DE112020007657T5

DE112020007657T5 - Kapillar-array

Info

Publication number: DE112020007657T5
Application number: DE112020007657.1T
Authority: DE
Inventors: Takashi Anazawa; Ryoji Inaba; Shuhei Yamamoto
Original assignee: Hitachi High Tech Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2020-12-18
Filing date: 2020-12-18
Publication date: 2023-08-03
Also published as: US20240110890A1; WO2022130607A1; GB2616748A; GB202308440D0; CN116529588A; JPWO2022130607A1

Abstract

Ein Kapillar-Array enthält N Analyse-Kapillaren, die mit einem Trennungsmedium mit einem Brechungsindex von n3gefüllt sind und zur elektrophoretischen Analyse verwendet werden, und N ± 1 Linsen-Kapillaren, die mit einem Medium mit einem Brechungsindex von n4gefüllt sind und nicht zur elektrophoretischen Analyse verwendet werden, wobei die N Analyse-Kapillaren und die N ± 1 Linsen-Kapillaren abwechselnd auf derselben Array-Ebene angeordnet sind. Wenn für jede der N Analyse-Kapillaren und der N ± 1 Linsen-Kapillaren ein Außendurchmesser als 2R definiert ist, ein Innendurchmesser als 2r definiert ist, ein Brechungsindex eines Mediums eines Äußeren n1ist und ein Brechungsindex eines Materials als n2definiert ist, und wenn ein Brechungsindex n3einen beliebigen Wert innerhalb des Bereichs von 1,33 ≤ n3≤ 1,42 annimmt, erfüllen R, r, n1, n2, n3und n4eine vorgegebene Beziehung, wodurch die N Analyse-Kapillaren effizient gleichzeitig mit einem von einer Seite der Array-Ebene einfallenden Laserstrahl bestrahlt werden.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Kapillar-Array.
Hintergrund der Erfindung
Weit verbreitet ist ein Kapillar-Array-Elektrophoresegerät, das mehrere Quarzglaskapillaren enthält, die mit einer Elektrolytlösung oder einem elektrophoretischen Trennungsmedium wie etwa einer Elektrolytlösung, die ein Polymergel oder ein Polymer enthält, gefüllt sind, und das die elektrophoretische Analyse parallel durchführt. Im Vergleich zu den herkömmlichen Kapillar-Elektrophoresegeräten, die eine Kapillare verwenden, kann das Kapillar-Array-Elektrophoresegerät nicht nur den Analysedurchsatz verbessern, sondern kann auch die Analysekosten pro Probe senken. Die am weitesten verwendeten Kapillar-Array-Elektrophoresegeräte sind der genetische Analysator der Serie 3500 und der genetische Analysator der Serie 3730, die von Thermo Fisher Scientific Inc. kommerziell verfügbar sind. Bei dem genetischen Analysator der Serie 3500 kann die elektrophoretische Analyse in 8 oder 24 Kapillaren parallel durchgeführt werden, und bei dem genetischen Analysator der Serie 3730 kann die elektrophoretische Analyse in 48 oder 96 Kapillaren parallel durchgeführt werden. In jedem Fall sind die Laserbestrahlungsteile der mehreren Kapillaren (mit einem Laserstrahl bestrahlte Teile in dem Kapillar-Array) auf der gleichen Ebene angeordnet. Die Polyimidbeschichtung der Kapillaren in den Laserbestrahlungsteilen ist entfernt. Diese gleiche Ebene wird als Array-Ebene bezeichnet. Die auf der Array-Ebene aufgereihten mehreren Kapillaren werden als Kapillar-Array bezeichnet. Wenn das Kapillar-Array aus N Kapillaren besteht, wird jeder Kapillare in der Reihenfolge vom Ende des Kapillar-Arrays her eine Kapillar-Nummer von 1 bis N zugewiesen. Während der Elektrophorese werden die mehreren Kapillaren gleichzeitig mit dem Laserstrahl bestrahlt, indem der Laserstrahl von der Seite der Array-Ebene eingeleitet wird. Daher wird von jeder Kapillare zu emittierende Fluoreszenz angeregt, und die emittierte Fluoreszenz wird gleichzeitig spektral dispergiert und detektiert. Ein Verfahren des gleichzeitigen Bestrahlens mehrerer Kapillaren mit einem Laserstrahl, der von einer Seite einer Array-Ebene einfällt, wird als MehrfachLaserstrahlfokussierverfahren-bezeichnet. Das Verfahren wird in PTL 1 ausführlich beschrieben. Bei dem MehrfachLaserstrahlfokussierverfahren wirkt jede Kapillare als Konvex-Linse. Der Laserstrahl wird durch jede Kapillare entlang der Array-Ebene wiederholt fokussiert und breitet sich durch das Kapillar-Array aus, wodurch die mehreren Kapillaren gleichzeitig bestrahlt werden können. Infolgedessen kann die gleiche Anzahl von Proben wie die Anzahl der Kapillaren parallel einer DNA-Sequenzierung oder DNA-Fragmentanalyse unterzogen werden. Wie in PTL 1 beschrieben, wird in den Laserbestrahlungsteilen mehrerer Kapillaren ein Außenradius der Kapillaren als R definiert (ein Außendurchmesser ist 2R), ein Innenradius der Kapillaren wird als r definiert (ein Innendurchmesser ist 2r), ein Brechungsindex eines Kapillarmaterials wird als n₂ definiert, ein Brechungsindex eines Mediums außerhalb der Kapillaren wird als n₁ definiert, ein Brechungsindex eines Mediums innerhalb der Kapillaren (ein Trennungsmedium) wird als n₃ definiert, ein Abstand zwischen einer Einfallsposition eines Laserstrahls auf einem Kapillar-Array und einer Array-Ebene wird als x (≤ r) definiert, und x = r/2. Ein Brechungswinkel, wenn der Laserstrahl durch eine Kapillare geleitet wird, wird durch die folgende Formel (1) ausgedrückt.
[Mathematische Formel 1] $Δθ = 2 \cdot {- {sin}^{- 1} (\frac{r}{2 \cdot R}) + {sin}^{- 1} (\frac{r \cdot n_{1}}{2 \cdot R \cdot n_{2}}) - {sin}^{- 1} (\frac{n_{1}}{2 \cdot n_{2}}) + {sin}^{- 1} (\frac{n_{1}}{2 \cdot n_{3}})}$
Jede Kapillare wirkt als Konkav-Linse, wenn Δθ > 0 erfüllt ist, und als Konvex-Linse, wenn Δθ < 0 erfüllt ist. Durch Einstellen der Bedingungen, um Δθ < 0 zu erfüllen, funktioniert die Mehrfachlaserstrahlfokussierung und es wird möglich, mehrere Kapillaren gleichzeitig mit dem Laserstrahl zu bestrahlen. Wenn die Bedingungen andererseits Δθ > 0 erfüllen, funktioniert die Mehrfachlaserstrahlfokussierung nicht und der Laserstrahl streut aus der Array-Ebene. Daher wird eine gleichzeitige Bestrahlung der mehreren Kapillaren mit dem Laserstrahl unmöglich. Das Material der Kapillare ist im Allgemeinen Quarzglas, und dessen Brechungsindex ist auf n₂ = 1,46 festgelegt. Aus Formel (1) versteht es sich, dass die Konvex-Linsen-Wirkung jeder Kapillare umso stärker ist (die Konkav-Linsen-Wirkung umso schwächer ist), je kleiner n₁ ist und je größer n₃ ist. Andererseits ist die Konkav-Linsen-Wirkung jeder Kapillare umso stärker, je größer n₁ ist und je kleiner n₃ ist.
Selbst in einem Fall, in dem die Mehrfachlaserstrahlfokussierung funktioniert, wird eine Intensität des Laserstrahls, wenn er sich durch das Kapillar-Array fortbewegt, aufgrund des Reflexionsverlusts des Laserstrahls an einer Grenzfläche zwischen dem Medium außerhalb jeder Kapillare und der Kapillare und an einer Grenzfläche zwischen dem Medium innerhalb jeder Kapillare und der Kapillare abgeschwächt, und eine erhaltene Fluoreszenzintensität wird ebenfalls entsprechend abgeschwächt. Wenn die Fluoreszenzintensitäten zwischen den Kapillaren stark veränderlich sind, können mehrere Proben nicht unter gleichen Bedingungen analysiert werden, was nachteilig ist. (Bei der später beschriebenen Ausführungsform wird zwar die Fluoreszenzintensität als repräsentativ für eine Signalintensität angesehen, aber es kann auch eine andere Signalintensität als die Fluoreszenzintensität, zum Beispiel eine Streuungsintensität und eine Lichtabsorption verwendet werden). Daher wird bei dem genetischen Analysator der Serie 3500 und dem genetischen Analysator der Serie 3730 ein von einer Laserquelle oszillierter Laserstrahl in zwei aufgeteilt und die beiden aufgeteilten Laserstrahlen fallen von beiden Seiten der Array-Ebene auf das Kapillar-Array ein und ermöglichen damit, dass die Mehrfachlaserstrahlfokssierung für jeden funktioniert. Auf diese Weise kann die Summe der Intensität des Laserstrahls, der von einer Seite der Array-Ebene einfällt, und der Intensität des Laserstrahls, der von der anderen Seite der Array-Ebene einfällt, an jeder Kapillare gleich sein. Eine Konfiguration, bei der der Laserstrahl nur von einer Seite der Array-Ebene einfällt, wird als einseitige Bestrahlung bezeichnet. Eine Konfiguration, bei der die beiden Laserstrahlen von beiden Seiten der Array-Ebene einfallen, wird als beidseitige Bestrahlung bezeichnet. Ob der Multifokus funktioniert oder nicht, ist der einseitigen Bestrahlung und der beidseitigen Bestrahlung gemein. Wenn das Kapillar-Array N Kapillaren enthält, wird im Fall der einseitigen Bestrahlung die Kapillar-Nummer der Kapillare an dem Ende, auf das der Laserstrahl auftrifft, auf n = 1 gesetzt und die Kapillar-Nummer der Kapillare an dem Ende, aus dem der Laserstrahl austritt, wird auf n = N gesetzt. Im Fall der beidseitigen Bestrahlung wird die Kapillar-Nummer der Kapillare an einem Ende auf n = 1 gesetzt und die Kapillar-Nummer der Kapillare am entgegengesetzten Ende wird auf n = N gesetzt.
Unter den Bestrahlungsintensitäten und den Fluoreszenzintensitäten der mehreren Kapillaren in demselben Kapillar-Array ist es vorzuziehen, wenn die niedrigste Bestrahlungsintensität und die niedrigste Fluoreszenzintensität so groß wie möglich sind. Es wurde empirisch gefunden, dass unter der Annahme, dass der Wert der Fluoreszenzintensität, die erwartet wird, wenn der von der Laserquelle oszillierte Laserstrahl das Innere einer Kapillare mit voller Intensität bestrahlt, 1 ist, eine praktische Empfindlichkeit erreicht wird, wenn der Minimalwert (MIN) der Fluoreszenzintensität MIN ≥ 0,2 erfüllt. Darüber hinaus ist es vorzuziehen, dass eine Schwankung bei den Bestrahlungsintensitäten und den Fluoreszenzintensitäten zwischen den mehreren Kapillaren in demselben Kapillar-Array so gering wie möglich sind. Es wurde empirisch gefunden, dass in einem Fall, in dem der Variationskoeffizient (CV) der Fluoreszenzintensität
CV ≤ 20 % oder CV ≤ 15 %, je nach Situation, erfüllt, verschiedene Proben unter gleichwertigen Bedingungen analysiert werden können. Diese (MIN ≥ 0,2 und CV ≤ 20 % oder CV ≤ 15 %) werden als praktische Performance des Kapillar-Array-Elektrophoresegeräts bezeichnet. Da in der vorliegenden Offenbarung davon ausgegangen wird, dass die Fluorophorkonzentration in dem Laserbestrahlungsteil jeder Kapillare konstant ist, haben die Fluoreszenzintensität und die Laserbestrahlungsintensität dieselbe Bedeutung.
Bei der DNA-Sequenzierung oder der DNA-FragmentAnalyse, die durch den genetischen Analysator der Serie 3500 und den genetischen Analysator der Serie 3730 durchgeführt wird, wird eine Polymerlösung, die ein Denaturierungsmittel Harnstoff in hoher Konzentration enthält, als Trennungsmedium verwendet, um die in einer Probe enthaltenen DNA-Fragmente durch Elektrophorese in einen einzelsträngigen Zustand zu trennen. In der Praxis enthalten POP-4, POP-6 und POP-7, die die kommerziell verfügbaren Trennungsmedien für die Verwendung in dem genetischen Analysator der Serie 3500 und dem genetischen Analysator der Serie 3730, alle 8 M Harnstoff. Der Brechungsindex der Polymerlösungen, die 8 M Harnstoff enthalten, steigt auf n₃ = 1,41, während der Brechungsindex von reinem Wasser 1,33 beträgt. Die Konvex-Linsen-Wirkung jeder Kapillare wird also verstärkt, was eine vorteilhafte Bedingung für die Mehrfachlaserstrahlfokussierung ist.
Gemäß der auf PTL 1 basierenden Konfiguration werden Laserbestrahlungsteile mehrerer Kapillaren mit einem Außendurchmesser 2R = 323 µm und einem Innendurchmesser
2r = 50 µm in dem genetischen Analysator der Serie 3500, das heißt, n₁= 1,00. Da in diesem Fall gemäß der Formel (1) oben Δθ = -1,3° erfüllt ist, hat jede Kapillare die Wirkung einer Konvex-Linse. Daher ist, da die Mehrfachlaserstrahlfokussierung funktioniert, die gleichzeitige Bestrahlung von 8 oder 24 Kapillaren mit einem Laserstrahl möglich. Bei dieser Konfiguration können jedoch nur bis zu etwa 24 Kapillaren gleichzeitig bestrahlt werden, da der Reflexionsverlust des Laserstrahls an der Grenzfläche zwischen der Luft außerhalb der Kapillare und der Kapillare (Quarzglas) groß ist.
Daher ist gemäß der in PTL 2 offenbarten Konfiguration die Anzahl von Kapillaren, die gleichzeitig bestrahlt werden können, in dem genetischen Analysator der Serie 3730 erhöht. Bei dem genetischen Analysator der Serie 3730 sind Laserbestrahlungsteile mehrerer Kapillaren mit einem Außendurchmesser 2R = 126 µm und einem Innendurchmesser 2r = 50 µm in einer Fluorlösung mit einem Brechungsindex n₁= 1,29 angeordnet. Da in diesem Fall gemäß der Formel (1) oben Δθ = -0,69° erfüllt ist, hat jede Kapillare die Konvex-Linsen-Wirkung und die Mehrfachlaserstrahlfokussierung funktioniert. Darüber hinaus ist die Anzahl von Kapillaren, die gleichzeitig bestrahlt werden können, erhöht, da der Reflexionsverlust des Laserstrahls an der Grenzfläche zwischen der Fluorlösung außerhalb der Kapillare und der Kapillare (Quarzglas) verringert ist. Daher wird die gleichzeitige Bestrahlung von 48 oder 96 Kapillaren mit dem Laserstrahl möglich.
Bei der in NPL 1 offenbarten Konfiguration wird die Anzahl von Kapillaren, die gleichzeitig bestrahlt werden können, weiter erhöht. Bei dieser Konfiguration werden Laserbestrahlungsteile mehrerer Kapillaren mit einem Außendurchmesser 2R = 126 µm und einem Innendurchmesser 2r = 50 µm in einer Anpassungslösung mit einem Brechungsindex n₁ = 1,46 platziert. Darüber hinaus werden aus dem Kapillar-Array (den mehreren Kapillaren) die ungerade nummerierten Kapillaren von einem Ende zur Analyse verwendet (nachfolgend als Analyse-Kapillaren bezeichnet), und die gerade nummerierten Kapillaren werden als Stablinsen verwendet (nachfolgend als Linsen-Kapillaren bezeichnet). Das heißt, die Analyse-Kapillaren und die Linsen-Kapillaren sind abwechselnd aufgereiht. Der Brechungsindex eines Mediums in den Analyse-Kapillaren (Trennungsmedium) ist n₃ = 1,41 und der Brechungsindex eines Mediums in den Linsen-Kapillaren ist n₄ = 1,53. Ein Material von beiden Arten von Kapillaren ist Quarzglas, und dessen Brechungsindex ist n₂ = 1,46. Die Anzahl von Kapillaren, die gleichzeitig bestrahlt werden kann, wird weiter erhöht, da der Reflexionsverlust des Laserstrahls an der Grenzfläche zwischen der Anpassungslösung außerhalb der Kapillare und der Kapillare (Quarzglas) Null ist. Darüber hinaus wird eine Definition einer maximalen Anzahl von Kapillaren, die gleichzeitig mit einem Laserstrahl bestrahlt werden können, in NPL 1 auf S. 2874 bis S. 2875 beschrieben. Wenn eine einfallende Intensität des Laserstrahls bei der einseitigen Bestrahlung 100 % ist, ist das Zweifache der Anzahl von Kapillaren mit der Laserstrahlintensität von 50 % oder mehr die maximale Anzahl von Kapillaren, die gleichzeitig bestrahlt werden können. Dies ist der Fall, weil erwartet wird, dass die Bestrahlungsintensität bei einem Kapillar-Array mit einer solchen Anzahl von Kapillaren bei der beidseitigen Bestrahlung an jeder Kapillare gleich ist. Gemäß dieser Definition ist die maximale Anzahl von Kapillaren bei der Konfiguration von PTL 2 150, und die maximale Anzahl von Kapillaren bei der Konfiguration von NPL 1 ist 550.
Wie in NPL 1 sind in PTL 3 die Analyse-Kapillaren und die Linsen-Kapillaren abwechselnd in dem Kapillar-Array aufgereiht. Die Kapillar-Nummern n = 1, 2,..., N sind nur den Analyse-Kapillaren in der Reihenfolge vom Ende des Kapillar-Arrays aus zugewiesen. Mit anderen Worten, die Gesamtzahl von Kapillaren, die die Analyse-Kapillaren und die Linsen-Kapillaren beinhalten, beträgt 2 × N.
Zitierliste
Patentliteratur

PTL 1: JP 3654290 B2
PTL 2: JP 5039156 B2
PTL 3: JP 3559648 B2

Nicht-Patent-Literatur
NPL 1: Electrophoresis 2006, 27, 2869-2879
Überblick über die Erfindung
Technisches Problem
Die Anzahl von Kapillaren, die bei den obigen bekannten Techniken gleichzeitig bestrahlt werden können, wird basierend auf dem Reflexionsverlust evaluiert. Es wird auch evaluiert, ob bei jeder Technik praktische Leistungen vorliegen oder nicht. Eine solche Bewertung wird in der vorliegenden Offenbarung zum ersten Mal durchgeführt. Um eine näherungsweise Bewertung des Transmissionsgrads eines Laserstrahls durchzuführen, indem der Reflexionsverlust berücksichtigt wird, wird angenommen, dass der Einfallswinkel des Laserstrahls auf jede Grenzfläche zwischen zwei Arten von Medien mit unterschiedlichen Brechungsindizes 0° beträgt. Der Reflexionsgrad wird durch ref = { (n1 - n₂) / (n₁ + n₂) } ^2 repräsentiert und der Transmissionsgrad wird durch tra = 1 - ref repräsentiert, wenn Licht auf eine Grenzfläche zwischen einem Medium mit einem Brechungsindex n₁ und einem Medium mit einem Brechungsindex n₂ unter einem Einfallswinkel von 0° einfällt. Daher erhält man den Transmissionsgrad T, wenn der Laserstrahl durch eine Kapillare geleitet wird, näherungsweise durch folgende Formel (2).
[Mathematische Formel 2] $T = {1 - {(\frac{n_{1} - n_{2}}{n_{1} + n_{2}})}^{2}}^{2} \cdot {1 - {(\frac{n_{2} - n_{3}}{n_{2} + n_{3}})}^{2}}^{2}$
Unter den Bedingungen des oben beschriebenen, auf PTL 1 basierenden genetischen Analysators der Serie 3500 wird T = 93 % berechnet. In der Praxis enthält der Laserstrahl eine Komponente, deren Einfallswinkel nicht 0° beträgt, und der Transmissionsgrad des Laserstrahls ist geringfügig kleiner als der aus Formel (2) erhaltene Wert. Daher stellt Formel (2) den idealen Transmissionsgrad dar. Im Fall der einseitigen Bestrahlung, wenn die Laserbestrahlungsintensität der Kapillare mit der Kapillar-Nummer n = 1 als 1 angenommen wird, wird L(n), d. h. die Laserbestrahlungsintensität der Kapillare mit der Kapillar-Nummer n, durch die folgende Formel (3) ausgedrückt.
[Mathematische Formel 3] $L (n) = T^{n - 1}$
Das heißt, wenn die Anzahl von Kapillaren in dem genetischen Analysator der Serie 3500 N = 24 ist, verringert sich die Laserbestrahlungsintensität an der Kapillare mit der Kapillarnummer n = 24 auf 0,19, da die Laserbestrahlungsintensität jedes Mal, wenn der Laserstrahl eine Kapillare in dem Kapillar-Array durchläuft, auf 93 % abgeschwächt wird. Andererseits wird im Fall der beidseitigen Bestrahlung, wenn die Bestrahlungsintensitäten des Lasers, die auf die Kapillaren der Kapillar-Nummern n = 1 und n = N einfallen, jeweils mit 0,5 angenommen werden, die Laserbestrahlungsintensität an der Kapillare der Kapillar-Nummer n durch die folgende Formel (4) ausgedrückt.
[Mathematische Formel 4] $L (n) = 0.5 \cdot (T^{n - 1} + T^{N - n})$
Anders als im Fall der einseitigen Bestrahlung wird die Gleichmäßigkeit der Laserbestrahlungsintensität an jeder Kapillare verbessert, da das Abschwächen der Intensitäten der von beiden Seiten der Array-Ebene einfallenden Laserstrahlen ausgeglichen wird, und die minimale Laserbestrahlungsintensität wird erhöht. Man beachte, dass die Laserbestrahlungsintensität an den Kapillaren an beiden Enden des Kapillar-Arrays (Kapillar-Nummern n = 1 und n = N), am höchsten ist, und am niedrigsten an der Kapillare, die sich in der Mitte des Kapillar-Arrays befindet (Kapillar-Nummer n = (N + 1)/2, wenn N eine ungerade Zahl ist, oder Kapillar-Nummern n = N/2 und n = N/2 + 1, wenn N eine gerade Zahl ist). Das heißt, ein Graph, der L(n) gegenüber n zeigt, ist eine konvexe Verteilung nach unten. Unter den Bedingungen des genetischen Analysators der Serie 3500 sind, wenn die Anzahl von Kapillaren N = 24 ist, die Laserbestrahlungsintensitäten an den Kapillaren, die sich an beiden Enden des Kapillar-Arrays befinden (Kapillar-Nummern n = 1 und n = 24), 0,60, und die Laserbestrahlungsintensitäten an den Kapillaren, die sich in der Mitte des Kapillar-Arrays befinden (Kapillar-Nummern n = 12 und n = 13), sind 0,44, so dass MIN ≥ 0,2 für die praktische Performance erfüllt ist. Darüber hinaus beträgt der Variationskoeffizient bei Laserbestrahlungsintensitäten der 24 Kapillaren 11 %, so dass CV ≤ 20 % und CV ≤ 15 % für die praktische Performance erfüllt sind.
Wenn unter den Bedingungen des genetischen Analysators der Serie 3500 die Anzahl von Kapillaren N = 48 ist, sind die Laserbestrahlungsintensitäten an den Kapillaren, die sich an beiden Enden des Kapillar-Arrays befinden (Kapillar-Nummern n = 1 und n = 48), 0,52, und die Laserbestrahlungsintensitäten an den Kapillaren, die sich in der Mitte des Kapillar-Arrays befinden (Kapillar-Nummern n = 24 und n = 25), sind 0,19, so dass MIN ≥ 0,2 für die praktische Performance nicht erfüllt ist. Darüber hinaus ist der Variationskoeffizient bei den Laserbestrahlungsintensitäten 35 %, und daher wird sowohl CV ≤ 20 % als auch CV ≤ 15 % für die praktische Performance nicht erfüllt. Mit anderen Worten, selbst wenn die beidseitige Bestrahlung eingesetzt wird, nimmt die Gleichförmigkeit der Laserbestrahlungsintensität an jeder Kapillare ab, und die minimale Laserbestrahlungsintensität sinkt. Daher ist es schwierig, die 48 Kapillaren unter solchen Bedingungen gleichzeitig zu bestrahlen.
Unter den Bedingungen des auf PTL 2 basierenden genetischen Analysators der Serie 3730 erhält man gemäß Formel (2) T = 99 %, und der Transmissionsgrad ist verglichen mit dem unter den Bedingungen des genetischen Analysators der Serie 3500 deutlich verbessert. Wenn darüber hinaus in Formel (4) die Anzahl von Kapillaren N = 48 ist, sind die Laserbestrahlungsintensitäten an den Kapillaren, die sich an beiden Enden des Kapillar-Arrays befinden (Kapillar-Nummern n = 1 und n = 48) 0,78, und die Laserbestrahlungsintensitäten an den Kapillaren, die sich in der Mitte des Kapillar-Arrays befinden (Kapillar-Nummern n = 24 und n = 25) sind 0,74, so dass MIN ≥ 0,2 für die praktische Performance erfüllt ist. Darüber hinaus ist der Variationskoeffizient bei den Laserbestrahlungsintensitäten der 48 Kapillaren 1 % und erfüllt damit CV ≤ 20 % und CV ≤ 15 % für die praktische Performance. Wenn des Weiteren in Formel (4) die Anzahl von Kapillaren N = 96 ist, sind die Laserbestrahlungsintensitäten an den Kapillaren, die sich an beiden Enden des Kapillar-Arrays befinden (Kapillar-Nummern n = 1 und n = 96) 0,65, und die Laserbestrahlungsintensitäten an den Kapillaren, die sich in der Mitte des Kapillar-Arrays befinden (Kapillar-Nummern n = 48 und n = 49) sind 0,55, so dass MIN ≥ 0,2 für die praktische Performance erfüllt ist. Außerdem ist der Variationskoeffizient bei den Laserbestrahlungsintensitäten der 96 Kapillaren 5 %, so dass CV ≤ 20 % und CV ≤ 15 % für die praktische Performance erfüllt sind. Wie oben beschrieben, wird die Gleichförmigkeit der Laserbestrahlungsintensitäten an 48 und 96 Kapillaren verbessert und die minimale Laserbestrahlungsintensität erhöht, wodurch die gleichzeitige Bestrahlung der 48 und 96 Kapillaren möglich wird.
Um die Konfiguration von PTL 3 mit denen von PTL 2 und NPL 1 vergleichen zu können, werden die Bedingungen innerhalb eines möglichen Bereichs normiert. Bei der Konfiguration von PTL 3 sind Laserbestrahlungsteile von mehreren Kapillaren mit einem Außendurchmesser 2R = 126 µm und einem Innendurchmesser 2r = 50 um in Wasser mit einem Brechungsindex n₁ = 1,33 platziert. Der Brechungsindex eines Mediums innerhalb der Analyse-Kapillaren (Trennungsmedium) ist n₃ = 1,41. Der Brechungsindex eines Mediums in den Linsen-Kapillaren ist n₄ = 1,46. Die Materialien beider Arten von Kapillaren sind aus Quarzglas mit n₂ = 1,46 hergestellt. In diesem Fall ist der Brechungswinkel durch eine Analyse-Kapillare gemäß Formel (1) Δθ_A = +0,03° , während der Brechungswinkel durch eine Linsen-Kapillare Δθ_B = -2,1° ist. Da Δθ_A + Δθ_B = -2,07° ist, zeigt ein Satz aus einer Analyse-Kapillare und einer Linsen-Kapillare die Konvex-Linsen-Wirkung, die Mehrfachlaserstrahlfokussierung funktioniert. Wie oben beschrieben, wird in der vorliegenden Offenbarung ein Verfahren zum Verwenden des Werts von Δθ_A + Δθ_B zum Evaluieren, ob die Mehrfachlaserstrahlfokussierung funktioniert oder nicht, entdeckt. Unter den vorliegenden Bedingungen ist gemäß Formel (2) der Transmissionsgrad einer Analyse-Kapillare T_A = 99,5 % und der Transmissionsgrad einer Linsen-Kapillare ist T_B = 99,6 %. Der Transmissionsgrad eines Satzes aus einer Analyse-Kapillare und einer Linsen-Kapillare ist daher T = T_A × T_B = 99,1 %. Wenn die Anzahl der Analyse-Kapillaren in Formel (4) auf N = 96 gesetzt wird, sind die Laserbestrahlungsintensitäten an den Analyse-Kapillaren, die sich an beiden Enden des Kapillar-Arrays befinden (Kapillar-Nummern n = 1 und n = 96) 0,71, und die Laserbestrahlungsintensitäten an den Kapillaren, die sich in der Mitte des Kapillar-Arrays befinden (Kapillar-Nummern n = 48 und n = 49), sind 0,64, so dass MIN ≥ 0,2 für die praktische Performance erfüllt ist. Darüber hinaus ist der Variationskoeffizient bei den Laserbestrahlungsintensitäten der 96 Analyse-Kapillaren 3 % und erfüllt damit CV ≤ 20 % und CV ≤ 15 % für die praktische Performance.
Bei allen oben beschriebenen bekannten Techniken enthalten die Trennungsmedien hohe Konzentrationen von Harnstoff mit n₃ = 1,41. Andererseits enthalten die Trennungsmedien in Kapillar-Elektrophoresegeräten, die eine Kapillare verwenden, nicht immer eine hohe Konzentration von Harnstoff, und es werden verschiedene Arten von Trennungsmedien verwendet. Zum Beispiel enthält ein Trennungsmedium zum Trennen von DNA-Fragmenten in einem doppelsträngigen Zustand durch Elektrophorese keinen Harnstoff, und sein Brechungsindex ist n₃ = 1,33, was derselbe ist wie der von Wasser. Das heißt, die Brechungsindizes von Trennungsmedien, die bei der Kapillar-Elektrophorese verwendet werden können im Allgemeinen verschiedene Werte von 1,33 ≤ n₃ ≤ 1,41 sein. Um den Durchsatz zu erhöhen oder die Kosten der elektrophoretischen Analyse unter Verwendung solcher verschiedener Arten von Trennungsmedien zu senken, ist es in den letzten Jahren erforderlich, dass die verschiedenen Arten von Trennungsmedien in einem Kapillar-Array-Elektrophoresegerät verwendet werden.
Bei den Konfigurationen aller oben beschriebenen bekannten Techniken geht jedoch die Konvex-Linsen-Wirkung jeder Kapillare verloren, und die Konkav-Linsen-Wirkung wird verstärkt, wenn n₃ = 1,33 ist, und daher funktioniert die Mehrfachlaserstrahlfokussierung nicht. Mit anderen Worten: es wird unmöglich, eine parallele elektrophoretische Analyse unter Verwendung mehrerer Kapillaren durchzuführen. Insbesondere ist es wie folgt.
Wenn in dem auf PTL 1 basierenden genetischen Analysator der Serie 3500 n₃ = 1,33 ist, ist gemäß Formel (1) Δθ = +1,3°, wobei jede Kapillare die Konkav-Linsen-Wirkung aufweist. Daher funktioniert die Mehrfachlaserstrahlfokussierung nicht und eine gleichzeitige Bestrahlung von 8 oder 24 Kapillaren mit einem Laserstrahl wird unmöglich.
Wenn bei dem auf PTL 2 basierenden genetischen Analysator der Serie 3730 n₃ = 1,33 ist, ist gemäß Formel (1) Δθ = +2,9°, wobei dass jede Kapillare die Konkav-Linsen-Wirkung aufweist. Daher funktioniert die Mehrfachlaserstrahlfokussierung nicht, und es wird unmöglich, eine gleichzeitige Bestrahlung 48 oder 96 Kapillaren gleichzeitig mit einem Laserstrahl durchzuführen.
Wenn bei der auf NPL 1 basierenden Konfiguration n₃ = 1,33 ist, ist der Brechungswinkel durch eine Analyse-Kapillare gemäß Formel (1) Δθ_A = +6,6°, während der Brechungswinkel durch eine Linsen-Kapillare Δθ_B = -3,0° ist. Da Δθ_A + Δθ_B = +3,6° ist, zeigt ein Satz aus einer Analyse-Kapillare und einer Linsen-Kapillare die Konkav-Linsen-Wirkung, und die Mehrfachlaserstrahlfokussierung funktioniert nicht. Wenn bei der auf NPL 1 basierenden Konfiguration n₃ = 1,41 ist, ist der Brechungswinkel durch eine Analyse-Kapillare gemäß Formel (1) Δθ_A = +2,4°, während der Brechungswinkel durch eine Linsen-Kapillare Δθ_B = -3,0° ist. Da man Δθ_A + Δθ_B = -0,6° erhält, zeigt ein Satz aus einer Analyse-Kapillare und einer Linsen-Kapillare die Konvex-Linsen-Wirkung und die Mehrfachlaserstrahlfokussierung funktioniert. S. 2875 von NPL 1 beschreibt, dass die Konfiguration von NPL 1 auch in einem Fall vorteilhaft funktioniert, in dem n₃ = 1,33 ist. Gemäß der Definition der maximalen Anzahl von Kapillaren in der oben beschriebenen NPL 1 beträgt die maximale Anzahl von Kapillaren im Fall von n₃ = 1,33 jedoch nur etwa 8, wie aus 11 von NPL 1 ersichtlich ist. Daher funktioniert die Konfiguration von NPL 1 im Fall von n₃ = 1,33 nicht.
Wenn bei der auf PTL 3 basierenden Konfiguration n₃ = 1,33 ist, ist der Brechungswinkel durch eine Analyse-Kapillare gemäß Formel (1) Δθ_A = +3,7°, während der Brechungswinkel durch eine Linsen-Kapillare Δθ_B = -2,1° ist. Da man Δθ_A + Δθ_B = +1,6° erhält, zeigt ein Satz aus einer Analyse-Kapillare und einer Linsen-Kapillare die Konkav-Linsen-Wirkung, und die Mehrfachlaserstrahlfokussierung funktioniert nicht. Daher können mehrere Kapillaren nicht gleichzeitig mit einem Laserstrahl bestrahlt werden.
Angesichts einer solchen Situation schlägt die vorliegende Offenbarung eine Technik vor, die eine elektrophoretische Analyse auch bei Verwendung verschiedener Trennungsmedien mit beliebigen Brechungsindizes innerhalb eines Bereichs von 1,33 ≤ n₃ ≤ 1,41 (oder natürlich auch außerhalb des Bereichs von 1,33 ≤ n₃ ≤ 1,41) in einem Kapillar-Array-Elektrophoresegerät ermöglicht.
Lösung des Problems
Um die obigen Probleme zu lösen, schlägt die vorliegende Offenbarung zum Beispiel ein Kapillar-Array vor, bei dem Laserbestrahlungsteile von N Analyse-Kapillaren, die bei der elektrophoretischen Analyse verwendet werden, und Laserbestrahlungsteile von N ± 1 Linsen-Kapillaren, die nicht bei der elektrophoretischen Analyse verwendet werden, abwechselnd näherungsweise auf derselben Array-Ebene aufgereiht werden, wobei N eine ganze Zahl von 2 oder mehr ist. Bei dem Kapillar-Array erfüllen R, r, n₁, n₂, n₃ und n₄ eine vorgegebene Beziehung, wobei ein Außenradius, ein Innenradius, ein Brechungsindex eines Mediums eines Äußeren und ein Brechungsindex eines Materials der N Analyse-Kapillaren und der N ± 1 Linsen-Kapillaren in den Laserbestrahlungsteilen als R, r, n₁ und n₂ definiert sind, ein Brechungsindex eines Mediums eines Inneren der N Analyse-Kapillaren in den Laserbestrahlungsteilen als n₃ definiert ist, ein Brechungsindex eines Mediums eines Inneren der N ± 1 Linsen-Kapillaren in den Laserbestrahlungsteilen als n₄ definiert ist, und angenommen wird, dass n₃ < 1,36 erfüllt ist.
Zusätzliche Merkmale im Zusammenhang mit der vorliegenden Offenbarung werden aus der Beschreibung in der vorliegenden Spezifikation und den beigefügten Zeichnungen ersichtlich. Darüber hinaus werden Aspekte der vorliegenden Offenbarung durch Elemente, Kombinationen verschiedener Elemente und Aspekte in der folgenden detaillierten Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen erreicht und realisiert.
Es versteht sich, dass die Beschreibung in der vorliegenden Spezifikation lediglich beispielhaft ist und nicht dazu dienen soll, die Ansprüche oder Anwendungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung in irgendeiner Weise einzuschränken.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Gemäß der Technik der vorliegenden Offenbarung ist es bei einem Kapillar-Array-Elektrophoresegerät möglich, eine elektrophoretische Analyse unter Verwendung verschiedener Trennmedien mit beliebigen Brechungsindizes innerhalb des Bereichs von 1,33 ≤ n₃ ≤ 1,41 durchzuführen. Insbesondere ist es möglich, eine kapillar-elektrophoretische Analyse unter Verwendung eines Trennungsmediums durchzuführen, das einen niedrigen Brechungsindex hat, der gleich oder nahe dem Brechungsindex von reinem Wasser 1,33. Infolgedessen ist es möglich, den Bereich von Anwendungen des Kapillar-Array-Elektrophoresegeräts erheblich zu erweitern, während der Analysedurchsatz verbessert wird oder die Analysekosten pro Probe gesenkt werden.
Andere Probleme, Konfigurationen und Effekte als die oben beschriebenen werden durch die folgende Beschreibung der Ausführungsformen verdeutlicht.
Figurenliste

[1] 1 ist ein Diagramm, das ein Konfigurationsbeispiel eines Kapillar-Array-Elektrophoresegeräts zeigt.
[2] 2 ist ein Diagramm, das ein Konfigurationsbeispiel eines optischen Systems des Kapillar-Array-Elektrophoresegeräts zeigt.
[3] 3 ist ein Diagramm, das ein Konfigurationsbeispiel, das eine Koordination zwischen einem Sensor und einem Computer zeigt, veranschaulicht.
[4] 4 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration eines auf PTL 1 basierenden Kapillar-Arrays und Laserstrahl-Raytracing-Ergebnisse veranschaulicht.
[5] 5 ist ein Diagramm, das Verteilungen der relativen Fluoreszenzintensität bei dem auf PTL 1 basierenden Kapillar-Array zeigt.
[6] 6 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration eines Kapillar-Arrays der vorliegenden Offenbarung und Laserstrahl-Raytracing-Ergebnisse zeigt.
[7] 7 ist ein Diagramm, das Verteilungen der relativen Fluoreszenzintensität bei dem Kapillar-Array der vorliegenden Offenbarung zeigt.
[8] 8 ist ein Diagramm, das die Konfiguration eines auf PTL 2 basierenden Kapillar-Arrays und Laserstrahl-Raytracing-Ergebnisse zeigt.
[9] 9 ist ein Diagramm, das Verteilungen der relativen Fluoreszenzintensität bei dem auf PTL 2 basierenden Kapillar-Array zeigt.
[10] 10 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration eines auf NPL 1 basierenden Kapillar-Arrays und Laserstrahl-Raytracing-Ergebnisse zeigt.
[11] 11 ist ein Diagramm, das eine relative Fluoreszenzintensitätserteilung bei dem auf NPL 1 basierenden Kapillar-Array zeigt.
[12] 12 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration eines auf PTL 3 basierenden Kapillar-Arrays und Laserstrahl-Raytracing-Ergebnisse zeigt.
[13] 13 ist ein Diagramm, das Verteilungen der relativen Fluoreszenzintensität bei dem auf PTL 3 basierenden Kapillar-Array zeigt.
[14] 14 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration eines Kapillar-Arrays der vorliegenden Offenbarung und Laserstrahl-Raytracing-Ergebnisse zeigt.
[15] 15 ist ein Diagramm, das Verteilungen der relativen Fluoreszenzintensität bei dem Kapillar-Array der vorliegenden Offenbarung zeigt.
[16] 16 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration eines Kapillar-Arrays der vorliegenden Offenbarung und Laserstrahl-Raytracing-Ergebnisse zeigt.
[17] 17 ist ein Diagramm, das Verteilungen der relativen Fluoreszenzintensität bei dem Kapillar-Array der vorliegenden Offenbarung zeigt.
[18] 18 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration eines Kapillar-Arrays der vorliegenden Offenbarung und Laserstrahl-Raytracing-Ergebnisse zeigt.
[19] 19 ist ein Diagramm, das Verteilungen der relativen Fluoreszenzintensität bei dem Kapillar-Array der vorliegenden Offenbarung zeigt.
[20] 20 ist ein Diagramm, das Verteilungen der relativen Fluoreszenzintensität von Kapillar-Arrays der vorliegenden Offenbarung zeigt.
[21] 21 ist ein Diagramm zum Beschreiben des Einflusses eines Brechungsindexes eines Äußeren einer Kapillare auf die relative Fluoreszenzintensität und den Variationskoeffizienten dafür.
[22] 22 ist ein Diagramm zum Beschreiben des Einflusses eines Außendurchmessers einer Kapillare auf die relative Fluoreszenzintensität und den Variationskoeffizienten dafür.
[23] 23 ist ein Diagramm, das ein Konfigurationsbeispiel eines Kapillar-Arrays zeigt, bei dem Analyse-Kapillaren und Linsen-Kapillaren abwechselnd angeordnet sind.

Beschreibung der Ausführungsformen
Die Technik der vorliegenden Offenbarung betrifft ein Kapillar-Array-Elektrophoresegerät, das mehrere Proben gleichzeitig analysiert, indem es mehrere Kapillaren gleichzeitig mit einem Laserstrahl bestrahlt und indem es die von jeder Kapillare emittierte Fluoreszenz gleichzeitig während der unter Verwendung der mehreren Kapillaren durchgeführten Elektrophorese detektiert.
(A) Umriss der Technik der vorliegenden Offenbarung Die vorliegende Offenbarung schlägt hauptsächlich eine Technik vor, die die Verwendung eines Trennungsmediums mit einem niedrigen Brechungsindex, der dem von reinem Wasser 1,33 entspricht oder der niedriger als 1,36 ist, ermöglicht. In einem Fall, in dem ein Trennungsmedium mit einem niedrigen Brechungsindex verwendet wird, ist es schwierig, zugleich mehrere Kapillaren mit einem Laserstrahl zu bestrahlen, weil Mehrfachlaserstrahlfokussierung selbst dann nicht funktioniert, wenn eine in einem der bekannten Beispiele (PTL 1 bis 3 und NPL 1) beschriebene Technik angewendet wird.
Die vorliegende Offenbarung schlägt auch eine Technik vor, mit der eine kapillar-elektrophoretische Analyse durchgeführt werden kann, indem nicht nur das oben beschriebene Trennungsmedium mit einem niedrigen Brechungsindex verwendet wird, sondern auch ein Trennungsmedium mit einem hohen Brechungsindex, typischerweise mit einem Brechungsindex von 1,36 oder höher und 1,42 oder niedriger. Die maximale Anzahl von Kapillaren, die gleichzeitig bestrahlt werden können, ist vorzugsweise groß und kann je nach Situation 24 oder mehr oder 48 oder mehr sein. Wie oben beschrieben, ist es unter den Bestrahlungsintensitäten und den Fluoreszenzintensitäten der mehreren Kapillaren in demselben Kapillar-Array vorzuziehen, die niedrigste Bestrahlungsintensität und die niedrigste Fluoreszenzintensität so hoch wie möglich zu machen. Es sei die Fluoreszenzintensität, die erwartet wird, wenn der von der Laserquelle oszillierte Laserstrahl das Innere einer Kapillare mit voller Intensität bestrahlt, 1. In diesem Fall wurde empirisch gefunden, dass man eine für den praktischen Gebrauch geeignete Empfindlichkeit erhält, wenn der Minimalwert (MIN) der Fluoreszenzintensität MIN ≥ 0,2 erfüllt. Außerdem ist es umso vorteilhafter, je geringer die Schwankung bei den Bestrahlungsintensitäten und den Fluoreszenzintensitäten zwischen den mehreren Kapillaren desselben Kapillar-Arrays ist. Es wurde empirisch gefunden, dass es, wenn der Variationskoeffizient (CV) der Bestrahlungsintensität und die Fluoreszenzintensität je nach Situation CV ≤ 20 % oder CV ≤ 15 % erfüllen, möglich ist, verschiedene Proben unter äquivalenten Bedingungen zu analysieren. Die vorliegende Offenbarung zielt darauf ab, solche Erfordernisse für die praktische Performance des Kapillar-Array-Elektrophoresegeräts zu erfüllen.
Als Ergebnis der Durchführung intensiver Studien unter dem oben genannten Gegenstand erhält man gemäß Formel (1) Δθ = -3,2°, wenn ein Außendurchmesser und ein Innendurchmesser einer jeden Kapillare in einem Kapillar-Array 2R = 126 µm bzw. 2r = 50 µm ist, während ein Äußeres, ein Material und ein Inneres jeder Kapillare in dem Kapillar-Array Luft mit einem Brechungsindex n₁ = 1,00, Quarzglas mit einem Brechungsindex n₂ = 1,46 bzw. ein Trennungsmedium mit einem Brechungsindex n₃ = 1,33 sind. Daher wurde gefunden, dass jede Kapillare eine Konvex-Linsen-Wirkung zeigt und die Mehrfachlaserstrahlfokussierung funktioniert. Bei dem auf PTL 1 basierenden genetischen Analysator der Serie 3500 ist der Außendurchmesser 2R jeder Kapillare unter der Bedingung n3 = 1,33 von 323 µm auf 126 µm verringert. Infolgedessen wird die Konkav-Linsen-Wirkung jeder Kapillare in die Konvex-Linsen-Wirkung umgewandelt.
Wenn die Anzahl von Kapillaren N = 24 ist und die obigen Bedingungen in Formel (2) und Formel (4) eingesetzt werden, sind die Laserbestrahlungsintensitäten an den Kapillaren, die sich an den beiden Enden des Kapillar-Arrays befinden (n = 1 und n = 24), 0,59, und die Laserbestrahlungsintensitäten an den Kapillaren, die sich in der Mitte des Kapillar-Arrays befinden (n = 12 und n = 13), sind 0,42, wodurch MIN ≥ 0,2 für die praktische Performance erfüllt wird. Darüber hinaus ist der Variationskoeffizient bei der Laserbestrahlungsintensität der 24 Kapillaren 12 % und erfüllt damit CV ≤ 20 % und CV ≤ 15 % für die praktischen Leistungen. Als ein Ergebnis weiterer Studien wurde gefunden, dass die Konvex-Linsen-Wirkung funktioniert, wenn der Außendurchmesser 2R jeder Kapillare 220 µm oder weniger ist, da Δθ < 0 erfüllt ist. Verallgemeinernd und ohne Einschränkung auf den Fall, in dem der Innendurchmesser jeder Kapillare 2r = 50 µm ist, wurde gefunden, dass die Konvex-Linsen-Wirkung funktioniert, da Δθ < 0 erfüllt ist, wenn R/r ≤ 4,4 ist. Ein Trennungsmedium mit einem niedrigen Brechungsindex n₃ = 1,33 wird in PTL 1 nicht untersucht. Das heißt, die oben beschriebenen Bedingungen werden erstmals in der Technik der vorliegenden Offenbarung gefunden.
Darüber hinaus wurde in einem Fall, in dem der Kapillar-Außendurchmesser 2R = 126 µm ist und der Kapillar-Innendurchmesser 2r = 50 µm ist, wenn der Brechungsindex eines Trennungsmediums innerhalb der Kapillare n₃ = 1,34, 1,35 oder 1,36 bzw. Δθ = -3,5°, -3,8° oder -4,2° sind, gemäß Formel (1) gefunden, dass jede Kapillare die Konvex-Linsen-Wirkungen zeigt und die Mehrfachlaserstrahlfokussierung funktioniert. Als Ergebnis weiterer Untersuchungen wurde gefunden, dass die Konvex-Linsen-Wirkung in einem Fall funktioniert, in dem der Außendurchmesser 2R jeder Kapillare 240 µm oder weniger, 264 µm oder weniger oder 293 µm oder weniger ist, da Δθ < 0 erfüllt ist. Durch Verallgemeinerung, wenn R/r ≤ 4,8, R/r ≤ 5,3 oder R/r ≤ 5,9, da Δθ < 0 erfüllt ist, funktioniert die Konvex-Linsen-Wirkung. Mit anderen Worten, es wurde gefunden, dass der Wert von R/r vorzugsweise R/r< 5,9 erfüllt, wenn ein Trennungsmedium mit einem niedrigen Brechungsindex von weniger als 1,36 verwendet wird. Ein solches Trennungsmedium mit einem niedrigen Brechungsindex wird in PTL 1 nicht untersucht. Das heißt, die oben beschriebenen Bedingungen werden zum ersten Mal bei der Technik der vorliegenden Offenbarung gefunden.
Andererseits erhält man gemäß Formel (2) und Formel (4), wenn die Anzahl von Kapillaren N = 48 ist, unter den Bedingungen, bei denen der Kapillar-Außendurchmesser 2R = 126 µm ist, der Kapillar-Innendurchmesser 2r = 50 µm ist, das Äußere der Kapillaren Luft mit einem Brechungsindex n₁ = 1,00 ist, das Material der Kapillaren Quarzglas mit einem Brechungsindex n₂ = 1,46 ist und das Innere der Kapillaren ein Trennungsmedium mit einem Brechungsindex n₃ = 1,33 ist, die Laserbestrahlungsintensitäten an den Kapillaren, die sich an den beiden Enden des Kapillar-Arrays befinden (n = 1 und n = 48), 0,51 sind, und als Laserbestrahlungsintensitäten an den Kapillaren, die sich in der Mitte des Kapillar-Arrays befinden (n = 24 und n = 25), 0,17 sind, so dass MIN ≥ 0,2 für die praktische Performance nicht erfüllt ist. Darüber hinaus ist der Variationskoeffizient bei der Laserbestrahlungsintensität der 48 Kapillaren 38 %, und damit sind sowohl CV ≤ 20 % als auch CV ≤ 15 % für die praktische Performance nicht erfüllt. Daher sind die vorliegenden Bedingungen für die gleichzeitige Bestrahlung von 48 oder mehr Kapillaren nicht geeignet.
Daher wurde eine neue Konfiguration entwickelt, um die gleichzeitige Bestrahlung von 48 oder mehr Kapillaren mit einem Laserstrahl bei gleichzeitiger Verwendung eines Trennungsmediums mit einem niedrigen Brechungsindex zu ermöglichen. Ähnlich zu den in NPL 1 und PTL 3 gezeigten Konfigurationen wird ein Kapillar-Array durch abwechselndes Anordnen von Analyse-Kapillaren und Linsen-Kapillaren gebildet. Dabei ist die Anzahl der Analyse-Kapillaren und der Linsen-Kapillaren nicht notwendigerweise identisch. In einem Fall, in dem beide Enden des Kapillar-Arrays Analyse-Kapillaren sind, können N Analyse-Kapillaren und N-1 Linsen-Kapillaren abwechselnd angeordnet werden, wobei N eine ganze Zahl von 2 oder mehr ist. In einem Fall, in dem beide Enden des Kapillar-Arrays Linsen-Kapillaren sind, können N Analyse-Kapillaren und N+1 Linsen-Kapillaren abwechselnd angeordnet werden. Die Kapillar-Nummern n = 1, 2,..., N werden nur den Analyse-Kapillaren zugeordnet. Die Laserbestrahlungsteile mehrerer Kapillaren mit einem Außendurchmesser 2R = 126 µm und einem Innendurchmesser 2r = 50 µm sind in einer Fluorlösung mit einem Brechungsindex n₁ = 1,25 angeordnet. Ein Material der Kapillaren ist Quarzglas mit einem Brechungsindex
n₂ = 1,46. Das Innere der Analyse-Kapillaren enthält ein Trennungsmedium mit einem Brechungsindex n₃ = 1,33. Das Innere der Linsen-Kapillaren enthält eine Anpassungslösung mit einem Brechungsindex n₄ = 1,46. In diesem Fall ist der Brechungswinkel durch eine Analyse-Kapillare erhält man gemäß Formel (1) Δθ_A = +2,0°, während der Brechungswinkel durch eine Linsen-Kapillare Δθ_B = -3,3° ist. Da Δθ_A + Δθ_B = -1,3° ist, zeigt ein Satz aus einer Analyse-Kapillare und einer Linsen-Kapillare die Konvex-Linsen-Wirkung und die Mehrfachlaserstrahlfokussierung funktioniert. Unter den vorliegenden Bedingungen ist der Transmissionsgrad einer Analyse-Kapillare gemäß Formel (2) T_A = 98,4 %, und der Transmissionsgrad einer Linsen-Kapillare ist T_B = 98,8 %. Der Transmissionsgrad eines Satzes aus einer Analyse-Kapillare und einer Linsen-Kapillare ist somit T = T_A × T_B = 97,2 %. Daher sind, wenn in Formel (4) die Anzahl der Analyse-Kapillaren N = 48 ist, die Laserbestrahlungsintensitäten an den an beiden Enden des Kapillar-Arrays (n = 1 und n = 48) befindlichen Kapillaren 0,63, und die Laserbestrahlungsintensitäten an den in der Mitte des Kapillar-Arrays (n = 24 und n = 25) befindlichen Kapillaren sind gemäß Formel (2) und Formel (4) 0,51, wodurch MIN ≥ 0,2 für die praktische Performance erfüllt wird. Darüber hinaus beträgt der Variationskoeffizient bei der Laserbestrahlungsintensität der 48 Kapillaren 7 %, wodurch sowohl CV ≤ 20 % als auch CV ≤ 15 % für die praktischen Leistungen erfüllt werden.
Als nächstes, wenn die Anzahl der Kapillaren N = 72 ist, sind die Laserbestrahlungsintensitäten an den an beiden Enden des Kapillar-Arrays befindlichen Kapillaren (n = 1 und n = 72) 0,57, und die Laserbestrahlungsintensitäten an den in der Mitte des Kapillar-Arrays befindlichen Kapillaren (n = 36 und n = 37) sind gemäß Formel (2) und Formel (4) 0,36, wodurch MIN ≥ 0,2 für die praktische Performance erfüllt wird. Darüber hinaus ist der Variationskoeffizient bei der Laserbestrahlungsintensität der 72 Kapillaren 14 % und erfüllt damit sowohl CV ≤ 20 % als auch CV ≤ 15 % für die praktischen Leistungen. Wenn außerdem die Anzahl der Kapillaren N = 96 ist, sind die Laserbestrahlungsintensitäten an den an beiden Enden des Kapillar-Arrays befindlichen Kapillaren (n = 1 und n = 96) 0,53, und die Laserbestrahlungsintensitäten an den in der Mitte des Kapillar-Arrays befindlichen Kapillaren (n = 48 und n = 49) sind gemäß Formel (2) und Formel (4) 0,26, wodurch MIN ≥ 0,2 für die praktische Performance erfüllt wird. Darüber hinaus ist der Variationskoeffizient bei der Laserbestrahlungsintensität der 96 Kapillaren 24 %, und daher sind CV ≤ 20 % und CV ≤ 15 % für die praktischen Leistungen nicht erfüllt. Es erübrigt sich zu sagen, dass unter den obigen Bedingungen die Performance aller oben genannten Kennziffern verbessert wird, indem man n₃ = 1,33 auf n₃ = 1,41 zurückbringt. Abgesehen von der Änderung von n₃ = 1,41 auf n₃ = 1,33 unterscheidet sich die vorliegende Konfiguration deutlich von der Konfiguration von PTL 2, der Konfiguration von NPL 1 und der Konfiguration von PTL 3. In PTL 2 werden die Linsen-Kapillaren nicht verwendet und der Brechungsindex des Mediums des Äußeren der Kapillaren wird ist n₁= 1,29, die bei der Konfiguration der vorliegenden Offenbarung alle nicht erfüllt sind. Weiterhin ist in NPL 1 der Brechungsindex des Mediums des Äußeren der Kapillaren n₁= 1,46, und das Innere der Linsen-Kapillaren ist eine Lösung mit einem hohen Brechungsindex n₄ = 1,53, die bei der Konfiguration der vorliegenden Offenbarung alle nicht erfüllt sind. Darüber hinaus ist in PTL 3 der Brechungsindex des Mediums des Äußeren der Kapillaren
n₁= 1,33, was bei der Konfiguration der vorliegenden Offenbarung nicht erfüllt ist. Wie oben beschrieben, repräsentieren solche Unterschiede unterschiedliche Funktionen, die sich aus wesentlich unterschiedlichen Strukturen ergeben, und sie erfolgen nicht aufgrund bloßer Auslegungsänderungen.
Nachfolgend wird jede Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung im Detail beschrieben. Obwohl jede Ausführungsform im Folgenden separat beschrieben wird, sind die in jeder Ausführungsform gezeigten Techniken nicht exklusiv und können gegebenenfalls miteinander kombiniert werden.
(B) Erste Ausführungsform
<Konfigurationsbeispiel eines Kapillar-Array-Elektrophoresegeräts>
1 ist ein Diagramm, das ein Konfigurationsbeispiel eines Kapillar-Array-Elektrophoresegeräts zeigt. Bei dem vorliegenden Kapillar-Array-Elektrophoresegerät wird die Analyse doppelsträngiger DNA-Fragmente zusätzlich zu der DNA-Sequenzierung und der Analyse einzelsträngiger DNA-Fragmente, die in den herkömmlichen Kapillar-Array-Elektrophoresegeräten durchgeführt werden, durchgeführt. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird unter Verwendung von 24 Kapillaren (man beachte, dass in 1 nur 4 Kapillaren gezeigt sind) zunächst in jeder Kapillare eine DNA-Sequenzierung einer anderen Probe durchgeführt, und dann wird in jeder Kapillare eine Analyse der doppelsträngigen DNA-Fragmente an einer anderen Probe durchgeführt. Die Proben für die DNA-Sequenzierung enthalten einzelsträngige DNA-Fragmente mit unterschiedlichen Längen, die mit 4 Arten von Fluorophoren entsprechend den 4 Arten von Basen an jedem Fragmentende gekennzeichnet sind. Das Elektrophorese-Trennungsmedium, mit dem jede Kapillare gefüllt ist, wenn die DNA-Sequenzierung durchgeführt wird, ist eine Polymerlösung, die als Denaturierungsmittel 8M Harnstoff enthält, und ihr Brechungsindex ist n₃ = 1,41. Im Gegensatz dazu enthalten die Proben für die Analyse der doppelsträngigen DNA-Fragmente doppelsträngige DNA-Fragmente mit unterschiedlichen Längen, die mit 2 Arten von Fluorophoren gekennzeichnet sind. Die doppelsträngigen DNA-Fragmente, das mit einem Fluorophor gekennzeichnet sind, sind PCR-Produkte, und die doppelsträngigen DNA-Fragmente, die mit dem anderen Fluorophor gekennzeichnet sind, sind Größenmarker. Das Elektrophorese-Trennungsmedium, mit dem jede Kapillare gefüllt wird, wenn die Analyse der doppelsträngigen DNA-Fragmente durchgeführt wird, ist eine Polymerlösung, die keinen Harnstoff als Denaturierungsmittel enthält, und ihr Brechungsindex ist n₃ = 1,33. Eine Analysesitzung wurde durch die folgenden Schritte (i) bis (vi) durchgeführt.
(i) Zunächst wurden die Probeneinspeisungsenden 2 von 24 Kapillaren 1 in eine kathodenseitige Pufferlösung 6 eingetaucht, und die Probenaustrittsenden 3 der 24 Kapillaren wurden über eine Polymerlösung in einem Polymerblock 9 mit einer anodenseitigen Pufferlösung 7 verbunden.
(ii) Als nächstes wurde ein Ventil 10 des Polymerblocks 9 geschlossen, der Kolben einer mit dem Polymerblock 9 verbundenen Spritze 11 wurde nach unten gedrückt, um die Polymerlösung in der Spritze 11 und dem Polymerblock 9 unter Druck zu setzen, und das Innere jeder Kapillare 1 wurde vom Probenaustrittsende 3 in Richtung des Probeneinspeisungsendes 2 mit der Polymerlösung gefüllt.
(iii) Nachfolgend wurde das Ventil 10 geöffnet, eine andere Probe wurde durch ein elektrisches Feld vom Probeneinspeisungsende 2 in jede Kapillare 1 eingespeist, und dann wurde durch eine Leistungsquelle 8 eine Hochspannung zwischen einer Kathode 4 und einer Anode 5 angelegt und dadurch die Kapillar-Elektrophorese gestartet. Mit den verschiedenen Arten von Fluorophoren gekennzeichnete DNA-Fragmente wurden in jeder Kapillare 1 vom Probeneinspeisungsende 2 in Richtung des Probenaustrittsendes 3 elektrophoretisiert.
(iv) Gleichzeitig war eine Position an jeder Kapillare 1, an der die DNA-Fragmente in einem bestimmten Abstand vom Probeneinspeisungsende 2 elektrophoretisiert wurden, ein Laserbestrahlungsteil 14. Die Laserbestrahlungsteile 14 wurden durch ein Mehrfachlaserstrahlfokussierverfahren gemeinsam mit einem von einer Laserquelle 12 oszillierten Laserstrahl 13 bestrahlt. Dabei wurde die Beschichtung jeder Kapillare 1 in der Nähe des Laserbestrahlungsteils 14 im Voraus entfernt. Die Kapillaren 1 waren auf einer Array-Ebene in der Nähe des Laserbestrahlungsteils 14 angeordnet. Der Laserstrahl 13 wurde fokussiert und fiel von der Seite der Array-Ebene entlang der Array-Ebene auf die Laserbestrahlungsteile 14. Obwohl 1 die Bestrahlung mit dem Laserstrahl 13 der Einfachheit halber als die einseitige Bestrahlung zeigt, wurde in Wirklichkeit die beidseitige Bestrahlung durchgeführt, indem der Laserstrahl 13 in zwei Teile geteilt wurde.
(v) Dann wurden die mit den verschiedenen Arten von Fluorophoren gekennzeichneten DNA-Fragmente in jeder Kapillare 1 elektrophoretisiert und beim Durchgang durch den Laserbestrahlungsteil 14 mit dem Laserstrahl 13 bestrahlt, wodurch die gekennzeichneten Fluorophore angeregt wurden, um Fluoreszenz zu emittieren. Das heißt, die verschiedenen Arten von Fluorophoren emittierten Fluoreszenz von 24 Emissionspunkten (Laserbestrahlungsteilen). Jede Fluoreszenzintensität änderte sich mit der Elektrophorese von Moment zu Moment.
(vi) Schließlich wurde die in jede Kapillare eingespeiste Probe analysiert, indem die von jedem Emissionspunkt in mehreren Farben emittierte Fluoreszenz detektiert und die erhaltenen Zeitreihendaten analysiert wurden.
Obwohl die obigen Schritte (i) bis (vi) dem Fall des Durchführens der DNA-Sequenzierung und dem Fall des Durchführens der Analyse der doppelsträngigen DNA-Fragmente gemein sind, werden die Polymerlösung und die Pufferlösung in den beiden Fällen geeignet verändert. Das heißt, das Kapillar-Array-Elektrophoresegerät der vorliegenden Ausführungsform kann mehrere Analysemodi mit unterschiedlichen Bedingungen ausführen. Ein beliebiger Analysemodus wird aus den mehreren Analysemodi ausgewählt und ausgeführt. Die mehreren Analysemodi enthalten zum Beispiel einen ersten Analysemodus für die Analyse doppelsträngiger DNA-Fragmente und einen zweiten Analysemodus für die DNA-Sequenzierung enthalten, umschaltet. In jedem Analysemodus ist es probat, die Bedingungen für die elektrophoretische Analyse je nach deren Zweck geeignet zu ändern. Als veränderbare Bedingungen für die elektrophoretische Analyse gibt es eine kontrollierte Temperatur der Kapillaren, eine elektrische Feldstärke während der Elektrophorese, eine elektrische Feldstärke und eine Zeit während der Probeneinspeisung, eine Laserbestrahlungsintensität, eine Belichtungszeit für den Sensor und ähnliches. Es kann probat sein, die gesteuerte Temperatur der Kapillaren in jedem Analysemodus ändern, zum Beispiel durch Einstellen der Temperatur auf 30°C im ersten Analysemodus und Einstellen der Temperatur auf 60°C im zweiten Analysemodus. Man beachte, dass die Begriffe „erster“ und „zweiter“ lediglich der Einfachheit halber hinzugefügt wurden, um zwischen den Analysemodi zu unterscheiden, und nicht die Reihenfolge angeben, in der die Analysemodi ausgeführt werden. Bei dem obigen Beispiel ist der Brechungsindex des elektrophoretischen Trennungsmediums bei der Analyse doppelsträngiger DNA-Fragmente n₃ = 1,33 und der Brechungsindex des elektrophoretischen Trennungsmediums bei der DNA-Sequenzierung ist n₃ = 1,41. Daher ist der Brechungsindex des Elektrophorese-Trennungsmediums im ersten Analysemodus n₃ < 1,36 und der Brechungsindex des Elektrophorese-Trennungsmediums im zweiten Analysemodus ist n₃ ≥ 1,36. Unter Umständen ist es möglich, den Brechungsindex des Elektrophorese-Trennungsmediums im ersten Analysemodus auf 1,33 ≤ n₃ < 1,36 einzustellen und den Brechungsindex des Elektrophorese-Trennungsmediums im zweiten Analysemodus auf 1,36 ≤ n₃ ≤ 1,42 einzustellen. Die aus den Schritten (i) bis (vi) bestehende Analysesitzung kann auch mehrere Male wiederholt werden. Zum Beispiel kann eine Anzahl verschiedener Proben analysiert werden, indem Proben 1 bis 24 in der ersten Analysesitzung analysiert werden, Proben 25 bis 48 in der zweiten Analysesitzung analysiert werden, und so weiter. In diesem Fall kann die DNA-Sequenzierung unter Verwendung derselben Polymerlösung und Pufferlösung wiederholt werden, oder die DNA-Sequenzierung kann in der Mitte auf die Analyse doppelsträngiger DNA-Fragmente umgeschaltet werden. Jede Anwendung kann in jeder Analysesitzung ausgewählt werden.
<Konfigurationsbeispiel eines optischen Systems zur Fluoreszenz-Detektion>
2 ist ein Querschnittsdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel eines optischen Systems veranschaulicht, das eine Fluoreszenz-Detektion bei dem Kapillar-Array-Elektrophoresegerät durchführt. Das vorliegende optische System befindet sich auf der Rückseite der Laserbestrahlungsteile 14 in 1. Ähnlich zu 1 zeigt 2 die einseitige Bestrahlung eines Arrays von 4 Kapillaren, aber in Wirklichkeit wurde eine beidseitige Bestrahlung eines Arrays von 24 Kapillaren durchgeführt. Die auf der Array-Ebene angeordneten Kapillaren 1 wurden durch ein Mehrfachlaserstrahlfokussierverfahren gleichzeitig mit dem Laserstrahl 13 bestrahlt. Jeder der Laserbestrahlungsteile 14 der Kapillaren 1 dient als Fluoreszenz-Emissionspunkt 20. Die von jedem Emissionspunkt 20 emittierte Fluoreszenz 21 wurde durch eine Kondensorlinse 15 kollektiv kollimiert, durch ein Transmissionsgitter 17 zur Wellenlängendispersion in Richtung der Mittelachse jeder Kapillare geleitet und durch eine Abbildungslinse 18 als Abbildungspunkt 22 auf einem Sensor 19 abgebildet. Das Laserlicht wurde durch einen Laser-Sperrfilter 16 geblockt Der Sensor 19 kann ein Flächensensor wie etwa ein CCD- oder ein CMOS-Sensor sein, oder ein Sensor, der, wie etwa ein Fotodioden-Array, in der Lage ist, mehrere Abbildungspunkte 22 gleichzeitig zu messen. In Wirklichkeit unterliegt jeder Abbildungspunkt 22 einer Wellenlängendispersion in der Tiefenrichtung von 2, aber ein einzelner Wellenlängen-Teil jedes Abbildungspunktes 22 ist in 2 schematisch abgebildet.
Bei einem solchen optischen System verringert sich die Lichtkondensierungseffizienz („light condensing efficiency“) mit dem Abstand des Emissionspunkts 20 von einer optischen Achse 23 des optischen Systems. Wie in 2 gezeigt, kommt es zu einer solchen Verringerung der Lichtkondensierungseffizienz, da der Lichtsammelwinkel der von dem von der optischen Achse 23 entfernten Emissionspunkt 20 emittierten Fluoreszenz 21 durch den Vignettierungseffekt des optischen Systems verringert wird. Daher verringert sich selbst in einem Fall, in dem von jedem Emissionspunkt 20 Fluoreszenz mit gleicher Intensität emittiert wird, die Fluoreszenzintensität am Abbildungspunkt 22 mit dem Abstand zwischen dem entsprechenden Emissionspunkt 20 und der optischen Achse 23. Wie stark der Vignettierungseffekt vorliegt, das heißt, ein Korrekturkoeffizient des optischen Systems, der auf dem Vignettierungseffekt basiert, ist durch das optische System bestimmt und kann durch Berechnung oder Experiment untersucht werden. Unter Verwendung des auf dem Vignettierungseffekt basierenden Korrekturkoeffizienten des optischen Systems kann die Fluoreszenzintensität an jedem Abbildungspunkt 22 aus der Fluoreszenzintensität an jedem Emissionspunkt 20 berechnet werden.
<Konfigurationsbeispiel eines Systems zur Datenanalyse und Gerätesteuerung>
3 ist ein Diagramm, das ein Konfigurationsbeispiel, das die Koordination zwischen dem Sensor und einem Computer zeigt, veranschaulicht. Das optische System ist ein Teil des Kapillar-Array-Elektrophoresegeräts. Der Sensor ist ein Teil des optischen Systems. Der Computer ist mit dem Kapillar-Array-Elektrophoresegerät verbunden. Der Computer führt nicht nur die Datenanalyse durch, sondern steuert auch das Kapillar-Array-Elektrophoresegerät. Die Zustandseinstellung für die Datenanalyse und die Zustandseinstellung für das Kapillar-Array-Elektrophoresegerät werden über eine Eingabeeinheit wie etwa ein Touch-Panel, eine Tastatur oder eine Maus vorgenommen. Die Zeitreihen-Rohdaten von Signalen, die von dem Sensor ausgegeben werden, werden sequentiell in einem Speicher gespeichert. Analyseparameter, die in einer Datenbank in einer HDD gespeichert sind, werden ebenfalls in dem Speicher gespeichert. Unter Verwendung der in dem Speicher gespeicherten Analyseparameterinformationen analysiert eine CPU die in dem Speicher gespeicherten Zeitreihen-Rohdaten, leitet Zeitreihen-Analysedaten ab, speichert die Zeitreihen-Analysedaten sequentiell im Speicher und zeigt die Zeitreihen-Analysedaten auf einem Monitor, der einer Anzeigeeinheit entspricht, an. Das Analyseergebnis kann auch mit Informationen im Netzwerk über eine Netzwerkschnittstelle NIF verglichen werden.
<Konfigurationsbeispiel eines herkömmlichen Kapillar-Arrays (PTL 1)>
4(a) ist ein Querschnittsdiagramm, das eine Konfiguration eines Kapillar-Arrays des auf PTL 1 basierenden genetischen Analysators der Serie 3500 veranschaulicht. Die Laserbestrahlungsteile von 24 Kapillaren mit einem Außendurchmesser 2R = 323 µm und einem Innendurchmesser 2r = 50 µm sind auf derselben Ebene in einem Intervall von 370 µm angeordnet. Das Äußere der Kapillaren ist Luft mit einem Brechungsindex n₁= 1,00. Das Material der Kapillaren ist Quarzglas mit einem Brechungsindex n₂ = 1,46.
4(b) ist ein Diagramm, das die Ergebnisse Laserstrahl-Raytracing unter den obigen Bedingungen zeigt, wenn eine einseitige Bestrahlung mit einem Laserstrahl mit einem Durchmesser von 50 µm von der linken Seite durchgeführt wird und das Innere der Kapillaren ein Trennungsmedium mit einem hohen Brechungsindex n₃ = 1,41 enthalten. Da die Mehrfachlaserstrahlfokussierung eindeutig funktioniert, das Innere aller 24 Kapillaren effizient bestrahlt werden. Dies entspricht der Tatsache, dass man gemäß Formel (1) Δθ = -1,3° erhält und damit jede Kapillare die Konvex-Linsen-Wirkung zeigt.
Andererseits zeigt 4(c) ein Diagramm, das die Ergebnisse von Laserstrahl-Raytracing unter den obigen Bedingungen in einem Fall zeigt, in dem das Innere der Kapillaren ein Trennungsmedium mit einem niedrigen Brechungsindex n₃ = 1,33 enthalten. Da die Mehrfachlaserstrahlfokussierung eindeutig nicht funktioniert, divergiert der Laserstrahl von dem Kapillar-Array und kann nicht effizient das gesamte Kapillar-Array bestrahlen. Dies entspricht der Tatsache, dass man gemäß Formel (1) Δθ = +1,3° erhält und damit jede Kapillare die Konkav-Linsen-Wirkung zeigt.
<Verteilung der relativen Fluoreszenzintensität bei der herkömmlichen Kapillar-Array-Konfiguration (PTL 1)>
5(a) ist ein Diagramm, das die relative Fluoreszenzintensität einer jeden Kapillare in dem Kapillar-Array mit der beidseitigen Bestrahlung zeigt. Die Ergebnisse in 5(a) wurden durch Umformen der Ergebnisse bei der einseitigen Bestrahlung in den 4(b) und (c) gewonnen. Die Kapillar-Nummern von 1 bis 24 werden der Reihe nach an jede Kapillare von links nach rechts vergeben. Die relative Fluoreszenzintensität ist die Fluoreszenzintensität, die aus der Bestrahlungsintensität an jeder Kapillare berechnet wird, indem der Reflexionsverlust des Laserstrahls unter der Annahme, dass eine konstante Konzentration eines Fluorophors in dem Laserbestrahlungsteil jeder Kapillare vorhanden ist, berücksichtigt wird. Es wird angenommen, dass die Fluoreszenzintensität, die erwartet wird, wenn der von der Laserquelle oszillierte Laserstrahl das Innere einer Kapillare mit voller Intensität bestrahlt, 1 ist. Bei der Berechnung für die beidseitige Bestrahlung wurde angenommen, dass der Laserstrahl das Kapillar-Array von dessen beiden Seiten mit der Hälfte der vollen Intensität bestrahlt. Die Graphen entsprechen der Laserbestrahlungsintensität an jeder Kapillare, ausgedrückt durch Formel (2) und Formel (4). Während es sich bei Formel (2) und Formel (4) jedoch um Näherungsgleichungen handelt, die davon ausgehen, dass der Einfallswinkel des Laserstrahls auf Grenzflächen zwischen verschiedenen Medien 0° ist, zeigen die Graphen die Ergebnisse, die basierend auf den tatsächlichen Einfallswinkeln berechnet wurden, die durch das Laserstrahl-Raytracing gewonnen wurden, und sind daher genauer. Die nachfolgenden ähnlichen Diagramme, die in den 7(a), 9, 11, 13, 15, 17, 19 und 20 gezeigt sind, sind ebenfalls genauere Ergebnisse, die basierend auf den tatsächlichen Einfallswinkeln berechnet wurden. Im Fall von n₃ = 1,41 in 5(a) ist der Minimalwert der relativen Fluoreszenzintensität in den 24 Kapillaren MIN = 0,42, und ist der Variationskoeffizient (= Standardabweichung der relativen Fluoreszenzintensitäten/ Mittelwert der relativen Fluoreszenzintensitäten) CV = 11 %, wobei gefunden wird, dass MIN ≥ 0,2, CV ≤ 20 % und CV ≤ 15 % für die praktischen Leistungen erfüllt sind. Die Verteilung der relativen Fluoreszenzintensität in Bezug auf die Kapillar-Nummern ist konvex nach unten, da die Intensität des Laserstrahls aufgrund des Reflexionsverlusts des Laserstrahls abgeschwächt wird, wenn sich der Laserstrahl durch das Kapillar-Array bewegt, trotz der Tatsache, dass die Mehrfachlaserstrahlfokussierung funktioniert. Andererseits erhält man im Fall von n₃ = 1,33 MIN = 0,068 und CV = 74 %, was anzeigt, dass keines der Erfordernisse für die praktische Performance erfüllt ist.
5(b) ist ein Diagramm, das die relative Fluoreszenzintensität jeder Kapillare zeigt, wenn der Vignettierungseffekt des optischen Systems des genetischen Analysators der Serie 3500 berücksichtigt wird. Die Ergebnisse in 5(a) wurden durch Multiplizieren der Ergebnisse in 5(a) mit auf dem Vignettierungseffekt basierenden Korrekturkoeffizienten des optischen Systems gewonnen. Im Fall von n₃ = 1,41 heben sich die konvexe abwärts gerichtete Verteilung der relativen Fluoreszenzintensitäten in 5(a) wird durch die Verteilung der Korrekturkoeffizienten des optischen Systems aufgehoben, und daher wird die Verteilung der relativen Fluoreszenzintensitäten mit der optischen Systemkorrektur, wie in 5(b) gezeigt, flach. Infolgedessen hat sich der Minimalwert MIN = 0,42 der Fluoreszenzintensität nicht verändert, aber der Variationskoeffizient wurde deutlich auf CV = 0,76 % gesenkt. Selbstverständlich wurden alle Erfordernisse für die praktischen Leistungen erfüllt. Andererseits wurden im Fall von n₃ = 1,33, da MIN = 0,066 und CV = 61 % erhalten wurden, die nicht signifikant verändert wurden, die Erfordernisse für die praktischen Leistungen immer noch nicht erfüllt.
<Konfigurationsbeispiel eines Kapillar-Arrays gemäß einer ersten Ausführungsform>
6(a) ist ein Querschnittsdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel eines Kapillar-Arrays basierend auf einer ersten Ausführungsform zeigt. Die Laserbestrahlungsteile von 24 Kapillaren mit einem Außendurchmesser 2R = 126 µm und einem Innendurchmesser 2r = 50 µm sind auf derselben Ebene in einem Intervall von 155 µm angeordnet. Ein Äußeres der Kapillaren ist Luft mit einem Brechungsindex n₁ = 1,00. Das Material der Kapillaren ist Quarzglas mit einem Brechungsindex n₂ = 1,46.
6(b) ist ein Diagramm, das die Ergebnisse von Laserstrahl-Raytracing unter den obigen Bedingungen zeigt, wenn die einseitige Bestrahlung mit einem Laserstrahl mit einem Durchmesser von 50 µm von der linken Seite in einem Fall durchgeführt wurde, in dem ein Inneres der Kapillaren ein Trennungsmedium mit einem hohen Brechungsindex n₃ = 1,41 war. Die Mehrfachlaserfokussierung funktioniert eindeutig, und das Innere aller 24 Kapillaren kann effizient bestrahlt wird. Dies entspricht der Tatsache, dass man gemäß Formel (1) Δθ = -5,8° erhält und damit jede Kapillare die Konvex-Linsen-Wirkung zeigt.
Andererseits ist 6(c) ein Diagramm, das die Ergebnisse von Laserstrahl-Raytracing unter den obigen Bedingungen in einem Fall zeigt, in dem das Innere der Kapillaren ein Trennungsmedium mit einem niedrigen Brechungsindex n₃ = 1,33 enthält. Die Mehrfachlaserfokussierung funktioniert eindeutig, und das Innere aller 24 Kapillaren kann auch in diesem Fall effizient bestrahlt werden. Dies entspricht der Tatsache, dass man gemäß Formel (1) Δθ = -3,2° erhält und damit jede Kapillare die Konvex-Linsen-Wirkung zeigt. Wie oben beschrieben, wird durch die Technik der vorliegenden Offenbarung zum ersten Mal realisiert, dass ermöglicht wird, dass jede Kapillare die Konvex-Linsen-Wirkung zeigt und die Mehrfachlaserfokussierung sowohl bei einem Trennungsmedium mit einem hohen Brechungsindex (n₃ ≥ 1,36) als auch bei einem Trennungsmedium mit einem niedrigen Brechungsindex (n₃ < 1,36) funktioniert, was bei keinem der bekannten Beispiel realisiert werden kann. Das heißt, bei dem Kapillar-Array-Elektrophoresegerät der vorliegenden Ausführungsform funktioniert die Mehrfachlaserfokussierung sowohl im ersten Analysemodus mit n₃ < 1,36 als auch im zweiten Analysemodus mit n₃ ≥ 1,36.
<Verteilung der relativen Fluoreszenzintensität gemäß der Kapillar-Array-Konfiguration der ersten Ausführungsform (FIG. 6) >
7(a) ist ein Diagramm, das die relative Fluoreszenzintensität jeder Kapillare in dem Kapillar-Array bei der beidseitigen Bestrahlung zeigt. Die Ergebnisse in 7(a) wurden durch Umformen der Ergebnisse bei der einseitigen Bestrahlung in den 6(b) und (c) gewonnen. Im Fall von n₃ = 1,41 in 7(a) ist der Minimalwert der relativen Fluoreszenzintensität in den 24 Kapillaren MIN = 0,42 und der Variationskoeffizient ist CV = 11 %, wobei gefunden wird, dass MIN ≥ 0,2, CV ≤ 20 % und CV ≤ 15 % für die praktische Performance erfüllt sind. Ähnlich sind im Fall von n₃ = 1,33 die praktischen Leistungen somit ebenfalls erfüllt, da man MIN = 0,40 und CV = 12 % erhält.
7(b) ist ein Diagramm, das die relative Intensität der Fluoreszenz jeder Kapillare zeigt, wenn der Vignettierungseffekt des optischen Systems des genetischen Analysators der Serie 3500 berücksichtigt wird. Die Ergebnisse in 7(a) wurden durch Multiplizieren der Ergebnisse in 7(a) mit auf dem Vignettierungseffekt basierenden Korrekturkoeffizienten des optischen Systems gewonnen. Als Ergebnis der optischen Systemkorrektur erhält man MIN = 0,42 und CV = 9,0 % im Fall von n₃ = 1,41 und MIN = 0,40 und CV = 10 % erhält man im Fall von n₃ = 1,33, womit auch die praktischen Leistungen erfüllt sind.
Gemäß 7 ändert sich die relative Fluoreszenzintensität anders als in 5mit oder ohne Korrektur des optischen Systems nicht stark. Dies ist der Fall, weil die Gesamtbreite des Kapillar-Arrays in 6 (155 um-Intervall × (24 Kapillaren - 1 Kapillare) = 3,6 mm) schmaler ist als die Gesamtbreite des Kapillar-Arrays in 4 (370 um-Intervall × (24 Kapillaren - 1 Kapillare) = 8,5 mm). Mit anderen Worten, der Abstand zwischen jeder Kapillare und der optischen Achse ist kürzer, und damit ist der Vignettierungseffekt des optischen Systems in 6 geringer als in 4.
Infolgedessen wird im Fall von n₃ = 1,41 bei dem Kapillar-Array der in 6 gezeigten Ausführungsform CV = 11 % durch die Korrektur des optischen Systems aufgrund des Vignettierungseffekts des optischen Systems geringfügig auf CV = 9 % verringert. Im Gegensatz dazu wird CV = 11 % im Fall von n₃ = 1,41 bei dem Kapillar-Array des in 4 gezeigten genetischen Analysators der Serie 3500 durch die Korrektur des optischen Systems aufgrund des Vignettierungseffekts des optischen Systems stark auf CV = 0,76 % verringert. Ähnlich wird CV = 12 % durch die Korrektur des optischen Systems aufgrund des Vignettierungseffekts des optischen Systems im Fall von n₃ = 1,33 bei dem Kapillar-Array der vorliegenden Ausführungsform geringfügig auf CV = 10 % verringert.
<Schlussfolgerung der ersten Ausführungsform>
Wie oben beschrieben, wurde deutlich, dass jede Kapillare die Konvex-Linsen-Wirkung zeigt und die Mehrfachlaserstrahlfokussierung bei der Konfiguration der ersten Ausführungsform im Fall des Verwendens eines Trennungsmediums mit einem beliebigen Brechungsindex in dem Bereich von n₃ ≥ 1,33, der n₃ = 1,41 enthält, funktioniert. Darüber hinaus ist es als Modifikationsbeispiel der vorliegenden Konfiguration selbst im Fall des Verwendens einer beliebigen Kapillare mit R/r ≤ 4,4, zum Beispiel einer beliebigen Kapillare mit einem Außendurchmesser 2R ≤ 220 um, möglich, die Mehrfachlaserstrahlfokussierung zu veranlassen, zu funktionieren, wenn der Innendurchmesser auf 2r = 50 um festgelegt wird, da jede Kapillare unter der Bedingung von n₃ ≥ 1,33 die Konvex-Linsen-Wirkung zeigt.
(C) Zweite Ausführungsform
Bei der ersten Ausführungsform wurde der Fall beschrieben, in dem das Äußere der Kapillaren Luft (Brechungsindex n₁ = 1,00) ist. Bei einer zweiten Ausführungsform wird ein Fall beschrieben, bei dem das Äußere der Kapillaren nicht Luft (Brechungsindex n₁ ≠ 1,00) ist. Selbst in einem solchen Fall zeigt jede Kapillare gemäß der Technik der vorliegenden Offenbarung die Konvex-Linsen-Wirkung, und die Mehrfachlaserstrahlfokussierung funktioniert im Fall der Verwendung eines Trennungsmediums mit einem beliebigen Brechungsindex im Bereich von n₃ ≥ 1,33, der n₃ = 1,41 beinhaltet.
<Konfigurationsbeispiel eines herkömmlichen Kapillar-Arrays (PTL 2)>
8(a) ist ein Querschnittsdiagramm, das eine Konfiguration eines Kapillar-Arrays des auf PTL 2 basierenden genetischen Analysators der Serie 3730 veranschaulicht. Die Laserbestrahlungsteile von 96 Kapillaren mit einem Außendurchmesser 2R = 126 µm und einem Innendurchmesser 2r = 50 µm sind auf derselben Ebene in einem Intervall von 155 µm angeordnet. Ein Äußeres der Kapillaren ist mit eine Fluorlösung mit einem Brechungsindex n₁ = 1,29. Ein Material der Kapillaren ist Quarzglas mit einem Brechungsindex n₂ = 1,46.
8(b) ist ein Diagramm, das die Ergebnisse von Laserstrahl-Raytracing unter den obigen Bedingungen zeigt, wenn die einseitige Bestrahlung mit einem Laserstrahl mit einem Durchmesser von 50 µm von der linken Seite in einem Fall durchgeführt wird und das Innere der Kapillaren ein Trennungsmedium mit einem hohen Brechungsindex n₃ = 1,41 enthält. Da die Mehrfachlaserstrahlfokussierung funktioniert, kann das Innere aller 96 Kapillaren effizient bestrahlt werden. Dies entspricht der Tatsache, dass man gemäß Formel (1) Δθ = -0,69° erhält und damit jede Kapillare die Konvex-Linsen-Wirkung zeigt.
Andererseits ist 8(c) ein Diagramm, das die Ergebnisse von Laserstrahl-Raytracing unter den obigen Bedingungen in einem Fall zeigt, in dem das Innere der Kapillaren ein Trennungsmedium mit einem niedrigen Brechungsindex n₃ = 1,33 enthält. Da die Mehrfachlaserstrahlfokussierung nicht funktioniert, divergiert der Laserstrahl von dem Kapillar-Array und kann nicht effizient das gesamte Kapillar-Array bestrahlen. Dies entspricht der Tatsache, dass man gemäß Formel (1)
Δθ = +2,9° erhält und damit jede Kapillare die Konkav-Linsen-Wirkung zeigt.
<Verteilung der relativen Fluoreszenzintensität gemäß der herkömmlichen Kapillar-Array-Konfiguration (PTL 2)>
9(a) ist ein Diagramm, das die relative Fluoreszenzintensität jeder Kapillare in dem Kapillar-Array mit der beidseitigen Bestrahlung zeigt. Die Ergebnisse in 9(a) wurden durch Umformen der Ergebnisse mit der einseitigen Bestrahlung in den 8(b) und (c) gewonnen. Im Fall von n₃ = 1,41 ist der Minimalwert der relativen Fluoreszenzintensität in den 96 Kapillaren MIN = 0,63 und der Variationskoeffizient ist CV = 3,2 %, wobei gefunden wird, dass MIN ≥ 0,2, CV ≤ 20 % und CV ≤ 15 % für die praktischen Leistungen erfüllt sind. Andererseits wird im Fall von n₃ = 1,33 gefunden, dass die Erfordernisse für die praktischen Leistungen nicht erfüllt sind, da MIN = 0,00067 und CV = 192 % sind.
<Konfigurationsbeispiel eines herkömmlichen Kapillar-Arrays (NPL 1)>
10(a) ist ein Querschnittsdiagramm, das eine Konfiguration eines auf NPL 1 basierenden Kapillar-Arrays veranschaulicht. Die Laserbestrahlungsteile von 96 Kapillaren mit einem Außendurchmesser 2R = 126 µm und einem Innendurchmesser 2r = 50 µm sind auf derselben Ebene in einem Intervall von 155 µm angeordnet. 48 Analyse-Kapillaren und 48 Linsen-Kapillaren sind abwechselnd in dem Kapillar-Array angeordnet. Ein Äußeres der Kapillaren ist eine Anpassungslösung mit einem Brechungsindex n₁ = 1,46 versehen. Ein Material der Kapillaren ist Quarzglas mit einem Brechungsindex n₂ = 1,46. Ein Brechungsindex eines Mediums des Inneren der Linsen-Kapillaren ist n₄ = 1,53.
10(b) ist ein Diagramm, das die Ergebnisse von Laserstrahl-Raytracing unter den obigen Bedingungen zeigt, wenn die einseitige Bestrahlung mit einem Laserstrahl mit einem Durchmesser von 50 µm von der linken Seite in einem Fall durchgeführt wird, in dem das Innere der Analyse-Kapillaren ein Trennungsmedium mit einem hohen Brechungsindex n₃ = 1,41 enthält. Da die Mehrfachlaserstrahlfokussierung funktioniert, kann das Innere aller 96 Kapillaren effizient bestrahlt werden. Dies ist der Fall, weil aufgrund von Formel (1) der Brechungswinkel durch eine Analyse-Kapillare Δθ_A = +2,4° ist, während man als Brechungswinkel durch eine Linsen-Kapillare Δθ_B = -3,0° ist und man somit Δθ_A + Δθ_B = -0,6° erhält. Daher zeigt ein Satz aus einer Analyse-Kapillare und einer Linsen-Kapillare die Konvex-Linsen-Wirkung, und die Mehrfachlaserstrahlfokussierung funktioniert.
Andererseits ist 10(c) ein Diagramm, das die Ergebnisse von Laserstrahl-Raytracing unter den obigen Bedingungen in einem Fall zeigt, in dem das Innere der Analyse-Kapillaren ein Trennungsmedium mit einem niedrigen Brechungsindex n₃ = 1,33 enthält. Da die Mehrfachlaserstrahlfokussierung nicht funktioniert, divergiert der Laserstrahl von dem Kapillar-Array und kann nicht effizient das gesamte Kapillar-Array bestrahlen. Dies ist der Fall, weil gemäß Formel (1) der Brechungswinkel durch eine Analyse-Kapillare Δθ_A = +6,6° ist, während der Brechungswinkel durch eine Linsen-Kapillare Δθ_B = -3,0° ist. Da man Δθ_A + Δθ_B = +3,6° erhält, zeigt ein Satz aus einer Analyse-Kapillare und einer Linsen-Kapillare die Konkav-Linsen-Wirkung, und die Mehrfachlaserstrahlfokussierung funktioniert nicht.
<Verteilung der relativen Fluoreszenzintensität gemäß einer herkömmlichen Kapillar-Array-Konfiguration (NPL 1)>
11(a) ist ein Diagramm, das die relative Fluoreszenzintensität jeder Kapillare in dem Kapillar-Array mit der beidseitigen Bestrahlung zeigt. Die Ergebnisse in 11(a) wurden durch Umformen der Ergebnisse mit der einseitigen Bestrahlung in den 10(b) und (c) gewonnen. Im Fall von n₃ = 1,41 ist der Minimalwert der relativen Fluoreszenzintensität in den 48 Analyse-Kapillaren MIN = 0,58 und der Variationskoeffizient ist CV = 7 %, wobei gefunden wird, dass MIN ≥ 0,2, CV ≤ 20 % und CV ≤ 15 % für die praktische Performance erfüllt sind. Andererseits erhält man im Fall von n₃ = 1,33 MIN = 0,00247 und CV = 193 %, wobei gefunden wird, dass die Erfordernisse für die praktischen Leistungen nicht erfüllt sind.
<Konfigurationsbeispiel eines herkömmlichen Kapillar-Arrays (PTL 3) >
12(a) ist ein Querschnittsdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel eines auf PTL 3 basierenden Kapillar-Arrays veranschaulicht. Die Laserbestrahlungsteile von 96 Kapillaren mit einem Außendurchmesser 2R = 126 µm und einem Innendurchmesser 2r = 50 µm sind auf derselben Ebene in einem Intervall von 155 µm angeordnet. 48 Analyse-Kapillaren und 48 Linsen-Kapillaren sind abwechselnd in dem Kapillar-Array angeordnet. Ein Äußeres der Kapillaren ist Wasser mit einem Brechungsindex n₁ = 1,33. Ein Material der Kapillaren ist Quarzglas mit einem Brechungsindex n₂ = 1,46. Ein Brechungsindex eines Mediums des Inneren der Linsen-Kapillaren ist n₄ = 1,53.
12(b) ist ein Diagramm, das die Ergebnisse von Laserstrahl-Raytracing unter den obigen Bedingungen zeigt, wenn die einseitige Bestrahlung mit einem Laserstrahl mit einem Durchmesser von 50 µm von der linken Seite in einem Fall durchgeführt wird, in dem das Innere der Analyse-Kapillaren ein Trennungsmedium mit einem hohen Brechungsindex n₃ = 1,41 enthält. Da die Mehrfachlaserstrahlfokussierung funktioniert, kann das Innere aller 96 Kapillaren effizient bestrahlt werden. Dies ist der Fall, weil gemäß Formel (1) der Brechungswinkel durch eine Analyse-Kapillare Δθ_A = +0,03° ist, während der Brechungswinkel durch eine Linsen-Kapillare Δθ_B = -2,1° ist, und daher erhält man Δθ_A + Δθ_B = -2,07°. Daher zeigt ein Satz aus einer Analyse-Kapillare und einer Linsen-Kapillare die Konvex-Linsen-Wirkung, und die Mehrfachlaserstrahlfokussierung funktioniert.
Andererseits ist 12(c) ein Diagramm, das die Ergebnisse von Laserstrahl-Raytracing unter den obigen Bedingungen in einem Fall zeigt, in dem das Innere der Analyse-Kapillaren ein Trennungsmedium mit einem niedrigen Brechungsindex n₃ = 1,33 enthält. Da die Mehrfachlaserstrahlfokussierung nicht funktioniert, divergiert der Laserstrahl von dem Kapillar-Array und kann nicht effizient das gesamte Kapillar-Array bestrahlen. Dies ist der Fall, weil gemäß Formel (1) der Brechungswinkel durch eine Analyse-Kapillare Δθ_A = +3,7° ist, während der Brechungswinkel durch eine Linsen-Kapillare Δθ_B = -2,1° ist und man damit Δθ_A + Δθ_B = +1,6° erhält. Daher zeigt ein Satz aus einer Analyse-Kapillare und einer Linsen-Kapillare die Konkav-Linsen-Wirkung, und die Mehrfachlaserstrahlfokussierung funktioniert nicht. Daher können mehrere Kapillaren nicht gleichzeitig mit einem Laserstrahl bestrahlt werden, wenn ein Trennungsmedium mit einem niedrigen Brechungsindex verwendet wird.
<Verteilung der relativen Fluoreszenzintensität gemäß der herkömmlichen Kapillar-Array-Konfiguration (FIG. 12)>
13 ist ein Diagramm, das die relative Fluoreszenzintensität jeder Kapillare in dem Kapillar-Array bei der beidseitigen Bestrahlung zeigt. Die Ergebnisse in 13 wurden durch Umformen der Ergebnisse bei der einseitigen Bestrahlung in den 12(b) und (c) gewonnen. Im Fall von n₃ = 1,41 ist der Minimalwert der relativen Fluoreszenzintensität in den 48 Analyse-Kapillaren MIN = 0,79 und der Variationskoeffizient ist CV = 1 %, wobei gefunden wird, dass MIN ≥ 0,2, CV ≤ 20 % und CV ≤ 15 % für die praktischen Leistungen erfüllt sind. Andererseits erhält man im Fall von n₃ = 1,33 MIN = 0,00975 und CV = 119 %, wobei gefunden wird, dass die Erfordernisse für die praktischen Leistungen nicht erfüllt sind.
<Beispiel einer Ausführungsform des Kapillar-Arrays gemäß der zweiten Ausführungsform>
14(a) ist ein Querschnittsdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel für ein Kapillar-Array der zweiten Ausführungsform zeigt. Die Laserbestrahlungsteile von 96 Kapillaren mit einem Außendurchmesser 2R = 126 µm und einem Innendurchmesser 2r = 50 µm sind auf derselben Ebene in einem Intervall von 155 µm angeordnet. 48 Analyse-Kapillaren und 48 Linsen-Kapillaren sind abwechselnd in dem Kapillar-Array angeordnet. Ein Äußeres der Kapillaren ist eine Fluorlösung mit einem Brechungsindex n₁ = 1,29 versehen. Ein Material der Kapillaren ist Quarzglas mit einem Brechungsindex n₂ = 1,46. Ein Brechungsindex eines Mediums des Inneren der Linsen-Kapillaren ist n₄ = 1,46. Da n₂ = n₄ = 1,46 ist, können anstelle der Linsen-Kapillaren Stablinsen mit einem Außendurchmesser 2R = 126 µm und einem Brechungsindex von 1,46 verwendet werden. Es ist jedoch in der Regel schwierig, den Außendurchmesser der Kapillare und den Außendurchmesser der Stablinse aufeinander abzustimmen. Andererseits ist es einfacher, die Außendurchmesser sowohl der Analyse-Kapillare als auch der Linsen-Kapillare aufeinander abzustimmen, indem sowohl für die Analyse-Kapillare als auch die Linsen-Kapillare Kapillaren mit derselben Spezifikation und derselben Charge verwendet werden.
14(b) ist ein Diagramm, das die Ergebnisse von Laserstrahl-Raytracing unter den obigen Bedingungen zeigt, wenn die einseitige Bestrahlung mit einem Laserstrahl mit einem Durchmesser von 50 µm von der linken Seite in einem Fall zeigt, in dem das Innere der Analyse-Kapillaren ein Trennungsmedium mit einem hohen Brechungsindex n₃ = 1,41 enthält. Da die Mehrfachlaserstrahlfokussierung funktioniert, kann das Innere aller 96 Kapillaren effizient bestrahlt werden. Dies ist der Fall, weil gemäß Formel (1) der Brechungswinkel durch eine Analyse-Kapillare Δθ_A = - 0,7° ist, während der Brechungswinkel durch eine Linsen-Kapillare Δθ_B = -2,7° ist und man damit Δθ_A + Δθ_B = -3,4° erhält. Daher zeigt ein Satz aus einer Analyse-Kapillare und einer Linsen-Kapillare die Konvex-Linsen-Wirkung, und die Mehrfachlaserstrahlfokussierung funktioniert.
Andererseits ist 14(c) ein Diagramm, das die Ergebnisse von Laserstrahl-Raytracing unter den obigen Bedingungen in einem Fall zeigt, in dem das Innere der Analyse-Kapillaren ein Trennungsmedium mit einem niedrigen Brechungsindex n₃ = 1,33 enthält. Obwohl die Mehrfachlaserstrahlfokussierung funktioniert, kann das gesamte Kapillar-Array nicht sehr effizient bestrahlt werden, da der Laserstrahl von dem Kapillar-Array geringfügig divergiert. Dies ist der Fall, weil gemäß Formel (1) als Brechungswinkel durch eine Analyse-Kapillare Δθ_A = +2,9° ist, während der Brechungswinkel durch eine Linsen-Kapillare Δθ_B = -2,7° ist und man damit Δθ_A + Δθ_B = +0,2° erhält. Daher zeigt ein Satz aus einer Analyse-Kapillare und einer Linsen-Kapillare eine geringfügige Konkav-Linsen-Wirkung, und die Mehrfachlaserstrahlfokussierungsfunktion wird verschlechtert. Es ist jedoch, verglichen mit den Ergebnissen, die durch die in den in 10(c) und 12(c) gezeigten herkömmlichen Methoden erhalten wurden, möglich, jede Kapillare gleichzeitig mit hoher Effizienz zu bestrahlen.
<Verteilung der relativen Fluoreszenzintensität gemäß der Kapillar-Array-Konfiguration der zweiten Ausführungsform (FIG. 14)>
15 ist ein Diagramm, das die relative Fluoreszenzintensität jeder Kapillare in dem Kapillar-Array bei der beidseitigen Bestrahlung zeigt- Die Ergebnisse in 15 wurden durch Umformen der Ergebnisse bei der einseitigen Bestrahlung in den 14(b) und (c) gewonnen. Im Fall von n₃ = 1,41 ist der Minimalwert der relativen Fluoreszenzintensität in den 48 Analyse-Kapillaren MIN = 0,68 und der Variationskoeffizient ist CV = 2 %, wobei gefunden wird, dass MIN ≥ 0,2, CV ≤ 20 % und CV ≤ 15 % für die praktischen Leistungen erfüllt sind. Andererseits erhält man im Fall von n₃ = 1,33 MIN = 0,42 und CV = 11 %, wobei gefunden wird, dass MIN ≥ 0,2 und CV ≤ 20 % erfüllt sind, während CV ≤ 15 % nicht erfüllt ist. Daher wird als nächstes ein Verfahren zum gleichzeitigen Bestrahlen von 48 oder mehr Analyse-Kapillaren mit einem Laserstrahl mit höherer Effizienz vorgeschlagen.
<Weiteres Konfigurationsbeispiel eines Kapillar-Arrays gemäß der zweiten Ausführungsform>
16(a) ist ein Querschnittsdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel des Kapillar-Arrays der zweiten Ausführungsform veranschaulicht. Die Laserbestrahlungsteile von 96 Kapillaren mit einem Außendurchmesser 2R = 126 µm und einem Innendurchmesser 2r = 50 µm sind auf derselben Ebene in einem Intervall von 155 µm angeordnet. 48 Analyse-Kapillaren und 48 Linsen-Kapillaren sind abwechselnd in dem Kapillar-Array angeordnet. Ein Äußeres der Kapillaren ist eine Fluorlösung mit einem Brechungsindex n₁ = 1,25. Ein Material der Kapillaren ist Quarzglas mit einem Brechungsindex n₂ = 1,46. Die Spezifikationen der Fluorlösung mit dem Brechungsindex n₁ = 1,25 unterscheiden sich von denen der Fluorlösung mit dem Brechungsindex n₁ = 1,29, die in den 8 und 14 verwendet wird, und werden bei den bekannten Techniken nicht gewählt. Obwohl ein Verringern des Brechungsindexes des Äußeren der Kapillaren die Konvex-Linsen-Wirkung jeder Kapillare verstärken kann, erhöht es gleichzeitig auch den Reflexionsverlust des Laserstrahls. Daher ist es unklar, ob die Verringerung des Brechungsindexes des Äußeren der Kapillaren für die gleichzeitige Bestrahlung von 48 oder mehr Analyse-Kapillaren wirksam ist. Die Fluorlösung mit einem Brechungsindex n₁ = 1,25 kann zum Beispiel Fluorinert (eingetragene Marke) sein, das von 3M kommerziell erhältlich ist. Der Brechungsindex eines Mediums des Inneren der Linsen-Kapillaren ist n₄ = 1,46.
16(b) ist ein Diagramm, das die Ergebnisse von Laserstrahl-Raytracing unter den obigen Bedingungen zeigt, wenn die einseitige Bestrahlung mit einem Laserstrahl mit einem Durchmesser von 50 µm von der linken Seite in einem Fall durchgeführt wird, in dem das Innere der Analyse-Kapillaren ein Trennungsmedium mit einem hohen Brechungsindex n₃ = 1,41 enthält. Da die Mehrfachlaserstrahlfokussierung funktioniert, kann das Innere aller 96 Kapillaren effizient bestrahlt werden. Dies ist der Fall, weil gemäß Formel (1) der Brechungswinkel durch eine Analyse-Kapillare Δθ_A = -1,4° ist, während der Brechungswinkel durch eine Linsen-Kapillare Δθ_B = -3,3° ist, und daher erhält man Δθ_A + Δθ_B = -4,7°. Daher zeigt ein Satz aus einer Analyse-Kapillare und einer Linsen-Kapillare die Konvex-Linsen-Wirkung und die Mehrfachlaserstrahlfokussierung funktioniert.
Andererseits ist 16(c) ein Diagramm, das die Ergebnisse von Laserstrahl-Raytracing unter den obigen Bedingungen in einem Fall zeigt, in dem das Innere der Analyse-Kapillaren ein Trennungsmedium mit einem niedrigen Brechungsindex n₃ = 1,33 enthält. Die Mehrfachlaserstrahlfokussierung funktioniert, und das Innere aller 96 Kapillaren können effizient bestrahlt werden. Dies ist der Fall, weil gemäß Formel (1) als Brechungswinkel durch eine Analyse-Kapillare Δθ_A = +2,0° ist, während der Brechungswinkel durch eine Linsen-Kapillare Δθ_B = -3,3° ist, und daher erhält man Δθ_A + Δθ_B = -1,3°. Daher zeigt ein Satz aus einer Analyse-Kapillare und einer Linsen-Kapillare die Konvex-Linsen-Wirkung, und die Mehrfachlaserstrahlfokussierung funktioniert.
<Verteilung der relativen Fluoreszenzintensität gemäß der Kapillar-Array-Konfiguration der zweiten Ausführungsform (FIG. 16)>
17 ist ein Diagramm, das die relative Fluoreszenzintensität jeder Kapillare in dem Kapillar-Array mit der beidseitigen Bestrahlung zeigt. Die Ergebnisse in 17 wurden durch Umformen der Ergebnisse bei der einseitigen Bestrahlung in den 16(b) und (c) gewonnen. Im Fall von n₃ = 1,41 ist der Minimalwert der relativen Fluoreszenzintensität in den 48 Analyse-Kapillaren MIN = 0,54, und der Variationskoeffizient ist CV = 6 %, wobei gefunden wird, dass MIN ≥ 0,2, CV ≤ 20 % und CV ≤ 15 % für die praktische Performance erfüllt sind. Andererseits erhalt man im Fall von n₃ = 1,33 MIN = 0,47 und CV = 8 %, wobei gefunden wird, dass MIN ≥ 0,2, CV ≤ 20 % und CV ≤ 15 % erfüllt sind. Mit anderen Worten, die vorliegende Konfiguration ist ein geeignetes Verfahren zum gleichzeitigen Bestrahlen von 48 oder mehr Analyse-Kapillaren mit einem Laserstrahl.
<Weiteres Konfigurationsbeispiel eines Kapillar-Arrays gemäß der zweiten Ausführungsform>
18(a) ist ein Querschnittsdiagramm einer Konfiguration eines Kapillar-Arrays der vorliegenden Ausführungsform. Die Laserbestrahlungsteile von 192 Kapillaren mit einem Außendurchmesser 2R = 126 µm und einem Innendurchmesser 2r = 50 µm sind auf derselben Ebene in einem Intervall von 155 µm angeordnet. 96 Analyse-Kapillaren und 96 Linsen-Kapillaren sind abwechselnd in dem Kapillar-Array angeordnet. Ein Äußeres der Kapillaren ist eine Fluorlösung mit einem Brechungsindex n₁ = 1,25 versehen. Ein Material der Kapillaren ist Quarzglas mit einem Brechungsindex n₂ = 1,46. Ein Brechungsindex eines Mediums des Inneren der Linsen-Kapillaren ist n₄ = 1,46.
18(b) ist ein Diagramm, das die Ergebnisse von Laserstrahl-Raytracing unter den obigen Bedingungen zeigt, wenn die einseitige Bestrahlung mit einem Laserstrahl mit einem Durchmesser von 50 µm von der linken Seite in einem Fall durchgeführt wird, in dem das Innere der Analyse-Kapillaren ein Trennungsmedium mit einem hohen Brechungsindex n₃ = 1,41 enthält. Da die Mehrfachlaserstrahlfokussierung funktioniert, kann das Innere aller 192 Kapillaren effizient bestrahlt werden. Der Brechungswinkel durch jede Kapillare entspricht demjenigen im Fall von 16(b).
Andererseits ist 18(c) ein Diagramm, das die Ergebnisse von Laserstrahl-Raytracing unter den obigen Bedingungen in einem Fall zeigt, in dem das Innere der Analyse-Kapillaren ein Trennungsmedium mit einem niedrigen Brechungsindex n₃ = 1,33 enthält. Die die Mehrfachlaserstrahlfokussierung funktioniert, und das Innere aller 192 Kapillaren kann effizient bestrahlt werden. Der Brechungswinkel durch jede Kapillare entspricht dem im Fall von 16(c).
<Verteilung der relativen Fluoreszenzintensität gemäß der Kapillar-Array-Konfiguration der zweiten Ausführungsform (FIG. 18)>
19 ist ein Diagramm, das die relative Fluoreszenzintensität jeder Kapillare in dem Kapillar-Array bei der beidseitigen Bestrahlung zeigt. Die Ergebnisse in 19 wurden durch Umformen der Ergebnisse bei der einseitigen Bestrahlung in den 18(b) und (c) gewonnen. Im Fall von n₃ = 1,41 ist der Minimalwert der relativen Fluoreszenzintensität in den 96 Analyse-Kapillaren MIN = 0,30 und der Variationskoeffizient ist CV = 20 %, wobei gefunden wird, dass MIN ≥ 0,2 und CV ≤ 20 % für die praktische Performance erfüllt sind, während CV ≤ 15 % nicht erfüllt ist. Andererseits erhält man im Fall von n₃ = 1,33 MIN = 0,23 und CV = 27 %, wobei gefunden wird, dass MIN ≥ 0,2 und CV ≤ 20 % erfüllt sind, während CV ≤ 20 % und CV≤ 15 % nicht erfüllt sind. Die vorliegende Konfiguration bietet jedoch eindeutig ein geeignetes Verfahren zum gleichzeitigen Bestrahlen von 96 oder mehr Analyse-Kapillaren mit einem Laserstrahl, verglichen mit dem Fall in 9 (PTL 2), in dem n₃ = 1,33 ist.
<Änderung der Anzahl von Kapillaren>
Ähnlich zu den 16 bis 19 ist 20 ein Diagramm, das die relative Fluoreszenzintensität jeder Analyse-Kapillare in Kapillar-Arrays, bei denen 24, 48, 72 oder 96 Analyse-Kapillaren und 24, 48, 72 oder 96 Linsen-Kapillaren mit einem Außendurchmesser 2R = 126 µm und einem Innendurchmesser 2r = 50 µm auf derselben Ebene in einem Intervall von 155 µm angeordnet sind, bei der beidseitigen Bestrahlung zeigt. Ein Äußeres der Kapillaren ist eine Fluorlösung mit einem Brechungsindex n₁ = 1,25. Ein Material der Kapillaren ist Quarzglas mit einem Brechungsindex n₂ = 1,46. Das Innere der Analyse-Kapillaren enthält ein Trennungsmedium mit einem niedrigen Brechungsindex n₃ = 1,33. Ein Brechungsindex des Mediums des Inneren der Linsen-Kapillaren ist n₄ = 1,46. Das heißt, in 20 ist der Graph der schwarzen rhombenförmigen Plots für die 48 Analyse-Kapillaren derselbe wie der Graph für n₃ = 1,33 in 17. Der Graph der schwarzen Quadrat-Plots für die 96 Analyse-Kapillaren ist derselbe wie der Graph für n₃ = 1,33 in 19. Wie oben beschrieben versteht es sich, dass sich die Ausführungsform für die gleichzeitige Bestrahlung einer unterschiedlichen Anzahl von Analyse-Kapillaren von 24 bis 96 mit einem Laserstrahl eignet. Es versteht sich von selbst, dass die Konfiguration der vorliegenden Ausführungsform auch für 24 oder weniger, oder 96 oder mehr Analyse-Kapillaren effektiv ist.
(D) Dritte Ausführungsform
Bei einer dritten Ausführungsform wird der Einfluss des Brechungsindexes des Mediums des Äußeren der Kapillaren bei der Konfiguration des Kapillar-Arrays der in 16 gezeigten zweiten Ausführungsform evaluiert. Die Laserbestrahlungsteile der 96 Kapillaren mit dem Außendurchmesser 2R = 126 µm und dem Innendurchmesser 2r = 50 µm sind auf derselben Ebene in dem Intervall von 155 µm angeordnet. Die 48 Analyse-Kapillaren und die 48 Linsen-Kapillaren sind abwechselnd in dem Kapillar-Array angeordnet. Das Material der Kapillaren ist Quarzglas mit einem Brechungsindex n₂ = 1,46. Das Innere der Analyse-Kapillaren enthält ein Trennungsmedium mit einem niedrigen Brechungsindex n₃ = 1,33. Der Brechungsindex des Mediums des Inneren der Linsen-Kapillaren ist n₄ = 1,46.
21(a) zeigt relative Fluoreszenzintensitäten der 48 Analyse-Kapillaren gegenüber dem Brechungsindex n₁ des Äußeren der Kapillaren von 1,20 auf 1,33 unter den obigen Bedingungen, wobei die Maximalwerte durch schwarze Dreiecks-Plots dargestellt sind, die Mittelwerte durch schwarze Kreis-Plots dargestellt sind und die Minimalwerte durch schwarze Quadrat-Plots dargestellt sind. Aus den Ergebnissen ist ersichtlich, dass MIN ≥ 0,2 für die praktische Performance im Fall von n₁ ≤ 1,31 erfüllt ist. Darüber hinaus sind höhere Leistungen, das heißt, MIN ≥ 0,3 und MIN ≥ 0,4, erfüllt, wenn m ≤ 1,30 bzw. 1,23 ≤ m ≤ 1,29.
21(b) zeigt den Variationskoeffizienten der relativen Fluoreszenzintensitäten der 48 Analyse-Kapillaren gegenüber dem Brechungsindex n₁ des Äußeren der Kapillaren unter denselben Bedingungen wie in 21(a) von 1,20 auf 1,33 geändert wird. Aus den Ergebnissen ist ersichtlich, dass CV ≤ 20 % für die praktische Performance im Fall von n₁ ≤ 1,30 erfüllt ist. Darüber hinaus versteht es sich, dass CV ≤ 15 % für die praktische Performance im Fall von 1,21 ≤ m ≤ 1,29 erfüllt ist. Außerdem versteht es sich, dass CV ≤ 10 % im Fall von 1,24 ≤ m ≤ 1,28 erfüllt ist, was auf eine höhere Performance hinweist.
m = 1,25 in 16 ist eine Bedingung, unter der CV ≤ 10 % erreicht wird, und MIN = 0,47 und CV = 8 % werden tatsächlich erreicht, wie in 17 gezeigt, n₁ = 1,29 in 14 ist eine Bedingung, unter der CV ≤ 15 % erreicht wird, während CV ≤ 10 % nicht erreicht wird, und MIN = 0,42 und CV = 11 % werden, wie in 15 gezeigt, tatsächlich erreicht. Mit anderen Worten, aus 21 ist ersichtlich, dass n₁ = 1,25 eine stärker zu bevorzugende Bedingung darstellt als n₁ = 1,29. Insgesamt versteht es sich aus dem Obigen, dass man im Fall von 1,24 ≤ n₁ ≤ 1,28 eine höhere Performance erhält und man im Fall von n₁ = 1,26 die höchste Performance erhält.
(E) Vierte Ausführungsform
Bei einer vierten Ausführungsform werden die Einflüsse des Außendurchmessers der Kapillaren und des Verhältnisses des Außendurchmessers zu dem Innendurchmesser bei der Konfiguration des Kapillar-Arrays der in 16 gezeigten zweiten Ausführungsform evaluiert. Die Laserbestrahlungsteile der 96 Kapillaren mit dem Innendurchmesser 2r = 50 µm sind auf derselben Ebene angeordnet. Die 48 Analyse-Kapillaren und die 48 Linsen-Kapillaren sind abwechselnd in dem Kapillar-Array angeordnet. Das Äußere der Kapillaren ist die Fluorlösung mit dem Brechungsindex n₁ = 1,25. Das Material der Kapillaren ist Quarzglas mit dem Brechungsindex n₂ = 1,46. Das Innere der Analyse-Kapillaren enthält das Trennungsmedium mit dem niedrigen Brechungsindex n₃ = 1,33, und das Innere der Linsen-Kapillaren enthält die Anpassungslösung mit dem Brechungsindex n₄ = 1,46.
22(a) zeigt relative Fluoreszenzintensitäten der 48 Analyse-Kapillaren gegenüber dem Außendurchmesser 2R der Kapillaren unter den obigen Bedingungen von 75 µm auf 250 µm ändert, wobei die Maximalwerte durch schwarze Dreiecks-Plots dargestellt sind, die Mittelwerte durch schwarze Kreis-Plots dargestellt sind und die Minimalwerte durch schwarze Quadrat-Plots dargestellt sind. Das Intervall bei der Kapillaranordnung ist ein Wert, der durch Addieren von 29 µm zu dem Außendurchmesser 2R gewonnen wird. Aus den Ergebnissen geht hervor, dass MIN ≥ 0,2 für die praktische Performance erfüllt ist, wenn der Außendurchmesser 2R ≤ 190 um ist. Darüber hinaus sind höhere Leistungen, das heißt, MIN ≥ 0,3 und MIN ≥ 0,4, erfüllt, wenn 2R ≤ 175 um bzw. 90um ≤ 2R ≤ 150 µm gilt. Mit anderen Worten, es versteht sich, dass MIN ≥ 0,2 für die praktische Performance erfüllt ist, wenn das Verhältnis des Außendurchmessers zu dem Innendurchmesser R/r ≤ 3,8 ist. Darüber hinaus sind höhere Leistungen, das heißt, MIN ≥ 0,3 und MIN ≥ 0,4, erfüllt, wenn R/r ≤ 3,5 bzw. 1,8 ≤ R/r ≤ 3,0 gilt.
22(b) zeigt den Variationskoeffizienten der relativen Fluoreszenzintensitäten der 48 Analyse-Kapillaren gegenüber dem Außendurchmesser 2R der Kapillaren von 75 µm auf 250 µm unter denselben Bedingungen wie in 22(a). Aus den Ergebnissen geht hervor, dass CV ≤ 20 % für die praktische Leistung erfüllt ist, wenn der Außendurchmesser 2R ≤ 175 um ist. Darüber hinaus versteht es sich, dass CV ≤ 15 % für die praktische Leistung erfüllt ist, wenn 85 um ≤ 2R ≤ 160 µm gilt. Darüber hinaus versteht es sich, dass CV ≤ 10 % erfüllt ist, was eine höhere Leistung anzeigt, wenn 100 um ≤ 2R ≤ 140 µm gilt. Mit anderen Worten, es versteht sich, dass CV ≤ 20 % für die praktische Performance erfüllt ist, wenn das Verhältnis des Außendurchmessers zu dem Innendurchmesser R/r ≤ 3,5 ist. Außerdem versteht es sich, dass CV ≤ 15 % für die praktische Performance erfüllt ist, wenn man 1,7 ≤ R/r ≤ 3,2 einstellt. Darüber hinaus versteht es sich, dass CV ≤ 10 % erfüllt ist, was eine höhere Leistung anzeigt, wenn 2,0 ≤ R/r ≤ 2,8 gilt.
Insgesamt ergibt sich aus dem Obigen, dass man die höchste Leistung erhält, wenn 100 um ≤ 2R ≤ 140 um, das heißt, 2,0 ≤ R/r ≤ 2,8, gilt.
(F) Fünfte Ausführungsform
<Verallgemeinerung der Technik der vorliegenden Offenbarung>
Eine fünfte Ausführungsform verallgemeinert Merkmale einer Konfiguration eines Kapillar-Arrays der vorliegenden Offenbarung, bei der Analyse-Kapillaren und Linsen-Kapillaren abwechselnd angeordnet sind. Dabei sind die Anzahlen der Analyse-Kapillaren und der Linsen-Kapillaren nicht unbedingt gleich. Wenn man Analyse-Kapillaren an beiden Enden des Kapillar-Arrays verwendet, können N Analyse-Kapillaren und N-1 Linsen-Kapillaren abwechselnd angeordnet werden, wobei N eine ganze Zahl von 2 oder mehr ist. Wenn man Linsen-Kapillaren an beiden Enden des Kapillar-Arrays verwendet, können N Analyse-Kapillaren und N+1 Linsen-Kapillaren abwechselnd angeordnet werden. Im Folgenden steht der Begriff „Kapillare“ sowohl für „Analyse-Kapillare“ als auch für „Linsen-Kapillare“. Bei dem Laserbestrahlungsteil jeder Kapillare ist ein Außenradius der Kapillare als R definiert (ein Außendurchmesser ist 2R), ein Innenradius ist als r definiert (ein Innendurchmesser ist 2r), ein Brechungsindex eines Mediums eines Äußeren der Kapillare ist als n₁ definiert, ein Brechungsindex eines Materials der Kapillare ist als n₂ definiert, ein Brechungsindex eines Mediums eines Inneren jeder Analyse-Kapillare ist als n₃ definiert, und ein Brechungsindex eines Mediums eines Inneren der Linsen-Kapillare ist als n₄ definiert. Ein Brechungswinkel, wenn ein Laserstrahl durch eine Analyse-Kapillare geleitet wird, ist als θ_A definiert. Und ein Brechungswinkel, wenn der Laserstrahl durch eine Linsen-Kapillare geleitet wird, ist als θ_B definiert. Die folgende, aus Formel (1) abgeleitete Formel (5) drückt einen Brechungswinkel aus, wenn der Laserstrahl durch einen Satz aus einer Analyse-Kapillare und einer Linsen-Kapillare geleitet wird.
[Mathematische Formel 5] $Δ θ_{A} + Δ θ_{B} = 2 \cdot {- 2 \cdot {sin}^{- 1} (\frac{r}{2 \cdot R}) + 2 \cdot {sin}^{- 1} (\frac{r \cdot n_{1}}{2 \cdot R \cdot n_{2}}) - 2 \cdot {sin}^{- 1} (\frac{n_{1}}{2 \cdot n_{2}}) + {sin}^{- 1} (\frac{n_{1}}{2 \cdot n_{3}}) + {sin}^{- 1} (\frac{n_{1}}{2 \cdot n_{4}})}$
Wie bereits bei der zweiten bis vierten Ausführungsform soweit klargestellt wurde, ist bei der Konfiguration der Technik der vorliegenden Offenbarung die Bedingung dafür, dass die Mehrfachlaserstrahlfokussierung funktioniert, als Δθ_A + Δθ_B ≤ 0 gegeben. Diese Bedingung findet sich erstmals in der Technik der vorliegenden Offenbarung. Insbesondere in einem Fall, in dem das Innere der Analyse-Kapillaren mit einem Trennungsmedium mit niedrigem Brechungsindex gefüllt sind, insbesondere unter den Bedingungen n₃ < 1,36, idealerweise n₃ ≤ 1,35, noch idealer n₃ ≤ 1,34 und schließlich n₃ = 1,33, ist es erforderlich, dass Δθ_A + Δθ_B ≤ 0 erfüllt ist. Diese sind bei keinem der bekannten Beispiele realisiert. Um einen Reflexionsverlust eines Laserstrahls an einer Linsen-Kapillare zu verringern, ist außerdem eine Bedingung von n₂ = n₄ vorzuziehen. In diesem Fall wird Formel (5) zu der folgenden Formel (6) modifiziert.
[Mathematische Formel 6] $Δ θ_{A} + Δ θ_{B} = 2 \cdot {- 2 \cdot {sin}^{- 1} (\frac{r}{2 \cdot R}) + 2 \cdot {sin}^{- 1} (\frac{r \cdot n_{1}}{2 \cdot R \cdot n_{2}}) - {sin}^{- 1} (\frac{n_{1}}{2 \cdot n_{2}}) + {sin}^{- 1} (\frac{n_{1}}{2 \cdot n_{3}})}$
Der Brechungswinkel, wenn anstelle der Linsen-Kapillare eine Stablinse mit einem Brechungsindex von n₂ verwendet wird, wird ebenfalls durch Formel (6) ausgedrückt.
<Verhältnis von Analyse-Kapillaren und Linsen-Kapillaren>
Bisher waren die Analyse-Kapillaren und die Linsen-Kapillaren abwechselnd in einem Verhältnis von 1:1 angeordnet, aber das Verhältnis ist nicht notwendigerweise 1:1. Wenn zum Beispiel eine Linsen-Kapillare für zwei Analyse-Kapillaren verwendet wird, reicht es aus, dass die Konvex-Linsen-Wirkung als Ganzes gezeigt wird und die Mehrfachlaserstrahlfokussierung funktioniert. In diesem Fall können die Kapillaren so angeordnet werden, dass ein Satz aus zwei Analyse-Kapillaren und einer Linsen-Kapillare eine Einheit darstellt und so, dass mehrere Einheiten wiederholt werden. Es ist nicht erforderlich, dass die Einheiten über das gesamte Kapillar-Array wiederholt werden. Die Einheiten können in einem Teil des Kapillar-Arrays wiederholt werden. Wenn m als positive ganze Zahl definiert ist und eine Linsen-Kapillare für m Analyse-Kapillaren verwendet wird, das heißt, wenn ein Satz von m Analyse-Kapillaren und einer Linsen-Kapillare eine Einheit darstellt, ist es im Allgemeinen notwendig, dass m·Δθ_A + Δθ_B ≤ 0 gemäß der folgenden Formel (7) erfüllt ist, damit sich die Konvex-Linsen-Wirkung zeigt und die Mehrfachlaserstrahlfokussierung funktioniert.
[Mathematische Formel 7] $m \cdot Δ θ_{A} + Δ θ_{B} = 2 \cdot {- (m + 1) \cdot {sin}^{- 1} (\frac{r}{2 \cdot R}) + (m + 1) \cdot {sin}^{- 1} (\frac{r \cdot n_{1}}{2 \cdot R \cdot n_{2}}) - (m + 1) \cdot {sin}^{- 1} (\frac{n_{1}}{2 \cdot n_{2}}) + m \cdot {sin}^{- 1} (\frac{n_{1}}{2 \cdot n_{3}}) + {sin}^{- 1} (\frac{n_{1}}{2 \cdot n_{4}})}$
Im Fall von m = 1 ist Formel (7) dieselbe wie Formel (5) .
Andererseits wird, wie in den bisherigen Ausführungsformen klargestellt wurde, die gleichzeitige Bestrahlung aller Analyse-Kapillaren mit dem Laserstrahl schwierig, wenn der Reflexionsverlust des Laserstrahls an der Kapillare groß ist, selbst in einem Fall, in dem die Mehrfachlaserstrahlfokussierung funktioniert. In einem Fall, in dem ein Transmissionsgrad, wenn ein Laserstrahl durch eine Analyse-Kapillare geleitet wird, als T_A definiert ist, und ein Transmissionsgrad, wenn der Laserstrahl durch eine Linsen-Kapillare geleitet wird, als T_B definiert ist, wird ein Transmissionsgrad, wenn der Laserstrahl durch einen Satz aus einer Analyse-Kapillare und einer Linsen-Kapillare geleitet wird, durch die folgende, aus Formel (2) abgeleitete Formel (8) ausgedrückt.
[Mathematische Formel 8] $T_{A} \times T_{B} = {1 - {(\frac{n_{1} - n_{2}}{n_{1} + n_{2}})}^{2}}^{4} \cdot {1 - {(\frac{n_{2} - n_{3}}{n_{2} + n_{3}})}^{2}}^{2} \cdot {1 - {(\frac{n_{2} - n_{4}}{n_{2} + n_{4}})}^{2}}^{2}$
Um einen Reflexionsverlust eines Laserstrahls an einer Linsen-Kapillare zu verringern, ist eine Bedingung von n₂ = n₄ vorzuziehen. In diesem Fall wird Formel (8) zu der folgenden Formel (9) modifiziert.
[Mathematische Formel 9] $T_{A} \times T_{B} = {1 - {(\frac{n_{1} - n_{2}}{n_{1} + n_{2}})}^{2}}^{4} \cdot {1 - {(\frac{n_{2} - n_{3}}{n_{2} + n_{3}})}^{2}}^{4}$
Der Transmissionsgrad wird auch dann durch Formel (9) ausgedrückt, wenn anstelle der Linsen-Kapillare eine Stablinse mit einem Brechungsindex von n₂ verwendet wird.
Bei einem Kapillar-Array, bei dem bei der beidseitigen Bestrahlung mit einem Laserstrahl N Analyse-Kapillaren und N Linsen-Kapillaren abwechselnd angeordnet sind, wird die Laserbestrahlungsintensität an der Analyse-Kapillare, die sich in der Mitte des Kapillar-Arrays befindet, minimal. Die Kapillar-Nummer der Analyse-Kapillare, die sich in der Mitte des Kapillar-Arrays befindet, ist n = (N + 1)/2, wenn N eine ungerade Zahl ist, und ist n = N/2 oder n = N/2 + 1, wenn N eine gerade Zahl ist. Daher wird der Minimalwert der Laserbestrahlungsintensität durch die folgende, aus Formel (4) abgeleitete Formel (10) ausgedrückt, wenn N eine ungerade Zahl ist.
[Mathematische Formel 10] $MIN = {(T_{A} \times T_{B})}^{\frac{N - 1}{2}}$
Alternativ wird, wenn N eine gerade Zahl ist, der Minimalwert der Laserbestrahlungsintensität durch die folgende Formel (11) ausgedrückt.
[Mathematische Formel 11] $MIN = {(T_{A} \times T_{B})}^{\frac{N}{2} - 1}$
Um die praktische Performance zu erfüllen, ist es erforderlich, dass MIN ≥ 0,2 unter Verwendung von Formel (10) oder Formel (11) erfüllt wird. Um insbesondere die gleichzeitige Bestrahlung von 24 oder mehr, und 48 oder mehr Analyse-Kapillaren mit einem Laserstrahl zu realisieren, ist es erforderlich, dass MIN ≥ 0,2 unter den Bedingungen von N = 24 und N = 48 erfüllt ist. Wenn in Formel (11) N = 48 ist, ist es nur erforderlich, dass T_A × T_B ≥ 93 % erfüllt ist, um MIN ≥ 0,2 zu erfüllen. Diese Bedingungen werden in der vorliegenden Offenbarung zum ersten Mal gefunden. Insbesondere wenn das Innere der Analyse-Kapillaren mit einem Trennungsmedium mit niedrigem Brechungsindex gefüllt sind, ist es erforderlich, dass MIN ≥ 0,2 erfüllt ist, und zwar unter der Bedingung, dass insbesondere n₃ < 1,36, idealerweise n₃ ≤ 1,35, noch idealer, n₃ ≤ 1,34 und schließlich n₃ = 1,33.
Es ist möglich, den Variationskoeffizienten CV der Laserbestrahlungsintensitäten an den N Analyse-Kapillaren aus Formel (4) näherungsweise zu gewinnen. Den Maximalwert MAX der Laserbestrahlungsintensität erhält man an den Kapillaren, die sich an beiden Enden des Kapillar-Arrays
(n = 1 und n = N) befinden. Den Minimalwert MIN der Laserbestrahlungsintensität erhält man an der Kapillare, die sich in der Mitte des Kapillar-Arrays befindet (n = (N + 1)/2, wenn N eine ungerade Zahl ist, und n = N/2 oder n = N/2 + 1, wenn N eine gerade Zahl ist). MAX wird durch die folgende, aus Formel (4) abgeleitete Formel (12) ausgedrückt, unabhängig davon, ob N eine ungerade oder eine gerade Zahl ist.
[Mathematische Formel 12] $MAX = 0.5 \cdot {{(T_{A} \times T_{B})}^{N - 1} + 1}$
In diesem Fall kann CV angenähert werden, indem man den Wert von MAX - MIN durch den Durchschnittswert von MAX und MIN und dann durch 3 teilt. Das heißt, CV wird durch die folgende Formel (13) ausgedrückt.
[Mathematische Formel 13] $CV = \frac{2 \cdot (MAX - MIN)}{3 \cdot (MAX + MIN)}$
Um die praktischen Leistungen zu erfüllen, ist es erforderlich, dass CV ≤ 20 % und CV ≤ 15 % unter Verwendung von Formel (10) oder (11), Formel (12) und Formel (13) erfüllt sind.
Wie oben beschrieben, ist es zur Erzielung einer höheren praktischen Performance erforderlich, dass die drei Bedingungen (i) Δθ_A + Δθ_B ≤ 0 oder m·Δθ_A + Δθ_B ≤ 0, (ii)
MIN ≥ 0,2 und (iii) CV ≤ 20 % oder CV ≤ 15 % für eine effiziente gleichzeitige Bestrahlung mehrerer Analyse-Kapillaren mit einem Laserstrahl gleichzeitig erfüllt sind. Insbesondere wenn das Innere der Analyse-Kapillaren mit einem Trennungsmedium mit niedrigem Brechungsindex gefüllt ist, ist es unter der Bedingung, dass insbesondere n₃ < 1,36, idealerweise n₃ ≤ 1,35, noch idealer n₃ ≤ 1,34 und schließlich n₃ = 1,33 erforderlich, dass alle diese Bedingungen gleichzeitig erfüllt sind.
(G) Sechste Ausführungsform
Eine sechste Ausführungsform stellt eine spezielle Konfiguration eines Kapillar-Arrays dar, bei dem Analyse-Kapillaren und Linsen-Kapillaren abwechselnd angeordnet sind. Im Folgenden steht der Begriff „Kapillare“ sowohl für „Analyse-Kapillare“ als auch für „Linsen-Kapillare“.
23 ist ein Diagramm, das eine Umgebung der Laserbestrahlungsteile 14 mehrerer Kapillaren in einem Kapillar-Array zeigt. Das Kapillar-Array ist durch abwechselndes Anordnen der Laserbestrahlungsteile 14 mehrerer Analyse-Kapillaren 1 und mehrerer Linsen-Kapillaren 24 auf der Array-Ebene gebildet. Die Analyse-Kapillaren 1 sind durch die gestrichelten Linien gekennzeichnet. Die Linsen-Kapillaren 24 sind durch die durchgezogenen Linien gekennzeichnet. Der Laserstrahl 13 fällt von der Seite der Array-Ebene ein und wird gleichzeitig auf den Laserbestrahlungsteil 14 jeder Kapillare gestrahlt.
23 zeigt nur die Umgebung der Laserbestrahlungsteile 14 der Analyse-Kapillaren 1, während die Linsen-Kapillaren 24 in der Zeichnung vollständig abgebildet sind. Mit anderen Worten: Die gesamte Länge der Linsen-Kapillaren ist kürzer als die gesamte Länge der Analyse-Kapillaren. Der Grund, warum die Linsen-Kapillaren kürzer sind, besteht darin, dass es ausreicht, wenn die Laserbestrahlungsteile 14 der Linsen-Kapillaren vorhanden sind. Infolgedessen ist es möglich, die Menge der verbrauchten Kapillaren zu verringern sowie das Kapillar-Array zu vereinfachen. Das Innere der Linsen-Kapillaren ist mit einem Medium gefüllt, das einen hohen Brechungsindex aufweist. Wenn zum Beispiel das Material der Kapillaren Quarzglas mit einem Brechungsindex n₂ = 1,46 ist, wird das Innere der Linsen-Kapillaren vorzugsweise mit einer Anpassungslösung mit einem Brechungsindex n₄ = 1,46 gefüllt. Es ist auch probat, beide Enden der Linsen-Kapillaren zu versiegeln, so dass die Lösung, die die Linsen-Kapillaren füllt, nicht durch Verdunstung oder ähnliches aus den Linsen-Kapillaren entweicht. Darüber hinaus werden, wie in 23 gezeigt, beide Enden mehrerer Linsen-Kapillaren vorzugsweise gebündelt und unter Verwendung von Dichtungsteilen 25 zusammen versiegelt. Infolgedessen kann das gesamte Kapillar-Array weiter vereinfacht werden. Zum Verbinden des Dichtungsteils 25 mit den Linsen-Kapillaren ist es zweckmäßig, einen Klebstoff zu verwenden.
Obwohl oben der Fall der Verwendung von Quarzglaskapillaren mit einem Brechungsindex n₂ = 1,46 sowohl für die Analyse-Kapillaren als auch für die Linsen-Kapillaren beschrieben wurde, kann anstelle der Linsen-Kapillare auch ein Quarzglasstab verwendet werden, und der Glasstab und die Analyse-Kapillare können gleiche Außendurchmesser aufweisen. Die gesamte Länge des Quarzglasstabs kann auch in diesem Fall kürzer sein als die gesamte Länge der Analyse-Kapillare.
Bezugszeichenliste

1: Kapillare (Analyse-Kapillare)
2: Probeneinspeisungsende
3: Probenaustrittsende
4: Kathode
5: Anode
6: kathodenseitige Pufferlösung
7: anodenseitige Pufferlösung
8: Leistungsquelle
9: Polymerblock
10: Ventil
11: Spritze
12: Laserquelle
13: Laserstrahl
14: Laserbestrahlungsteil
15: Kondensorlinse
16: Laser-Sperrfilter
17: Transmissionsgitter
18: Abbildungslinse
19: Sensor
20: Emissionspunkt
21: Fluoreszenz
22: Abbildungspunkt
23: optische Achse
24: Linsen-Kapillare
25: Dichtungsteil

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 3654290 B2 [0010]
JP 5039156 B2 [0010]
JP 3559648 B2 [0010]

Claims

Kapillar-Array, das aufweist: Laserbestrahlungsteile von N Analyse-Kapillaren, die zur elektrophoretischen Analyse verwendet werden; und Laserbestrahlungsteile von N ± 1 Linsen-Kapillaren, die nicht zur elektrophoretischen Analyse verwendet werden, wobei die N Analyse-Kapillaren und die N ± 1 Linsen-Kapillaren näherungsweise auf derselben Array-Ebene abwechselnd angeordnet sind und gemeinsam mit einem Laserstrahl bestrahlt werden, wobei N eine ganze Zahl von 2 oder mehr ist, und wobei, wenn ein Außenradius, ein Innenradius, ein Brechungsindex eines Mediums eines Äußeren und ein Brechungsindex eines Materials einer jeden der N Analyse-Kapillaren und der N ± 1 Linsen-Kapillaren in den Laserbestrahlungsteilen als R, r, n₁ bzw. n₂ definiert ist, ein Brechungsindex eines Mediums eines Inneren einer jeden der N Analyse-Kapillaren in den Laserbestrahlungsteilen als n₃ definiert ist und ein Brechungsindex eines Mediums eines Inneren einer jeden der N ± 1 Linsen-Kapillaren in den Laserbestrahlungsteilen als n₄ definiert ist, und wenn angenommen wird, dass n₃ < 1,36 erfüllt ist, R, r, n₁, n₂, n₃, und n₄ Folgendes erfüllen. $- 2 \cdot {sin}^{- 1} (\frac{r}{2 \cdot R}) + 2 \cdot {sin}^{- 1} (\frac{r \cdot n_{1}}{2 \cdot R \cdot n_{2}}) - 2 \cdot {sin}^{- 1} (\frac{n_{1}}{2 \cdot n_{2}}) + {sin}^{- 1} (\frac{n_{1}}{2 \cdot n_{3}}) + {sin}^{- 1} (\frac{n_{1}}{2 \cdot n_{4}}) \leq 0$
Kapillar-Array nach Anspruch 1, wobei n₃ ≤ 1,34 erfüllt ist.
Kapillar-Array nach Anspruch 1, wobei, wenn ein Transmissionsgrad jeder der N Analyse-Kapillaren als T_A definiert ist, ein Transmissionsgrad jeder der N ± 1 Linsen-Kapillaren als T_B definiert ist, und T_A × T_B durch die folgende Formel ausgedrückt wird, $T_{A} \times T_{B} = {1 - {(\frac{n_{1} - n_{2}}{n_{1} + n_{2}})}^{2}}^{4} \cdot {1 - {(\frac{n_{2} - n_{3}}{n_{2} + n_{3}})}^{2}}^{4}$
Wobei, wenn N eine ungerade Zahl ist, die folgende Beziehung erfüllt ist, ${(T_{A} \times T_{B})}^{\frac{N - 1}{2}} \geq 0.2$
und wenn N eine gerade Zahl ist, die folgende Beziehung erfüllt ist. ${(T_{A} - T_{B})}^{\frac{N}{2} - 1} \geq 0.2$
Kapillar-Array nach Anspruch 1, wobei, wenn ein Transmissionsgrad jeder der N Analyse-Kapillaren als T_A definiert ist, ein Transmissionsgrad jeder der N ± 1 Linsen-Kapillaren als T_B definiert ist, T_A × T_B durch die folgende Formel ausgedrückt wird, $T_{A} \times T_{B} = {1 - {(\frac{n_{1} - n_{2}}{n_{1} + n_{2}})}^{2}}^{4} \cdot {1 - {(\frac{n_{2} - n_{3}}{n_{2} + n_{3}})}^{2}}^{4}$
MAX wird durch die folgende Formel ausgedrückt, $MAX = 0.5 \cdot {{(T_{A} \times T_{B})}^{N - 1} + 1}$
MIN wird durch die folgende Formel ausgedrückt, wenn N eine ungerade Zahl ist, $MIN = {(T_{A} \times T_{B})}^{\frac{N - 1}{2}}$
Oder durch die folgende Formel, wenn N eine gerade Zahl ist, $MIN = {(T_{A} \times T_{B})}^{\frac{N}{2} - 1}$
die folgende Beziehung erfüllt ist. $\frac{2 \cdot (MAX - MIN)}{3 \cdot (MAX + MIN)} \leq 20 %$
Kapillar-Array nach Anspruch 4, wobei die folgende Beziehung erfüllt ist. $\frac{2 \cdot (MAX - MIN)}{3 \cdot (MAX + MIN)} \leq 15 %$
Kapillar-Array nach Anspruch 1, wobei 1,23 ≤ m ≤ 1,29 erfüllt ist.
Kapillar-Array nach Anspruch 6, wobei 1,24 ≤ n₁ ≤ 1,28 erfüllt ist.
Kapillar-Array nach Anspruch 1, wobei 1,8 ≤ R/r ≤ 3,0 erfüllt ist.
Kapillar-Array nach Anspruch 8, wobei 2,0 ≤ R/r ≤ 2,8 erfüllt ist.
Kapillar-Array nach Anspruch 1, wobei n₂ = n₄ = 1,46 ± 0,01 erfüllt ist.
Kapillar-Array nach Anspruch 1, wobei 1,33 ≤ n₃ < 1,36 erfüllt ist.
Kapillar-Array nach Anspruch 1, wobei das Kapillar-Array mehrere Analysemodi aufweist, darunter einen ersten Analysemodus, bei dem 1,33 ≤ n₃ < 1,36 erfüllt ist, und einen zweiten Analysemodus, bei dem 1,36 ≤ n₃ ≤ 1,42 erfüllt ist.
Kapillar-Array nach Anspruch 1, wobei N ≥ 48 erfüllt ist.
Kapillar-Array, das aufweist: Laserbestrahlungsteile von N Analyse-Kapillaren, die zur elektrophoretischen Analyse verwendet werden; und Laserbestrahlungsteile von N ± 1 Linsen-Kapillaren, die nicht zur elektrophoretischen Analyse verwendet werden, wobei die N Analyse-Kapillaren und die N ± 1 Linsen-Kapillaren in des Laserbestrahlungsteilen näherungsweise auf derselben Array-Ebene abwechselnd angeordnet sind und gemeinsam mit einem Laserstrahl bestrahlt werden, und wobei N eine ganze Zahl von 2 oder mehr ist, und wobei, wenn ein Außenradius, ein Innenradius, ein Brechungsindex eines Mediums eines Äußeren und ein Brechungsindex eines Materials einer jeden der N Analyse-Kapillaren und der N ± 1 Linsen-Kapillaren in den Laserbestrahlungsteilen als R, r, n₁ bzw. n₂ definiert ist, ein Brechungsindex eines Mediums eines Inneren einer jeden der N Analyse-Kapillaren in den Laserbestrahlungsteilen als n₃ definiert ist und ein Brechungsindex eines Mediums eines Inneren einer jeden der N ± 1 Linsen-Kapillaren in den Laserbestrahlungsteilen als n₄ definiert ist, die Beziehungen 1,23 ≤ n₁ ≤ 1,29, n₂ = n₄ = 1,46 ± 0,01, 1,33 ≤ n₃ < 1,36, und R/r ≤ 3,5 erfüllt sind.
Kapillar-Array nach Anspruch 14, wobei 1,24 ≤ n₁ ≤ 1,28 erfüllt ist.
Kapillar-Array nach Anspruch 14, wobei 2,0 ≤ R/r ≤ 2,8 erfüllt ist.
Kapillar-Array nach Anspruch 14, wobei N ≥ 48 erfüllt ist.
Kapillar-Array, das aufweist: Laserbestrahlungsteile von N Analyse-Kapillaren, die zur elektrophoretischen Analyse verwendet werden; Laserbestrahlungsteile von N ± 1 Linsen-Kapillaren, die nicht zur elektrophoretischen Analyse verwendet werden, wobei die N Analyse-Kapillaren und die N ± 1 Linsen-Kapillaren in den Laserbestrahlungsteilen näherungsweise auf derselben Array-Ebene abwechselnd angeordnet sind und gemeinsam mit einem Laserstrahl bestrahlt werden, und wobei N eine ganze Zahl von 2 oder mehr ist, und wobei, wenn ein Außenradius, ein Innenradius, ein Brechungsindex eines Mediums eines Äußeren und ein Brechungsindex eines Materials einer jeden der N Analyse-Kapillaren in den Laserbestrahlungsteilen als R, r, n₁ bzw. n₂ definiert ist, ein Brechungsindex eines Mediums eines Inneren einer jeden der N Analyse-Kapillaren in den Laserbestrahlungsteilen als n₃ definiert ist, und ein Brechungsindex eines Mediums eines Inneren einer jeden der N ± 1 Linsen-Kapillaren in den Laserbestrahlungsteilen als n₄ definiert ist, das Kapillar-Array mehrere Analysemodi aufweist, darunter einen ersten Analysemodus, in dem 1,33 ≤ n₃ < 1,36 erfüllt ist und einen zweiten Analysemodus, in dem 1,36 ≤ n₃ ≤ 1,42 erfüllt ist, unter den Bedingungen, dass 1,23 ≤ n₁ ≤ 1,29, n₂ = n₄ = 1,46 ± 0,01 und R/r ≤ 3,5 erfüllt sind.
Kapillar-Array nach Anspruch 18, wobei 1,24 ≤ n₁ ≤ 1,28 erfüllt ist.
Kapillar-Array nach Anspruch 18, wobei 2,0 ≤ R/r ≤ 2,8 erfüllt ist.
Kapillar-Array nach Anspruch 18, wobei N ≥ 48 erfüllt ist.
Kapillar-Array, das aufweist: Laserbestrahlungsteile von N Analyse-Kapillaren, die zur elektrophoretischen Analyse verwendet werden, und Laserbestrahlungsteile von N ± 1 Linsen-Kapillaren, die nicht zur elektrophoretischen Analyse a verwendet werden, wobei die N Analyse-Kapillaren und die N ± 1 Linsen-Kapillaren in den Laserbestrahlungsteilen näherungsweise auf derselben Array-Ebene abwechselnd angeordnet sind und gemeinsam mit einem Laserstrahl bestrahlt werden, und wobei N eine ganze Zahl von 2 oder mehr ist, und wobei eine Länge der N Analyse-Kapillaren größer ist als eine Länge der N ± 1 Linsen-Kapillaren.