DE4230354B4

DE4230354B4 - Elektrophoresegerät

Info

Publication number: DE4230354B4
Application number: DE19924230354
Authority: DE
Inventors: Hideki Kambara
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1991-09-13
Filing date: 1992-09-10
Publication date: 2004-08-12
Anticipated expiration: 2012-09-11
Also published as: DE4230354A1

Abstract

Elektrophoresegerät mit einer Kapillarpatrone (1), in der Kapillaren (2) angeordnet sind, die jeweils ein Probeninjektionsende aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die Probeninjektionsenden der Kapillaren (2) größere Abstände voneinander haben als ihre anderen Enden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Elektrophoresegerät, um DNS oder Protein durch Elektrophorese abzutrennen.
Herkömmlicherweise wird die Basenfolge einer DNS dadurch bestimmt, daß die DNS mit einem Radioisotop markiert wird und Trennung in einem Gel unter Elektrophorese unterzogen wird, bevor das Abtrennungsmuster auf einen Film übertragen wird. Die vorstehend genannte bekannte Technik hat jedoch den Nachteil, daß es nicht nur mühselig ist, die radioaktive Markierung zu verwenden, sondern daß sie auch zuviel Arbeit und Zeit benötigt. Um diese Schwierigkeiten zu überwinden wird seit kurzem ein Echtzeit-Fluoreszenzmarkierverfahren verwendet, wie es in der Veröffentlichung 61-62843 zu einer japanischen Patentanmeldung beschrieben ist.
Das vorstehend genannte Fluoreszenzmarkierverfahren verwendet ein plattenförmiges Gel, während nun ein neues Elektrophoreseverfahren mit kapillarförmigem Gel Aufmerksamkeit auf sich zieht. Das Elektrophoreseverfahren mit kapillarförmigem Gel liefert eine sehr schnelle und hochempfindliche Analyse unter Verwendung einer mit Gel gefüllten Kapillare (die im fol genden als Gelkapillare bezeichnet wird), wie dies in Analytical Chemistry, Vol. 62, 1990, Seiten 900–903 beschrieben ist.
Die Gelkapillar-Elektrophorese wird im allgemeinen derartig ausgeführt, daß ein Kapillarröhrchen und eine Meßlinse in eine zu integrierende Baueinheit eingebaut werden. Das Kapillarröhrchen kann wiederholt verwendet werden. Im allgemeinen wird es jedoch ausrangiert, wenn es ein paar Mal verwendet wurde, da das Gel während des Betriebs verzerrt wird. Um eine gleichzeitige Analyse vieler Proben zu ermöglichen, wurde beschrieben, daß mehrere Gelkapillaren für eine Messung angeordnet werden. Bei der Messung werden die mehreren Gelkapillaren von jeweiligen Haltern gehalten, wie in BioTechniques, Vol. 9 1990, Seite 74 beschrieben.
Jede dieser Messungen mit der Gelkapillare wird so ausgeführt, daß Licht in den Endbereich um die Kapillaren eingestrahlt wird, um die dort durchlaufende fluoreszenzmarkierte DNS anzuregen, damit diese Fluoreszenzstrahlung zum Ermitteln der Probenfragmente aussendet. Um Messungen mit hoher Empfindlichkeit und Genauigkeit auszuführen, müssen die Kapillaren genau eingestellt werden.
Um viele DNS-Proben gleichzeitig zu messen, um den Durchsatz zu erhöhen, muß eine Anzahl von Gelkapillaren angeordnet werden. Die Gelkapillaren müssen nach ein paar Messungen ersetzt werden. Dies bedeutet, daß das Befestigen oder Wegnehmen der Anzahl von Gelkapillaren und das Ausrichten ihrer Positionen auf einfache Weise erfolgen muß. Das Injizieren von Proben in die Gelkapillaren erfolgte unter Verwendung eines elektrischen Feldes an den Enden der Gelkapillaren in den Probenwannen. Jedoch wurde nichts über gute Konstruktionen zum Injizieren der Proben berichtet, wenn eine Anzahl von Gelkapillaren anzuordnen ist. Dies ist eine der zu lösenden Schwierigkeiten.
Die Abstände zwischen den Gelkapillaren sollten für einfache Probeninjektion groß sein. Für wirkungsvolle Messung der Probenfragmente sollten sie jedoch kürzer sein. Daher war es erforderlich, ein Gerät zu entwickeln, das beiden Erfordernisen genügt.
Angesichts der vorstehenden Ausführungen liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Elektrophorese-Trennbereich mit Gelkapillare anzugeben, der in solcher Weise integriert ist, daß eine Anzahl von Gelkapil-laren mit den beiden Enden desselben mit der Seite einer Probenwanne und einem Meßende zum Messen von Probenfragmenten verbunden ist, um ein einfaches Befestigen und Wegnehmen und Ausrichten der Gelkapillaren zu ermöglichen. Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein hoch empfindliches Elektrophoresegerät mit Gelkapillaren anzugeben, das eine gute Ausführung in bezug auf Probeninjektion aufweist.
Die Erfindung ist durch die Merkmale von Anspruch 1 gegeben. Sie wird im folgenden anhand von durch Figuren veranschaulichten Ausführungsbeispielen näher beschrieben.
1a ist eine schematische Darstellung von Hauptteile eines Gerätes für Wanderung in einem Gel unter Elektrophorese gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
1b ist ein Querschnitt eines Bereichs (in einer Ebene durch die Mitte jeder der Gelkapillaren in einer Probeninjektionsplatte) um einen Probeninjektionsbereich des erfindungsgemäßen Gerätes;
2a, 2b und 2c sind Querschnitte in einer Ebene und ihrer Variationen durch die Mitte jeder der Gelkapillaren um einen Fluoreszenzdetektorbereich des Ausführungsbeispiels;
3a ist ein Querschnitt durch das Gerät gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
3b ist ein Querschnitt einer Variation eines Bereichs um den Fluoreszenzdetektorbereich des Ausführungsbeispiels;
4 ist eine schematische Ansicht von Hauptteilen eines Gerätes für Wanderung in einem Gel unter Elektrophorese gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem die unteren Enden der Gelkapillaren in zwei Dimensionen im Detektorbereich angeordnet sind; und
5 ist ein Querschnitt eines Bereichs um den Fluoreszenzdetektorbereich eines anderen Ausführungsbeispiels.
Das erfindungsgemäße Gerät ist vom Typ mit Gelkapillarpatrone, das, wie dies in den 1a und 1b dargestellt ist, den Elektrophorese-Abtrennbereich mit Gelkapillare von einer Probeninjektionsplatte 3 mit Probenwannen 4, in die Proben zu injizieren sind, und einem Detektorbereich 7 abtrennen kann, der dazu dient, Fluoreszenzlicht von Probenfragmenten zu ermitteln. Das Gerät weist eine Gelkapillarpatrone 1 auf, die in Kombination eine großflächige obere Platte 5, Gelkapillaren 2 und eine untere kleinflächige Platte 7 aufweist Die obere Platte 5 koppelt die Gelkapillaren 2 mit der Probeninjektionsplatte 3 an den Kapillarenden derselben, durch die die Proben injiziert werden. Die untere Platte 6 koppelt die Gelkapillaren 2 mit dem Detektorbereich 7 an den Detektorenden, an denen Proben, die gewandert werden, festgestellt werden. Die Gelkapillarpatrone 1 kann bei jeder Messung ausgetauscht werden. Dies erhöht nicht nur den Durchsatz, sondern vereinfacht auch die Probeninjektion mit einfachem Einstellen der Gelkapillaren 2. Die Gelkapillaren 2 sind in der kleinen Fläche des Detektorbereichs 7 dicht angeordnet, so daß jedes von den Probenfragmenten emittierte Licht auf einen hochempfindlichen Bildsensor im Detektorbereich 7 geleitet werden kann, ohne daß Bilder verkleinert werden. Der Detektorbereich 7 sorgt so für hochwirkungsvolle Photodetektion.
Die Gelkapillarenpatrone 1 kann in der Praxis 20 bis 500 Gelkapillaren 2 enthalten, wodurch der Durchsatz bei der Probenmessung erhöht werden kann. Die Probeninjektion kann einfach dadurch erfolgen, daß die Gelkapillaren 2 an ihren Enden in der oberen Platte 5 der Gelkapillarpatrone 1 groß ausgebildet werden und die Enden in bezug auf einen Probenhalter oder eine Injektions-Spanneinrichtung ausgerichtet werden. Die Gelkapillar-Elektrophorese kann mit hoher Empfindlichkeit ausgeführt werden, da der Detektorwirkungsgrad des Detektorbereichs 7 dadurch erhöht werden kann, daß die Gelkapillaren 2 am anderen Ende dicht an der unteren Platte 6 befestigt werden.
Die für die Gelkapillaren 2 zur Verfügung stehenden Kapillaren sind in bezug auf ihren Innendurchmesser, die Wanddicke und die Länge nicht begrenzt. Der Innendurchmesser sollte kleiner als 0,3 mm sein, üblicherweise 0,1 bis 0,2 mm, und zwar für bequemes Biegen. Die Wanddicke sollte üblicherweise 0,1 bis 0,2 mm betragen. Die Länge sollte in der Praxis 10 bis 100 cm betragen, üblicherweise 30 bis 50 cm. Der Außendurchmesser der Kapillaren sollte üblicherweise 0,3 bis 0,4 mm betragen.
Der Detektorbereich 7 weist einen Spalt zwischen parallel angeordneten Stützwänden 7a und 7b auf, wobei die Spaltbreite praktisch dem Innendurchmesser der Kapillaren entspricht. Der Spalt ist mit Pufferlösung oder Gel gefüllt. Die Pufferlösung oder das Gel werden mit anregendem Licht bestrahlt.
Das anregende Licht soll alle Wanderungspfade gleichzeitig beleuchten. Wenn das anregende Licht nicht gerastert wird, kann es nicht alle Kapillarröhrchen gleichzeitig direkt bestrahlen. Daher sollte das anregende Licht solche Positionen bestrahlen, an denen die Proben aus den Kapillaren eluieren. Wenn die Bestrahlungspositionen zu dicht an den unteren Enden der Kapillaren liegen, beeinflussen Streuvorgänge an den Enden der Kapillaren die Messung. Wenn sie zu weit von den unteren Enden wegliegen, können sich andererseits die eluierten Proben miteinander vermischen Beide Fälle sind unerwünscht. Bei der vorliegenden Erfindung ist es von guter Wirkung, wenn das anregende Licht an Positionen eingestrahlt wird, die etwa 0,5 bis 1 mm von den unteren Enden der Kapillaren entfernt liegen Wenn das anregende Licht, wie ein Laserstrahl, für die Messung durchgerastert wird, kann es die Kapillarröhrchen selbst bestrahlen, da divergierte Lichtstrahlen, die durch die Kapillarröhrchen gelaufen sind, nicht wiederverwendet werden. Es ist von Nutzen, wenn der Abstand zwischen den Stützwänden praktisch dem Innendurchmesser der Kapillaren von 0,1 bis 0,2 mm entspricht. Die oberen Enden der Gelkapillaren 2 können groß angeordnet sein, um die Injektion der Proben nicht zu stören, z. B. mit Intervallen von 2 bis 10 mm. Die unteren Enden sollten so dicht wie möglich beieinander liegen, um den Wirkungsgrad der Fluoreszenzermittlung zu erhöhen, z. B. mit 0,3 bis 1 mm. Die Dichten sind jedoch nicht auf die genannten Werte beschränkt.
Beispiel 1
Das erste Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Gerätes für Wanderung in einem Gel unter Elektrophorese wird nun unter Bezugnahme auf die 1a, 1b, 2a, 2b, 2c, 3a und 3b noch näher beschrieben. 1a ist eine perspektivische Darstellung, die Hauptteile dieses Gerätes des ersten Ausführungsbeispieles veranschaulicht.
Im Gerät ist die Gelkapillarpatrone 1 vorhanden. Die obere Platte 5 der Gelkapillarpatrone 1 ist mit der Probeninjizierplatte 3 verbunden. Die Probenwannen 4 in der Probeninjizierplatte 3 sind mit einer oberen Pufferlösung 18 aus einem oberen Puffergefäß 14 gefüllt, wie in 3a dargestellt. Die untere Platte 6 der Gelkapillarpatrone 1 ist mit dem Detektorbereich 7 verbunden, der Licht ermitteln kann, das von Probenfragmenten emittiert wird, die aus einem Gel 2a in den Gelkapillaren 2 der Gelkapillarpatrone 1 eluiert werden. Der Abstand zwischen der oberen Platte 5 und der unteren Platte 6 kann verändert werden. Um die Gelkapillaren 2 vor dem Zerbrechen zu schützen, und um die Gelkapillarpatrone 1 mechanisch zu verstärken, sind jedoch die obere Platte 5 und die untere Platte 6 an ihren Seiten mit einem (nicht dargestellten) Kunststoffband vorgegebener Länge miteinander verbunden. Das Kunststoffband ist folienförmig ausgebildet, mit einer Dicke von etwa 0,5 mm, einer Breite von etwa 2 cm und einer Länge von 20 bis 30 cm. Die Gelkapillaren 2 bestehen aus Silikatglas und sind an ihrer Oberfläche mit einem Polyimidharz bedeckt. Die Gelkapillaren 2 können gebogen werden, da sie einen kleinen Durchmesser aufweisen und da ihre Oberfläche mit dem Polyimid bedeckt ist. Sie werden mit der oberen Platte 5 und der unteren Platte 6 verbunden, wie dies in 3a dargestellt ist, oder sie werden mit Gummiringen 14 befestigt, um die Kapillarröhrchen zu halten, wie dies in 2a dargestellt ist, wobei die obere Platte 5 und die Probeninjizierplatte 3 mechanisch mit einer zwischenliegenden Flüssigkeitsleitungsdichtung ausgerichtet und miteinander verschraubt sind Auf ähnliche Weise sind die untere Platte 6 und der Detektorbereich 7 miteinander verbunden.
Ein Gerät für Wanderung in einem Gel unter Elektrophorese kann klein ausgebildet werden, da eine Anzahl Gelkapillaren 2 gebündelt und so gebogen werden kann, daß sie trotz eines langen Gelkapillar-Wanderungspfades in einem kleinen Raum Platz finden. Für die Unterbringung ist es von guter Wirkung, wenn die Anzahl von Gelkapillaren 2 so zusammengefaßt wird, daß sie zwischen zwei Bögen eines Polymerfilms eingebettet sind. Dabei wird, wenn der verwendete Gelkapillar-Wanderungspfad etwa 50 cm lang ist, z. B. eine Elektrophoreseplatte mit einer Länge von etwa 60 cm für plattenförmiges Gel benötigt. Die Gelkapillaren 2 können für die Unterbringung auf eine Länge gebogen werden, die kleiner ist als 20 cm.
Die obere Platte 5 ist, wie beschrieben, fest mit der Probeninjizierplatte 3 verbunden, die Probenwannen 4 von 0,3 mm aufweist, wobei vier in einer jeweiligen Spalte und 25 in einer Reihe mit einem gegenseitigen Abstand 5 mm angeordnet sind Sie ist so ausgebildet, daß jede der Gelkapillaren 2 und die zugehörige Probenwanne 4 zueinander ausgerichtet sein können. Die obere Platte 5 hält, wie oben angegeben, obere Enden der Gelkapillaren 2, die dort mit großem Abstand in den zwei Dimensionen der Spalten und Reihen mit dem Abstand von 5 mm angeordnet sind, während die untere Platte 6 die unteren Enden dichter beieinander ausgerichtet hält als die obere, und zwar entlang einer geraden Linie mit einem gegenseitigen Abstand von 1 mm. Die untere Platte 6 ist mit dem Detektorbereich 7 gekoppelt und mit diesem verbunden. Die Gelkapillarpatrone 1 kann an der Probeninjizierplatte 3 und dem Detektorbereich 7 befestigt werden oder von diesen weggenommen werden. Kopplungen der Gelkapillaren 2 mit der unteren Platte 6 werden durch Gummidichtungen 14 geschützt, um die Kapillarröhrchen zu halten, wie dies in 2a dargestellt ist. Auf ähnliche Weise werden Kopplungen der Gelkapillaren 2 mit der Probeninjizierplatte 3 durch Gummiringe 14 zum Halten der Kapiliarröhrchen geschützt. Die Gummiringe 14 zum Halten der Kapillarröhrchen sind in den 1b, 2b, 2c, 3a, 3b und 5 nicht dargestellt. Sie können aus Teflon oder Gummi hergestellt sein. Eine DNS-Probe, die in den Gelkapillaren 2 aufgetrennt wurde, die als Elektrophoresetrenner für die Probe wirken, wird aus dem Gel 2a in den Gelkapillaren 2 eluiert und tritt in den Detektorbereich 7 ein. 1b ist ein Querschnitt A von 1a in der Nähe der Probeninjizierplatte 3. Da jede der Gelkapillaren 2 mit der oberen Platte 5 gekoppelt ist, steht die in eine jeweilige Probenwanne 4 injizierte Probe mit dem entsprechenden Gel 2a in Berührung. Die Gelkapillaren 2 können auf diese Weise mit der oberen Pufferlösung 18 gefüllt werden, wie dies in 3a dargestellt ist.
Das Ausführungsbeispiel 1 verwendet eine Probeneinstell-Titerplatte mit Löchern von 3 mm Durchmesser, die in denselben Intervallen angeordnet sind wie in der Probeninjizierplatte 3, zusätzlich zu denen in der Probeninjizierplatte 3, um die Probe in das Gel 2a zu injizieren. Die Titerplatte ist an ihrem Boden mit einem dünnen Silicongummifilm beschichtet. Sie liegt auf der Probeninjizierplatte 3. Der Silicongummifilm kann mit einer Nadel oder dergleichen zerstört werden, um Löcher mit einem Durchmesser von etwa 0,5 mm herzustellen. Auf diese Weise können die Proben in den Löchern der Titerplatte einfach in das Gel 2a injiziert werden.
Die obere Platte 5 der Gelkapillarpatrone 1 im bisher beschriebenen Ausführungsbeispiel hält die oberen Enden der Gelkapillaren 2 in zwei Dimensionen, jedoch kann sie sie auch in einer Dimension, d. h. entlang einer geraden Linie halten.
Der Detektorbereich 7 ist mit der unteren Platte 6 der Gelkapillarpatrone 1 verbunden, wie dies in den 2a, 2b oder 2c dargestellt ist, die dem Querschnitt B von 1a entspricht. Die DNS-Probe wird nach ihrer Wanderung aus dem Gel 2a eluiert, bevor sie in einer unteren Pufferlösung 7d oder einem mit dem Gel gefüllten Hohlraum wandert Anregendes Licht 8a wird so eingestrahlt, daß es eine Fluoreszenzmarkierung der DNS-Probe in einer Richtung parallel zur Linie der unteren Enden der Gelkapillaren 2 anregt. Der hohle Bereich, der ein Bestrahlungspfad für das anregende Licht 8a ist, wird von den Stützwänden 7a und 7b aus Silikatglasplatten gebildet. Im Detektorbereich 7 bestrahlt, wie dies in 2a und 2b dargestellt ist, die Anregungslichtquelle 8 zum Anregen der Fluoreszenzmarkierung in einer Position ein, die etwa 0,5 mm vor den unteren Enden der Gelkapillaren 2 in einem Spalt von 0,1 mm liegt, der von den Stützwänden 7a und 7b aus den zwei Silikatglasplatten gebildet wird, die parallel zueinander angeordnet sind. 2c ist eine Variation des Beispiels von 2b dahingehend, daß die untere Pufferlösung 7d oder das Gel einfach eingeführt werden kann und die unteren Enden der Gelkapillaren 2 kontaktieren kann, aus denen die DNS-Probe nach ihrer Wanderung eluiert wird. Der genannte Spalt ist mit der unteren Pufferlösung 7d oder dem Gel gefüllt und dient als Pfad für das anregende Licht 8a. Dieses anregende Licht 8a von der Anregungslichtquelle 8, z. B. ein Laserstrahl, wird von einem reflektierenden Spiegel 9 reflektiert und kann an einer Position etwa 0,5 mm oberhalb der unteren Enden der Gelkapillaren 2 eingestrahlt werden, so daß er die DNS-Proben im wesentlichen gleichzeitig bestrahlen kann, die aus allen Gelkapillaren 2 eluiert werden. Daher wird in den 2b und 2c das anregende Licht 8a in einer Richtung rechtwinklig zur Zeichnungsebene eingestrahlt.
Die Anzahl von Gelkapillaren 2, die beim Ausführungsbeispiel 1 verwendet wird, beträgt 100. Fluoreszenzsignale können aus einem Bereich von etwa 10 cm für die eluierten DNS-Proben erhalten werden, wenn das anregende Licht 8a eingestrahlt wird. Die Fluoreszenzsignale werden von einem Photodetektor 11, wie einem Zeilensensor, über ein Linsensystem 10 und ein (nicht dargestelltes) Filter im wesentlichen gleichzeitig ermittelt. Die ermittelten Fluoreszenzsignale werden von einem Datenprozessor 12 verarbeitet, bevor sie an eine Ausgabevorrichtung 13, wie eine Anzeigevorrichtung ausgegeben werden.
Wenn das anregende Licht 8a (hier der Laserstrahl) direkt auf die Gelkapillaren 2 gestrahlt wird, wird er divergiert, wodurch er nicht die ganze Anzahl von Gelkapillaren 2 gleichzeitig bestrahlen kann. Um diese Schwierigkeit zu überwinden, kann ein Verfahren verwendet werden, gemäß diejenigen Bereiche der Gelkapillaren 2, die bestrahlt werden sollen, in die untere Pufferlösung 7d eingetaucht werden, um den Brechungsindexunterschied so klein wie möglich zu machen, damit die Streuung von Licht an der Röhrchengrenzschicht der Gelkapillaren 2 verringert wird, wenn das anregende Licht 8a zum Ermitteln der Fluoreszenzsignale eingestrahlt wird. Dies reicht jedoch nicht immer aus. Eine bessere Vorgehensweise könnte darin bestehen, daß im Detektorbereich 7 keine Kapillarröhrchen angeordnet sind. Beim Ausführungsbeispiel 1 werden die DNS-Proben aus den Gelkapillaren 2 eluiert und das anregende Licht 8a wird an einem Ort ohne Kapillarröhrchen oder in einem ähnlichen Zustand eingestrahlt, bevor die Fluoreszenzsignale ermittelt werden.
Wie in 3a dargestellt, befindet sich der Detektor in einem unteren Puffergefäß 7c und eine Spannung wird zwischen eine obere Elektrode 19 und eine untere Elektrode 20 im oberen Puffergefäß 17, das mit der oberen Pufferlösung 18 gefüllt ist, angelegt, bevor die Wanderung beginnt. Der untere Teil des Gerätes für Wanderung in einem Gel unter Elektrophorese, wie in 3a dargestellt, kann modifiziert werden, wie dies in 3b gezeigt ist. In den 3a und 3b wird das Licht 8a zum Anregen der Fluoreszenzmarkierung in einer Richtung rechtwinklig zur Zeichnungsebene eingestrahlt, damit die in den Pfad des anregenden Lichts 8a eluierten DNS-Proben Fluoreszenzlicht erzeugen können. Das Fluoreszenzlicht wird in einer Richtung C oder C' einer Ebene ermittelt, die durch durchsichtiges Silikatglas gebildet wird, oder in einer Richtung D. Wenn das Fluoreszenzlicht in der Richtung C oder C' ermittelt wird, wird z. B. das Fluoreszenzbild von 10 cm Länge auf ein Viertel verkleinert, bevor es von einem Bildzeilensensor, z. B. einem solchen von 25 mm Länge, wie unter der Bezeichnung 53 902 von Hamamatsu Photonix Inc. hergestellt, einem Diodenarray mit einem Bildverstärker oder einem CCD-Detektor ermittelt wird. Wenn das Fluoreszenzbild in der in 3b angezeigten Richtung C ermittelt wird, besteht der Vorteil, daß weniger Auswirkungen aufgrund von an der Oberfläche reflektiertem Licht bestehen als bei Ermittlung in Richtung C in 3a.
Ausführungsbeispiel 2
Im folgenden wird das Ausführungsbeispiel 2 der Erfindung unter Bezugnahme auf 4 beschrieben. Beim Ausführungsbeispiel 2 sind die unteren Enden der Gelkapillaren 2 in zwei Dimensionen entlang Spalten und Reihen an der unteren Platte 6 der Gelkapillarpatrone 1 angeordnet und befestigt, wodurch eine Anzahl von unteren Enden der Gelkapillaren 2 in einer kleinen Fläche zusammengefaßt werden kann. DNS-Proben, die aus den unteren Enden der Gelkapillaren 2 eluieren, werden von einem zweidimensionalen Detektor 7 ermittelt. In der Figur sind die unteren Enden der Gelkapillaren 2 mit einem Abstand von 1 mm in Spalten und Reihen an der unteren Platte 6 angeordnet und an dieser befestigt. Der Detektorbereich 7 weist eine Gruppe von Detektoren auf, von denen jeder aufgebaut ist, wie dies in 2a oder 2b dargestellt ist. Das heißt, daß, wie in 5 dargestellt, anregendes Licht 8a in einer Position etwa 0,5 mm unterhalb der Enden der Gelkapillaren 2 in einen Raum einstrahlt, der mit einer unteren Pufferlösung 7d oder einem Gel gefüllt ist, wobei die Einstrahlung in einer Richtung rechtwinklig zur Zeichnungsebene erfolgt. Im Ausführungsbeispiel 2 können Stützwände 30a bis 30z zum Ausbilden von Räumen mit einem Spalt von etwa 0,1 mm als Pfade für das anregende Licht 8a undurchsichtig sein, so daß Licht, das von den DNS-Proben erzeugt wird, unterhalb des Detektorbereichs 7 ermittelt werden kann. Der Detektorbereich 7 ist in der unteren Pufferlösung 7d oder dem Gel in der unteren Pufferlösung 7d angeordnet. Das anregende Licht 8a wird von einem Reflektionsspiegel 9 reflektiert, um unterhalb der unteren Enden aller Gelkapillaren 2 in das (in 4 nicht dargestellte) untere Puffergefäß 7c einzustrahlen, was für alle Kapillaren im wesentlichen gleichzeitig mit Hilfe von Prismen 16a und 16b erfolgt, die auf einer jeweiligen Seite des Detektorbereichs 7 angeordnet sind. Fluoreszenzsignale von DNS-Proben, die aus den Gelkapillaren 2 eluiert werden, werden alle im wesentlichen gleichzeitig durch den zweidimensionalen Detektorbereich 7, einen Bildreflektionsspiegel 15, ein Linsensystem und ein (nicht dargestelltes) Filter ermittelt. Eine Bodenplatte des (in 4 nicht dargestellten) unteren Puffergefäßes 7c besteht aus Silikatglas. Selbstverständlich kann der Reflektionsspiegel 9 z. B. bewegt werden, um das lineare anregende Licht 8a über den Raum abzurastern, der zwischen einer Seite des Detektorbereichs 7 und einem Punkt liegt, an dem eine DNSProbe eluiert, und der mit der unteren Pufferlösung 7d oder dem Gel gefüllt ist. Alternativ kann der Reflektionsspiegel 9 so ausgebildet sein, daß er gleichzeitig diesen gesamten Raum ausleuchtet. Die Prismen 16a und 16b können entweder an der Innenseite oder der Außenseite des (in den 4 und 5 nicht dargestellten) unteren Puffergefäßes 7c angeordnet sein.
Es ist zu beachten, daß Teile des Gerätes für Wanderung in einem Gel unter Elektrophorese, die oberhalb der Gelkapillaren 2 liegen, in 4 nicht dargestellt sind.
Bei den insoweit beschriebenen Ausführungsbeispielen können die obere Platte 5 der Gelkapillarpatrone 1 und die Probeninjizierplatte 3 aneinander befestigt oder voneinander weggenommen werden. Die untere Platte 6 der Gelkapillarpatrone 1 und der Detektorbereich 7 können auch aneinander befestigt oder voneinander weggenommen werden. Alternativ können die obere Platte 5 und die Probeninjizierplatte 3 integriert sein und die untere Platte 6 und der Detektorbereich 7 können integriert sein und die zwei integrierten Paare können zusammengebaut werden, um eine andere Form einer Gelkapillarpatrone zu erhalten. Weiterhin alternativ kann nur eines der zwei vorstehend genannten Paare in Integration ausgebildet sein, um eine weitere Form einer Gelkapillarpatrone zu erhalten. Wenn die Probeninjizierplatte 3 und der Detektorbereich 7 mit der Gelkapillarpatrone 1 integriert sind, kann diese am oberen Puffergefäß 17 und am unteren Puffergefäß 7c an Enden der Probeninjizierplatte 3 bzw. des Detektorbereichs 7 befestigt werden und von dort wieder weggenommen werden. Bei üblicher Elektrophorese (eindimensionaler Elektrophorese) wird eine Probe eindimensional in einer Richtung x aufgetrennt. Bei der zweidimensionalen Elektrophorese wird dagegen ein Enzym auf die abgetrennte Probe gegossen, um eine Reaktion zu erzielen, und sie wird erneut aufgetrennt, und zwar in einer Richtung (Richtung y) rechtwinklig zur Richtung x, um eine Entwicklung der Auftrennung in zwei Richtungen zu erhalten. Die zweidimensionale Elektrophorese ergibt eine detailliertere Auftrennung der Probe als die eindimensionale. Es kann vorkommen, daß sogar das zweidimensional aufgetrennte Muster auf einem plattenförmigen Gel keine oder nur wenig Information enthält. In diesem Fall ist es von guter Wirkung, wenn das plattenförmige Gel, in dem die Probe aufgetrennt wird, in eine Anzahl von Abschnitten unterteilt wird und die Probe in jedem der Abschnitte mit einem Enzym oder einer DNS-Sonde oder dergleichen zur Reaktion gebracht wird und das durch die Reaktion hergestellte Erzeugnis wieder eine Geltrennung erfährt, um mehr Information zu erhalten. Für die dritte Elektrophoreseabtrennung kann die vorliegende Erfindung ein zweidimensionales Kapillararray verwenden. Dies kann als Auftrennung in einer Richtung z bezogen auf diejenigen in den Richtungen x und y angesehen werden. Die endgültige Information, d. h. die dreidimensionale Information, kann in Form eines zeitvariablen Signals von zweidimensional angeordneten Meßpunkten erhalten werden. Alternativ kann es dadurch erhalten werden, daß die Kapillaren in einer Linie angeordnet werden, die Signale erfaßt werden und dann die Daten abgespeichert werden als wären sie mit einer zweidimensionalen Anordnung erfaßt worden.
Es ist nicht praxisgerecht, eine übliche dreidimensionale Elektrophorese mit einem flachen oder blockförmigen Gel zu verwenden, da die Gelquerschnitte zu groß sind, wodurch ein zu hoher Strom fließen kann. Bei Gelkapillarelektrophorese ist der Strom, der durch jede der Gelkapillaren fließt, so klein, daß keine Schwierigkeiten durch Wärmeerzeugung entstehen.
Aus Gründen der Veranschaulichung sind die Teile der in den 1 bis 5 dargestellten Geräte mit anderen Proportionen und Formen dargestellt als bei einem tatsächlichen Gerät. Die Eigenschaften der vorliegenden Erfindung sind die folgenden. Das erfindungsgemäße Gerät für Wanderung in einem Gel unter Elektrophorese kann den Durchsatz stark erhöhen, da es eine große Anzahl an Gelkapillar-Wanderungspfaden aufweisen kann, die am ermittlungsseitigen Ende in einer kleinen Fläche angeordnet sind, ohne daß dies einen Einfluß auf die Probeninjixierung hat. Auch ist es möglich, die Arbeit zum Injizieren der Proben stark zu verringern, da die Anordnung der Probenwannen in der Probeninjizierplatte zu derjenigen der Probenlöcher in der Titerplatte angepaßt ist. Darüber hinaus kann das Gerät klein ausgebildet werden, daß die Gelkapillaren gebogen werden können, wodurch es möglich ist, lange Gelkapillar-Wanderungspfade in einem kleinen Raum unterzubringen. Wenn die verwendeten Gelkapillar-Wanderungspfade z. B. 50 cm lang sind, erfordert eine Wanderungsplatte mit plattenförmigem Gel eine Länge von etwa 60 cm, was zu einem Gerät mit großer Abmessung führt, während die Gelkapillaren bis auf eine effektive Außenhöhe von 20 cm gebogen werden können. Um z. B. 100 Wanderungspfade zu erhalten muß bei plattenförmigem Gel eine Wanderungsplatte einer Breite von 40 cm oder mehr verwendet werden, während die zweidimensionale Gelkapillaranordnung es erlaubt, daß der Detektorbereich nur 1 × 1 cm² oder weniger ist.

Claims

Elektrophoresegerät mit einer Kapillarpatrone (1), in der Kapillaren (2) angeordnet sind, die jeweils ein Probeninjektionsende aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die Probeninjektionsenden der Kapillaren (2) größere Abstände voneinander haben als ihre anderen Enden.
Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an den anderen Enden der Kapillaren (2) Probenerfassungsbereiche vorgesehen sind.
Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Proben außerhalb der Kapillaren (2) erfaßt werden.
Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Probeninjektionsenden der Kapillaren (2) zweidimensional angeordnet sind.
Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Probeninjektionsenden der Kapillaren (2) eindimensional angeordnet sind.
Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die anderen Enden der Kapillaren (2) eindimensional angeordnet sind.
Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die anderen Enden der Kapillaren (2) zweidimensional angeordnet sind.
Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Probe nahe den anderen Enden der Kapillaren (2) erfaßt wird.
Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Probe außerhalb der Kapillaren (2) durch Bestrahlung mit Anregungslicht (8a) ein- oder zweidimensional erfaßt wird.
Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapillaren (2) an ihren Probeninjektionsenden zusammengefaßt und befestigt sind.
Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapillaren (2). nahe ihren anderen Enden zusammengefaßt und befestigt sind.
Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Probe nach ihrer Wanderung durch die Kapillaren (2) vor ihrer Erfassung in einen mit einer Pufferlösung oder einem Gel gefüllten Spalt eluiert.
Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Probeninjektionsenden der Kapillaren (2) nebeneinander in Reihen mit seitlichem Abstand und ihre anderen Enden hintereinander linear in einer Reihe angeordnet sind, und daß Anregungslicht (8a) die wandernden Proben an Stellen bestrahlt, an denen sie aus den Kapillaren (2) in einen mit einer Pufferlösung oder einem Gel gefüllten Spalt im wesentlichen gleichzeitig eluieren.
Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapillaren (2) mit Anregungslicht (8a) bestrahlt und die Proben in den Kapillaren erfaßt werden.
Gerät nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der mit dem Anregungslicht (8a) bestrahlte Bereich der Kapillaren (2) in eine Pufferlösung eintaucht.