JP2000314720A

JP2000314720A - キャピラリー電気泳動装置

Info

Publication number: JP2000314720A
Application number: JP11125724A
Authority: JP
Inventors: Susumu Watanabe; 進渡辺; Kazunari Imai; 一成今井; Kohei Mochizuki; 康平望月
Original assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Science Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Science Systems Ltd
Priority date: 1999-05-06
Filing date: 1999-05-06
Publication date: 2000-11-14

Abstract

(57)【要約】【課題】測定時間を長くすることなしに正確な分析を可
能ならしめるのに適したキャピラリー電気泳動装置を提
供すること。【解決手段】キャピラリー２０の下端を試料中に挿入し
て試料をそのキャピラリー内に導入し、続いてキャピラ
リー20をバッファ槽１２中のバッファに挿入して、高電
圧電源３０から高電圧を印加することにより、試料を電
気泳動させ、分離する。検知器ユニット６０は分離され
た成分（ＤＮＡ断片）を検出し、信号処理ユニット７０
は検出された蛍光の波長により末端塩基の種類を識別
し、試料中のＤＮＡの塩基配列を決定する。泳動終了判
定装置２００は検出されたＤＮＡ断片の信号強度にもと
づいて電気泳動終了を判定し、それにしたがって２回目
以降の測定を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はキャピラリー電気泳
動装置、特にＤＮＡ（核酸）の塩基配列決定に用いられ
るのに適したキャピラリー電気泳動装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、電気泳動を利用した分析は多
く利用されているが、その中で重要な分析はＤＮＡの塩
基配列決定である。塩基配列決定には、従来は、２枚の
ガラス平板の間にポリアクリルアミドゲルを挟んで形成
された電気泳動媒体を用いられていた。それに対して、
最近、例えば、特開平６−１３８０３７号公報等に記載
されているように、取り扱いを容易にし、短時間で分析
を行うことができるキャピラリーにゲルを充填させた電
気泳動媒体を用いる方法が開発されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
方法では、キャピラリーを電気泳動に用いる場合も含
め、充填されたゲルは１測定毎に消耗され、毎回取り替
えるようにしている。ゲルの交換には、内径１００μｍ
以下のキャピラリー内にゲルをシリンジ等を用いて加圧
・圧入する方法を用いるが、多数のキャピラリーのゲル
を充填する作業は時間を要するものである。また、毎
回、キャピラリーを交換する場合には、キャピラリーの
交換作業は手作業となるため、複数の試料を自動的に分
析することは困難であった。

【０００４】キャピラリーの交換作業を減らし、自動化
を進めるためには、同一のゲルで複数回繰り返し使用で
きるようにすればよい。しかし、試料の泳動時間は試料
により異なるため、繰り返し測定の開始時期の最適な設
定は困難であった。

【０００５】すなわち、繰り返し測定開始時期が早過ぎ
れば、繰り返し測定の試料由来の信号は前回の測定試料
由来の信号と重なり、正確な分析ができなかった。逆に
繰り返し測定開始時間が遅過ぎれば全測定時間が長くな
り過ぎる問題があった。

【０００６】本発明の目的は測定時間を長くすることな
しに正確な分析を可能ならしめるのに適したキャピラリ
ー電気泳動装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明にもとづくキャピ
ラリー電気泳動装置の特徴は、電気泳動媒体が充填され
たキャピラリーと、該キャピラリーの一方端に導入した
試料を他方端に向けて泳動させて前記試料中の成分を分
離するように前記キャピラリーの両端に電圧を印加する
手段と、前記分離された成分を検出する検知器と、前記
キャピラリー中を泳動する試料の泳動終了を判定する手
段を備えていることにある。

【０００８】

【発明の実施の形態】図１は本発明にもとづくキャピラ
リー電気泳動装置の一実施例を示す。同図を参照する
に、移動機構１０の上には、バッファ（電解液）を収容
した泳動バッファ槽１２が配置されている。泳動バッフ
ァ槽１２の中には、白金電極１３が張架されており、白
金電極１３はバッファと接触している。また、移動機構
１０の上には、サンプルトレイホルダ１４を介して３個
のサンプルトレイ１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃが配置
されている。サンプルトレイ１００Ａは、図２を用いて
後述するように、４８個の試料容器を備えている。サン
プルトレイ１００Ａは、止めねじＳ１，Ｓ２によってサ
ンプルトレイホルダ１４に固定されており、サンプルト
レイホルダ１４から取り外し可能である。サンプルトレ
イ１００Ａの低部は、ＳＵＳのような導電性金属で構成
されてサンプルトレイホルダ１４と電気的に導通してい
る。サンプルトレイ１００Ｂ，１００Ｃも同様にして、
４８個の試料容器を備えており、サンプルトレイ１００
Ｂ，１００Ｃの低部は、サンプルトレイホルダ１４と電
気的に導通している。

【０００９】移動機構１０は、上下移動用モータ１６Ｚ
を用いて、上下スライドガイド１８Ｚに沿ってＺ軸方向
に上下移動可能である。また、移動機構１０は、前後移
動用モータ１６Ｘを用いて、前後スライドガイド１８Ｘ
に沿って、Ｘ軸方向に前後移動可能である。上下移動用
モータ１６Ｚ及び前後移動用モータ１６Ｘは、制御装置
８０によって制御される。また、３個のサンプルトレイ
１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃを覆うようにして、塩化
ビニルやアクリル樹脂等の透明なカバー１９が配置され
ており、試料容器に保持された試料の蒸発の抑制や外部
からのゴミの混入を防止している。

【００１０】４８本のキャピラリー２０が並列的に配置
されており、その内部には、分離用の架橋ポリアクリル
アミドゲルが電気泳動媒体として充填されている。キャ
ピラリー２０の下端側はキャピラリー押さえ２２により
固定され、その下端は泳動バッファ槽１２内の泳動バッ
ファに挿入されている。キャピラリー２０の上端側は、
キャピラリー押さえ２４により固定され、その上端は、
カプラ２６に接続固定されている。

【００１１】キャピラリー２０の長さは３０ｃｍとして
いる。キャピラリー２０に充填される架橋ポリアクリル
アミドゲルは、全アクリルアミド及びビスーアクリルア
ミドから成っている。全アクリルアミドは、全ゲルに対
して５重量％、全アクリルアミドに対するビスーアクリ
ルアミドの重量は１０％である。

【００１２】カプラ２６は、接地側の電極プラグ３２に
接続され、電極プラグ３２は、高電圧電源３０の接地極
に接続されている。また、サンプルトレイホルダ１４
は、高電圧側の電極プラグ３４と接続され、バッファ槽
１２の白金電極１３は、高電圧側の電極プラグ３６と接
続され、電極プラグ３４，３６は、高電圧電源３０の高
電圧（−）極に接続されている。

【００１３】カプラ２６は、シースフローセル４０に接
続されている。シースフローセル４０には、シース液タ
ンク４２の中に保持されたシース液４４が、重力によっ
て導入される。キャピラリー２０の中で電気泳動され、
キャピラリー２０の泳動終端部から流出する分離された
試料は、シース液によって各キャピラリーの試料成分が
互いに分離されたまま上部側に運ばれる。

【００１４】シースフローセル４０の側面方向（図示Ｙ
軸方向）からは、レーザ５０から出射したレーザ光が、
レンズ５２によって平行光束にコリメートされた上で照
射され、シースフローセル４０中の分離された試料を励
起する。レーザ５０とレンズ５２の間には、シャッタ５
４が設けられており、試料の励起を選択的に行えるよう
になっている。

【００１５】レーザ光照射によって発生した蛍光は、Ｙ
軸方向に直交するＸ軸方向から取り出され、検知器ユニ
ット６０によって検知される。検知器ユニット６０は、
図２を用いて後述するように、集光レンズ６２と、フィ
ルタ６４と、結像レンズ６６と、光センサ６８によって
構成されている。レーザ光照射によって発生した蛍光
は、集光レンズ６２によって集光され、フィルタ６４に
よって検出すべき波長の光が選択され、さらに、結像レ
ンズ６６によって、２次元ＣＣＤセンサ等の光センサ６
８上に結像する。光センサ６８によって検出された４波
長の信号は、信号処理装置７０に送られる。この時点
で、光センサ６８によって検出された信号は信号処理装
置７０により相対化（ノーマライズ）されて、最大強度
を一定値とする値に変換される。最大値はたとえば1,00
0,000とし、0〜1,000,000の間の値に蛍光強度に応じて
変換される。ここで、1,000,000はあくまで相対値であ
り、単位はない。

【００１６】信号処理装置７０により相対化された４波
長の信号は、波長により末端塩基の種類が識別され、末
端塩基を時系列配置することにより、核酸試料の塩基配
列が解析される。

【００１７】ＤＮＡ（デオキシリボ核酸）の塩基配列の
決定では、一般的に４波長の計測が行われる。各極大波
長が、それぞれ、ＤＮＡ断片の末端の塩基の種類に対応
するように、予め反応操作で蛍光色素がＤＮＡ断片に結
合される。これによりＤＮＡ断片はそれぞれ固有の蛍光
で標識される。

【００１８】また、信号処理装置７０により相対化され
た４波長の信号は、泳動終了判定装置２００に入力す
る。泳動終了判定装置２００は記憶装置や演算装置等を
含む計算機からなるもので、信号の最大強度に対する各
信号の相対強度を求め、その求められた相対強度が、予
め定められ記憶装置に記憶された判定レベル（基準値）
よりも大きいかどうかを比較し、大きければ試料がキャ
ピラリー中を泳動中であると判定し、求められた相対強
度が判定レベルよりも上がり、泳動終了判定装置２００
が泳動中と判定した後に判定レベルよりも低下した場合
には、試料のキャピラリー中での泳動を終了したと判定
する。泳動終了判定装置２００における判定の基準につ
いては後述する。

【００１９】シースフローセル４０の上端部には、ドレ
インアダプタ４６が取り付けられており、キャピラリー
２０からシースフローセル４０に流入した試料を、廃液
として、ドレインチューブ４７を通って、ドレイン瓶４
９に排出する。ドレインチューブ４７の途中には、オリ
フィスや複数本のキャピラリーから構成されるフローコ
ントローラ４８が設けられており、ドレインチューブ４
７の流路抵抗を一定として、流量を制御している。

【００２０】次に、図１の実施例の全体的な動作につい
て説明するに、最初に、測定前の予備泳動を行う。予備
泳動においては、標準試料及び分析試料はキャピラリー
２０の中には導入されない。キャピラリー２０の下端を
バッファ槽１２に挿入し、高電圧電源３０からキャピラ
リー２０の両端に電圧を印加して、キャピラリー２０を
平衡化させる。予備泳動においては、電源３０から印加
する電圧は１２０Ｖ／ｃｍとする。キャピラリー２０の
長さが３０ｃｍの場合、電源３０からキャピラリー２０
の両端には、３６００Ｖの電圧を印加する。予備泳動時
間は２０分である。

【００２１】一方、サンプルトレイ１００Ａ，１００
Ｂ，１００Ｃのそれぞれ４８個の試料容器には、予め試
料が所定量分注されている。試料の収容されたサンプル
トレイ１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃは、サンプルトレ
イホルダ１４に止めねじＳ１，Ｓ２により固定される。
制御装置８０は、上下移動モータ１６Ｚを駆動して、移
動機構１０をＺ１方向に下降する。キャピラリー２０の
下端が、バッファ槽１２から十分に離れた位置で移動機
構１０の下降を停止する。次に、制御装置８０は、前後
移動モータ１６Ｘを駆動して、移動機構１０をＸ１方向
に移動する。サンプルトレイ１００Ａが、キャピラリー
２０の真下に来ると、移動機構１０の移動を停止する。
更に、制御装置８０は、上下移動モータ１６Ｚを駆動し
て、移動機構１０をＺ２方向に上昇する。そして、キャ
ピラリー２０の先端が、サンプルトレイ１００Ａの中の
試料容器中の試料に挿入される位置で、移動機構１０の
上昇を停止する。移動機構１０の上下移動動作及び前後
移動動作における位置決めは、移動機構１０に設けられ
たスイッチ等の位置検出機構を用いてなされる。

【００２２】キャピラリー２０の下端が試料中に挿入さ
れている状態で、サンプルトレイ１００Ａとカプラ２６
の間に高電圧電源３０から高電圧を印加することによ
り、試料容器中の試料は、キャピラリー20内に導入され
る。試料の導入時には、電源３０から印加する電圧は、
５０Ｖ／ｃｍで１０秒間とする。これによって、試料容
器１００Ａに収容された試料がキャピラリー２０内に導
入される。

【００２３】次に、制御装置８０は、上下移動モータ１
６Ｚを駆動して、移動機構１０をＺ１方向に下降する。
キャピラリー２０の下端が、サンプルトレイ１００Ａか
ら十分に離れた位置で移動機構１０の下降を停止する。
次に、制御装置８０は、前後移動モータ１６Ｘを駆動し
て、移動機構１０をＸ２方向に移動する。バッファ槽１
２が、キャピラリー２０の真下に来ると、移動機構１０
の移動を停止する。更に、制御装置８０は、上下移動モ
ータ１６Ｚを駆動して、移動機構１０をＺ２方向に上昇
する。そして、キャピラリー２０の先端がバッファ槽１
２の中のバッファに挿入される位置で、移動機構１０の
上昇を停止する。移動機構１０の上下移動動作及び前後
移動動作における位置決めは、移動機構１０に設けられ
たスイッチ等の位置検出機構を用いてなされる。

【００２４】キャピラリー２０の下端がバッファ槽に挿
入されている状態で、白金電極１３とカプラ２６の間に
高電圧電源３０から高電圧を印加することにより、キャ
ピラリー２０に導入されている試料は、電気泳動により
分離される。電気泳動電圧は、１２０Ｖ／ｃｍとする。
検知器ユニット６０は、分離された各ＤＮＡ断片成分を
検出する。検出には、レーザ励起蛍光検出が用いられ
る。信号処理ユニット７０は、検知器ユニット６０によ
って検出された蛍光の波長により末端塩基の種類を識別
し、ＤＮＡ断片にもとづいて、試料ＤＮＡの塩基配列を
決定する。

【００２５】また、試料の電気泳動分析時には、試料が
キャピラリー２０中を電気泳動中か、電気泳動終了した
かの判定が行われる。泳動終了判定装置２００は、検出
器ユニット６０によって検出された各ＤＮＡ断片成分の
信号強度にもとづいて電気泳動終了を判定する。

【００２６】サンプルトレイ１００Ａの中の試料の分析
が終了すると、上述したのと同様の手順で、サンプルト
レイ１００Ｂ，１００Ｃの試料がキャピラリー２０に導
入され、電気泳動分離される。

【００２７】１つの試料の分析には、約２時間程度を要
するため、図１に示すように、サンプルトレイホルダ１
４上に、３個のサンプルトレイ１００Ａ，１００Ｂ，１
００Ｃを設置することにより、約６時間の自動分析が可
能となる。サンプルトレイの数は３個に限らず、更に多
くてもよいものである。

【００２８】また、電気泳動分離された試料の光学的な
検出方法としては、蛍光検出に限らず、吸光度検出など
を用いることもできる。

【００２９】図２は図１の実施例中の検出器ユニットの
光学系を、図３は図１の実施例における発光点と１次元
センサの受光面に形成される像との関係をそれぞれ示
す。

【００３０】最初に、図２を用いて、検知器ユニット６
０の詳細な構成について説明する。

【００３１】ＤＮＡ（デオキシリボ核酸）の塩基配列決
定では、一般的に４波長の計測が行われる。各極大波長
が、それぞれＤＮＡ断片の末端の塩基の種類に対応する
よう予め反応操作で、蛍光色素がＤＮＡ断片に結合され
る。

【００３２】発光点ＥＰから発する蛍光はレンズ６２で
集光される。発光点ＥＰは、図１に示したキャピラリー
２０によって分離された試料に、レーザ５０からの光を
照射することにより発せられた蛍光の発光点である。レ
ンズ６２は、図示の例では、１枚のレンズとして示して
いるが、複数枚のレンズによって構成することができ
る。レンズ６２の焦点位置に発光点ＥＰが位置するよう
に、発光点ＥＰとレンズ６２とを配置することにより、
レンズ６２によって集光された光は、平行光束となり、
検知器ユニット６０に導かれる。

【００３３】ここで、図１との相関をとる意味で、キャ
ピラリー２０の延在する方向をＺ軸方向とし、レンズ６
２によって平行光束となった光軸をＸ軸とする。また、
図１に示したように、複数本のキャピラリー２０は、紙
面に垂直なＹ軸方向に平行に配置されているものとす
る。

【００３４】検知器ユニット６０は、集光レンズ６２
と、フィルター６４と、プリズム６５Ａ〜６５Ｄと、結
像レンズ６６Ａ，６６Ｂと、空間フィルター(スリット)
６７Ａ，６７Ｂと、４個の１次元センサ６８Ａ〜６８Ｄ
とによって構成されている。

【００３５】フィルタ６４は、バンドパスフィルタであ
り、４種類の波長の光を選択するフィルタ６４Ａ，６４
Ｂ，６４Ｃ, ６４Ｄから構成されている。フィルタ６４
Ａは、第１の波長λ１の光を選択するものであり、波長
λ１は、例えば５０５ｎｍであり、核酸構成成分である
グアニン（Ｇ）の蛍光ピークである。フィルタ６４Ｂ
は、第３の波長λ３の光を選択するものであり、波長λ
３は、例えば、５８０ｎｍであり、核酸構成成分である
プリン塩基の一つであるチミン（Ｔ）の蛍光ピーク波長
である。フィルタ６４Ｃは、第２の波長λ２の光を選択
するものであり、波長λ２は、例えば、５４０ｎｍであ
り、核酸構成成分であるアデニン（Ａ）の蛍光ピーク波
長である。フィルタ６４Ｄは、第４の波長λ４の光を選
択するものであり、波長λ４は、例えば、６０５ｎｍで
あり、核酸構成成分であるシトシン（Ｃ）の蛍光ピーク
波長である。フィルタ６４Ａ，６４Ｂ，６４Ｃ, ６４Ｄ
バンドパスは、２０ｎｍである。

【００３６】フィルタ６４を通過した光束は、４個の直
角プリズム６５Ａ，６５Ｂ，６５Ｃ，６５Ｄによって、
直角に曲げられるとともに、４本の光束に分割される。
即ち、本実施形態における光学系においては、１本の光
束を４本の光束に分割するようにしている。

【００３７】４本の光束は、レンズ６６Ａ，６６Ｂによ
って収束し、１次元センサ６８Ａ，６８Ｂ，６８Ｃ，６
８Ｄの受光面に結像する。すなわち、１個の発光点ＥＰ
から発せられた光は、４種類の波長の光をフィルタ６４
Ａ〜６４Ｄによって選択された後、４個の１次元センサ
６８Ａ〜６８Ｄによって、それぞれ４種類の波長に対す
る蛍光の光強度が検知される。ここで、キャピラリー２
０が例えば、４８本平行に配置されている場合、１次元
センサ６８は、４８個の受光面を有している。４８個の
受光面は、Ｙ軸方向（紙面に垂直な方向）に配置されて
いる。従って、４８本のキャピラリー２０の中の４８個
の発光点から発せられた光は、４種類の波長の光をフィ
ルタ６４Ａ〜６４Ｄによって選択された後、４個の１次
元光センサ６８Ａ〜６８Ｄの上の４８個の受光面によっ
て、それぞれ４種類の波長に対する蛍光の光強度が検知
される。

【００３８】また、レンズ６６Ａ，６６Ｂと、１次元セ
ンサ６８Ａ，６８Ｂ，６８Ｃ，６８Ｄの間には、空間フ
ィルタ（スリット）６７Ａ，６８Ｂが配置されており、
迷光を防止している。

【００３９】次に、図３を用いて、発光点と１次元光セ
ンサの受光面に形成された像との関係を説明する。

【００４０】図３（Ａ）は、発光点の様子を示してい
る。ここでは、説明の都合上、キャピラリー２０の本数
は５本の場合について例示しており、キャピラリー２０
の中では、分離された試料に、レーザからの光を照射す
ることにより、蛍光が発生しており、発光点ＥＰを形成
している。

【００４１】図３（Ｂ）は、１次元センサ６８Ａ，６８
Ｂ，６８Ｃ，６８Ｄの受光面に形成された発光点ＥＰの
像を示している。１次元センサ６８Ａ，６８Ｂ，６８
Ｃ，６８Ｄの受光面に形成された像は、それぞれ異なる
波長の光に対する像であり、ここでは明暗で表示してい
る。

【００４２】本実施例では、必要な情報だけが、１次元
センサ６８Ａ，６８Ｂ，６８Ｃ，６８Ｄの受光面に結像
され、それをそのまま活用できるため、処理が単純化で
きる。

【００４３】以上のように、本実施例においては、４個
のプリズム６５Ａ〜６５Ｄを用いて光束を分割してい
る。１次元センサ６８Ａと１次元センサ６８Ｂの間の距
離Ｌ１は、大きい方がよく、１次元センサを基板上に配
置した検知器の大きさが、５０ｍｍあるとすれば、距離
Ｌ１は、５０ｍｍ程度必要である。ここで、本実施形態
においては、平行光束中に配置した直角プリズムを用い
て、光束を分割しているため、直角プリズム６５Ａと直
角プリズム６５Ｂの距離Ｌ２は、自由に変えることがで
きる。距離Ｌ２を５０ｍｍ程度に広げることは容易に行
える。

【００４４】また、本実施例においては、１個の検知器
ユニット６０によって４種類の波長の大きさを同時に測
定するようにしているため、レンズ６２と発光点ＥＰの
間の距離Ｌ３は、レンズ６２の焦点距離を短くすること
によって、容易に短くすることができるため、発光点Ｅ
Ｐの光を検知器ユニット６０に取り込む立体角を大きく
することができるため、検出感度を向上することができ
る。

【００４５】また、光束を分割する手段として、直角プ
リズム６５を使用しており、直角プリズム６５の１辺を
光学ベースに平行に設置することにより、容易に光軸を
一致させることができるため、製作が容易になる。

【００４６】なお、フィルタ６４Ａ〜６４Ｄの配置する
位置としては、レンズ６２と直角プリズムとの間の代わ
りに、平行光束中である直角プリズム６５とレンズ６６
との間に設置してもよいものである。また、レンズ６６
と空間フィルタ６７の間は、収束光束であるが、この位
置にフィルタ６４を設置するようにしてもよいものであ
る。

【００４７】また、レンズ６２は、発光点ＥＰから発せ
られた光を平行光束としているが、ほぼ平行光束となる
ように多少収束するような光束としてもよいものであ
る。

【００４８】また、直角プリズム６５の代わりに、平面
ミラーを用いてもよいものである。

【００４９】更に、空間フィルタ（スリット）は、必要
に応じて、レンズ６６の前後または直角プリズム６５の
前後に挿入され得る。

【００５０】このようにして得られた１次元センサ６８
Ａ，６８Ｂ，６８Ｃ，６８Ｄの受光面上に結像された像
の信号は、信号処理装置７０に送られて、相対値に変換
される。信号強度の最大値を例えば65,000、最小値を0
として、各信号は相対的に0〜65,000の間の値に割り振
られるものとする。この値は相対値であり、無単位であ
るが、後述する泳動終了判定装置２００による信号強度
にもとづく泳動終了判定は相対値相互の比較を行うこと
で可能である。すなわち、相対化された信号強度中の最
大値を探し、その最大値に対する各信号強度が予め定め
られた一定レベルに対してどの値にあるかをモニタリン
グすることで、泳動状態を知ることができる。

【００５１】図４及び図５は蛍光標識されたＤＮＡ断片
から得られたクロマトグラムを示し、横軸は検出時間
を、縦軸は検出された相対強度を表す。クロマトグラム
のピーク高さ（信号強度）は断片の数に比例するので、
短い断片の方が信号強度が大きくなるが、ピーク幅はキ
ャピラリー２０の分離性能に依存する。図４ではクロマ
トグラムの開始部分の一続きの信号が、また図５ではク
ロマトグラムの終了部分の一続きの信号がそれぞれ上
段、中段及び下段に分けて表示されている。

【００５２】泳動終了判定装置２００の泳動終了判定基
準について説明する。キャピラリー２０から出たＤＮＡ
断片の信号（ＤＮＡ断片に由来する信号）を、シースフ
ローセル４０中の異物等を原因とするショックノイズと
区別するため、所定値以上の信号強度が一定時間以上維
持された場合のみ信号と認識する。具体的には、たとえ
ば３秒以内に予め定められた泳動終了判定レベル以下に
低下してしまう信号はＤＮＡ断片由来の信号とみなさず
無視する。電気泳動の終了判定は、ＤＮＡ断片に由来す
る４種類の波長の信号をそれぞれ分割した後の信号、す
なわち１次元センサ６８Ａ，６８Ｂ，６８Ｃ，６８Ｄの
受光面に結像された信号すべてについて行ってもよく、
特定波長に限って行っても差し支えない。また、説明を
分かりやすくするために、信号をクロマトグラムに変換
した場合で説明するが、実際の装置においては必ずしも
クロマトグラムに変換する必要はなく、信号強度と泳動
時間の関係等がわかればよい。更に、信号処理装置７０
により相対化された信号の、最大信号に対する各信号の
比が、予め定められた泳動終了判定レベルより下がった
ままになった時点で泳動終了と判定する。ここで、信号
強度は元々一定でなくばらつきがあるために、ある一定
時間中の最大強度を泳動終了判定に用いる信号強度とす
る。その一定時間はたとえば10分間であるとする。

【００５３】表１には、予め設定された4つの泳動終了
判定レベル（基準）毎に、泳動終了と判定するまでに解
析できた塩基数／泳動終了判定しなかった場合に解析で
きた塩基数の比が示されている。泳動終了判定レベルを
下げれば解析可能な塩基をすべて解析できる反面、泳動
時間が遅れる分だけ徒に時間を浪費することにことにな
るので、表１には泳動時間も示されている。

【００５４】

【表１】

【００５５】表１に示される解析可能な塩基数中の実際
に解析できた塩基数（Ａ/Ｂ）及び泳動時間から、どの
泳動終了判定レベル（基準）が妥当性ないしは適切性を
有するかを知ることができる。すなわち、仮に泳動終了
判定レベルを0.17とした場合、泳動終了しない場合に対
して77％の塩基しか解析できず、泳動終了判定が早すぎ
ることがわかる。泳動終了判定レベルを0.11とすると、
泳動終了しない場合に対して97％の塩基解析ができ、泳
動終了判定レベルを0.08とすると、泳動終了しない場合
に対して100％の塩基解析ができる。更に、泳動終了判
定レベルを0.06としても、泳動終了しない場合に対して
100％の塩基解析ができるが、泳動時間が泳動終了判定
レベルを0.08にした場合に比べて25分も長くなってお
り、電気泳動の繰り返し時間の短縮が実現できない。こ
のような観点から、図６の場合の妥当な（適切な）泳動
終了判定レベル（基準）は0.08であることがわかる。し
かし、泳動目的によってはこれ以外の数値を泳動終了判
定レベル（レベル）として予め設定してもなんら差し支
えない。

【００５６】更に、試料調製が不良で、試料中にもとも
と蛍光標識されたＤＮＡがない場合にも対処できるよう
に、所定の時間内に信号が一つも検出されない場合も、
泳動終了と判定する。たとえば、通常の泳動時間を２時
間と設定し、２時間内にピーク信号が検出されない場合
も、泳動終了判定装置２００は泳動終了と判定する。

【００５７】図６は泳動終了判定装置２００が泳動終了
と判定した後の信号伝達及び制御のフローチャートを示
す。泳動終了判定装置２００が泳動終了と判定すると、
その信号は制御装置８０に伝達され、制御装置８０はパ
ーソナルコンピュータ９０に泳動終了の表示をさせかつ
次の泳動に関する表示をさせるように指示する。

【００５８】泳動終了判定装置２００の判定後自動的に
次回の測定に移行する場合は、制御装置８０は所定の１
回目の泳動時間を短縮し、２回目泳動開始時刻を繰り上
げて開始するようにキャピラリー電気泳動装置の各機構
１６Ｘ,１６Ｚを制御する。２回目泳動開始時刻の繰り
上げはオペレータが認識できるように、パーソナルコン
ピュータ９０の制御画面にメッセージを出す。そのメッ
セージ内容はたとえば図７（Ａ）のようにする。

【００５９】泳動終了判定装置２００が泳動終了と判定
したが、実際に1回目泳動を終了して2回目泳動に移行す
る最終判定をオペレータが行いたい場合は、図７（Ｂ）
のようなメッセージをパーソナルコンピュータ９０の制
御画面にに出すこととし、このメッセ―ジにより、オペ
レータの判断で、次回の測定に移行するか、更に1回目
泳動を継続するかどうか決定する。

【００６０】２回目以降の泳動終了判定も同様とするこ
とができる。

【００６１】本発明の実施例によれば、キャピラリー電
気泳動において、電気泳動媒体であるゲルを交換するこ
となく複数回の分析に繰り返し使用する場合に、２回目
以降の測定開始時間を過不足なく算定でき、複数の試料
が同時にキャピラリーに導入される危険や、泳動時間が
不必要に長くなることを避けることができ、最低限の時
間で複数回の正確な分析が可能となる。

【００６２】

【発明の効果】本発明によれば、測定時間を長くするこ
となしに正確な分析を可能ならしめるのに適したキャピ
ラリー電気泳動装置が提供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明にもとづく一実施例を示すキャピ
ラリー電気泳動装置の全体構成を示すブロック図であ
る。

【図２】図２は図１に示される実施例中の検出器ユニッ
トの光学系のブロック図である。

【図３】図３は図１の実施例における発光点と１次元セ
ンサの受光面に形成される像との関係の説明図である。

【図４】図４は蛍光標識されたＤＮＡ断片から得られた
クロマトグラムの開始部分の模式図である。

【図５】図５は蛍光標識されたＤＮＡ断片から得られた
クロマトグラムの終了部分の模式図である。

【図６】図６は泳動終了判定装置２００が泳動終了と判
定した後の信号伝達及び制御のフローチャートを示す図
である。

【図７】図７は図1のパーソナルコンピュータの制御面
に表示されるメッセージの例を示す図である。

【符号の説明】

１０…移動機構、１２…泳動バッファ槽、１３…白金電
極、１４…サンプルトレイホルダ、１６…モータ、１８
…スライドガイド、１９…カバー、２０…キャピラリ
ー、２４…キャピラリー押さえ、２６…カプラ、３０…
高電圧電源、４０…シースフローセル、４４…シース
液、５０…レーザ、６０…検知器ユニット、６４…フィ
ルタ、６８…光センサ、７０…信号処理装置、８０…制
御装置、９０・・・パーソナルコンピュータ、１００…サ
ンプルトレイ、２００…泳動終了判定装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者今井一成茨城県ひたちなか市大字市毛882番地株式会社日立製作所計測器事業部内 (72)発明者望月康平茨城県ひたちなか市大字市毛1040番地株式会社日立サイエンスシステムズ内Ｆターム(参考） 2G043 AA04 BA16 CA03 DA05 EA01 EA19 FA01 FA06 GA07 GB11 GB18 GB21 KA09

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電気泳動媒体が充填されたキャピラリー
と、該キャピラリーの一方端に導入した試料を他方端に
向けて泳動させて前記試料中の成分を分離するように前
記キャピラリーの両端に電圧を印加する手段と、前記分
離された成分を検出する検知器と、前記キャピラリー中
を泳動する試料の泳動終了を判定する手段を備えている
ことを特徴とするキャピラリー電気泳動装置。
【請求項２】請求項１において、前記泳動終了判定手段
は、前記検出器によって検出された試料中の各成分に対
応する信号ピークの強度を求め、この求められる強度が
所定の値より低いときに、前記試料の前記キャピラリー
中での泳動を終了したと判定することを特徴とするキャ
ピラリー電気泳動装置。
【請求項３】請求項２において、前記検出器は、前記分
離された試料成分を、レーザ光励起によって生成された
多波長光を検出することにより検知することを特徴とす
るキャピラリー電気泳動装置。
【請求項４】請求項３において、前記多波長光は前記試
料中の成分を標識する、それぞれ波長の異なる蛍光から
なり、前記泳動終了判定手段は前記検出された蛍光強度
を用いて前記試料の泳動終了を判定することを特徴とす
るキャピラリー電気泳動装置。
【請求項５】請求項１〜４のいずれかにおいて、前記キ
ャピラリーを複数個用いて複数の試料を同時に泳動させ
測定することを特徴とするキャピラリー電気泳動装置。