JP2000146910A - Electrophoresis system - Google Patents

Electrophoresis system

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JP2000146910A
JP2000146910A JP11240693A JP24069399A JP2000146910A JP 2000146910 A JP2000146910 A JP 2000146910A JP 11240693 A JP11240693 A JP 11240693A JP 24069399 A JP24069399 A JP 24069399A JP 2000146910 A JP2000146910 A JP 2000146910A
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JP
Japan
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electrophoresis
path
signal
substance
sensor
Prior art date
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Application number
JP11240693A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masatoshi Nishimura
正利 西村
Yoshiaki Mizukami
良明 水上
Daniel Rainiakku
ダニエル ライニアック
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sankyo Co Ltd
Original Assignee
Sankyo Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a technique for realizing the quick and simultaneous parallel detection of electrophoresis images in electrophoresis analysis. SOLUTION: The detection of a signal to be operated by one sensor is operated by plural sensors arranged along an electrophoresis path. The electrophoresis path 3 is constituted of rectangular capillary vessels, and when an optical sensor array 1 is integrated with this, a whole electrophoresis system can be integrated into a micro-chip. Thus, the simultaneous parallel monitor of separated states can be realized, and quick electrophoresis analysis can be realized by this inexpensive and fine device.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、電気泳動分析を行
うためのシステムに関する。特に、電気泳動ユニットと
泳動結果を機械的に読み取る検知機構とを組み合わせた
電気泳動システムに関する。
[0001] The present invention relates to a system for performing electrophoretic analysis. In particular, the present invention relates to an electrophoresis system in which an electrophoresis unit and a detection mechanism for mechanically reading an electrophoresis result are combined.

【0002】[0002]

【従来の技術】電気泳動分析は、タンパク質や核酸とい
った生体成分の分析や分離に欠かせない基本的な分析操
作である。電気泳動分析は、分析対象物質が荷電状態の
違いに基づいて電界中で移動する現象を応用している。
荷電状態をいろいろな環境条件によって操作すれば、物
質の検出や定量といった用途だけでなく、分子量、等電
点といった、物性を知ることができる。あるいは、他の
分析操作の試料とするために目的の物質を分取するため
の手段として活用することもできる。
2. Description of the Related Art Electrophoretic analysis is a basic analytical operation indispensable for analyzing and separating biological components such as proteins and nucleic acids. Electrophoretic analysis utilizes a phenomenon in which a substance to be analyzed moves in an electric field based on a difference in charge state.
If the charge state is manipulated under various environmental conditions, not only applications such as detection and quantification of substances, but also physical properties such as molecular weight and isoelectric point can be known. Alternatively, it can be used as a means for collecting a target substance for use as a sample for another analysis operation.

【0003】電気泳動分析の中でも、新しい分析技術と
して普及したのがキャピラリ電気泳動である。キャピラ
リには、シリカ製で内径10-100μm長さ10-100cmの細管
が一般に用いられ、これに媒体としてゲルや各種の液体
が充填される。キャピラリ電気泳動の原理と、センサー
(あるいはデテクター)によって検知されるシグナルと
時間の関係を図3に示した。電気泳動分析では、通電に
伴う発熱(ジュール熱)によって泳動媒体中で引き起こ
される対流の影響が分離結果に大きな影響を与える。通
電による発熱は、電気泳動分析の宿命的な制限と言うこ
とができる。このため、従来の電気泳動分析では対流を
起こさないようにゲル媒体が利用されていた。しかしキ
ャピラリ内部という特殊な条件を利用することによっ
て、熱の放散が効果的に行えるようになった。また、均
一な温度の維持が難しい平面に比べて、キャピラリでは
容易に温度制御を行える。このような利点を生かして、
キャピラリ電気泳動は、必ずしもゲル媒体を必要とせ
ず、しかも分離能に優れ、安価で高精度な分析装置とし
て広く普及した。
[0003] Among electrophoretic analyzes, capillary electrophoresis has become popular as a new analysis technique. For the capillary, a thin tube made of silica and having an inner diameter of 10 to 100 μm and a length of 10 to 100 cm is generally used, and this is filled with a gel or various liquids as a medium. FIG. 3 shows the principle of capillary electrophoresis and the relationship between time and a signal detected by a sensor (or detector). In the electrophoretic analysis, the influence of convection caused in the electrophoresis medium by heat generation (Joule heat) due to energization greatly affects the separation result. Heat generation due to energization can be said to be a fatal limitation of electrophoretic analysis. For this reason, in the conventional electrophoretic analysis, a gel medium has been used so as not to cause convection. However, by utilizing the special condition of the inside of the capillary, heat can be dissipated effectively. In addition, the temperature can be easily controlled with a capillary as compared with a flat surface where it is difficult to maintain a uniform temperature. Taking advantage of these advantages,
Capillary electrophoresis, which does not necessarily require a gel medium, has excellent separation ability, has become widespread as an inexpensive and highly accurate analyzer.

【0004】特に等電点の分析においては、液体中で等
電点電気泳動を行えるようになったことから泳動時間が
大幅に短縮された。従来のゲル電気泳動においては、ゲ
ル媒体の中で等電点にタンパク質が収束するまでに長い
時間が必要だったのである。
[0004] In particular, in the analysis of isoelectric point, electrophoretic electrophoresis can be performed in a liquid, so that the migration time has been greatly reduced. In conventional gel electrophoresis, it took a long time for the protein to converge to the isoelectric point in the gel medium.

【0005】このように多くのメリットに支えられて急
激に普及したキャピラリ電気泳動であるが、いくつかの
問題点は残されている。公知のキャピラリ電気泳動シス
テムでは、分析対象成分の検出を1点で行っていた。た
とえばタンパク質の検出であれば、280nmにおける吸収
を測定するための光学系が泳動路の末端付近に1つだけ
取り付けられているケースが一般的である。このような
構成では、当然の事ながら分析対象成分はセンサーが配
置されたところまで泳動されてこなければ検知すること
ができない。キャピラリ電気泳動の泳動時間が短いとは
言え、常にセンサー部分まで泳動を行うことが必要なシ
ステムでは迅速な処理が困難となるケースが生じる。あ
るいは分析対象物質の帯電状態によっては、センサー部
分まで泳動されないケースも起こりうる。
[0005] Although capillary electrophoresis has been rapidly spread and supported by many advantages, some problems remain. In a known capillary electrophoresis system, detection of a component to be analyzed is performed at one point. For example, in the case of protein detection, it is common that only one optical system for measuring absorption at 280 nm is attached near the end of the migration path. In such a configuration, the component to be analyzed cannot be detected unless it is migrated to the position where the sensor is arranged. Although the electrophoresis time of capillary electrophoresis is short, there are cases where rapid processing becomes difficult in a system that always requires electrophoresis to the sensor portion. Alternatively, depending on the charged state of the analysis target substance, a case where the electrophoresis does not reach the sensor portion may occur.

【0006】キャピラリ電気泳動のひとつの特徴として
電気浸透流(electroosmotic flow)の存在がある。通
常キャピラリ内壁は負に帯電しており、泳動緩衝液中の
陽イオンをひきつける。キャピラリに電圧が印加される
と陽イオンは陰極に移動するが、このときに水イオンを
ひきずりながら移動するため溶液全体が陰極に流れる。
この流れはサンプルに依存しないオフセットの流れで電
気浸透流と呼ばれており、緩衝液のpH、内壁のコーティ
ングによりある程度コントロールすることができる。中
性のサンプルは電気浸透流と同じスピードで泳動し、正
に帯電したサンプルはこれより早く、負に帯電したサン
プルはこれより遅く移動する。
One feature of capillary electrophoresis is the presence of electroosmotic flow. Usually, the inner wall of the capillary is negatively charged and attracts cations in the running buffer. When a voltage is applied to the capillary, cations move to the cathode. At this time, since the cations move while dragging water ions, the entire solution flows to the cathode.
This flow is an offset flow that does not depend on the sample and is called an electroosmotic flow, and can be controlled to some extent by the pH of the buffer and the coating on the inner wall. Neutral samples run at the same speed as the electroosmotic flow, positively charged samples move faster, and negatively charged samples move slower.

【0007】このように、キャピラリ電気泳動では電気
浸透流というオフセットの流れを利用する事により、
正、負、中性のサンプルを一挙に分離することができ
る。ただし、負に帯電したサンプルにおいて|νm|>ν
eofのときはサンプルは陽極側に動き、センサに到達し
ない(νmは負に帯電した物質の速度、νeofは電気浸透
流の速度)。この問題を解決する唯一の方法は最大の|
νm|を持つサンプルをも陰極側に動かせるだけの電気浸
透流を供給することであるが、必ずしも可能とは限らな
い。仮にこれが可能であったとしても、速い電気浸透流
を用いた場合には正に帯電しているサンプルは短時間で
センサまで到達してしまい、移動度の近接した2つのサ
ンプルを分離できない可能性がある。分離度のひとつの
表現として、式1に示す関係が知られている。
As described above, in capillary electrophoresis, by utilizing an offset flow called an electroosmotic flow,
Positive, negative and neutral samples can be separated at once. However, in a negatively charged sample, | ν m |> ν
At eof , the sample moves to the anode side and does not reach the sensor (v m is the velocity of the negatively charged substance, v eof is the velocity of the electroosmotic flow). The only way to solve this problem is the largest |
It is necessary to supply an electroosmotic flow that can move a sample having ν m | to the cathode side, but this is not always possible. Even if this was possible, a positively charged sample could reach the sensor in a short time if fast electroosmotic flow was used, making it impossible to separate two samples with similar mobility. There is. As one expression of the degree of separation, the relationship shown in Expression 1 is known.

【0008】[0008]

【式1】 (Equation 1)

【0009】ここで、Nは理論段数、Δνは2つのサン
プルの移動速度の差、νは2つのサンプルの移動速度の
平均値である。これより、Rsをできるだけ大きくするた
めにはνを小さくすればよいことがわかるが、電気浸透
流を大きくすることはνを大きくすることになり、結果
としてRsが小さくなり好ましくない。
Here, N is the number of theoretical plates, Δν is the difference between the moving speeds of the two samples, and ν is the average value of the moving speeds of the two samples. From this, it can be seen that, in order to increase Rs as much as possible, it is necessary to decrease ν. However, increasing the electroosmotic flow increases ν, which results in undesirably decreasing Rs.

【0010】また液体媒体中での等電点電気泳動が迅速
に行えることがキャピラリ電気泳動の大きな特徴の一つ
である。しかし、等電点に収束したタンパク質を1点に
固定したセンサーで検知することはできないので、従来
は更にセンサーのところまでタンパク質を電気泳動的に
移動させる操作が必要とされていた。また、公知のキャ
ピラリ電気泳動においては試料を泳動路の末端部分から
しか供給できないため、等電点電気泳動に当たって万が
一逆の末端部分に収束するようなタンパク質が分析対象
成分となった場合には長い泳動時間が必要となる。等電
点の予想ができないケースでは、中心付近から泳動をス
タートするのが合理的なアプローチであることは言うま
でもないが、キャピラリの特性上、安価に中心付近への
試料の供給機構を構成することは困難である。
Another feature of capillary electrophoresis is that isoelectric focusing in a liquid medium can be performed quickly. However, since the protein converged to the isoelectric point cannot be detected by a sensor fixed at one point, conventionally, an operation of further electrophoretically moving the protein to the sensor has been required. In addition, in known capillary electrophoresis, since a sample can be supplied only from the end portion of the migration path, it may be long if a protein that converges to an opposite end portion in the case of isoelectric focusing becomes an analysis target component. Electrophoresis time is required. In cases where the isoelectric point cannot be predicted, it is obvious that starting electrophoresis near the center is a reasonable approach.However, due to the characteristics of the capillary, a mechanism for supplying the sample to the center near the center should be inexpensive. It is difficult.

【0011】加えて、キャピラリを用いることによって
放熱と温度制御が容易となったとは言え、キャピラリの
製造上の制限から、現在の大きさは限界に近い。また操
作性においても、現状よりも細いものでは破損しやすく
現実的ではない。そのため、小型化による泳動時間の短
縮、より少量の試料による高感度な分析、といった点で
は、既に限界に達しているという見方ができる。
[0011] In addition, although the heat radiation and the temperature control are facilitated by using the capillary, the current size is close to the limit due to the limitation in manufacturing the capillary. Also, in terms of operability, a thinner than the current state is liable to breakage and is not realistic. For this reason, it can be seen that the limit has been reached in terms of shortening the migration time due to downsizing, and performing high-sensitivity analysis using a smaller amount of sample.

【0012】キャピラリ電気泳動の他にも、新しい電気
泳動分析の手法が提案されている。たとえば、平面基板
に作成したマイクロ流路を泳動路とする電気泳動分析が
試みられた。マイクロ流路には、ガラスやポリマーがよ
く利用されている。この方法では、マイクロ流路を利用
しているので半導体チップを組み合わせることにより、
キャピラリよりも更に微小な分析システムを構築できる
(Science, Vol.261, pp895-897, 1993; Proc. Natl. Ac
ad. Sci. USA, Vol.91, pp.11348-11352,1994;Anal.Che
m.,Vol.69,pp.3451-3457,1997)。しかし依然としてシグ
ナルの検出は1点で行っているのでキャピラリ電気泳動
システムと同じ問題点を残している。微小なシステムと
しては、半導体プロセスを用いて検出用ICを作成し、そ
の上にプラスチック流路を形成したものが公知である(I
nternational Conference oc Microelectromechanical
Systems -MEMS96-,pp.491-496,1996; International Co
nference on Solid -State Sensors and Actuators -Tr
ansducer97-, pp.503-506,1997)。プラスチック流路の
形成技術には、光造形法などの新しい技術の応用(BME,V
ol.12,No.4,pp.66-75,1998)も報告されている。しかし
検出システムとしては従来の流路出口での1点検出原理
が採用されつづけている。
[0012] In addition to capillary electrophoresis, new electrophoretic analysis techniques have been proposed. For example, an electrophoretic analysis using a microchannel formed on a flat substrate as an electrophoresis path has been attempted. Glass and polymers are often used for microchannels. In this method, a microchannel is used, so by combining semiconductor chips,
Can build even smaller analysis systems than capillaries
(Science, Vol.261, pp895-897, 1993; Proc. Natl. Ac
ad.Sci. USA, Vol.91, pp.11348-11352, 1994; Anal.Che
m., Vol. 69, pp. 3451-3457, 1997). However, since the signal is still detected at one point, the same problem as the capillary electrophoresis system remains. As a minute system, a system in which a detection IC is formed using a semiconductor process and a plastic flow path is formed thereon is known (I
nternational Conference oc Microelectromechanical
Systems -MEMS96-, pp.491-496,1996; International Co
nference on Solid -State Sensors and Actuators -Tr
ansducer97-, pp.503-506,1997). Application of new technologies such as stereolithography to the formation technology of plastic channels (BME, V
ol. 12, No. 4, pp. 66-75, 1998). However, as a detection system, the conventional principle of one-point detection at the outlet of a flow passage has been adopted.

【0013】DNAの塩基配列決定等のように、泳動結果
の2次元的な解析が必要な分析方法においては、キャピ
ラリを走査することによって泳動パターンの解析を行う
方法が公知である。しかしこのような方法では、微小な
光束で走査するための高精度な光学系が要求される。ま
たレンズやプリズムなどで構成される複雑なシステムに
なってしまい、安価なデバイスを商業的に供給すること
は困難である。更に泳動路に沿って複数の位置で検知を
行う電気泳動システムも公知である(特開平10-13278
3)。この先行技術に開示されたシステムにおいては、
短い光路長で光学測定を行いつつ高S/N比を実現するた
めに、ある範囲のシグナルを積算しなければならない。
そのため泳動終了後に通電を停止して信号の測定とデー
タの解析を行うことが条件となっており、電気泳動中の
測定を実現できない。またレンズなどの光学部品が必須
となっており、構造が複雑で安価なシステムの実現は困
難である。
As an analysis method that requires two-dimensional analysis of electrophoresis results, such as determination of the base sequence of DNA, a method of analyzing an electrophoresis pattern by scanning a capillary is known. However, such a method requires a highly accurate optical system for scanning with a minute light beam. In addition, a complicated system including a lens and a prism is required, and it is difficult to commercially supply an inexpensive device. Further, an electrophoresis system that performs detection at a plurality of positions along an electrophoresis path is also known (Japanese Patent Laid-Open No. 10-13278).
3). In the system disclosed in this prior art,
In order to achieve a high S / N ratio while performing optical measurement with a short optical path length, a certain range of signals must be integrated.
For this reason, it is a condition that the power supply is stopped after the electrophoresis is completed and the signal measurement and the data analysis are performed, so that the measurement during the electrophoresis cannot be realized. Further, optical components such as lenses are indispensable, and it is difficult to realize an inexpensive system with a complicated structure.

【0014】[0014]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、迅速性や高
い精度といったキャピラリ電気泳動の特徴を生かしつ
つ、より合理的で迅速な分離を可能とするシグナルの検
出原理を提供することを課題としている。具体的には、
センサーの配置によって各種の制限を受けていた電気泳
動分析を、より合理的な検出原理に基づいて改善するた
めの新規なシステムと分析方法を提供することが本発明
の課題である。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a signal detection principle which enables more rational and rapid separation while utilizing the characteristics of capillary electrophoresis such as rapidity and high accuracy. I have. In particular,
It is an object of the present invention to provide a novel system and analysis method for improving electrophoretic analysis, which has been variously limited by the arrangement of sensors, based on a more rational detection principle.

【0015】本発明の第2の課題は、現在普及している
キャピラリ電気泳動システムよりも更に小型化が容易
で、しかも安価な電気泳動システムの提供にある。
A second object of the present invention is to provide an inexpensive electrophoresis system that can be more easily miniaturized than currently popular capillary electrophoresis systems.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】本発明者らは、電気泳動
分析の可能性を制限している要因としてセンサーの配置
と、キャピラリの物理的な形状に着目し、新たな構成に
ついて研究を行った。その結果、泳動路に対応した複数
の位置にセンサーを設けることにより、合理的な検出系
を構成できることを見出し、本発明を完成した。
Means for Solving the Problems The present inventors have focused on the arrangement of sensors and the physical shape of the capillary as factors limiting the possibility of electrophoretic analysis, and conducted research on a new configuration. Was. As a result, they have found that a rational detection system can be configured by providing sensors at a plurality of positions corresponding to the migration path, and completed the present invention.

【0017】更に本発明は、複数のセンサーとして微細
なセンサーを平面的にマトリクス状に配置した光学的セ
ンサーアレイを利用すれば、現在の加工技術をもって非
常に微細な構造の電気泳動システムを構成できることを
見出した。すなわち本発明は、以下のような電気泳動シ
ステム、ならびに電気泳動分析方法に関する。 〔1〕少なくとも下記の構成を含む電気泳動システムで
あって、電気泳動中にセンサーによるシグナルの検知が
可能なものである電気泳動システム。 a)分析対象物質の電気泳動による分離を行う電気泳動
ユニット、および b)前記電気泳動ユニットと組み合わされ、前記物質の
シグナルを検知するために分析対象物質の泳動路に配置
された複数のセンサー、 〔2〕前記センサーが複数の検知素子を平面上に配置し
た光学的センサーである〔1〕に記載の電気泳動システ
ム。 〔3〕複数の検知素子を平面上に配置した光学的センサ
ーを電気泳動ユニットに一体化した〔2〕に記載の電気
泳動システム。 〔4〕前記電気泳動ユニットにおける泳動路が、並列に
配置されている〔1〕−〔3〕のいずれかに記載の電気
泳動システム。 〔5〕並列に配置された泳動路が、連続する1本の毛細
管構造である〔4〕に記載の電気泳動システム。 〔6〕前記センサーを構成する検知素子が、1つの泳動
路からのシグナルを検知し、並列に配置された隣接する
泳動路のシグナルの影響を受けない、〔4〕または
〔5〕に記載の電気泳動システム。 〔7〕前記泳動路の任意の部分に分析対象試料適用部位
を備えた〔1〕に記載の電気泳動システム。 〔8〕前記電気泳動ユニットの泳動路の中間部分に分析
対象試料適用部位を備えた〔7〕に記載の電気泳動シス
テム。
Further, according to the present invention, if an optical sensor array in which fine sensors are arranged in a matrix in a plane as a plurality of sensors is used, an electrophoresis system having a very fine structure can be configured by the current processing technology. Was found. That is, the present invention relates to the following electrophoresis system and electrophoresis analysis method. [1] An electrophoresis system including at least the following components, wherein a signal can be detected by a sensor during electrophoresis. a) an electrophoresis unit for performing electrophoretic separation of a substance to be analyzed, and b) a plurality of sensors combined with the electrophoresis unit and arranged in a migration path of the substance to be analyzed to detect a signal of the substance. [2] The electrophoresis system according to [1], wherein the sensor is an optical sensor in which a plurality of detection elements are arranged on a plane. [3] The electrophoresis system according to [2], wherein an optical sensor having a plurality of detection elements arranged on a plane is integrated with the electrophoresis unit. [4] The electrophoresis system according to any one of [1] to [3], wherein migration paths in the electrophoresis unit are arranged in parallel. [5] The electrophoresis system according to [4], wherein the migration paths arranged in parallel have a single continuous capillary structure. [6] The detection element according to [4] or [5], wherein the detection element constituting the sensor detects a signal from one migration path and is not affected by a signal of an adjacent migration path arranged in parallel. Electrophoresis system. [7] The electrophoresis system according to [1], wherein an analysis target sample application site is provided at an arbitrary part of the migration path. [8] The electrophoresis system according to [7], wherein an analysis target sample application site is provided in an intermediate portion of a migration path of the electrophoresis unit.

〔9〕少なくとも下記ステップa)−c)を含む電気泳
動分析方法。 a)分析対象物質の電気泳動を行う b)前記電気泳動分離操作によって分析対象物質が泳動
される経路に対応した位置に配置された複数のセンサー
によって、電気泳動分離と並行して前記物質のシグナル
を複数の位置で検知する c)前記複数の位置で検知したシグナルと、そのシグナ
ルを検知した位置情報とに基づいて前記物質の物理化学
的性状を決定する
[9] An electrophoretic analysis method including at least the following steps a) to c). a) Performing electrophoresis of the substance to be analyzed b) Using a plurality of sensors arranged at positions corresponding to the path where the substance to be analyzed is migrated by the electrophoretic separation operation, the signal of the substance is parallelized with the electrophoretic separation C) at a plurality of positions c) determining the physicochemical properties of the substance based on the signals detected at the plurality of positions and the position information at which the signals were detected.

【0018】[0018]

【発明の実施の形態】本発明において、電気泳動システ
ムとは、電気泳動ユニットと電気泳動路からのシグナル
を検知するためのセンサーとで構成される。本発明を構
成する前記電気泳動ユニットは、電気泳動路と電気泳動
に必要な通電機構を備える。これらの構成要素は、公知
の電気泳動システムに利用されていたものをそのまま応
用することができる。たとえばマイクロチャンネルを利
用した電気泳動ユニットは、本発明における有利な態様
である。この電気泳動ユニットは、基板上に微細な溝を
配置し、これを必要に応じてカバーした構造を持ち、こ
の溝の中を毛細管現象によって液体が流通するようにな
っている。溝の両端は電極となっており、電源に接続す
ることにより電気泳動が開始される。溝の配置は任意で
あるが、矩形状に構成しておけば、小さな面積により長
い泳動路を構成することができるので有利である。たと
えば、5mm×5mmの範囲で、幅0.1mmの泳動路を、0.35mm
間隔で折り返した矩形形状とすることにより有効泳動長
6cmを達成することができる。あるいは、複数の泳動路
を並列させることも可能である。電気泳動ユニットの構
成部品を分析対象物質のシグナルが透過できる素材とし
ておけば、泳動の状態を電気泳動ユニットの外から検知
することができる。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In the present invention, an electrophoresis system comprises an electrophoresis unit and a sensor for detecting a signal from an electrophoresis path. The electrophoresis unit constituting the present invention includes an electrophoresis path and an energization mechanism necessary for electrophoresis. As these components, those used in known electrophoresis systems can be applied as they are. For example, an electrophoresis unit using a microchannel is an advantageous embodiment of the present invention. This electrophoresis unit has a structure in which fine grooves are arranged on a substrate and the fine grooves are covered as necessary, and liquid flows through the grooves by capillary action. Both ends of the groove are electrodes, and electrophoresis is started by connecting to a power supply. The arrangement of the grooves is arbitrary, but it is advantageous to form the grooves in a rectangular shape, since a long migration path can be formed with a small area. For example, within a 5mm x 5mm range, a 0.1mm
Effective electrophoresis length by making a rectangular shape folded at intervals
6cm can be achieved. Alternatively, a plurality of migration paths can be arranged in parallel. If the components of the electrophoresis unit are made of a material through which the signal of the substance to be analyzed can pass, the state of electrophoresis can be detected from outside the electrophoresis unit.

【0019】マイクロチャンネルは、基板表面に断面が
数10-100μm角程度の溝(流路)を設け、その上を適当
な素材でシールした構造を持っている。溝(流路)の形
成には、エッチング加工が利用される。基板素材には、
ガラスが用いられていた。ガラスは、絶縁性や熱放散性
に優れる反面、溝(流路)のシールに高熱での加工を要
求するガラスやシリコンを利用しなければならない等の
不都合な面もあった。最近ではガラスに代わってシリコ
ーンエラストマー等の素材を用い、鋳造に基づいたマイ
クロチャンネルの成型が試みられている。素材には、ポ
リジメチルシロキサン(以下PDMSと省略する、Anal.Che
m.,Vol.69,pp.3451-3457,1997)、アクリル系樹脂(Ana
l.Chem.,Vol.69,pp.2626,1997)、ポリメチルメタクリレ
ート(以下PMMAと省略する、Anal.Chem.,Vol.69,pp.478
3,1997)等が用いられる。まずマスターとなる型をシリ
コンウエハーのエッチングにより作成しておく。これに
溶液状のポリマーを流し込んで構造を転写し、ポリマー
を固化させる。流路の一般的な大きさはいずれも深さで
数10μm、幅10-100μm、そして分析有効長は数10cmとす
ることができる。PDMSを素材とすればガラスやPDMS基板
との自然吸着により簡単に流路のシーリングが行える。
シーリングのために必要な温度は、ガラスとの接合で10
5℃、PDMSどうしの場合で108℃と、ガラス基板で必要と
される接合温度よりもかなり低い温度となっている。こ
のようにして作成されたマイクロチャンネル内では、既
にDNA断片などの電気泳動分離が可能であることが確か
められている。ポリマーを用いたマイクロチャンネルは
量産化が容易なので、コストの点で有利である(ぶんせ
き1998年8月号p.608-609)。またエッチングによる成型
が困難なガラスに比べて、マイクロチャンネルの深さを
大きく取ることができる。
The microchannel has a structure in which a groove (flow path) having a cross section of about several tens to 100 μm square is provided on the surface of the substrate, and the groove is sealed with a suitable material. Etching is used to form the grooves (flow paths). The board material includes
Glass was used. Glass has excellent insulating properties and heat dissipation properties, but has disadvantages such as the use of glass or silicon, which requires high-temperature processing for sealing grooves (flow paths). Recently, molding of microchannels based on casting using materials such as silicone elastomers instead of glass has been attempted. Materials include polydimethylsiloxane (hereinafter abbreviated as PDMS, Anal.Che
m., Vol. 69, pp. 3451-3457, 1997), acrylic resin (Ana
l. Chem., Vol. 69, pp. 2626, 1997), polymethyl methacrylate (hereinafter abbreviated as PMMA, Anal. Chem., Vol. 69, pp. 478)
3, 1997). First, a master mold is prepared by etching a silicon wafer. The structure is transferred by pouring a polymer in solution into this, and the polymer is solidified. The general size of the channel can be several tens μm in depth, 10-100 μm in width, and the effective analysis length can be several tens of cm. If PDMS is used as the material, the channel can be easily sealed by natural adsorption to glass or a PDMS substrate.
The temperature required for sealing is 10 when bonding with glass
The temperature is 5 ° C and 108 ° C between PDMS, which is much lower than the bonding temperature required for a glass substrate. It has already been confirmed that electrophoretic separation of DNA fragments and the like is possible in the microchannel thus created. Microchannels using polymers are advantageous in terms of cost because they can be easily mass-produced (Bunseki August 1998, p.608-609). Also, the depth of the microchannel can be made larger than that of glass which is difficult to mold by etching.

【0020】ポリマーの他に感光性ガラスのエッチング
により流路を形成する技術も公知である。感光性ガラス
は、金属イオンを増感剤とともに加えて溶解した珪酸塩
ガラスである。紫外線に感光して加熱現像処理により金
属コロイドを生じ、このコロイドを核として結晶が成長
する。この結晶が酸に溶けやすいことから、酸処理によ
りエッチング加工が可能となる。流路断面にテーパを設
けたり、あるいは平面的にも微細で複雑な形状に対応で
きる。この加工技術を利用して、マイクロチャンネルの
作成を行っても良い。
A technique for forming a channel by etching a photosensitive glass in addition to a polymer is also known. The photosensitive glass is a silicate glass in which metal ions are added and dissolved together with a sensitizer. A metal colloid is generated by heat development upon exposure to ultraviolet light, and a crystal grows using the colloid as a nucleus. Since these crystals are easily dissolved in acid, etching can be performed by acid treatment. It is possible to provide a taper in the cross section of the flow path, or to cope with a fine and complicated shape in plan view. Microchannels may be created using this processing technique.

【0021】この他、光硬化樹脂を利用した光造形技術
によってマイクロチャンネルを形成することもできる。
光造形技術によればセンサー上に泳動路を直接形成する
ことができる。光造形技術は、目的とする構造を何層に
もスライスした形状を想定し、各層を光照射によって形
成するとともに順次積み重ねることによって構造全体を
完成させる技術である。スライスした形状に沿って光を
照射する工程は、コンピューター制御によって自動化す
ることができる。光造形法には、樹脂槽の上方からレー
ザ光を照射し、上下方向に移動可能なステージ上に構造
を積層する自由液面法と、樹脂槽の下方からレーザ光を
照射し、樹脂槽底部に取り付けた石英ガラス板とステー
ジ間で各スライス層を形成および積層する規制液面法が
ある。しかしながら、これら一般的な光造形法では、中
空部である流路内壁表面の形成時に樹脂面が非規制状態
となるため、光学測定には不向きな粗く透明度の低い面
が形成されてしまう。しかし、規制液面法において、上
下方向に移動可能なステージに加え、中空部作製時に液
面状態を制御するための規制板を用いることにより、表
面が滑らかで透明度に優れた流路内面を作製することが
できる。光造形技術は、射出成型やエッチングといった
従来の成型技術では原理上不可能な形状も自在に形成す
ることができる。さらに、光造形技術によればセンサー
と泳動路の距離を容易に短くすることができる。具体的
には、たとえば紫外線硬化性のアクリル樹脂に紫外線レ
ーザーを照射して泳動路を形成させる場合、センサーと
泳動路の間の距離を限りなく接近させることも可能であ
る。両者の距離が短ければ、より鮮明なイメージと高い
感度とがもたらされる。実施例においては、光造形技術
によってセンサと泳動路の間の距離0.5mmを実現して
いる。しかもこれは成型技術上の制限ではなく、単に他
の部品との位置関係に基づいて設定された数値である。
したがって、原理的には更にセンサーと泳動路の距離を
短くすることも可能である。
In addition, a microchannel can be formed by a stereolithography technique using a photocurable resin.
According to the stereolithography technique, the migration path can be formed directly on the sensor. The stereolithography technique is a technique of assuming a shape obtained by slicing a target structure into multiple layers, forming each layer by light irradiation, and sequentially stacking the layers to complete the entire structure. The step of irradiating light along the sliced shape can be automated by computer control. The laser shaping method includes irradiating a laser beam from above the resin tank and stacking the structure on a vertically movable stage, and irradiating the laser beam from below the resin tank to the bottom of the resin tank. There is a regulated liquid level method for forming and laminating each slice layer between a quartz glass plate attached to a stage and a stage. However, in these general stereolithography methods, since the resin surface is in an unregulated state when the inner surface of the flow path which is a hollow portion is formed, a rough and low-transparency surface unsuitable for optical measurement is formed. However, in the regulated liquid level method, in addition to a stage that can be moved in the vertical direction, a regulating plate for controlling the liquid surface state when producing the hollow part is used, so that the inner surface of the flow path with a smooth surface and excellent transparency is produced. can do. The optical shaping technique can freely form a shape which is impossible in principle with conventional molding techniques such as injection molding and etching. Further, according to the stereolithography technique, the distance between the sensor and the migration path can be easily reduced. Specifically, for example, when irradiating an ultraviolet curable acrylic resin with an ultraviolet laser to form a migration path, the distance between the sensor and the migration path can be made as close as possible. Shorter distances result in sharper images and higher sensitivity. In the embodiment, the distance between the sensor and the migration path is 0.5 mm by the optical shaping technique. In addition, this is not a limitation in the molding technique, but is a numerical value simply set based on a positional relationship with other parts.
Therefore, in principle, the distance between the sensor and the migration path can be further reduced.

【0022】マイクロチャンネルの深さは、光路長を決
める重要な要素である。ポリマーを素材とすることで、
50-100μmの光路長を容易に実現できる。光路長がこの
範囲よりも短い場合には、特に吸光度測定の場合に十分
なシグナル強度を期待できなくなる。一方、100μm以上
のときには、泳動路の深さが大きくなることによって場
合により分離能がかえって低下する恐れが生じる。した
がって、前記50-100μm、特に70μm前後という光路長
は、特に吸光度をシグナルとするときに望ましい光路長
である。平面基板上のマイクロチャンネルを利用した電
気泳動に関するほとんどの報告において、検出は励起用
レーザと光電子増倍管を用いた蛍光測定により行われて
いる。公知の平面基板上マイクロチャンネルを用いた電
気泳動に関する研究ではチャンネルがそれほど深くない
ために(したがって検出限界濃度Cが大きくなり)吸光
測定は困難である。これに対して本発明の望ましい態様
である70μm程度の深さを備えたマイクロチャンネルを
用いれば、実用的な感度を持った電気泳動システムの提
供が可能となる。実際に市販されている装置では70μm
程度の内径のキャピラリを用いて吸光測定をおこなって
いる。以下に吸光測定における光路長の影響について詳
細に述べる。まず、吸光度Aは式2のように定義され
る。
The depth of the microchannel is an important factor that determines the optical path length. By using polymer as a material,
An optical path length of 50-100 μm can be easily realized. If the optical path length is shorter than this range, sufficient signal intensity cannot be expected especially in the case of measuring absorbance. On the other hand, when it is 100 μm or more, there is a possibility that the separation ability may be lowered due to an increase in the depth of the migration path. Therefore, the optical path length of 50-100 μm, particularly around 70 μm is a desirable optical path length particularly when the absorbance is used as a signal. In most reports on electrophoresis using microchannels on a flat substrate, detection is performed by fluorescence measurement using an excitation laser and a photomultiplier tube. In a known study on electrophoresis using a microchannel on a flat substrate, the absorption measurement is difficult because the channel is not so deep (therefore, the detection limit concentration C increases). In contrast, if a microchannel having a depth of about 70 μm, which is a desirable embodiment of the present invention, is used, an electrophoresis system having practical sensitivity can be provided. 70 μm with actual commercially available equipment
Absorbance measurement is carried out using a capillary having an inside diameter of the order. Hereinafter, the influence of the optical path length on the absorption measurement will be described in detail. First, absorbance A is defined as in Equation 2.

【0023】[0023]

【式2】 ここで、Iin、およびIoutは、それぞれサンプルへの入
射光量およびサンプルからの出射光量、εはモル吸光係
数、Cはモル濃度、lは光路長である。吸光度が小さいと
き、入射光量に対するサンプルの吸収量の比は式3で説
明できる。
(Equation 2) Here, I in and I out are the amount of light incident on the sample and the amount of light emitted from the sample, ε is the molar extinction coefficient, C is the molar concentration, and l is the optical path length. When the absorbance is small, the ratio of the amount of absorption of the sample to the amount of incident light can be described by Equation 3.

【0024】[0024]

【式3】 検出限界は、検出器の分解能により決まる。たとえば1
Vが最大振幅であり、1mVが最小分解能である検出器を用
いたとき(十分に実現可能)にはA=εCl=10-3が検出限
界となる。仮にε=1×104/Mcm、l=70μmとしたときの
検出限界濃度は式4で求めることができる。
(Equation 3) The detection limit is determined by the resolution of the detector. For example, 1
When a detector having V as the maximum amplitude and 1 mV as the minimum resolution is used (sufficiently feasible), A = εCl = 10 −3 is the detection limit. Assuming that ε = 1 × 10 4 / Mcm and l = 70 μm, the detection limit concentration can be obtained by Expression 4.

【0025】[0025]

【式4】 モル吸光係数、キャピラリ内径にもよるが、この性能は
市販装置の検出限界能と比較して遜色は無く、十分実用
に応用できる性能である。しかしガラスを深くエッチン
グするのは時間がかかるため、一般的には光路長を10μ
m程度としている。このような短い光路長では、光学的
な吸収量はごくわずかであり吸光測定は困難で、蛍光測
定や発光測定としなければ十分なシグナル強度を得るこ
とはできない。
(Equation 4) Although it depends on the molar extinction coefficient and the inner diameter of the capillary, this performance is not inferior to the detection limit capability of a commercially available device, and is a performance that can be sufficiently practically applied. However, deep etching of the glass takes time, so generally the optical path length is 10μ.
m. With such a short optical path length, the amount of optical absorption is very small and absorption measurement is difficult, and a sufficient signal intensity cannot be obtained unless fluorescence measurement or luminescence measurement is performed.

【0026】更にポリマーを素材とすることで、光路を
遮る面を平面とすることができる。ポリマーを素材とす
れば、通常はたとえば泳動路の断面が四角形となり必然
的に光路を遮る面は平面となる。したがって円形のキャ
ピラリで生じる光の散乱等の問題が軽減され、検出能力
の向上も期待できる。
Further, by using a polymer as a material, the surface that blocks the optical path can be made flat. When a polymer is used as a material, for example, the cross section of the migration path is generally rectangular, and the surface that necessarily blocks the optical path is necessarily flat. Therefore, problems such as light scattering generated by the circular capillaries are reduced, and improvement in detection capability can be expected.

【0027】本発明の特に望ましい態様によれば、実施
例にも示したように、電気泳動ユニットであるマイクロ
チャンネルを光学的センサーアレイのすぐ上に接近させ
て配置することによって、集光のための光学系を不要と
することができる。市販装置は検出窓(0.2から0.8mm程
度)を設けているが、センサを流路に沿って配置した構
成ではセンサの大きさ自体がこの検出窓に相当する。こ
れは数10μm程度になるが、上の式からもわかるように
検出分解能は光路長により決定され水平方向の広がりに
は依存しないためアレイ型構成で電気泳動を行いながら
シグナルを検出する事に関して特に問題はない。本発明
において、光学系を不要とすることができる条件につい
て以下に述べる。
According to a particularly preferred embodiment of the present invention, as shown in the examples, the microchannel, which is an electrophoresis unit, is positioned closely above the optical sensor array to provide light collection. Optical system can be dispensed with. Although commercially available devices are provided with a detection window (about 0.2 to 0.8 mm), the size of the sensor itself corresponds to the detection window in a configuration in which the sensors are arranged along the flow path. This is about several tens of μm, but as can be seen from the above equation, the detection resolution is determined by the optical path length and does not depend on the horizontal spread, so it is particularly important to detect signals while performing electrophoresis in an array type configuration. No problem. In the present invention, conditions under which the optical system can be eliminated will be described below.

【0028】特に実施例に示したような泳動路が並列し
て配置された構造を持つ泳動路においては、隣接する電
気泳動路からの光学的なシグナルを拾わないようにしな
ければ高精度な分析を達成できない。すなわち、1つの
検知素子が1つの泳動路からのシグナルを検知する構成
が必要である。また泳動路と泳動路の間を通過してくる
光の影響も避ける必要がある。このような場合、通常は
集光のための光学系が採用されるが、本発明においては
検知素子と泳動路とを接近させることによって光学系を
省くことが可能となる。本発明において、検知素子と泳
動路の距離は、通常1.5mm以下、好ましくは0.1〜
1.0mm、より好ましくは0.1〜0.5mmとすることに
より高精度な分析結果を期待できる。0.1mm以下に接
近させることにより、光学的にはより望ましい状態とす
ることができるが、泳動路を構成する素材によっては絶
縁崩壊を生じる可能性がある。
Particularly, in a migration path having a structure in which migration paths are arranged in parallel as shown in the embodiment, high precision analysis is required unless optical signals from adjacent electrophoresis paths are not picked up. Cannot be achieved. That is, a configuration is required in which one detection element detects a signal from one migration path. It is also necessary to avoid the influence of light passing between the migration paths. In such a case, an optical system for condensing light is usually employed, but in the present invention, the optical system can be omitted by bringing the detection element and the migration path close to each other. In the present invention, the distance between the detection element and the migration path is usually 1.5 mm or less, and preferably 0.1 to
By setting the thickness to 1.0 mm, more preferably 0.1 to 0.5 mm, a highly accurate analysis result can be expected. By bringing the distance closer to 0.1 mm or less, a more optically desirable state can be obtained, but insulation breakdown may occur depending on the material constituting the migration path.

【0029】泳動路が並列に配置されているときの光学
測定上の問題は、大きく分けて回析と屈折である。開口
を通過する光はフレンネル回析現象によって広がる。つ
まり、泳動路を通過した光は、検知素子にたどり着く前
に広がる。また液体/樹脂/空気といった屈折率が異な
った媒体を通過する光は、それぞれの界面で屈折する。
検知素子面が光に対して垂直でない場合には、拾うべき
でないシグナルに反応してしまう危険性につながりかね
ない。したがって、泳動路と検知素子をできるだけ接近
させ、かつ検知素子の大きさを小さくすれば、隣接する
泳動路からのシグナルの影響を受けず、1つの泳動路の
シグナルのみを拾う構成とすることができる。すなわ
ち、泳動路の複数の場所に配置された複数の検知素子
は、個々の検知素子をそれぞれ1つの泳動路からのシグ
ナルに対応させるのが、本発明の望ましい態様である。
泳動路を構成する素材によって屈折率が異なるので一般
的な数値を示すことに意味は無いが、たとえば電気泳動
ユニットに検知素子が密着した構造は、光学系を省略す
る場合には理想的な構造ということができる。また検知
素子の大きさも種々の条件の影響を受けるが、泳動路に
対して検知素子を近づけるほど、泳動路の幅に近い大き
さの検知素子を利用することができる。逆に泳動路から
離れるほど、泳動路以外の部分から屈折、あるいは回析
してきた光を拾いやすくなるので、検知素子の大きさを
泳動路の幅に対して小さくするのが望ましい。なお、検
知素子に電荷積分型センサを用いれば、面積の縮小が感
度の低下につながる恐れは無い。
Problems in optical measurement when the migration paths are arranged in parallel are roughly divided into diffraction and refraction. Light passing through the aperture spreads due to the Fresnel diffraction phenomenon. That is, the light that has passed through the migration path spreads before reaching the detection element. Light passing through a medium having a different refractive index such as liquid / resin / air is refracted at each interface.
If the sensing element surface is not perpendicular to the light, it can lead to a risk of reacting to signals that should not be picked up. Therefore, if the migration path and the detection element are brought as close as possible and the size of the detection element is reduced, the configuration is such that only the signal of one migration path is picked up without being affected by the signal from the adjacent migration path. it can. That is, in a preferred embodiment of the present invention, the plurality of sensing elements arranged at a plurality of locations on the migration path each correspond to a signal from one migration path.
There is no point in showing a general numerical value because the refractive index differs depending on the material constituting the migration path, but for example, a structure in which the detection element is in close contact with the electrophoresis unit is an ideal structure when the optical system is omitted. It can be said. Although the size of the sensing element is also affected by various conditions, the closer the sensing element is to the migration path, the more the detection element can be used, the closer to the width of the migration path. Conversely, the farther away from the migration path, the easier it is to pick up light that has been refracted or diffracted from a portion other than the migration path. Therefore, it is desirable to reduce the size of the detection element with respect to the width of the migration path. Note that if a charge integration type sensor is used as the detection element, there is no possibility that a reduction in area will lead to a decrease in sensitivity.

【0030】回析による光の広がりは、フレンネル近似
により回析パターンを予測することができる。屈折につ
いては、光が通過する媒体の屈折率と光の入射角から算
出することができる。これらの数値から、泳動路と検知
素子との距離、あるいは検知素子の大きさなどの条件を
適宜調整すれば、光学系の無い状態でも十分に実用的な
レベルで感度や精度を達成することが可能となる。
The spread of light due to diffraction can be predicted by a Fresnel approximation. Refraction can be calculated from the refractive index of the medium through which light passes and the angle of incidence of the light. From these numerical values, if conditions such as the distance between the migration path and the detection element or the size of the detection element are appropriately adjusted, sensitivity and accuracy can be achieved at a sufficiently practical level even without an optical system. It becomes possible.

【0031】ところで、光学的センサーアレイのよう
に、平面的に多くの検知素子を配置したセンサーを採用
するときには、これを構成するすべての検知素子が泳動
路に対応する必要は無い。このような態様においては、
泳動路に対応する検知素子のシグナルのみを選択的に収
集するようにすれば、結果的に理想的な検知機構を実現
することができる。
When a sensor having a large number of sensing elements arranged in a plane, such as an optical sensor array, is employed, it is not necessary that all the sensing elements constituting the sensor correspond to the migration path. In such an embodiment,
By selectively collecting only the signal of the detection element corresponding to the migration path, an ideal detection mechanism can be realized as a result.

【0032】本発明においては、分析対象物質に由来す
るシグナルを検知するための複数のセンサーを泳動路に
沿って配置する必要がある。しかも本発明を構成するセ
ンサーは、電気泳動中にシグナルの検知が可能なものと
しなければならない。本発明において、泳動路に沿って
配置するとは、電気泳動ユニット中で電気泳動によって
分析対象物質が移動する可能性のある領域に対して、そ
の複数の位置で前記物質のシグナルを検知することがで
きるようにセンサーを配置することを意味する。分析対
象物質が移動する可能性のある領域は、たとえば泳動路
の全体となるが、本発明においては必ずしも泳動路の全
てをカバーできるようにセンサーを配置する必要は無
い。少なくとも任意の複数の位置にセンサーを配置すれ
ば良い。ただし、後に述べるように、緻密に配置された
センサー素子からなる光学的センサーアレイのような、
泳動路の全体に対応してセンサー素子を配置できる構成
は、様々な点で有利な態様である。
In the present invention, it is necessary to arrange a plurality of sensors for detecting a signal derived from the substance to be analyzed along the migration path. Moreover, the sensor constituting the present invention must be capable of detecting a signal during electrophoresis. In the present invention, arranging along an electrophoresis path means detecting a signal of the substance at a plurality of positions with respect to a region in which an analyte may move by electrophoresis in an electrophoresis unit. It means to arrange the sensors as possible. The region where the substance to be analyzed may move is, for example, the entire migration path, but in the present invention, it is not necessary to arrange the sensor so as to cover the entire migration path. At least a plurality of sensors may be arranged at arbitrary positions. However, as described later, such as an optical sensor array composed of densely arranged sensor elements,
The configuration in which the sensor element can be arranged corresponding to the entire migration path is an advantageous embodiment in various points.

【0033】更に、本発明において電気泳動中にシグナ
ルの検知が可能なものとは、電気泳動の進行中であって
も任意のタイミングで任意の場所でシグナルの検知を行
いうるセンサーを意味する。前記シグナルは、分析対象
物質の指標となるものであればどのようなものであって
も利用することができる。具体的には、光学的シグナル
が一般的であるが、放射活性や磁気的な活性を指標とで
きる場合もある。光学的シグナルには、特定の波長にお
ける吸光度、屈折率、蛍光や発光といったものが含まれ
る。これらのシグナルを検知するセンサーは公知であ
る。たとえば光学的シグナルを検知するのであれば、フ
ォトダイオードやフォトトランジスタ等が利用できる。
複数のセンサーを前記泳動路に沿って配置するには、予
め複数のセンサーを並べた状態のものを電気泳動ユニッ
トに対してアセンブルすると良い。
Furthermore, in the present invention, a sensor capable of detecting a signal during electrophoresis means a sensor capable of detecting a signal at an arbitrary timing and at an arbitrary place even during electrophoresis. Any kind of signal can be used as long as it can be an index of the substance to be analyzed. Specifically, an optical signal is generally used, but in some cases, radioactivity or magnetic activity can be used as an index. Optical signals include such things as absorbance at a particular wavelength, refractive index, fluorescence and luminescence. Sensors for detecting these signals are known. For example, if an optical signal is to be detected, a photodiode or a phototransistor can be used.
In order to arrange a plurality of sensors along the migration path, it is preferable to assemble a plurality of sensors arranged in advance in the electrophoresis unit.

【0034】この構成を実現するために、光学センサー
アレイの利用が好ましい。光学センサーアレイは、光学
的なシグナルの変化を電気的な信号の変化として取り出
すことができるセンサー素子(フォトトランジスタ等)
を2次元的に配列させた構造を持った電子部品である。
個々のセンサー素子は独立してシグナルを検知するの
で、得られた信号をその位置情報と対比させれば、どの
位置でシグナルを検知したのかを知ることができる。な
お、本発明によって取得することができる泳動中のシグ
ナル強度とそれを検知した位置情報との対応関係を、本
発明ではイメージと言う。イメージには、更に時間的な
シグナル強度の推移の情報を重ねて、たとえば図12に
示したようなグラフに表示することもできる。本発明に
用いる光学センサーアレイを構成するセンサー素子をよ
り微細なものとし、小さな面積に集積すれば、光学的セ
ンサーアレイ全体をマイクロチップ化することができ
る。
In order to realize this configuration, it is preferable to use an optical sensor array. An optical sensor array is a sensor element (phototransistor, etc.) that can extract changes in optical signals as changes in electrical signals.
Are two-dimensionally arranged electronic components.
Since each sensor element independently detects a signal, by comparing the obtained signal with its position information, it is possible to know at which position the signal was detected. In the present invention, the correspondence between the signal intensity during electrophoresis that can be obtained by the present invention and the position information at which the signal intensity is detected is called an image in the present invention. The image can be further superimposed with information on the transition of the signal intensity over time and displayed on a graph such as that shown in FIG. If the sensor elements constituting the optical sensor array used in the present invention are made finer and integrated in a small area, the entire optical sensor array can be formed into a microchip.

【0035】このような電子部品は、CCD(Charged Coup
led Device)やCMOS(ComplymentaryMetal Oxide Semicon
ductor)イメージセンサ等として商業的に供給されてい
る。CCDは、半導体イメージセンサなどとも呼ばれ、ビ
デオカメラにも利用されているイメージセンサの主流で
ある。一方CMOSイメージセンサは、フォトダイオードの
出力信号により寄生容量を一定時間放電してから読み出
す。感度の調整が可能で、消費電力が小さい、センサー
素子のみならず周辺回路も含めて集積化できるといった
特徴を持ち、新しいイメージセンサとして注目されてい
る。これらのデバイスの中から、検知すべきシグナル、
感度、集積度、あるいは大きさといった条件を勘案して
適宜選択する。すなわち、組み合わせるべき電気泳動ユ
ニットの分析対象物質が泳動される経路に沿った位置に
センサ素子を配置可能な形状を持ち、分析対象物質に起
因するシグナルを適切な感度で検知しうる性能を備えた
光学的センサーアレイを選べば良い。たとえば、図1に
示したような、矩形状に構成したマイクロチャンネルを
電気泳動ユニットに利用する場合、マイクロチャンネル
をある程度の解像度で観察することができるようにセン
サー素子を配置するのが望ましい。このとき、センサー
素子がマイクロチャンネルに対してより緻密に配置され
ていれば、両者の位置関係を厳密に規定する必要は無
い。なぜならば、センサー素子が並んだ一定の区域の中
に泳動路が位置する限り、必ずいずれかのセンサー素子
で捕捉することができるからである。緻密にセンサー素
子を配置したセンサーアレイを利用することにより、電
気泳動ユニットとの位置合わせには厳密さが要求されな
いシステムとすることができる。このようなシステムで
は、電気泳動ユニットのみの交換も容易に実施できるの
で有利である。
Such an electronic component is a CCD (Charged Coup)
led Device) and CMOS (Complementary Metal Oxide Semicon)
ductor) Commercially supplied as image sensors and the like. CCDs are also called semiconductor image sensors and the like, and are the mainstream of image sensors used in video cameras. On the other hand, the CMOS image sensor discharges the parasitic capacitance for a certain period of time based on the output signal of the photodiode, and then reads the parasitic capacitance. It has features such as sensitivity adjustment, low power consumption, and integration not only of sensor elements but also of peripheral circuits, and is attracting attention as a new image sensor. From among these devices, the signals to be detected,
It is appropriately selected in consideration of conditions such as sensitivity, integration degree, and size. That is, the electrophoresis unit to be combined has a shape capable of disposing a sensor element at a position along a path along which an analyte is migrated, and has a performance capable of detecting a signal caused by the analyte with appropriate sensitivity. Just choose an optical sensor array. For example, when a rectangular microchannel as shown in FIG. 1 is used for an electrophoresis unit, it is desirable to arrange the sensor element so that the microchannel can be observed with a certain resolution. At this time, if the sensor elements are more densely arranged with respect to the microchannel, there is no need to strictly define the positional relationship between the two. This is because as long as the migration path is located in a certain area where the sensor elements are arranged, it can be captured by any one of the sensor elements. By using a sensor array in which sensor elements are densely arranged, a system that does not require strict positioning with the electrophoresis unit can be provided. In such a system, it is advantageous that only the electrophoresis unit can be easily replaced.

【0036】たとえば蛍光シグナルを検知する場合、セ
ンサー素子としてフォトトランジスタを配置した光学セ
ンサーアレイを利用し、励起光は特定の波長を持った光
源から導く。励起光の照射は、光学的センサーアレイの
全体を同時に照射しても良いし、あるいは点状や線状の
光源で走査する方式を採用することもできる。あるいは
特定の波長における吸光度をシグナルとすれば、やはり
特定の波長の光を照射し、その吸収をセンサー素子によ
って検知する。
For example, when detecting a fluorescence signal, an optical sensor array having a phototransistor arranged as a sensor element is used, and excitation light is guided from a light source having a specific wavelength. Irradiation with the excitation light may be performed by simultaneously irradiating the entire optical sensor array, or a method of scanning with a point-like or linear light source may be employed. Alternatively, if the absorbance at a specific wavelength is used as a signal, light of a specific wavelength is also emitted, and the absorption is detected by a sensor element.

【0037】光学的センサーアレイを利用することによ
り、個々のセンサー素子の相対的な位置関係は厳密に一
定に維持することができる。光学的センサーアレイ上の
センサー素子は、基板上に固着されているからである。
また光学的センサーアレイは大量生産が可能な電子部品
であることからコストを低く押さえられる。したがっ
て、多くのセンサーを利用する場合でも経済的である。
By utilizing an optical sensor array, the relative positional relationship between the individual sensor elements can be kept strictly constant. This is because the sensor elements on the optical sensor array are fixed on the substrate.
In addition, since the optical sensor array is an electronic component that can be mass-produced, the cost can be kept low. Therefore, even if many sensors are used, it is economical.

【0038】光学的な検出方法の他には、熱光学的検
出、電気化学的検出、あるいは電気伝導度検出等も応用
することができる。熱光学的検出は、レーザを試料成分
に照射すると成分付近の温度が局部的に上昇して屈折率
が変化する現象を測定に応用したものである。屈折率の
変化は別のレーザーで検知することができる。電気化学
的検出は、2つの電極を用いて電気分解をおこさせ、こ
のときの酸化電流、あるいは還元電流に基づいて分析対
象成分を測定する。電気伝導度検出では、キャピラリ内
に2つの電極を配置し、電極間の電気抵抗、すなわち試
料の電気伝導度を測定する。試料成分がイオン性であれ
ば電気伝導度はイオンの濃度に比例する。
In addition to the optical detection method, thermo-optical detection, electrochemical detection, electrical conductivity detection, and the like can be applied. Thermo-optical detection is an application of measurement to a phenomenon in which, when a sample component is irradiated with a laser, the temperature near the component rises locally and the refractive index changes. Changes in the refractive index can be detected by another laser. In the electrochemical detection, electrolysis is caused using two electrodes, and a component to be analyzed is measured based on an oxidation current or a reduction current at this time. In the electric conductivity detection, two electrodes are arranged in a capillary, and the electric resistance between the electrodes, that is, the electric conductivity of the sample is measured. If the sample component is ionic, the electrical conductivity is proportional to the ion concentration.

【0039】本発明の好ましい態様においては、前記電
気泳動ユニットと、複数のセンサーとが一体化される。
本発明における一体化とは、両者の相対的な位置関係の
固定を意味する。この場合、検出すべきシグナルとセン
サーの組み合わせにもよるが、一般に両者をできるだけ
接近させるのが、ノイズや感度の点で有利である。特に
光学的なシグナルを光学的センサアレイによって検出す
る場合には、センサ素子のシグナルに基づいてイメージ
情報を構成する場合に、よりS/N比に優れた結果を得る
ことができる。なお、一体化は、少なくともセンサーに
よる検知が行われるときになされれば良い。したがっ
て、たとえば両者を分離可能に一体化させ、泳動後に電
気泳動ユニットのみを交換してセンサー部分は繰り返し
利用するといった構成とすることもできる。
In a preferred aspect of the present invention, the electrophoresis unit and a plurality of sensors are integrated.
The term “integration” in the present invention means fixing of a relative positional relationship between the two. In this case, although it depends on the combination of the signal to be detected and the sensor, it is generally advantageous to bring them as close as possible in terms of noise and sensitivity. In particular, when an optical signal is detected by an optical sensor array, a result having a better S / N ratio can be obtained when image information is configured based on the signal of the sensor element. The integration may be performed at least when the detection is performed by the sensor. Therefore, for example, it is also possible to adopt a configuration in which the two are separably integrated, and after electrophoresis, only the electrophoresis unit is replaced and the sensor portion is repeatedly used.

【0040】本発明に基づいて構成された電気泳動シス
テムには、電気泳動分析に必要な種々の機能を附加する
ことができる。たとえば電気泳動ユニットに対して、試
料を供給する機構を装備することにより自動化が可能で
ある。マイクロチャンネルのような微小な泳動路に対し
て試料を供給する作業を用手法で行うには、顕微鏡下で
の作業が求められる。自動化することによりこの作業は
省略しうる。微小な泳動路に対して試料を供給する手段
としては、たとえば電気泳動的な物質輸送技術を採用す
ることができる。図9に試料供給手段の一例を示した。
すなわち、前記マイクロチャンネル(分離用の電気泳動
路)の任意の一部をその泳動路とする、試料供給用の電
気泳動路を構成する。この電気泳動路の末端は、試料を
含む溶液に接触すると同時に、他方の末端との間に通電
を行うための電極が接続されている。この状態で通電す
れば、試料溶液が電気泳動的に移動を始め、やがてマイ
クロチャンネルの中に誘導される。マイクロチャンネル
の中に必要量の試料溶液を移送したところで試料供給用
の電気泳動は停止し、マイクロチャンネル側の分離用の
電気泳動を開始すれば良いのである。この原理に基づく
試料の導入方法は、すべての流路部をオープンにした開
放系でサンプル導入をおこなうことができる(すなわ
ち、開閉用バルブが不要)ので、ポンプ等の物理的な試
料供給よりも高い精度を達成できる。
Various functions necessary for electrophoretic analysis can be added to the electrophoretic system configured according to the present invention. For example, automation can be achieved by equipping the electrophoresis unit with a mechanism for supplying a sample. In order to perform the operation of supplying a sample to a minute electrophoresis path such as a microchannel by a manual technique, an operation under a microscope is required. This operation can be omitted by automation. As a means for supplying a sample to a fine migration path, for example, an electrophoretic mass transport technique can be adopted. FIG. 9 shows an example of the sample supply means.
That is, an electrophoresis path for supplying a sample is formed in which an arbitrary part of the microchannel (electrophoresis path for separation) is used as the migration path. At the end of the electrophoresis path, an electrode is connected for contact with the solution containing the sample, and at the same time, for energization with the other end. When a current is supplied in this state, the sample solution starts to move electrophoretically and is eventually guided into the microchannel. When the required amount of the sample solution is transferred into the microchannel, the electrophoresis for supplying the sample is stopped, and the electrophoresis for separation on the microchannel side may be started. According to the sample introduction method based on this principle, the sample introduction can be performed in an open system in which all the flow paths are open (that is, an opening / closing valve is not required). High accuracy can be achieved.

【0041】ここに示した試料供給手段は、前記マイク
ロチャンネルの任意の部分に設けることができる。キャ
ピラリ電気泳動においてはキャピラリの末端に試料を供
給するのが一般的であった。しかし本発明においては、
たとえばマイクロチャンネルの中間部分に試料供給手段
を設けることができる。ここで中間部分とは、マイクロ
チャンネルの必ずしも真の中間点を意味するものではな
い。真の中間点から偏った位置であっても、末端でなけ
れば中間部分と理解すべきである。試料を中央付近で供
給し、分析対象成分の移動を複数のセンサで検出するこ
とにより、サンプルが正、あるいは負のいずれに帯電し
ていても常にセンサでの検出が可能である。また、分離
度をあげるという観点からは、なるべく電気浸透流を抑
えた状態(すなわち前記式1におけるνを小さくした状
態で)サンプルを中央から導入して、サンプルの電荷の
みの移動に基づいて分離するという、理想的な分析条件
を実現することができる。
The sample supply means shown here can be provided at any part of the microchannel. In capillary electrophoresis, it was common to supply a sample to the end of the capillary. However, in the present invention,
For example, a sample supply means can be provided in an intermediate portion of the microchannel. Here, the intermediate portion does not necessarily mean a true intermediate point of the microchannel. Even if the position is deviated from the true midpoint, it should be understood as an intermediate portion unless it is at the end. By supplying the sample in the vicinity of the center and detecting the movement of the component to be analyzed by a plurality of sensors, the detection can always be performed by the sensors regardless of whether the sample is positively or negatively charged. Further, from the viewpoint of increasing the degree of separation, a sample is introduced from the center in a state where the electroosmotic flow is suppressed as much as possible (that is, with ν in the above formula 1 reduced), and separation is performed based on only the movement of the charge of the sample. That is, the ideal analysis conditions can be realized.

【0042】以上のような構成を持つ本発明による電気
泳動システムを利用して実際に物質を分析するには、前
記電気泳動ユニットに分析対象物質を導入し、電気泳動
しながらそのシグナルを泳動路に沿って配置したセンサ
により追跡する。本発明によれば、電気泳動を行いなが
らセンサの出力を観察することもできるし、あるいはそ
の必要が無ければ電気泳動を完了した後にセンシングを
行うこともできる。本発明においては、電気泳動ユニッ
トに対して複数の位置で分析対象物質の検知を行うよう
にしたことにより、様々なバリエーションが可能となっ
た。以下に、公知の電気泳動システムに対して特に有利
な態様を具体的に述べる。
In order to actually analyze a substance by using the electrophoresis system according to the present invention having the above-described configuration, a substance to be analyzed is introduced into the electrophoresis unit, and the signal thereof is subjected to electrophoresis while the electrophoresis is performed. Tracking by sensors located along According to the present invention, it is possible to observe the output of the sensor while performing the electrophoresis, or to perform the sensing after the electrophoresis is completed if it is not necessary. In the present invention, various variations are made possible by detecting the substance to be analyzed at a plurality of positions with respect to the electrophoresis unit. Hereinafter, a particularly advantageous embodiment of the known electrophoresis system will be specifically described.

【0043】本発明において特に有利に実施することが
できる電気泳動分析の一つに、等電点電気泳動がある。
図2としてシグナルの検知を単一のセンサーで行う従来
の方法と、複数のセンサーを利用する本発明との比較を
模式的に示した。等電点電気泳動は、pH勾配の中でタン
パク質がその電荷に応じた位置に収束する現象を利用し
た分析方法である。したがって、原則的に電気泳動を行
う前にそのタンパク質の信号をどの位置で検知して良い
のかを知ることはできない。本発明の好ましい態様にお
いては、光学センサーアレイによって泳動路の複数の位
置での監視が可能なため、どこに泳動されたとしても確
実に信号を検知することができる。また、電気泳動の様
子を電気泳動を行いながら監視できるため、電気泳動の
終了を迅速に判断することができるのも本発明の有利な
点である。これに対して従来の等電点電気泳動では、確
実に等電点への収束を行わせるために十分な泳動時間を
取る必要があった。本発明を等電点電気泳動に応用した
場合のメリットとして、泳動開始位置を自由に選択でき
る点がある。すなわち、先に述べたマイクロチャンネル
を電気泳動ユニットに採用した場合、その中心からでも
電気泳動を開始できる。等電点電気泳動は、電荷が未知
の物質に対して行うものなので、電解の中心点から泳動
を開始するのは非常に合理的である。サンプルの中央付
近からの導入方式により、分析対象成分の電荷を特に限
定せず、分離能の高い泳動を行うことができる。
One type of electrophoresis analysis that can be particularly advantageously performed in the present invention is isoelectric focusing.
FIG. 2 schematically shows a comparison between the conventional method of detecting a signal with a single sensor and the present invention using a plurality of sensors. Isoelectric focusing is an analytical method that utilizes the phenomenon that proteins converge at a position corresponding to their charge in a pH gradient. Therefore, in principle, it is impossible to know at which position the signal of the protein may be detected before performing the electrophoresis. In a preferred embodiment of the present invention, monitoring at a plurality of positions on the migration path can be performed by the optical sensor array, so that a signal can be reliably detected regardless of where the migration is performed. Further, since the state of the electrophoresis can be monitored while performing the electrophoresis, it is an advantage of the present invention that the end of the electrophoresis can be quickly determined. On the other hand, in the conventional isoelectric focusing, it was necessary to take a sufficient electrophoresis time to surely converge to the isoelectric point. An advantage of applying the present invention to isoelectric focusing is that the starting position of electrophoresis can be freely selected. That is, when the above-described microchannel is employed in the electrophoresis unit, electrophoresis can be started from the center thereof. Since isoelectric focusing is performed on a substance whose charge is unknown, it is very reasonable to start electrophoresis from the central point of electrolysis. By the introduction method from the vicinity of the center of the sample, the charge of the component to be analyzed is not particularly limited, and electrophoresis with high resolution can be performed.

【0044】光学センサーアレイが検知した信号は、分
析の目的に応じて任意の方法で処理することができる。
たとえばマイクロチャンネル内における、分析対象成分
の移動度を標準試料と比較することにより物質の同定が
行われ、そのシグナル強度に基づいて定量的な数値を得
ることができる。定量的な数値を求める場合には、シグ
ナル強度のみならずシグナルの得られた面積情報も反映
させる。複数のセンサー素子のデータを電気泳動中でも
集めることができる本発明によれば、面積情報の収集が
容易である。
The signals detected by the optical sensor array can be processed in any manner according to the purpose of the analysis.
For example, a substance is identified by comparing the mobility of a component to be analyzed in a microchannel with a standard sample, and a quantitative value can be obtained based on the signal intensity. When obtaining a quantitative numerical value, not only the signal intensity but also the area information of the obtained signal is reflected. According to the present invention in which data of a plurality of sensor elements can be collected even during electrophoresis, collection of area information is easy.

【0045】図1に、本発明の好ましい実施態様を示し
た。以下に、この図に基づいて本発明の実施の形態を具
体的に説明する。図1は、光学的センサーアレイ(1)と
マイクロチャンネルを利用した電気泳動ユニット(2)と
を組み合わせた本発明による電気泳動システムを示して
いる。両者は、相互の位置関係を固定することが可能な
手段により一体化することができる。前記前記電気泳動
ユニット(2)の上には、マイクロチャンネルによる1本
の泳動路(3)が矩形状に設置されており、1本の連続し
た泳動路を構成している。光学的センサーアレイ(1)を
構成する個々の光学センサー素子は、基板の上に固着さ
れており、互いに独立してセンサー素子の位置における
光学的シグナルに応じた信号を出力する。光学センサー
アレイは、その表面に固着した光学センサー素子が前記
泳動路(3)の折り返し間隔に沿って並んでおり、複数の
部位においてその光学的なシグナルを検出できるように
配置される。
FIG. 1 shows a preferred embodiment of the present invention. Hereinafter, an embodiment of the present invention will be specifically described based on this drawing. FIG. 1 shows an electrophoresis system according to the present invention in which an optical sensor array (1) and an electrophoresis unit (2) using microchannels are combined. Both can be integrated by means capable of fixing the mutual positional relationship. On the electrophoresis unit (2), one electrophoresis path (3) by a microchannel is installed in a rectangular shape, and constitutes one continuous electrophoresis path. The individual optical sensor elements constituting the optical sensor array (1) are fixed on a substrate, and output signals corresponding to optical signals at the positions of the sensor elements independently of each other. The optical sensor array has optical sensor elements fixed on its surface arranged along the turn-back interval of the migration path (3), and is arranged so that optical signals can be detected at a plurality of sites.

【0046】一方、泳動路(3)の末端は緩衝液槽(4)に連
絡し、緩衝液槽(4)には電源(5)に接続された電極(6)が
浸漬されている。更に、この泳動路(3)には、電気泳動
を行うべき試料を導入するための、サンプル導入手段
(7)が接続されている。サンプル導入手段(7)は、それ自
身が独立した電気泳動路を構成し、その泳動路は前記マ
イクロチャンネルの泳動路の一部と重複している。サン
プル導入手段(7)の末端には試料溶液が接触しており、
通電によって、前記マイクロチャンネルと共有している
部分まで電気泳動的に試料溶液を移動させる。必要な量
の試料の移動が完了したら試料供給のための泳動を止
め、改めてマイクロチャンネル内における本来の電気泳
動分析を行えば良い。電気泳動を利用した試料供給手段
における一連の試料溶液の動きは、図9にも示したとお
りである。なお、このような電気泳動を利用した送液系
は、試料の導入のみならず泳動路の洗浄にも応用するこ
とができる。
On the other hand, the end of the migration path (3) is connected to a buffer solution tank (4), and an electrode (6) connected to a power supply (5) is immersed in the buffer solution tank (4). Further, a sample introduction means for introducing a sample to be subjected to electrophoresis is provided in the migration path (3).
(7) is connected. The sample introducing means (7) itself constitutes an independent electrophoresis path, and the migration path overlaps a part of the migration path of the microchannel. The sample solution is in contact with the end of the sample introduction means (7),
By applying electricity, the sample solution is electrophoretically moved to a portion shared with the microchannel. When the transfer of the required amount of the sample is completed, the electrophoresis for supplying the sample is stopped, and the original electrophoretic analysis in the microchannel may be performed again. A series of movements of the sample solution in the sample supply means using electrophoresis are as shown in FIG. In addition, such a liquid sending system using electrophoresis can be applied not only to introduction of a sample but also to washing of an electrophoresis path.

【0047】図1に示す本発明による電気泳動システム
においては、光学的センサアレイ(1)が電気泳動ユニッ
ト(2)と一体化することができるので、電気泳動を開始
時に両者を一体化しておけば、試料の分離状況を電気泳
動中でも光学的に追跡することができる。分離の状況を
観察し、電気泳動分離が終了したと判断されれば直ちに
停止するといった利用形態が可能である。確実な分離を
期待して長時間の電気泳動分離を行う必要はない。ある
いは、電気泳動時間の超過により、一部のバンドが泳動
路の末端まで移動してしまい分離不能になるといったト
ラブルの防止にもつながる。
In the electrophoresis system according to the present invention shown in FIG. 1, since the optical sensor array (1) can be integrated with the electrophoresis unit (2), both can be integrated at the start of electrophoresis. Thus, the state of separation of the sample can be optically tracked even during electrophoresis. It is possible to observe the state of the separation and immediately stop the operation if it is determined that the electrophoretic separation has been completed. It is not necessary to perform electrophoretic separation for a long time in order to expect reliable separation. Alternatively, it is also possible to prevent a trouble such that a part of the band moves to the end of the electrophoresis path and becomes inseparable due to excessive electrophoresis time.

【0048】本発明による電気泳動システム、あるいは
電気泳動分析方法は、汎用の電気泳動分析技術として広
い範囲において応用することができる。中でも、安価に
多量の検体を迅速に処理しなければならない場合には特
に有効である。たとえば、糖尿病の診断指標である血液
中の糖化ヘモグロビン(HbA1c)の分析は、高齢化社会を
迎えて病態管理やスクリーニングのために多くの検体の
処理が必要となることが予想される分析項目である。糖
化ヘモグロビンを高い精度で分析するには、現状では液
体クロマトグラフィーや電気泳動分析が必要とされてい
ることから、その分析を安価に、しかも迅速に行うこと
ができる本発明の電気泳動システムは有用である。より
具体的には、微量採血デバイスにより被験者からごく微
量の血液を採取し、これを溶血緩衝液と混合して電気泳
動分析用の試料とする。微量の血液は特殊な採血デバイ
スのみならず、たとえばろ紙採血のような簡便な方法に
よって採取したものであってもかまわない。得られた溶
血試料を、先に述べた電気泳動的な試料の導入方式によ
り、適当な緩衝液を充填した本発明による電気泳動シス
テムのマイクロチャンネルの中に導入する。これを電気
泳動して、糖化ヘモグロビンの分析を行う。被検物質を
追跡するシグナルは、ヘモグロビンの吸光度とすれば良
い。電気泳動によって、正常なヘモグロビンと糖化ヘモ
グロビンが分離され、両者の比を求めることができる。
本発明によれば、マイクロチャンネルの交換が可能なの
で、電気泳動ユニットのみを必要に応じて交換しセンサ
ーアレイ部分を繰り返し利用すれば、ランニングコスト
を低く押さえることができる。以下、実施例に基づいて
本発明を更に具体的に説明する。
The electrophoresis system or the electrophoresis analysis method according to the present invention can be applied in a wide range as a general-purpose electrophoresis analysis technique. In particular, it is particularly effective when a large amount of specimens must be promptly processed at low cost. For example, the analysis of glycated hemoglobin (HbA1c) in blood, which is a diagnostic indicator of diabetes, is an analysis item that is expected to require a large number of samples for disease management and screening in the aging society. is there. At present, liquid chromatography and electrophoresis analysis are required to analyze glycated hemoglobin with high accuracy, so the electrophoresis system of the present invention, which can perform the analysis at low cost and quickly, is useful. It is. More specifically, a very small amount of blood is collected from a subject using a micro blood collection device and mixed with a hemolysis buffer to prepare a sample for electrophoretic analysis. The trace amount of blood may be collected not only by a special blood collection device but also by a simple method such as filter paper blood collection. The obtained hemolyzed sample is introduced into the microchannel of the electrophoresis system according to the present invention, which is filled with an appropriate buffer, by the above-described electrophoretic sample introduction method. This is electrophoresed to analyze glycated hemoglobin. The signal for tracking the test substance may be the absorbance of hemoglobin. By electrophoresis, normal hemoglobin and glycated hemoglobin are separated, and the ratio between them can be determined.
According to the present invention, since the microchannel can be replaced, if only the electrophoresis unit is replaced as needed and the sensor array portion is repeatedly used, the running cost can be reduced. Hereinafter, the present invention will be described more specifically based on examples.

【0049】[0049]

【実施例】1.本発明による電気泳動分析システムの作
成 図1に示す構造を持った、本発明による電気泳動システ
ムを作成した。電気泳動ユニットとしては、感光性ガラ
スのエッチングによりマイクロチャンネルを構成した基
板に、ガラスシールを施したものを作成した。一方、光
学的センサアレイは、CMOS技術を利用して作成した。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preparation of Electrophoresis Analysis System According to the Present Invention An electrophoresis system according to the present invention having the structure shown in FIG. 1 was prepared. As the electrophoresis unit, a substrate in which a microchannel was formed by etching a photosensitive glass and a glass seal was applied was prepared. On the other hand, the optical sensor array was created using CMOS technology.

【0050】1−1.電気泳動ユニット 7.342mm×14.537mmの感光性ガラスに、幅70μm×深さ70
μmのマイクロ流路を図5に示すように5.57mm×3.23mm
の範囲で矩形状に配置した電気泳動ユニットを作成し
た。まず、目的とする形状のパターンを露出するマスク
を感光性ガラス表面に施して紫外線を照射した。次い
で、この感光性ガラス基板を現像(熱処理)し、更に紫
外線に再露光した。加熱処理により最初の紫外線照射を
受けていない部分は感光しない。再露光したガラス基板
を酸で処理して紫外線照射部分を溶解し、更に加熱して
結晶化した。こうして目的のパターンでマイクロチャン
ネルを形成したガラス基板をガラスシールし、加熱によ
り一体化した。このとき、マイクロチャンネルの末端部
分と、試料供給手段の末端には外部とのインターフェー
スとしてキャピラリを装着し、電気泳動ユニットとし
た。
1-1. Electrophoresis unit 70 μm width x 70 depth on a 7.342 mm x 14.537 mm photosensitive glass
μm micro channel is 5.57mm × 3.23mm as shown in Fig.5
An electrophoresis unit arranged in a rectangular shape within the range was prepared. First, a mask for exposing a pattern having a desired shape was applied to the surface of the photosensitive glass and irradiated with ultraviolet rays. Next, the photosensitive glass substrate was developed (heat-treated) and further re-exposed to ultraviolet light. The portion which has not been irradiated with the first ultraviolet ray by the heat treatment is not exposed. The re-exposed glass substrate was treated with acid to dissolve the UV-irradiated portion, and further heated to crystallize. Thus, the glass substrate on which the microchannel was formed in the desired pattern was glass-sealed and integrated by heating. At this time, capillaries were attached to the end portion of the microchannel and the end of the sample supply means as an interface with the outside, to form an electrophoresis unit.

【0051】1−2.光学的センサアレイ p+np型の光感受性フォトトランジスタ(68μm×39μm)
を、シリコンウエハー上に縦横ともに117μm間隔で4.6m
m×6.8mmの範囲に並べ、30行×48列のピクセルアレイか
らなるセンサー部分(図6右)を構成した。このセンサ
ー部分を更に電源供給とシグナル出力用の端子を備えた
ベースチップに装着して光学的センサアレイユニットと
した(図6左)。得られた光学的センサアレイユニット
の上に前記電気泳動ユニットを載せ、接着剤で固定して
本発明による電気泳動システム(図4)とした。両者の
位置関係は図5に示したようにガラス基板の厚さ1.0m
m、センサー表面とガラス基板裏面の隙間が0.5mmで、全
体として1.5mmの間隔がある。また平面的に見た場合、
電気泳動ユニットのマイクロチャンネルはちょうどセン
サ素子3つおきに位置する。
1-2. Optical sensor array p + np type photosensitive phototransistor (68μm × 39μm)
4.6m at 117μm intervals both vertically and horizontally on a silicon wafer
A sensor portion (right in FIG. 6) composed of a pixel array of 30 rows × 48 columns was arranged in an area of m × 6.8 mm. This sensor part was further mounted on a base chip provided with terminals for power supply and signal output to form an optical sensor array unit (FIG. 6, left). The electrophoresis unit was placed on the obtained optical sensor array unit and fixed with an adhesive to obtain an electrophoresis system according to the present invention (FIG. 4). The positional relationship between the two was, as shown in FIG.
m, the gap between the sensor surface and the back surface of the glass substrate is 0.5 mm, and there is a gap of 1.5 mm as a whole. Also, when viewed in a plane,
The microchannels of the electrophoresis unit are located exactly every third sensor element.

【0052】2.泳動路の光学的な認識 本発明による電気泳動システムにおいて、シグナルの検
出がどのように行われているのかを確認した。まず、キ
ャピラリを利用してマイクロチャンネルからなる泳動路
にホウ酸緩衝液(透明)を充填した。電気泳動ユニット
の上からハロゲンランプを光源(8)としてその前面を照
射し、光学的センサーアレイの出力信号(mV)を記録し
た。光学的センサーアレイの出力信号から構成したイメ
ージを図7に示した。黒く見えるのが泳動路に相当する
部分の信号である。ホウ酸緩衝液は透明だが、泳動路の
形成に伴ってガラス素材表面で光散乱が生じるために黒
くなっている。ちょうど3つおきに黒い線が現れ、マイ
クロチャンネルに対応している様子がよくわかる。光学
的なシグナルを泳動路の下で検知しようとするなら、一
般的にはこの部分が暗くなるのは好ましくない。しかし
本発明においては上記のように光学的センサーと泳動路
とが接近しているため、レンズなどの光学部品の助け無
しでも泳動路のイメージを検知できる。
2. Optical Recognition of Electrophoresis Path In the electrophoresis system according to the present invention, it was confirmed how a signal was detected. First, a borate buffer solution (transparent) was filled in a migration path composed of microchannels using a capillary. The front surface of the electrophoresis unit was irradiated with a halogen lamp as a light source (8), and the output signal (mV) of the optical sensor array was recorded. FIG. 7 shows an image formed from the output signals of the optical sensor array. The signal in the portion corresponding to the migration path is seen as black. The borate buffer is transparent, but is black because light scattering occurs on the surface of the glass material as the migration path is formed. Black lines appear at every third line, which clearly shows that they correspond to microchannels. If an optical signal is to be detected below the migration path, it is generally not preferable that this part be dark. However, in the present invention, since the optical sensor and the migration path are close to each other as described above, the image of the migration path can be detected without the aid of an optical component such as a lens.

【0053】なお、光学的センサーアレイの出力信号か
らイメージ構成するために、以下のような処理を行っ
た。光学的センサーアレイを構成する各ピクセルには、
光電変換用にフォトトランジスタが配置されており、こ
れは入射光量に比例した電流を出力する。各ピクセルか
らの電流を順次出力するために、x方向、y方向それぞ
れにシフトレジスタ列を配置し、常に1つのピクセルの
みが出力信号を提供するようにした。すなわち、2つの
シフトレジスタ列を適当なタイミングで駆動させること
により、各ピクセルの信号を順番に得ることができる。
より具体的には、この実施例で用いた光学的センサーア
レイには30行×48列のピクセルがある。したがって、1
行あたり48列分の信号を得るたびに次の行に移ることを
伝えるトリガー信号を発するようにすれば良い。得られ
たセンサからの電流出力を電圧に変換した後、センサか
らの制御信号に基づいてA/D変換し、コンピュータにデ
ータを入力して二次元データとして再構成した。
In order to construct an image from the output signal of the optical sensor array, the following processing was performed. Each pixel that makes up the optical sensor array has
A phototransistor is provided for photoelectric conversion, and outputs a current proportional to the amount of incident light. In order to sequentially output the current from each pixel, a shift register array is arranged in each of the x direction and the y direction so that only one pixel always provides an output signal. That is, by driving the two shift register columns at appropriate timing, the signal of each pixel can be obtained in order.
More specifically, the optical sensor array used in this example has 30 rows × 48 columns of pixels. Therefore, 1
Each time a signal corresponding to 48 columns is obtained per row, a trigger signal indicating that a transition to the next row should be issued. After converting the obtained current output from the sensor into a voltage, A / D conversion was performed based on a control signal from the sensor, and data was input to a computer and reconstructed as two-dimensional data.

【0054】3.サンプル濃度とセンサー検出信号 本発明による電気泳動システムにおいて、ホウ酸緩衝液
に代え、モデルとして0-25mg/mLのブルーデキストラン
(青色、吸収極大610nmを持つ)を泳動路に充填し光学
センサーアレイの出力信号の変化を観察した。各濃度に
おける光学的センサーアレイの出力信号(mV)とホウ酸緩
衝液を満たしたときの出力信号(mV)との差を平均し、両
者の関連をみた。結果は図8に示した。ブルーデキスト
ランの濃度に依存して光学的センサーアレイの出力信号
が変化し、本発明による電気泳動システムによって定量
的な分析が可能なことが確認された。
3. Sample concentration and sensor detection signal In the electrophoresis system according to the present invention, instead of borate buffer, 0-25 mg / mL blue dextran (blue, having an absorption maximum of 610 nm) is filled in the electrophoresis path as a model and an optical sensor array is formed. The change in the output signal was observed. The difference between the output signal (mV) of the optical sensor array at each concentration and the output signal (mV) when the buffer was filled with the borate buffer was averaged to see the relationship between the two. The results are shown in FIG. The output signal of the optical sensor array changed depending on the concentration of blue dextran, confirming that the electrophoresis system according to the present invention enables quantitative analysis.

【0055】4.光学的センサーアレイで検出したサン
プルの動き 本発明による電気泳動システムによって、泳動路におけ
る分析対象物質の動きを電気泳動と並行して追跡できる
ことを確認した。ホウ酸緩衝液を満たした泳動路に導入
したブルーデキストランを泳動し、光学的センサーアレ
イの出力信号に基づいてイメージを構成した。ブルーデ
キストランは、電気泳動的に泳動路へ導入した。このと
きのサンプル導入原理を図9に示した。すなわち、サン
プル槽(ブルーデキストラン)−泳動路−陽極槽と連続
するサンプル導入用泳動路を構成(図9−1)し、サン
プル槽/陽極槽間に通電してブルーデキストランを電気
泳動的に移動させ、泳動路内に導入(図9−2)する。
この状態で、本来の泳動路に通電すれば導入されたブル
ーデキストランは電気泳動による移動を開始する(図9
−3、図9−4)。このときの出力信号の変化を7秒間
隔で記録した。
4. Sample Movement Detected by Optical Sensor Array It was confirmed that the electrophoresis system according to the present invention can track the movement of the analyte in the migration path in parallel with the electrophoresis. The blue dextran introduced into the migration path filled with borate buffer was migrated, and an image was constructed based on the output signal of the optical sensor array. Blue dextran was electrophoretically introduced into the migration path. The principle of sample introduction at this time is shown in FIG. That is, a sample introduction migration path which is continuous with the sample tank (blue dextran) -migration path-anode tank is configured (FIG. 9-1), and electricity is supplied between the sample tank / anode tank to move the blue dextran electrophoretically. And introduced into the migration path (FIG. 9-2).
In this state, if electricity is supplied to the original electrophoresis path, the introduced blue dextran starts to move by electrophoresis (FIG. 9).
-3, Fig. 9-4). The change of the output signal at this time was recorded at intervals of 7 seconds.

【0056】ブルーデキストランの動きに合わせて光学
的センサーアレイの出力信号から構成したイメージを図
10に示した。ブルーデキストランの位置が黒くなり、
泳動時間に伴って移動していることが確認できた。本発
明により、電気泳動路内の分析対象物質の動きを同時に
並行して追跡することが可能である。
FIG. 10 shows an image formed from the output signals of the optical sensor array according to the movement of the blue dextran. The position of Blue Dextran turns black,
It was confirmed that the sample moved with the migration time. According to the present invention, it is possible to simultaneously track the movement of the analyte in the electrophoresis path in parallel.

【0057】5.感光性ガラスで作製したマイクロ流路
を用いた電気泳動チップの改良 5−1.感光性ガラスの改良 流路形状は実施例1に記載のものと同じである。ただ
し、底部のガラスの厚さを0.4mmとした。底部のガラス
を薄くしたため、流路からセンサまでの距離が830μm
(0.83 mm)となった。作製プロセス上、底部ガラスには
流路の下に相当する部分に白濁が見られるが、今回、こ
の部分の厚さが0.93mmから0.33mmに減少したためより鮮
明なイメージの取得が可能となる。
5. Improvement of electrophoresis chip using micro flow channel made of photosensitive glass 5-1. Improvement of photosensitive glass The shape of the flow channel is the same as that described in Example 1. However, the thickness of the glass at the bottom was 0.4 mm. The distance from the flow path to the sensor is 830 μm due to the thinner glass at the bottom
(0.83 mm). Due to the manufacturing process, white turbidity is seen in the part corresponding to the bottom of the flow path in the bottom glass, but this time the thickness of this part has been reduced from 0.93 mm to 0.33 mm, so that a clearer image can be obtained.

【0058】5−2.光センサーアレイの改良 実施例1で記載した光学的センサーアレイを以下のよう
に改良した。 ピクセル数: 147x147 1ピクセルの大きさ: 39μmx39μm 光電変換方式: フォトダイオードによる電荷積分方式 吸光度検出限界: 0.0012 実施例1で記載したフォトトランジスタ方式のセンサー
に比べて1ピクセルが小さい。また、ノイズを低減した
ことにより吸光度検出限界が小さくなった。これはフォ
トダイオードが光照射により生成する電流を寄生容量に
蓄積する一種の積分型の光電変換方式を用いたためであ
る。
5-2. Improvement of Optical Sensor Array The optical sensor array described in Example 1 was improved as follows. Number of pixels: 147 × 147 Size of one pixel: 39 μm × 39 μm Photoelectric conversion method: Charge integration method using photodiode Absorbance detection limit: 0.0012 One pixel is smaller than the phototransistor sensor described in Example 1. In addition, the detection limit of the absorbance was reduced by reducing the noise. This is due to the use of a kind of integral type photoelectric conversion method in which a photodiode generates a current generated by light irradiation in a parasitic capacitance.

【0059】5−3.電気泳動実験 感光性ガラスを用いてマイクロ流路を作製し、それを光
センサー上に接着することにより一体化した電気泳動チ
ップを作製した(図11)。この改良型電気泳動システ
ムにおいて、単一物質が電気泳動により移動する様子を
泳動と並行して検知できることを確認した。サンプルと
して4.9nlのプルーデキストラン(25mg/ml)を泳動路に
充填し光学センサーアレイの出力信号の変化を観察した
(図12)。緩衝液は50mMリン酸緩衝液(pH7)を使用し
た。検出波長は620nm、印加電圧は50V/cmで行った。そ
の結果、サンプルがスポットとして移動する様子を鮮明
に検出することができた。なお、検出は吸光法を用いて
行った。移動速度は約0.1mm/secであった。
5-3. Electrophoresis Experiment A microchannel was prepared using photosensitive glass, and an integrated electrophoresis chip was prepared by bonding the microchannel to an optical sensor (FIG. 11). In this improved electrophoresis system, it was confirmed that the movement of a single substance by electrophoresis can be detected in parallel with electrophoresis. As a sample, 4.9 nl proof dextran (25 mg / ml) was filled in the migration path, and the change in the output signal of the optical sensor array was observed (FIG. 12). The buffer used was a 50 mM phosphate buffer (pH 7). The detection wavelength was 620 nm and the applied voltage was 50 V / cm. As a result, it was possible to clearly detect how the sample moved as a spot. The detection was carried out using an absorption method. The moving speed was about 0.1 mm / sec.

【0060】6.光造形法により作製したマイクロ流路
を用いた電気泳動システム 6−1.電気泳動チップ 設計図を図13に、作製したチップの写真を図14に示
す。光造形法とよばれる方法(レーザ照射および走査に
より、樹脂を1層ずつ硬化させて3次元形状を作製する
手法、電気加工技術 21[68],p8-12,1997)により、セン
サー上にアクリル樹脂製の流路を直接作製した。流路
は、断面形状が100μmx100μm、有効長が4.5cmであ
る。センサー上に直接作製したため、流路とセンサー面
との距離を0.5mmまで縮めることができた。また、アク
リル樹脂の透明度は非常に高く良好なイメージが期待さ
れる。なお、光センサーとしては147x147 ピクセルの
センサーを用いた。
6. 6. Electrophoresis system using microchannel fabricated by stereolithography 6-1. FIG. 13 shows a design drawing of the electrophoresis chip, and FIG. 14 shows a photograph of the produced chip. A method called stereolithography (a method in which a resin is cured one layer at a time by laser irradiation and scanning to create a three-dimensional shape, electric processing technology 21 [68], p8-12, 1997) and acrylic on the sensor A resin flow path was directly produced. The channel has a cross-sectional shape of 100 μm × 100 μm and an effective length of 4.5 cm. Since it was fabricated directly on the sensor, the distance between the flow path and the sensor surface could be reduced to 0.5 mm. Further, the transparency of the acrylic resin is very high, and a good image is expected. Note that a 147 × 147 pixel sensor was used as the optical sensor.

【0061】6−2.電気泳動実験 サンプルとして、青色分子量マーカー2種(乳酸デヒド
ロゲナーゼ(分子量 39,000)およびβ−ガラクトシダ
ーゼ(分子量116,000)、ともに濃度は10 mg/ml)を用
い、ゲル緩衝液はエチレングリコールおよびTris緩衝液
との混合液を使用した。検出波長は620nm、印加電圧は1
8 V/cmで行った。電気泳動実験の結果、2次元イメージ
上で2つのサンプルが泳動し、時間とともに分離してい
く様子が確認された(図15)。また、流路に沿って泳
動パターンを1次元上に再構成したものを図16に示
す。
6-2. Electrophoresis experiments Two blue molecular weight markers (lactate dehydrogenase (molecular weight 39,000) and β-galactosidase (molecular weight 116,000), both at a concentration of 10 mg / ml) were used as samples, and the gel buffer was ethylene glycol and Tris buffer. A mixture was used. Detection wavelength is 620nm, applied voltage is 1
The test was performed at 8 V / cm. As a result of the electrophoresis experiment, it was confirmed that the two samples migrated on the two-dimensional image and separated over time (FIG. 15). FIG. 16 shows an electrophoresis pattern one-dimensionally reconstructed along the flow path.

【0062】[0062]

【発明の効果】本発明により、電気泳動分析の進行状況
を迅速に、かつ並行して追跡できるようになった。たと
えば、マイクロチャンネル電気泳動に本発明を応用した
場合、分析対象物質のシグナルは泳動開始直後からでも
追跡することができる。短い泳動時間で分離が確認でき
た場合にはその時点で泳動を完了することが可能であ
る。これに対して1個所での検知しか行わない公知のシ
ステムでは、分析対象物質がシグナルの検知機構が位置
する場所に泳動されてこない限り、なんら泳動結果に関
する情報は得られない。特に等電点電気泳動に適用した
場合、pH勾配の中心から電気泳動を開始し、その後の分
析対象物質の動きを常に監視可能な合理的な分析システ
ムとすることができる。本発明による等電点電気泳動分
析は、タンパク質の収束状況を継続して監視できるので
迅速な分析が可能である。更に、泳動路の中央部分から
の試料導入手段との組み合わせにより、分析対象成分の
帯電状態に依存しない検出が可能となる。
According to the present invention, the progress of electrophoretic analysis can be tracked quickly and in parallel. For example, when the present invention is applied to microchannel electrophoresis, the signal of a substance to be analyzed can be traced even immediately after the start of electrophoresis. If the separation can be confirmed within a short migration time, the migration can be completed at that time. On the other hand, in a known system that performs detection only at one location, no information on the migration result can be obtained unless the analyte is migrated to the location where the signal detection mechanism is located. In particular, when applied to isoelectric focusing, an electrophoresis can be started from the center of the pH gradient and a reasonable analysis system capable of constantly monitoring the movement of the substance to be analyzed thereafter can be provided. In the isoelectric focusing electrophoresis analysis according to the present invention, rapid analysis is possible because the convergence state of the protein can be continuously monitored. Further, the combination with the sample introduction means from the central part of the migration path enables detection independent of the charged state of the component to be analyzed.

【0063】また本発明における複数のセンサーを光学
的センサーアレイとした態様においては、2次元上でシ
グナルの検知を可能とすると同時に、複数のセンサーを
安価に、そして容易に電気泳動ユニットと一体化するこ
とができる。更に、光学的センサーアレイと一体化する
電気泳動ユニットを、平面上に矩形状に配置した1本の
毛細管構造とすることにより、システム全体を小さなチ
ップの上にまとめることができる。このチップは微量試
料の迅速な電気泳動システムとして機能する。
In the embodiment of the present invention in which a plurality of sensors are formed as an optical sensor array, signals can be detected two-dimensionally, and at the same time, the plurality of sensors can be easily and inexpensively integrated with the electrophoresis unit. can do. Furthermore, by forming the electrophoresis unit integrated with the optical sensor array into a single capillary structure arranged in a rectangular shape on a plane, the entire system can be integrated on a small chip. This chip functions as a rapid electrophoresis system for trace samples.

【0064】加えて、本発明では電気泳動ユニットの直
下にセンサーアレイを配置するというきわめて単純な光
学系とすることができる。このとき、レンズのような高
価な光学系は不要である。また精密な加工も求められな
い。したがって泳動システムのコストダウンにつなが
る。特に電気泳動ユニットにマイクロチャンネルを利用
する態様においては、吸光度測定に影響を与える光散乱
の原因となるキャピラリを用いないことから、信頼性の
面でも優れた光学系を実現する。
In addition, according to the present invention, a very simple optical system in which the sensor array is disposed immediately below the electrophoresis unit can be provided. At this time, an expensive optical system such as a lens is unnecessary. Also, precise processing is not required. Therefore, the cost of the electrophoresis system is reduced. In particular, in a mode in which a microchannel is used for the electrophoresis unit, an optical system excellent in reliability is realized because a capillary that causes light scattering that affects the absorbance measurement is not used.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明による一体化マイクロ電気泳動システム
の実施態様を示す斜視図。光学センサーアレイ(1)に、
電気泳動ユニット(2)を一体化している。
FIG. 1 is a perspective view showing an embodiment of an integrated microelectrophoresis system according to the present invention. Optical sensor array (1)
The electrophoresis unit (2) is integrated.

【図2】本発明により複数のセンサーを組み合わせるこ
とで期待できるメリットを示す模式図。
FIG. 2 is a schematic diagram showing advantages that can be expected by combining a plurality of sensors according to the present invention.

【図3】キャピラリ電気泳動の原理を示す模式図。FIG. 3 is a schematic view showing the principle of capillary electrophoresis.

【図4】本発明による一体型マイクロ電気泳動システム
の写真。
FIG. 4 is a photograph of an integrated microelectrophoresis system according to the present invention.

【図5】本発明による一体型マイクロ電気泳動システム
を構成する電気泳動ユニットの写真とその断面図。
FIG. 5 is a photograph of an electrophoresis unit constituting the integrated micro electrophoresis system according to the present invention and a cross-sectional view thereof.

【図6】本発明による一体型マイクロ電気泳動システム
を構成する光学的センサアレイユニットと、そのセンサ
ー部分を拡大した写真
FIG. 6 is an enlarged image of an optical sensor array unit constituting an integrated micro electrophoresis system according to the present invention and its sensor portion.

【図7】電気泳動ユニットにホウ酸緩衝液を充填したと
きの、光学的センサーアレイの出力信号から構成したイ
メージ。
FIG. 7 is an image composed of output signals of an optical sensor array when an electrophoresis unit is filled with a borate buffer.

【図8】0-25mg/mLのブルーデキストランを導入したと
きの本発明による一体型マイクロ電気泳動システムの出
力信号の変化を示すグラフ。縦軸は、(ホウ酸緩衝液を
充填したときの光学的センサーアレイ全体の出力信号の
平均)−(ブルーデキストランを充填したときの光学的
センサーアレイ全体の出力信号の平均)mVを、横軸はブ
ルーデキストラン濃度(mg/mL)を示す。
FIG. 8 is a graph showing a change in an output signal of the integrated microelectrophoresis system according to the present invention when 0-25 mg / mL blue dextran is introduced. The vertical axis indicates (average output signal of the entire optical sensor array when the borate buffer is filled)-(average output signal of the entire optical sensor array when the blue dextran is filled) mV, and the horizontal axis indicates Indicates a blue dextran concentration (mg / mL).

【図9】本発明による一体型マイクロ電気泳動システム
に、サンプルを電気泳動的に導入する手順を示す模式
図。
FIG. 9 is a schematic diagram showing a procedure for electrophoretically introducing a sample into the integrated microelectrophoresis system according to the present invention.

【図10】ブルーデキストランを電気泳動したときの、
本発明による一体型マイクロ電気泳動システムの出力信
号から構成したイメージの経時的変化。
FIG. 10 shows the results of electrophoresis of blue dextran.
5 is a temporal change of an image formed from output signals of the integrated micro electrophoresis system according to the present invention.

【図11】本発明による改良型電気泳動チップの構成を
示す図。感光性ガラスによるマイクロ流路および光セン
サーから構成される。
FIG. 11 is a diagram showing a configuration of an improved electrophoresis chip according to the present invention. It consists of a microchannel made of photosensitive glass and an optical sensor.

【図12】ブルーデキストランを電気泳動したときの、
本発明による改良型マイクロ電気泳動システムの出力信
号から構成したイメージの経時的変化。
FIG. 12 shows the results of electrophoresis of blue dextran.
FIG. 5 is a time-dependent change of an image composed of output signals of the improved microelectrophoresis system according to the present invention.

【図13】光造形法により作製したマイクロ流路を用い
た電気泳動チップの構成を示す図。(a)は流路の設計
図、(b)は電気泳動チップの断面図である。
FIG. 13 is a diagram illustrating a configuration of an electrophoresis chip using a microchannel manufactured by an optical shaping method. (A) is a design diagram of a flow channel, and (b) is a cross-sectional view of an electrophoresis chip.

【図14】光造形法により作製した電気泳動チップの写
真。(a)は全体図、(b)は流路部の拡大図、(c)
サンプルインジェクション部分の拡大図である。
FIG. 14 is a photograph of an electrophoresis chip manufactured by a stereolithography method. (A) is an overall view, (b) is an enlarged view of a flow path portion, (c)
It is an enlarged view of a sample injection part.

【図15】分子量マーカーの電気泳動の結果を示す図。FIG. 15 shows the results of electrophoresis of molecular weight markers.

【図16】流路に沿って再構成した電気泳動パターンを
示す図。横軸はピクセル位置、縦軸は吸光度を表す。
FIG. 16 is a diagram showing an electrophoresis pattern reconstructed along a flow channel. The horizontal axis represents the pixel position, and the vertical axis represents the absorbance.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

(1) 光学的センサーアレイ (2) 電気泳動ユニット (3) 泳動路 (4) 緩衝液槽 (5) 電源 (6) 電極 (7) サンプル導入手段 (8) 光源 (1) Optical sensor array (2) Electrophoresis unit (3) Electrophoresis path (4) Buffer solution tank (5) Power supply (6) Electrode (7) Sample introduction means (8) Light source

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) G01N 27/26 331E ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) G01N 27/26 331E

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】少なくとも下記の構成を含む電気泳動シス
テムであって、電気泳動中にセンサーによるシグナルの
検知が可能なものである電気泳動システム。 a)分析対象物質の電気泳動による分離を行う電気泳動
ユニット、および b)前記電気泳動ユニットと組み合わされ、前記物質の
シグナルを検知するために分析対象物質の泳動路に配置
された複数のセンサー、
An electrophoresis system comprising at least the following configuration, wherein a signal can be detected by a sensor during electrophoresis. a) an electrophoresis unit for performing electrophoretic separation of a substance to be analyzed, and b) a plurality of sensors combined with the electrophoresis unit and arranged in a migration path of the substance to be analyzed to detect a signal of the substance.
【請求項2】前記センサーが複数の検知素子を平面上に
配置した光学的センサーである請求項1に記載の電気泳
動システム。
2. The electrophoresis system according to claim 1, wherein the sensor is an optical sensor having a plurality of sensing elements arranged on a plane.
【請求項3】複数の検知素子を平面上に配置した光学的
センサーを電気泳動ユニットに一体化した請求項2に記
載の電気泳動システム。
3. The electrophoresis system according to claim 2, wherein an optical sensor having a plurality of detection elements arranged on a plane is integrated with the electrophoresis unit.
【請求項4】前記電気泳動ユニットにおける泳動路が、
並列に配置されている請求項1−3のいずれかに記載の
電気泳動システム。
4. An electrophoresis path in the electrophoresis unit,
The electrophoresis system according to any one of claims 1 to 3, which is arranged in parallel.
【請求項5】並列に配置された泳動路が、連続する1本
の毛細管構造である請求項4に記載の電気泳動システ
ム。
5. The electrophoresis system according to claim 4, wherein the migration paths arranged in parallel have a single continuous capillary structure.
【請求項6】前記センサーを構成する検知素子が、1つ
の泳動路からのシグナルを検知し、並列に配置された隣
接する泳動路のシグナルの影響を受けない、請求項4ま
たは5に記載の電気泳動システム。
6. The sensor according to claim 4, wherein the detection element constituting the sensor detects a signal from one migration path, and is not affected by a signal of an adjacent migration path arranged in parallel. Electrophoresis system.
【請求項7】前記泳動路の任意の部分に分析対象試料適
用部位を備えた請求項1に記載の電気泳動システム。
7. The electrophoresis system according to claim 1, wherein an analysis sample application site is provided at an arbitrary part of the migration path.
【請求項8】前記電気泳動ユニットの泳動路の中間部分
に分析対象試料適用部位を備えた請求項7に記載の電気
泳動システム。
8. The electrophoresis system according to claim 7, wherein an analysis target sample application site is provided at an intermediate portion of a migration path of the electrophoresis unit.
【請求項9】少なくとも下記ステップa)−c)を含む
電気泳動分析方法。 a)分析対象物質の電気泳動を行う b)前記電気泳動分離操作によって分析対象物質が泳動
される経路に対応した位置に配置された複数のセンサー
によって、電気泳動分離と並行して前記物質のシグナル
を複数の位置で検知する c)前記複数の位置で検知したシグナルと、そのシグナ
ルを検知した位置情報とに基づいて前記物質の物理化学
的性状を決定する
9. An electrophoretic analysis method comprising at least the following steps a) to c). a) Performing electrophoresis of the substance to be analyzed b) Using a plurality of sensors arranged at positions corresponding to the path where the substance to be analyzed is migrated by the electrophoretic separation operation, the signal of the substance is parallelized with the electrophoretic separation C) at a plurality of positions c) determining the physicochemical properties of the substance based on the signals detected at the plurality of positions and information on the positions at which the signals are detected.
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