CN1350179A - 电泳装置 - Google Patents

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Abstract

用一个台(3)把其中首先分配了样本的电泳芯片(1)的八个样本池定位在样本分配位置(9)。用样本分配机构移动一个头(5),以便把样本盘(7)的八个不同穴(7a)中盛放的测试样本分别吸取到八个喷嘴(5a)中,然后把头(5)移动到样本分配位置(9),以使吸取到喷嘴(5a)中的测试样本同时分配到样本池。用台(3)相继把样本池定位到样本分配位置(9),然后用样本分配机构依次把样本分配到样本池。将电极布置到每个电泳芯片(1),以便由电压施加部件把预定电压施加到电极,使盛放在样本池中的样本分离和在分离通道中电泳迁移,以便由检测器检测样本。这样,既使用具有简单通道结构的电泳构件,也可以同时分析多个测试样本。

Description

电泳装置
技术领域
本发明涉及一种用于分析微量蛋白质，核酸，药物等之类物质的电泳装置，更具体地讲，涉及一种使用电泳构件的电泳装置，该电泳构件具有其中形成有一个或多个通道的平板型构件，样本通过该通道电泳迁移。
背景技术
电泳装置一般用于分析极少量的蛋白质、核酸之类的物质，毛细管电泳装置是这种电泳装置的代表。在毛细管电泳装置中，在一个内径为100μm或更小的玻璃制造的毛细管(此后也称为毛细管)中充注一种电泳介质，然后在其一端引入分析样本，并用缓冲液湿润其两端，通过缓冲液在其两端之间施加高电压，以在毛细管中培养出分析对象物质。与其体积相比，毛细管具有大的表面积，也就是说具有高冷却效率，因而可以对其施加高电压，所以它能胜任在诸如DNA(脱氧核糖核酸)之类的极少量样本的高速和高解析率的分析中使用。
毛细管具有大约100-500μm的很小的外径，并且容易破碎，因而存在着使用者发觉很难更换它的问题。此外，它有时可能具有不足的热辐射，这对分离状态具有不利影响。另外，由于电压是通过缓冲液施加在毛细管的端部之间，因而它需要至少有用缓冲溶液湿润所需的一段额外长度，因而产生了它必须具有特定的设计长度的问题。
为了防止这种问题，已经提出了一种可以改进分析速度和装置大小的替代毛细管的建议，在1993年的《分析化学》的283卷，361-366页(Anal.Chem.1993，283，361-366)中，D.J Harrison等人的文章中披露了这方面的建议，文章描述了一种通过连接两个基片形成的电泳构件(此后也称为电泳芯片)。图14示出了这种电泳芯片的一个例子。
电泳芯片221是由一对基片221a和221b构成的，基片221a和221b是用透明平板形无机材料(例如，玻璃，石英、硅等)或塑料构成的，并且用半导体器件制造中使用的光刻技术或微机加工技术形成如下的结构：在一个基片221b中形成相互交叉的电泳毛细沟道223和225，在另一个基片221a中对应于这些沟道223和225的端部的位置形成了作为阳极池227a，阴极池227c，样本池227s，和废物池227w的通孔。电泳芯片221是以图14C中所示的基片221a和221b相互接合在一起的状态使用的。因而这样一个芯片具有两个彼此交叉形成的沟道，因此也叫作交叉沟道(cross-channel)型电泳芯片。
在把这种电泳芯片221用于电泳时，在分析之前，例如，通过注射器在压力下输送电泳介质，以便从，例如，阳极池227a充注沟道223和225，以及池227a，227c，227s和227w。接下来，除去注入到池227a，227c，227s和227w中的电泳介质，以便随后把样本注射到对应于较短沟道(样本注射通道)223的一端的样本池227s中，和把缓冲溶液注射到其它池227a，227c和227w中。
把充注了电泳介质、样本和缓冲液的电泳芯片221安装到电泳装置上。在池227a，227c，227s和227w上施加预定的电压，以使样本通过通道223电泳迁移到达通道223和225的交叉点229。切换施加到池227a，227c，227s和227w上的电压，从而使在较长沟道(分离通道)225的端部施加在池227a和227c之间的电压可使存在于交叉点229上的样本注入到通道225中。在该注入之后，用缓冲液置换包含在池227s中的样本。此后，将电泳电压施加到池227a，227c，227s和227w，以便在该通道225中分离这样注入到通道225中的样本。利用沿通道225的适当位置设置的检测器检测通过电泳所分离的样本。特别可以使用吸收比色法，荧光法，电化学法，或导电性法检测。
另外，电泳芯片中通道的设计或电泳介质的组成之类的分析条件取决于应用和样本。例如，在1999年度《分析化学》71卷第5354-5361页(Anal.Chem.1999，71，5354-5361)的Yining Shi等人的报告中描述了具有不同通道设计的电泳芯片，其中电泳芯片设置有多个以径向方式在其中形成的分离通道。
此外，还有一种具有其间没有交叉点的直沟道的电泳芯片。
在分析中使用如图14中所示的仅有一个分离通道的电泳芯片的电泳装置的分析效率很低，因此，存在着不适合近来希望的多个测试样本同时分析的问题。
发明内容
本发明的第一个目的是提供一种即使用具有简单通道构造的电泳构件也能分析多个测试样本的电泳装置。
为了达到第一目的，本发明的电泳装置的一个方面使用了其中在一个平板型构件内侧形成一个或多个通道，平板型构件上在对应于这些通道中的每一个的端部位置形成有到达这些通道的孔的电泳构件，并且包括用于在电泳构件中通道的两端施加电压的电压施加部件，用于检测电泳构件的通道中存在的样本的检测器部件，和用于固定参与同时存在的电泳操作的多个电泳构件的电泳构件固定部件。
这一方面的电泳装置可以使用布置在电泳构件固定部件上的多个电泳构件，以便在一次对多个测试样本进行电泳分析。
由于本发明可以减少对多个测试样本的电泳分析中的每个电泳芯片的分离通道的数量，因而可以更容易地制造电泳芯片，从而提高了产率，因而减低了分析成本。
为了利用分离通道的不同有效电泳长度对多个测试样本进行同时分析，现有技术的电泳装置需要准备一个设置有多个具有不同有效电泳长度的分离通道的电泳构件，因而通常会发现很难在多种有效电泳长度的条件下对多个检测样本进行这种分析。与其对照，使用多个电泳构件的本发明的电泳装置可以准备多种类型的带有不同有效电泳长度的电泳构件，然后从它们中选择一个具有合适有效电泳长度的电泳构件，并预先将其布置在电泳构件固定部件上，从而在多种有效电泳长度的条件下对多个检测样本进行同时分析。
本发明的第二个目的是提供一种实现检测信号的高S/N比的检测设备。
为了达到第二目的，本发明的电泳装置的另一方面具有由用于在检测范围中检测荧光的荧光检测设备构成的检测部件，荧光检测设备包括：用于为了图像形成而把来自检测范围的光聚焦到一个缝隙孔中的第一光学系统；和设置有一个反射型衍射光栅、用于分离来自缝隙孔的光并且为了图像形成而把光聚焦到一个检测元件上的第二光学系统。
本发明的第三个目的是提供一种能够使电泳装置自动操作的系统。
为了达到第三目的，本发明的电泳装置的又一方面具有用于通过电泳构件的池把电泳介质充注到通道和池中的电泳介质充注机构，和用于把样本注射到一个池中的样本注射机构；和用于控制包括这些机构的电泳装置从而使它们都能自动操作的控制部件。
近年来，使用了具有大芯片尺寸的，或设置有多个沟道或甚至沟道间没有交叉的直沟道的电泳芯片。这些芯片都包括在本发明的电泳构件的范畴中。
本发明中的术语“通道(passage)”不仅包括实例中所示的沟道，而且也包括诸如毛细管和封闭沟道之类的各种沟道。
附图说明
图1是表示本发明的一个实施例的透视图；
图2A-2E是表示其中形成许多分离通道并且安装到图1所示实施例的一个电泳芯片的实例的示意图，其中图2A是表示一个基片的顶视图，图2B是表示另一个基片的顶视图，图2C是表示两个基片相互接合在一起的状态的顶视图，图2D是表示图2C中用圆圈包围部分的放大顶视图，图2E是表示图2C的分离通道一部分的截面图；
图3是表示设置有一个优选的荧光检测设备的电泳装置实施例的局部透视图；
图4是表示另一个荧光检测设备的透视图；
图5是表示设置有样本注射监视机构的实施例的示意结构图；
图6是表示图5的实施例的操作的流程图；
图7是表示一个简化电泳芯片的平面图，以及用于表示在注入样本时样本注射通道和分离通道之间的交叉点的放大示意图；
图8A-8C是表示其中形成许多分离通道的电泳芯片的示意图，其中图8A是表示一个基片的顶视图，图8B是表示另一个基片的顶视图，图8C是表示两个基片彼此接合状态的顶视图；
图9是表示在用图8C的电泳芯片分离和检测用四种带有不同荧光波长的荧光材料标记的样本时的检测信号的图表；
图10是表示设置有另一种样本注射监视机构的实施例的示意结构图；
图11是表示一个操作自动化的实施例的示意结构的透视图；
图12是表示图11的实施例的操作实例的流程图；
图13是表示图11的实施例的另一个操作实例的流程图；和
图14A-14C是表示现有技术电泳芯片的示意图，其中图14A是表示一个基片的顶视图，图14B是表示另一个基片的顶视图，图14C是表示两个基片彼此接合在一起的状态的侧视图。
具体实施方式
图1是表示本发明一个实施例的透视图。图2A-2E是表示其中形成许多分离通道并且安装到图1所示实施例的一个电泳芯片实例的示意图，其中图2A是表示一个基片的顶视图，图2B是表示另一个基片的顶视图，图2C是表示两个基片相互接合在一起状态的顶视图，图2D是表示图2C中用圆圈包围部分的放大顶视图，图2E是表示图2C的分离通道部分的截面图。
首先，说明图2A-2E中所示的电泳芯片。
电泳芯片1是由一对用无机材料(例如，玻璃、石英、硅或类似物质)或塑料制造的平板型基片1a和1b构成的。基片1a和1b的厚度的尺寸是，例如，1.1mm。
一个基片1b具有16个用半导体器件制造工艺中使用的光刻技术或用微机加工技术形成在其表面的通道对，每个通道对是由彼此交叉的一个样本导入通道11和一个分离通道13组成的。样本导入通道11和分离通道13的尺寸大约为100μm的宽度和50μm的深度。这16对通道11和通道13中的每一对以扇形排列，并且以分离通道13与样本导入通道11交叉一侧相反的一端作为其中枢点，从而使它们不与其它对通道交叉。基片1a和1b形成为扇形，以便与分离通道13的排列匹配。
另一个基片1a具有在对应于通道11和13的端部的位置在其中形成为通孔的阳极池15a，阴极池15c，样本池15s，和废料池15w。给每一对通道11和13提供了池15s和15w。在扇形排列的中枢点一侧，给每一对通道的分离通道13的每一个端侧共同设置了阳极池15a。每一对通道的分离通道13的另一端侧共用一个形成为长孔形的阴极池15c。
如图2D所示，从样本池15s延伸的样本导入通道11和从废料池15w延伸的样本导入通道11连接到分离通道13，它们之间有例如100μm的间隔。
电泳芯片1是在两个基片1a和1b彼此接合在一起的状态中使用的。
因为这种电泳芯片具有许多形成在其中的分离通道，因而把它叫作多沟道微芯片(multi-channel micro-chip)。
以下参考图1说明电泳装置。
提供一个盘形多芯片旋转台(电泳构件固定部件)3。在旋转台3上固定例如10个电泳芯片1。这10个电泳芯片1以这样一种方式均匀间隔排列在旋转台3上，使得其中形成有池15a，15c，15s和15w的基片1a面朝上，并且也使其扇形的中枢点对准旋转台的中心。例如，可以通过在台3的表面上预先形成对应于电泳芯片1的扇形的凹座，或通过在电泳芯片1中形成对准孔从而能够把销钉或任何其它突起构件安排在对应于这些孔的位置上而实现电泳芯片的这种布置。在固定电泳芯片1之处，旋转台3设置有一个用台3的中心作为旋转轴转动台3的机构(未示出)。
靠近台3之处设置了装配有样本输送头5和用于一次盛放许多测试样本的样本盘7的样本分配机构。在附图中，没有示出不构成样本分配机构的头5的那一部分。头5设置有对应于电泳芯片1的相邻八个样本池15s的位置的八个喷嘴5a。样本盘7具有对应于头5的喷嘴5a之间间隔形成在其中用于盛放测试样本的384(24×16)个孔的穴7a。
尽管没有示出，靠近台3之处布置了一个设置有位于与电泳芯片1的池15a，15c，15s和15w对应的各自位置的电极的电压施加部件，和用于检测电泳芯片1的分离通道13中的样本的检测部件。
以下参考图1和2A-2E说明这个电泳装置的操作。
预先给通道11和13充注一种分离介质，然后把10片电泳芯片1布置在台3上，每个电泳芯片1具有充注了缓冲液的池15a，15c，15s和15w。尽管本例使用了预先充注了分离介质和缓冲液的电泳芯片1，但本发明并不限于本实例；例如，可以在靠近台3之处设置用于注射电泳介质或缓冲液的分配机构，以便在把电泳芯片1布置在台3上之后给电泳芯片1充注电泳介质。
利用台3，首先使要向其中分配样本的八个样本池15s对准样本分配位置9。
利用样本分配机构，驱动头5，以便把盛放在样本盘7中的八个不同的穴7a中的测试样本分别吸入到八个喷嘴5a中，然后，将头5移动到分配位置9，从而将吸入到喷嘴5a中的测试样本同时分配到八个样本池15s中。
在样本分配机构把头5提升之后，将台3旋转到使接下来的八个样本池15s定位在样本分配位置9。然后，执行上述样本分配操作，将测试样本同时分配到八个样本池15s中。
使用台3相继使样本池15s对准样本分配位置9，以使样本分配机构能够把样本相继分配到样本池15s中。
因此，自动分配了测试样本。
在把样本分配到布置在台3上的电泳芯片1的所有样本池15s之后，给每个电泳芯片1的每个池15a，15c，15s和15w布置一个电极。利用电压施加部件施加一个预定电压，从而把盛放在样本池15s中的样本经样本导入通道11导入分离通道13，样本通过分离通道13被分离，并在分离通道13中向阳极池15a电泳迁移。
例如，在靠近每个分离通道13的阳极池15a处，为每个分离通道13布置用于识别和检测分离的组分的检测器，以便检测样本的分离组分。但是，检测方法不限于此；例如，可以使用在样本被分离并且在分离通道13中停止电泳迁移之后检测样本的分离组分在分离通道13的预定范围内的分布的检测器。
因此，利用本实施例，可以用带有简单通道结构的多个电泳芯片同时分析多个测试样本。通过减少每个电泳芯片的分离通道的数量和使用多个电泳芯片，可以实现高处理量。这简化了电泳芯片的制造，因而能够提高芯片的生产率。
尽管本实施例使用了具有相同结构的多个电泳芯片1，但是本发明不限于此；例如，可以在台3上布置具有不同有效电泳长度的分离通道的多种电泳芯片1。这使得能够在多个有效电泳长度的条件下对多个测试样本同时进行分析。
尽管本实施例在构成电泳构件固定部件的盘形台3上布置了多个电泳芯片1，但本发明不限于此；例如，电泳构件固定部件可以是任何结构，只要它能够同时固定多个电泳芯片。
此外，可以在本发明中使用的电泳构件不限于本实施例中说明的电泳芯片1，而可以是仅设置有一个或多个分离通道的电泳芯片。
在本实施例中，电泳构件固定部件具有一种把多个电泳构件固定在一个平面构件上，然后在固定这些电泳构件的平面中旋转该平面构件，以便相继把多个电泳构件的通道的每一个端部依次布置在样本分配位置的功能，并且设置有把样本分配到与布置在该样本分配位置的这些通道的每一个端部对应的孔中的样本分配机构，从而能够自动分配样本。
为了在电泳装置中检测，一般预先用荧光方式标记样本，从而用荧光法检测。
尽管有许多类型的荧光检测设备，但为了实现检测信号的高S/N比而优选的一种荧光检测设备是包括用于为图像形成而把来自检测区的光聚焦到缝隙孔中的第一光学系统，和至少设置有反射型衍射光栅以分离来自缝隙孔的光以便在检测元件上形成图像的第二光学系统的荧光检测设备。
图3是表示装备有这样一种荧光检测设备的电泳装置的一个实施例的局部透视图，其中仅示出了一个电泳芯片。
电泳芯片1如图2中所示，它固定在电泳芯片固定台4上，其形成有池的表面朝上。电泳芯片固定台4相当于图1中的多芯片旋转台3。电泳芯片固定台4设置有调节电泳芯片1的温度的帕帖尔效应(Pertier-effect)温度调节机构45。在帕帖尔效应温度调节机构45的对面设置了一个给帕帖尔效应温度调节机构45通风的风扇47。设置电泳室盖49，覆盖固定着电泳芯片1的电泳芯片固定台4的表面。
靠近电泳芯片固定台4设置了用于把作为电泳介质的聚合物注射到固定在电泳芯片固定台4上的电泳芯片1的通道和池中的聚合物注射端口51和聚合物注射器53。
在固定着电泳芯片1的电泳芯片固定台4的表面上为电泳芯片1的每个池15a，15c，15s和15w设置电极55，以把电压施加到盛在这些池中的液体。每个电极55连接到向其供电的高电压供电部件17。
设置作为荧光检测设备的光源的激发光源激光器19。激光器19可以的各种类型的，例如，氩(Ar)激光器，氪(Kr)激光器，氦-氖(He-Ne)激光器，钕(Nd)-钇铝石榴石(Y3Al5O12)激光器等构成的钕-离子固体激光器，半导体激光器(激光二极管：LD)，利用光学二次谐波产生(SHG)现象的固体激光器。
沿来自激光器19的激发光的光路设置用于校准激发光的光束扩展器21。沿来自光束扩展器21的激发光的光路提供了一个用于扫描激发光的光束扫描元件23，例如，一个电镜(galvano-mirror)或AOD(声-光器件(Acousto-Optics Device))。
沿来自光束扫描元件23的激发光的光路设置把来自光束扫描元件23的激发光向电泳芯片1一侧反射的二向色镜25。使用的二向色镜25具有反射激发光并且透射来自电泳芯片1一侧的荧光的波长特性。
沿二向色镜25反射的激发光的光路设置物镜27，用于汇聚激发光通过形成在电泳室盖49中的开口到电泳芯片1的分离通道13的检测区29(也见图2)。
在二向色镜25与物镜27相反的一侧设置用于除去激发光组分的滤除滤光器31。沿通过滤除滤光器31的荧光的光路设置为了图像形成而把荧光聚焦到缝隙35的透镜33，缝隙35中形成了对应于电泳芯片1的检测区29的长孔。
沿来自缝隙35的长孔的荧光光路设置用于分离荧光并且为了图像形成而把它聚焦到冷CCD(电荷耦合器件)39的接收表面的凹面全息光栅(反射型凹面光栅)37。
一个运算器件(未示出)连接到冷CCD 39，用于处理冷CCD 39的检测信号。
荧光检测设备用于通过检测电泳芯片1的分离通道13的检测区29的荧光来检测分离的样本。通过用光栅37分离来自检测区29的荧光，可以检测多个荧光波长。
在本实施例中，荧光检测设备是由激发光源激光器19，光束扩展器21，光束扫描元件23，二向色镜25，物镜27，滤除滤光器31，透镜33，缝隙35，光栅37，和冷CCD 39构成的，其中二向色镜25，物镜27，滤除滤光器31，透镜33和缝隙35构成第一光学系统，而光栅37构成了第二光学系统。
以下参考图3和2说明电泳装置的操作。
取下电泳室盖49，把电泳芯片1放到电泳芯片固定台4的预定位置上，然后，移动聚合物注射端口51，以把它与电泳芯片1的池15a结合。挤出盛放在注射器53中的聚合物，并通过聚合物注射端口51和池15a注入到分离通道13和样本导入通到11中，直到充满。
把缓冲液注射到池15a，15c和15w，并且把样本注入到样本池15s，然后，将电极55布置到所有池，接下来，盖上电泳室盖49，以封闭电泳室。操作帕帖尔效应温度调节机构45和风扇47，以便把电泳芯片1和电泳室内部调节到预定温度。
使用电泳高压电源17把预定电压施加到每个电极55，以便把盛放在样本池15s中的样本导入样本导入通道11，此后，切换施加到这些电极55的电压，以便把样本导入通道11和分离通道13之间交叉点的样本导入到分离通道13。从而使导入分离通道13的样本能够向阳极池15a电泳迁移，然后被分离。操作激发光源激光器19，以便把激发光通过光束扩展器21和光束扫描元件23施加到二向色镜25。二向色镜25把激发光反射到物镜27，通过物镜27把激发光施加到检测区29。与此同时，光束扫描元件23扫描激发光施加到二向色镜25上的位置，从而可以在分离通道13在检测区29中布置的方向上(见图3中的箭头)扫描激发光。
物镜27会聚来自检测区29的光，以提供校准光，然后把校准光送到二向色镜25。二向色镜25把来自物镜27的光透射到滤除滤光器31。滤除滤光器31滤除通过二向色镜25的光的激发光组分，以便仅使具有预定波长的荧光通过到透镜33。透镜33将来自滤除滤光器31的荧光会聚到缝隙35中的长孔。荧光在通过缝隙35中的长孔后施加到光栅37。光栅37分离来自缝隙35的荧光，以便为了图像形成把它聚焦在冷CCD 39的光接收表面上。根据来自冷CCD 39的检测信号，检测以荧光方式标记的样本。
可以用各种方式改造图3所示的荧光检测设备的结构。事实上，任何结构都是可以接受的，只要第一光学系统能够为了图像形成而把来自检测区的光聚焦到缝隙孔，并且第二光学系统设置有至少一个反射型衍射光栅，以分离来自缝隙孔的光和为了图像形成而把它聚焦到检测元件上。包括施加激发光的光源的光学系统也可以是任何结构；例如，光源可以是一个LED(发光二极管)。
尽管图3所示的荧光检测设备仅使用了一个凹面全息光栅作为反射型凹面光栅的第二光学系统，但本发明的第二光学系统不限于此，而可以是凹面镜和反射型平面光栅的组合。
另外，尽管上述检测设备使用了利用光束扫描元件在检测区中扫描激发光这样一个系统作为把激发光施加到检测区的光学系统，但光学系统不限于此，而可以是任何一种光学系统，只要它能够把激发光施加到检测区，例如，把直线型激发光施加到检测区的光学系统，或从电泳芯片的侧面把激发光施加到检测区的光学系统。
图3所示的荧光检测设备包括为图像形成而把来自检测区的光聚焦到缝隙孔的第一光学系统，和设置有至少一个反射型衍射光栅以分离来自缝隙孔的光并且为了图像形成而把它聚焦在检测元件上，从而利用具有比透明衍射光栅更高衍射效率的反射型衍射光栅分离来自检测区的光，因而能够在检测元件实现检测信号的高S/N比的第二光学系统。此外，即使在包括多个检测位置的检测区中的荧光检测中，也能够通过反射型衍射光栅的高图像形成特性减少串扰。
通过提供一种把反射型凹面光栅设置为反射型衍射光栅并且第二系统也仅由反射型凹面光栅构成的结构，可以分离来自缝隙孔的光，并为图像形成而把它聚焦到检测元件，而不使用凹面镜这样的光学系统。这简化了设备的构造。
图4是表示另一个荧光检测设备的透视图。
在电泳芯片1中形成多个分离通道13，并且沿其预定位置设置线状检测区29。设置在电泳芯片1旁边的激光器59使激发光施加到检测区29，并且同时施加到多个分离通道13。
设置在电泳芯片1上方的会聚透镜61校准来自检测区29中一个特定分离通道13的光。发送这束校准光通过用于滤除激光束的滤除滤光器63到达一个透明衍射光栅65。透明衍射光栅65分离来自滤除滤光器63的校准光，以便为了图像形成而通过图像形成透镜67把它聚焦在CCD 69上形。为图像形成，把具有不同波长的光聚焦在CCD 69的不同位置上。根据来自CCD 69的检测信号，计算预定荧光波长的强度。通过这样检验荧光波长的强度，可以决定检测区29中发射荧光的荧光材料的存在。
在图4所示的荧光检测设备中，通过把电泳芯片1或包括会聚透镜61、滤除滤光器63、透明衍射光栅65、图像形成透镜67和CCD 69的光学系统向检测区29移动，在检测区29中的多个分离通道13上检测荧光。
在使用电泳芯片的电泳装置中，当施加电压以把注射到样本池中的样本引导到样本导入通道与分离通道之间的交叉点时，样本应当沿整个样本导入通道均匀分布；也就是说，必须为每个通道设计或样本研究象通道两端施加的电压值和电压施加时间或温度这样的把足够量的样本引导到样本导入通道与分离通道之间的交叉点的注射条件。通常是利用与电泳装置不同的监视器来研究注射条件。
但是，当把电泳芯片安装到电泳装置和施加电压，以便在利用上述监视器获得的注射条件下把样本引导到样本导入通道与分离通道之间的交叉点时，有时会由于一些干扰使样本不能在整个样本导入通道上均匀分布。尽管在样本在整个样本导入通道上不均匀分布的条件下把样本注射到分离通道时获得的测量结果不十分可靠，不能够确定在样本注入样本导入通道中时沿样本导入通道的样本分布。
以下说明设置有样本注射监视机构的电泳装置的一个实施例，该样本注射监视机构检测沿至少包括样本导入通道与分离通道之间的交叉点在内的样本注射通道的样本分布，以便提高测量结果的可靠性。
图5是表示设置有这种样本注射监视机构的电泳装置的一个实施例的示意结构图。图5所示的电泳芯片1与图2中的相同。
把电泳芯片1固定在芯片固定台(未示出)上，电泳芯片1形成有池的表面朝上。芯片固定台设置有用于调节芯片1的温度的温度调节机构。
设置激发光源激光器71，使得它能够在一个分离峰值检测光学系统和一个以后将说明的样本注射监视光学系统中共同使用。激光器71可以是各种类型的，例如氩(Ar)激光器，氪(Kr)激光器，氦-氖(He-Ne)激光器，钕(Nd)-钇铝石榴石(Y3Al5O12)等构成的Nd离子固体激光器，半导体激光器(激光二极管：LD)，利用光二次谐波发生(SHG)现象的固体激光器。
沿来自激光器71的激发光的光路设置用于校准激发光的光束扩展器73。沿来自光束扩展器73的激发光的光路设置在一个以实线表示的沿光路的位置和一个用虚线表示的光路之外的位置之间移动的可动反射镜75。
沿可动反射镜75反射的激发光的光路设置用于扩展激发光的透镜77。沿来自透镜77的激发光的光路设置了布置在芯片1的底侧(与形成有池的表面相反的一侧)用于把来自透镜77的激发光向芯片1底侧反射的二向色镜79。要使用的二向色镜79具有反射激发光但透射来自芯片1侧的荧光的波长特性。
在二向色镜79相对于芯片1的一侧设置分光滤光器81。分光滤光器81仅透射具有已经通过二向色镜79的来自芯片1的荧光的预定波长的光组分。二向色镜79和分光滤光器81的规格是由用于标记样本的荧光材料和激光器71振荡的激发光的波长确定的。
沿已经通过分光滤光器81的荧光的光路设置用于为了图像形成而把荧光聚焦在CCD 85的光接收表面上的透镜83。
将控制CCD 85的操作和处理其检测信号的CPU(中央处理单元)87连接到CCD 85。
可动反射镜75，二向色镜79，分光滤光器81，透镜83，和CCD 85构成了样本注射监视光学系统89。监视光学系统89沿芯片1的样本导入通道11和分离通道13检测荧光标记，从而检测样本在这些通道11和13的分布。
在监视光学系统89中，在光束扩展器73的输出光的直径和芯片1的通道的设计满足使激发光至少能够施加到这些样本导入通道11和分离通道13的交叉点的情况下，可以省略透镜77。
激光器71，光束扩展器73，CPU 87，和监视光学系统89构成了样本注射监视机构。
沿可动反射镜75在虚线指示的位置时来自光束扩展器73的激发光的光路设置反射镜91。沿反射镜91反射的激发光的光路设置了布置在芯片1(形成池的)表面一侧、用于把来自反射镜91的激发光向芯片1的该表面反射的二向色镜93。要使用的二向色镜93具有反射激发光和透射来自芯片1侧的荧光的波长特性。
沿二向色镜93反射的激发光的光路设置用于把激发光会聚到沿芯片1的分离通道13的检测位置中的物镜95。
二向色镜93与物镜95相对的一侧设置有分光元件97。分光元件97分离来自芯片1的已经通过物镜95和二向色镜93的荧光。使用的分光元件97可以是，例如，分光滤光片和楔形棱镜或透射型光栅的组合。
沿已经通过分光元件97的荧光的光路设置用于为图像形成而把荧光聚焦在CCD 101的光接收表面上的透镜99。
控制CCD101的操作和处理其检测信号的CPU 103连接到CCD101。
反射镜91，二向色镜93，物镜95，分光元件97，透镜99，和CCD 101构成了分离峰值检测光学系统105。检测光学系统105检测在沿芯片1的分离通道13的检测位置上检测到荧光标记时分离的样本。通过利用分光元件97分离来自检测位置的光，可以检测多种荧光波长。
激光器71，光束扩展器73，CPU 103，和检测光学系统105构成了检测机构。
在芯片1的表面侧为芯片1的每个池15a，15c，15s和15w设置一个电极107，以便把电压施加到这些池中盛放的液体。将每个电极107连接到高电压供电部件109，以便向电极107提供高电压。高电压供电部件109连接到控制其操作的CPU 87。
电极107和高电压供电部件109构成了一个电压供给机构，而CPU 87实现了控制部件。
图6是表示本实施例的操作的流程图。图7是表示芯片1的一个通道的示意平面图，以及表示在导入样本时的样本注射通道与分离通道之间的交叉点的示意放大图。以下参考图5-7说明本实施例的操作。
把电泳介质注射到样本注射通道11和分离通道13中，缓冲液注射到池15a，15c和15w中，并且把样本注射到池15s中，然后把充满这些液体的芯片1安装到芯片固定台(步骤S1)。
把电极107放到池15a，15c，15s和15w上，以使高电压供电部件109在预先研究的注射条件下通过电极107把样本导入电压施加到这些池15a，15c，15s和15w上(步骤S2)。然后，注射到池15s中的样本开始在样本导入通道11中扩散。
用监视光学系统89监视样本导入通道11中的样本分布(步骤S3)。
操作说明如下：首先，把可动反射镜75移动到实线位置，以使激光器71振荡激发光。光束扩展器73校准来自激光器71的激发光。可动反射镜75反射校准的激发光，并使之入射到监视光学系统89。透镜77扩展来自可动反射镜75的激发光，然后被二向色镜79反射，以施加到芯片1的背面。这样把激发光施加到所有样本导入通道11和分离通道13上。
分光滤光器81仅把从芯片1通过二向色镜79施加到分光滤光器81的荧光中具有预定波长的荧光组分透射到透镜83，从而使透镜83能够把透射的荧光聚焦在用于图像形成的CCD 85上。CPU 87把CCD 85的检测信号转换成一种图像文件数据，以据此监视样本分布。
CPU 87确定样本是否均匀地分布在样本导入通道11中(步骤S4)。因而，能够确定是否有足够分离和检测的量的样本导入到交叉点10。
如果在步骤S4确定样本分布不均匀(否)，那么CPU确定在施加了样本导入电压之后是否过去了预定时间(步骤S5)。如果预定时间尚未过去(否)，那么过程返回到步骤S4。否则(是)，CPU 87控制高电压供电部件109，以停止电压施加，从而转移到一个恢复程序或下一个执行模式。
如果确定如图7中交叉点10的放大图中所示那样，样本在样本导入通道11中均匀地分布并且另外在步骤S4确定为均匀(是)，那么高电压供电部件109切换施加到池15a，15c，15s和15w上的电压，以施加用于样本分离的电泳电压，从而开始样本的电泳迁移(步骤S6)。
在这种情况下，CPU 87利用监视光学系统89连续对样本导入通道11中的样本分布进行监视，以确定存在于交叉点10的样本是否被注射到分离通道13(步骤S7)。
如果在步骤S7确定样本还没有注入分离通道13(否)，那么CPU 87控制高电压供电部件109，以停止电压施加，因而转移到恢复程序或下一个执行模式。
当在步骤S7确定样本已经注入到分离通道13中时(是)，那么继续施加电泳电压，以分离电泳迁移的样本。
使用检测光学系统105检测已经到达检测位置的样本(步骤S8)。
操作说明如下：在步骤S7确认样本已经注入分离通道13后，将可动反射镜75移动到虚线位置，以便把来自光束扩展器73的激发光施加到反射镜91。反射镜91发射来自光束扩展器73的激发光并使其入射到检测光学系统105中。二向色镜93把来自可动反射镜75的激发光向芯片1的表面侧反射，并随后被物镜95会聚，以便从芯片1的表面侧施加到分离通道13的检测位置。
通过物镜95和二向色镜93将来自分离通道13的检测位置的荧光施加到分光元件97。分光元件97分离来自分离通道13的检测位置的荧光，然后为图像形成而通过透镜99聚焦到CCD 101。CPU 103把CCD 101的检测信号转换成作为波形处理，从而检测分离样本的数据的图像文件。
在样本分离后，高电压供电部件109停止提供电压。
因此，利用提供给装置的监视光学系统89监视样本导入通道11中的样本分布，特别是样本导入通道11和分离通道13之间交叉点10周围的样本分布，可以在图6的步骤S4确定在把电压施加到池以移动样本时是否有足够量的样本被导入交叉点10，以致如果确定在交叉点10仍没有导入足够量的样本，那么可以停止测量，从而提高了测量结果的可靠性。此外，在图6的步骤S8，可以确定存在于交叉点10的样本是否通过电泳迁移导入到分离通道13，以致如果没有电泳迁移，那么可以停止测量，以提高测量结果的可靠性。
如图5中所示的实施例，通过给样本导入监视机构和检测机构提供荧光检测光学系统，并且也给这些荧光检测光学系统提供它们共用的激发光源，与为每个系统提供一个光源的情况相比，可以减小装置的大小，和降低成本，以及运行成本。但是，可能的状况并不限于上述方面，可以为监视光学系统89和检测光学系统105中的每一个提供一个激发光源。在这种情况下，不需要可动反射镜75和反射镜91。
此外，在图5的实施例中，尽管为了检测，构成样本注射监视机构的监视光学系统89覆盖了整个样本导入通道11和分离通道13，但本发明不限于此；例如，为了检测，样本导入监视机构可以仅需覆盖包括样本导入通道和分离通道之间的交叉点在内的整个样本导入通道的一部分。
无论其中形成了一个分离通道13还是许多分离通道13的电泳芯片1都可以使用。
与图2类似，图8示出了其中形成许多分离通道的电泳芯片的顶视图。
电泳芯片2是由一对由透明无机材料(例如，玻璃、石英、硅)或塑料制造的基片2a和2b构成的。
使用半导体光刻技术或微机加工技术在一个基片2b的表面上形成相互交叉的八对样本导入通道4和分离通道6。利用分离通道6的与样本导入通道4交叉一侧相反的一端作为中枢点，将每对通道4和6排列成扇形，从而避免了与其它对通道交叉。样本导入通道4形成为钩形，以减小芯片2的面积。
另一个基片2a具有在对应于通道4和6的端部的位置上用作阳极池8a，阴极池8c，样本池8s和废料池8w的通孔。为每对通道4和6设置池8c，8s和8w。在扇形布置的中枢点一侧，每对中的分离通道6的一侧端部共用阳极池8a。
芯片2是以其两个基片2a和2b彼此接合在一起的状态使用的。在芯片2中，检测分离样本的位置靠近扇形布置的中枢点一侧的每对中的分离通道6的端部。
当通过把芯片2安装在如图5所示的电泳装置中进行测量时，需要对应于池8a，8c，8s和8w的布置设置该装置的电极107。此外，对于检测光学系统105，例如，必须沿反射镜91和二向色镜93之间的光路设置象电镜或AOD之类的光束扫描元件，以便在线状检测位置上扫描激发光，并且必须把分光元件97，透镜99和CCD 101改变为能够在区分八个分离通道6之间的区别的同时进行检测的元件。
在电泳中，通过使用根据芯片2改进的图5中所示的电泳装置，可以使用监视光学系统89监视样本导入通道4中的样本分布，和样本向分离通道6的电泳迁移。
图9是表示在用四种具有不同波长的荧光材料标记样本并且通过芯片2分离和检测样本时获得的检测信号的示意图。横轴(x-轴)代表分离通道6的编号(沟道号)，竖轴(y-轴)代表四种光谱。在图9中，示出了四个分离通道6的检测信号。
在图9中，圆圈给出了分离的荧光在其检测位置上的强度。黑色圆圈，带点的圆圈和白色圆圈按每个沟道中强度的等级表示检测信号的强度。
将不同的样本注射到芯片2的样本池8s中，并且向这些池施加电压，从而把这些样本引导到每对通道的样本导入通道4与分离通道6之间的交叉点，然后在这些池上施加电泳电压，从而把存在于交叉点的样本注入到分离通道6。在每个分离通道6中，样本被分离并向阳极池8a电泳迁移。利用四种荧光材料标识被分离并且到达检测位置的样本组分。
图10是表示本发明的电泳装置的另一个实施例的示意结构图。图10所示的电泳芯片1与图2所示的相同。与图5中的元件相同的元件用相同的参考号表示，并省略了对它们的说明。
把芯片1固定在芯片固定台(未示出)上。激发光源激光器71，光束扩展器73，CPU 103，分离峰值检测光学系统105(包括反射镜91，二向色镜93，物镜95，分光元件97，透镜99和CCD 101)，电极107，和高电压供电部件109与图5实施例中的相同。在图中省略了对应于样本池和废料池的电极107。还省略了反射镜91，以便把来自光束扩展器73的激发光直接注射到二向色镜93。
在芯片1的表面上对应于样本导入通道11和分离通道13之间的交叉点的位置上设置一个LED 119作为激发光源。例如，可以使用一个具有480nm振荡频率的蓝色LED作为LED 119。但是，本发明中使用的LED不限于蓝色，而是可以使用发射其它颜色，即，其它波长的光的LED。
在芯片1背面，对应于样本导入通道11和分离通道13之间的交叉点的位置上设置分光滤光器81。分光滤光器81仅透射来自芯片1的交叉点10周围的荧光中具有预定荧光波长的光组分。分光滤光器81的规格是由样本标记中使用的荧光材料和LED 119发射的激发光的波长确定的。
沿通过分光滤光器81的荧光的光路设置用于为图像形成而把荧光聚焦在CCD 85的光接收表面上的透镜83。
CCD 85连接到控制CCD 85操作和处理其检测信号的CPU 87。
LED 119，分光滤光器81，透镜83，和CCD 85构成了一个样本注射监视光学系统89a。监视光学系统89a检测芯片1的样本导入通道11和分离通道13之间的交叉点周围的荧光标记，从而检测交叉点附近的通道11和13中的样本分布。
LED 119，监视光学系统89a，和CPU 87构成了样本注射监视机构。
在本实施例中，当向池施加电压以把注入到样本池中的样本引导到交叉点时，LED 119导通，从而利用监视光学系统89a监视样本导入通道11中，特别是样本导入通道11和分离通道13之间交叉点周围的样本分布。这使得能够如图5的实施例一样，确定是否有足够量的样本已经导入到交叉点，因而提高了测量结果的可靠性。
图10的实施例也可以应用于单沟道电泳芯片和多沟道电泳芯片。例如，当使用图8C所示的芯片2时，通过对应于样本导入通道4和分离通道6之间的交叉点的位置并排地布置八个LED，可以把激发光施加到每个交叉点，从而监视交叉点的样本分布。
尽管在图10的实施例中把LED 119设置在对应于芯片1的样本导入通道11和分离通道13之间的交叉点的位置，以便把来自LED 119的激发光直施加到交叉点10，但是，例如，可以在LED 119与芯片1之间设置一个会聚透镜，以便通过会聚镜头把来自LED 119的激发光施加到交叉点，或在图5所示的结构造，可以省略可动反射镜75，而在透镜77的相对于二向色镜79的一侧设置LED，以便通过透镜77和二向色镜79施加来自LED的激发光，从而把来自LED的激发光通过光学系统施加到芯片1。
图10这种设置有使用LED作为其光源的检测光学系统的实施例可以降低光源本身的成本，因此降低了样本注射监视机构的成本。此外，通过对应于注入样本的地点的布局排列LED阵列，不需要复杂的照明光学系统，从而进一步降低了样本注射监视机构的成本。
可以在根据图5和10的实施例的电泳装置中使用的电泳芯片不限于具有一个形成为与分离通道交叉的通道的芯片。例如，它可以是其中形成有不与任何其它通道交叉的分离通道的电泳芯片，具有多个彼此交叉的通道作为分离通道的电泳芯片，具有大尺寸的电泳芯片，或具有任何其它各种通道设计的电泳芯片。但是，对应于电泳芯片的通道设计，需要改进电压供给机构，检测机构，和样本注射监视机构。
尽管在图5和10所示的实施例中样本注射监视机构和检测机构使用了荧光检测光学系统，但本发明不限于此，可以使用任何利用吸收测量或导电性方法或类似方法的其它机构代替样本注射监视机构和检测机构。
通过向所使用的电泳芯片提供相互交叉的样本注射通道和分离通道作为其通道，和使用电压供给机构施加把样本引导到样本注射和分离通道之间的交叉点的电压，以致此后如果是即使在预定的时间过去之后，沿样本注射监视机构检测的样本注射通道的预定范围内样本仍未分布均匀，那么进一步提供的控制部件可以停止装置，并且可以自动确定样本的电泳迁移是否可以接受，从而控制迁移。
尽管在图5和10所示的实施例中分别为监视光学系统89和89a以及检测光学系统105设置了CPU 87和CPU 103，但是可以用一个CPU执行CPU 87和CPU103二者的功能。
通过图5和10中所示实施例，也可以讨论注射样本的条件。通过改变芯片1的温度，高电压供电部件109施加到池的电压，和施加到这些池上的电压的时间间隔，可以利用监视光学系统89或89a在各种条件下监视样本导入通道11中的样本分布。
以往一直是利用手工操作给微芯片充注电泳介质，从池中除去电泳介质，把样本和缓冲液注射到池中，在样本注射到分离通道后从池中除去样本，和在除去样本后把缓冲液注入池中。但是，这些操作对于必须用手使用注射器或类似工具进行这些操作的操作人员是非常麻烦的。
图11中示出了通过使这些操作自动化而解决了这一问题的电泳装置的实施例。图11是表示该实施例的结构的透视图。电泳芯片1与图2中所示的相同，但是，为了使说明简单，把芯片1表示为具有相互交叉的一个分离通道和一个样本导入通道。
设置芯片固定机构(未示出)以固定电泳芯片1，从而使固定在其上的芯片1能够通过提供在芯片固定机构上的移动机构以箭头方向111在图中的位置A，B和C之间移动。
在位置A上方设置吸取电泳介质和注射缓冲液的端口113。端口113包括喷嘴固定构件115和四对对应于芯片1定位于位置A时的池15a，15c，15s和15w的布置固定于构件115的吸取喷嘴117和排放喷嘴119。吸取喷嘴117和排放喷嘴119分别连接到独立的注射器(未示出)。此外，端口113设置有提升机构(未示出)，用于以图中箭头方向121提高/降低构件115。提升机构降低构件115，使得当芯片1处于位置A时，喷嘴117和119的末端能够进给到池15a，15c，15s和15w。
电泳介质吸取和缓冲液注射端口113，注射器，和提升机构构成了电泳介质吸取机构和一个缓冲液注射机构。
例如，可以使用树脂制造的毛细管作为喷嘴117和119。但是喷嘴117和119不限于树脂制造的毛细管；例如，可以使用任何其它材料制造的毛细管，如玻璃毛细管。
在位置B上方设置构成样本注射机构的样本装载注射器123，和构成电泳介质注射机构的电泳介质装载端口125。
样本注射机构包括对应于芯片1定位在位置B时样本池15s的位置提供的注射器123，以三维方向(见图中的箭头127)移动注射器123的移动机构(未示出)，和使注射器123能够参与吸取和排放的气缸驱动机构(未示出)。当芯片1在位置B时，通过构成样本注射机构的移动机构可以使注射器123的吸取/排放口进给到样本池15s。
端口125连接到盛放电泳介质的注射器(未示出)，并且设置有对应于在芯片1定位在位置B时的阳极池15a的位置给出的喷嘴131。在喷嘴131的末端设置一个密封构件133。电泳介质注射机构由端口125，把电泳介质挤出喷嘴131的注射器，和以图中箭头135所示方向提升/降低端口125的提升机构(未示出)构成。当芯片1在位置B时，提升机构降低端口125，从而使喷嘴131的末端通过密封构件133与阳极池15a接触。
在位置C上方设置了一个电极端口137。端口137带有一个电极固定构件139，和四个对应于在芯片1定位在位置C时的池15a，15c，15s和15w的布置固定到构件139的电极141。电极141连接到高电压供电设备(未示出)。此外，端口137设置有以图中箭头143所示方向提升/降低构件139的提升机构(未示出)。电极端口137，高电压供电设备，和提升机构构成了电压供给机构。当芯片1在位置C时，提升机构降低构件139，从而使电极141的末端分别进给到池15a，15c，15s和15w。
在位置C的下方设置检测光学系统(检测机构)145。在芯片1处于位置C时，检测光学机构145把检测光147施加到沿交叉点和阳极池15a之间的分离通道13的检测位置，从而根据紫外线吸收率检测被分离的样本。
控制部件(未示出)控制芯片固定机构，电泳介质吸取和缓冲液注射端口113，样本注射机构，和电泳介质注射机构，电压供给机构，和检测光学系统145。
图12是表示本实施例操作的一个实例的流程图。以下参考图11和12说明本实施例的这些操作。在这里，使用的电泳介质包含有机聚合物(此后简称为聚合物)。
把芯片1定位在位置B(步骤S1)。
降低电泳介质装载端口125，以使喷嘴131的末端能够通过密封构件133与芯片1的阳极池15a接触。把盛放在注射器中的聚合物挤出注射器，并在压力下通过喷嘴131和阳极池15a注射到芯片1的沟道和池15c，15s和15w。当聚合物从所有池15c，15s和15w溢出时，结束注射(步骤S2)。
回升电泳介质装载端口125，把芯片1移动到位置A(步骤S3)。
降低电泳介质吸取和缓冲液注射端口113，使喷嘴117和119能够进给到盛放在池15a，15c，15s和15w中的聚合物。连接到吸取喷嘴117的吸取机构操作，通过吸取喷嘴117吸取盛放在池15a，15c，15s和15w中的聚合物(步骤S4)。在吸除聚合物之后，连接到对应于池15a，15c和15w的排放喷嘴119的排放机构操作，把缓冲液通过排放喷嘴119注射到除了样本池15s之外的池15a，15c，和15w中(步骤S5)。
回升端口113，把芯片1移动到位置B(步骤S6)。
移动注射器123，以使注射器123的吸取/排放口能够进给到空的样本池15s。注射器123开始吸取，以便把预先从样本端口(未示出)吸取到注射器123中的样本注射到样本池15s中(步骤S7)。
回升注射器123，把芯片1移动到位置C(步骤S8)。
降低电极端口137，以使电极141能够与盛放在池15a，15c，15s和15w中的缓冲液或样本接触。经过电极141将预定的电压施加到盛放在池15a，15c，15s和15w中的缓冲液或样本，从而把样本引导到样本导入通道和分离通道之间的交叉点，然后切换电压，把样本注入到分离通道(步骤S9)。
回升端口137，把芯片1移动到位置A(步骤S10)。
降低端口113，以使喷嘴117和119能够进给到盛放在池15a，15c，15s和15w中的样本或缓冲液。连接到对应于样本池15s的吸取喷嘴117的吸取机构操作，以通过吸取喷嘴117吸取和除去留在样本池15s中的多余样本(步骤S11)。除去样本之后，连接到对应于样本池15s的排放喷嘴119的排放机构操作，以通过排放喷嘴119把缓冲液注射到样本池15s(步骤S12)。
回升端口113，把芯片1移动到位置C(步骤S13)。
降低电极端口137，使电极141能够与盛放在池15a，15c，15s和15w中的缓冲液接触。通过电极141把预定电压施加到池15a，15c，15s和15w，以便电泳分离注射到分离通道中的样本，从而利用检测光学系统145检测分离的样本(步骤S14)。
因此，在图11的实施例中，能够自动执行把聚合物注射到电泳芯片，从池除去聚合物，把样本和缓冲液注射到池，在把样本注射到分离通道之后从池中除去样本，在除去样本后把缓冲液注射到池，以及分离和检测样本的全部操作。
图13是表示本实施例操作的另一个实例的流程图。以下参考图11和13说明本实施例的操作。在这里，使用一种无机离子缓冲液(此后称为电泳缓冲液)作为电泳介质。
把芯片1定位在位置B(步骤S21)。
降低电泳介质装载端口125，使喷嘴131的末端能够通过密封构件133与芯片1的阳极池15a接触。从盛放电泳缓冲液的注射器通过喷嘴131和阳极池15a用电泳缓冲液充注芯片1的沟道和池15c，15s和15w。当电泳缓冲液从所有池15c，15s和15w溢出时，结束充注(步骤S22)。尽管在这种情况下从电泳介质装载端口125注射电泳缓冲液，但可以把芯片1移动到位置A，以利用电泳介质吸取和缓冲液注射端口113、排放喷嘴119和连接到排放喷嘴119的排放机构充注电泳缓冲液。
在回升电泳介质装载端口125之后，移动注射器123，以使注射器123的吸取/排放口能够进给到样本池15s中的样本导入通道的入口附近。注射器123开始吸取，以便把预先从样本端口(未示出)吸取到注射器123中的样本注射到样本池15s中(步骤S23)。
回升注射器123，把芯片1移动到位置C(步骤S24)。
降低电极端口137，使电极141能够与盛放在池15a，15c，15s和15w中的电泳缓冲液或样本接触。通过电极141把预定电压施加到盛放在池15a，15c，15s和15w中的电泳缓冲液或样本上，以便将样本引导到样本导入通道和分离通道之间的交叉点，然后切换电压，以便把样本注入分离通道(步骤S25)，并随后电泳分离样本，从而能够由检测光学系统145检测分离的样本(步骤S26)。
因此，在本实施例中，能够执行把电泳缓冲液注射到电泳芯片，把样本注射到池，以及样本分离和检测全部操作。
在这种情况下，可以任意设计芯片1的沟道。
这里使用的电泳介质没有特别的限制，它可以是任何电泳介质，例如，象三硼酸之类的无机离子缓冲液的电泳缓冲液，或一种包含诸如羟甲基纤维素、羟乙基纤维素或聚丙烯酰胺之类的有机聚合物的电泳介质。
此外，电泳缓冲液和缓冲液没有特别的限制，根据使用的电泳介质或测量条件，可以使用基于三硼酸-EDTA(乙二胺四乙酸)(TBE)，或基于三-TAPS(四戊铵3-{三(羟甲基)甲氨基}-1-丙硫酸酯)-EDTA(TIE)的电泳缓冲液或缓冲液。
尽管在图11中所示的实施例中使用注射器作为连接到吸取喷嘴117的吸取机构，但本发明不限于此；例如，可以使用诸如真空泵、吸出器之类的任何其它吸取机构来代替。
另外，尽管吸取喷嘴117连接到相应的独立注射器，但本发明不限于此，只要至少把样本池15s的吸取喷嘴117连接到独立注射器，其它池15a，15c和15w的吸取喷嘴117可以连接到共用注射器。在用任何其它吸取机构代替注射器的情况下也是如此。
尽管是把注射器用作连接到排放喷嘴119的排放机构，但本发明不限于此；例如，可以使用诸如蠕动泵(peristaltic pump)或利用空气的加压机构之类的任何其它排放机构。
尽管把排放喷嘴119连接到相应的独立注射器，但本发明不限于此；例如，只要至少把样本池15s的排放喷嘴连接到一个独立注射器，其它池15a，15c和15w的排放喷嘴119可以连接到共用注射器。在用任何其它排放机构代替注射器的情况下也是如此。
尽管在上述实施例中为吸取喷嘴117和排放喷嘴119中的每一个提供了注射器，但本发明不限于此，可以提供一个共用注射器和用于把它在吸取喷嘴117和排放喷嘴119之间切换连接的切换阀，以利用切换阀的切换和注射器的操作来实施从吸取喷嘴117吸取和从排放喷嘴119排放。这在用任何其它吸取/排放机构代替注射器的情况下也是如此。
尽管在图11所示的实施例中使用的检测机构利用紫外线吸收法检测分离的样本，但本发明不限于此，而是可以使用利用任何其它检测原理的检测机构，例如，利用荧光的一种颜色或多种颜色的检测，或根据应用的检测光的散射检测。此外，尽管使用的检测机构在单点检测位置上检测样本，但本发明不限于此；例如，可以使用检测沿分离通道的预定范围内的图像的机构。
尽管在图11的实施例中电泳芯片在位置A，B和C之间移动，但本发明不限于此；例如，可以把电泳芯片固定到芯片固定台，从而使电泳介质充注机构、电泳介质吸取机构、缓冲液注射机构、样本注射机构、样本吸取机构、和电压供给机构或它们的组合能够在固定的电泳芯片上或下移动。
尽管在图11的实施例中使用了设置有四个池的电泳芯片，但本发明不限于此；例如，本发明可以应用于设置有至少五个池，即，许多分离通道的电泳芯片。
此外，尽管在图11的实施例中电泳芯片具有形成在其中的相互交叉的样本导入通道和分离通道，但本发明不限于此；例如，可以把本发明应用于其中形成有不与其它通道交叉的分离通道的电泳芯片，其中形成有与多个通道交叉的分离通道的电泳芯片，具有多个沟道的电泳芯片，或具有大尺寸的电泳芯片。在这种情况下，需要根据池的布置改变电泳介质充注机构、电泳介质吸取机构、缓冲液注射机构、样本注射机构、和样本吸取机构的喷嘴结构。
尽管在图11中提供了装备有允许进给到缓冲液和样本的电极141的电压供给机构，但本发明不限于此；例如，可以使用装备有与芯片侧面电极连接的电极的电压供给机构，如果电极形成在电泳芯片的表面，那么可以使用装备有与池连接的电极的电压供给机构。
图11所示的电泳装置设置有芯片固定机构，电泳介质充注机构，样本注射机构，电压供给机构，检测机构，和控制这些机构以便操作这些机构的控制部件，因此能够自动地用电泳介质充注芯片设备，把样本注射到一个池中，和分离并检测样本。
如果进一步把除去盛放在池中的电泳介质的电泳介质吸取机构和从池中除去电泳介质之后把缓冲液注入池中的缓冲液注射机构包括在这样一种结构中，使得控制部件能够控制电泳介质吸取机构和缓冲液注射机构，从而使它们能够以电泳吸取机构从池去除电泳介质，缓冲液注射机构把缓冲液注射到去除了电泳介质的池中的方式自动地操作，因此即使在使用的电泳介质不能与施加电压的电极直接接触的情况下，也能够通过缓冲液把电压施加到电泳介质上。
此外，通过彼此独立地提供样本注射机构，电泳介质吸取机构和缓冲液注射机构，可以省去，例如，清洁喷嘴的过程，因而大大减小了分析循环时间，因而导致了更高的分析量。
此外，可以同时用缓冲液充注池，因此减轻了位差(水头差)的影响。
如果进一步设置用于除去留在池中的样本的样本吸取机构并且另外通过控制部件控制，可以防止把过量的样本注射到通道中，以便以当电压供电部件把电压施加到池时，样本注射到通道中之后，暂时停止施加电压，以操作样本吸取机构通过吸取除去留在样本池中样本，然后重新开始向池施加电压，以分离和检测样本的方式自动地操作。
此外，彼此独立地设置样本注射机构和样本吸取机构并可省去喷嘴清洁过程，从而大大减小了分析循环时间，因而导致更高的分析量。

Claims (12)

1.一种电泳装置，包括：
电泳构件，其中它的盘形构件具有形成在其中的一个或多个通道，并且在盘形构件的一个表面上对应于通道两端的位置还形成到达通道的孔；
在电泳构件的通道两端施加电压的电压施加部件；
检测存在于电泳构件的通道中的样本的检测部件；和
用于固定同时参与电泳操作的多个电泳构件的电泳构件固定部件。
2.根据权利要求1所述的电泳装置，其特征在于：
电泳构件固定部件把多个电泳构件固定在一个平面构件上，以旋转其中的多个电泳构件，因而相继把多个电泳构件的每个通道的一端定位在一个样本分配位置；和
进一步设置了用于把样本分配到对应于定位在样本分配位置的通道的一端的孔中的分配机构。
3.一种电泳装置，包括：
电泳构件，其中它的盘形构件具有形成在其中的一个或多个通道，并且在盘形构件的一个表面上对应于通道两端的位置还形成有到达通道的孔；
在电泳构件的通道两端施加电压的电压施加部件；和
检测存在于电泳构件的通道中的样本的检测部件；
其中检测部件是由用于检测检测范围中的荧光的荧光检测设备构成的，荧光检测设备包括：
为了图像形成而把来自检测范围的光聚焦到一个缝隙孔中的第一光学系统；和
设置有反射型衍射光栅、用于分离来自缝隙孔的光，并且为了图像形成而把光聚焦到检测元件上的第二光学系统。
4.根据权利要求3所述的电泳装置，其特征在于包括作为反射型衍射光栅的反射型凹面光栅，其中第二光学系统仅由反射型凹面光栅构成。
5.根据权利要求3所述的电泳装置，其特征在于进一步包括用于在将样本注射到通道中的位置检测样本的样本注射监视机构。
6.根据权利要求5所述的电泳装置，其特征在于样本注射监视机构和检测机构各设置有荧光检测光学系统，在使用中它们共享一个共用激发光源。
7.根据权利要求5所述的电泳装置，其特征在于样本注射监视机构设置有检测光学系统，该检测光学系统具有作为其光源的LED。
8.根据权利要求5所述的电泳装置，其特征在于：
给电泳构件设置彼此交叉的样本注射通道和分离通道作为通道，和
该装置进一步包括控制部件，控制部件使电压施加部件能够提供把样本引导到样本注射通道和分离通道之间的交叉点的电压，和即使是在已经经过了预定时间之后，在样本注射监视机构检测到沿样本注射通道的预定范围中的样本分布不均匀的情况下，暂时中断该电泳装置。
9.根据权利要求5所述的电泳装置，其特征在于：
给电泳构件设置彼此交叉的样本注射通道和分离通道作为通道；和
该装置进一步包括控制部件，控制部件用于在电压施加部件施加用于样本分离的电泳电压时样本注射监视机构检测的存在于样本注射通道和分离通道之间的交叉点的样本未能电泳迁移到分离通道的情况下，暂时中断该电泳装置。
10.一种电泳装置，包括：
电泳构件，其中它的盘形构件具有形成在其中的一个或多个通道，并且在盘形构件的一个表面上对应于通道两端的位置还形成有到达通道的孔；
在电泳构件的通道两端施加电压的电压施加部件；
检测存在于电泳构件的通道中的样本的检测部件；
用于通过电泳构件的池把电泳介质充注到通道和池中的电泳介质充注机构，和用于把样本注射到一个池中的样本注射机构；和
用于控制包括各机构在内的电泳装置从而使它们全都能够自动操作的控制部件。
11.根据权利要求10所述的电泳装置，其特征在于进一步包括用于除去盛放在池中的电泳介质的电泳介质吸取机构，和用于在把电泳介质从池中除去之后将缓冲液注射到池中的缓冲液注射机构，其中
控制部件也控制电泳介质吸取机构和缓冲液注射机构，从而使它们能够自动操作。
12.根据权利要求10所述的电泳装置，其特征在于进一步包括用于在把样本注射到通道中之后除去留在池中的样本的样本吸取机构，其中
控制部件也控制样本吸取机构，从而使它能够自动操作。
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