1個の排液トレイと、1個の水トレイとを具備することができる。この水トレイはキャピラリー及び電極の第1の端部を濯ぐために設けられている。しかし、カルーセル上に設けられるトレイの各型の数は市販のマイクロタイタートレイのサイズの違いに応じて変動する。
【0092】
積層デュアルカルーセル装置におけるカルーセル601、602のそれぞれには、選択された角度位置にカルーセル601、602を選択的に回転させるためのローター604及びモータ608が設けられている。具体的に述べると、モータ608はカルーセル601、602を選択的に回転させ、サンプルトレイ214、緩衝液トレイ216又は廃液トレイ224が収納された任意の部位618をニードルアレイ603の下に配置させる。このモータ608はコントローラ404により制御され、各カルーセル601、602を所定の角度位置に向けて選択的に回転させるようになっている。
【0093】
好ましい例として、この積層デュアルカルーセル装置には各カルーセル601、602のためのモータ608が設けられている。このモータ608はステッパーモータであって、Pacific Scientific社(ウイルミントン、MA)から入手することができる。他の例として、この積層デュアルカルーセル装置にはDCモータ608と、各カルーセル601、602を選択的に係合、回転させるためのクラッチ機構とが設けられている。
【0094】
この2つのカルーセルの角度位置は自動的に検知されるようになっている。このため、各カルーセル601、602には、更にローター604と操作的に係合するエンコーダー612が設けられている。このエンコーダー612はローター604の角度位置データを感知し、これをコントローラ404へ伝えるようになっている。好ましい例として、このエンコーダー612(例えば、モデル番号AG612XKRR;ステグマン・コーポレーション;バンダリア、オハイオ州)は光学センサーを具備し、2048パルス解像値を有する。
【0095】
この角度位置はホール(孔)613をカルーセルの周辺に沿って各部位に隣接させて線状に配列させることにより検知することができる。8個の部位を設けたカルーセルについては、1個の先導ホール、3個のコード化ホール及び末尾ホールが設けられる。この先導ホール及び末尾ホールは単にコード化ホールがそれらの間に存在するかも知れないことを示すに過ぎない。この3つのコード化ホールはそれぞれ存在しても、欠けていてもよい。これにより8=2x2x2部位についてコード化することができる。これらのホール(孔)は上方カルーセル601の上に配置されたLEDにより照射される。すなわち、LED光がこれらホールを通って通過し、下方カルーセル602の下に配置されたカルーセル位置検出器により検知される。カルーセル位置検出器は、LED可視光が透過する一連のホールからの角度位置データを発生し、このデータをコントローラ404に伝達する。
【0096】
コントローラ404は、上記のいずれかの例からの角度位置データを用い、各カルーセル601、602の回転位置を決定し、モータ608により各カルーセル601、602を選択的に回転させ、所定の角度位置に配置させる。より具体的に述べると、コントローラ404は位置データを用い、カルーセル601、602を最初に所定の角度位置を越えさせてしまうカルーセル601、602の回転運動量の補償を行う。
【0097】
上記積層デュアルカルーセル配列は更にDCモータ605を具備し、このDCモータ605は可動部材を有し、選択されたトレイ214、216、224を、必要に応じて共通軸に沿ってニードルアレイ603に対し進退自在に移動させる。また、コントローラ404は、DCモータ605を介して、選択されたトレイ214、216、224を共通軸に沿って移動させる。
【0098】
このDCモータ605は電流計を具備し、DCモータ605により引出される電流を測定する。DCモータが負荷に遭遇したとき、このモータにより引出される電流が増大し、その可動部材が連続して動くようにする。従って、トレイ214、216、224が上昇しながらニードルアレイ603に到達したとき、あるいはトレイ214、216、224が降下しながらカルーセル601、602に到達したとき、電流が急速に増大する。この電流の急激な増大を検知すると、トレイ214、216、224が正しい位置に到達したものとして、コントローラ404が作動して、DCモータを停止させる。
【0099】
図12a、12bに示す好ましい例において、各カルーセル601、602の直径及び厚みは、それぞれ23.5インチ及び3/8インチである。更に、各カルーセル601、602は中央に直径1.375インチの円形孔610を有し、ローター604を受理し得るようになっている。また、各カルーセル601、602には、直径5/16インチの4個のホール611が直径が4インチのカルーセル601、602の中央と同心の円の周辺に沿って等間隔で設けられている。これらカルーセル601、602は駆動軸に固定されたベアリング組立て体にこれら4つのホール611を介してボルト締めされ、制御された回転をなし得るようにこれらカルーセル601、602がベアリング組立て体上にてバランス化されている。
【0100】
好ましい例において、2つの矩形開口部613、614が各カルーセル601、602上に複数の部位618を形成している。このカルーセル601、602の上面613の開口部のサイズはトレイ214、216、224のサイズよりも若干、大きくなっている。この頂部開口部613の長さ及び幅は、例えばそれぞれ5.95インチ及び4.187インチである。このカルーセル601、602の底面614の開口部のサイズはトレイ214、216、224のサイズよりも若干、小さくなっている。このように、底面開口部614のサイズが若干小さくなっていることにより、トレイ214、216、224の周縁部が部位618に載るようになっている。この底面開口部614の長さ及び幅は、例えばそれぞれ5.45インチ及び3.687インチである。各カルーセル601、602上の各部位618には窪み615が形成され、トレイ214、216、224のタブ(耳部)と合致して正しい配向を確保するようにしている。
【0101】
好ましい例において、上記切欠き部620はカルーセル601、602により全体的に区切られた開口部である。この例において、モータ605の可動部材はカルーセル601、602の周縁以内で動き、カルーセル601、602と打ち当たるのを避けるようにする。なぜならば、この開口部はカルーセル601、602により全体的に区切られているからである。
【0102】
別の例において、上記切欠き部620はカルーセル601、602により部分的に区切られ、カルーセル601、602の周縁に沿っては区切られていない。この例において、モータ605の可動部材は、カルーセル601、602と打ち当たるのを避けるためにカルーセル601、602の周縁以内で動くようにする必要はない。なぜならば、この開口部はカルーセル601、602の周縁に沿っては区切られていないからである。従って、モータ605の可動部材は、この例ではカルーセル601、602の周縁の外側で動き得るものであってもよい。
【0103】
シーケンサーモジュール600(図11)も、電気泳動を行うため積層デュアルカルーセル装置との関連で作動される前述の種々の部材を具備する。これらの部材には、CCDカメラ408、レーザー452、高圧チャンバー422、キャピラリーチューブのアレイ454、光学窓領域130及び冷媒領域300を形成する囲いなどが含まれる。以下、図14A〜Cにて説明する溶媒/ゲル移送モジュール800は、溶媒又はゲルを溶媒/ゲル導入口606を介してシーケンスモジュール600へ送り込むものである。
【0104】
図13は図11、図12A及び図12Bで説明した積層デュアルカルーセル装置の操作を説明するものである。図14A〜Cで後に詳述するように、溶媒/ゲル移送モジュール800が工程705でキャピラリーアレイ454をゲルで満すようにした後、コントローラ404によりモータ608及びローター604が駆動され、これにより下方カルーセル602が回転し、工程700.1で切欠き部620をニードルアレイ603の下に配置させ、後の工程700.2において下方カルーセル602上のトレイ216、224が垂直に移動するのを防止している。コントローラ404は更にモータ608及びローター604に指令を送り、上方カルーセル601を回転させ、サンプルトレイ214を工程700.1でニードルアレイ603の下に配置させる。
【0105】
工程700.2において、コントローラ404によりモータ605が駆動し、上方カルーセル601のサンプルトレイ214を共通軸に沿ってニードルアレイ603に向けて移動させる。工程700.3において、コントローラ404により高圧領域422内のガス圧が増大され、あるいは電圧が適用されてサンプルがサンプルトレイ214からキャピラリーアレイ454へ転移することになる。工程700.4において、コントローラ404によりモータ605が駆動し、サンプルトレイ214を共通軸に沿ってニードルアレイ603から離れる方向に移動させる。
【0106】
図13に示すように、積層デュアルカルーセル装置からコントローラ404へフィードバックがなされ、コントローラ404が正しい時間にその指令を出すのを確実にしている。例えば、ローター604と操作上係合するエンコーダー612はカルーセル601、602の位置1を指示するフィードバックをコントローラ404へ送る。しかし、カルーセル位置フィードバック1が、上方カルーセル601上のサンプルトレイ214がニードルアレイ603の下方にあることを示すまでは、コントローラ404は工程700.2においてサンプルトレイ214をキャピラリー入口603へ移動させるための指令をモータ605に対し伝達しない。
【0107】
同様に、モータ605の電流計はサンプルトレイ2の垂直位置を示すフィードバックをコントローラ404へ送る。しかし、トレイ位置フィードバック2が、サンプルトレイ214がニードルアレイ603の下方に移動されていることを示すまでは、コントローラ404は工程700.3においてサンプルをキャピラリーアレイ454へ移動させるための指令を伝達しない。
【0108】
高圧領域422の圧力トランスジューサはこの領域(弁状態3)の圧力値をコントローラ404へ伝達する。しかし、弁状態フィードバック3が、高圧領域422の弁が正しい位置にあることを示すまでは、コントローラ404は工程700.4においてモータ605を介してサンプルトレイ214をキャピラリーチューブ入口603から離れる方向へ移動させるための指令を伝達しない。最後に、モータ605の電流計により判定されるトレイ位置フィードバック2が、サンプルトレイ214が上方カルーセル601へ戻っていることを示すまでは、コントローラ404は工程701において緩衝液をキャピラリーアレイ454へ導入させるための指令を伝達しない。
【0109】
トレイ位置フィードバック2により指示される工程700の完了に続いて、シーケンスモジュール600は緩衝液を工程701でキャピラリーアレイ454へ導入させる。工程701.5において、コントローラ404によりモータ608及びローター604を駆動させて、上方カルーセル601を回転させ、その切欠き部620がニードルアレイ603の下に配置されるようにする。又、工程701.5において、コントローラ404によりモータ608及びローター604を駆動させて、下方カルーセル602を回転させ、緩衝液トレイ216がニードルアレイ603の下に配置されるようにする。
【0110】
工程701.6において、コントローラ404によりモータ605を駆動させて、緩衝液トレイ216を下方カルーセル602から上方カルーセル601の切欠き部620を介してニードルアレイ603へ移動させる。工程701.7において、コントローラ404により超音波トランスジューサを作動させてキャピラリーチューブ入口603の濯ぎを行う。
【0111】
工程701において、積層デュアルカルーセル装置からコントローラ404へフィードバックがなされ、コントローラ404が正しい時間にその指令を出すのを確実にしている。すなわち、エンコーダー612は下方カルーセル602の位置5、上方カルーセル601の位置5を示すフィードバックをコントローラ404へ送る。しかし、カルーセル位置フィードバック5が、上方カルーセル601の切欠き部620及び下方カルーセル602の緩衝液トレイ216がニードルアレイ603の下方にあることを示すまでは、コントローラ404は工程701.6において緩衝液トレイ216をキャピラリーチューブ入口603へ移動させるための指令をモータ605に対し伝達しない。
【0112】
同様に、モータ605の電流計は緩衝液トレイ216の垂直位置を示すフィードバックをコントローラ404へ送る。しかし、トレイ位置フィードバック6が、緩衝液トレイ216がニードルアレイ603の下方に移動されていることを示すまでは、コントローラ404は工程701.7において超音波トランスジューサを作動させるための指令を伝達しない。最後に、超音波トランスジューサは、その状態を示すフィードバックをコントローラ404へ送る。トランスジューサ状態7が、キャピラリー入口603の濯ぎがなされたことを示すまでは、コントローラ404は工程702において電気泳動を開始させない。
【0113】
積層デュアルカルーセル装置は、図14A〜Cの溶媒/ゲル移送モジュールについての記載で以下に説明するように工程704においてキャピラリーアレイ454の再生を行う。工程704.15において、コントローラ404によりモータ608及びローター604を駆動させて、上方カルーセル601を回転させ、その切欠き部620がニードルアレイ603の下に配置されるようにする。更に、工程704.15において、コントローラ404によりモータ608及びローター604を駆動させて、下方カルーセル602を回転させ、廃液トレイ224がニードルアレイ603の下に配置されるようにする。工程704.16において、コントローラ404によりモータ605を駆動させて、廃液トレイ224を下方カルーセル602から上方カルーセル601の切欠き部620を介してニードルアレイ603へ移動させる。
【0114】
好ましい例において、積層デュアルカルーセル装置の説明で先に述べたように、コントローラ404は電気泳動装置の部材に指令を発し、電気泳動及びDNA分析を操作する。従って、コントローラ404は図13の左欄に列挙した作業を操作する。データ処理コンピュータ406はDNA分析(工程703)の実行から得られたデータを処理するのにもっぱら用いられる。なぜならば、DNAデータ処理は典型的な計算機的集約性のものであるからである。従って、データ処理コンピュータ406は図13の右欄に列挙した作業を操作する。コントローラ404及びデータ処理コンピュータ406はローカルエリアネットワークに接続されていて、データ処理ユーザー機器インターフェース706を介してつながっている。
【0115】
図14A〜Cは溶媒/ゲル移送モジュール800を説明するもので、これはDNA分析の後、キャピラリーアレイ454を再生するため、及びキャピラリーアレイ454をゲルで再充填するために用いられる。すなわち、図14Aは溶媒/ゲル移送モジュール800の前面図、図14Bは同じくその側面図、図14Cは同じくその背面図を示す。DNA分析の間、サンプルは図11のキャピラリー入口603からキャピラリーアレイ454を介して右から左へ移動される。
【0116】
キャピラリーの再生の間、溶媒は図14Aに示す溶媒容器801〜803から図11の溶媒/ゲル導入口606を介し、更に図11のシーケンスモジュール600のキャピラリーアレイ454を介して左から右へ移動される。同様に、キャピラリーアレイ454をゲルで再充填する間、ゲルは図14Bに示すゲルシリンジ804から図11の溶媒/ゲル導入口606を介し、更に図11のシーケンスモジュール600のキャピラリーアレイ454を介して左から右へ移動される。
【0117】
溶媒容器801、802、803には、それぞれメタノール、水及び石鹸水が収容されている。各溶媒容器801〜803におけるフィーダーチューブ806は溶媒をHPLCポンプ及び洗浄溶媒システム807に向けて移送させる。前記の例と同様に、この洗浄溶媒システム807は、キャピラリーアレイ454のより急速な再生を行うための圧増加を生じさせる高圧セル(HPセル)を具備する。
【0118】
支持レール808は溶媒/ゲル移送モジュール800の部材を保持するのに必要な構造を提供する。この部材には溶媒容器801〜803、ゲルシリンジ804、HPLCポンプ、洗浄溶媒システム807及びコントローラ404が含まれる。コントローラ404は溶媒/ゲル移送モジュール800の他の部材を介して、キャピラリーアレイ454を再生させ、キャピラリーアレイ454をゲル物質で再充填させる。
【0119】
図15A〜Cは図14Bに示すゲルシリンジ804を更に詳細に説明するものである。溶媒容器801〜803における溶媒とは対照的に、ゲルはポンプで移送するには粘度が高過ぎる。従って、電気泳動装置ではゲルの移送のためにゲルシリンジ804が使用される。このゲルシリンジ804はゲルチューブキャリッジ891を具備し、これにゲル物質892を収容するゲルカートリッジが保持される。このゲルカートリッジは使い捨てタイプのものであるから、キャピラリーアレイ454をゲル物質で再充填させたのち、ゲルチューブキャリッジ891から除去することができ、そして後の電気泳動及びDNA分析の実行で使用される新たなゲルカートリッジで置換される。
【0120】
ステッパーモータ・リニア・アクチュエータ893は押圧部材898を備えた可動アクチュエータシャフト897を有する。この押圧部材898はその前面がゲルシリンジ804の一端に配置されたテフロンプランジャー894と接していて、ゲルシリンジ804の他端に設けられたシリンジキャップ899及び高圧取付け部材895を介してゲル物質を流通させるようになっている。図14Cに示すコントローラ404は、ステッパーモータ・リニア・アクチュエータ893を選択的に駆動させゲル移送を制御する。筒状チューブ896はゲルシリンジ804の外側構造を形成する。Oリングはゲル物質892が、高圧取付け部材895に向けて移動する際、テフロンプランジャー894の周りから漏れるのを防止している。
【0121】
好ましい例において、ステッパーモータ・リニア・アクチュエータ(A.M.S.Iコーポレーション、スミスタウン、NYにより入手可能)は140ポンドの直線力を出力させることができ、6,000パルスで10mLのゲルを排出させることができる。筒状チューブ896は標準のアクリル樹脂からなり、シリンジキャップ899はステンレス鋼からなっている。この高圧取付け部材895はSwagelock社から入手可能である。
【0122】
図16は、ゲルシリンジ804及びHPLC洗浄溶媒システム807を溶媒/ゲル移送モジュール800に合体させたものを示している。溶媒マニホールド850は溶媒容器801〜803のフィーダチューブ806からの3つの入口を出口に接続させている。溶媒容器801〜803からのフィーダチューブ806はチューブ860により溶媒マニホールド850の入口に接続されている。図14Cに示したコントローラ404は溶媒マニホールド850を制御し、3つの溶媒容器801〜803から1つの溶媒を選択する。HPLCポンプ807の入口はチューブ861を介して溶媒マニホールド850の出口に接続され、HPLCポンプ807の出口はチューブ862を介して弁マニホールド851の入口に接続されている。
【0123】
弁マニホールド851は2つの入口及び出口を接続している。弁マニホールド851の1方の入口はチューブ863を介してゲルシリンジ804に接続され、弁マニホールド851の他方の入口はHPLCポンプ807の出口に接続されている。弁マニホールド851の出口はチューブ864を介して溶媒/ゲル導入口606に接続されている。図14Cに示したコントローラ404は弁マニホールド851を介して、ゲルシリンジ804に接続された入口又はHPLCポンプ807に接続された入口のいずれかを選択させるようになっている。
【0124】
好ましい例において、溶媒容器801〜803のフィーダーチューブ806を溶媒マニホールド850の入口に接続させているチューブ860は直径1/8インチの標準テフロンチューブからなる。また、溶媒マニホールド850の出口をHPLCポンプ807の入口に接続させているチューブ861は直径1/16インチのPEEKチューブからなる。更に、溶媒マニホールド850の出口をHPLCポンプ807の入口に接続させているチューブ861、HPLCポンプ807の出口を弁マニホールド851の入口に接続させているチューブ862、ゲルシリンジ804を弁マニホールド851の入口に接続させているチューブ863、並びに弁マニホールド851の出口を溶媒/ゲル導入口に接続させているチューブ864は直径1/16インチのPEEKチューブからなる。
【0125】
好ましい例において、オールテク(Alltech)・コーポレーションから入手可能な(モデルNo.301300)このHPLCポンプ807は非金属ポンプヘッドを有する。また、オールテク・コーポレーションから入手可能な(モデルNo.97500)この弁マニホールド851は非金属弁である。
【0126】
図13は、図14A及び図16に示した溶媒/ゲル移送モジュール800の動作を説明するものである。工程703におけるDNA分析、工程704.15におけるカルーセル601、602の正確な回転位置、工程704.16における廃液トレイの正確な移動に続いて、工程704.17においてコントローラ404により溶媒/ゲル移送モジュール800が駆動され、使用済みのゲルがHPセルを介してキャピラリーアレイ454から排出される。
【0127】
使用済みのゲルを排出させるため、図16に示すように、コントローラ404により、溶媒マニホールド850を介して、水容器802から入口が選択され、また、弁マニホールド851を介して、HPLCポンプ807から入口が選択される。このHPLCポンプ807は水を溶媒マニホールド850から弁マニホールド851を介してHPセルに移送させ、前述のようにキャピラリーアレイ454のより急速な再生のための圧増加を生じさせる。工程704.16において正しく移動された廃液トレイ852はキャピラリーアレイ454から使用済みのゲルを収集する。
【0128】
キャピラリーアレイ454からゲルが除去された後、工程704.18においてコントローラ404により溶媒/ゲル移送モジュール800が駆動され、HPセルを介して濯ぎ液がキャピラリーアレイ454内に通される。この濯ぎを行うため、図16に示すように、コントローラ404により、溶媒マニホールド850を介して、メタノール容器801から入口が選択され、また、弁マニホールド851を介して、HPLCポンプ807から入口が選択される。このHPLCポンプ807はメタノールを溶媒マニホールド850から弁マニホールド851を介してHPセルに移送させ、前述のようにキャピラリーアレイ454のより急速な濯ぎのための圧増加を生じさせる。工程704.16において正しく移動された廃液トレイ852はキャピラリーアレイ454から使用済みの溶媒を収集する。
【0129】
キャピラリーアレイ454に対しメタノールによる濯ぎが行われた後、コントローラ404により溶媒/ゲル移送モジュール800が駆動され、容器803からの石鹸液によりキャピラリーアレイ454の濯ぎが行われる。この濯ぎを行うため、図16に示すように、コントローラ404により、溶媒マニホールド850を介して、石鹸容器803から入口が選択され、また、弁マニホールド851を介して、HPLCポンプ807から入口が選択される。このHPLCポンプ807は石鹸液を溶媒マニホールド850から弁マニホールド851を介してHPセルに移送させ、前述のようにキャピラリーアレイ454のより急速な濯ぎのための圧増加を生じさせる。工程704.16において正しく移動された廃液トレイ852はキャピラリーアレイ454から使用済みの溶媒を収集する。更に、コントローラ404により溶媒/ゲル移送モジュール800が駆動され、キャピラリーアレイ454の清浄化が完了するまで、3つの溶媒容器801〜803からの溶媒による再生処理が継続される。
【0130】
図13に示すように、溶媒/ゲル移送モジュールからコントローラ404へフィードバックがなされ、コントローラ404が正しい時間にその指令を出すのを確実にしている。例えば、コントローラ404は、HPポンプ状態フィードバック17が、ゲルがキャピラリーアレイ454から排出されたことを示すまでは、溶媒/ゲル移送モジュール800を駆動させて濯ぎ液をキャピラリーアレイ454に通過させたりはしない。同様に、コントローラ404は、HPポンプ状態フィードバック18が、キャピラリーアレイ454がメタノール及び石鹸水で濯がれたことを示すまでは、工程705においてキャピラリーアレイ454にゲル物質を再充填させる指令を発することはない。
【0131】
好ましい態様において、コントローラ404はHPポンプ状態フィードバック17を判定する。コントローラ404は、製造メーカーにより特定されたHPポンプの流量からキャピラリーアレイ454を介して通過する溶液の量を計算すると共に、ポンプが始動してからの経過時間を計算することにより、HPポンプ状態フィードバック17を判定する。
【0132】
工程704におけるキャピラリーの再生に続いて、工程705.19においてコントローラ404により溶媒/ゲル移送モジュール800を駆動させ、HPセルを介してキャピラリーアレイ454に新規なゲルを再充填させる。キャピラリーアレイ454に新規なゲルを再充填させるため、図16に示すように、コントローラ404により、弁マニホールド851を介して、ゲルシリンジ804から入口が選択される。このゲルシリンジ804は弁マニホールド851を介してゲルをHPセルに移送させ、前述のようにキャピラリーアレイ454のより急速な再充填のための圧増加を生じさせる。工程704.16において正しく移動された廃液トレイ852は工程705.19においてキャピラリーアレイ454から排出される全ての溶媒又はゲルを収集する。
【0133】
工程704.18においてHPセル及びキャピラリーアレイ454をゲルで充填させたのち、このプロセスを1又は2通りで継続させることができる。1例として、HPセル中のゲルは工程702の後の電気泳動において緩衝液として使用することができる。この場合、このプロセスは工程705.20により継続される。別の例として、工程705.20の前に、コントローラ404により溶媒/ゲル移送モジュール800を駆動させ、HPセルからゲルを移送させ、工程704と同様のプロセスを用いてHPセルに緩衝液を充填させる。
【0134】
積層デュアルカルーセルを工程705の残りの作業に参加させる。工程705.20において、コントローラ404によりローター604を介して上方カルーセル602を回転させ、その切欠き部620をニードルアレイ603の下方へ移動させる。更に、工程705.20において、コントローラ404によりローター604を介して下方カルーセル604を回転させ、緩衝液トレイ216をニードルアレイ603の下方へ移動させる。また、工程705.21において、コントローラ404によりモータ605を介して下方カルーセル602から緩衝液トレイ216を上方カルーセル601の大きい開口部を通ってニードルアレイ603へ移動させる。
【0135】
工程705はキャピラリーアレイ454を平衡させ、キャピラリーアレイ454を介して緩衝液を循環させる工程(工程705.22)で完了する。キャピラリーアレイ454を介しての引きの差により、気泡及び圧力差が工程705.19におけるゲル移送の間にキャピラリーアレイ454中のゲル内に発生する。工程705.22はこの圧力差及び気泡を除去するもので、これはキャピラリーアレイ454を平衡化させ、キャピラリーアレイ454を介して緩衝液を循環させることにより行われる。この手法は工程702における電気泳動と似ているが、但し、工程702の電気泳動ではDNAは明らかに存在するのに対し、工程705.22ではキャピラリーアレイ454にはDNAは存在しない点で相違する。具体的には、電圧がキャピラリーアレイ454を横切って適用され、ゲルの弛緩とキャピラリーアレイ454を通る緩衝液の動きを誘起させる。工程705.22でキャピラリーアレイ454中に緩衝液を循環させた後、工程700でサンプルを導入することから始まる次のDNA分析のためのプロセスが繰り返される。
【0136】
図13に示すように、工程704の場合と同様に、工程705において溶媒/ゲル移送モジュールからコントローラ404へのフィードバックが継続してなされる。コントローラ404はこのフィードバックを処理し、正しい時間に指令を出すのを確実にしている。例えば、コントローラ404は、ゲルシリンジフィードバック19が、キャピラリーアレイ454が新たなゲルで充填されたことを示すまでは、工程705.19を越えたいかなる指令も発することはしない。同様に、コントローラ404は、HPポンプ状態フィードバック19が、ゲルがキャピラリーアレイ454へ送り込まれたことを示すまでは、工程705.20において上方カルーセル601及び下方カルーセル602を回転させる指令を発することはしない。
【0137】
好ましい態様において、コントローラ404はゲルシリンジフィードバック19を判定する。すなわち、ゲルシリンジの置換速度からキャピラリーチューブアレイ454を介して通過する溶液の量を計算すると共に、ゲルシリンジが始動してからの経過時間を計算することにより、ゲルシリンジフィードバック19を判定する。
【0138】
同様に、工程705において、ローター604と操作上係合するエンコーダーはカルーセル20の位置を指示するフィードバックをコントローラ404へ送る。しかし、カルーセル位置フィードバック20が、上方カルーセル601の大きい開口部及び下方カルーセル602の緩衝液トレイ216がニードルアレイ603の下方に位置していることを示すまでは、コントローラ404は工程705.21において緩衝液トレイ216を移動させるための指令を発しない。
【0139】
また、モータ605の電流計も緩衝液トレイ216の垂直位置を示すフィードバックをコントローラ404へ送る。しかし、トレイ位置フィードバック21が、緩衝液トレイ216がニードルアレイ603に移動されていることを示すまでは、コントローラ404は工程705.22において緩衝液をキャピラリーアレイ454に循環させるための指令を伝達しない。最後に、コントローラ404はキャピラリーチューブ電流22の高電圧状態についてのフィードバックを受理する。なお、この高電圧状態22が、緩衝液がキャピラリーアレイ454を通って循環していることを示すまでは、コントローラ404は次のDNAサンプルを導入させるための工程700へ進むことはしない。
【0140】
図17はオフラインキャピラリー再生器900を示し、これはキャピラリーカートリッジ909を定期的に完全に清浄化するのに使用される。このキャピラリーカートリッジ909を完全に清浄化するために、オペレータは自動電気泳動システムからこれを取り外し、これをオフラインキャピラリー再生器900に装着させる。従って、オペレータは別の清浄なキャピラリーカートリッジ909を自動電気泳動システムに装着し、DNA分析をこのキャピラリーカートリッジを用いて実行することができ、その間、先に使用されたキャピラリーカートリッジ909をオフラインキャピラリー再生器900で完全に清浄化させる。キャピラリーカートリッジの完全な清浄化に20ないし30分間を要するが、DNA分析の連続的実行の間にキャピラリーカートリッジ909の完全な清浄化が終わるまで待つ必要がなくなるから、オフラインキャピラリー再生器は自動電気泳動システムのスループットを改善することになる。
【0141】
このオフラインキャピラリー再生器900は、図11で先に説明した溶媒/ゲル移送モジュール600を低コストかつ簡易化したものである。なぜならば、これは溶媒/ゲル移送モジュール600に含まれる全ての品目を含むものでないからである。例えば、このオフラインキャピラリー再生器900は、カメラ、レーザー又はゲルシリンジを有していない。また、このオフラインキャピラリー再生器900はゲル移送のためのゲルシリンジを含まない。なぜならば、もし、キャピラリーカートリッジの移動の前にゲルをオフラインで送り出すとすると、キャピラリーカートリッジをオフラインキャピラリー再生器900から自動電気泳動システムへ移動させる間にゲルの好ましくない硬化がキャピラリーアレイ454の端部に発生し得るからである。このオフラインキャピラリー再生器900の簡易性は低コストでシステムのスループットを増大させるという利点をもたらす。
【0142】
溶媒容器901、902、903には、それぞれメタノール、水及び石鹸水が収容されている。各溶媒容器901〜903におけるフィーダーチューブ906は溶媒を溶媒マニホールド905に向けて移送させる。この溶媒マニホールド905は3つの入口を1つの出口に接続させる。この溶媒マニホールドの3つの入口は溶媒容器901〜903のフィーダーチューブ906と接続され、入口のセットとフィーダーチューブ906のセットとの間に1対1の対応を確立する。
【0143】
HPLCポンプ906は1つの入口を有し、この入口は溶媒マニホールドの出口に接続され、更にHPLCポンプ906は1つの出口を有し、この出口はキャピラリーカートリッジ909の一端で溶媒導入口907に接続されている。オフラインキャピラリー再生器900も図14Aで記載した溶媒/ゲル移送モジュール600と同様に、HPセルを有し、キャピラリーカートリッジ909のより急速な再生のための圧増加を生じさせる。また、コントローラが溶媒マニホールド905とHPLCポンプ906の操作を制御する。廃液容器904はキャピラリーカートリッジ909の他端でのキャピラリー再生の間に廃液を収集する。
【0144】
好ましい例において、このコントローラは単純な低コストのデジタル信号処理システムであり、これは状態フィードバックを受理し、HPLCポンプ906及び溶媒マニホールド905に対し、後述のように所定の順序で指令を発する。あるいは、パーソナルコンピュータのような汎用コンピュータを使用して簡単なコントロールプログラムを実行してオフラインキャピラリー再生器を管理するようにしてもよい。
【0145】
オペレータがキャピラリーカートリッジ909をオフラインキャピラリー再生器900に装着した後、内部コントローラにより溶媒マニホールドを介して水容器901からの入口が選択され、また、HPLCポンプ906が作動される。HPLCポンプ807は水を溶媒マニホールド850からHPセルへ移送させ、前述同様にキャピラリーカートリッジ909のより急速な再生のための圧増加を生じさせる。予め正しく移動させた廃液容器904はキャピラリーカートリッジ909からの使用済みゲルを収集する。
【0146】
このゲルがキャピラリーカートリッジ909から除去された後、オフラインキャピラリー再生器900によりHPセルを介してキャピラリーカートリッジ909の濯ぎがメタノールを用いて行われる。第1に、コントローラにより、溶媒マニホールド905を介してメタノール容器902からの入口の選択が行われる。HPLCポンプ906はメタノールを溶媒マニホールド905からHPセルに移送させ、キャピラリーカートリッジ909のより急速な再生のための圧増加を生じさせる。予め正しく移動させた廃液容器904はキャピラリーカートリッジ909からの使用済み溶媒を収集する。
【0147】
次に、オフラインキャピラリー再生器900によりHPセルを介してキャピラリーカートリッジ909の濯ぎが容器903からの石鹸水を用いて行われる。第1に、コントローラにより、溶媒マニホールド905を介して石鹸容器903からの入口の選択が行われる。HPLCポンプ906は石鹸水を溶媒マニホールド905からHPセルに移送させ、キャピラリーカートリッジ909のより急速な濯ぎのための圧増加を生じさせる。予め正しく移動させた廃液容器904はキャピラリーカートリッジ909からの使用済み溶媒を収集する。コントローラ404により、オフラインキャピラリー再生器900が駆動され、3つの溶媒容器801〜803からの溶媒を用いた再生プロセスが、キャピラリーアレイ454の洗浄が完了するまで繰り返される。
【0148】
図18はキャピラリーカートリッジ1180の他の好ましい例を説明するものである。この例において、キャピラリーチューブが電極/キャピラリーアレイ1181内に配置された第1の端部1188から延出している。これらキャピラリーチューブはついで多重ルーメンチューブ1183の内側を通っている。この多重ルーメンチューブについては、米国特許出願第08/866,308号(引用により本明細書に含まれるものとする)に詳述されている。この多重ルーメンチューブ1183はチューブホルダー1185により所定位置に保持されている。また、これらキャピラリーチューブは多重ルーメンチューブによる保護なしに光学検知領域1187を通過している。この光学検知領域1187を越えたところで、これらキャピラリーチューブは共通の端部を有し、一緒に束ねられ、導電性材料からなる高圧T型取付け部材1182中に固着されている。なお、この取付け部材1182は電気泳動の間、接地されている。
【0149】
このチューブホルダー1185及びT型取付け部材1182はカートリッジベース1186に固定されている。カートリッジベース1186は電気的絶縁性のため、ポリカーボネートから作られている。また、このベース1186はシャトル1179に着脱自在に取着されている。このシャトル1179はその底から突出したレールカップリング1184のセットを具備している。これらレールカップリング1184は図10にシーケンサーモジュール400又は図11にシーケンサーモジュール600のレールシステム(図18には示されていない)に嵌着されるよう配置されている。このレールシステムはシャトル1179が所定位置内外に可動し得るようにしている。また、このベース1186はシャトル1179から外され、カートリッジ1180を廃棄したり(又は洗浄)、新規(又は清浄化した)キャピラリーカートリッジを、シャトル1179が所定位置から外されているとき、取着し得るようにしている。このレールシステムとシャトル1179との組合せによって、新たに取着されたキャピラリーカートリッジを、シャトル1179が所定位置にあるときカメラ及びレーザー(図18には示されていない)との関連で、廃棄されたキャピラリーカートリッジと同じ位置に繰り返し配置させることを可能する。
【0150】
好ましい例において、シャトル1179は、電極/キャピラリーアレイ1181を収容する開口部を備えたベース1186の長さを延長させる。すなわち、このシャトル1179は複数の着脱自在なファスナー1178によりベース1186に取着されている。
【0151】
電極/キャピラリーアレイ1181は、図19に記載された電流供給/モニターボード1190により所定位置に保持されている。このボード1190は高電圧供給のためのプリント回路基板であることが好ましい。
【0152】
このボード1190は好ましくは、複数の大きい孔1193を具備し、ファスナーのセットを用いてボード1190をベース1186に取着し得るようになっている。しかし、任意の他の手段、例えば接着を利用してボード1190をベース1186に取着することもできる。
【0153】
このボード1190は、更にベース1186に設けられた孔と整合するように配置された複数のチューブ孔1194を具備する。これにより、ボード1190をベース1186に取着したとき、キャピラリーチューブの第1の端部がチューブ孔1194を貫通して突出するようにすることができる。複数のピン1195(好ましくは金メッキしたもの)が更にボード1190上に配設されている。少なくとも1つのピンを各チューブ孔に近付けて配置させ、ピンと孔との対1192が形成されている。各ピンと孔との対1192はサンプルマイクロタイタートレイのサンプルウェル中に浸漬される。
【0154】
このボード1190には、更に高電圧リード線1198が設けられている。このリード線1198は、各ピン1195をボード1190の周辺に形成された対応するコネクター端子1196に接続している。各コネクター端子1196は好ましくは約50個の電気接続部を具備する高電圧コネクターを受理し得るよう形成されている。この高電圧コネクターはリード線1198を高電圧電力供給部(好ましくはBertan社製)(図19に示されていない)からの電力供給ラインに接続している。これにより、キャピラリーチューブがゲルで満されたとき、ピン1195から高圧T型取付け部材1182に接続された第2の電極への閉鎖電気回路が形成される。この第2の電極は好ましくはシステムの接地部に接続されている。
【0155】
更に、高電圧コネクターも電流をモニターする電流モニターに接続されている。電流モニターにおいて、各電力供給ラインを流れる電流は好ましくは多重電力供給ライン中に同時に、又は連続的にモニターされる。これにより、この電流モニターにより一体化された電流測定を行うことが可能となる。
【0156】
図20は多波長ビーム発生器を示している。この波長ビーム発生器は、レーザーヘッド1200、好ましくは、457nm、476nm、488nm、496nm、502nm、514nmの波長で多波長レーザービームを発生し得るアルゴンイオンレーザーを具備する。このビーム発生器は更にレーザーエミッターチューブ1207を有する。このレーザーエミッターチューブ1207は光学カップリングアッセンブリー1202によりアルゴンイオンレーザー1200に接続されている。
【0157】
この光学カップリングアッセンブリー1202は、レーザーヘッド1200に接続されたファイバーカップラー1201と、ファイバーカップラー1201をレーザーエミッターチューブ1207と接続する光学ファイバーケーブル1203とを具備している。このファイバーカップラー1201はレーザーヘッド1200を無色の光学ファイバーケーブル1203と整合させている。光学カップリングアッセンブリー1202は、レーザーエミッターチューブ1207をレーザーヘッド1200から遠く離れて位置させることを可能にし、かつ、レーザーエミッターチューブ1207でレーザービーム、すなわちコヒーレント光を発生させる。更にこれにより、熱を発生するレーザーヘッド1200を上記シーケンサーの感応性の小さい領域に位置させることを可能とする。
【0158】
レーザーエミッターチューブ1207は一次元集束器1208を具備する。この一次元集束器1208は好ましくは焦点距離が10cmのポジティブな筒状光学レンズでレーザーエミッターチューブ1207の出力端1204に配置される。このレーザーエミッターチューブ1207は更に、光学ファイバーケーブル1203を受理するファイバーエミッターチューブ1205と、好ましくは焦点距離が1.9cmのネガティブな筒状光学レンズであってファイバーエミッターチューブ1205と一次元集束器1208との間に配置されたビームイクスパンダー1209とを具備する。このレーザーエミッターチューブ1207は好ましくは1インチの内径と、6インチの長さのチューブ内に収納される。
【0159】
図22はこのレーザーエミッターチューブ1207により行われる光学的処理を模式的に示すものである。ファイバーエミッターチューブ1230により発生するレーザー光はビームイクスパンダー1231により拡張される。このレーザー光はついで、一次元集束器1233により1方向にのみ集束される。その結果得られたビームはキャピラリーアレイ1235方向に向けられる。この得られたレーザビームは1方向に狭められ、他の方向において長くなっている。図22A〜Cは各プロセス工程でのレーザビームのフットプリントを示すものである。
【0160】
図21は多波長ビーム発生器の他の例を示すもので、2つのレーザーヘッド1211、1215が設けられている。第1のレーザーヘッド1211はレーザーヘッド1200と同様のものであり、第2のレーザーヘッド1217は異なる波長のレーザビームを発生するものである。この第2のレーザーヘッド1217は好ましくは、波長が532nmを超えるレーザビームを発生させる固体レーザーである。他の例として、第2のレーザーヘッド1217は、第1のレーザーヘッド1211により発生するビームと異なる波長の多波長レーザービームを発生させるものである。
【0161】
この例においては、ファイバーカップラー1213、1217及び光学ファイバーケーブル1225、1221を有する2つの光学カップリングアッセンブリーが設けられている。この2つの光学カップリングアッセンブリーは図20の光学カップリングアッセンブリー1202と同様に機能する。2つのレーザーヘッド1211、1215により発生し、この光学カップリングアッセンブリーにより移送されるレーザビームは、2つのレーザー源からのレーザビームを受理し得るよう設計されたレーザーエミッターチューブ1224内で結合される。
【0162】
このレーザーエミッターチューブ1224は2つの入力端子1210、1212と、1つの出力端子を有する。すなわち、第1のレーザーヘッド1211からレーザビームを受理する第1のファイバーエミッターチューブ1227は第1の入力端子1210の部位に位置し;第2のレーザーヘッド1215からレーザビームを受理する第2のファイバーエミッターチューブ1223は第2の入力端子1212の部位に位置し;一次元集束器1226(好ましくは焦点距離が10cmのポジティブな筒状光学レンズで、結合したレーザービームを出力するもの)は出力端子1214の部位に位置している。
【0163】
第1及び第2のファイバーエミッターチューブ1227、1223により受理されるレーザビームは2色性フィルター1229により結合される。この2色性フィルター1229は第1のファイバーエミッターチューブ1227からのレーザビームを透過させ、第2のファイバーエミッターチューブ1223からのレーザビームを反射させ、これにより第1及び第2のファイバーエミッターチューブ1227、1223からのレーザビームを結合させる。
【0164】
好ましくは焦点距離が1.5cmのネガティブな筒状光学レンズであるビームイクスパンダー1222は、上記2色性フィルター1229と一次元集束器1226との間に配置される。このビームイクスパンダー1222と集束器1226との組合わせは、図22及び図22A〜Cで記載した光学プロセスと実質的に同様に光学的に機能する。
【0165】
好ましい例において、レーザーヘッド1200、1211、1215における偏光を除去し、レーザー出力を最大にする。図21に記載した例では、マルチライン及び非偏光発光の組合わせにより、偏光単一ラインレーザーと比較してレーザー出力は4倍を超えて増大している。
【0166】
図22では角度を持たせずにキャピラリーアレイ1235に当てられたレーザービームを示しているが、図23に示すような小角度入射励起配置(entrance excitation configuration)は検知窓での励起レーザー光結合効率を向上させる。これは更に、96(又はそれ以上)キャピラリーアレイを励起させるのに必要なレーザー出力を減少させ、DNAシーケンサー機器において携帯可能な空冷アルゴンイオンレーザーの使用を可能にする。言い換えると、図20又は21に記載した多波長レーザーエミッタチューブは、広範のキャピラリーアレイに亘ってレーザービームの集束性を保持させながら、多数のキャピラリーアレイ(例えば、1000本のキャピラリーチューブ)を照射すべく整合されている。
【0167】
図24、25はCCDカメラ1257をレーザーエミッターチューブ1243と合体させたものを示している。好ましい例として、このレーザーエミッターチューブ1243は小さな傾斜角を以て図25の表面に垂直に配置されており、従って、レーザーエミッターチューブ1243からのレーザービームは図23に示すようにキャピラリーアレイ1200に当たることになる。
【0168】
レーザーエミッターチューブ1207はキャピラリー検知窓と同一レベルに配置され、レーザーエミッターチューブ1207のビーム発光端部はオペレータとは反対方向に向いている。好ましい例として、レーザーエミッターチューブ1207はアームマウント1265に回転自在に接続されているチューブ制御アーム1267の下端に固定されている。このアームマウント1265は可撓性回転子1261の下端に取着されている。この回転子1261の上端はシーケンサーの外部からアクセス可能なダイヤルに接続されている。アームマウント1265は更にレーザーエミッター位置決めレール1255上に装着されていて、アーム取付け位置コントローラ1253により移動し得るようになっている。このようなダイヤル及びコントローラ1253を用いることにより、レーザーエミッターチューブ1207を出力レーザービームをキャピラリーアレイへ照射させるのに最適に配置させることができる。
【0169】
CCDカメラ1257はカメラマウント(図25では示していない)に装着され、このカメラマウントはレーザーエミッター位置決めレール1255上に装着されている。カメラ回転ケーブル(図25では示していない)により、CCDカメラプレートがレール1255上を水平方向に移動する。カメラ焦点ギア1271がギア制御ケーブル1254に接続され、CCDカメラレンズアッセンブリ1269の動きを制御するようにしている。先行するカメラコントローラによりCCDカメラ1257の焦点が、レーザーエミッターチューブ1243からのレーザービームにより照射されたキャピラリーアレイの部分に当てられる。
【0170】
高粘度液移送システムの他の好ましい例が図26に示されている。この移送システムは、水のような低粘度液1413を保持する高圧チャンバー1401と、ゲルのような高粘度液を収容する圧迫可能な使い捨て型バッグ1411とを具備する。
【0171】
この高圧チャンバー1401は、好ましくは2000psiまでの内圧に耐えるようにアルミニウム又はステンレス鋼などの金属からなるシリンダー(筒体)1402を具備している。すなわち、底面が閉じ、頂部が開口した実質的な中空体を具備している。このシリンダー1402の頂部にはキャップ1404が着脱自在に装着されている。このシリンダー1402とキャップ1404とにより高圧チャンバー1401が形成され、液体1413及び使い捨て型バッグ1411が収容されている。
【0172】
このゲル容器1411は出口アッセンブリー1410に着脱自在に取着されている(好ましくは、Swagelock1409により)。このチャンバー内の圧力が増加したとき、粘性の液体が出口アッセンブリー1410を介して押し出されるようになっている。この出口アッセンブリー1410は液密取付け部材(Swagelock社から入手可能)を用いてキャップ1404に嵌着されている。この出口アッセンブリー1410は更にゲル放出チューブ1403を具備する。この圧迫可能なゲルバッグ1411の周りの圧力が液体1413により均一に適用されているから、ゲル容器の耐圧要求度が最小に抑えられる。従って、ゲルバッグ1411は、ゲルの複数のランに対して十分な容量を有する使い捨て型バッグから経済的に作製することができる。
【0173】
高圧チャンバー1401内の圧力は圧力コントロールアッセンブリー1406により増減することができる。圧力コントロールアッセンブリー1406によりチャンバー1401内により多くの液体が供給されると、チャンバー1401内の圧力は増大する。過剰量の液体によりこの内部圧が増大したとき、又はキャップ1404を開けてバッグ1411を交換するとき、チャンバー1401内の液体が圧力コントロールアッセンブリー1406により解放され、その内部圧を減少させる。
【0174】
この圧力コントロールアッセンブリー1406はコントローラ1404により制御される高圧ポンプ1423を具備する。好ましい例として、この高圧ポンプ1423はもう一つのHPLCポンプから構成される。この圧力コントロールアッセンブリー1406は更に、ポンプ1423に接続された入口チューブ1421を含み、これは液密取付け部材1419により上記シリンダーの底部に嵌着されている。
【0175】
出口チューブ1427が更に圧力コントロールアッセンブリー1406に設けられている。この出口チューブ1427は好ましくは第2の液密取付け部材1417により上記シリンダー1402の底部に嵌着されている。この出口チューブ1427には解放弁1425と、フィードバック信号(好ましくは6ボルト未満)を発生させるための圧力トランスジューサー1429が設けられ、この圧力トランスジューサー1429はコントローラ1404と導通している。解放弁1425はコントローラ1404により制御されるようになっている。
【0176】
このコントローラ1404は、好ましくは、図10に示す中央コンピュータコントローラ404の一部として構成させ、省スペース化を図ってもよい。しかし、他の例として、中央コンピュータコントローラ404は、もう一つのコンピュータ、マイクロプロセッサー又は水ポンプ及び弁を制御可能なその他の電子装置などの他の型のコントローラで置き換えてもよい。
【0177】
チャンバー1401内の圧力を示すフィードバック信号をモニターすることにより、コントローラ1404は以下のように機能する:(1)チャンバー1401内の圧力を或る程度、増大させる必要があるとき、コントローラ1404はHPLCポンプ1423を駆動させ入口チューブ1421を介して液体をチャンバー1401内に導入させる;又は(2)チャンバー1401内の圧力を或る程度、減少させる必要があるとき、コントローラ1404は解放弁1425を開き、チャンバー1401内から液体を解放させる。一旦、十分な量のゲルが押し出されたとき、ポンプが停止し、チャンバー内の圧力が減少し、元の平衡状態に圧力を戻す。好ましいゲル充填圧は500psiである。
【0178】
図27は、DNA分析の後、キャピラリーチューブアレイを再生させ、キャピラリーアレイにゲルを再充填させるのに用いられる溶媒/ゲル移送モジュール1800の好ましい例を示している。図28はこの溶媒/ゲル移送モジュール1800の背面図である。この溶媒/ゲル移送モジュール1800は好ましくは、上記シーケンサーに隣接して配置される。この溶媒/ゲル移送モジュール1800の目的は、継続的かつ自動的なゲルの移送及びキャピラリーチューブの再生を行うことである。
【0179】
図29は高圧ゲル移送システム1805(図16のゲル移送シリンジ804又は図26の高圧チャンバー1401)を図27の溶媒/ゲル移送モジュール1800に合体させたものを示している。この好ましい例において、溶媒マニホールド1850は溶媒容器1801〜1804のフィーダーチューブ1806からの4つの入口を1つの出口に接続させる。溶媒容器1801〜1804からのフィーダーチューブ1806、メタノールで満された2つのびん、ポリビニルピロリドン(PVP)で満された1つのビン(好ましくは2%のPVP)、及び緩衝液で満された1つのビンは溶媒マニホールド1850の入口に接続されている。HPLCポンプ1807の入口はポンプ接続チューブ1861により溶媒マニホールド1850の出口に接続されている。HPLCポンプ1807の出口はポンプ出口チューブ1862により溶媒マニホールド1850の入口に接続されている。HPLCポンプ1807からの出口(図29に示されていない)は前述のように高圧チャンバー1805に接続されている。
【0180】
弁マニホールド1851は2つの入口を1つの出口に接続させる。この弁マニホールド1851の1つの入口はゲル出口チューブ1863によりゲル移送システム1805に接続されている。弁マニホールドの他の入口はHPLCポンプ1807の出口に接続されている。弁マニホールド1851の出口は液体移送チャンバー1810(好ましくは、図18の高圧T型取付け部材1182)にマニホールド出口チューブ1864を介して接続されている。この液体移送チャンバー1810はその中の廃液を廃液容器1865へ排出させるためのパージ弁1867を具備する。
【0181】
図10に示すコントローラ404は、溶媒マニホールド1850、HPLCポンプ1807、ゲル移送システム1805のための圧力制御アッセンブリー、弁マニホールド1851、及び接続された部材を制御するための排液弁1867への接続部をそれぞれ有する。
【0182】
例えば、コントローラ404は、溶媒マニホールド1850を制御し、4つの溶媒容器1801〜1804から溶媒を選択し、あるいは弁マニホールド1851を駆動させて、ゲルを受け取るためチャンバー1804に接続された入口又は溶媒を受け取るためのHPLCポンプ1807に接続された入口を選択する。
【0183】
好ましい例として、ポンプ接続チューブ1861、ポンプ出口チューブ1862及びマニホールド出口チューブ1864の長さを最小に抑え、ゲル及び溶媒の無駄を減少させる。特に、ポンプ接続チューブ1861及びポンプ出口チューブ1862は新規な溶媒を弁マニホールド1851へ供給する必要があるとき、古い溶媒を保持しており、これによりこの古い溶媒が無駄になる。同様の無駄がマニホールド出口チューブ1864内の溶媒とゲルとの間にも発生する。従って、このマニホールド出口チューブ1864の長さは50cm未満、好ましくは25cm未満、より好ましくは10cm未満とする。
【0184】
図28に示すように、溶媒/ゲル移送モジュール1800はシーケンサー内に位置するレーザーヘッドのためのブロアー1801を有する。このレーザーヘッドはシーケンサーモジュールの底面に収納されている。冷却ブロアーはシーケンサーモジュールから空気を吸い出し、洗浄機モジュール1800の排気部へ吹き出すように設計されている。その結果、冷たい空気はレーザーを横切って移動し、シーケンサーモジュールに大きな混乱を生じさせる虞れは無い。5インチ径の可撓性ホースがレーザーの後方からブロアー取入れ部に向けて接続されている。熱い排気ガスが別の5インチ径ホース(天井ダクトに接続されている)を介して運び出され、外部に放出される(図28には示されていない)。
【0185】
図13の工程700〜703と同様に、図31の工程1901、1903、1905は図11及び図12Aで説明された積層デュアルカルーセル装置の動作を説明している。これらの工程は互いに実質的に同じであり、これらの間の相違は自明のものであるから、工程1901、1903、1905の詳細な説明は省略する。
【0186】
更に、図31の工程1907、1909、1911、1912は図28〜30で説明した溶媒/ゲル移送モジュール1800の動作を示している。この溶媒/ゲル移送モジュール1800の動作も溶媒/ゲル移送モジュール800のものと実質的に同一であるから重複する説明は省略する。しかし、以下に示す相違について説明する。
【0187】
工程1907.17において、濯ぎ工程は、キャピラリーチューブをメタノールで24分間濯ぎ、ついでPVPで8分間濯ぐことにより行われる。工程1911.23において、電流/モニターボードと電力供給部との間に取着された電流モニターが駆動される。工程1912.25及び1912.26において、すすぎトレイがキャピラリーチューブの第1の端部及び電流供給部/モニターボードから突出するピンの濯ぎのために利用される。
【0188】
以上、本発明を幾つかの好ましい例を参照して説明したが、本発明の範囲はこれらの例により制限されるものでないことを理解されるべきである。すなわち、当業者にとって、種々変更を加えることも容易であると思われるが、それらも本発明の範囲に含まれるものであり、その範囲は以下の請求の範囲によって規制されるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の装置の配列を示す側面図。
【図2A】 本発明のカートリッジの1例をそれぞれ示す平面図。
【図2B】 本発明のカートリッジの1例をそれぞれ示す側面図。
【図3A】 本発明のカートリッジのためのチューブアッセンブリーを示す側面図。
【図3B】 チューブアッセンブリーの装着配置を示す側面図。
【図4】 ニードル列と共に使用されるモニタープレートを示す平面図。
【図5】 図2A及び2Bに示すカートリッジと共に使用される装置の配置を示す平面図。
【図6A】 本発明のカートリッジの第2の例を示す側面図。
【図6B】 本発明のカートリッジの第2の例を示す平面図。
【図7】 図6A及び6Bに示されているものと同様の圧力セルのためのバルブ配置を示す側面図。
【図8】 圧力セルの分解縦断面図。
【図9】 プレート孔の交互配列を有する圧力セルの第2のマウンティングプレートの平面図。
【図10】 本発明の電気泳動装置を示す側面図。
【図11】 積層デュアルカルーセル装置を含むシーケンサーモジュールを示す側面図。
【図12】 積層二重配列に含まれるカルーセルを詳細に示す図。
【図13】 本発明の操作を説明するフロー図。
【図14A】 システム内の溶媒/ゲル移送モジュールの前面図。
【図14B】 システム内の溶媒/ゲル移送モジュールの側面図。
【図14C】 システム内の溶媒/ゲル移送モジュールの裏面図。
【図15A】 ゲル移送モジュールに含まれるゲルシリンジの詳細図。
【図15B】 ゲル移送モジュールに含まれるゲルシリンジの詳細図。
【図15C】 ゲル移送モジュールに含まれるゲルシリンジの詳細図。
【図16】 溶媒/ゲル移送モジュールを介してシーケンサーモジュールへのゲル及び溶媒の流れを示す図。
【図17】 オフラインキャピラリー再生器を示す図。
【図18】 本発明のキャピラリーカートリッジの側面図。
【図19】 電流供給/モニターボードを示す平面図。
【図20】 1個のレーザーヘッドを用いた多波長ビーム発生器を示す図。
【図21】 2個のレーザーヘッドを用いた多波長ビーム発生器を示す図。
【図22】 レーザーエミッターチューブの光学的処理機能を示す側面図。
【図22A】 レーザーエミッターの出力での光ビームのフットプリントを示す図。
【図22B】 ビームイクスパンダーを経た後の光ビームのフットプリントを示す図。
【図22C】 一次元焦点レンズを経た後の光ビームのフットプリントを示す図。
【図23】 レーザーエミッターからの光ビームがキャピラリー列に衝突する方向を示す図。
【図24】
【図25】 検出領域の周りの構造を示す側面図。
【図26】 高粘度ゲルを供給する高圧チャンバーを示す側面図。
【図27】 好ましい態様における溶媒/ゲル移送モジュールを示す図。
【図28】 溶媒/ゲル移送モジュールの背面を示す図。
【図29】 好ましい態様における溶媒/ゲル移送モジュールを介してのゲル及び溶媒の流れを示す図。
【図30】 好ましい態様における操作を説明するフロー図。
[Technical Field of the Invention]
The present invention relates to an apparatus for performing electrophoresis. More specifically, the present invention relates to an automated electrophoresis system using capillary cartridges formed so that commercially available standard size microtiter trays can be used. A carousel device, a multi-wavelength beam generator, a gel transfer system, and an off-line regenerator that avoids cross-contamination of samples, improves system performance, and increases throughput. Become.
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
Electrophoresis is a well-known technique for separating macromolecules. In electrophoresis applications, the sample molecules to be analyzed move in a medium to which a certain voltage is applied. Often, the sample is propagated through a gel that acts as a sieving matrix to help delay or separate individual molecules as they move.
[0002]
One application of gel electrophoresis is in DNA sequencing. Prior to the electrophoretic analysis, a DNA sample is prepared by a well-known technique. The result is a solution of DNA fragments of any possible length corresponding to the same total sequence order, each fragment ending with a label corresponding to the identification of a certain terminal base.
[0003]
This separation method uses a capillary filled with a conductive gel. To introduce the sample, one end of this capillary is inserted into a DNA reaction bottle. After introducing a small sample into the end of the capillary, both ends of the capillary are placed in a separate buffer solution. A certain voltage is then applied across the capillary. Due to the voltage drop at this time, the DNA sample is moved from one end of the capillary toward the other end. Due to the difference in the movement speed of the DNA fragments, the fragments are separated into bands of similar lengths. As these bands cross the capillary tube, the bands are typically read using one of several sensing techniques at any point along the capillary.
[0004]
The most widely used fluorescent dyes for labeling DNA samples have a maximum absorption wavelength in the range of 490-580 nm. Basic detection techniques include a CCD camera with a wide-angle lens, a capillary tube array disposed below the camera lens, the plane of which is disposed in parallel to the CCD imaging chip, and the capillary array. And a laser beam that is irradiated so as to cross. However, the single laser line used in this basic detection technique cannot conveniently accept all labels simultaneously. Therefore, multiple lasers or optical filters are used to compensate for this drawback.
[0005]
Usually, multiple DNA preparation reactions are performed using commercially available microtiter trays, which have a large number of small volume wells each capable of holding a sample on the order of 200-1,000 microliters. This microtiter tray is standardized in size. The microtiter tray currently preferred in the biotechnology industry has a rectangular array of 8 columns × 12 rows of wells. The center-to-center spacing between adjacent wells in a single row is about 0.9 cm, but this number may vary from 1/10 to 2/10 mm. The same applies to the spacing between adjacent wells in a single row. This 96-well rectangular array is designed to fit within a predetermined area (footprint) of less than 7.5 × 11 cm.
[0006]
The reduction allows a larger number of wells to be accommodated in a microtiter tray with the same footprint. New trays have already been introduced with wells arranged in the same predetermined footprint at a density four times that of the conventional, and this is rapidly becoming the industry standard. That is, this new tray is composed of wells of 16 columns × 24 rows, and the interval between wells is about 0.45 cm.
[0007]
It is not unusual to analyze thousands of DNA samples in a DNA sequencing project. Needless to say, it takes time to perform thousands of experiments using a single capillary.
[0008]
In the conventional apparatus, means for simultaneously analyzing DNA bands in a number of capillaries has been proposed. Such a device is described in Yeung et al. No. 5,498,324, the entire contents of which are incorporated herein by reference. This US patent teaches a means for detecting DNA bands separated in a number of capillary tubes arranged parallel to each other. However, in such a system, it is necessary to fill each capillary tube with a gel and introduce a sample into each capillary tube.
[0009]
Therefore, a considerable amount of time is required to fill each capillary tube with the gel. Furthermore, considerable effort is required to reliably and reliably introduce the reaction sample into one end of each tube.
[0010]
It is not uncommon to perform several consecutive sample analyzes using the same capillary. However, this obviously carries the risk of cross-contamination of the sample, which can also be a disadvantage in the conventional system.
[Summary of the Invention]
One object of the present invention is to provide an apparatus capable of simultaneously introducing samples directly from a standard size microtiter tray into multiple capillary tubes.
[0011]
Another object of the present invention is to provide a stacked dual carousel device, thereby avoiding cross-contamination of DNA samples without compromising system performance.
[0012]
Another object of the present invention is to provide a gel transfer module, whereby the gel is uniformly and rapidly distributed in the capillary tube.
[0013]
Another object of the present invention is to provide an off-line capillary regenerator, thereby completely cleaning the capillary cartridge off-line and improving system throughput while minimizing cost increases.
[0014]
Another object of the present invention is to provide an apparatus capable of generating a multi-wavelength beam. This multi-wavelength beam device allows simultaneous detection of multiple DNA samples labeled with different fluorescently labeled dyes.
[0015]
These objects are achieved by providing a disposable capillary cartridge that can be cleaned during electrophoretic analysis and having a plurality of capillary tubes. In this case, the first end of each capillary tube is held by the mounting plate, and these first ends together form an array in the mounting plate. The spacing between these first ends corresponds to the spacing between the centers of the wells of a standard size microtiter tray. Accordingly, the first ends of these capillaries can be simultaneously immersed in the sample in the well of the microtiter tray. The cartridge is provided with a second mounting plate, which holds the second end of the capillary. In another embodiment, instead of using this second mounting plate, the second end of the capillary tube is bundled together and received by a liquid transfer chamber, preferably a high pressure T-shaped mounting member. ing.
[0016]
A plurality of plate holes may be provided in each mounting plate, and capillary tubes may be inserted into these plate holes. In such a case, the plate holes are hermetically sealed to allow the side of the mounting plate having the exposed capillary end to be pressurized. By applying a positive pressure in the vicinity of the capillary opening of the mounting plate, air and fluid can be introduced during the electrophoresis operation, and the gel and the fluid can be removed from the capillary tube during regeneration. It can also be used to extrude other materials. When these capillary tubes are inserted into these plate holes, it is possible to prevent the capillary tubes from being damaged by using a needle made of a cannula and / or a plastic tube. Also, if metal cannulas or the like are used, they can serve as electrical contacts for current during electrophoresis.
[0017]
In a preferred embodiment, the stacked dual carousel device can avoid the problem of cross-contamination of DNA samples without compromising system performance. This system uses a buffer with a gel, which provides a medium for moving DNA from one end of the capillary tube to the other during electrophoresis. Since this buffer also moves through the capillary tube during electrophoresis, one end of the capillary tube must be immersed in the buffer solution so that the buffer solution is continuously replenished in the capillary tube. is there. Therefore, this buffer solution may be contaminated with the DNA sample during electrophoresis. The DNA in the buffer can then move into the capillary tube during subsequent runs if electrophoresis is performed continuously using the same buffer. The stacked dual carousel apparatus avoids the problem of cross-contamination of DNA samples by providing a buffer tray for each DNA sample tray and avoiding reusing the same buffer tray. In addition, since the stacked dual carousel apparatus has an additional carousel for holding the buffer tray, there is no need to replace the sample tray in order to provide a space for the additional buffer tray. Therefore, this dual carousel device can avoid the problem of contamination without impairing the system capability.
[0018]
In another preferred embodiment of the invention, the detection system uses both a multi-wavelength beam generator and a multi-wavelength detector so that they are labeled with different labeling dyes in the same instrument without switching the laser or optical filter. In addition, a plurality of DNA base sequence samples can be detected simultaneously.
[0019]
The multi-wavelength beam generator is provided by an argon ion laser that can generate multi-wavelength beams with wavelengths of 457 nm, 476 nm, 488 nm, 496 nm, 502 nm, and 514 nm. This multi-wavelength beam generator compensates for different absorption spectra in different labeled dyes, improves the uniformity of the peak detection signal in the DNA fragment and improves the signal / noise ratio of the detection signal.
[0020]
In another preferred embodiment of the invention, the gel transfer module moves the gel through the capillary quickly and uniformly. This gel transfer module uses a gel syringe to move the gel because the viscosity of the gel is too high to be moved by the pump. The gel transfer module includes a gel carriage for holding a disposable gel cartridge. The stepper motor / linear actuator has a movable actuator shaft, which is arranged to drive a Teflon plunger located at one end of the gel syringe so that the gel substance is provided at the other end of the gel syringe. It is designed to flow rapidly through the member. Further, the gel transfer module relaxes the gel in the capillary tube using the same member as used in electrophoresis, and achieves a uniform distribution of the gel.
[0021]
In another embodiment of the gel transfer module, a compressible gel bag is utilized. In this embodiment, the gel bag is disposed inside a high-pressure chamber, and the high-pressure chamber comprises a hollow cylinder whose top is open and whose bottom is closed, and a cap that is detachably attached to the top of the cylinder. An outlet assembly comprising an inner end detachably attached to the gel bag and an outer end connected to the T-shaped attachment member is attached to the high pressure chamber. This high pressure chamber is also connected to a pressure regulation assembly that can increase or decrease its internal pressure. When the pressure inside the high pressure chamber increases, the gel is squeezed outside through the outlet assembly and delivered to the T-shaped mounting member.
[0022]
In another preferred embodiment of the present invention, a simplified off-line capillary regenerator is able to achieve an increased system throughput while completely purifying the capillary off-line and suppressing an increase in system cost. . The operator can perform electrophoresis while cleaning the previously used capillary cartridge with an off-line capillary regenerator. Since it generally takes about 20 minutes to clean completely, it is not necessary to have the system wait for complete cleaning of the capillary cartridge 909 between successive runs of electrophoresis, so this Offline capillary regenerators can improve system throughput.
[0023]
This off-line capillary regenerator comprises a few low cost components including a solvent container for holding the cleaning fluid, a manifold for selecting the cleaning fluid, and a simple controller for managing the cleaning. . This simplification of the off-line capillary regenerator has the advantage that an increase in system throughput can be achieved while an increase in system cost is suppressed.
Detailed Description of Preferred Embodiments
FIG. 1 schematically illustrates a usage pattern of the apparatus of the present invention. The cartridge 30 of the present invention includes a plurality of capillary tubes 32 having substantially the same length. These capillary tubes 32 extend between the sample side connection array (array) 34 and the gel side connection array 36. The capillary tube 32 ends with an array of first capillary ends 38 on the sample side and ends with an array of second capillary ends 40 on the gel side.
[0024]
That is, both ends of the capillary tube 32 of FIG. 1 extend through individual plate holes in the base member 42. The base member 42 is preferably made of polycarbonate or acrylic resin. In addition, each array at the capillary end may be held by another mounting plate having a plate hole, and then each mounting plate may be fixed to the base member. Furthermore, instead of penetrating each capillary through an individual plate hole, one or more capillary tubes may be joined together to penetrate a common hole or no hole at all.
[0025]
Between these two arrays, the capillary tube 32 penetrates the thermoelectric member 44 mounted on the base member 42. The thermoelectric member 44 is disposed on both sides of the window region 46. This thermoelectric member is used to control the capillary tube to a temperature within a predetermined range. The thermoelectric member 44 may be composed of two or more members as will be apparent to those skilled in the art. Further, the temperature may be controlled using another temperature control means such as a fluid circulation system or air convection.
[0026]
The capillary tubes 32 are arranged in parallel in the window region 46 adjacent to each other. The length of each capillary tube from the end of the first capillary to the window region 46 is substantially the same in all the capillary tubes 32. This length is determined taking into account the optimization of the analysis time of the sample (ie the minimum allowable time) and the minimum allowable analytical power of the separated sample. Nominally, this length is in the range of approximately 50-70 cm. The window region 46 represents a region in which incident excitation light can access a parallel capillary tube, and is a region in which fluorescence emitted from the capillary tube can be accessed. That is, this window region 46 allows detection of bands 50 in various capillary tubes.
[0027]
As shown in FIG. 1, the excitation light source comprises a laser 52 and a prism 54 is used to focus the light beam 56 through the window region 46 and onto the capillary tube 32. Next, the fluorescent beam 58 is sensed by the CCD camera 60 and the band 50 is captured. It should be noted that other illumination and detection means may be used as is known to those skilled in the art.
[0028]
The configuration shown in FIG. 1 allows samples to be introduced substantially simultaneously into the first capillary ends 38 of all capillary tubes 32. In particular, according to this configuration, various samples can be introduced by simultaneously immersing the array of first capillary end portions 38 in the plurality of wells 62 of the microtiter tray 64 of the standard size as described above. .
[0029]
To enable this, the individual capillary ends are spaced apart from each other, and the spacing is substantially the same as that of the array of wells of the standard size microtiter tray 64. That is, the spacing between adjacent first capillary ends is about 0.9 cm, and the overall footprint of this first capillary end array is less than 7.5 cm × 11 cm, and thus a standard size microtiter It corresponds to the tray.
[0030]
The array of second capillary ends 40 is inserted into the wells 66 of the second microtiter tray 68 where they come into contact with the buffer 70 as is known to those skilled in the art. Since the wells 66 of the second microtiter tray 68 are separated from each other, there is little possibility of mutual contamination between the second capillary ends 40.
[0031]
A voltage source 72 is used to provide a potential difference between the two capillary end arrays. As shown in FIG. 1, one voltage level is applied to each well 62 of the first microtiter tray 64 via individual leads 74, and a second voltage level is approximately the same via individual leads 76. Applied to each well 66 of the second microtiter tray 68. That is, current is passed through the individual samples through leads 74 and in the wells 66 of the second microtiter tray 68 through the first capillary end 38, the capillary tube 32 and the second capillary end 40. The buffer solution 70 is energized and finally passes through the lead 76.
[0032]
2A and 2B show a plan view and a side view, respectively, of one example of a cartridge 80 of the present invention. The cartridge 80 includes a base member 82 made of, for example, polycarbonate or acrylic. The base member 82 is provided with first and second mounting plates 84 and 86, respectively. These plates are preferably formed from an electrically insulating material.
[0033]
The array of first capillary ends 88 protrudes from the bottom surface 90 of the first mounting plate 84, and the array of second capillary ends 92 protrudes from the bottom surface 94 of the second mounting plate 86. The capillary tube 96 passes through and is fixed to the plate holes formed in the mounting plates 84 and 86, and protrudes from the upper surfaces of the mounting plates 84 and 86. Preferably, each capillary tube 96 is protected by a tube assembly (assembly) 102 fixed to a plate hole of these mounting plates at a penetration portion with respect to the mounting plates 84 and 86.
[0034]
As clearly shown in FIG. 2A, the tube assemblies protrude from the mounting plates 84, 86 to form an 8-row, 12-column rectangular array with the associated capillary tubes, respectively. The distance between adjacent plate holes to which the tube assemblies 102 are fixed and the distance between adjacent capillary ends 88 and 92 are the distance between adjacent wells of a standard size microtiter tray 64. And correspond. As a preferred example, the spacing between adjacent capillary ends is about 0.9 cm, and the entire array of capillary ends, and therefore the footprint of the array of plate holes through which the capillary 96 passes, is no more than about 7.5 cm × 11 cm. .
[0035]
First and second enclosures shown as 104 and 106 are provided on the upper surfaces 98 and 100 of the mounting plates 84 and 86, respectively. In a preferred embodiment, each of these enclosures is provided with an inlet 108 and an outlet 110. The first enclosure outlet 110 is connected to the second enclosure inlet 108 via a plastic tube 112. The first enclosure inlet 108 is connected to a first plastic shut-off valve 114, and the second enclosure outlet 110 is connected to a second plastic shut-off valve 116. Conversely, these plastic shut-off valves 114 and 116 are connected to the first and second quick disconnects 118 and 120, respectively.
[0036]
During operation, the cartridge 80 can be connected to the pump assembly 122. The pump assembly 122 is configured to circulate a temperature-controlled liquid refrigerant through the enclosures 104 and 106. In this case, the first quick disconnect 118 of the cartridge is connected to the output 124 of the pump assembly 122 and the second quick disconnect 120 is connected to the input 126 of the pump assembly 122. With this configuration, the temperature of the portion of the capillary tube 96 that protrudes from the top surfaces 98 and 100 of the mounting plate and is located in the enclosures 104 and 106 can be maintained. In order to do this, the mounting plates 84, 86 need to be liquid tightly sealed to the base member 82. This liquid-tight seal needs to be formed between the plate hole and the tube assembly 102 and the capillary tube 96 or in the capillary tube 96 itself.
[0037]
Capillary tubes 96 lead between the two arrays of tube assemblies 102 in the area of the cartridge not covered by the enclosures 104,106. As described above, thermoelectric temperature control means 128 or the like is disposed on either side of the window section 130 of the capillary tube 96 to control the temperature of the capillary tube not within the enclosures 104,106.
[0038]
Capillaries 96 are arranged parallel to each other within at least a portion of the window area 130 and are readable by the sensing means. Preferably, the base member 82 is provided with an opening 132 on which the window area 130 is disposed. As a result, at least a part of the irradiation means or the detection means can be disposed below the base member, and the capillary tube 96 exposed therefrom can be seen linearly.
[0039]
FIG. 3A shows the needle 140 used to form the tube assembly 160, which can be inserted directly into the mounting plate 162 as shown in FIG. 3B. The needle 140 includes a metal cannula 142. In a preferred embodiment, cannula 142 comprises a stainless steel tube having an inner diameter of 0.064 inches and an outer diameter of 0.072 inches. The cannula 142 is provided with a bevel 144 at the end immersed in the well.
[0040]
Within the cannula 142, a polyetheretherketone (PEEK) polymer tube 146 is coaxially disposed, which acts as a sleeve. The polymer tube 146 has an inner diameter of about 0.006 inches and an outer diameter of 0.0625 inches. Therefore, the polymer tube 146 can be inserted into the cannula 142 without difficulty.
[0041]
A capillary tube 148 associated with the needle 140 passes through the center of the polymer tube 146 along the longitudinal axis of the needle 140. The capillary tube 148 is made of fused silica and has an inner diameter of about 0.003 inches and an outer diameter of about 0.006 inches. That is, the capillary tube 148 is fitted inside the polymer tube 146. The capillary tube 148 terminates at an end 150 that is substantially flush with the tip 152 of the cannula 142. That is, the gap between the two ends 150, 152 is about 0.035 inches.
[0042]
A UV curable, medical grade epoxy sealant 154 is used at both ends of the polymer tube 146 to secure the polymer tube 146 and capillary tube 148 to the cannula 142. Preferably, epoxy sealant 154 forms an air and liquid tight seal through cannula 142. This epoxy sealant prevents the polymer tube 146 from being exposed to the atmosphere and prevents the capillary tube 148 from contacting the cannula 142 directly.
[0043]
It should be noted that the needle can be formed in a form other than that depicted in FIG. 3A. For example, instead of a tubular cannula, the needle may simply consist of a capillary tube, covered with a plastic material that has been injected or coextruded, and this covering fixed to a metal strip. Other configurations are possible.
[0044]
FIG. 3B shows a hollow high pressure compression mounting member 164 made of nylon, into which the needle 140 is inserted to complete the tube assembly 160. The needle 140 can also be fixed to the cylindrical inner wall of the compression mounting member using an epoxy sealant. Each tube assembly 160 is then inserted into a plate hole 166 drilled in the mounting plate 162, and the plate hole 166 can also be sealed using an epoxy sealant. As a result, an airtight and liquid tight seal is formed between the bottom surface 168 and the surface 170 of the mounting plate 162, and even if positive pressure is applied to the bottom surface of the area where the plate hole for fixing the tube assembly is provided, The mounting plate can withstand.
[0045]
The compression mounting member 164 may be completely omitted, and a plate hole corresponding to the outer diameter and size of the needle 140 may be formed in the mounting plate 162. In that case, the needle is directly inserted into each plate hole of the mounting plate 162 and fixed thereto using an epoxy resin. Such an attachmentless approach can improve the structural integrity of the mounting plate 162 due to the reduced size of the plate holes. Further, since the interface where the epoxy sealant is used is reduced, it is possible to improve the airtight and liquid tight seals. Further, it should be understood that the capillary 148 encased in the capillary tube 148 or the polymer tube 146 can be held directly in an appropriately sized plate hole formed in the mounting plate 162.
[0046]
It should be understood that in a preferred embodiment, one capillary tube is held in each plate hole, whether or not a compression mounting member is used or a cannula and / or polymer tube is used. It is. The spacing of the array of plate holes preferably corresponds to that of a well of a standard size microtiter tray. However, it is also possible to form the plate hole off-center (center deviation) and tilt the end of the capillary.
[0047]
Furthermore, it should be understood that the array of capillary ends can be fixed in a desired shape without drilling holes in the mounting plate 162. For example, individual capillary ends can be arranged and fixed in a desired shape on the mounting plate 162 by bonding or tightening. In addition, it is also possible to hold a plurality of capillaries together and hold their ends while maintaining a desired shape with acrylic or the like. What is important is that the array has a capillary end spacing corresponding to the well spacing of a standard size microtiter tray.
[0048]
The conductive plate 172 is fixed to the mounting plate 162 with screws, an adhesive, or other known means. The conductive plate 172 has an array of conductive holes 174 corresponding to the plate holes 166 in the mounting plate. Each conductive hole 174 is formed by an H-shaped slit, and a pair of tabs 176 and 178 are formed between the legs of the H. When the needle 140 is inserted into the conductive hole 174, these tabs 176, 178 will retract and contact both sides of the needle 140.
[0049]
Since this conductive plate 172 is entirely conductive, all needles 140 in the array will share a common electrical connection. The voltage applied to the conductive plate 172 appears outside each needle 140 in the array. During electrophoresis application, this voltage appears in the buffer in each well in which the capillary end 150 is inserted.
[0050]
As known to those skilled in the art, the voltage difference can be applied to the first capillary end by other means as well. For example, instead of contacting the common plate to which the needle is connected, the voltage lead may be connected directly to each needle. In addition, each lead may be immersed in the liquid in each well. Another alternative is to apply a voltage through a metal coating, such as gold. In this case, the metal coating is deposited only on the outer surface of the end of each capillary that contacts the liquid in the well. In addition, a voltage may be applied directly to the well via one or more leads as described above. As will be apparent to those skilled in the art, any other approach can be selected to apply a voltage to the first capillary end.
[0051]
FIG. 4 shows a monitor plate 190 used with the cartridge illustrated in FIGS. 2A and 2B. In the cartridge of the present invention, the conductive plate 172 is provided on at least the needle of the first mounting plate 84 as described above. The second mounting plate 86 can be provided with a monitor plate 190.
[0052]
This monitor plate has an array of monitor holes 192. This array of monitor holes 192 is aligned with the second array of plate holes formed in the second mounting plate 86. Each monitor hole 192 comprises a separate electrical contact 194 that is electrically connected to the monitor plate connector 196 via individual leads 198. Each needle in the second mounting plate 86 contacts a corresponding electrical contact 194 in the monitor plate.
[0053]
The purpose of this monitor plate is to provide a means for measuring the presence of electrical continuity between any needle in the second mounting plate 86 and the needle in the first mounting plate 84. To this end, it will be appreciated that the monitor plate 190 can be secured to the mounting plate 86 in much the same manner as the conductive plate 172. What is important is that each electrical contact 194 is connected only to one needle in the second mounting plate.
[0054]
FIG. 5 shows a cartridge 200 in which a first array 202 and a second array 204 are partially disposed on a first carousel 206 and a second carousel 208, respectively. The CCD camera 210 is disposed on the cartridge portion between the arrays 202 and 204, and detects a band (not shown in FIG. 5) in the capillary. Each carousel 206, 208 has eight platforms 212 on which standard size microtiter trays are placed.
[0055]
Wells in each titer tray hold one or more liquids such as samples, gels, buffers, acidic solutions, basic solutions and the like. As shown in FIG. 5, the first carousel holds six sample trays 214, one buffer tray, and one waste tray, one of which is below the first needle array 202. Is located. Further, as shown in FIG. 5, the second carousel has a pair of acidic solution trays 220, a pair of basic solution trays 222, and a pair of waste liquid trays 224 (one of which is located below the second needle array 204). One buffer tray 226 and one gel tray 228 are held. That is, the first carousel 206 is a sample-side carousel, and the second carousel 208 is a gel-side carousel.
[0056]
The cartridge is detachably attached to the automatic electrophoresis apparatus. During operation, the platform below either of the two needle arrays 202, 204 is moved up and down by the lifting means. When the microtiter tray is brought close to one of the needle arrays 202, 204, the needles and associated capillary ends of these arrays are immersed in the contents of each well of the microtiter tray. When the platform underneath any of these needle arrays is lowered, the carousel associated with this platform is rotated so that different platforms 212 holding different microtiter trays can be raised.
[0057]
When the platform 212 is raised, the peripheral surface of this platform contacts the opposing surface, thereby sealing the pressure chamber below the bottom surface of the needle array. When a pressurized inert gas, such as helium, is introduced into the pressure chamber at a pressure of approximately 30 psi, a uniform force is applied to the sample in the wells of the microtiter tray held on the platform. This introduces a portion of each sample into the corresponding array at the first capillary end.
[0058]
Applying pressurized helium to introduce the sample into the first capillary end, or instead of introducing a high voltage for a short time on the order of 20-40 seconds to apply the sample to the first capillary end It can also be moved to. The use of high voltages for this purpose, however, can be size-selective. That is, the larger the molecule, the easier it is to be introduced at the end of the first capillary, potentially causing distortion in subsequent electrophoretic analysis.
[0059]
Next, the operation of the automatic electrophoresis apparatus shown in FIG. 5 will be described. Initially, various microtiter trays are filled with designated buffers, gels, samples, and the like. Next, the gel tray 228 on the carousel 208 rises and goes through the second capillary end (hidden in FIG. 5) associated with the second needle array 204 (not shown in FIG. 5). Introduced in. Thereafter, the gel tray 228 is lowered. The sample tray 214 on the carousel 206 is then raised and the sample is introduced through the first capillary end (hidden in FIG. 5) associated with the first needle array 202. Subsequently, the sample tray 214 is lowered. The carousels 206, 208 are then rotated to place the buffer trays 216, 226 below the corresponding needle arrays 202, 204. A potential difference is then applied across the two needle arrays and an electrophoretic analysis is performed.
[0060]
When this electrophoretic analysis is complete, the cartridge is regenerated. This is done by draining the gel and sample from the previous analysis under pressure and cleaning the capillary tube with the acidic liquid 220 and / or the basic liquid 222. The cartridge is thereby ready for reuse, allowing analysis of the samples in the other one sample tray 214.
[0061]
Of course, the number of platforms formed in the carousels 204, 206 can be arbitrarily selected. Furthermore, this platform can be configured in a linear, quadrangular or other arrangement. What is needed is storage and positioning that allows any first microtiter tray to be moved to the first needle array 206 and any second microtiter tray to be moved below the second needle array 208. It is a system.
[0062]
6A and 6B show the side and plane of a cartridge 280 having a first mounting plate 282, respectively, where the array of plate holes in the first mounting plate 282 has been rotated 90 degrees. In other respects, that is, the arrangement for connecting the capillary tube to the first mounting plate is substantially the same as in the previous example. A first capillary end formed in an array having a desired gap protrudes from the bottom surface of the first mounting plate 282 and is held in a plate hole formed in the first mounting plate.
[0063]
The second mounting plate 284, however, is not the same as the previous cartridge example. In the cartridge 280, the second mounting plate 282 acts as a pressure holding member for the pressure cell 286 having a substantially cylindrical outer wall surface. For the sake of simplicity, in FIG. 6A, the capillary tube on the first mounting plate is partially omitted. Further, the capillary tube on the second mounting plate 284 is completely omitted. However, in reality, all the capillary tubes are present.
[0064]
The second mounting plate has a bevel surface (slope) 288 that is symmetrical in the radial direction, and a plurality of plate holes 290 are formed therein. Each of these plate holes 290 is fitted with a PEEK polymer tube 292, and the capillary is fitted and fixed in the PEEK polymer tube 292 using UV curable epoxy resin as described above, and is airtight in the plate hole 290. And a liquid-tight seal is formed. Capillary tubes are inserted through the PEEK polymer tube and the second end of each capillary tube communicates with the internal cavity of the pressurized cell. In the preferred example of this cartridge, the second mounting plate provided with the PEEK polymer tube and the capillary tube has been described. However, the same needle as described above can be used. Further, a single capillary tube fixed with epoxy can be used in the same manner. What is important is that each capillary tube 294 is kept airtight and liquid tight in the plate hole 290 and that the second end of this capillary tube communicates with the internal cavity of the pressure cell 286. is there.
[0065]
Similar to the cartridge 80 of FIGS. 2A and 2B, the cartridge 280 is provided with thermoelectric control means 298 and enclosures 300, 302, whose capillary tubes are arranged in parallel along at least a portion of the window region 304. . Although not shown in FIGS. 6A and 6B, these enclosures 300 and 302 can be provided with an inlet and an outlet for circulating the refrigerant, as with the other cartridges 80.
[0066]
As shown in FIG. 6A, the second mounting plate 284 has a frustoconical upper portion, and the top portion is a flat top portion 310. The curved conical surface 288 provided with a number of plate holes 290 is advantageous in terms of structural integrity when a positive pressure is applied from below the second mounting plate. Furthermore, by providing the plate holes 290 on such a surface, the plate holes 290 can be provided farther apart, which also improves the structural integrity of the pressure cell 286.
[0067]
The pressure cell 286 is fixed to the base member of the cartridge 280 and protrudes through the bottom of the base member. With this configuration, the pressure cell 286 can include an inlet 312 and an outlet 314 on both sides of the cylindrical outer wall. It is also possible to easily provide this inlet on the flat top 310 of the second mounting plate 284 and provide the outlet on the bottom surface of the lower part 316 of the pressure cell 286. In such a case, the pressure cell can be placed on the base member rather than protruding through the bottom of the base member, and the pipe mounting member is connected to the outlet through a hole formed in the base member. Thereafter, the holes are sealed.
[0068]
FIG. 7 shows the valve arrangement for a pressure cell 320 having an inlet 322 at the top surface 324. The other points are substantially the same as the pressure cell 286. In addition to the inlet 322, the pressure cell 320 is provided with an outlet 326, which is connected to a waste liquid valve 328. The waste valve 328 is opened to discharge the contents of the internal cavity of the pressure cell 320.
[0069]
Access to this inlet 322 is controlled by a shut-off valve 330. Liquid is introduced into pressure cell 320 via inlet 322 using pump 332. Preferably, the pump is a high pressure liquid chromatography (HPLC) pump and the pumping capacity is 4-40 milliliters per minute at a pressure of about 2000 psi. The pump 332 is connected to a multi-valve manifold 334 so that one of the four liquids can be selectively fed into the pressure cell. These four liquids, that is, a gel, a buffer solution, an acidic solution, and a basic solution are held in separate containers 336, 338, 340, and 342, respectively. Additional containers holding similar liquids can be held for backup or connected in series with the containers to increase the total feed rate.
[0070]
The waste liquid valve 328, the shut-off valve 330, the pump 332, and the multiple valve manifold 334 are all under the command of a controller, preferably a microcomputer. That is, the contents of the internal cavity of the pressure cell are regulated by this controller. Such a controller can accept input from various pressure and temperature monitors and other sensors to prevent damage to the pressure cell 320.
[0071]
During operation, the internal cavity of pressure cell 320 is filled by pump 332. Thereby, the fed liquid is forcibly sent to the second capillary end communicating with the internal cavity of the pressure cell 320. The first capillary end array and pressure cell 320 can be filled with the appropriate fluid in the appropriate sequence to perform the electrophoretic operation described above with respect to the apparatus of FIG.
[0072]
After the analysis, the pressure cell and capillary tube are regenerated and ready for the next analysis. This is accomplished by flushing the gel and sample from all capillary tubes simultaneously. However, pressures on the order of several thousand psi are applied using the pressure cell 320. These increased pressures allow viscous gels to be expelled from capillary tubes more rapidly. This allows the cycle time between analyzes to be reduced to about 1 to 2 hours, including the regeneration operation.
[0073]
FIG. 8 shows an exploded cross-sectional view of a pressure cell 350 similar to the pressure cell 286 of the cartridge 280. Like the other pressure cells, this pressure cell 350 is preferably made from aluminum or stainless steel. The pressure cell 350 includes a threaded inlet 352 that is formed in the top surface 354 of the upper portion 356. This top includes a second mounting plate. The pressure cell 350 is further provided with a threaded outlet 358 on the bottom surface 360 of its lower part 362. A high pressure pipe attachment member can be threaded into these threaded inlet 352 and threaded outlet 358.
[0074]
These upper part 356 and lower part 362 are held together by a plurality of bolts (not shown). These bolts are inserted through bolt holes 368 formed along the periphery of the bottom surface 360 of the lower portion 362. These bolts are then screwed into corresponding threaded holes 370 formed in the bottom surface 372 of the upper portion 356. An O-ring 364 is partially inserted into a rectangular groove 366 formed in the second mounting plate 356. O-ring 364 acts as a seal between upper portion 356 and lower portion 362. Instead of the O-ring, a gasket or the like can be used to act as a seal.
[0075]
An internal cavity 374 is formed in the central portion formed between the upper portion 356 and the lower portion 362 of the pressure cell 350. A plurality of plate holes 376 are formed in the upper part (second mounting plate). For simplicity, a plurality of plate holes 376 are shown only on one side of the upper portion 356 in FIG. However, it should be understood that there is naturally also on the other side of the upper portion 356. The plate hole 376 extends from an inclined surface 378 formed in the upper portion 356 to the internal cavity 374.
[0076]
Capillary tube 380 is retained in these plate holes 376 and its second end 382 communicates with internal cavity 374. Each capillary is fitted into a PEEK polymer tube, which extends from the point in each plate hole near the internal cavity 374 to the outside of the bevel 378. However, for simplicity, this PEEK polymer tube is not shown in FIG. In addition, you may make it insert the needle which consists only of a capillary tube or a capillary tube, a PEEK tube, and a cannula into each plate hole 376 by adjusting the dimension.
[0077]
As described above, both end portions of the plate hole 376 are sealed (sealed) using a UV curable epoxy sealant, and the airtight and liquid tightness of the plate hole 376 is maintained. For pressure cells, the end 384 of each plate hole near the internal cavity 374 is tapped or roughened. This provides a surface to which the epoxy sealant easily adheres during assembly.
[0078]
The liquid held in the internal cavity 374 is in contact with the material forming the internal cavity. When this liquid further contacts the second capillary end 382, the electrical connection between the internal cavity 374 of the pressure cell 350 and the first capillary end secured to the first mounting plate is complete. That is, by grounding the pressure cell 350 via a contact provided thereon, the internal cavity 374 is grounded, and a circuit necessary for electrophoresis is completed. Alternatively, since the pressure cell 350 is electrically insulated from the base member on which it is mounted, the potential of the pressure cell 350 may be floated. This allows a high voltage to be applied to the pressure cell 350 rather than to the needle associated with the first capillary end.
[0079]
FIG. 9 shows another arrangement for the plate holes 390 in the second mounting plate 392 having a top surface 394 and an inlet 396. Each set 398 of three plate holes is offset at an angle relative to the center of the top surface 394. This provides the maximum spacing between the plate holes. From the viewpoint of structural integrity, such an arrangement is preferable to the arrangement in which the plate holes are radially arranged as shown in FIG. 6B.
[0080]
FIG. 10 shows an electrophoresis apparatus 400 designed to be used with a capillary cartridge formed as shown in FIGS. The device includes a user interface 402 (shown as a video display terminal and keyboard) that is in communication with a controller 404 (preferably a microprocessor-based computer or the like). The user interface 402 allows the user to input commands, receive status information, and observe collected data.
[0081]
The apparatus 400 further includes a data computing computer 406 that receives, stores, and processes video signals from the CCD camera 408. The data calculation computer 406 is provided with optical read / write data storage means 410 and / or magnetic read / write data storage means 412. The data calculation computer 406 is provided with signal and image processing software so that signal data from the CCD camera 408 can be analyzed. The data computing computer 406 is connected to the controller 404, and responds to requests from the controller 404, and exchanges data and control information as necessary.
[0082]
The apparatus 400 further comprises a high voltage electricity supply 414 that can apply the required voltage across the ends of the capillary tube. The operation of the high voltage electricity supply unit is instructed by the controller 404.
[0083]
The controller 404 directs the operation of a pump interface 416 that includes a number of electronic switches. This pump interface 416 regulates the operation of the solenoid valve 418. The solenoid valve 418 connects a gas inlet 420 connected to an inert gas source such as a pressurized helium tank to the chamber 422. The pump interface 416 further regulates the operation of the high pressure liquid chromatography (HPLC) pump 426. Under the direction of the controller, the HPLC pump 426 transfers the liquids in the containers 428, 430, 432, and 434, that is, gel, buffer, acid, and base, to the pressure cell 436 of the cartridge 438 through the multi-valve manifold 440. It is designed to supply selectively.
[0084]
A carousel 442 having a plurality of platforms is rotated by a rotor 444. A platform 448 positioned below the first mounting plate is moved up and down by an elevating means 446 such as a hydraulic pump. This moves the microtiter tray 450 on the platform 448 toward or away from the capillary end array as described above. The rotor 444 and the lifting / lowering means 446 are connected to the controller 404 and driven by the controller 404.
[0085]
The apparatus 400 further includes a light source 452 (preferably a laser), and irradiates the capillary tube 454 according to instructions from the controller 404. That is, the light source 452 irradiates the capillary tube 454 from below through the opening of the base member of the cartridge 438 as described above. Since the detection of the capillary band is performed in a dark place, the light shroud 456 covers the camera 408, the light source 452, and at least the window region of the capillary tube 454.
[0086]
During operation, capillary tube 454 is first cleaned and then filled with gel via pressure cell 436 by driving pump 452. This pump 452 is switched off. Next, the platform 448 that supports the microtiter tray 450 that holds the sample is raised by the elevating means 446. This creates a seal between the platform 448 and the lower surface of the chamber 422. Further, this immerses the first capillary end in the well of the microtiter tray 450. Chamber 422 is sealed, solenoid valve 418 is released, and pressurized helium gas is introduced through inlet 420. This applies a uniform positive pressure on the order of 30 psi into each well of the microtiter tray 450 to force at least a portion of the sample into the first capillary end. As mentioned above, a high voltage may be applied for this purpose for a short time. The platform 448 is lowered, the carousel 442 is rotated, and the microtiter tray 450 filled with buffer is moved under the first capillary end. The buffer tray is then raised, the first capillary end is immersed in the buffer, the pressure cell 436 is filled with the buffer, and the second capillary end is similarly contacted with the buffer. Thereafter, the high voltage source 414 is switched on and an electrophoretic test is performed. A light source 452 and a camera 408 are used, and band inspection in all capillary tubes 454 is performed simultaneously. Video signal data from the camera 408 is processed and stored in the computer 406. This processed data is then displayed on the user interface 402. After this inspection, the cartridge 438 is regenerated (i.e. cleaned) and is ready for the next inspection.
[0087]
The configuration of the carousel device shown in FIG. 5 has a problem of buffer contamination. As shown in FIG. 5, there are six sample trays 214 and one buffer tray 216 on the first carousel 206. After the sample is introduced from the sample tray 214 on the first carousel 206 through the first capillary end (hidden in FIG. 5), the sample tray 214 is lowered and both carousels 206, 207 rotate. Both buffer trays 216, 226 are placed under the corresponding needle arrays 202, 204, respectively, and a potential difference is applied between the two needle arrays 202, 204 to perform electrophoresis. While the first capillary end (hidden in FIG. 5) is in contact with the buffer tray 216, some of the DNA sample from the first capillary end is diffused into the buffer tray 216 and the buffer tray. 216 is contaminated. This contamination adversely affects the accuracy of electrophoretic testing after using DNA samples from other sample trays 214. This is because the same buffer tray 216 used in the previous test is used in the subsequent electrophoretic test.
[0088]
The problem with this contamination is that the sample tray 214 is replaced with a buffer tray 216 until a one-to-one match is obtained between the set of sample trays 214 and the set of buffer trays 216 on the first carousel 206. Can be avoided. With this arrangement, each sample tray 214 has a single corresponding buffer tray 216. Although this arrangement can avoid contamination problems, it adversely affects the capacity of the first carousel. Assuming that the first carousel 206 has eight platforms, there is a one-to-one correspondence between the set of sample trays 214 and the set of buffer trays 216 to avoid the contamination problem. Attempting to obtain this first carousel 206 can only have a maximum of three sample trays 214.
[0089]
FIG. 11 shows a stacked dual carousel device in the sequencer module 600, which achieves a one-to-one match between the set of sample trays 214 and the set of buffer trays 216 without compromising system capabilities. And avoid the problem of contamination. The stacked dual carousel device includes an upper carousel 601 and a lower carousel 602 that are aligned and spaced along a common axis.
[0090]
As a preferred example, both carousels 601, 602 have seven sites 618 for receiving microtiter trays 214, 216 and one large notch 620 for passing microtiter trays 214, 216. Have. The large notch 620 in the upper carousel 601 is adapted to allow the tray initially placed at the site 618 of the lower carousel 602 to pass through the upper carousel 601 to the needle array 603.
[0091]
As an example, a sample tray 214 is held in the upper carousel 601, and a buffer solution tray 216 corresponding to the sample tray 214 is held in the lower carousel 602. FIG. 12A shows the placement of this tray on the lower carousel 602. In this tray arrangement, the lower carousel 602 can hold six buffer trays 216 and one waste tray 224. The upper carousel 601 can hold six sample trays 214. As a preferred example, each carousel can comprise six sample trays, six buffer trays, one drain tray, and one water tray. This water tray is provided for rinsing the capillary and the first end of the electrode. However, the number of each type of tray provided on the carousel varies depending on the size difference of commercially available microtiter trays.
[0092]
Each of the carousels 601 and 602 in the stacked dual carousel apparatus is provided with a rotor 604 and a motor 608 for selectively rotating the carousels 601 and 602 at selected angular positions. Specifically, the motor 608 selectively rotates the carousels 601 and 602 to place an arbitrary portion 618 in which the sample tray 214, the buffer solution tray 216 or the waste solution tray 224 is stored under the needle array 603. The motor 608 is controlled by the controller 404 to selectively rotate the carousels 601 and 602 toward a predetermined angular position.
[0093]
As a preferred example, this stacked dual carousel device is provided with a motor 608 for each carousel 601, 602. The motor 608 is a stepper motor and is available from Pacific Scientific (Wilmington, Mass.). As another example, this laminated dual carousel device is provided with a DC motor 608 and a clutch mechanism for selectively engaging and rotating the carousels 601 and 602.
[0094]
The angular positions of the two carousels are automatically detected. For this reason, each carousel 601, 602 is further provided with an encoder 612 that is operatively engaged with the rotor 604. The encoder 612 senses the angular position data of the rotor 604 and transmits it to the controller 404. As a preferred example, this encoder 612 (eg, model number AG612XKRR; Stegman Corporation; Bandalia, Ohio) includes an optical sensor and has a 2048 pulse resolution value.
[0095]
This angular position can be detected by arranging holes (holes) 613 linearly adjacent to each part along the periphery of the carousel. For a carousel with eight sites, one lead hole, three coded holes and a tail hole are provided. This lead hole and tail hole merely indicate that a coded hole may exist between them. Each of these three coded holes may be present or absent. This allows coding for 8 = 2x2x2 sites. These holes (holes) are illuminated by LEDs disposed on the upper carousel 601. That is, LED light passes through these holes and is detected by a carousel position detector located below the lower carousel 602. The carousel position detector generates angular position data from a series of holes through which LED visible light is transmitted and communicates this data to the controller 404.
[0096]
The controller 404 uses the angular position data from any of the above examples to determine the rotational position of each carousel 601, 602, and selectively rotates each carousel 601, 602 by the motor 608 to a predetermined angular position. Arrange. More specifically, the controller 404 uses the position data to compensate for the rotational momentum of the carousels 601 and 602 that initially cause the carousels 601 and 602 to exceed a predetermined angular position.
[0097]
The stacked dual carousel arrangement further comprises a DC motor 605, which has a movable member and allows the selected trays 214, 216, 224 to move to the needle array 603 along a common axis as required. Move to move freely. In addition, the controller 404 moves the selected trays 214, 216, and 224 along the common axis via the DC motor 605.
[0098]
The DC motor 605 includes an ammeter and measures the current drawn by the DC motor 605. When a DC motor encounters a load, the current drawn by the motor increases, causing its movable member to move continuously. Accordingly, when the trays 214, 216, and 224 reach the needle array 603 while being raised, or when the trays 214, 216, and 224 are lowered and reach the carousels 601 and 602, the current rapidly increases. When this sudden increase in current is detected, the controller 404 operates to stop the DC motor, assuming that the trays 214, 216, and 224 have reached the correct positions.
[0099]
In the preferred example shown in FIGS. 12a and 12b, the diameter and thickness of each carousel 601 and 602 is 23.5 inches and 3/8 inch, respectively. Further, each carousel 601, 602 has a circular hole 610 having a diameter of 1.375 inches in the center, and can receive the rotor 604. Each carousel 601 and 602 is provided with four holes 611 having a diameter of 5/16 inch at equal intervals along the circumference of a circle concentric with the center of the carousels 601 and 602 having a diameter of 4 inches. The carousels 601 and 602 are bolted to the bearing assembly fixed to the drive shaft through these four holes 611 so that the carousels 601 and 602 are balanced on the bearing assembly so that controlled rotation is possible. It has become.
[0100]
In a preferred example, two rectangular openings 613, 614 form a plurality of portions 618 on each carousel 601, 602. The sizes of the openings on the upper surface 613 of the carousels 601 and 602 are slightly larger than the sizes of the trays 214, 216 and 224. The length and width of the top opening 613 are, for example, 5.95 inches and 4.187 inches, respectively. The sizes of the openings on the bottom surfaces 614 of the carousels 601 and 602 are slightly smaller than the sizes of the trays 214, 216 and 224. As described above, the size of the bottom opening 614 is slightly reduced, so that the peripheral portions of the trays 214, 216, and 224 are placed on the portion 618. The length and width of the bottom opening 614 are, for example, 5.45 inches and 3.687 inches, respectively. A recess 615 is formed in each part 618 on each carousel 601, 602 to match the tabs (ears) of the trays 214, 216, 224 to ensure correct orientation.
[0101]
In a preferred example, the notch 620 is an opening entirely delimited by carousels 601 and 602. In this example, the movable member of the motor 605 moves within the periphery of the carousels 601 and 602 so as to avoid hitting the carousels 601 and 602. This is because the opening is entirely divided by carousels 601 and 602.
[0102]
In another example, the notch 620 is partially separated by carousels 601 and 602 and is not separated along the periphery of the carousels 601 and 602. In this example, the movable member of the motor 605 need not move within the periphery of the carousels 601, 602 to avoid hitting the carousels 601, 602. This is because the opening is not divided along the periphery of the carousels 601 and 602. Therefore, the movable member of the motor 605 may be movable outside the periphery of the carousels 601 and 602 in this example.
[0103]
The sequencer module 600 (FIG. 11) also includes the various members described above that are operated in conjunction with a stacked dual carousel device to perform electrophoresis. These members include a CCD camera 408, a laser 452, a high pressure chamber 422, an array of capillary tubes 454, an enclosure that forms the optical window region 130 and the refrigerant region 300. Hereinafter, the solvent / gel transfer module 800 described with reference to FIGS. 14A to 14C sends the solvent or gel to the sequence module 600 via the solvent / gel inlet 606.
[0104]
FIG. 13 illustrates the operation of the stacked dual carousel apparatus described in FIGS. 11, 12A and 12B. As detailed below in FIGS. 14A-C, after the solvent / gel transfer module 800 has filled the capillary array 454 with gel in step 705, the controller 404 drives the motor 608 and rotor 604, which The carousel 602 rotates to place the notch 620 below the needle array 603 in step 700.1, preventing the trays 216, 224 on the lower carousel 602 from moving vertically in a subsequent step 700.2. ing. Controller 404 further sends commands to motor 608 and rotor 604 to rotate upper carousel 601 and place sample tray 214 under needle array 603 at step 700.1.
[0105]
In step 700.2, the controller 404 drives the motor 605 to move the sample tray 214 of the upper carousel 601 toward the needle array 603 along the common axis. In step 700.3, the controller 404 increases the gas pressure in the high pressure region 422 or a voltage is applied to transfer the sample from the sample tray 214 to the capillary array 454. In step 700.4, the controller 404 drives the motor 605 to move the sample tray 214 away from the needle array 603 along the common axis.
[0106]
As shown in FIG. 13, feedback is provided from the stacked dual carousel device to the controller 404 to ensure that the controller 404 issues its command at the correct time. For example, encoder 612 operatively engaged with rotor 604 sends feedback to controller 404 indicating position 1 of carousels 601, 602. However, until the carousel position feedback 1 indicates that the sample tray 214 on the upper carousel 601 is below the needle array 603, the controller 404 moves the sample tray 214 to the capillary inlet 603 in step 700.2. The command is not transmitted to the motor 605.
[0107]
Similarly, the ammeter of the motor 605 sends feedback to the controller 404 indicating the vertical position of the sample tray 2. However, until the tray position feedback 2 indicates that the sample tray 214 has been moved below the needle array 603, the controller 404 does not transmit a command to move the sample to the capillary array 454 in step 700.3. .
[0108]
The pressure transducer in the high pressure region 422 transmits the pressure value in this region (valve state 3) to the controller 404. However, until valve status feedback 3 indicates that the valve in high pressure region 422 is in the correct position, controller 404 moves sample tray 214 away from capillary tube inlet 603 via motor 605 in step 700.4. Does not transmit a command to Finally, controller 404 introduces buffer into capillary array 454 at step 701 until tray position feedback 2 determined by the ammeter of motor 605 indicates that sample tray 214 has returned to upper carousel 601. Does not communicate instructions for
[0109]
Following completion of step 700 as indicated by tray position feedback 2, sequence module 600 introduces buffer into capillary array 454 at step 701. In step 701.5, the controller 404 drives the motor 608 and the rotor 604 to rotate the upper carousel 601 so that the notch 620 is positioned below the needle array 603. In Step 701.5, the controller 404 drives the motor 608 and the rotor 604 to rotate the lower carousel 602 so that the buffer tray 216 is disposed under the needle array 603.
[0110]
In step 701.6, the controller 404 drives the motor 605 to move the buffer solution tray 216 from the lower carousel 602 to the needle array 603 via the notch 620 of the upper carousel 601. In step 701.7, the ultrasonic transducer is activated by the controller 404 to rinse the capillary tube inlet 603.
[0111]
In step 701, feedback is made from the stacked dual carousel device to the controller 404 to ensure that the controller 404 issues its command at the correct time. That is, the encoder 612 sends feedback indicating the position 5 of the lower carousel 602 and the position 5 of the upper carousel 601 to the controller 404. However, until the carousel position feedback 5 indicates that the notch 620 of the upper carousel 601 and the buffer tray 216 of the lower carousel 602 are below the needle array 603, the controller 404 in step 701.6 A command for moving 216 to the capillary tube inlet 603 is not transmitted to the motor 605.
[0112]
Similarly, the ammeter of motor 605 sends feedback to controller 404 indicating the vertical position of buffer tray 216. However, until the tray position feedback 6 indicates that the buffer tray 216 has been moved below the needle array 603, the controller 404 does not transmit a command to operate the ultrasonic transducer in step 701.7. Finally, the ultrasonic transducer sends feedback indicating the condition to the controller 404. The controller 404 does not initiate electrophoresis at step 702 until the transducer state 7 indicates that the capillary inlet 603 has been rinsed.
[0113]
The stacked dual carousel device regenerates the capillary array 454 at step 704 as described below in the description of the solvent / gel transfer module of FIGS. In step 704.15, the controller 404 drives the motor 608 and the rotor 604 to rotate the upper carousel 601 so that the notch 620 is positioned below the needle array 603. In step 704.15, the controller 404 drives the motor 608 and the rotor 604 to rotate the lower carousel 602 so that the waste liquid tray 224 is disposed under the needle array 603. In Step 704.16, the controller 404 drives the motor 605 to move the waste liquid tray 224 from the lower carousel 602 to the needle array 603 via the notch 620 of the upper carousel 601.
[0114]
In a preferred example, as previously described in the description of the stacked dual carousel device, the controller 404 issues commands to members of the electrophoresis device to operate electrophoresis and DNA analysis. Therefore, the controller 404 operates the operations listed in the left column of FIG. Data processing computer 406 is exclusively used to process data obtained from the execution of DNA analysis (step 703). This is because DNA data processing is of typical computer intensive nature. Accordingly, the data processing computer 406 operates the operations listed in the right column of FIG. Controller 404 and data processing computer 406 are connected to a local area network and are connected via a data processing user equipment interface 706.
[0115]
14A-C illustrate a solvent / gel transfer module 800 that is used to regenerate the capillary array 454 and refill the capillary array 454 with gel after DNA analysis. 14A is a front view of the solvent / gel transfer module 800, FIG. 14B is a side view thereof, and FIG. 14C is a rear view thereof. During DNA analysis, the sample is moved from right to left through capillary array 454 from capillary inlet 603 in FIG.
[0116]
During the regeneration of the capillary, the solvent is moved from the left to the right from the solvent containers 801 to 803 shown in FIG. 14A through the solvent / gel inlet 606 of FIG. 11 and further through the capillary array 454 of the sequence module 600 of FIG. The Similarly, while the capillary array 454 is refilled with gel, the gel passes from the gel syringe 804 shown in FIG. 14B through the solvent / gel inlet 606 of FIG. 11 and further through the capillary array 454 of the sequence module 600 of FIG. Move from left to right.
[0117]
The solvent containers 801, 802, and 803 contain methanol, water, and soap water, respectively. A feeder tube 806 in each solvent container 801-803 transfers the solvent toward the HPLC pump and washing solvent system 807. Similar to the previous example, the cleaning solvent system 807 includes a high pressure cell (HP cell) that produces a pressure increase for more rapid regeneration of the capillary array 454.
[0118]
Support rail 808 provides the necessary structure to hold the components of solvent / gel transfer module 800. These members include solvent containers 801-803, gel syringe 804, HPLC pump, wash solvent system 807 and controller 404. The controller 404 regenerates the capillary array 454 via other members of the solvent / gel transfer module 800 and refills the capillary array 454 with the gel material.
[0119]
15A to 15C explain the gel syringe 804 shown in FIG. 14B in more detail. In contrast to the solvent in solvent containers 801-803, the gel is too viscous to be pumped. Therefore, the gel syringe 804 is used for transferring the gel in the electrophoresis apparatus. The gel syringe 804 includes a gel tube carriage 891 and holds a gel cartridge that stores the gel substance 892 therein. Since this gel cartridge is of a disposable type, the capillary array 454 can be removed from the gel tube carriage 891 after refilling with gel material and used in subsequent electrophoresis and DNA analysis runs. Replaced with a new gel cartridge.
[0120]
The stepper motor linear actuator 893 has a movable actuator shaft 897 with a pressing member 898. The pressing member 898 has a front surface in contact with a Teflon plunger 894 disposed at one end of the gel syringe 804, and the gel substance is removed via a syringe cap 899 and a high-pressure attachment member 895 provided at the other end of the gel syringe 804. It is designed to be distributed. The controller 404 shown in FIG. 14C selectively drives the stepper motor linear actuator 893 to control gel transfer. A cylindrical tube 896 forms the outer structure of the gel syringe 804. The O-ring prevents gel material 892 from leaking around Teflon plunger 894 as it moves toward high pressure mounting member 895.
[0121]
In a preferred example, a stepper motor linear actuator (available from AMSI Corporation, Smithtown, NY) can output 140 pounds of linear force and can discharge 10 mL of gel with 6,000 pulses. The cylindrical tube 896 is made of standard acrylic resin, and the syringe cap 899 is made of stainless steel. This high pressure mounting member 895 is available from Swagelock.
[0122]
FIG. 16 shows the gel syringe 804 and HPLC wash solvent system 807 combined with the solvent / gel transfer module 800. The solvent manifold 850 has three inlets from the feeder tubes 806 of the solvent containers 801 to 803 connected to the outlets. A feeder tube 806 from the solvent containers 801 to 803 is connected to the inlet of the solvent manifold 850 by a tube 860. The controller 404 shown in FIG. 14C controls the solvent manifold 850 to select one solvent from the three solvent containers 801-803. The inlet of the HPLC pump 807 is connected to the outlet of the solvent manifold 850 via the tube 861, and the outlet of the HPLC pump 807 is connected to the inlet of the valve manifold 851 via the tube 862.
[0123]
The valve manifold 851 connects two inlets and outlets. One inlet of the valve manifold 851 is connected to the gel syringe 804 via the tube 863, and the other inlet of the valve manifold 851 is connected to the outlet of the HPLC pump 807. The outlet of the valve manifold 851 is connected to the solvent / gel inlet 606 via a tube 864. The controller 404 shown in FIG. 14C is configured to select either the inlet connected to the gel syringe 804 or the inlet connected to the HPLC pump 807 via the valve manifold 851.
[0124]
In a preferred example, the tube 860 connecting the feeder tubes 806 of the solvent containers 801-803 to the inlet of the solvent manifold 850 is a standard 1/8 inch diameter Teflon tube. A tube 861 connecting the outlet of the solvent manifold 850 to the inlet of the HPLC pump 807 is a PEEK tube having a diameter of 1/16 inch. Further, a tube 861 connecting the outlet of the solvent manifold 850 to the inlet of the HPLC pump 807, a tube 862 connecting the outlet of the HPLC pump 807 to the inlet of the valve manifold 851, and the gel syringe 804 are connected to the inlet of the valve manifold 851. The connected tube 863 and the tube 864 connecting the outlet of the valve manifold 851 to the solvent / gel inlet are PEEK tubes having a diameter of 1/16 inch.
[0125]
In a preferred example, this HPLC pump 807, available from Alltech Corporation (Model No. 301300), has a non-metallic pump head. The valve manifold 851 available from All-Tech Corporation (Model No. 97500) is a non-metallic valve.
[0126]
FIG. 13 illustrates the operation of the solvent / gel transfer module 800 shown in FIGS. 14A and 16. Following the DNA analysis in step 703, the precise rotational position of the carousels 601, 602 in step 704.15, and the precise movement of the waste tray in step 704.16, the controller 404 in step 704.17 causes the solvent / gel transfer module 800 to be used. Is driven, and the used gel is discharged from the capillary array 454 through the HP cell.
[0127]
To drain the spent gel, the controller 404 selects the inlet from the water container 802 via the solvent manifold 850 and the inlet from the HPLC pump 807 via the valve manifold 851, as shown in FIG. Is selected. The HPLC pump 807 transfers water from the solvent manifold 850 through the valve manifold 851 to the HP cell, creating a pressure increase for more rapid regeneration of the capillary array 454 as described above. Waste tray 852 that has been correctly moved in step 704.16 collects spent gel from capillary array 454.
[0128]
After the gel is removed from the capillary array 454, the solvent / gel transfer module 800 is driven by the controller 404 in step 704.18, and the rinsing liquid is passed through the capillary array 454 through the HP cell. To perform this rinse, the controller 404 selects the inlet from the methanol container 801 via the solvent manifold 850 and the inlet from the HPLC pump 807 via the valve manifold 851 as shown in FIG. The The HPLC pump 807 transfers methanol from the solvent manifold 850 through the valve manifold 851 to the HP cell, creating a pressure increase for faster rinsing of the capillary array 454 as described above. Waste tray 852 that has been correctly moved in step 704.16 collects spent solvent from capillary array 454.
[0129]
After the capillary array 454 is rinsed with methanol, the controller 404 drives the solvent / gel transfer module 800 and rinses the capillary array 454 with the soap solution from the container 803. To perform this rinse, the controller 404 selects the inlet from the soap container 803 via the solvent manifold 850 and the inlet from the HPLC pump 807 via the valve manifold 851, as shown in FIG. The The HPLC pump 807 transfers soap solution from the solvent manifold 850 through the valve manifold 851 to the HP cell, creating a pressure increase for faster rinsing of the capillary array 454 as described above. Waste tray 852 that has been correctly moved in step 704.16 collects spent solvent from capillary array 454. Further, the solvent / gel transfer module 800 is driven by the controller 404 and the regeneration process using the solvent from the three solvent containers 801 to 803 is continued until the capillary array 454 is cleaned.
[0130]
As shown in FIG. 13, feedback is provided from the solvent / gel transfer module to the controller 404 to ensure that the controller 404 issues its command at the correct time. For example, the controller 404 does not drive the solvent / gel transfer module 800 to pass the rinsing liquid through the capillary array 454 until the HP pump status feedback 17 indicates that the gel has been ejected from the capillary array 454. . Similarly, controller 404 issues a command to refill capillary array 454 with gel material in step 705 until HP pump status feedback 18 indicates that capillary array 454 has been rinsed with methanol and soapy water. There is no.
[0131]
In the preferred embodiment, controller 404 determines HP pump status feedback 17. The controller 404 calculates the amount of solution passing through the capillary array 454 from the HP pump flow rate specified by the manufacturer, and calculates the elapsed time since the pump was started, thereby providing HP pump status feedback. 17 is determined.
[0132]
Following capillary regeneration in step 704, the controller 404 drives the solvent / gel transfer module 800 in step 705.19 to refill the capillary array 454 with a new gel via the HP cell. To refill the capillary array 454 with a new gel, the controller 404 selects the inlet from the gel syringe 804 via the valve manifold 851, as shown in FIG. The gel syringe 804 transfers the gel to the HP cell via the valve manifold 851, creating a pressure increase for faster refilling of the capillary array 454 as described above. Waste tray 852 that has been correctly moved in step 704.16 collects any solvent or gel that exits capillary array 454 in step 705.19.
[0133]
After the HP cell and capillary array 454 are filled with gel in step 704.18, the process can be continued in one or two ways. As an example, the gel in the HP cell can be used as a buffer in electrophoresis after step 702. In this case, the process continues with step 705.20. As another example, prior to step 705.20, controller 404 drives solvent / gel transfer module 800 to transfer gel from the HP cell and fill the HP cell with buffer using the same process as step 704. Let
[0134]
The laminated dual carousel is allowed to participate in the remaining operations of step 705. In step 705.20, the controller 404 rotates the upper carousel 602 via the rotor 604, and moves the notch 620 below the needle array 603. Further, in Step 705.20, the controller 404 rotates the lower carousel 604 through the rotor 604, and moves the buffer tray 216 below the needle array 603. In Step 705.21, the controller 404 moves the buffer tray 216 from the lower carousel 602 to the needle array 603 through the large opening of the upper carousel 601 via the motor 605.
[0135]
Step 705 is completed with the step of equilibrating the capillary array 454 and circulating the buffer solution through the capillary array 454 (step 705.22). Due to the pulling difference through the capillary array 454, bubble and pressure differences are generated in the gel in the capillary array 454 during gel transfer in step 705.19. Step 705.22 removes this pressure difference and bubbles, which is accomplished by equilibrating the capillary array 454 and circulating a buffer through the capillary array 454. This technique is similar to the electrophoresis in step 702, except that DNA is clearly present in the electrophoresis in step 702, whereas in step 705.22, there is no DNA in the capillary array 454. . Specifically, a voltage is applied across the capillary array 454 to induce gel relaxation and buffer movement through the capillary array 454. After circulating the buffer through the capillary array 454 at step 705.22, the process for the next DNA analysis beginning with introducing the sample at step 700 is repeated.
[0136]
As shown in FIG. 13, as in step 704, feedback from the solvent / gel transfer module to the controller 404 is continued in step 705. The controller 404 processes this feedback to ensure that the command is issued at the correct time. For example, the controller 404 does not issue any command beyond step 705.19 until the gel syringe feedback 19 indicates that the capillary array 454 is filled with a new gel. Similarly, controller 404 will not issue a command to rotate upper carousel 601 and lower carousel 602 in step 705.20 until HP pump status feedback 19 indicates that the gel has been fed into capillary array 454. .
[0137]
In a preferred embodiment, controller 404 determines gel syringe feedback 19. That is, the gel syringe feedback 19 is determined by calculating the amount of the solution passing through the capillary tube array 454 from the replacement speed of the gel syringe and calculating the elapsed time since the gel syringe is started.
[0138]
Similarly, at step 705, the encoder that is operatively engaged with the rotor 604 sends feedback to the controller 404 indicating the position of the carousel 20. However, until the carousel position feedback 20 indicates that the large opening in the upper carousel 601 and the buffer tray 216 in the lower carousel 602 are located below the needle array 603, the controller 404 buffers in step 705.21. A command for moving the liquid tray 216 is not issued.
[0139]
The ammeter of the motor 605 also sends feedback indicating the vertical position of the buffer tray 216 to the controller 404. However, until the tray position feedback 21 indicates that the buffer tray 216 has been moved to the needle array 603, the controller 404 does not transmit a command to circulate the buffer to the capillary array 454 at step 705.22. . Finally, the controller 404 accepts feedback on the high voltage state of the capillary tube current 22. Note that the controller 404 does not proceed to step 700 for introducing the next DNA sample until this high voltage state 22 indicates that the buffer is circulating through the capillary array 454.
[0140]
FIG. 17 shows an off-line capillary regenerator 900 that is used to periodically thoroughly clean the capillary cartridge 909. To completely clean the capillary cartridge 909, the operator removes it from the automated electrophoresis system and attaches it to the off-line capillary regenerator 900. Therefore, the operator can attach another clean capillary cartridge 909 to the automatic electrophoresis system and perform DNA analysis using this capillary cartridge, while the previously used capillary cartridge 909 is replaced with an offline capillary regenerator. Thoroughly clean at 900. The complete cleaning of the capillary cartridge takes 20 to 30 minutes, but since there is no need to wait for the complete cleaning of the capillary cartridge 909 during the continuous execution of the DNA analysis, the offline capillary regenerator is an automated electrophoresis This will improve system throughput.
[0141]
This offline capillary regenerator 900 is a low-cost and simplified version of the solvent / gel transfer module 600 described above with reference to FIG. This is because it does not include all items included in the solvent / gel transfer module 600. For example, this off-line capillary regenerator 900 does not have a camera, laser or gel syringe. Further, the off-line capillary regenerator 900 does not include a gel syringe for gel transfer. This is because if the gel is sent off-line before the capillary cartridge is moved off, undesired hardening of the gel may occur at the end of the capillary array 454 while moving the capillary cartridge from the off-line capillary regenerator 900 to the automatic electrophoresis system. It is because it may occur. The simplicity of this off-line capillary regenerator 900 provides the advantage of increasing system throughput at low cost.
[0142]
The solvent containers 901, 902, and 903 contain methanol, water, and soapy water, respectively. A feeder tube 906 in each of the solvent containers 901 to 903 transfers the solvent toward the solvent manifold 905. This solvent manifold 905 connects three inlets to one outlet. The three inlets of the solvent manifold are connected to the feeder tubes 906 of the solvent containers 901-903, establishing a one-to-one correspondence between the set of inlets and the set of feeder tubes 906.
[0143]
The HPLC pump 906 has one inlet that is connected to the outlet of the solvent manifold, and the HPLC pump 906 has one outlet that is connected to the solvent inlet 907 at one end of the capillary cartridge 909. ing. The off-line capillary regenerator 900 also has an HP cell, similar to the solvent / gel transfer module 600 described in FIG. 14A, causing a pressure increase for more rapid regeneration of the capillary cartridge 909. The controller also controls the operation of the solvent manifold 905 and the HPLC pump 906. A waste container 904 collects waste liquid during capillary regeneration at the other end of the capillary cartridge 909.
[0144]
In the preferred example, the controller is a simple low-cost digital signal processing system that accepts status feedback and issues commands to the HPLC pump 906 and solvent manifold 905 in a predetermined order as described below. Alternatively, the off-line capillary regenerator may be managed by executing a simple control program using a general-purpose computer such as a personal computer.
[0145]
After the operator installs the capillary cartridge 909 in the off-line capillary regenerator 900, the internal controller selects the inlet from the water container 901 via the solvent manifold, and the HPLC pump 906 is activated. The HPLC pump 807 transfers water from the solvent manifold 850 to the HP cell, producing a pressure increase for faster regeneration of the capillary cartridge 909 as before. A waste container 904 that has been correctly moved in advance collects the used gel from the capillary cartridge 909.
[0146]
After the gel is removed from the capillary cartridge 909, the capillary cartridge 909 is rinsed using methanol by the offline capillary regenerator 900 via the HP cell. First, the controller selects the inlet from the methanol container 902 via the solvent manifold 905. The HPLC pump 906 transfers methanol from the solvent manifold 905 to the HP cell, creating a pressure increase for more rapid regeneration of the capillary cartridge 909. The waste liquid container 904 that has been correctly moved in advance collects the used solvent from the capillary cartridge 909.
[0147]
Next, the capillary cartridge 909 is rinsed with soap water from the container 903 through the HP cell by the off-line capillary regenerator 900. First, the controller selects the inlet from the soap container 903 via the solvent manifold 905. The HPLC pump 906 transfers soapy water from the solvent manifold 905 to the HP cell, creating a pressure increase for faster rinsing of the capillary cartridge 909. The waste liquid container 904 that has been correctly moved in advance collects the used solvent from the capillary cartridge 909. The controller 404 drives the off-line capillary regenerator 900, and the regeneration process using the solvent from the three solvent containers 801 to 803 is repeated until the cleaning of the capillary array 454 is completed.
[0148]
FIG. 18 illustrates another preferred example of the capillary cartridge 1180. In this example, a capillary tube extends from a first end 1188 disposed within the electrode / capillary array 1181. These capillary tubes then pass inside the multi-lumen tube 1183. This multi-lumen tube is described in detail in US patent application Ser. No. 08 / 866,308, which is hereby incorporated by reference. The multiple lumen tube 1183 is held at a predetermined position by a tube holder 1185. In addition, these capillary tubes pass through the optical detection region 1187 without protection by a multi-lumen tube. Beyond the optical sensing region 1187, the capillary tubes have a common end, are bundled together, and are secured in a high pressure T-shaped mounting member 1182 made of a conductive material. The attachment member 1182 is grounded during electrophoresis.
[0149]
The tube holder 1185 and the T-shaped attachment member 1182 are fixed to the cartridge base 1186. The cartridge base 1186 is made of polycarbonate for electrical insulation. The base 1186 is detachably attached to the shuttle 1179. The shuttle 1179 includes a set of rail couplings 1184 protruding from the bottom thereof. These rail couplings 1184 are arranged to fit into the sequencer module 400 in FIG. 10 or the rail system (not shown in FIG. 18) of the sequencer module 600 in FIG. This rail system allows the shuttle 1179 to move in and out of a predetermined position. The base 1186 can also be removed from the shuttle 1179 and the cartridge 1180 can be discarded (or washed) or a new (or cleaned) capillary cartridge can be attached when the shuttle 1179 is removed from place. I am doing so. With this rail system and shuttle 1179 combination, the newly installed capillary cartridge was discarded in the context of the camera and laser (not shown in FIG. 18) when the shuttle 1179 was in place. It can be repeatedly arranged at the same position as the capillary cartridge.
[0150]
In a preferred example, the shuttle 1179 extends the length of the base 1186 with an opening that houses the electrode / capillary array 1181. That is, the shuttle 1179 is attached to the base 1186 by a plurality of detachable fasteners 1178.
[0151]
The electrode / capillary array 1181 is held at a predetermined position by a current supply / monitor board 1190 shown in FIG. The board 1190 is preferably a printed circuit board for supplying high voltage.
[0152]
The board 1190 preferably includes a plurality of large holes 1193 so that the board 1190 can be attached to the base 1186 using a set of fasteners. However, the board 1190 can be attached to the base 1186 using any other means, such as bonding.
[0153]
The board 1190 further includes a plurality of tube holes 1194 arranged to align with the holes provided in the base 1186. Thus, when the board 1190 is attached to the base 1186, the first end of the capillary tube can protrude through the tube hole 1194. A plurality of pins 1195 (preferably gold plated) are further disposed on the board 1190. At least one pin is placed close to each tube hole to form a pin-hole pair 1192. Each pin and hole pair 1192 is immersed in the sample well of the sample microtiter tray.
[0154]
The board 1190 is further provided with a high voltage lead 1198. The lead wire 1198 connects each pin 1195 to a corresponding connector terminal 1196 formed around the board 1190. Each connector terminal 1196 is preferably configured to accept a high voltage connector having about 50 electrical connections. This high voltage connector connects lead 1198 to a power supply line from a high voltage power supply (preferably Bertan) (not shown in FIG. 19). This forms a closed electrical circuit from the pin 1195 to the second electrode connected to the high voltage T-shaped mounting member 1182 when the capillary tube is filled with gel. This second electrode is preferably connected to the ground of the system.
[0155]
In addition, the high voltage connector is also connected to a current monitor that monitors the current. In current monitoring, the current flowing through each power supply line is preferably monitored simultaneously or sequentially during multiple power supply lines. This makes it possible to perform integrated current measurement by this current monitor.
[0156]
FIG. 20 shows a multiwavelength beam generator. This wavelength beam generator comprises a laser head 1200, preferably an argon ion laser capable of generating a multi-wavelength laser beam at wavelengths of 457 nm, 476 nm, 488 nm, 496 nm, 502 nm and 514 nm. The beam generator further includes a laser emitter tube 1207. This laser emitter tube 1207 is connected to an argon ion laser 1200 by an optical coupling assembly 1202.
[0157]
The optical coupling assembly 1202 includes a fiber coupler 1201 connected to the laser head 1200 and an optical fiber cable 1203 connecting the fiber coupler 1201 to the laser emitter tube 1207. The fiber coupler 1201 aligns the laser head 1200 with a colorless optical fiber cable 1203. The optical coupling assembly 1202 enables the laser emitter tube 1207 to be positioned far from the laser head 1200 and generates a laser beam, ie, coherent light, in the laser emitter tube 1207. Further, this makes it possible to position the laser head 1200 that generates heat in a region where the sensitivity of the sequencer is small.
[0158]
The laser emitter tube 1207 includes a one-dimensional concentrator 1208. This one-dimensional concentrator 1208 is preferably a positive cylindrical optical lens having a focal length of 10 cm and is arranged at the output end 1204 of the laser emitter tube 1207. The laser emitter tube 1207 further includes a fiber emitter tube 1205 for receiving the optical fiber cable 1203, and a negative cylindrical optical lens preferably having a focal length of 1.9 cm. The fiber emitter tube 1205, the one-dimensional concentrator 1208, and the like. And a beam expander 1209 disposed between the two. The laser emitter tube 1207 is preferably housed in a 1 inch inner diameter and 6 inch long tube.
[0159]
FIG. 22 schematically shows an optical process performed by the laser emitter tube 1207. Laser light generated by the fiber emitter tube 1230 is expanded by a beam expander 1231. This laser beam is then focused only in one direction by a one-dimensional concentrator 1233. The resulting beam is directed toward the capillary array 1235. The resulting laser beam is narrowed in one direction and long in the other direction. 22A to 22C show the footprint of the laser beam in each process step.
[0160]
FIG. 21 shows another example of the multiwavelength beam generator, in which two laser heads 1211 and 1215 are provided. The first laser head 1211 is similar to the laser head 1200, and the second laser head 1217 generates laser beams having different wavelengths. The second laser head 1217 is preferably a solid state laser that generates a laser beam having a wavelength exceeding 532 nm. As another example, the second laser head 1217 generates a multi-wavelength laser beam having a wavelength different from that of the beam generated by the first laser head 1211.
[0161]
In this example, two optical coupling assemblies having fiber couplers 1213 and 1217 and optical fiber cables 1225 and 1221 are provided. These two optical coupling assemblies function similarly to the optical coupling assembly 1202 of FIG. Laser beams generated by the two laser heads 1211, 1215 and transported by this optical coupling assembly are combined in a laser emitter tube 1224 designed to accept laser beams from two laser sources.
[0162]
The laser emitter tube 1224 has two input terminals 1210 and 1212 and one output terminal. That is, the first fiber emitter tube 1227 that receives the laser beam from the first laser head 1211 is positioned at the first input terminal 1210; the second fiber that receives the laser beam from the second laser head 1215. The emitter tube 1223 is located at the site of the second input terminal 1212; a one-dimensional concentrator 1226 (preferably a positive cylindrical optical lens with a focal length of 10 cm, which outputs a combined laser beam) is an output terminal 1214. It is located in the part of.
[0163]
Laser beams received by the first and second fiber emitter tubes 1227 and 1223 are combined by a dichroic filter 1229. The dichroic filter 1229 transmits the laser beam from the first fiber emitter tube 1227 and reflects the laser beam from the second fiber emitter tube 1223, whereby the first and second fiber emitter tubes 1227, The laser beam from 1223 is combined.
[0164]
A beam expander 1222 which is preferably a negative cylindrical optical lens having a focal length of 1.5 cm is disposed between the dichroic filter 1229 and the one-dimensional concentrator 1226. This combination of beam expander 1222 and concentrator 1226 functions optically in substantially the same manner as the optical process described in FIGS. 22 and 22A-C.
[0165]
In the preferred example, the polarization in the laser heads 1200, 1211, 1215 is removed to maximize the laser output. In the example described in FIG. 21, the combination of multi-line and non-polarized emission increases the laser output by more than 4 times compared to a polarized single line laser.
[0166]
Although FIG. 22 shows a laser beam applied to the capillary array 1235 without an angle, the small angle incidence excitation configuration as shown in FIG. 23 has an excitation laser beam coupling efficiency in the detection window. To improve. This further reduces the laser power required to excite a 96 (or more) capillary array, allowing the use of a portable air-cooled argon ion laser in a DNA sequencer instrument. In other words, the multiwavelength laser emitter tube described in FIG. 20 or 21 irradiates a large number of capillary arrays (for example, 1000 capillary tubes) while maintaining the focusability of the laser beam over a wide range of capillary arrays. Is consistent.
[0167]
24 and 25 show a CCD camera 1257 combined with a laser emitter tube 1243. As a preferred example, the laser emitter tube 1243 is arranged perpendicularly to the surface of FIG. 25 with a small inclination angle, so that the laser beam from the laser emitter tube 1243 hits the capillary array 1200 as shown in FIG. .
[0168]
The laser emitter tube 1207 is arranged at the same level as the capillary detection window, and the beam emission end portion of the laser emitter tube 1207 faces in the opposite direction to the operator. As a preferred example, the laser emitter tube 1207 is fixed to the lower end of a tube control arm 1267 that is rotatably connected to an arm mount 1265. The arm mount 1265 is attached to the lower end of the flexible rotor 1261. The upper end of the rotor 1261 is connected to a dial accessible from the outside of the sequencer. The arm mount 1265 is further mounted on the laser emitter positioning rail 1255 so that it can be moved by the arm mounting position controller 1253. By using such a dial and controller 1253, the laser emitter tube 1207 can be optimally arranged to irradiate the capillary array with the output laser beam.
[0169]
The CCD camera 1257 is mounted on a camera mount (not shown in FIG. 25), and this camera mount is mounted on a laser emitter positioning rail 1255. A camera rotation cable (not shown in FIG. 25) moves the CCD camera plate on the rail 1255 in the horizontal direction. A camera focus gear 1271 is connected to the gear control cable 1254 to control the movement of the CCD camera lens assembly 1269. The preceding camera controller focuses the CCD camera 1257 on the portion of the capillary array irradiated by the laser beam from the laser emitter tube 1243.
[0170]
Another preferred example of a high viscosity liquid transfer system is shown in FIG. This transfer system comprises a high pressure chamber 1401 holding a low viscosity liquid 1413 such as water and a compressible disposable bag 1411 containing a high viscosity liquid such as a gel.
[0171]
The high pressure chamber 1401 includes a cylinder 1402 made of a metal such as aluminum or stainless steel so as to withstand an internal pressure of preferably up to 2000 psi. That is, it has a substantially hollow body whose bottom is closed and whose top is open. A cap 1404 is detachably attached to the top of the cylinder 1402. The cylinder 1402 and the cap 1404 form a high-pressure chamber 1401 that stores a liquid 1413 and a disposable bag 1411.
[0172]
This gel container 1411 is detachably attached to the outlet assembly 1410 (preferably by Swagelock 1409). When the pressure in the chamber increases, viscous liquid is forced through the outlet assembly 1410. The outlet assembly 1410 is fitted to the cap 1404 using a liquid tight mounting member (available from Swagelock). The outlet assembly 1410 further includes a gel release tube 1403. Since the pressure around the compressible gel bag 1411 is uniformly applied by the liquid 1413, the pressure resistance requirement of the gel container can be minimized. Thus, the gel bag 1411 can be made economically from a disposable bag having sufficient capacity for multiple runs of gel.
[0173]
The pressure in the high pressure chamber 1401 can be increased or decreased by a pressure control assembly 1406. As more liquid is supplied into the chamber 1401 by the pressure control assembly 1406, the pressure in the chamber 1401 increases. When this internal pressure is increased by an excess amount of liquid, or when the cap 1404 is opened and the bag 1411 is replaced, the liquid in the chamber 1401 is released by the pressure control assembly 1406 to reduce its internal pressure.
[0174]
The pressure control assembly 1406 includes a high pressure pump 1423 controlled by a controller 1404. As a preferred example, the high-pressure pump 1423 is composed of another HPLC pump. The pressure control assembly 1406 further includes an inlet tube 1421 connected to a pump 1423, which is fitted to the bottom of the cylinder by a liquid tight mounting member 1419.
[0175]
An outlet tube 1427 is further provided in the pressure control assembly 1406. The outlet tube 1427 is preferably fitted to the bottom of the cylinder 1402 by a second liquid tight mounting member 1417. The outlet tube 1427 is provided with a release valve 1425 and a pressure transducer 1429 for generating a feedback signal (preferably less than 6 volts). The pressure transducer 1429 is in communication with the controller 1404. The release valve 1425 is controlled by the controller 1404.
[0176]
The controller 1404 may be preferably configured as a part of the central computer controller 404 shown in FIG. 10 to save space. However, as another example, central computer controller 404 may be replaced with another type of controller, such as another computer, a microprocessor or other electronic device that can control the water pump and valves.
[0177]
By monitoring a feedback signal indicating the pressure in the chamber 1401, the controller 1404 functions as follows: (1) When the pressure in the chamber 1401 needs to be increased to some extent, the controller 1404 1423 is driven and liquid is introduced into the chamber 1401 via the inlet tube 1421; or (2) When the pressure in the chamber 1401 needs to be reduced to some extent, the controller 1404 opens the release valve 1425 and opens the chamber The liquid is released from inside 1401. Once a sufficient amount of gel has been pushed out, the pump stops and the pressure in the chamber decreases and returns to its original equilibrium state. A preferred gel filling pressure is 500 psi.
[0178]
FIG. 27 shows a preferred example of a solvent / gel transfer module 1800 used to regenerate the capillary tube array after DNA analysis and refill the capillary array with the gel. FIG. 28 is a rear view of the solvent / gel transfer module 1800. This solvent / gel transfer module 1800 is preferably located adjacent to the sequencer. The purpose of this solvent / gel transfer module 1800 is to provide continuous and automatic gel transfer and capillary tube regeneration.
[0179]
FIG. 29 shows a high pressure gel transfer system 1805 (gel transfer syringe 804 of FIG. 16 or high pressure chamber 1401 of FIG. 26) combined with the solvent / gel transfer module 1800 of FIG. In this preferred example, solvent manifold 1850 connects four inlets from feeder tubes 1806 of solvent containers 1801-1804 to one outlet. Feeder tube 1806 from solvent containers 1801-1804, two bottles filled with methanol, one bottle filled with polyvinylpyrrolidone (PVP) (preferably 2% PVP), and one filled with buffer The bottle is connected to the inlet of the solvent manifold 1850. The inlet of the HPLC pump 1807 is connected to the outlet of the solvent manifold 1850 by a pump connection tube 1861. The outlet of the HPLC pump 1807 is connected to the inlet of the solvent manifold 1850 by a pump outlet tube 1862. The outlet from the HPLC pump 1807 (not shown in FIG. 29) is connected to the high pressure chamber 1805 as described above.
[0180]
A valve manifold 1851 connects two inlets to one outlet. One inlet of this valve manifold 1851 is connected to a gel transfer system 1805 by a gel outlet tube 1863. The other inlet of the valve manifold is connected to the outlet of the HPLC pump 1807. The outlet of the valve manifold 1851 is connected via a manifold outlet tube 1864 to a liquid transfer chamber 1810 (preferably the high pressure T-shaped mounting member 1182 of FIG. 18). The liquid transfer chamber 1810 includes a purge valve 1867 for discharging the waste liquid therein to the waste liquid container 1865.
[0181]
The controller 404 shown in FIG. 10 has connections to a solvent manifold 1850, an HPLC pump 1807, a pressure control assembly for the gel transfer system 1805, a valve manifold 1851, and a drain valve 1867 for controlling the connected components. Have each.
[0182]
For example, the controller 404 controls the solvent manifold 1850 to select a solvent from the four solvent containers 1801-1804, or to drive the valve manifold 1851 to receive an inlet or solvent connected to the chamber 1804 to receive the gel. Select the inlet connected to the HPLC pump 1807 for.
[0183]
As a preferred example, the length of the pump connection tube 1861, pump outlet tube 1862, and manifold outlet tube 1864 is minimized to reduce gel and solvent waste. In particular, the pump connection tube 1861 and the pump outlet tube 1862 retain old solvent when new solvent needs to be supplied to the valve manifold 1851, thereby wasting this old solvent. Similar waste occurs between the solvent in the manifold outlet tube 1864 and the gel. Accordingly, the length of the manifold outlet tube 1864 is less than 50 cm, preferably less than 25 cm, more preferably less than 10 cm.
[0184]
As shown in FIG. 28, the solvent / gel transfer module 1800 has a blower 1801 for the laser head located in the sequencer. This laser head is housed on the bottom surface of the sequencer module. The cooling blower is designed to draw air from the sequencer module and blow it out to the exhaust of the washer module 1800. As a result, the cold air moves across the laser and there is no risk of causing significant disruption to the sequencer module. A 5-inch diameter flexible hose is connected from the rear of the laser toward the blower intake. Hot exhaust gas is carried away through another 5 inch diameter hose (connected to the ceiling duct) and released to the outside (not shown in FIG. 28).
[0185]
Similar to Steps 700 to 703 in FIG. 13, Steps 1901, 1903, and 1905 in FIG. 31 describe the operation of the stacked dual carousel device described in FIGS. 11 and 12A. Since these steps are substantially the same as each other and the difference between them is self-evident, detailed description of steps 1901, 1903, and 1905 is omitted.
[0186]
Further, steps 1907, 1909, 1911, 1912 of FIG. 31 illustrate the operation of the solvent / gel transfer module 1800 described in FIGS. Since the operation of the solvent / gel transfer module 1800 is also substantially the same as that of the solvent / gel transfer module 800, redundant description is omitted. However, the following differences will be described.
[0187]
In step 1907.17, the rinsing step is performed by rinsing the capillary tube with methanol for 24 minutes and then with PVP for 8 minutes. In step 1911.23, the current monitor attached between the current / monitor board and the power supply is driven. In steps 1912.25 and 1912.26, a rinsing tray is utilized for rinsing pins protruding from the first end of the capillary tube and the current supply / monitor board.
[0188]
While the invention has been described with reference to certain preferred examples, it should be understood that the scope of the invention is not limited by these examples. That is, it will be easy for those skilled in the art to make various modifications, but these are also included in the scope of the present invention, and the scope is regulated by the following claims.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a side view showing an arrangement of an apparatus of the present invention.
FIG. 2A is a plan view showing one example of the cartridge of the present invention.
FIG. 2B is a side view showing one example of the cartridge of the present invention.
FIG. 3A is a side view showing a tube assembly for the cartridge of the present invention.
FIG. 3B is a side view showing the mounting arrangement of the tube assembly.
FIG. 4 is a plan view showing a monitor plate used together with a needle row.
FIG. 5 is a plan view showing the arrangement of devices used with the cartridge shown in FIGS. 2A and 2B.
FIG. 6A is a side view showing a second example of the cartridge of the present invention.
FIG. 6B is a plan view showing a second example of the cartridge of the present invention.
7 is a side view showing a valve arrangement for a pressure cell similar to that shown in FIGS. 6A and 6B. FIG.
FIG. 8 is an exploded longitudinal sectional view of a pressure cell.
FIG. 9 is a plan view of a second mounting plate of a pressure cell having an alternating arrangement of plate holes.
FIG. 10 is a side view showing an electrophoresis apparatus of the present invention.
FIG. 11 is a side view showing a sequencer module including a stacked dual carousel device.
FIG. 12 is a diagram showing in detail a carousel included in a stacked double array.
FIG. 13 is a flowchart for explaining the operation of the present invention.
14A is a front view of a solvent / gel transfer module in the system. FIG.
FIG. 14B is a side view of the solvent / gel transfer module in the system.
FIG. 14C is a back view of the solvent / gel transfer module in the system.
FIG. 15A is a detailed view of a gel syringe included in the gel transfer module.
FIG. 15B is a detailed view of the gel syringe included in the gel transfer module.
FIG. 15C is a detailed view of a gel syringe included in the gel transfer module.
FIG. 16 shows the gel and solvent flow through the solvent / gel transfer module to the sequencer module.
FIG. 17 shows an off-line capillary regenerator.
FIG. 18 is a side view of the capillary cartridge of the present invention.
FIG. 19 is a plan view showing a current supply / monitor board.
FIG. 20 is a diagram showing a multiwavelength beam generator using one laser head.
FIG. 21 is a diagram showing a multi-wavelength beam generator using two laser heads.
FIG. 22 is a side view showing an optical processing function of a laser emitter tube.
FIG. 22A shows a footprint of a light beam at the output of a laser emitter.
FIG. 22B is a diagram showing a footprint of a light beam after passing through a beam expander.
FIG. 22C shows a footprint of a light beam after passing through a one-dimensional focus lens.
FIG. 23 is a diagram showing a direction in which a light beam from a laser emitter collides with a capillary row.
FIG. 24
FIG. 25 is a side view showing a structure around a detection region.
FIG. 26 is a side view showing a high-pressure chamber for supplying a high-viscosity gel.
FIG. 27 shows a solvent / gel transfer module in a preferred embodiment.
FIG. 28 shows the back of the solvent / gel transfer module.
FIG. 29 illustrates gel and solvent flow through a solvent / gel transfer module in a preferred embodiment.
FIG. 30 is a flowchart illustrating an operation in a preferred embodiment.

Claims (17)

複数のサンプルについてキャピラリー電気泳動を行うためのキャピラリー電気泳動システムであって、該システムが:
複数のキャピラリーチューブであって、各キャピラリーチューブが第1の端部と第2の端部とを有し、前記第1の端部は二次元アレイ状に配列され、その間隔がマイクロタイタートレイのウェルのアレイの間隔に対応し、前記第2の端部が共通の終端を有するものと;
それぞれ複数のマイクロタイタートレイを担持する上方及び下方カルーセルが積層されてなるデュアルカルーセルを具備する位置決め装置であって、該位置決め装置が、前記キャピラリー端部の二次元アレイが前記マイクロタイタートレイの対応するウェル中に挿入されるよう前記マイクロタイタートレイの1つを位置決めするように配置させているものと;
ゲル及び複数の液体の選択された1つを前記キャピラリーチューブの第2の端部へ選択的に移送させるよう配置された装置と;
前記サンプルを照射するよう配置された光源と;
前記サンプルにより発せられた光を検知するよう配置されたカメラ手段と;
を具備してなるキャピラリー電気泳動システム。
A capillary electrophoresis system for performing capillary electrophoresis on a plurality of samples, the system comprising:
A plurality of capillary tubes, each capillary tube having a first end and a second end, wherein the first ends are arranged in a two-dimensional array, and the distance between them is the microtiter tray Corresponding to the spacing of the array of wells, the second end having a common termination;
A positioning device comprising a dual carousel comprising a stack of upper and lower carousels each carrying a plurality of microtiter trays, wherein the positioning device corresponds to a two-dimensional array of capillary ends corresponding to the microtiter tray Arranged to position one of the microtiter trays for insertion into the well;
An apparatus arranged to selectively transfer a selected one of a gel and a plurality of liquids to a second end of the capillary tube;
A light source arranged to illuminate the sample;
Camera means arranged to detect light emitted by the sample;
A capillary electrophoresis system comprising:
請求項1記載のキャピラリー電気泳動システムにおいて、前記光源が: 光ビームを発生させるよう配置されたレーザーヘッドと;
前記レーザーヘッドから離して配置されたレーザーエミッターチューブと;
前記レーザーヘッドを前記レーザーエミッターチューブに接続させ、それにより光ビームを前記レーザーヘッドから前記レーザーエミッターチューブへ案内するようにした第1の光学カップリングアッセンブリーと;
を具備してなるキャピラリー電気泳動システム。
2. The capillary electrophoresis system according to claim 1, wherein the light source is: a laser head arranged to generate a light beam;
A laser emitter tube disposed away from the laser head;
A first optical coupling assembly for connecting the laser head to the laser emitter tube, thereby guiding a light beam from the laser head to the laser emitter tube;
A capillary electrophoresis system comprising:
請求項記載のキャピラリー電気泳動システムにおいて、前記エミッターチューブの位置を調整する手段を更に具備してなるキャピラリー電気泳動システム。In capillary electrophoresis system of claim 2, further capillary electrophoresis system comprising comprising: means for adjusting the position of the emitter tube. 請求項1記載のキャピラリー電気泳動システムにおいて、
前記上方及び下方カルーセル相互が共通軸に沿って整合、離間し、前記上方カルーセルが切欠き部を有し、前記切欠き部の形及び寸法が、前記マイクロタイタートレイが前記下方カルーセルに載置された場合に、そのマイクロタイタートレイを通過させ得るよう形成され
前記位置決め装置が、
前記カルーセルに作用するように結合された第1のモーターであって、前記第1のモーターは前記カルーセルのそれぞれを所定の角度位置に選択的に回転させるよう配置されたものと;
昇降部材に作用するように結合された第2のモーターであって、前記昇降部材が前記マイクロタイタートレイを、前記マイクロタイタートレイが前記下方カルーセル上に載置された第1の位置と、前記マイクロタイタートレイが前記上方カルーセルの面の上に上昇され、キャピラリー端部のアレイが前記マイクロタイタートレイ上に配置されたとき、前記キャピラリー端部のアレイが前記マイクロタイタートレイの対応するウェル中に挿入される第2の位置の間で、前記共通軸に沿って移動させるよう配置されたものと;
前記第1及び第2のモーターを制御するよう配置されたコントローラと;
を具備してなるキャピラリー電気泳動システム
The capillary electrophoresis system according to claim 1, wherein
The upper and lower carousels are aligned and spaced apart from each other along a common axis, the upper carousel has a notch, and the shape and dimensions of the notch are such that the microtiter tray is placed on the lower carousel. The microtiter tray can be passed through ,
The positioning device comprises:
A first motor operably coupled to the carousel, wherein the first motor is arranged to selectively rotate each of the carousels to a predetermined angular position;
A second motor coupled to act on the lift member, wherein the lift member is the microtiter tray, the microtiter tray is placed on the lower carousel, and the micro position When the titer tray is raised above the surface of the upper carousel and the capillary end array is placed on the microtiter tray, the capillary end array is inserted into the corresponding well of the microtiter tray. Arranged to move along said common axis between a second position of
A controller arranged to control the first and second motors;
A capillary electrophoresis system comprising:
請求項記載のキャピラリー電気泳動システムにおいて、前記カルーセルのそれぞれの角度位置を判定するよう配置されたセンサーを更に具備してなるキャピラリー電気泳動システムIn capillary electrophoresis system of claim 1, further capillary electrophoresis system formed by including the placed sensors to determine the respective angular position of the carousel. 請求項1記載のキャピラリー電気泳動システムにおいて、
前記光源が、複数のキャピラリーを通って移動するサンプルを照射するための光源であって
1の波長で第1の光ビームを発生させる第1のレーザーヘッドと;
第1の入力端子と出力端子とを有するレーザーエミッターチューブであって、前記レーザーエミッターチューブが前記第1の入力端子で前記第1の光ビームを受理し、かつ、前記出力端子で集束された第1の光ビームを出力するよう配置され、更に第1のレーザーヘッドから離して配置されたものと;
第1の端部で前記第1のレーザーヘッドに接続され、第2の端部で前記レーザーエミッターチューブの第1の入力端子に接続された第1の光学カップリングアッセンブリーであって、前記第1のレーザーヘッドからの光ビームを前記レーザーエミッターチューブの第1の入力端子に案内するようにしたものと;
を具備してなり;
前記レーザーエミッターチューブの第1の入力端子からの照射ビームが前記サンプルに向けられるキャピラリー電気泳動システム
The capillary electrophoresis system according to claim 1, wherein
The light source is a light source for irradiating a sample moving through a plurality of capillaries ;
A first laser head for generating a first light beam at a first wavelength;
A laser emitter tube having a first input terminal and an output terminal, wherein the laser emitter tube receives the first light beam at the first input terminal and is focused at the output terminal. Arranged to output one light beam and further away from the first laser head;
A first optical coupling assembly connected to the first laser head at a first end and connected to a first input terminal of the laser emitter tube at a second end, the first optical assembly comprising: Guiding a light beam from a laser head of the first to a first input terminal of the laser emitter tube;
Comprising:
A capillary electrophoresis system in which an irradiation beam from a first input terminal of the laser emitter tube is directed to the sample.
請求項記載のキャピラリー電気泳動システムにおいて、前記光源の前記レーザーエミッターチューブが;
前記第1の光学カップリングアッセンブリーの第2の端部を、前記第1の入力端子で受理するよう配置されたファイバーエミッターチューブと;
前記出力端子の近傍に配置された一次元集束器と;
前記ファイバーエミッターチューブと前記一次元集束器との間に配置されたビームイクスパンダーと;
を具備してなるキャピラリー電気泳動システム
The capillary electrophoresis system according to claim 6 , wherein the laser emitter tube of the light source is;
A fiber emitter tube disposed to receive a second end of the first optical coupling assembly at the first input terminal;
A one-dimensional concentrator disposed in the vicinity of the output terminal;
A beam expander disposed between the fiber emitter tube and the one-dimensional concentrator;
A capillary electrophoresis system comprising:
請求項記載のキャピラリー電気泳動システムにおいて、前記光源が、
第2の波長の第2の光ビームを発生させる第2のレーザーヘッドと;
前記レーザーエミッターチューブ上に形成された第2の入力端子であって、前記レーザーエミッターチューブが前記第2の入力端子で前記第2の光ビームを受理し、前記第2のレーザーヘッドから離して配置されたものと;
第1の端部で前記第2のレーザーヘッドに接続され、第2の端部で前記レーザーエミッターチューブの第2の入力端子に接続された第2の光学カップリングアッセンブリーと;
を更に具備してなり、
これにより、第1及び第2の光ビームが前記第1及び第2の光学カップリングアッセンブリーを介して前記レーザーエミッターチューブへ案内されるキャピラリー電気泳動システム
The capillary electrophoresis system according to claim 6 , wherein the light source is
A second laser head for generating a second light beam of a second wavelength;
A second input terminal formed on the laser emitter tube, wherein the laser emitter tube receives the second light beam at the second input terminal and is spaced apart from the second laser head; And what was done;
A second optical coupling assembly connected to the second laser head at a first end and connected to a second input terminal of the laser emitter tube at a second end;
Further comprising
Accordingly, the capillary electrophoresis system in which the first and second light beams are guided to the laser emitter tube via the first and second optical coupling assemblies.
請求項記載のキャピラリー電気泳動システムにおいて、前記レーザーエミッターチューブが更に:
前記第1の光学カップリングアッセンブリーの第2の端部を受理するため前記第1の入力端子に配置された第1のファイバーエミッターチューブと;
前記第2の光学カップリングアッセンブリーの第2の端部を受理するため前記第2の入力端子に配置された第2のファイバーエミッターチューブと;
前記レーザーエミッターチューブ内に配置されたダイクロイックフィルターであって、前記第1及び第2のファイバーエミッターチューブからの光ビームと光学的にインターフェースするものと;
前記出力端子の近傍に配置された一次元集束器と;
前記ファイバーエミッターチューブと一次元集束器との間に配置されたビームイクスパンダーと;
を具備してなるキャピラリー電気泳動システム
9. The capillary electrophoresis system of claim 8 , wherein the laser emitter tube further comprises:
A first fiber emitter tube disposed at the first input terminal for receiving a second end of the first optical coupling assembly;
A second fiber emitter tube disposed at the second input terminal for receiving a second end of the second optical coupling assembly;
A dichroic filter disposed within the laser emitter tube that optically interfaces with the light beams from the first and second fiber emitter tubes;
A one-dimensional concentrator disposed in the vicinity of the output terminal;
A beam expander disposed between the fiber emitter tube and a one-dimensional concentrator;
A capillary electrophoresis system comprising:
請求項1記載のキャピラリー電気泳動システムにおいて、さらに、対応する複数のキャピラリーを通って移動する複数のサンプルに向けて光ビームを出力するよう配置されたエミッターチューブの位置を調整するための位置調整装置を備え
前記位置調整装置が:
前記エミッターチューブの出力が前記サンプルに向かうよう前記エミッターチューブを保持するアームと;
前記アームを保持するアームマウントと;
第1の方向に沿って前記アームマウントを移動させるレール手段と;
前記アームマウントに接続され、前記レール手段に沿って前記アームマウントを移動させる第1の可撓性ローテータと;
前記アームマウントに接続され、前記第一の方向と交差する方向に前記アームマウントを移動させる第2の可撓性ローテータと;
を具備してなるキャピラリー電気泳動システム
2. The capillary electrophoresis system according to claim 1, further comprising a position adjusting device for adjusting a position of an emitter tube arranged to output a light beam toward a plurality of samples moving through the corresponding plurality of capillaries. With
The position adjusting device is:
An arm that holds the emitter tube so that the output of the emitter tube is directed toward the sample;
An arm mount for holding the arm;
Rail means for moving the arm mount along a first direction;
A first flexible rotator connected to the arm mount and moving the arm mount along the rail means;
A second flexible rotator connected to the arm mount and moving the arm mount in a direction intersecting the first direction;
A capillary electrophoresis system comprising:
請求項1記載のキャピラリー電気泳動システムであって、
ゲル及び複数の液体の選択された1つを複数のキャピラリーへ選択的に移送させるための前記置が
複数の液体保持容器の1つを選択的に第1の供給ラインに接続させるよう配置された第1のマニホールドと;
ゲル供給ラインの1つ及び前記第1の供給ラインを選択的に第2の供給ラインに接続させるよう配置された第2のマニホールドと;
前記第2の供給ラインに接続された第1の端部と、キャピラリーの前記第2の端部に接続された第2の端部と、廃液容器に接続された第3の端部とを有する3方向コネクターであって、前記第3の端部が弁手段を具備したものと;を具備してなり、
前記第2の供給ラインの長さが50cm未満であるキャピラリー電気泳動システム
The capillary electrophoresis system according to claim 1,
The equipment for selectively transferring the selected one of the gel and a plurality of liquid into a plurality of capillaries:
A first manifold arranged to selectively connect one of the plurality of liquid holding containers to the first supply line;
One of the gel supply lines and a second manifold arranged to selectively connect the first supply line to a second supply line;
A first end connected to the second supply line; a second end connected to the second end of the capillary; and a third end connected to a waste container. A three-way connector, wherein the third end comprises a valve means;
A capillary electrophoresis system, wherein the length of the second supply line is less than 50 cm.
請求項11記載のキャピラリー電気泳動システムにおいて、前記第2の供給ラインの長さが25cm未満であるキャピラリー電気泳動システムIn capillary electrophoresis system of claim 11, wherein the capillary electrophoresis system length of the second supply line is less than 25 cm. 請求項12記載のキャピラリー電気泳動システムにおいて、前記第2の供給ラインの長さが10cm未満であるキャピラリー電気泳動システムIn capillary electrophoresis system of claim 12, wherein the capillary electrophoresis system length of the second supply line is less than 10 cm. 請求項1記載のキャピラリー電気泳動システムにおいて、
ゲル及び複数の液体の選択された1つを複数のキャピラリーへ選択的に移送させるための前記装置がゲル移送システムを備え、該ゲル移送システムが
長手軸と、高圧取付け部を有する出口を備えた第1の端部と、前記長手軸に沿って第1の端部へ向けて移動可能な表面を備えた第2の端部とを有するチューブ状ゲル充填容器と;
前記移動可能な表面に接して設けられたプランジャーと;
前記プランジャーに操作上係合し前記プランジャーに力を加え、ゲルを前記容器の第1の端部から供給するようにしたステッパーモーターと;
前記モーターを介して前記プランジャーを選択的に移動させ、所定量のゲルを前記出口から排出させ前記キャピラリーチューブに接続された通路へ送り込み、これにより前記キャピラリーチューブにゲルを同時に充填するようにしたコントローラと;
を具備してなるキャピラリー電気泳動システム。
The capillary electrophoresis system according to claim 1, wherein
With the device gel transfer system for selectively transferring the selected one of the gel and a plurality of liquid into a plurality of capillaries, the gel transfer system is;
A tube having a longitudinal axis, a first end with an outlet having a high-pressure attachment, and a second end with a surface movable toward the first end along the longitudinal axis A gel-filled container;
A plunger provided in contact with the movable surface;
A stepper motor operatively engaged with the plunger to apply a force to the plunger to supply gel from a first end of the container;
The plunger is selectively moved via the motor, and a predetermined amount of gel is discharged from the outlet and sent to a passage connected to the capillary tube, whereby the capillary tube is filled with the gel simultaneously. With a controller;
A capillary electrophoresis system comprising:
請求項1記載のキャピラリー電気泳動システムにおいて、
ゲル及び複数の液体の選択された1つを複数のキャピラリーへ選択的に移送させるための前記装置がゲル移送システムを備え、該ゲル移送システムが
出口を有する第1の端部と入口を有する第2の端部とを有する実質的に硬質のチャンバーであって、媒体で実質的に満されたものと;
前記チャンバー内に配置され、前記媒体により実質的に囲まれた易潰性ゲル充填容器であって、前記出口と連通する開口部を有するものと;
前記チャンバー入口に接続されたポンプ手段と;
前記ポンプ手段と接続し、前記ポンプ手段を介して追加の媒体を前記チャンバー内に送り込み、これにより前記ゲル充填容器を少なくとも部分的に潰し、ゲルの所定量を前記出口から押出し、キャピラリーチューブに接続された通路に送り込み、これによりキャピラリーチューブにゲルを同時に充填するようにしたコントローラと;
を具備してなるキャピラリー電気泳動システム。
The capillary electrophoresis system according to claim 1, wherein
With the device gel transfer system for selectively transferring the selected one of the gel and a plurality of liquid into a plurality of capillaries, the gel transfer system is;
A substantially rigid chamber having a first end having an outlet and a second end having an inlet, substantially filled with media;
A friable gel-filled container disposed within the chamber and substantially surrounded by the medium, having an opening communicating with the outlet;
Pump means connected to the chamber inlet;
Connected to the pump means, and through the pump means, additional medium is fed into the chamber, thereby at least partially collapsing the gel-filled container and extruding a predetermined amount of gel from the outlet and connected to a capillary tube A controller that feeds into the passageway, thereby filling the capillary tube with gel simultaneously;
A capillary electrophoresis system comprising:
請求項15記載のキャピラリー電気泳動システムにおいて、
前記ゲル移送システム
前記媒体の圧力を感知するよう配置され、読取った圧力値を前記コントローラに供給する圧力トランスジューサーと;
前記チャンバーに接続された解放弁と;を更に具備してなり、
前記コントローラが上記圧力値に応答して解放弁を操作するように配置されているキャピラリー電気泳動システム
The capillary electrophoresis system according to claim 15,
The gel transfer system,
A pressure transducer arranged to sense the pressure of the medium and supplying the read pressure value to the controller;
A release valve connected to the chamber;
A capillary electrophoresis system, wherein the controller is arranged to operate a release valve in response to the pressure value.
請求項1記載のキャピラリー電気泳動システムにおいて、
さらに、第1及び第2の端部を有する複数のキャピラリーチューブを清浄化するための
清浄化装置を備え、該清浄化装置が;
それぞれ溶媒を保持する複数の容器と;
前記溶媒の1つを選択的にキャピラリーの第2の端部に供給するマニホールドと;
選択された溶媒を前記キャピラリーの第2の端部に圧送させるポンプ手段と;
前記ポンプ及びマニホールドに接続され、溶媒の前記キャピラリーチューブへの移送を所定の順序及び所定の時間で制御するようにしたコントローラと;
前記第1のキャピラリー端部から出る廃液を受容するための廃液容器と;
を具備してなるキャピラリー電気泳動システム
The capillary electrophoresis system according to claim 1, wherein
Furthermore, for cleaning a plurality of capillary tubes having first and second ends
Comprising a cleaning device, the cleaning device;
A plurality of containers each holding a solvent;
A manifold that selectively supplies one of the solvents to the second end of the capillary;
Pump means for pumping the selected solvent to the second end of the capillary;
A controller connected to the pump and manifold and configured to control the transfer of the solvent to the capillary tube in a predetermined sequence and at a predetermined time;
A waste container for receiving waste liquid exiting from the first capillary end;
A capillary electrophoresis system comprising:
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