CN1165557A - 多联装毛细管电泳装置 - Google Patents

Abstract

通过使用多个发光装置，对多联装毛细管的各光传输部分以不同电信号激励的光进行照射，穿过光传输部分的光被聚焦于一点，当聚焦的光被探测发现时，包含在被探测信号中的各电信号成分被分离出。因此，通过并行排列多个毛细管，可以分析多个试样。

Description

多联装毛细管电泳装置

本发明涉及一种多联装毛细管电泳装置，它能同时分析平行排列的多个精细玻璃管毛细管内的多个试样。

毛细管电泳装置是一种通过将电泳溶剂置入毛细管，从毛细管一端向含有溶解的试样的溶液通电，沿毛细管赋予溶液电位梯度，分离试样的设备。毛细管电泳装置的解离对象包括多种物质，如离子、生物聚合物、生物单基物、化学制品、化合物等等。

毛细管电泳装置包括一个光探测器。这种光电探测器在电泳过程中通过对部分试样的光照，测出试样的荧光图像或被吸收光的图像的强度分布，因此，它可以高分辨率地测出试样在毛细管中走动的分布状态，根据这种分布状态可确定试样的有无和浓度。

近来，如何增大毛细管电泳装置的处理速度和处理数量的问题已被提到议事日程。

为此，以往的技术提出了一种结构设想，即将多个毛细管排成一排，从一端对各毛细管依次进行光照，然后用各毛细管上安装的光接收器测出作用于各毛细管的光〔详见日本实用新型公开No.7-20591(B)〕。如此，只使用相对简单的结构，即可同时进行多项分析处理并进而缩短了处理时间。

在上述出版物介绍的方法中，必须在各毛细管上配以相应的光接收器，然而，由于各光接收器的灵敏度实际有别，而且其电子处理电路的增益也不尽相同，所以要对这种灵敏度和电路增益进行一番修正。

还有一个问题是对大量的光接收器必须予以排列，确保其探测部分的尺寸不致缩小。

本发明的目的在于提供一种多联装毛细管电泳装置，它既不会造成光接收器灵敏度的降低和电子处理电路增益的衰减，也不会导致光电接收器探测部分尺寸的缩小。

为达到上述目的，本发明的多联装毛细管电泳装置包括以下部分：平行固定的带有光传输部分的多个毛细管，对上述多联装毛细管的光传输部分施以光照的发光器，以不同电信号激励上述多个发光器的发光激励器。可将穿过上述光传输部分的光聚焦于某一点的聚光装置，可探测聚焦光的光探测器，能将上述光探测器所测出的电信号中包含的各电信号成分进行分解的信号处理装置和对上述毛细管施以电压的电压装置(见权利要求1)  。

基于这样的结构，以不同的电信成分激励并发出的光，完全可以应用在毛细管的各光传输部分上。

另一方面，在试样经受电泳期间，即将电泳溶剂置入毛细管，从毛细管一端向含有可在管内溶解的试样的溶液通电，沿毛细管赋予溶液电位梯度期间，在各光传输部分中便产生相应于试样的荧光图像和被吸收光的图像的光强度衰减。

然后，穿过上述光传输部分的光被聚焦于一点，可用光纤束作为将穿过光传输部分的光聚焦于一点的手段。这种被聚焦的光即被测出，包含在被探测信号中的电信号也可被分解。所以，穿过各毛细管光传输部分后而被聚焦的光，其强度的衰减量是可以单独确定的。

正因为如此，即使是在多数毛细管不具备光探测器的情况下，只要准备一台光探测器，就可以确定出各毛细管的光强度衰减量。

正因为如此，在各毛细管配合相应的光接收器和电子处理电路的一般情况下，既不会造成光接收器灵敏度的降低，也不会导致光接收处理电路增益的衰减，进而有利于修正工作的实施。

再则，因无需排列大量的光接收器，其探测部分的尺寸也不会导致缩小。

还有，上述发光激励器产生的电信号最好是由相互正交函数系构成的信号，以便用上述信号处理装置分解如此电信号(见权利要求2)。

所谓“相互正交函数系”是指任何已知的正交函数系，诸如具有不同频率的正弦函数系、具有不同形状的脉冲函数系等。脉冲函数系的一个实施例中的脉冲函数系，每一个重复频率是前一个的2倍(见图6)。此外，以阿达玛矩阵的各列(各排)组成的脉冲正交函数系也是非常有名的(见图7)，还可以使用脉冲函数时分系(见图8)。

就函数系组成的信号来说，发光激励器中产生的电信号是相互正交信号，从理论上说，其他毛细管信号的影响可被缩减至0，因此不用担心出现干扰，量测的可靠度是完全可以提高的。

上述信号处理装置可以包括一个同步整流电路，用于分解各电信号(见权利要求3)。

再则，上述发光激励器产生的电信号是具有不同频率的正弦信号，信号处理装置还包括一个用来分解各频率的频率滤波电路(见权利要求4)。

取代上述发光激励器，还可以安装一个以不同电信号调制多个发光器发出的光的光调制器(见权利要求5)。

例如，各发光器发出的光线可用一个由光电装置和一个液晶装置等组成的光学快门来调制。如图9所示，使用带有多排开口的圆盘可实施机械斩光，圆盘上开口的排数应与毛细管的数量相等，以表示不同系统的脉冲函数。

参阅以下附图可以直观地了解本发明的上述目的及其他目的。

附图的简单说明

图1是多联装毛细管电泳法中量测系统的示意图。

图2是本发明的结构示意图。其中，来自经多个发光二极管光源照射的多联装毛细管量测区的荧光图像和被吸收光的图像，经过光纤束而被聚焦到一个探测器上。

图3是光线聚集系统结构的剖面图。其中，发光二极管光源发出的光被聚集在多联装毛细管的测量区，从此量测区发出的荧光图像被引导至一个光学纤维装置上。

图4根据本发明的一个实施例而给制的电路框图，表示发光激励器向发光二极管提供发光激励信号和信号处理装置处理光探测器测得的信号。

图5是根据另一个实施例绘制的电路框图，表示发光激励器向发光二极管提供发光激励信号和信号处理装置处理光探测器测得的信号。

图6是正交函数系一个实施例中的脉冲函数系的波形示意图，其中，重复频率相互是偶数倍的关系。

图7是正交函数系另一个实施例中的脉冲函数系的波形示意图。

图8是正交函数系另一个实施例中的时分脉冲函数系的波形示意图。

图9是使用带有多排开口的圆盘进行机械斩光的方法而形成函数系实施例的示意图。

图10是量测结果的示意图。其中，探测信号的强度是使用根据本发明的多联装毛细管电泳方法中的量测系统量测的。图10(a)是第一信道量测的结果，图10(b)是第二通道量测的结果。

实现本发明的最佳方法

下面，参照附图详细介绍实现本发明的方法。

图1是多联装毛细管电泳方法中量测系统的示意图。其中，试样溶液被装入用熔化的石英制作的多联装毛细管(c)中，然后，在多联装毛细管两端施以高电压。在多联装毛细管(c)的端部附近标有光照部分的量测区(Z)，在量测区(Z)形成试样的荧光图像和被吸收光的图像，其强度分布由光探测器测得，并在信号处理装置中具体化。有时还配用一个安培计(A)，以监测因多联装毛细管(c)中产生的泡沫而导致的电流中断。

图2是对多联装毛细管(c)施以光照的多个发光装置(1)和一个光探测器(10)的放大示意图。多个发光装置(1)由以下部件组成：一个蓝色的发光二极管(2)，一个只提取预定波长光线的多层绝缘膜带通滤光器(3)，一个将光线聚集在量测区(2)上的聚光镜(4)。有时发光装置不仅限于蓝色发光二极管，也可以使用其他颜色的发光二极管，激光二极管等任何光源部件。

图3是毛细管(c)聚光装置附近结构的剖面图，该结构包括一个可使发光装置(1)发出的光线聚焦的球形透镜(6)，一个遮挡多余光线的狭缝(5)，两个可引导光线穿过毛细管(c)的中心进入聚光纤维装置(9)的球形透镜(7、8)。

如图2所示，导入上述聚光纤维装置(9)中的光线被结成光束，然后射至光探测装置(10)上。光探测装置(10)上装有一个光探测器(12)和一个只提取具有预定波长的光线的锐截止滤光器(11)。光电倍增器和位置显示器光电二极管也可用作光探测器(12)。

图4显示的是向发光二极管(2)提供发光激励信号的发光激励器(19)，和处理光探测器(12)探测到的探测信号的信号处理装置(20)。

发光激励器(19)由波形发生电路(21)和发光二极管激励器(22)组成，波形发生电路(21)产生具有不同频率的正弦信号，而发光二极管激励器(22)则根据此正弦信号激励发光二极管(2)发光。

穿过各毛细管(又称为“信道”)并进入光探测装置(12)的光测信号被转换成电信号，在这一电信号上重叠着几个正弦波，电信号通过直流修正滤波器(13)后被输入同步整流电路(24)。另一方面，一个矩形波信号在同步信号电路(23)中形成，该信号的频率与波形发生电路(21)所形成的正弦波信号相同，并被输入同步整流电路(24)中。同步整流电路(24)是一个专用的放大器，它纳入的是上述电信号和同步信号电路(23)生成的矩形波信号二者形成的产物，因此，所提取的信号只是信道波形发生电路(21)所形成的信号。这一输出信号在平滑电路中经过平滑后即作为量测数据的输出信号。

通过使用上述函数，只有各信道的信号可以被解离并从平滑电路(25)中被提取出来。

有时，用来处理光探测器(12)的电信号的信号处理装置不仅限于图4所示的电路。在图4所示电路中，使用的是放大器或同步信号整流电路(24)，但也可以使用图5所示的相应于各波形发生电路(21)产生的具有不同频率的正弦信号的带通滤波器电路(26)，因此，只有相应频率的信号得以被解离和被提取。

在以上实施例中，具有不同频率的正弦信号是在各波形发生电路(21)中形成的，但信号的波形却不仅限于一种，可以用矩形波信号代替正弦信号。

各波形发生电路(21)形成的信号最好是相互正交信号，即当各信号用符号a_i(i=1，2，3……)表示时，各信号相互相乘以完成某一段时间的积分，为了降低其他信道信号的干扰，最好能满足以下公式： $\∫{a_i}^2\mathrm{dt}=1$ $\∫a_i{a}_j\mathrm{dt}=0(i\≠j)$

除上述具有不同频率的正弦信号外，如图6所示的脉冲函数系，其中重复频率相互成偶数倍的关系(例如1KHz，2KHz，4KHz，8KHz……)，也可以用作相互正交函数系，如图7所示的二进制码1和-1的脉冲函数系和图8所示的脉冲函数时分系，也都可以使用。

在上述实施例中，信号是在激励发光二极管(2)的发光激励器(19)级产生的，然而，发光二极管(2)发出的一定强度的光却可以用不同的电信号来调制。

例如，各发光器发出的光可通过由一个光电装置、一个液晶装置等组成的光学快门进行调制。如图9所示，使用一个带有多排开口的圆盘也可对光线实施机械斩光，开口的排数应与毛细管的数量相同，以表示不同系统的脉冲函数。

然后，使用上述多联毛细管电泳方法中的量测系统(图1至图4)并以含水的荧不溶液作为试样，便可测出探测信号的强度。但是，为了能看到信号的波形，在撤下图4中的平滑电路(25)之后仍要继续量测。

在量测的开始阶段，将一个容器注满清水，将另一个容器封闭并用泵抽空，继而多联装毛细管(c)内便充满清水，对荧光溶液(5×10^-7摩尔)从多联装毛细管(c)的一端通电，从而对试样进行电泳。

将毛细管(c)的数定为2，在一个信道(又称第一信道)使用4kHz的正弦波信号，在另一个信道(又称第二信道)使用2kHz的正弦波信号，分别激励发光二极管发光。

由于上述正弦波信号随时间的变化较荧光图像和被吸收光的图像的强度随时间的变化要快得多(通常仅几秒钟)，所以荧光图像和被吸收光的图像的强度随时间的变化相对信号处理装置(20)的影响可以忽略不计。

第一、二信道的光电倍增器的输出可用经过的时间来测定。

图10(a)是在第一信道测得的结果，图10(b)是在第二信道测得的结果，数值的单位为毫伏(p-p值)。

在第一信道上，如果多联装毛细管(c)内装的是水，则发光激励器(19)和信号处理装置(20)只产生噪声(2毫伏)，而不产生量测信号。在第二信道上，如果多联装毛细管(c)内只装水，则发光激励器(19)和信号处理装置只产生噪声(1.6毫伏)，而不产生量测信号。之所以出现量值不同的噪声，是由于发光二极管的发光强度不同和电子电路的放大倍数不同所致。

当第一信道对试样进行电泳过程时，第一信道产生强信号(100毫伏)，同时，第二信道的噪声增至4毫伏。这就是说产生了相对于100幅值的4幅值干扰，这种串音干扰值为-28分贝，是很小的。

当试样离开第一信道而在第二信道进行电泳过程时，则第二信道出现强信号(77毫伏)，这时，干扰声值为-26分贝，也是很小的。

有时将平滑电路(25)从量测使用的电路中撤下。有人曾设想加配一个具有最佳时间常数的平滑电路(25)可以进一步降低干扰声值。

如上所述，使用本发明的多联装毛细管电泳装置，当穿过各信道的光被聚焦在某一点并被单一光探测装置测出后，各信号即可被分离。因此，出现于相应信道中的信号完全可以在不受其他信道干扰的条件下被测定出来。

Claims (5)

1.一种多联装毛细管电泳装置包括，以下部分：平行固定的带有光传输部分的多个毛细管、对多个毛细管的各光传输部分实施光照的多个发光部分、以不同电信号激励多个发光部分的发光激励部分、将穿过光传输部分的光聚焦于某一点的聚光部分、探测聚焦光的光探测部分、将光探测部分测得的电信号中所包含的各电信号成分进行分解的信号处理部分和对毛细管施以电压的电压部分。

2.根据权利要求1所述的多联装毛细管电泳装置，其中，发光激励部分中产生的电信号是由相互正交函数系构成的信号，使这种电信号可以用信号处理部分分解。

3.根据权利要求1所述的多联装毛细管电泳装置，其中，信号处理部分包括一个用来分解各电信号的同步整流电路。

4.根据权利要求1所述的多联装毛细管电泳装置，其中，发光激励部分所产生的电信号是具有不同频率的正弦信号，而且信号处理部分包括一个可分解各频率成分的频率滤波器电路。

5.根据权利要求1所述的多联装毛细管电泳装置，其中取代发光激励部分还装有一个光调制装置，它以不同的电信号调制发自多个发光部分的光。

Images