DE112019006224T5

DE112019006224T5 - Elektrophoresevorrichtung, die in der Lage ist, eine Elektrophorese an mehreren Proben unabhängig auszuführen

Info

Publication number: DE112019006224T5
Application number: DE112019006224.7T
Authority: DE
Inventors: Taro Nakazawa; Shuhei Yamamoto; Shunichi Kariya; Katsuhiro Aritome; Ayaka Okuno; Ryoji Inaba
Original assignee: Hitachi High Tech Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2019-02-28
Filing date: 2019-02-28
Publication date: 2021-10-14
Also published as: GB2594822B; SG11202108400XA; WO2020174644A1; JP7110474B2; JPWO2020174644A1; US20220042945A1; GB202109074D0; CN113302487A; GB2594822A; CN113302487B

Abstract

Mit dem Abzielen auf das Erreichen einer rechtzeitigen Installation der Kassette, die sequentielle Ausführung des Vorbehandlungsprozesses in der Reihenfolge der Installation der Kassette und die individuelle Umstellung des Prozesses auf den Elektrophoreseprozess bei der Vollendung des Vorbehandlungsprozesses umfasst die Elektrophoresevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung mehrere Kapillaren, die jeweils mit einem Trennmedium gefüllt sind, eine Thermostatkammer zum Halten der Kapillaren auf einer vorbestimmten Temperatur, einen Bestrahlungsdetektor, der eine Lichtbestrahlung und Lichtdetektion in einem Elektrophoreseprozess unter Verwendung der Kapillaren ausführt, eine Hochspannungsleistungsversorgungseinheit für das Anlegen einer Spannung an die Kapillaren, einen Flüssigkeitszufuhrmechanismus zum Zuführen des Trennmediums zu den Kapillaren und einen Autosampler zum Befördern von Behältern, die jeweils ein Reagenz oder eine Probe halten, zur Kapillare. Das Anlegen der Spannung an die Kapillaren durch die Hochspannungsleistungsversorgungseinheit wird für jede der Kapillaren gesteuert.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Elektrophoresevorrichtung. Die im Allgemeinen verwendete Elektrophoresevorrichtung ist dazu konfiguriert, mehrere Prüfstücke gleichzeitig Funktionen des Vorbehandlungsprozesses zum Halten einer Kassette, Zuführen einer Flüssigkeit, Rühren, Heizen/Kühlen und Funktionen des Elektrophoreseprozesses für das Polymerfüllen und Anlegen einer Spannung zu unterziehen. Im Gegensatz zum im Allgemeinen verwendeten Fall, wie vorstehend beschrieben, ist die Elektrophoresevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung dazu konfiguriert, diese Funktionen für jeden der Prüflinge unabhängig durchzuführen, so dass mehrere eine Probe enthaltende Kassetten zu beliebigen Zeitpunkten angeordnet werden und der Vorbehandlungsprozess und der Elektrophoreseprozess in einer kürzeren TAT ausführbar sind.
Stand der Technik
Anwendungen unter Verwendung der Nukleinsäureanalyse wurden praktisch auf verschiedenen Gebieten implementiert, einschließlich medizinischer Rechtsprechung, Einwanderungs/Auswanderungs-Kontrolle, Antiterrormaßnahmen und dergleichen.
Auf dem Gebiet der medizinischen Rechtsprechung wurde die STR-Analyse in praktischen Gebrauch genommen. Die STR-Analyse wird zum Analysieren einer sich wiederholenden Basensequenz (kurze tandemartige Wiederholung: STR) in einem festgelegten Bereich des Genoms durchgeführt. Da die STR-Basensequenzlänge für ein Individuum eindeutig ist, wird die Analyse verwendet, um eine DNA-Prüfung für die persönliche Identifikation und Abstammungsdiagnose durchzuführen.
Die Patentliteratur 1 offenbart das STR-Analyseverfahren zum gleichzeitigen Analysieren von 13 Bereichen, die durch das US-Bundeskriminalamt bezeichnet sind. Bei der STR-Analyse wird die Prüfprobe von einem Organismus (hauptsächlich einem menschlichen Körper) gesammelt. DNA wird aus der gesammelten Prüfprobe für die DNA-Amplifikation und DNA-Denaturierung in einzelsträngig extrahiert. Dann werden die Abtrennung und Detektion des DNA-Fragments sequentiell ausgeführt.
Insbesondere wird die Nukleinsäure (meist DNA), die als Matrize dient, aus der biologischen Probe oder der Prüfprobe wie z. B. der Probe einer von einem Organismus abgeleiteten Substanz extrahiert. Die extrahierte Matrizen-DNA wird durch PCR (Polymerasekettenreaktion) amplifiziert. Eine Formamidbehandlung oder Heizen/schnelles Kühlen wird zum Denaturieren der doppelsträngigen DNA in einzelsträngig ausgeführt. Bei der DNA-Amplifikation wird eine Multiplex-PCR-Amplifikation unter Verwendung von 13 Typen von Primer-Sätzen für die Einzelmessungs-DNA-Probe ausgeführt. Während der DNA-Amplifikation wird das DNA-Fragment als Amplifikationsprodukt markiert. Die von der DNA-Amplifikation und Markierung abgeleitete Lösung wird zu einer Analyseprobe.
Die Reihe von Prozessschritten bis zum Schritt für die Herstellung der Analyseprobe aus der Prüfprobe bildet den Vorbehandlungsprozess. Die anschließenden Prozessschritte zum Abtrennen des markierten DNA-Fragments durch Elektrophorese und Detektieren und Analysieren des Elektrophoresemusters des abgetrennten DNA-Fragments bilden den Elektrophoreseprozess.
Die Verwendung des bekannten DNA-Sequenzanalysators für die Analyse des menschlichen Genoms hat zur Automatisierung der Abtrennung und Detektion des DNA-Fragments beigetragen. Unterdessen wurde der Vorbehandlungsprozess im Allgemeinen durch den sachkundigen Arbeiter manuell ausgeführt. In letzter Zeit wurde die Automatisierung des Vorbehandlungsprozesses versuchsweise auf die genetische Analyse, einschließlich der STR-Analyse, angewendet, was nicht nur begrenzte Möglichkeiten und sachkundige Arbeiter, sondern auch vielfältigere Fälle beinhaltet.
Die Patentliteratur 2 offenbart die Reagenzspeichervorrichtung mit Reagenzien, die abgedichtet ist, während sie von der Außenluft für den Zweck des Verhinderns einer Mischung von DNA und RNA abgesehen von der Probe abgeschlossen ist. Die Patentliteratur 3 offenbart die Struktur zum Zuführen und Rühren von Reagenzien in dem Zustand, in dem die biochemische Kassette mit ähnlicher Struktur zur Reagenzspeichervorrichtung von der Außenluft abgeschlossen ist, ohne Verwendung der Pipette und des Abgaberoboters. Die Patentliteratur 4 offenbart Strukturen des Temperatursteuermechanismus, des Temperatursteuerblocks und der biochemischen Behandlungsvorrichtung, die zum Durchführen der PCR innerhalb der biochemischen Kassette geeignet sind.
Gemäß diesen Patentliteraturen wird die DNA-Probe, die in die Reagenzspeichervorrichtung oder die biochemische Kassette eingefüllt wird, zugeführt, während sie von der Außenluft abgeschlossen ist, gerührt und die Temperatur wird zum Amplifizieren und Markieren der DNA-Probe gesteuert, damit sie zur Analyseprobe gebildet wird, die für die Fragmentanalyse verfügbar ist. Die Patentliteratur 5 offenbart Strukturen der Kassette vom integrierten Vorbehandlungs/Elektrophorese-Typ und der Kapillarelektrophoresevorrichtung mit integrierter Vorbehandlung sowie der Einheit zum Detektieren der Analyseprobe.
Entgegenhaltungsliste
Patentliteratur

Patentliteratur 1: US-Patent Nr. 6531282
Patentliteratur 2: Japanisches Patent Nr. 6216451
Patentliteratur 3: Japanisches Patent Nr. 6202713
Patentliteratur 4: Japanisches Patent Nr. 6012518
Patentliteratur 5: Japanisches Patent Nr. 6029366

Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
Obwohl verschiedene Automatisierungstechniken, die die STR-Analyse beinhalten, entwickelt wurden, wurden solche Automatisierungstechniken aufgrund der Umlaufzeit (nachstehend als TAT bezeichnet), die zum Durchführen der STR-Analyse gebraucht wird, kaum zur Hauptrichtung der STR-Analyse. Die TAT als Begriff, der auf den Gebieten von Information und Flugzeug verwendet wird, bezieht sich im Allgemeinen auf die Zeitdauer, die gebraucht wird, um eine Aufgabe zu vollenden. Die TAT der STR-Analyse mit dem automatisierten Vorbehandlungsprozess bezieht sich auf die Zeitdauer, die von der Betätigung des Benutzers zum Einfüllen der Prüfprobe, die DNA und Protein enthält, in die Vorrichtung, bis die Vorrichtung das Analyseergebnis anzeigt, gebraucht wird. Die Reihe von Operationen umfasst hauptsächlich den Vorbehandlungsprozess und den Elektrophoreseprozess. Der Vorbehandlungsprozess umfasst vier Hauptschritte des Einfüllens der Prüfprobe, des Extrahierens der DNA, des Amplifizierens der DNA und des Denaturierens der DNA in einzelsträngig. Der Elektrophoreseprozess umfasst drei Schritte der Abtrennung des DNA-Fragments, der Detektion des DNA-Fragments und der Anzeige des Analyseergebnisses.
Die vorstehend beschriebene Zeitdauer wird für den Benutzer zur Wartezeit und folglich ist es bevorzugt, die TAT so kurz wie möglich zu machen.
Es gibt zwei Methoden zum Erreichen der kurzen TAT, eine zum Verringern der Zeit zum Ausführen jedes Prozessschritts und die andere zum Verringern der Wartezeit zwischen den Prozessschritten.
Bei der Methode zum Verringern der Zeit zum Ausführen jedes Prozessschritts unter ganzen Prozessschritten der STR-Analyse, dauern die Ausführung der DNA-Amplifikation im Vorbehandlungsprozess und die DNA-Fragmentabtrennung im Elektrophoreseprozess viel Zeit. Eine große Menge an Anstrengung zum Verringern der Zeitdauer zum Ausführen dieser Prozessschritte wurde beispielsweise durch Reagenzhersteller unternommen. Eine solche Anstrengung zum Verringern der Zeit zum Ausführen des Prozesses hat sich allmählich Jahr für Jahr ausbezahlt.
Der Erfinder hat sich auf die andere Methode zum Verringern der Wartezeit zwischen den Prozessschritten konzentriert. Die Patentliteratur 5 offenbart den Prozess zum Weiterbringen der Analyseprobe, die durch den Vorbehandlungsprozess hergestellt wird, zum anschließenden Elektrophoreseprozess. In der Offenbarung wird die Probe in der Zyklussequenzzone innerhalb der Kassette zur Elektrophoreselösungskammer zugeführt und der Autosampler, an dem die Kassette angeordnet ist, wird bewegt, so dass beide Enden der Kapillare mit der Elektrophoreselösungskammer bzw. der Anodenseitenpufferlösungskammer in Kontakt kommen. Dann wird eine schwache Spannung an beide Enden der Kapillare für eine kurze Zeit angelegt, so dass eine korrekte Menge an Probe in die mit dem Trennmedium gefüllte Kapillare eingeführt wird. Danach werden beide Enden der Kapillare in die Kathodenseitenpufferlösungskammer bzw. die Anodenseitenpufferlösungskammer zum Abtrennen des DNA-Fragments durch das Trennmedium eingetaucht, dessen Temperatur durch Anlegen einer Hochspannung gesteuert wird. Die Fluoreszenz, die durch das Bestrahlungslicht angeregt wird, das vom Laser emittiert wird, wird durch den Detektor detektiert, so dass das DNA-Fragment detektiert wird.
Die Patentliteratur 5 offenbart die Elektrophorese und Fluoreszenzdetektion, die unter Verwendung der einzelnen Vorrichtungseinheit und der einzelnen Kassette ausgeführt werden. Die Patentliteratur 3 offenbart auch die Verwendung der einzelnen Vorrichtungseinheit, die für die einzelne Prüfprobe erforderlich ist. Im Vergleich zum Fall der Verwendung der einzelnen Vorrichtungseinheit zum Analysieren nur des einzelnen Prüflings führt der Fall der Verwendung der einzelnen Vorrichtungseinheit zum Analysieren von mehreren Prüflingen im Allgemeinen zu einem höheren Durchsatz.
Die Patentliteratur 2 offenbart die Automatisierung des Vorbehandlungsprozesses, der auf die mehreren Prüflinge angewendet wird. In der Offenbarung besteht jedoch keine Beschreibung über die Ausführung der Elektrophorese und Detektion der Analyseprobe, die mehreren Vorbehandlungsprozessschritten unterzogen wurde. In dem Fall, in dem die Prüfproben gleichzeitig vorbereitet werden, kann die TAT durch Kombinieren von Strukturen verkürzt werden, die in der Patentliteratur 2 und Patentliteratur 5 offenbart sind. Das heißt, die Ausführung des Vorbehandlungsprozesses, wie in der Patentliteratur 2 offenbart, ermöglicht die gleichzeitige Herstellung der Analyseproben. Wenn die in der Patentliteratur 2 offenbarte Struktur am Autosampler installiert wird, wie in der Patentliteratur 5 offenbart, können die mehreren Analyseproben gleichzeitig mit den Kapillaren direkt verbunden werden.
In dem Fall, in dem die mehreren Prüfproben gleichzeitig vorbereitet werden, ermöglicht das Kombinieren von offenbarten Strukturen der Patentliteraturen die Bereitstellung der automatischen STR-Analysevorrichtung, die dazu konfiguriert ist, sowohl den Vorbehandlungsprozess als auch den Elektrophoreseprozess jeweils in kurzen TATs auszuführen.
Es kann schwierig sein, die tatsächliche Arbeitsbedingung zu erfüllen, um die mehreren Prüfproben gleichzeitig vorzubereiten. In dem Fall der persönlichen Identifikation für die strafrechtliche Ermittlung kann beispielsweise das Warten bis zur Erfassung der mehreren Prüfproben die Auflösung des Verbrechens verzögern. Im Fall der persönlichen Identifikation bei Naturkatastrophen kann sich die Wartezeit auf Richtlinien für die Rettungsaktivitäten auswirken.
Unterdessen kann die Analyse der Prüfprobe bei der Erfassung der Reihe nach jedes Mal, wenn sie zugeführt wird, die Betriebskosten erhöhen. Während die Vorrichtung läuft, kann im Allgemeinen der nächste Prozessschritt an einer anderen ankommenden Prüfprobe bis zur Vollendung aller Prozessschritte, die gegenwärtig durch die Vorrichtung betrieben werden, nicht gestartet werden.
Unter den abgeschätzten Umständen, dass die Prüfprobe B im Vorbehandlungsprozess zugeführt wird, der an der Prüfprobe A ausgeführt wird, die gemessen werden muss, oder die Prüfprobe C im Elektrophoreseprozess zugeführt wird, der an der Prüfprobe B ausgeführt wird, muss die Vorrichtung flexibel mit den vorangehenden Umständen zurechtkommen.
Die flexible Gegenmaßnahme kann durch Vorbereiten einer großen Anzahl von Analysevorrichtungen, die jeweils den einzelnen Prüfling handhaben, die ausreicht, um die Anforderung zu erfüllen, erreicht werden. Da es jedoch schwierig ist, den Zeitablauf oder den Maßstab der strafrechtlichen Ermittlung oder Naturkatastrophe vorherzusagen, kann ein großer Bestand von solchen Analysevorrichtungen jeweils zum Analysieren nur eines Prüflings zur Vorbereitung auf solche unvorhersagbare Ereignisse dem Benutzer eine schwere Belastung auferlegen.
Das heißt, der Benutzer verlangt die Elektrophoresevorrichtung, die die Anordnung von mehreren Kassetten ermöglicht, die jeweils die Prüfprobe enthalten, zu einem beliebigen Zeitpunkt und die Ausführung des Vorbehandlungsprozesses und des Elektrophoreseprozesses in der kürzeren TAT. Der Kombination der existierenden Vorrichtung mit derjenigen, die im Stand der Technik offenbart ist, misslingt es, Operationen zu erreichen, wie nachstehend beschrieben:

(1) rechtzeitige Installation der Kassette;
(2) sequentielle Ausführung des Vorbehandlungsprozesses in der Reihenfolge der Installation der Kassette; und
(3) individuelle Umstellung des Prozesses auf den Elektrophoreseprozess bei der Vollendung des Vorbehandlungsprozesses.

Lösung für das Problem
Die Elektrophoresevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst mehrere Kapillaren, die jeweils mit einem Trennmedium gefüllt sind, eine Thermostatkammer zum Halten der Kapillaren auf einer vorbestimmten Temperatur, einen Bestrahlungsdetektor, der eine Lichtbestrahlung und Lichtdetektion in einem Elektrophoreseprozess unter Verwendung der Kapillaren ausführt, eine Hochspannungsleistungsversorgungseinheit für das Anlegen einer Spannung an die Kapillaren, einen Flüssigkeitszufuhrmechanismus zum Zuführen des Trennmediums zu den Kapillaren und einen Autosampler zum Befördern von Behältern, die jeweils ein Reagenz oder eine Probe halten, zur Kapillare. Das Anlegen der Spannung an die Kapillaren durch die Hochspannungsleistungsversorgungseinheit wird für jede der Kapillaren gesteuert.
Vorteilhafte Effekte der Erfindung
Die folgenden Effekte können von den Strukturen abgeleitet werden, wie vorstehend beschrieben:

Figurenliste

1 ist eine perspektivische Ansicht einer Elektrophoresevorrichtung mit integrierter Vorbehandlung.
2A stellt einen zylindrischen Polymerbehälter und eine Polymerabgabeeinheit dar.
2B stellt einen sackartigen Polymerbehälter und eine Polymerabgabeeinheit dar.
3A stellt schematisch eine Kapillaranordnung dar.
3B ist eine teilweise vergrößerte Ansicht einer Kapillare.
4 stellt eine Verbindung zwischen einer Hochspannungsleistungsversorgung und Kapillaren dar.
5 stellt Hochspannungssteueroperationen gemäß einem ersten Beispiel dar.
6 ist eine Draufsicht der Elektrophoresevorrichtung mit integrierter Vorbehandlung.
7 stellt ein Informationsverarbeitungssystem dar.
8 ist eine perspektivische Ansicht einer Elektrophoresevorrichtung mit integrierter Vorbehandlung gemäß einem zweiten Beispiel.
9 stellt eine Pumpeneinheit des zweiten Beispiels dar.
10 stellt einen elektrischen Strom in der Pumpeneinheit des zweiten Beispiels dar.
11 stellt eine Pumpeneinheit eines dritten Beispiels dar.
12 stellt Hochspannungssteueroperationen gemäß einem vierten Beispiel dar.
13 stellt Hochspannungssteueroperationen gemäß einem fünften Beispiel dar.
14 stellt Hochspannungssteueroperationen gemäß einem sechsten Beispiel dar.
15 stellt eine Kapillaranordnung gemäß einem siebten Beispiel dar.
16 stellt eine Heiz/Kühl-Einheit gemäß einem achten Beispiel dar.
17 stellt eine Heiz/Kühl-Einheit gemäß einem neunten Beispiel dar.
18 stellt eine Heiz/Kühl-Einheit gemäß einem zehnten Beispiel dar.
19 stellt eine Heiz/Kühl-Einheit gemäß einem elften Beispiel dar.
20 stellt eine Elektrophoresevorrichtung gemäß einem zwölften Beispiel dar.

Beschreibung von Ausführungsformen
Für die Entwicklung der Vorrichtung, die die Installation von Probenkassetten in bis zu vier Einheiten ermöglicht und die vorangehenden Bedingungen (1), (2) und (3) erfüllt, ist es möglich, die Struktur durch Bereitstellen der Vorrichtung, die die vier Probenkassetten und vier Kapillaren mit vier unabhängigen Sätzen von Komponenten aufnimmt, leicht herzustellen. Eine solche Konfiguration ist jedoch im Wesentlichen dieselbe wie die Konfiguration mit vier angeordneten Einheiten von Vorrichtungen. Da die Bereitstellung der kostengünstigen Vorrichtung für Benutzer vorteilhaft ist, wurde eine so weit wie möglich gemeinschaftlich genutzte Verwendung von Funktionen und Komponenten untersucht, wobei die Verwendung von diesen vier Probenkassetten und vier Kapillaren als Beispiel herangezogen wird. In diesem Fall ist jede Anzahl der Probenkassetten und der Kapillaren nicht begrenzt, solange mehrere Probenkassetten und mehrere Kapillaren installierbar sind.
Herkömmlich wurden der Vorbehandlungsprozess mit der Kassettenhaltefunktion, der Flüssigkeitszufuhrfunktion, der Rührfunktion und der Heiz/Kühl-Funktion und der Elektrophoreseprozess mit der Polymerfüllfunktion und der Spannungsanlegefunktion gleichzeitig an den mehreren Prüflingen ausgeführt. Es wurde herausgefunden, dass das Durchführen dieser Funktionen für jeden individuellen Prüfling die vorangehenden Bedingungen erfüllen sowie die Struktur zum Implementieren dieser Operationen konfigurieren kann. Es wurde auch herausgefunden, dass die Vorrichtung unabhängige Operationen für jeden Prüfling ermöglicht, während zumindest die Bestrahlungslichtquelle, der Detektor und die Thermostatkammer gemeinschaftlich verwendet werden. Erläuterungen werden mit Bezug auf die Feststellungen durchgeführt.
<Gemeinschaftliche Verwendung der thermostatischen Funktion im Elektrophoreseprozess>
Im Allgemeinen ist die existierende Vorrichtung so konfiguriert, dass sie eine Funktion aufweist, die die Festlegung der Temperatur der Thermostatkammer ermöglicht, die die Kapillartemperatur konstant auf bis zu 45 °C bis 70 °C hält.
Mit dem Fokus auf die Bedingung, dass die feste Nukleinsäureanalyseanwendung keine Änderung der Temperatur erfordert, wurde festgestellt, dass die Kapillartemperatur in der Thermostatkammer konstant gehalten werden kann, mit Ausnahme des Falls des Stoppens der Vorrichtung für den Kapillaraustausch. Folglich ist die Thermostatkammer gemeinschaftlich verwendbar. Wenn jede festgelegte Temperatur der Thermostatkammern gleich ist, wenn die mehreren Anwendungen durchgeführt werden, muss die Temperatur der Thermostatkammer nicht geändert werden. Es ist möglich, verschiedene Anwendungen gleichzeitig durchzuführen, während die Thermostatkammer gemeinschaftlich genutzt wird.
<Gemeinschaftliche Verwendung der Bestrahlungslichtquelle und des Detektors im Elektrophoreseprozess>
Wenn die existierende Vorrichtung als Beispiel herangezogen wird, durchdringt das von der einzelnen Bestrahlungslichtquelle emittierte Bestrahlungslicht die jeweiligen Bestrahlungsabschnitte der mehreren Kapillaren. Die existierende Vorrichtung ist dazu konfiguriert, das Licht nur in dem Elektrophoreseprozess abzustrahlen, so dass die Fluoreszenz durch den Detektor detektiert wird. Wenn Bedingungen erfüllt sind, dass die Bestrahlungsabschnitte der Kapillaren genau ausgerichtet sind und alle Kapillaren mit Polymer gefüllt sind, wird ermöglicht, dass das Licht die Bestrahlungsabschnitte durchdringt. Im existierenden Verfahren wird dieselbe Spannung gleichzeitig jeweils an alle Kapillaren angelegt. Wenn der einzelne Detektor verwendet wird, wird die Leseposition des Detektors gemäß der der Kapillare gegebenen Anzahl kalibriert.
Die Untersuchung wurde unter der Bedingung durchgeführt, dass drei von vier Kapillaren mit Polymer gefüllt waren und nur die vierte Kapillare nicht mit Polymer gefüllt war, und Bestrahlungslicht das Innere der Kapillare durchdrang und gleichzeitig Streulicht emittierte. Das Streulicht wirkte sich nachteilig auf die Detektion von zumindest benachbarten Kapillaren aus. Wenn alle Kapillaren der existierenden Vorrichtung mit Polymer gefüllt waren, wurde unterdessen Hintergrundrauschen, das in der Vorrichtung erzeugt wurde, nur als Ergebnis der Emission von Anregungslicht auf die Kapillaren trotz keiner Analyseprobe in einer bestimmten Kapillare oder keines Anlegens von Spannung detektiert. Selbst wenn das Bestrahlungslicht für die Detektion im Polymerfüllprozess emittiert wird, war die Schwankung im Hintergrundrauschen sehr klein, solange das Füllen des Polymers ohne Erzeugung von Blasen erfolgreich war. Ergebnisse der vorangehenden Untersuchung weisen darauf hin, dass die Bestrahlungslichtquelle und der Detektor gemeinschaftlich verwendbar sind.
Die Erläuterung wurde mit Bezug auf ein Beispiel des Verfahrens zum Bestrahlen der mehreren Kapillaren mit Bestrahlungslicht durchgeführt, während es durch diese hindurchdringt. Es wurden verschiedene Lichtbestrahlungsverfahren vorgeschlagen, einschließlich desjenigen zum Aufteilen des Lichts in Abschnitte in der Anzahl, die der Anzahl der Kapillaren entspricht, jeweils für die Bestrahlung, und desjenigen für das Verbreitern des Bestrahlungslichts, so dass es über die Breite der ausgerichteten mehreren Kapillaren abdeckt, für die Bestrahlung. Das Füllen der Kapillare, die nicht für die Analyse verwendet wird, mit Polymer verhindert die Emission des Streulichts und steht für irgendeines der Bestrahlungsverfahren zur Verfügung.
<Anlegen einer Spannung an jede Kapillare>
Die existierende Vorrichtung verwendet die produktbezogene Kapillaranordnung, die durch Bündeln von mehreren Kapillaren gebildet wird, und ist dazu konfiguriert, gleichzeitig dieselbe Spannung jeweils an die mehreren Kapillaren anzulegen. Die Kapillaranordnung ist so strukturiert, dass ein Ende jeder Kapillare durch ein einzelnes leitfähiges hohles Rohr eingesetzt ist und das andere Ende der Kapillare mit Harz bedeckt ist, so dass es als Kapillarkopf ausgebildet ist. Das Kapillarende, das durch das leitfähige Rohr eingesetzt ist, wird in einen Kathodenseitenpufferlösungsbehälter eingetaucht und das andere Ende als Kapillarkopf wird in einen Anodenseitenpufferlösungsbehälter eingetaucht. Das leitfähige Rohr steht mit einer Metallplatte in Kontakt. Das Anlegen einer Hochspannung an die Metallplatte dient dazu, die Hochspannung an das Polymer innerhalb der Kapillare durch den Kathodenseitenpufferlösungsbehälter anzulegen. Die Metallplatte steht mit den leitfähigen Rohren mit jeweils derselben Struktur zum Anpassen an das Einsetzen der entsprechenden der mehreren Kapillaren in Kontakt. Jeder der Kathodenseitenpufferlösungsbehälter weist dieselbe Struktur auf. Folglich ermöglicht die Verwendung der einzelnen Hochspannungsleistungsversorgung das gleichzeitige Anlegen derselben Spannungjeweils an alle Kapillaren.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Ausgabe der Hochspannungsleistungsversorgung unterteilt, um die Hochspannung unabhängig an jede der Kapillaren anzulegen. Die Kathodenseitenpufferlösungsbehälter werden in der Anzahl vorbereitet, die der Anzahl von Kapillaren entspricht. Es gibt zwei Typen von Vorrichtungen, das heißt die Vorrichtung, in der der Polymerbehälter und ein Zufuhrmechanismus getrennt sind, und die Vorrichtung, in der der Polymerbehälter und der Zufuhrmechanismus nicht getrennt sind.
Erstes Beispiel
Eine Erläuterung wird mit Bezug auf die Elektrophoresevorrichtung mit integrierter Vorbehandlung gemäß der vorliegenden Erfindung durchgeführt, wobei die STR-Analyse als eine der Anwendungen als Beispiel herangezogen wird. Die STR-Analyse ist nur ein beispielhafter Fall zum Beschreiben der vorliegenden Erfindung und für verschiedene Arten von Fragmentanalyse und Sequenzanalyse, einschließlich der STR-Analyse, einer MLPA-Analyse (Analyse der Multiplexligation-abhängigen Sondenamplifikation) und SNP-Analyse (Einzelnukleotidpolymorphismusanalyse), verwendbar.
Mit Bezug auf die Zeichnungen wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die Zeichnungen werden für den Zweck der Erläuterung verwendet und sollen den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung nicht begrenzen.
1 ist eine perspektivische Ansicht einer Elektrophoresevorrichtung 01 mit integrierter Vorbehandlung eines Beispiels.
[Autosampler]
Ein Autosampler 02 ist eine automatische Fördertischeinheit, die entlang einer XY-Achsen- oder XYZ-Achsen-Antriebsrichtung angetrieben wird. Der in 1 dargestellte Autosampler 02 wird entlang der XY-Achse angetrieben. Der Autosampler 02 umfasst eine Vorbehandlungseinheit 03, eine Kassettenabdeckung 04 und eine Polymerabgabeeinheit 05. Eine Kassette 06, ein Kathodenseitenpufferlösungsbehälter 07, ein Abfallflüssigkeitsbehälter 08, ein Anodenseitenpufferlösungsbehälter 09 und ein Polymerbehälter 10 sind verbrauchbare Förderartikel, die durch den Benutzer angeordnet werden sollen. Es wird ermöglicht, dass der Autosampler 02 die Kassette 06, den Kathodenseitenpufferlösungsbehälter 07, den Abfallflüssigkeitsbehälter 08, den Anodenseitenpufferlösungsbehälter 09 und den Polymerbehälter 10 antreibt, die entlang der XY-Achse angeordnet und konfiguriert sind, wie durch 1 dargestellt, was später im Einzelnen beschrieben wird.
In dem Beispiel sind die Autosampler 02 in der Anzahl vorgesehen, die der Anzahl der installierbaren Kassetten 06 entspricht.
Die Kassette 06 wird an der Vorbehandlungseinheit 03, die am Autosampler 02 installiert ist, durch den Benutzer angeordnet und daran mit hoher Positionierungsgenauigkeit durch manuelles oder automatisches Schließen der Kassettenabdeckung 04 fixiert.
Der Polymerbehälter 10 wird an der Polymerabgabeeinheit 05, die am Autosampler 02 installiert ist, durch den Benutzer zur Anlage gebracht und mit hoher Positionierungsgenauigkeit manuell oder automatisch daran fixiert.
Der Kathodenseitenpufferlösungsbehälter 07, der Abfallflüssigkeitsbehälter 08, der Anodenseitenpufferlösungsbehälter 09 und der Polymerbehälter 10 werden durch den Benutzer angeordnet und manuell oder automatisch am Autosampler 02 mit hoher Positionierungsgenauigkeit fixiert.
Die Kassette 06, der Kathodenseitenpufferlösungsbehälter 07, der Abfallflüssigkeitsbehälter 08, der Anodenseitenpufferlösungsbehälter 09 und der Polymerbehälter 10 als Verbrauchsteile werden am Autosampler 02 fixiert, wobei sie jeweils das für die Elektrophorese erforderliche Reagenz enthalten. Diese Behälter ermöglichen den Zugang durch ein leitfähiges Rohr 35 oder den Kapillarkopf 32 der Kapillare 31. Eine ausführliche Erläuterung einer Kapillaranordnung 14 wird später durchgeführt.
Die Elektrophoresevorrichtung 01 mit integrierter Vorbehandlung, wie in 1 dargestellt, ist so konfiguriert, dass sie die Autosampler 02 in der Anzahl gleich der Anzahl der Kapillaren 31 aufweist. Der Autosampler 02 wird entlang der XY-Achse angetrieben. Obwohl nicht gezeigt, können die Autosampler 02 in der Anzahl, die größer ist als jene der Kapillaren 31, vorgesehen sein, um die Installation von mehr der Kassetten 06 als die Kapillaren 31 zu ermöglichen. In diesem Fall weist der Autosampler 02 die komplizierte Struktur auf, die entlang der XYZ-Achse angetrieben werden soll. Die Behandlungseffizienz kann jedoch verbessert werden.
[Vorbehandlungseinheit]
Die Vorbehandlungseinheit 03 wird am Autosampler 02 installiert, um Flüssigkeitszufuhr- und Flüssigkeitsrühroperationen durchzuführen.
Wenn die Vorbehandlungseinheit betrieben wird, ordnet der Benutzer die Kassette 06 an und die Kassettenabdeckung 04 wird manuell oder automatisch geschlossen.
Die Vorbehandlungseinheit 03 aktiviert die Kassette 06, um das Reagenz oder die Probenlösung, die darin enthalten ist, unter einer externen Kraft zuzuführen und zu rühren.
Ein dünner Elastomerfilm, dessen Dicke im Bereich von ungefähr 0,1 mm bis 1 mm liegt, ist auf die Kassette 06 aufgebracht. Vorzugsweise wird die Flüssigkeitszufuhr durch Pulsieren der Kassette wie die Membranpumpe unter Luftdruck durchgeführt. Verschiedene Flüssigkeitszufuhrverfahren wurden beispielsweise unter Verwendung von EWOD (Elektrobenetzung an Dielektrikum) und Treiben von Tröpfchen unter Luftdruck implementiert.
Die Rühroperation, die zum Mischen erforderlich ist, wird manuell als einfache Operationen von Mischen und Bewegen von Flüssigkeiten, die von verschiedenen Ursprüngen stammen, durch Pipettieren, Wirbel, Abzapfen und dergleichen durchgeführt. Typischerweise wird die Rühroperation unter Verwendung einer Flüssigkeitszufuhrfunktion wie einer Spritze durchgeführt. Es ist möglich, die schnelle Oszillationsfunktion der Kassette 06 für eine höhere Rühreffizienz zu verleihen.
Es ist bevorzugt, eine Heizvorrichtungsfunktion, damit sie mit der Position der Kassette 06 für die DNA-Extraktion in Kontakt kommt, oder eine Rührfunktion zum Beschleunigen der DNA-Extraktion aus einem Lysepuffer hinzuzufügen.
[Kassette]
Im Allgemeinen bezieht sich die Vorbehandlung auf den Prozess zum Denaturieren der Prüfprobe, die durch den Benutzer gewonnen wird, zu der Analyseprobe, die durch die Vorrichtung analysierbar ist. Die Kassette 06 ist die Vorbehandlungsvorrichtung zum Empfangen einer Eingabe der Prüfprobe und Ausgeben der Analyseprobe. Bei der Kassette 06 vom abgedichteten Typ ist das Reagenz, das für den Vorbehandlungsprozess erforderlich ist, vorher abgedichtet. Die Kassette 06 vom offenen Typ nimmt das von außen eingefüllte Reagenz auf. Die Prüfprobe muss in die Kassette beider Typen eingefüllt werden.
Unter der Annahme, dass die STR-Analyse als eine der Anwendungen der vorliegenden Erfindung implementiert wird, können die folgenden vier Typen von Kassetten zum getreuen Automatisieren der gegenwärtig betriebenen manuellen Analyse verwendet werden.
Der erste Typ ist eine Probenkassette. Wenn die Prüfprobe in die Probenkassette eingefüllt wird, dient ein Lysepuffer zum Extrahieren von DNA. Die Extraktflüssigkeit wird mit einem Primer-Mix und Master-Mix vermischt, die für die PCR erforderlich sind, durch die die DNA amplifiziert wird. Die amplifizierte DNA wird quantitativ bestimmt und mit Formamid vermischt, die dann in einzelsträngig denaturiert wird (im Fall der Notwendigkeit wird eine thermische Denaturierung ausgeführt). Das resultierende Produkt als Analyseprobe wird einer Elektrophorese unterzogen. Für die Denaturierung der DNA in einzelsträngig ist es bevorzugt, die DNA mit Formamid zum Durchführen der thermischen Denaturierung zu vermischen. Es ist jedoch gut genug, entweder eine Mischung mit Formamid oder thermische Denaturierung durchzuführen.
Der zweite Typ ist eine negative Kontrollkassette. In diesem Fall wird die PCR ohne Einfüllen der Prüfprobe durchgeführt und die Elektrophorese wird ferner gemäß denselben Prozeduren wie jenen im Fall der Probenkassette ausgeführt. Die Kassette dieses Typs wird zum Bestätigen verwendet, dass nichts detektiert wird, was darauf hinweist, dass keine unnötige Nukleinsäure in das PCR-System gemischt wurde (eine Verunreinigung nicht aufgetreten ist).
Der dritte Typ ist eine positive Kontrollkassette. In diesem Fall wird die bekannte Kontroll-DNA anstelle der Prüfprobe zum Durchführen der PCR eingefüllt und die Elektrophorese wird ferner gemäß denselben Prozeduren wie jenen im Fall der Probenkassette ausgeführt. Die Verwendung dieser Kassette soll durch Messen der Kontroll-DNA bestätigen, dass die PCR korrekt durchgeführt wurde.
Der vierte Typ ist eine Leiterkassette. In der Kassette wird die Elektrophorese durch Mischen einer Allelleiter als innerer Index der Analyse mit Formamid ohne Ausführen des PCR-Prozesses ausgeführt.
Der Benutzer kombiniert diese Typen von Kassetten 06, wie vorstehend beschrieben, nach Bedarf. Das folgende Beispiel wird unter der Annahme beschrieben, dass alle Probenkassetten verwendet werden.
Die Kassette 06 ist verbrauchbar und wird nach ihrer Verwendung entfernt.
Bei der STR-Analyse werden die vier Kassetten verwendet. Das Reagenz, das für jede Anwendung geeignet ist, wird in jeder der Kassetten abgedichtet.
[Kassettenabdeckung]
Die Kassettenabdeckung 04 wird manuell oder automatisch geöffnet und geschlossen und weist eine Funktion zum Fixieren und Halten der Kassette 06, wenn sie geschlossen ist, auf.
Wenn die Analyseprobe in die Kapillare 31 durch Elektrophorese eingeführt wird, muss ein Verbindungsanschluss der Kassette 06 mit einem Ende der Kapillare verbunden werden, die in das leitfähige Rohr 35 eingesetzt ist. Bei der Kassettenabdeckung 04 muss der Verbindungsanschluss geöffnet sein.
[Heiz/Kühl-Einheit]
Eine Heiz/Kühl-Einheit 11 weist eine Struktur auf, die durch einen Kühler 13, ein Wärmeaustauschelement und einen wärmeleitfähigen Block 12 gebildet ist. Obwohl nicht gezeigt, ist es bevorzugt, das Wärmeaustauschelement zwischen dem Kühler 13 und dem wärmeleitfähigen Block 12 anzuordnen. Die Heiz/Kühl-Einheit 11 ist eine Temperatursteuereinheit zum Durchführen der PCR durch wiederholtes Heizen und Kühlen des Gemisches der DNA-Probe, die aus der Prüfprobe extrahiert wird, des Primer-Mix und des Master-Mix. Das vorstehend beschriebene Flüssigkeitsgemisch existiert innerhalb der Kassette 06. Es ist wesentlich, ein schnelles und genaues Heizen und Kühlen wiederholt bei der PCR durchzuführen. Daher muss die Heiz/Kühl-Einheit 11 mit der Kassette 06 in Kontakt kommen. Aus diesem Grund wird die Kassettenabdeckung 04 geöffnet, mit der die Heiz/Kühl-Einheit 11 ausgestattet ist. Die Heiz/Kühl-Einheit 11 und die Kassette 06 sind so konfiguriert, dass sie miteinander in direkten Kontakt kommen. Wenn die Kassettenabdeckung 04 eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist, kann die Kassette 06 durch die Heiz/Kühl-Einheit 11 durch die Kassettenabdeckung 04 hindurch geheizt oder gekühlt werden.
In dem Beispiel ist die einzelne Heiz/Kühl-Einheit 11 für die einzelne Kassette 06 vorgesehen. Die Heiz/Kühl-Einheit 11 ist an der Kassettenabdeckung 04 befestigt. In der Struktur ist es bevorzugt, das Wärmeaustauschelement mit einer Temperatur-Anstiegs/Absenk-Eigenschaft mit hoher Geschwindigkeit wie z. B. ein Peltier-Element zu verwenden. Der wärmeleitfähige Block 12 dient als Heizwertmedium zwischen dem Wärmeaustauschelement und dem PCR-Abschnitt der Kassette 06 für eine gleichmäßige Wärmeübertragung auf die Kassette 06. Vorzugsweise weist der wärmeleitfähige Block 12 eine hohe Wärmeleitfähigkeit und eine niedrige Wärmekapazität auf. Daher ist es bevorzugt, das harte Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit wie z. B. Aluminium zu verwenden und die Struktur mit einem kleinen Volumen zu entwerfen.
[Kühler]
Der Kühler 13 als Teil der Heiz/Kühl-Einheit 11 weist eine Struktur zum sehr effizienten Kühlen des Wärmeaustauschelements auf. Folglich kommt der Kühler mit dem Wärmeaustauschelement und/oder dem wärmeleitfähigen Block 12 in Kontakt.
Im Fall von Luftkühlung wird der Kühler 13 im Allgemeinen Strahlungsrippe genannt, die aus einem Metallmaterial mit einer großen Wärmeübertragungsfläche zum Erhöhen des Wärmeübertragungsbetrags besteht. Um die Kühlgeschwindigkeit weiter zu erhöhen, wird das Luftkühlgebläse zum Blasen von Luft gegen den Kühler 13 installiert.
Im Fall von Wasserkühlung (Flüssigkeitskühlung) wird der Kühler 13 beispielsweise in Form eines Wasserblocks, der die Kühlmittelströmung ermöglicht, des Kühlers zum Abstrahlen von Wärme zur Außenseite der Vorrichtung, der Pumpe zum Zirkulieren des Kühlmittels und des Reservoirs, das vorübergehend das Kühlmittel sammelt, so dass es zur Pumpe zugeführt wird, angeordnet. Der einfache Wasserkühler, der durch teilweises Integrieren dieser Komponenten konfiguriert ist, kann ebenso auch verwendet werden. In den meisten Fällen weist die Wasserkühlung eine Kühleffizienz auf, die geringfügig höher ist als jene der Luftkühlung, und ist in der Lage, gewonnene Wärme an einem beliebigen Ort abzustrahlen. Sie ist daher zum Verhindern einer Zunahme der inneren Temperatur der Vorrichtung wirksam.
[Abfallflüssigkeitsbehälter]
Der Abfallflüssigkeitsbehälter 08 dient dazu, abgeführtes Polymer vorübergehend zu speichern, das übermäßig in die Kapillare 31 eingefüllt wurde und bereits im vorherigen Prozess verwendet wird. Im Allgemeinen wird Polymer als Polymerflüssigkeit mit hoher Viskosität gebildet und während des Trocknens kristallisiert. Vorzugsweise ist der Abfallflüssigkeitsbehälter mit einer gewissen Art von Flüssigkeit für den Zweck der Verbesserung des Flüssigkeitsablaufs bei der Entsorgung der Abfallflüssigkeit und des Verhinderns der Kristallisation während des Trocknens gefüllt. Es ist bevorzugt, reines Wasser, Pufferlösung und die Flüssigkeit, die zur Pufferlösung ähnlich ist, für die Flüssigkeit zu verwenden. Mit Bezug auf 1 sind der Abfallflüssigkeitsbehälter 08 und der Kathodenseitenpufferlösungsbehälter 07 separat vorgesehen. Der Abfallflüssigkeitsbehälter 08 und der Kathodenseitenpufferlösungsbehälter 07 können jedoch in den einzelnen Behälter integriert sein.
[Polymerbehälter, Polymerabgabeeinheit]
Der Polymerbehälter 10 enthält Polymer. Die Polymerabgabeeinheit 05 dient dazu, Polymer, das im Polymerbehälter 10 enthalten ist, zur Kapillare 31 zuzuführen.
Das Polymer dient als Trennmedium, um die Elektrophoresegeschwindigkeit unterschiedlich zu machen, wenn die Elektrophorese an der Analyseprobe ausgeführt wird. Das Trennmedium weist zwei Typen auf, das heißt einen Fluidtyp und einen Nicht-Fluid-Typ. In dem Beispiel wird das Fluidtyppolymer verwendet.
Mit Bezug auf 2 wird eine Erläuterung mit Bezug auf den Polymerbehälter 10 und die Polymerabgabeeinheit 05 des Beispiels im Einzelnen durchgeführt. 1 stellt dar, dass die Polymerabgabeeinheit 05 an der Seitenoberfläche des Polymerbehälters 10 befestigt ist. Die Polymerabgabeeinheit kann unter dem Polymerbehälter 10 angeordnet sein.
Der Polymerbehälter 10, wie in 2A dargestellt, umfasst einen Zylinder 21 (in einer engen Hinsicht wird er Spritze genannt), ein bewegliches Dichtungselement 22 innerhalb des Zylinders, während das Polymer darin abgedichtet ist, und ein Verbindungselement 23, mit dem die Kapillare verbunden ist, während das Polymer innerhalb des Zylinders gehalten wird. In dem Zustand, in dem die Kapillare 31 mit dem Verbindungselement 23 oder der Polymerflüssigkeit nach dem Durchdringen des Verbindungselements in Kontakt kommt, wird eine externe Kraft von der Unterseite des Polymerbehälters 20 aufgebracht, um das Dichtungselement hoch zu schieben, so dass das Polymer in die Kapillare 31 eingefüllt wird. Die Polymerabgabeeinheit 05 dient als externer Kraftmechanismus zum Betätigen der Unterseite des Polymerbehälters. Wie durch 2A dargestellt, umfasst die Polymerabgabeeinheit 05 einen Tauchkolben 24. Der Tauchkolben 24 schiebt das Dichtungselement 22 aufwärts, um Polymer in die Kapillare einzufüllen.
Die Verwendung des zylindrischen Polymerbehälters 10 ist vorteilhaft, da die Polymerabgabeeinheit 05 mit einem uniaxialen Mechanismus zum Aufwärts- und Abwärtsbewegen des Tauchkolbens 24 sowie einem kleinen Totvolumen innerhalb des Polymerbehälters 10 einfach strukturiert werden kann.
Wenn der Polymerbehälter 10 eine kleine sackartige (beutelartige) Form aufweist, wie durch 2B dargestellt, ist er durch einen Beutel 25 und ein Verbindungselement 26 ohne den Tauchkolben gebildet. Die Polymerabgabeeinheit 05 wird angetrieben, um den Beutel zum Pressen einzufügen (siehe 2B (1)), oder angetrieben, um das enthaltene Polymer aus der Unterseite des Beutels zu quetschen (siehe 2B (2)), so dass das Polymer in die Kapillare 31 eingefüllt wird.
Die Verwendung des beutelartigen Polymerbehälters 25 ist vorteilhaft, da der Behälter einfach weniger kostspielig entworfen werden kann, so dass der kostengünstige Behälter für den Benutzer bereitgestellt wird.
In dem Beispiel wird der Polymerbehälter 10 am Autosampler 02 für das Anpassen an das Einsetzen des Kapillarkopfs 32 angeordnet. Die Polymerabgabeeinheit 05 und der Polymerbehälter 10 können an der Seite des leitfähigen Rohrs 35 der Kapillare 31 angeordnet werden, um das Einfüllen von Polymer von der Seite des leitfähigen Rohrs 35 zu ermöglichen. In diesem Fall wird der Abfallflüssigkeitsbehälter 08 auf der Seite des Kapillarkopfs 32 angeordnet.
[Kathodenseitenpufferlösungsbehälter, Anodenseitenpufferlösungsbehälter, Anodenelektrode]
Jeder des Anodenseitenpufferlösungsbehälters 09 und des Kathodenseitenpufferlösungsbehälters 07 enthält Pufferlösung mit einem Elektrolyten. Der Kathodenseitenpufferlösungsbehälter 07 und der Anodenseitenpufferlösungsbehälter 09 werden am Autosampler 02 installiert.
Obwohl nicht gezeigt, werden Anodenelektroden, die jeweils aus einem korrosionsbeständigen leitfähigen Material wie z. B. Platin und SUS bestehen, an der Vorrichtung in der Anzahl installiert, die der Anzahl der Kapillaren entspricht. Die Anodenelektrode wird so angeordnet, dass sie mit Flüssigkeit, die im Anodenseitenpufferlösungsbehälter 09 enthalten ist, beim Anlegen einer Hochspannung an die Kapillare 31 in Kontakt kommt. Während des Anlegens der Hochspannung wird die Anodenseitenpufferlösung über die Anodenelektrode mit Masse verbunden. Hochspannung, die durch eine Hochspannungsleistungsversorgungseinheit 15 erzeugt wird, wird durch die Verbindung mit Masse über eine Hochspannungsverdrahtung, die Metallplatte der Kapillare, das leitfähige Rohr, die Kathodenseitenpufferlösung, einen Kapillarstrang, den Kapillarkopf, die Anodenseitenpufferlösung und die Anodenelektrode angelegt.
[Bestrahlungseinheit]
Ein Bestrahlungslicht 17, das von einer Lichtquelle einer Bestrahlungseinheit 16 emittiert wird, erreicht einen Bestrahlungsdetektionsbereich 33 der Kapillare direkt oder indirekt über einige optische Elemente. Unter der Annahme, dass die Anzahl der Kapillaren n ist, das heißt C1, C2, ... Cn, durchdringt das Bestrahlungslicht 17 kontinuierlich die Kapillaren 31 in der Reihenfolge von C1, C2, ... Cn der Reihe nach. Informationslicht, das von der Analyseprobe emittiert wird, die mit dem Bestrahlungslicht 17 bestrahlt wird, wird durch einen Detektor 18 direkt oder indirekt über einige optische Elemente detektiert, so dass Detektionsdaten ausgegeben werden.
In einer Erläuterung, die speziell mit Bezug auf die Anwendung für die STR-Analyse durchgeführt wird, ist das Bestrahlungslicht 17 ein Laserlicht und die Analyseprobe ist die DNA, an der ein Fluoreszenzpigment haftet, während sie in der PCR amplifiziert wird. Das Informationslicht ist die durch das Laserlicht angeregte Fluoreszenz und die Fluoreszenzfarbe ist ein Licht mit einer von der Base abhängigen Wellenlänge. Bei der Fluoreszenzfarbe der angeregten Fluoreszenz wird Licht mit einer Wellenlänge (beispielsweise der Wellenlänge von Laserlicht), die für die Detektionsdaten unnötig ist, durch das Filter als optisches Element abgeschnitten, und wird spektral in verschiedene Positionen des Detektors 18 für die jeweiligen Wellenlängen durch ein Spektroskop als anderes optisches Element gestreut. Wenn der Detektor 18 für die Abbildung verwendet wird, werden Daten detektiert, während die Kapillaren C1, C2, ... Cn der Länge nach getrennt sind und das Licht seitlich für jede Wellenlänge getrennt wird. Die detektierten Daten werden für Steueroperationen in den Computer aufgenommen und durch eine Software geeignet analysiert.
Der Benutzer ermöglicht, dass der Steuercomputer Funktionen der Vorrichtung steuert und die Abgabe und Annahme von durch den Detektor 18 in der Vorrichtung zu detektierenden Daten ausführt. Auf der Basis der von der Software des Steuercomputers erfassten Daten oder vom Steuercomputer erfassten Daten werden die Analyseergebnisse von der Software eines anderen Computers für die Analyse abgeleitet.
In dem Beispiel wird eine Erläuterung mit Bezug auf das Bestrahlungsverfahren zum Bestrahlen der Bestrahlungsdetektionsbereiche 33 der Kapillaren 31 durchgeführt, durch die das bestrahlte Licht kontinuierlich der Reihe nach durchdringt. Es gibt verschiedene Bestrahlungsverfahren, die beliebig implementiert werden können, durch Unterteilen des Bestrahlungslichts 17 in Abschnitte in der Anzahl, die der Anzahl der Kapillaren 31 entspricht, oder durch Verbreitern des Bestrahlungslichts 17, so dass es über die Breite der ausgerichteten Kapillaren 31 abdeckt, so dass sie individuell bestrahlt werden.
[Thermostatkammereinheit]
Eine Thermostatkammereinheit 19 umfasst eine Funktion zum Halten der Kapillaranordnung 14 auf der festgelegten Temperatur. Beim Füllen des Polymers wird die Füllgeschwindigkeit erhöht. Im Elektrophoreseprozess ist es wirksam, die Bewegungsgeschwindigkeitsdifferenz der Analyseprobe bei der Elektrophorese konstant zu halten. 1 stellt deutlich das Innere der Thermostatkammereinheit 19 dar. Gemäß der vorliegenden Erfindung weist ein Verdrahtungsweg der Kapillaranordnung 14 vielmehr eine dreidimensionale Ebene als eine zweidimensionale Ebene auf, wie durch 1 dargestellt. Es ist bevorzugt, eine Raumthermostatkammer für die Thermostatkammereinheit 19 zu verwenden, die dazu konfiguriert ist zu ermöglichen, dass die Heizvorrichtung wie z. B. die Polyimidheizvorrichtung und die Kautschukheizvorrichtung Wärme eines Hauptteils des Kapillarstrangs 31 innerhalb der Thermostatkammer mit hoher Wärmeisolationseigenschaft zurückhält. Es ist bevorzugt, eine andere Struktur mit dem Gebläse zum Zirkulieren von Luft innerhalb des Thermostatgehäuses vorzusehen, um die Temperatur darin gleichmäßig zu halten.
Es ist auch möglich, die Thermostatkammer vom Kontakttyp zum Verringern der Temperaturanstiegszeit zu verwenden. In diesem Fall wird eine Wärmerückhalteplatte mit hoher Wärmeleitfähigkeit, hohem Wärmeübertragungskoeffizienten und hohem Heizwert entlang des Verdrahtungsweges der Kapillaranordnung 14 gebogen, so dass die Heizvorrichtung mit einer flachen Oberfläche auf die gebogene Wärmerückhalteplatte aufgebracht wird. Das wärmeleitfähige Elastomerelement zum Übertragen von Wärme, die von der Heizvorrichtung erzeugt wird, während es den Kapillarstrang umschließt, wird auf die Heizvorrichtung aufgebracht. Das Wärmeisolationsmaterial kann bereitgestellt werden, um die Kapillare mit einer Anordnung der Wärmerückhalteplatte, der Heizvorrichtung und dem wärmeleitfähigen Elastomer zu umschließen. In der Struktur kann die Anwendungsreihenfolge der jeweiligen Elemente ohne Einschränkung bestimmt werden.
[Detektionseinheit]
Die Detektionseinheit ist durch Kombinieren des Detektors 18 und der optischen Systemelemente gebildet. Obwohl nicht gezeigt, wird die Fluoreszenz durch den Detektor 18 durch die mehreren optischen Systemelemente detektiert. Das optische Systemelement umfasst ein LP-Filter zum Abschneiden von unnötigem Bestrahlungslicht und das Spektroskop zum spektralen Streuen der Fluoreszenzwellenlänge. Ein beliebiges Verfahren kann implementiert werden, solange die jeweiligen Kapillaren 31 und emittierten Wellenlängen individuell durch den Detektor 18 detektierbar sind. Der Detektor 18 kann beispielsweise in Form eines CCD-Flächenbildsensors und einer CMOS-Kamera vorliegen.
[Kapillaranordnungsstruktur]
Mit Bezug auf 3 wird eine Erläuterung mit Bezug auf die Struktur der Kapillaranordnung 14 gemäß der vorliegenden Erfindung durchgeführt. 3A ist eine Ansicht der Kapillaranordnung 14 in auseinandergezogener Anordnung, wie durch 1 dargestellt. 3B ist eine teilweise vergrößerte Ansicht.
Die Kapillare 31 ist als Glasröhre mit einem Innendurchmesser im Bereich von mehreren zehn Mikrometern bis mehreren hundert Mikrometern und einem Außendurchmesser von mehreren hundert Mikrometern ausgebildet und auf ihre Oberfläche ist eine Polyimidbeschichtung zum Verbessern der Festigkeit aufgebracht.
Die jeweiligen Kapillaren 31 werden geschnitten, so dass sie dieselben Längen aufweisen, mit jeweils einem Abschnitt, der mit dem Polymerbehälter 10 verbunden werden soll, der mit einer nicht leitfähigen Substanz individuell bedeckt ist. Der bedeckte Abschnitt wird als Kapillarkopf 32 bezeichnet. Der Kapillarstrang 31 liegt von einem Endpunkt des Kapillarkopfs 32 frei.
Der Bestrahlungsdetektionsbereich 33 der Kapillare, der mit dem Bestrahlungslicht bestrahlt wird, bezieht sich auf eine Position, in der das Bestrahlungslicht in das Innere der Kapillare abgestrahlt wird, und gleichzeitig auf eine Position, in der das Informationslicht, das von der Analyseprobe emittiert wird, detektiert wird. Bei diesem Abschnitt ist die Polyimidbeschichtung zum effizienten Empfangen von optischer Energie vom Bestrahlungslicht und Erleichtern der Detektion des Informationslichts von der Analyseprobe, die mit dem Bestrahlungslicht bestrahlt wird, entfernt. Alle Bestrahlungsdetektionsbereiche 33 sind mit hoher Genauigkeit ausgerichtet und fixiert und mit Detektionshaltern 34 gebündelt.
Der Detektionshalter 34 dient zum Ausrichten und Fixieren der Bestrahlungsdetektionsbereiche 33 mit hoher Genauigkeit. Bei dem Detektionshalter 34 ist die externe Form oder das Positionierungsloch mit hoher Genauigkeit bearbeitet, um zu ermöglichen, dass die Bestrahlungseinheit 16 den Bestrahlungsdetektionsbereich 33 mit dem Bestrahlungslicht 17 bestrahlt und die Position zum Detektieren des Informationslichts auffindet. Die Thermostatkammer ist auch mit einem Mechanismus zum Fixieren des Detektionshalters 34 mit hoher Positionierungsgenauigkeit versehen.
Jedes Ende der Kapillarstränge 31 auf der zum Kapillarkopf 32 entgegengesetzten Seite wird in jedes der leitfähigen Rohre 35 eingesetzt und fixiert, während es freiliegt oder geringfügig um ungefähr 0,5 mm vorsteht. 3B stellt das Ende der Kapillare auf der Seite des leitfähigen Rohrs dar. Jedes der leitfähigen Rohre 35 ist mit einer separaten Metallplatte 36 individuell fixiert. Obwohl durch 3B nicht dargestellt, sind die Metallplatte 36 und das leitfähige Rohr 35 teilweise durch einen Ladekopf 37 als nicht leitfähige Substanz geschützt. Der Ladekopf 37 zum Zusammenhalten der Metallplatte 36 und des leitfähigen Rohrs 35 kann von einem separaten Typ, einzelnen Typ oder verbindbaren Typ sein.
Beim Anlegen einer Spannung kommt die Hochspannungsverdrahtung zum Zuführen von Leistung von der Hochspannungsleistungsversorgungseinheit 15 mit der Metallplatte 36 im Ladekopf 27 in Kontakt, so dass die Spannung an das leitfähige Rohr 35 für die Funktion als Kathodenspannung angelegt wird.
Obwohl die vorstehend beschriebene Struktur keinen individuellen Austausch der Kapillare 31 ermöglicht, ermöglicht die Struktur dem Benutzer, eine leicht installierbare Kapillaranordnung 14 zu erhalten.
Die existierende Kapillaranordnung 14 soll ermöglichen, dass alle mehreren Kapillaren 31 einer Elektrophorese mit derselben Spannung gleichzeitig unterzogen werden. Alle leitfähigen Rohre 35 sind an der einzelnen Metallplatte 36 fixiert, während sie in konstanten Intervallen ausgerichtet sind, und ferner durch den einzelnen Ladekopf geschützt. Auf der entgegengesetzten Seite sind alle Kapillaren 31 zusammen gebündelt und mit dem einzelnen Kapillarkopf 32 bedeckt. Die vorangehende Struktur ermöglicht nur, dass die einzelne Spannung an die existierende Kapillaranordnung 31 nur gleichzeitig angelegt wird.
[Hochspannungsverdrahtung, Hochspannungsleistungsversorgung]
Mit Bezug auf 4 wird eine Erläuterung mit Bezug auf die Hochspannungsleistungsversorgung und die Hochspannungsverdrahtung gemäß der vorliegenden Erfindung durchgeführt.
Die existierende Vorrichtung umfasst eine Hochspannungsverdrahtung für eine Hochspannungsleistungsversorgung, so dass die Hochspannung an die mehreren Kapillaren über die Metallplatte angelegt wird. In Abhängigkeit von dem Elektrophoreseprozessschritt wird die Amplitude der erforderlichen Spannung unterschiedlich. Da die Spannung auch von der Anwendung, die durch den Benutzer angezielt wird, oder der Analyseprobenkonzentration abhängt, sind Ausgaben im Einzelnen (variable Ausgabe) einstellbar, so dass der Benutzer die Festlegung bestimmt.
In der vorliegenden Erfindung sind dagegen mit dem Abzielen auf die Ausführung der Elektrophorese der mehreren Kapillaren 31 zu verschiedenen Zeitpunkten die leitfähigen Rohre 35 der Kapillaren mit den Metallplatten 36 versehen, jeweils wie mit Bezug auf 3 beschrieben. Folglich sind mehrere Hochspannungsverdrahtungen 41 zum Anlegen der Spannung von der Hochspannungsleistungsversorgungseinheit 15 an die Kapillaren 31 erforderlich. Die Hochspannungsleistungsversorgungseinheit 15 ist dazu konfiguriert, eine Spannung an die Kapillaren 31 individuell gemäß den jeweiligen Elektrophoreseprozessschritten anzulegen. Wenn die verbrauchbare Kapillare ausgetauscht werden soll, ist es bevorzugt, die Hochspannungsverdrahtung 41 so zu konfigurieren, dass es ermöglicht wird, dass ihr Ende auf der Seite, die mit der Kapillare verbunden ist, leicht an der Kapillare befestigt oder von dieser gelöst wird. Insbesondere wird ein Stecker so hergestellt, dass seine Spitze eines säulenförmigen Abschnitts des leitfähigen Elements zu einer halbkugelförmigen Form bearbeitet ist. Der leitfähige Draht der Hochspannungsverdrahtung 41 wird mit dem Stecker verbunden. Der Stecker wird dann als Betriebsstecker montiert, während er durch die Feder geschoben wird. Der Betriebsstecker verläuft durch einen Verbindungsanschluss, der am Ladekopf 37 von jeder der Kapillaren 31 befestigt ist, und wird in Anlage an der Metallplatte 36 gestoppt. Zu dieser Zeit besteht jedes des Gehäuses des Betriebssteckers und des Ladekopfs 37 aus dem Isolationsmaterial, um eine Entladung vom anderen Kanal als dem leitfähigen Draht, dem Stecker und der Metallplatte zu verhindern. Das Elastomer mit hoher Isolationseigenschaft kann beispielsweise zwischen den Betriebsstecker und den Ladekopf eingefügt werden. Die vorstehend beschriebene Struktur ermöglicht das Anlegen der Hochspannung an die jeweiligen Kapillaren 31 ohne Entladung zur Außenseite, während die lösbare Verbindung zwischen dem Betriebsstecker der Hochspannungsverdrahtung 41 und dem Ladekopf 37 von jeder der Kapillaren 31 ermöglicht wird.
5 stellt eines der Beispiele zum Steuern der Hochspannungsleistungsversorgungseinheit 15, wie durch 4 dargestellt, dar.
Das Individuelle Bereitstellen von spannungssteuerbaren Hochspannungsleistungsversorgungen 42 in der Anzahl, die jener der Kapillaren 31 entspricht, ermöglicht eine leichte Konfiguration der Hochspannungsleistungsversorgungseinheit 15 gemäß der vorliegenden Erfindung. Das Beispiel stellt vorteilhafte Effekte von leichten Steueroperationen und einer leichten Entwicklung bereit.
<Beispiel des Datenerfassungsprozesses in der Vorrichtung, die eine STR-Analyse durchführen soll>
Eine Erläuterung wird mit Bezug auf einen veranschaulichten Fall der Vereinfachung des Prozesses durchgeführt, der von dem Schritt, in dem der Benutzer die Prüfprobe gewinnt, bis zu dem Schritt, in dem die Vorrichtung Daten in der Elektrophoresevorrichtung mit integrierter Vorbehandlung des Beispiels erhält, ausgeführt wird, die dazu konfiguriert ist, den Vorbehandlungsprozess und den Elektrophoreseprozess für eine Nukleinsäureanalyse integriert auszuführen, wobei die STR-Analyse als Beispiel herangezogen wird.
Schritt 0: Der Benutzer sammelt die Prüfprobe als Zelle in der Mundhöhle einer Testperson unter Verwendung des Tupfers oder die biologische Zelle wie z. B. die Blutprobe unter Verwendung der Ausrüstung.
Schritt 1: Der Benutzer füllt die Prüfprobe in die Kassette 06. Die Probe wird mit Lysepuffer in der Kassette 06 gemischt, um DNA aus der biologischen Zelle zu extrahieren.
Schritt 2: Der Benutzer ordnet die Kassette 06 an der Vorbehandlungseinheit 03 an.
Schritt 3: Die Vorbehandlungseinheit 03 führt eine feste Menge der DNA-Probenlösung zu, die aus dem Lysepuffer in der Kassette 06 extrahiert wurde. Die Lösung wird ferner mit Primer-Mix und Master-Mix vermischt, die in der Kassette 06 abgedichtet wurden.
Schritt 4: Die Heiz/Kühl-Einheit 11 heizt und kühlt die Kassette 06 zum Heizen und Kühlen von Gemischen der extrahierten DNA-Probe, des Primer-Mix und Master-Mix wiederholt in der Kassette. Grundsätzlich werden die Heiz/Kühl-Temperaturen, die Zeitdauer und die Anzahl von Zyklen gemäß einem Protokoll des zu verwendenden PCR-Reagenz bestimmt.
Schritt 5: Die im Anschluss an die PCR erhaltene Flüssigkeit wird als Analyseprobe in einzelsträngig denaturiert. Im Allgemeinen werden die manuell ausgeführten Prozessschritte durch Quantifizieren der im Anschluss an die PCR erhaltenen Flüssigkeit, Mischen eines Teils der Flüssigkeit mit Formamid und Heizen des Gemisches automatisiert. Im Prozess der Quantifizierung der DNA-Konzentration wird vorzugsweise eine feste Menge von Kügelchen zum Adsorbieren von DNA in der Kassette 06 abgedichtet und die DNA, die von den Kügelchen abgetrennt wird, wird quantifiziert. Wenn vielmehr das Flüssigkeitsvolumen als die DNA-Konzentration quantifiziert wird, wird die feste Menge der Flüssigkeit von der ganzen Menge, die im Anschluss an die PCR erhalten wird, zu einem anderen Ort in der Kassette 06 für die Speicherung zugeführt und ferner mit Formamid gemischt. Im Fall eines ausreichend breiten dynamischen Bereichs der Detektionseinheit der Vorrichtung kann die Flüssigkeit mit Formamid ohne Quantifizierung vermischt werden, wie vorstehend beschrieben. Vorzugsweise kann in einem anderen Beispiel, wenn die Flüssigkeit nur durch Mischen mit Formamid ausreichend in einzelsträngig denaturiert wird, der Heizprozess weggelassen werden. Im bevorzugten Beispiel kann die DNA nur durch Durchführen einer thermischen Denaturierung durch Heizen in einzelsträngig denaturiert werden. In noch einem weiteren bevorzugten Beispiel wird der Heizschritt nur ohne Verwendung von Formamid ausgeführt.
Schritt 6: Die Vorrichtung betreibt den Autosampler 02, um den Abfallflüssigkeitsbehälter 08 mit einer Seite der Kapillare und den Polymerbehälter 10 mit der anderen Seite der Kapillare zu verbinden. Mit Bezug auf 1 wird die Kapillare auf der Seite des leitfähigen Rohrs 35 mit dem Abfallflüssigkeitsbehälter 08 verbunden und der Kapillarkopf 32 wird mit dem Polymerbehälter 10 verbunden. Es ist auch möglich, den Kapillarkopf mit dem Abfallflüssigkeitsbehälter 08 und das leitfähige Rohr 35 mit dem Polymerbehälter 10 zu verbinden.
Schritt 7: Die Vorrichtung betreibt den Autosampler 02, um zu veranlassen, dass das leitfähige Rohr 35 im Kathodenseitenpufferlösungsbehälter 07 benetzt wird und der Kapillarkopf 32 im Anodenseitenpufferlösungsbehälter 09 benetzt wird.
Schritt 8: Die Vorrichtung legt eine Spannung im Bereich von ungefähr -15 kV bis -20 kV an die Kapillare 31 für den Zweck der Ausführung des Prozesses, der Vorlauf genannt wird, zum Verbessern der Trennleistung bei der Messung durch Entladen von Ionen des Polymers, das in die Kapillare 31 eingefüllt ist, an. Die Spannung wird von der Hochspannungsleistungsversorgungseinheit 15 an das Polymer innerhalb der Kapillare über die Hochspannungsverdrahtung 41, den Ladekopf 37, das leitfähige Rohr 35 und den Kathodenseitenpufferlösungsbehälter 07 angelegt. Zu dieser Zeit wird auf der Seite des Kapillarkopfs 32 veranlasst, dass die Anodenelektrode im Anodenseitenpufferlösungsbehälter 09 zur Entladung zur Erde benetzt wird.
Schritt 9: Die Vorrichtung betreibt den Autosampler 02, um zu veranlassen, dass das leitfähige Rohr 35 in der Analyseprobe in der Probenvertiefung der Kassette 06 benetzt wird, und zu veranlassen, dass der Kapillarkopf 32 im Anodenseitenpufferlösungsbehälter 09 benetzt wird.
Schritt 10: Die Vorrichtung legt eine Spannung im Bereich von 0,5 kV bis 2,0 kV an die Kapillare 31 an. Der Elektrophoreseprozess der Analyseprobe wird vom Verbindungsanschluss der Kassette 06 in die Kapillare 31 ausgeführt. In der Reihe von Schritten zumindest bis zum Schritt 10 muss die Thermostatkammereinheit 19 durch Halten der Kapillare 31 auf der konstanten Temperatur die Temperatur stabilisieren.
Schritt 11: Ähnlich zu Schritt 7 wird der Autosampler betrieben, um zu veranlassen, dass das leitfähige Rohr 35 der Kapillare im Kathodenseitenpufferlösungsbehälter 07 benetzt wird und der Kapillarkopf 32 auf der anderen Seite im Anodenseitenpufferlösungsbehälter 09 benetzt wird.
Schritt 12: Die Hochspannungsleistungsversorgungseinheit 15 legt eine Spannung im Bereich von 8,0 kV bis 12,0 kV an die Kapillare 31 an. Die Analyseprobe bewegt sich in der mit Polymer gefüllten Kapillare 31 von der Seite des leitfähigen Rohrs 35 zur Seite des Kapillarkopfs 32 (Elektrophorese).
Schritt 13: Die Vorrichtung ermöglicht, dass die Bestrahlungseinheit 16 die Bestrahlungsdetektionsbereiche 33 der Kapillaren 31 mit dem Bestrahlungslicht 17 bestrahlt. Da die Bestrahlungsdetektionsbereiche 33 der Kapillaren 31 durch die Detektionshalter 34 genau ausgerichtet sind, bewirkt das Bestrahlungslicht, das die erste Kapillare 31 durchdringt, dass es auf die nächste Kapillare 31 einfällt, um diese zu durchdringen. Das Einfallen und die Durchdringung wiederholen sich, bis das Bestrahlungslicht 17 alle Kapillaren 31 durchdringt, und wird in der Vorrichtung absorbiert, um die Bestrahlung zu stoppen.
Schritt 14: Die Analyseproben, die sich durch Elektrophorese bewegen, erreichen die Bestrahlungsdetektionsbereiche 33 der Kapillaren sequentiell. Das Bestrahlungslicht 17 ermöglicht, dass das Fluoreszenzpigment, mit dem die Analyseprobe markiert ist, Licht emittiert. Die markierte Fluoreszenzfarbe wird unterschiedlich in Abhängigkeit von der Base der Analyseprobe.
Schritt 15: Die Detektionseinheit detektiert die emittierte Fluoreszenz. Die Fluoreszenz wird durch den Detektor 18 über die mehreren Betriebssystemelemente der Vorrichtung detektiert. Das optische Systemelement umfasst das LP-Filter zum Abschneiden von unnötigem Bestrahlungslicht und das Spektroskop zum spektralen Streuen der Fluoreszenzwellenlänge. Ein beliebiges Verfahren kann jedoch implementiert werden, solange die jeweiligen Kapillaren 31 und die emittierte Wellenlänge individuell durch den Detektor 18 detektiert werden.
In den Schritten 8, 10 und 12 bis 15 zum Ausführen der Elektrophorese wird die Anodenelektrode in der Flüssigkeit des Anodenseitenpufferlösungsbehälters 09 benetzt. Zu dieser Zeit wird die Anodenseitenpufferlösung über die Anodenelektrode mit Masse verbunden. Die durch die Hochspannungsleistungsversorgungseinheit 15 erzeugte Hochspannung wird durch Verbindung mit Masse über die Hochspannungsverdrahtung 41, die Metallplatte 36 der Kapillare, das leitfähige Rohr 35, die Kathodenseitenpufferlösung, den Kapillarstrang 31, den Kapillarkopf 32, die Anodenseitenpufferlösung und die Anodenelektrode angelegt.
Im vorangehenden Beispiel führt die Vorrichtung den Prozess bis zu Schritt 15 aus, um die Detektionsdaten zu erhalten. Zu dieser Zeit gewinnt im Prozess von Schritt 0 der Benutzer die Prüfprobe. Im Prozess von den Schritten 1 bis 5 wird der Vorbehandlungsprozess ausgeführt. Im Prozess von den Schritten 6 bis 15 wird der Elektrophoreseprozess ausgeführt. Tatsächlich existiert ein anschließender Prozess, der den Schritt, in dem die in Schritt 15 erhaltenen Detektionsdaten unter Verwendung von Software analysiert und angezeigt werden, und den Schritt, in dem der Benutzer Daten speichert, umfasst. Diese Schritte werden hier nicht beschrieben, da sie für die Beschreibung der vorliegenden Erfindung unnötig sind.
Jeder der individuellen Prozessschritte von 0 bis 15 wurde beschrieben. Tatsächlich können einige dieser Schritte gleichzeitig ausgeführt werden, so dass die TAT weiter verringert wird. Sowohl der Prozess von den Schritten 1 bis 5, die dem Vorbehandlungsprozess entsprechen, als auch der Prozess von den Schritten 6 bis 8, die dem Elektrophoreseprozess entsprechen, müssen vor dem Start des Schritts 9 beendet werden. Daher muss der Schritt 6 nicht notwendigerweise im Anschluss an die Ausführung von Schritt 5 ausgeführt werden. Es ist möglich, diese Schritte gleichzeitig auszuführen.
Die gleichzeitige Ausführung von einigen Schritten des Vorbehandlungsprozesses und des Elektrophoreseprozesses ist ein bevorzugter Fall, auf den das Beispiel zum Verringern der TAT angewendet wird. Insbesondere wird der Prozess von den Schritten 6 bis 8 während der PCR in Schritt 4 ausgeführt, der eine relativ lange Verarbeitungszeit (19,7 Minuten für 31 Zyklen gemäß dem Multiplex-STR-Reagenzprotokoll) erfordert, und Steueroperationen zum Erhöhen der Temperatur der Thermostatkammer und Stabilisieren der Temperatur werden wie in Schritt 10 beschrieben ausgeführt.
[Tatsächlicher Betrieb im ersten Beispiel]
6 ist eine Draufsicht der Elektrophoresevorrichtung 1 mit integrierter Vorbehandlung. Mit Bezug auf 6 wird eine Erläuterung mit Bezug auf den vorteilhaften Effekt der vorliegenden Erfindung durchgeführt, das heißt die individuelle Ausführung der Elektrophorese an jeder der Kassetten 06. Tatsächlich umfasst die Vorrichtung die Hochspannungsleistungsversorgung, die Hochspannungsleistungsversorgungsverdrahtung, die Detektionseinheit und die Thermostatkammereinheit. Die Zeichnung lässt jedoch diese Komponenten für eine leichte Sichtbarkeit weg.
Zuerst wird eine Erläuterung mit Bezug auf Operationen zum Anordnen der Kapillaren 31 durch den Autosampler 02 im Elektrophoreseprozess durchgeführt, wie vorstehend beschrieben.
Obwohl in 1 weggelassen, zeigt die Bahn 4 nur Verbindungsanschlüsse, die für den Abfallflüssigkeitsbehälter 08, den Polymerbehälter 10, den Kathodenseitenpufferlösungsbehälter 07, den Anodenseitenpufferlösungsbehälter 09, die Kassette 06 und die Kassettenabdeckung 04 jeweils zur Verbindung mit den Kapillaren 31 vorgesehen sind. Der Verbindungsanschluss des Abfallflüssigkeitsbehälters ist mit h1 bezeichnet, der Verbindungsanschluss des Polymerbehälters ist mit h2 bezeichnet, der Verbindungsanschluss des Kathodenseitenpufferlösungsbehälters ist mit h3 bezeichnet, die Verbindungsanschlüsse der Anodenpufferlösung sind mit h4 und h6 bezeichnet, und der Verbindungsanschluss der Kassette und der Kassettenabdeckung ist mit h5 bezeichnet.
Eine Erläuterung wird mit Bezug auf die Kapillare 31 und den Verbindungsanschluss im vorstehend beschriebenen Elektrophoreseprozess durchgeführt. In Schritt 6 kommt das leitfähige Rohr 35 mit dem Verbindungsanschluss h1 des Abfallflüssigkeitsbehälters 08 in Kontakt und der Kapillarkopf 32 kommt mit dem Verbindungsanschluss h2 des Polymerbehälters 10 in Kontakt.
In den Schritten 7, 8 und 11 bis 15 kommt das leitfähige Rohr 35 mit dem Verbindungsanschluss h3 des Kathodenseitenpufferlösungsbehälters 07 in Kontakt und der Kapillarkopf 32 kommt mit dem Verbindungsanschluss h4 des Anodenseitenpufferlösungsbehälters 09 in Kontakt.
In den Schritten 9 und 10 kommt das leitfähige Rohr 35 mit dem Verbindungsanschluss h5 der Kassette 09 und der Kassettenabdeckung 04 in Kontakt und der Kapillarkopf 32 kommt mit dem Verbindungsanschluss h6 des Anodenseitenpufferlösungsbehälters 09 in Kontakt.
Unter der Annahme, dass ein Abstand x1 zwischen dem leitfähigen Rohr 35 und dem Kapillarkopf 32 der Kapillare während des Betriebs der Vorrichtung fest ist, ist jeder Abstand zwischen h1 und h2, h3 und h4 und h5 und h6 gleich dem Abstand x1. Eine Anordnung dieser Verbindungsanschlüsse h1, h2, h3, h4, h5 und h6 in einer einzelnen Reihe in der X-Achsen-Richtung ermöglicht, dass die Antriebsachse des Autosamplers 02, die herkömmlich dreiaxial der XYZ-Achse in der existierenden Vorrichtung erfordert, die biaxiale XY-Antriebsachse aufweist. Dies macht es möglich, die kostengünstige Vorrichtung für den Benutzer zu schaffen.
Die X-Achse bezieht sich auf die lineare Richtung, die durch Verbinden von Probenvertiefungen (oder einer später zu beschreibenden Probenröhre) des Kathodenseitenpufferlösungsbehälters 07 und der Kassette 06 gebildet ist. Die Z-Achse bezieht sich auf die zu einer Installationsebene der Vorrichtung parallelen und zur X-Achse orthogonalen Richtung. Die Y-Achse bezieht sich auf die zur X-Achse und zur Z-Achse orthogonale Richtung. In der Zeichnung des Beispiels sind alle Autosampler 02 in der Z-Achsen-Richtung ausgerichtet und die mehreren Kapillaren 31 sind in derselben Richtung entlang der X-Achse ausgerichtet. Korrekt wird die XZ-Achse für die einzelne Kapillare bestimmt. Wenn die mehreren Kapillaren 31 unterschiedliche X-Achsen-Richtungen (beispielsweise radiale Richtung) aufweisen, folgt jede X-Achse der jeweiligen Autosampler 02 der X-Achsen-Richtung, die durch Verbinden des Kapillarkopfs 32 und des leitfähigen Rohrs 35 der Kapillare 31 definiert ist.
In der Zeichnung wird angenommen, dass C1 die oberste Kapillare ist und C4 die unterste Kapillare ist. Jede Code-Bahn bezeichnet eine Betriebseinheit, die die individuelle Ausführung der Elektrophorese in der Vorrichtung mit dem Autosampler 02, verschiedenen Komponentengruppen, die am Autosampler 02 installiert sind, und den Kapillaren 31 ermöglicht. Die Betriebseinheit unter Verwendung der Kapillare C1 entspricht der Bahn 1 und die Betriebseinheit unter Verwendung der Kapillare C4 entspricht der Bahn 4.
Mit Bezug auf 6 führt die Bahn 1 die Schritte 14 und 15 im Anschluss an die Ausführung der Schritte 1 bis 13 aus. Das Bestrahlungslicht 17, das von der Bestrahlungseinheit 16 emittiert wird, bestrahlt den Bestrahlungsdetektionsbereich 33 der Kapillare C1. Die Analyseprobe, die sich im Polymer durch die Elektrophorese bewegt, emittiert das Informationslicht, so dass es durch den Detektor 18 detektiert wird. Eine Spannung von 10 kV wird für die Elektrophorese angelegt.
Im Anschluss an die Bahn 1 führt die Bahn 2 den Schritt 10 nach dem Beenden der Ausführung der Schritte 1 bis 9 aus. Das leitfähige Rohr 35 der Kapillare wird mit dem Verbindungsanschluss h5 der Kassette 06 verbunden, so dass die Analyseprobe in die Kapillare C2 eingespritzt wird. Wenn die Bahn 1 in Betrieb ist, hat das Bestrahlungslicht 17 die Kapillare C2 nach dem Durchdringen der Kapillare C1 erreicht. Die Detektionseinheit führt die Abbildung von C2 aus. Da jedoch die Bahn 1 den Schritt 14 vorwärts nicht erreicht hat, werden die erfassten Detektionsdaten kontinuierlich verworfen, bis die Bahn 2 den Schritt 14 erreicht. Eine Spannung von 1,5 kV wird für das Einspritzen der Probe angelegt.
Im Anschluss an die Bahn 2 führt die Bahn 3 den Schritt 6 nach dem Beenden der Ausführung der Schritte 1 bis 3 aus, während die PCR in Schritt 4 wiederholt wird. Im ähnlichen Fall zur Bahn 2 hat das Bestrahlungslicht 17 die Kapillare C3 nach dem Durchdringen der Kapillaren C1, C2 erreicht und die erfassten Detektionsdaten werden kontinuierlich verworfen, bis die Bahn 3 den Schritt 14 erreicht. Die angelegte Spannung ist 0 kV.
Im Anschluss an die Bahn 3 führt die Bahn 4 den Schritt 2 aus, in dem der Benutzer die Kassette 06 lädt. Ähnlich zur Bahn 2 und Bahn 3 hat das Bestrahlungslicht 17 die Kapillare C4 nach dem Durchdringen der Kapillaren C1, C2 und C3 erreicht. Da die Bahn 4 den Schritt 6 nicht ausführt, wird Polymer nicht neu eingefüllt. Da das Polymer, das im vorherigen Zyklus verwendet wurde, in der Kapillare C4 geblieben ist, wird das Streulicht, das das Messrauschen erzeugt, kaum emittiert. Ähnlich zur Bahn 2 und Bahn 3 werden die erfassten Detektionsdaten kontinuierlich verworfen, bis die Bahn 4 den Schritt 14 erreicht. Die angelegte Spannung ist 0 kV.
Bei der Kapillare C4 ist Polymer, das im vorherigen Zyklus verwendet wurde, verblieben. Wenn jedoch die Vorrichtung zum ersten Mal verwendet wird, oder nach dem Austauschen der Kapillare wird Polymer in alle Kapillaren gefüllt, um die Emission des Streulichts zu unterdrücken, trotz des Falls der Verwendung der einzelnen Kapillare für die Ausführung der Elektrophorese der Analyseprobe.
Obwohl für eine leichte Sichtbarkeit nicht dargestellt, wird die Spannung, die jeder Bahn entspricht, von der Hochspannungsleistungsversorgungseinheit 15 über die Hochspannungsverdrahtung 41 angelegt. Die Thermostatkammereinheit 19 wird unter Temperatursteuerung auf 60 °C stabilisiert.
[Beziehung zwischen der Komponentensteuerung und Daten im ersten Beispiel]
7 stellt eine Wechselwirkung durch Informationen im ersten Beispiel dar. Dünne durchgezogene Linien geben die Wechselwirkung der Steuerinformationen, der detektierten Daten, der Leistungsversorgung und dergleichen an. Gestrichelte Linien geben das Anlegen von Elektrizität von der Hochspannungsleistungsversorgung an. Ein fetter Pfeil gibt einen optischen Informationsfluss an. Die Steuerinformationen umfassen allgemeine bidirektionale elektrische Signale, die einem Betriebsbefehl an die jeweiligen Einheiten entsprechen, Messwerte von den jeweiligen Einheiten und die Vollendung der Ausführung.
Obwohl in 1 bis 6 nicht dargestellt, wird die tatsächliche Vorrichtungssteuerung hauptsächlich durch die Hauptplatine als elektrisches Substrat, das an der Vorrichtung installiert ist, ausgeführt. 7 stellt einfach den direkten Austausch der Steuerinformationen zwischen der Hauptplatine und den Komponenten für ein leichtes Verständnis dar. Ein Weiterleitungssubstrat kann zwischen die Hauptplatine und die Komponente eingefügt werden, wenn eine solche Verwendung vorteilhafter ist als die Verwendung der einzelnen Verdrahtung für die Verbindung zwischen der Hauptplatine und der Komponente. Die Software muss zum Managen von Operationen dieser Komponenten gesteuert werden, was folglich den internen Computer, der in der Vorrichtung installiert ist, während er direkt mit der Hauptplatine verbunden ist, oder einen externen Computer zum externen Steuern der Vorrichtung erfordert. Die in 7 angegebene Software-Steuerung umfasst einen solchen Computer.
Wie mit Bezug auf das erste Beispiel beschrieben wurde, ist die STR-Analyse einer von beispielhaften Fällen und sie soll den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung nicht begrenzen.
Zweites Beispiel
<Beispiel der Polymereinspritzung unter Verwendung einer Pumpe>
Mit Bezug auf 8, die eine Struktur der Elektrophoresevorrichtung 01 mit integrierter Vorbehandlung darstellt, wird eine Erläuterung mit Bezug auf ein anderes Beispiel zum Implementieren der vorliegenden Erfindung durchgeführt, das vom ersten Beispiel verschieden ist.
In diesem Beispiel sind Strukturen des Autosamplers 02, der Kassette 06, der Kassettenabdeckung 04, der Heiz/Kühl-Einheit 11, des Abfallflüssigkeitsbehälters 08 und des Kathodenseitenpufferlösungsbehälters 07 ähnlich zu jenen des ersten Beispiels. Obwohl nicht gezeigt, umfasst die Vorrichtung auch Komponenten wie z. B. die Vorbehandlungseinheit, die Hochspannungsleistungsversorgung, die Hochspannungsverdrahtung, die Anodenelektrode, den Steuercomputer und die Hauptplatine.
Das Beispiel ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Pumpeneinheit 51 anstelle der Polymerabgabeeinheit an der Vorrichtung installiert ist. Die später im Einzelnen zu beschreibende Pumpeneinheit 51 umfasst einen Polymerströmungspfadblock, eine Flüssigkeitszufuhreinrichtung, ein Anodenseitenventil, ein Flüssigkeitszufuhreinrichtungsseitenventil und ein Rückschlagventil. Die Pumpeneinheit 51 wird mit der Kapillaranordnung 14, dem Polymerbehälter 10 und dem Anodenseitenpufferlösungsbehälter 09 verbunden.
Die Struktur schafft zwei vorteilhafte Haupteffekte. Die Vorrichtungskosten sind der erste vorteilhafte Effekt. Im ersten Beispiel sind die Polymerabgabeeinheiten jeweils als Antriebsquelle entsprechend den jeweiligen Kapillaren 31 vorgesehen. In dem Beispiel kann Polymer unter Verwendung der Pumpeneinheit als einzelne Einheit der Antriebsquelle eingespritzt werden.
Die analytische Leistung ist der zweite vorteilhafte Effekt. In dem Beispiel müssen die Kapillarköpfe 32 nicht entsprechend den Autosamplern 02 der jeweiligen Bahnen unterteilt werden. Sie werden in der Pumpeneinheit 51 versammelt und verbunden. Daher ist es im Gegensatz zum ersten Beispiel möglich, den Abstand zwischen dem Bestrahlungsdetektionsbereich 33 der Kapillaranordnung 14 und dem Kapillarkopf 32 zu verringern, um ihn signifikant zu verkürzen. Wenn jede Länge der Kapillaren 31 dieselbe ist, wird die Probentrennleistung als eine der analytischen Leistungen verbessert, da die Länge der Kapillare vom Spitzenende auf der Seite des leitfähigen Rohrs 35 zum Bestrahlungsdetektionsbereich 33 länger wird. Gemäß der Modifikation werden die Positionen des Bestrahlungslichts 17, der Thermostatkammereinheit 19 und des Detektors 18 geändert, wie durch die Zeichnung dargestellt.
9 stellt ein Beispiel der speziellen Struktur der Pumpeneinheit 51, wie in 8 dargestellt, dar. Ein Polymerströmungspfadblock 52, der aus einem Isolationsmaterial besteht, weist unabhängige Strömungspfade 53 in der Anzahl n auf, die der Anzahl n der Kapillaren entspricht. Der einzelne Anodenseitenpufferlösungsbehälter 09 ist mit den n unabhängigen Strömungspfaden verbunden. Der Anodenseitenpufferlösungsbehälter 09 ist mit der einzelnen Anodenelektrode 54 im Polymerströmungspfadblock 52 verbunden. Die Anodenelektrode 54 ist mit Masse der Vorrichtung verbunden, während sie durch das Innere des Polymerströmungspfadblocks 52 verläuft. Die Anodenelektrode 54 kann beliebig strukturiert sein, ohne mit dem Polymerströmungspfadblock verbunden zu sein, solange sie in der Vorrichtung angeordnet ist, während eine Seite mit Masse verbunden ist und die andere Seite bereit ist, mit den n Anodenseitenpufferlösungsbehältern individuell verbunden zu werden.
Der Anodenseitenpufferlösungsbehälter 09 ist vom Polymerströmungspfadblock 52 lösbar, um Austauschoperationen durch den Benutzer zu ermöglichen.
Die n Strömungspfade 53 sind mit dem Anodenseitenpufferlösungsbehälter 09 verbunden. Anodenseitenventile 55 sind an den jeweiligen Strömungspfaden an den jeweiligen Verbindungsendpunkten vorgesehen. Öffnungs- und Schließzeitpunkte dieser Ventile können durch die Software gesteuert werden.
Die anderen Enden der Strömungspfade 53 sind jeweils mit den Kapillarköpfen 32 verbunden. Um Polymer in die Kapillaranordnung 14 durch die Kapillarköpfe 32 von den Strömungspfaden 53 individuell einzuspritzen, muss jede Verbindung abgedichtet werden und gegen den Druck beständig sein. Insbesondere ist es bevorzugt, das Verbindungsverfahren durch Versehen des Kapillarkopfs 32 mit einer Schraubenstruktur und den Polymerströmungspfadblock 52 mit einem Hahn und das Verfahren unter Verwendung einer Kappenstruktur zum Pressen der Kapillarköpfe 32 im Anschluss an die Verbindung mit dem Polymerströmungspfadblock 52 zu implementieren.
Ein anderer Strömungspfad ist zwischen beiden Endpunkten von jedem der Strömungspfade vorgesehen, so dass der Strömungspfad 53 eine dreigabelige Struktur innerhalb des Polymerströmungspfadblocks bildet. Der neu vorgesehene Strömungspfad wird unabhängig angeordnet und mit der Flüssigkeitszufuhreinrichtung 56 verbunden. Die Flüssigkeitszufuhreinrichtung 56 wird mit dem Polymerbehälter 10 verbunden. Da bei dem Kapillarstrang 31 der Rohrleitungsdurchmesser extrem kleiner als jener des Strömungspfades ist, wird das Anodenseitenventil 55 geöffnet, um Polymer von der Flüssigkeitszufuhreinrichtung 56 zuzuführen, so dass die resultierende Druckdifferenz dazu dient, das Polymer zum Anodenseitenpufferlösungsbehälter 09 zuzuführen. Wenn das Anodenseitenventil 55 geschlossen wird, um das Polymer von der Flüssigkeitszufuhreinrichtung 56 zuzuführen, strömt das Polymer langsam unter hohem Druck in den Kapillarstrang 31. Das Polymer strömt am Ende weiter in den Kathodenseitenpufferlösungsbehälter 07.
Eine Hochdruckpumpe zum Antreiben von Tauchkolben ist für die Flüssigkeitszufuhreinrichtung 56 geeignet. In einem einfachen Fall kann der spritzenförmige Behälter mit dem Tauchkolben mit der Antriebsstruktur unter Verwendung einer Kugelumlaufspindel zum Antreiben des Tauchkolbens zusammengesetzt werden. Die Struktur, die ähnlich zu derjenigen ist, wie vorstehend beschrieben, war gut bekannt. Die Flüssigkeitszufuhreinrichtung 56 kann beliebig konfiguriert sein, solange sie sicherstellt, dass ein Druck erzeugt wird, der ausreicht, um das Trennmedium mit hoher Viskosität in den Innendurchmesser der Kapillare 31 einzuspritzen, und weist Dichtungseigenschaften auf, um das Einspritzen ohne Austritt zu ermöglichen.
Wie 9 darstellt, ist jeder der Strömungspfade 53, die mit der Flüssigkeitszufuhreinrichtung 56 verbunden sind, mit einem Flüssigkeitszufuhreinrichtungsseitenventil 57 versehen ist und die Strömungspfade sind mit einem Kreuzungsströmungspfad vereinigt. Vorzugsweise ist der Kreuzungsströmungspfad mit der Flüssigkeitszufuhreinrichtung 56 verbunden und die Flüssigkeitszufuhreinrichtung 56 ist mit dem Polymerbehälter 10 verbunden. Ein anderes Verfahren kann einfach durch Anordnen von n Einheiten von Flüssigkeitszufuhreinrichtungen 56 jeweils für n Kapillaren implementiert werden.
9 stellt einen Betriebszustand der Vorrichtung, wie in 8 dargestellt, der zu demjenigen im ersten Beispiel, wie in 6 dargestellt, ähnlich ist, dar. Das heißt, die Vorrichtung weist insgesamt vier Kapillaren 31 auf. Eine Spannung von 10 kV wird an die Bahn 1 angelegt, die der Kapillare C1 entspricht. Eine Spannung von 1,5 kV wird an die Bahn 2 angelegt, die der Kapillare C2 entspricht. Polymer wird in die Bahn 3 eingespritzt, die der Kapillare C3 entspricht. Die Bahn 4, die der Kapillare C4 entspricht, befindet sich im Prozess zum Austauschen der Kassette.
Mit Bezug auf 9 werden, wenn eine Spannung an jede der Kapillaren C1 und C2 angelegt wird, die Anodenseitenventile 55 geöffnet und die Flüssigkeitszufuhreinrichtungsseitenventile 57 werden geschlossen. In diesem Zustand wird die angelegte Spannung durch das Polymer von Strömungspfadendpunkten am Anodenseitenventil angelegt. Der elektrische Strom wird zur Masse entladen, während er durch die Anodenseitenpufferlösung zur Anodenelektrode fließt.
In den Schritten 8, 10 und 12 bis 15 des Elektrophoreseprozesses, wie im ersten Beispiel beschrieben, wird eine Hochspannung, die durch die Hochspannungsleistungsversorgung 42 erzeugt wird, durch Verbindung mit Masse über die Hochspannungsverdrahtung 41, die Metallplatte 36 der Kapillare, das leitfähige Rohr 35, die Kathodenseitenpufferlösung 07, den Kapillarstrang 31, den Kapillarkopf 32, das Innere des Strömungspfades 53 des Polymerströmungspfadblocks, die Anodenseitenpufferlösung 09 und die Anodenelektrode 54 angelegt. Dieses Beispiel unterscheidet sich vom ersten Beispiel insofern, als die jeweiligen Strömungspfade 53 des Polymerströmungspfadblocks zwischen den Kapillarköpfen 32 und der Anodenseitenpufferlösung 09 angeordnet sind.
Die Kapillare C3 der Bahn 3 befindet sich im Polymereinspritzprozess. Die Polymereinspritzung wird durch Ausführen von zwei Prozessschritten durchgeführt. Im ersteren Prozessschritt werden das Anodenseitenventil und das Flüssigkeitszufuhreinrichtungsseitenventil 57 geöffnet, um die Pumpe der Flüssigkeitszufuhreinrichtung 56 anzutreiben. Polymer wird dann in den Anodenseitenpufferlösungsbehälter 09 abgeführt, um den Strömungspfad zwischen dem Polymerbehälter 10 und dem Anodenseitenpufferlösungsbehälter 09 mit Polymer zu füllen. Im letzteren Prozessschritt wird das Anodenseitenventil 55 geschlossen, um die Flüssigkeitszufuhreinrichtung 56 anzutreiben, so dass Polymer in die Kapillare C3 eingespritzt wird. 9 stellt den letzteren Prozessschritt dar.
Die Bahn 4 befindet sich im Prozess zum Austauschen der Kassette 06, während das Anodenseitenventil 55 und das Pumpenseitenventil 57 geschlossen sind.
Das Rückschlagventil 58 dient dazu, eine Rückströmung von Polymer von der Flüssigkeitszufuhreinrichtung 56 zum Polymerbehälter 10 bei Saug- und Abführungsoperationen der Flüssigkeitszufuhreinrichtung 56 zu verhindern. Wenn der Flüssigkeitszufuhreinrichtung 56 die Funktion des Rückschlagventils 58 verliehen wird, ist das Rückschlagventil 58 nicht notwendig.
In der Struktur, wie durch 9 dargestellt, sind alle n Kapillaren 31 mit dem Inneren des einzelnen Anodenseitenpufferlösungsbehälters 09 über die Strömungspfade 53 des Polymerströmungspfadblocks der Pumpeneinheit 51 verbunden. Beim Anlegen der Hochspannung an eine der Kapillaren 31 wird der elektrische Strom von der Anodenseitenpufferlösung 09 mit der Anodenelektrode 54 über den vorstehend beschriebenen Weg verbunden und zur Masse entladen. Der meiste Teil des elektrischen Stroms fließt zur Masse mit Nullpotential. Die Anodenseitenpufferlösung 09 enthält den Strömungspfad, der mit der anderen Kapillare verbunden ist. Theoretisch tritt möglicherweise ein Rückfluss des elektrischen Stroms zur anderen Kapillare 31 auf.
10 stellt schematisch die Struktur zum Berechnen des elektrischen Stroms dar, der rückwärts fließt, während der elektrische Strom, der zur Bahn 1 fließt, als I₁, der elektrische Strom, der zur Bahn 2 fließt, als I₂ und der elektrische Strom, der rückwärts zur Bahn 3 fließt, als I₃ definiert sind. Jede Spannung, die an die Bahn 1 angelegt wird, ist 10 kV, die an die Bahn 2 angelegt wird, ist 1,5 kV, und die an die Bahn 3 und Bahn 4 angelegt wird, ist 0 kV. Es wird angenommen, dass der Widerstand gegen den Kanal der Anodenseitenpufferlösung 09, der Anodenelektrode 54 und der Masse durch einen Verdrahtungswiderstand r bezeichnet wird, die an den Verdrahtungswiderstand r angelegte Spannung mit v bezeichnet wird und der Widerstand gegen die Kapillare und den Strömungspfad der Bahn 3 mit R₃ bezeichnet wird. Der elektrische Strom fließt leicht durch die Anodenseitenpufferlösung 09 und der Verdrahtungswiderstand r ist ungefähr 10 mΩ. Da der Rohrdurchmesser der Kapillare 31 klein ist, ist der Widerstand R₃ ungefähr 10 MΩ. Die Gleichung von I₁ + I₂ = 100 µA wird in die Formel von v = r × (I₁ + I₂) eingesetzt, um I₃ = v/R3 zu erhalten. Daher ist der Rückfluss I₃ des elektrischen Stroms ungefähr 10^-15 A. Dies zeigt, dass der signifikant schwache elektrische Strom zur Bahn 3 fließt. Dies gilt für die Bahn 4 aufgrund desselben Rohrdurchmessers der Kapillare 31. Der elektrische Strom von der Bahn 1 fließt rückwärts zur Bahn 2. Der elektrische Strom, der rückwärts zur Bahn 2 fließt, ist theoretisch sehr schwach im Vergleich zum Wert des elektrischen Stroms, der zur Bahn 2 fließt, mit 1,5 kV. Der resultierende Einfluss auf den Elektrophoreseprozess ist im Wesentlichen vernachlässigbar. Wenn es immer noch erforderlich ist, den Rückfluss des elektrischen Stroms zu verhindern, es ist bevorzugt, eine Rückflussverhinderungsschaltung zu installieren, die durch Zusammenfügen von elektronischen Komponenten wie z. B. einer Diode und eines Kondensators mit der Hochspannungsleistungsversorgungseinheit 15 zum Anlegen einer Hochspannung an die Kapillaren 31 gebildet wird.
Die Zeichnung gibt an, dass die Verbindung des Polymerbehälters 10 und des darin enthaltenen Polymers mit Masse den Rückfluss des elektrischen Stroms verursacht, während der Verdrahtungswiderstand der Kapillare 31 umgangen wird. Wenn die Pumpeneinheit 51 verwendet wird, ist es erwünscht, den Polymerbehälter 10 nicht mit der Masse in Kontakt zu bringen. Insbesondere wird vorzugsweise der Polymerbehälter 10 nur mit der Pumpeneinheit verbunden, so dass er nicht mit dem Vorrichtungsgehäuse in Kontakt kommt, oder die nicht leitfähige Substanz wie z. B. Kunststoff kann als Träger verwendet werden.
Drittes Beispiel
<Ein anderes Beispiel der Polymereinspritzung unter Verwendung einer Pumpe>
Das Senken des spezifischen elektrischen Widerstandes der Kapillare 31 ergibt einen größeren Einfluss auf die Elektrophorese als Ergebnis des Rückflusses des elektrischen Stroms. Insbesondere können ein größerer Rohrdurchmesser der Kapillare 31, eine kürzere Röhrenlänge der Kapillare 31 und eine Erhöhung der Anzahl der Kapillaren 31, die Verwendung des Polymers mit einem niedrigen elektrischen Widerstand Faktoren sein, um der Elektrophorese einen größeren Einfluss auf die Elektrophorese als Ergebnis des Rückflusses des elektrischen Stroms zu geben. 11 stellt ein anderes Beispiel der speziellen Struktur der Pumpeneinheit, wie durch 8 dargestellt, zum Verhindern eines Rückflusses des sehr schwachen elektrischen Stroms dar, wie mit Bezug auf 10 erhalten, so dass diese Vorrichtungen, wie vorstehend beschrieben, bereitgestellt werden.
Ähnlich zu 9 umfasst der Polymerströmungspfadblock 52, der aus einem Isolationsmaterial besteht, die unabhängigen Strömungspfade 53 in der Anzahl n, die den n Kapillaren entspricht. Dieses Beispiel unterscheidet sich von dem in 9 dargestellten insofern, als die n Anodenseitenpufferlösungsbehälter 09 individuell mit den n Strömungspfaden 53 verbunden sind. Die n Anodenseitenpufferlösungsbehälter 09 sind individuell mit den n Anodenelektroden 54 des Polymerströmungspfadblocks 52 verbunden.
Der Anodenseitenpufferlösungsbehälter 09 ist vom Polymerströmungspfadblock 52 lösbar, um zu ermöglichen, dass der Benutzer Austauschoperationen ausführt. Um die Zeit und Arbeit des Benutzers, um die Austauschoperationen auszuführen, zu verringern, sind die mehreren Anodenseitenpufferlösungsbehälter 09 in einem einzelnen Halter 59 angeordnet, wie durch 11 dargestellt. Es ist möglich, einen Behälter vorzubereiten, der in n innere Abschnitte unterteilt ist, die jeweils mit der Anodenseitenpufferlösung gefüllt sind.
Die n Strömungspfade werden individuell mit den Anodenseitenpufferlösungsbehältern 09 verbunden. An den jeweiligen Verbindungsendpunkten sind die Anodenseitenventile 55 an den jeweiligen Strömungspfaden vorgesehen, um zu ermöglichen, dass die Software den Öffnungs- und Schließzeitpunkt jedes Ventils steuert.
In der vorstehend beschriebenen Struktur sind die Anodenseitenpufferlösungsbehälter 09 für die Bahnen und die Kapillaren getrennt. Dies macht es möglich, die Vorrichtung, die dazu konfiguriert ist, einen Rückfluss des elektrischen Stroms zu verhindern, für den Benutzer bereitzustellen.
Viertes Beispiel
<Eine andere Struktur der Hochspannungsleistungsversorgung>
12 stellt ein anderes Beispiel der Hochspannungsleistungsversorgungseinheit 15 für die Hochspannungssteuerung, wie durch 5 dargestellt, dar.
In der Struktur umfasst die einzelne Einheit der Hochspannungsleistungsversorgung 43 in der Ausgabe variable Hochspannungsanschlüsse 44 in der Anzahl, die der Anzahl von Kapillaren entspricht. Obwohl es schwierig ist, die Hochspannungsleistungsversorgungseinheit 15 in Abhängigkeit von der Anzahl der Kapillaren zu entwickeln, ist es für die Raumeinsparung und die niedrigen Einführungskosten effektiver als die individuelle Bereitstellung der Hochspannungsleistungsversorgungen 42.
Fünftes Beispiel
<Eine andere Struktur der Hochspannungsleistungsversorgung>
13 stellt ein anderes Beispiel der Hochspannungsleistungsversorgungseinheit 15 für die Hochspannungssteuerung, wie durch 5 dargestellt, dar.
In der Struktur sind in der Ausgabe feste Hochspannungsleistungsversorgungen 45 mit jeweils einer festen Ausgabe vorbereitet. Wenn die Maschine, die für die einzelne Anwendung wie z. B. die STR-Analyse zweckgebunden ist, durch Anwendung der vorliegenden Erfindung bereitgestellt wird, ist die Anwendung fest und ein Bereich der Probenkonzentration wird in einem gewissen Umfang verschmälert. Dann wird die erforderliche Spannung in den Spannungsanlegeschritten 8, 10, 12 des Elektrophoreseprozesses bestimmt, wie im ersten Beispiel beschrieben. Unter der Annahme, dass drei verschiedene Hochspannungen erforderlich sind, werden drei Typen von festen Hochspannungsleistungsversorgungen vorbereitet und vier Hochspannungsverdrahtungen 41 werden für die jeweiligen Kapillaren vorbereitet, einschließlich einer für GND bei 0 kV. Im Prozess wird die Hochspannung mechanisch oder steuerbar gemäß dem Spannungsanlegeschritt angelegt.
In dieser Struktur ist es, da eine Ausgabe der Hochspannungsleistungsversorgung nicht variabel, sondern für jede Einheit fest ist, vorteilhaft für eine leichte Entwicklung der Hochspannungsleistungsversorgung bei niedrigen Kosten.
Sechstes Beispiel
<Eine andere Struktur der Hochspannungsleistungsversorgung>
14 stellt ein anderes Beispiel zum Steuern der Hochspannungsleistungsversorgung, wie durch 5 dargestellt, dar.
Die Struktur umfasst mehrere Hochspannungsanschlüsse 46 jeweils zum Empfangen der festen Ausgabe von der einzelnen Einheit der Hochspannungsleistungsversorgung 43. Die Hochspannungsverdrahtungen 41 werden in der Anzahl vorbereitet, die der Anzahl von Kapillaren entspricht. In der Hochspannungsleistungsversorgungseinheit 15 wird der Hochspannungsanlegeprozess durch mechanisches oder steuerbares Verbinden des in der Ausgabe festen Hochspannungsanschlusses 46 und der Hochspannungsverdrahtung 41 gemäß jedem Schritt für das Anlegen der Spannung ausgeführt.
In dieser Struktur kann, da eine Ausgabe der Hochspannungsleistungsversorgung für jede Einheit fest ist, die Hochspannungsleistungsversorgung leicht und weniger teuer entwickelt werden.
Siebtes Beispiel
<Eine andere Struktur der Kapillaranordnung>
15 stellt ein anderes Beispiel der Kapillaranordnung 14, wie durch 3A dargestellt, dar. Ein Ausrichtungselement 38, das mit hoher Genauigkeit hergestellt ist, ist am Bestrahlungsdetektionsbereich 33 von jeder der Kapillaren 31 fixiert. Die Ausrichtungselemente 38 sind aufeinander ausgerichtet und mit einem Ausrichtungselementhalter 39 fixiert. Die Vorrichtung weist einen Mechanismus zum Fixieren des Ausrichtungselementhalters 39 mit hoher Positionierungsgenauigkeit auf. Die Struktur ermöglicht, dass die Bestrahlungseinheit 16 den Bestrahlungsdetektionsbereich 33 der Kapillare mit dem Bestrahlungslicht 17 bestrahlt, und findet die Position zum Detektieren des Informationslichts auf.
Das Beispiel ist insofern vorteilhaft, als jede der Kapillaren 31 durch Öffnen des Ausrichtungselementhalters 39 der Kapillaranordnung 14 individuell ausgetauscht werden kann. Die Kapillaranordnung 14, die die individuelle Ausführung der Elektrophorese an jeder Kapillare ermöglicht, ist in der Lage, die Anzahl von Operationen unter den mehreren Kapillaren zu beeinflussen, wenn es nicht durch die Software begrenzt ist.
Es wird angenommen, dass die Vorrichtung ein Maximum von n Kapillaren 31 umfasst, die mit C1, C2, ... Cn bezeichnet sind, und die obere Grenze der Anzahl von Operationen der Kapillare 31 auf 500 Operationen der Elektrophorese festgelegt ist. In dem Fall, in dem verschiedene Benutzer die einzelne Einheit der Vorrichtung wiederholt betreiben und die Anzahl von Operationen der Kapillaren C2, ... Cn ungefähr 100 ist, kann es einen Fall geben, dass die Anzahl von Operationen der Kapillare C1 500 über der oberen Grenze erreicht. Unter dem vorangehenden Umstand ist die Vorrichtung gemäß dem ersten Beispiel dazu konfiguriert, nicht nur die Kapillare C1, sondern auch die Kapillaren C2, ... Cn gleichzeitig auszutauschen. Die Vorrichtung gemäß dem Beispiel ermöglicht, dass der Benutzer oder der Wartungsarbeiter nur die Kapillare C1 austauscht, während die kontinuierliche Verwendung der Kapillaren C2 bis Cn ermöglicht wird.
Die direkte Installation des Ausrichtungselementhalters 38 an der Vorrichtung ist eine der bevorzugten Strukturen, da der Ausrichtungselementhalter 38 dazu dient, die jeweiligen Kapillaren 31 auszurichten und zu fixieren.
Achtes Beispiel
<Eine andere Struktur der Heiz/Kühl-Einheit>
16 stellt ein anderes Beispiel der Heiz/Kühl-Einheit 11, wie durch 1, 6 und 8 dargestellt, dar. Mehrere Heiz/Kühl-Einheiten 61, 62 jeweils mit einer unterschiedlich festgelegten Temperatur werden für den Temperaturzyklusprozess vielmehr als Ergebnis der Bewegung der Flüssigkeit in der Kassette als der Verwendung der einzelnen Heiz/Kühl-Einheit 11, die die Temperatur im Temperaturzyklusprozess erhöht/verringert, vorbereitet.
Wenn drei verschiedene Temperaturen, die für den Temperaturzyklusprozess in der PCR erforderlich sind, auf 4 °C, 55 °C, 60 °C festgelegt werden, ist es bevorzugt, drei Heiz/Kühl-Einheiten vorzusehen, die jeweils gesteuert werden, um die festgelegte Temperatur konstant zu halten. Aufgrund einer kleinen Temperaturdifferenz zwischen 55 °C und 60 °C ist es möglich, die Heiz/Kühl-Einheit 61 zum Halten der Temperatur auf 4 °C jeweils mit der Heiz/Kühl-Einheit 62 zum Halten der Temperatur entweder auf 55 ° oder 60 °C zu kombinieren.
Die Bereitstellung der mehreren Heiz/Kühl-Einheiten 61, 62 scheint teuer zu sein. Tatsächlich muss jedoch die Temperatur gemäß der PCR nicht mit hohen Geschwindigkeiten gesteuert werden. Wenn die hohe Temperatur festgelegt wird, wird die Heizvorrichtung vom Widerstandsheiztyp verwendet. Wenn die niedrige Temperatur festgelegt wird, wird das Peltier-Element mit einer langsameren Kühlrate verwendet, was zu einem vorteilhaften Effekt einer Kostenverringerung in der Hardware führt. Weitere vorteilhafte Effekte für den Benutzer umfassen eine Kostenverringerung in der Software, die kein anspruchsvolles Temperatursteuerprogramm erfordert, und Stabilität.
Die Heiz/Kühl-Einheiten 61, 62 sind so konfiguriert, dass sie an der Kassettenabdeckung 06 fixiert werden, wie durch 16 dargestellt.
Neuntes Beispiel
<Eine andere Struktur der Heiz/Kühl-Einheit>
17 stellt ein anderes Beispiel der Heiz/Kühl-Einheit 11, wie durch 1, 6 und 8 dargestellt, dar.
Ähnlich zu der Struktur, wie durch 16 dargestellt, sind die mehreren Heiz/Kühl-Einheiten 61, 62 jeweils mit einer unterschiedlich festgelegten Temperatur entlang der X-Achsen-Richtung angeordnet. Die Heiz/Kühl-Einheiten 61, 62 des Beispiels sind an der Vorrichtungsabdeckung oder der Thermostatkammereinheit (nicht gezeigt) fixiert, aber nicht an der Kassettenabdeckung 04 fixiert. Im Temperaturzyklusprozess ermöglicht die Struktur, dass der Autosampler 02 zum Antreiben entlang der XY-Achse die Kassette 06 gegen die wärmeleitfähigen Blöcke 12 der Heiz/Kühl-Einheiten 61, 62 ohne Bewegen der Flüssigkeit in der Kassette 06 presst, wie im achten Beispiel beschrieben. Vorzugsweise, obwohl nicht dargestellt, weist die Kassettenabdeckung 04 einen Spalt auf, um zu ermöglichen, dass die wärmeleitfähigen Blöcke 12 der Heiz/Kühl-Einheiten 61, 62 mit der Kassette 06 in Kontakt kommen. Die Heiz/Kühl-Einheiten 61, 62 werden dann an der Vorrichtungsabdeckung, der Thermostatkammereinheit oder dergleichen fixiert. Vorzugsweise ist in der Vorrichtung zumindest ein Teil der Kassettenabdeckung 04 aus dem Material mit guter Wärmeleitfähigkeit und einem guten Wärmeübertragungskoeffizienten hergestellt, so dass die Temperatursteuerung der Kassette 06 durch die Kassettenabdeckung 04 hindurch ausgeführt wird.
In der Struktur sind die Heiz/Kühl-Einheiten 61, 62 nicht an der Kassettenabdeckung 04 installiert. Der resultierende vorteilhafte Effekt ist die Gewichtsreduktion der Kassettenabdeckung 04 als durch den Benutzer zu betätigender Teil zusätzlich zur Kostenverringerung und Stabilität, wie im neunten Beispiel beschrieben, was zu einer verbesserten Bearbeitbarkeit durch den Benutzer führt.
Zehntes Beispiel
<Eine andere Struktur der Heiz/Kühl-Einheit>
18 stellt ein anderes Beispiel der Heiz/Kühl-Einheit 11, wie durch 1, 6 und 8 dargestellt, dar.
Ähnlich zur Struktur, wie durch 17 dargestellt, ist eine Heiz/Kühl-Einheit 63 des Beispiels durch Montieren von Wärmeaustauschelementen und Heizvorrichtungen jeweils mit einer unterschiedlich festgelegten Temperatur gebildet, wobei die wärmeleitfähigen Blöcke 12 entlang der X-Achsen-Richtung angeordnet sind. Sie sind an der Vorrichtungsabdeckung oder der Thermostatkammereinheit fixiert, aber nicht an der Kassettenabdeckung 04 fixiert. Ebenso ist die Struktur des Beispiels dazu konfiguriert zu ermöglichen, dass der Autosampler 02 zum Antreiben entlang der XY-Achse die Kassette 06 gegen die wärmeleitfähigen Blöcke 12 der Heiz/Kühl-Einheit 11 im Temperaturzyklusprozess presst. Im Gegensatz zu der Struktur, wie durch 17 dargestellt, ist die Heiz/Kühl-Einheit 63 des Beispiels dazu konfiguriert zu ermöglichen, dass die mehreren Wärmeaustauschelemente und Heizvorrichtungen jeweils mit einer unterschiedlich festgelegten Temperatur und die mehreren wärmeleitfähigen Blöcke 12 den einzelnen Kühler 13 gemeinschaftlich verwenden.
Diese Struktur schafft einen vorteilhaften Effekt einer leichten Einstellungjeder Höhe der mehreren wärmeleitfähigen Blöcke 12 zusätzlich zur Verringerung der Anzahl von Kühlern 13. Der Kühler 13, der im Allgemeinen aus Metall besteht, ist als Struktur mit konstanter Steifigkeit ausgebildet. Die Struktur wird zum Zusammenfügen der mehreren wärmeleitfähigen Blöcke 12 mit dem Wärmeaustauschelement und der Heizvorrichtung gemeinschaftlich verwendet. Leicht einstellbare Vorrichtungen mit weniger individueller Differenz dazwischen können für den Benutzer bereitgestellt werden, solange die Ebenheit als Ganzes eingestellt wird.
Elftes Beispiel
<Eine andere Struktur der Heiz/Kühl-Einheit>
19 stellt ein anderes Beispiel der Heiz/Kühl-Einheit und des Kühlers, wie durch 1, 6 und 8 dargestellt, dar.
Eine Heiz/Kühl-Einheit 64 ist strukturiert, um zu ermöglichen, dass die mehreren wärmeleitfähigen Blöcke 12 jeweils mit einer unterschiedlich festgelegten Temperatur, die den jeweiligen Bahnen entsprechen, sich den einzelnen Kühler 13 teilen. Mit anderen Worten, die Kassetten 06 an den mehreren Autosamplern kommen mit der Heiz/Kühl-Einheit 64 vom integralen Typ mit den mehreren wärmeleitfähigen Blöcken 12 jeweils mit einer unterschiedlich festgelegten Temperatur in Kontakt, die mit dem einzelnen Kühler 13 verbunden sind, so dass eine Temperatursteuerung ausgeführt wird. Die Heiz/Kühl-Einheit 64 ist an der Vorrichtungsabdeckung oder an der Thermostatkammereinheit fixiert und wird durch Antriebsoperationen des Autosamplers 02 nicht bewegt. Der vorteilhafte Effekt der Struktur ist im Wesentlichen ähnlich zu jenem der Struktur des zehnten Beispiels. Die Struktur verwendet den Kühler 13, der größer ist als jener des zehnten Beispiels. Die Anzahl der Kühler 13, die für die einzelne Vorrichtungseinheit verwendet werden, wird jedoch kleiner. Eine der Strukturen kann ausgewählt werden, welche derartige Struktur auch immer bei jeder Gelegenheit vorteilhafter ist. Mit Bezug auf 19 verwenden die wärmeleitfähigen Blöcke 12 sowohl zum Heizen als auch Kühlen gemeinschaftlich den einzelnen Kühler 64. Wenn die Stabilität priorisiert wird und die Hochtemperaturanstiegsrate zur Herstellung des stabilisierten Zustandes herangezogen wird, ist es bevorzugt, den Kühler 64 gemäß der Temperatur zu unterteilen.
Zwölftes Beispiel
<Elektrophoresevorrichtung, die in der Lage ist, die Elektrophorese individuell auszuführen>
Mit Bezug auf 20, die die Struktur der Elektrophoresevorrichtung darstellt, wird eine Erläuterung mit Bezug auf ein anderes Beispiel zum Implementieren der vorliegenden Erfindung durchgeführt, das vom ersten Beispiel verschieden ist.
Das erste und das zweite Beispiel wurden mit Bezug auf ein Beispiel der Struktur der Elektrophoresevorrichtung 01 mit integrierter Vorbehandlung beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist auf die Elektrophoresevorrichtung als Universalmaschine zum Ausführen der Elektrophorese der vorbehandelten Analyseprobe anwendbar.
20 stellt ein Beispiel einer Struktur einer Elektrophoresevorrichtung 70 für die allgemeine Verwendung dar. Der Benutzer bestimmt den Typ und die Menge der zu messenden Analyseprobe und spritzt die Analyseprobe in ein Probenröhrchen 71 mit acht Vertiefungen ein. Das Probenröhrchen 71 wird mit einem Probenseptum 72 durch den Benutzer ausgestattet. Das Probenröhrchen 71 wird mit einem Probenhalter 73 zusammen mit dem Probenseptum 72 gehalten. Das Probenseptum 72 ist ein innerer Deckel mit einem Loch oder Schlitz, der in einem Elastomermaterial ausgebildet ist, das so ausgelegt ist, dass es mit dem Probenröhrchen 71 ausgestattet wird, so dass das leitfähige Rohr 35 durch das Loch oder den Schlitz hindurchtritt. Dieses Element verhindert die Verdampfung der Probe mit dem Ablauf der Zeit von der Anordnung des Probenröhrchens 71 in der Vorrichtung und verringert den Übertrag, der durch Haftung von Tröpfchen an der Seitenoberfläche des leitfähigen Rohrs 35 der Kapillare verursacht wird.
Der Probenhalter 73 ist eine Lagereinrichtung zum Aufbewahren des Probenröhrchens 71 mit hoher Positionierungsgenauigkeit, während es aufrecht gehalten wird, und mit einem Deckel versehen, um ein Fallen des Probenröhrchens 71 und des Probenseptums 72 während der Analyse zu verhindern. Der Deckel weist ein Loch oder den Schlitz auf, durch den die Kapillare 31 zum Probenröhrchen 71 Zugang erlangt. Der Probenhalter 73 wird am Autosampler mit hoher Positionierungsgenauigkeit angeordnet und wird leicht durch den Benutzer befestigt/gelöst.
Andere Strukturen, wie durch 20 dargestellt, sind ähnlich zu jenen, die im zweiten Beispiel beschrieben sind. Das heißt, der Abfallflüssigkeitsbehälter 08 und der Kathodenseitenpufferlösungsbehälter 07 sind über dem Autosampler 02 angeordnet. Die Vorrichtung umfasst die Kapillaranordnung 14, die Thermostatkammereinheit 19, den Detektor 18, die Pumpeneinheit 51, den Anodenseitenpufferlösungsbehälter 09 und den Polymerbehälter 10. Obwohl nicht dargestellt, sind die Hochspannungsleistungsversorgung, die Hochspannungsverdrahtung und die Bestrahlungseinheit mit der Lichtquelle zum Emittieren des Bestrahlungslichts ebenso wie die Hauptplatine als elektrisches Substrat und der Steuercomputer vorgesehen.
20 stellt das Probenröhrchen 72 als Probenbehälter in der Vorrichtung dar. Alternativ kann eine Vertiefungsplatte vom Typ mit 96 Vertiefungen ebenso verwendet werden. Wenn die Vertiefungsplatte vom Typ mit 96 Vertiefungen als Probenbehälter verwendet wird, ist der Autosampler-Tisch so konfiguriert, dass er vielmehr dreiachsig in der XYZ-Achsen-Richtung betrieben wird als biaxial in der XY-Achsen-Richtung betrieben wird.
In dem Beispiel wird die Pumpeneinheit 51, die zu jener des zweiten Beispiels ähnlich ist, verwendet, wie vorstehend beschrieben. Es ist bevorzugt, die Polymerabgabeeinheit 05 zu verwenden, um die Vorrichtung ähnlich zum ersten Beispiel zu bilden.
Die vorangehenden Strukturen ermöglichen, dass die Vorrichtung zum Ausführen der individuellen Elektrophorese für Benutzer nicht nur als Maschine, die für die einzelne Anwendung wie z. B. die STR-Analyse zweckgebunden ist, durch Anwendung der vorliegenden Erfindung, sondern auch als Universalmaschine, die als Basensequenzanalysevorrichtung ausgebildet ist, bereitgestellt wird.
Bezugszeichenliste

01:: Elektrophoresevorrichtung mit integrierter Vorbehandlung,
02:: Autosampler,
03:: Vorbehandlungseinheit
04:: Kassettenabdeckung,
05:: Polymerabgabeeinheit,
,06:: Kassette,
07:: Kathodenseitenpufferlösungsbehälter,
08:: Abfallflüssigkeitsbehälter,
09:: Anodenseitenpufferlösungsbehälter,
10:: Polymerbehälter,
11:: Heiz/Kühl-Einheit,
12:: wärmeleitfähiger Block,
13:: Kühler,
14:: Kapillaranordnung,
15:: Hochspannungsleistungsversorgungseinheit,
16:: Bestrahlungseinheit,
17:: Bestrahlungslicht,
18:: Detektor,
19:: Thermostatkammereinheit,
21:: Zylinder,
22:: Dichtungselement,
23: Verbindungselement,
24:: Tauchkolben,
25:: Beutel,
26:: Verbindungselement,
31:: Kapillare,
32:: Kapillarkopf,
33:: Bestrahlungsdetektionsbereich,
34:: Detektionshalter,
35:: leitfähiges Rohr,
36:: Metallplatte,
37:: Ladekopf,
38:: Ausrichtungselement,
39:: Ausrichtungselementhalter,
41:: Hochspannungsverdrahtung,
42:: Hochspannungsleistungsversorgung,
43:: Hochspannungsleistungsversorgung,
44:: Ausgangshochspannungsanschluss,
45:: feste Hochspannungsleistungsversorgung,
46:: Hochspannungsleistungsversorgung,
51:: Pumpeneinheit,
52:: Polymerströmungspfadblock,
53:: Strömungspfad,
54:: Anodenelektrode,
55:: Anodenseitenventil,
56:: Flüssigkeitszufuhreinrichtung,
57:: Flüssigkeitszufuhreinrichtungsseitenventil,
58:: Rückschlagventil,
59:: Halter,
61, 62, 63, 64:: Heiz/Kühl-Einheit;
70:: Elektrophoresevorrichtung,
71:: Probenröhrchen,
72:: Probenseptum,
73:: Probenhalter.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 6531282 [0009]
JP 6216451 [0009]
JP 6202713 [0009]
JP 6012518 [0009]
JP 6029366 [0009]

Claims

Elektrophoresevorrichtung, die umfasst: mehrere Kapillaren, die jeweils mit einem Trennmedium gefüllt sind; eine Thermostatkammer zum Halten der Kapillaren auf einer vorbestimmten Temperatur; einen Bestrahlungsdetektor, der eine Lichtbestrahlung und Lichtdetektion in einem Elektrophoreseprozess unter Verwendung der Kapillaren ausführt; eine Hochspannungsleistungsversorgungseinheit für das Anlegen einer Spannung an die Kapillaren; einen Flüssigkeitszufuhrmechanismus zum Zuführen des Trennmediums zu den Kapillaren; und einen Autosampler zum Befördern von Behältern, die jeweils ein Reagenz oder eine Probe halten, zur Kapillare, wobei das Anlegen der Spannung an die Kapillaren durch die Hochspannungsleistungsversorgungseinheit für jede der Kapillaren gesteuert wird.
Elektrophoresevorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Hochspannungsleistungsversorgungseinheit Hochspannungsleistungsversorgungen in der Anzahl, die gleich der Anzahl der Kapillaren ist, umfasst.
Elektrophoresevorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Hochspannungsleistungsversorgungseinheit eine Hochspannungsleistungsversorgung und mehrere Hochspannungsanschlüsse umfasst.
Elektrophoresevorrichtung nach Anspruch 3, wobei: eine Ausgabe von jedem der Hochspannungsanschlüsse variabel ist; und die Anzahl der Hochspannungsanschlüsse gleich der Anzahl der Kapillaren ist.
Elektrophoresevorrichtung nach Anspruch 3, wobei: eine Ausgabe von jedem der Hochspannungsanschlüsse fest ist; und jede Verbindung zwischen den Kapillaren und den Hochspannungsanschlüssen umschaltbar ist.
Elektrophoresevorrichtung nach Anspruch 1, wobei: die Hochspannungsleistungsversorgungseinheit mehrere Hochspannungsleistungsversorgungen umfasst, die jeweils eine feste Ausgabe erzeugen; und jede Verbindung zwischen den Kapillaren und den Hochspannungsleistungsversorgungen umschaltbar ist.
Elektrophoresevorrichtung nach Anspruch 1, die ferner mehrere Einheiten der Autosampler umfasst.
Elektrophoresevorrichtung nach Anspruch 7, wobei: die Anzahl der Autosampler gleich der Anzahl der Kapillaren ist; und jeder der Autosampler biaxial angetrieben wird.
Elektrophoresevorrichtung nach Anspruch 7, wobei: die Autosampler mit mehreren Behältern versehen sind, die Reagenzien oder Proben enthalten; jeder der Behälter einen mit jeder der Kapillaren zu verbindenden Verbindungsanschluss aufweist; und die Verbindungsanschlüsse der Behälter in einer einzelnen Reihe an jedem der Autosampler angeordnet sind.
Elektrophoresevorrichtung nach Anspruch 8, wobei: die Behälter eine Kassette oder einen Probenbehälter zum Halten der Probe, einen Trennmediumbehälter zum Halten des Trennmediums, einen Kathodenseitenpufferlösungsbehälter und einen Anodenseitenpufferlösungsbehälter, die jeweils eine Pufferlösung für das Anlegen einer Spannung an beide Enden von jeder der Kapillaren halten, und einen Abfallflüssigkeitsbehälter umfassen; und jeder der Abstände zwischen einem Verbindungsanschluss des Abfallflüssigkeitsbehälters und einem Verbindungsanschluss des Trennmediumbehälters, zwischen einem Verbindungsanschluss des Kathodenseitenpufferlösungsbehälters und einem ersten Verbindungsanschluss des Anodenseitenpufferlösungsbehälters und zwischen einem Verbindungsanschluss der Kassette oder dem Probenbehälter und einem zweiten Verbindungsanschluss des Anodenseitenpufferlösungsbehälters in der Länge gleich ist.
Elektrophoresevorrichtung nach Anspruch 7, wobei der Flüssigkeitszufuhrmechanismus zum Zuführen des Trennmediums zur Kapillare an jedem der Autosampler installiert ist.
Elektrophoresevorrichtung nach Anspruch 1, wobei: der Flüssigkeitszufuhrmechanismus mit einem Trennmediumbehälter, der das Trennmedium hält, und einem Pufferlösungsbehälter, der die Pufferlösung für das Anlegen der Spannung an die Kapillaren hält, verbunden ist; der Flüssigkeitszufuhrmechanismus Verbindungsanschlüsse zur Verbindung mit den Kapillaren und Strömungspfade zur Verbindung der Kapillaren mit dem Trennmediumbehälter und dem Pufferlösungsbehälter umfasst; und der Strömungspfad für jeden der Verbindungsanschlüsse vorgesehen ist.
Elektrophoresevorrichtung nach Anspruch 12, wobei die Anzahl der Verbindungsanschlüsse gleich der Anzahl der Kapillaren ist.
Elektrophoresevorrichtung nach Anspruch 12, wobei der Strömungspfad mit einem Ventil versehen ist.
Elektrophoresevorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Behälter zum Halten der Probe eine Kassette ist, in der eine Vorbehandlung der Probe ausgeführt wird.
Elektrophoresevorrichtung nach Anspruch 15, die ferner eine Heiz/Kühl-Einheit zum Ausführen einer Temperatursteuerung der Kassette umfasst, wobei die Heiz/Kühl-Einheit ein Wärmeaustauschelement zum Heizen oder Kühlen der Kassette, einen Kühler zum Verbessern der Kühleffizienz und einen wärmeleitfähigen Block zum Übertragen von Wärme zur Kassette umfasst.
Elektrophoresevorrichtung nach Anspruch 15, die ferner eine Heiz/Kühl-Einheit zum Ausführen einer Temperatursteuerung der Kassette umfasst, wobei die Heiz/Kühl-Einheit eine Heizvorrichtung zum Heizen der Kassette und einen wärmeleitfähigen Block zum Übertragen von Wärme zur Kassette umfasst.
Elektrophoresevorrichtung nach Anspruch 15, wobei: der Autosampler eine Kassettenabdeckung zum Fixieren der Kassette am Autosampler umfasst; und die Kassettenabdeckung mit einer Heiz/Kühl-Einheit zum Ausführen einer Temperatursteuerung der Kassette versehen ist.
Elektrophoresevorrichtung nach Anspruch 16, die ferner mehrere Heiz/Kühl-Einheiten jeweils mit einer unterschiedlich festgelegten Temperatur umfasst.
Elektrophoresevorrichtung nach Anspruch 16, wobei die Heiz/Kühl-Einheit für jede der zu installierenden Kassetten angeordnet ist.
Elektrophoresevorrichtung nach Anspruch 16, wobei die Heiz/Kühl-Einheit mehrere Einheiten der wärmeleitfähigen Blöcke für eine einzelne Einheit des Kühlers umfasst.
Elektrophoresevorrichtung nach Anspruch 21, wobei: jeder der wärmeleitfähigen Blöcke der Heiz/Kühl-Einheit für jede der zu installierenden Kassetten vorgesehen ist; und der Kühler durch die mehreren zu installierenden Kassetten verwendet wird.
Elektrophoresevorrichtung nach Anspruch 1, die ferner einen Halter zum Ausrichten der Kapillaren umfasst, wobei: der Halter gemeinsam Detektionsbereiche der Kapillaren fixiert, die mit Licht vom Bestrahlungsdetektor bestrahlt werden; und beide Enden von jeder der Kapillaren individuell getrennt sind.
Elektrophoresevorrichtung nach Anspruch 23, wobei jede der Kapillaren vom Halter lösbar ist.