JP2002131280A

JP2002131280A - 電気泳動装置

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Publication number: JP2002131280A
Application number: JP2000325104A
Authority: JP
Inventors: Shin Nakamura; 伸中村
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2000-10-25
Filing date: 2000-10-25
Publication date: 2002-05-09
Anticipated expiration: 2020-10-25
Also published as: JP4438211B2

Abstract

(57)【要約】【課題】電気泳動装置の測定結果の信頼性を向上させ
る。【解決手段】高電圧供給部４９により電極４７を介し
てマイクロチップ１の各リザーバにサンプル導入用の電
圧を印加し、チップ１のサンプルリザーバに注入された
サンプルをサンプル導入用流路と分離用流路との交差部
に導く。このとき、可動反射ミラー１５を実線位置に移
動させ、レーザ装置１１からの励起光をビームエキスパ
ンダ１３、ミラー１５、レンズ１７及びダイクロイック
ミラー１９を介してチップ１の裏面側に照射する。分光
フィルター２１により、ダイクロイックミラー１９を介
して分光フィルター２１に照射されたチップ１からの蛍
光のうち所定波長の蛍光のみをレンズ２３側へ透過さ
せ、透過した蛍光をレンズ２３によりＣＣＤ２５に結像
させる。ＣＰＵ２７によりＣＣＤ２５の検出信号に基づ
いてサンプル導入用流路内のサンプル分布を監視する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、極微量のタンパク
質や核酸、薬物などを高速かつ高分解能に分析する電気
泳動に用いる電気泳動装置に関し、さらに詳しくは板状
部材の内部に形成された流路で電気泳動を行なうチップ
デバイスを用いる電気泳動装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】極微量のタンパク質や核酸などを分析す
る場合には、従来から電気泳動装置が用いられており、
その代表的なものとしてキャピラリー電気泳動装置があ
る。キャピラリー電気泳動装置は、内径が１００μｍ以
下のガラスキャピラリー内に泳動媒体を充填し、一端側
にサンプルを導入した後、両端間に高電圧を印加して分
析対象物をキャピラリー内で展開させるものである。キ
ャピラリー内は容積に対して表面積が大きい、すなわち
冷却効率が高いことから、高電圧の印加が可能となり、
ＤＮＡなどの極微量サンプルを高速かつ高分解能にて分
析することができる。

【０００３】キャピラリーはその外径が１００〜５００
μｍ程度と細く破損しやすいため、ユーザーが行なうべ
きキャピラリー交換時の取扱いが容易でないという問題
を有する。そこで、取扱いが煩雑なキャピラリーに代わ
って、分析の高速化、装置の小型化が期待できる形態と
して、D. J. Harrison et al./ Anal. Chem. 1993, 28
3, 361-366に示されているように、２枚の基板を接合し
て形成された電気泳動チップ（マイクロチップという）
が提案されている。そのマイクロチップの例を図７に示
す。

【０００４】マイクロチップ１は、一対の透明板状の無
機材料（例えばガラス、石英、シリコンなど）又はプラ
スチックからなる基板１ａ，１ｂからなり、半導体フォ
トリソグラフィー技術又はマイクロマシニング技術によ
り、一方の基板１ｂの表面に互いに交差する泳動用キャ
ピラリー溝３，５を形成し、他方の基板１ａにはその溝
３，５の端に対応する位置に貫通穴をアノードリザーバ
７ａ、カソードリザーバ７ｃ、サンプルリザーバ７ｓ、
ウエイストリザーバ７ｗとして設けたものである。マイ
クロチップ１は、両基板１ａ，１ｂを（Ｃ）に示すよう
に重ねて接合した状態で使用される。このようなマイク
ロチップは２本の溝（channel）が交差して形成されて
いることから、Cross-channel Micro-chipとも呼ばれ
る。

【０００５】このマイクロチップ１を用いて電気泳動を
行なう場合には、分析に先立って、例えばシリンジを使
った圧送により、いずれかのリザーバ、例えばアノード
リザーバ７ａから溝３，５内及びリザーバ７ａ，７ｃ，
７ｓ，７ｗ内に泳動媒体を充填する。次いで、リザーバ
７ａ，７ｃ，７ｓ，７ｗ内に充填された泳動媒体を除去
し、短い方の溝（サンプル注入用流路）３の一方の端に
対応するサンプルリザーバ７ｓにサンプルを注入し、他
のリザーバ７ａ、７ｃ，７ｗにバッファ液を注入する。

【０００６】泳動媒体、サンプル及びバッファ液を注入
したマイクロチップ１を電気泳動装置に装着する。各リ
ザーバ７ａ，７ｃ，７ｓ，７ｗに所定の電圧を印加し、
サンプルを溝３中に泳動させて両溝３，５の交差部９に
導く。各リザーバ７ａ，７ｃ，７ｓ，７ｗに印加する電
圧を切り換えて、長い方の溝（分離用流路）５の両端の
リザーバ７ａ，７ｃ間の電圧により、交差部分９に存在
するサンプルを溝５内に注入する。溝５内にサンプルを
注入した後、リザーバ７ｓ内に収容されているサンプル
をバッファ液で置換する。その後、各リザーバ７ａ，７
ｃ，７ｓ，７ｗに電気泳動用の電圧を印加して、溝５内
に注入したサンプルを溝５内で分離させる。溝５の適当
な位置に検出器を配置しておくことにより、電気泳動に
より分離されたサンプルを検出する。検出は、吸光光度
法や蛍光光度法、電気化学的又は電気伝導度法などの手
段により行なわれる。

【０００７】また、マイクロチップの流路デザインや泳
動媒体の組成などの分析条件は、用途やサンプルに応じ
て異なる。他の流路デザインのマイクロチップとして
は、例えば、Yining Shi et al./ Anal. Chem. 1999, 7
1, 5354-5361に示されているように、放射状に多数の分
離用流路を備えた電気泳動用マイクロプレートがある。
近年はマイクロチップよりもサイズの大きいものや、複
数のチャンネルを備えたもの、さらにはチャンネルの交
差部をもたないストレートチャンネルを備えたものも使
用されている。本発明におけるチップデバイスはこれら
を全て包含したものである。

【０００８】マイクロチップを用いる電気泳動装置にお
いては、サンプルリザーバに注入されたサンプルをサン
プル導入用流路と分離用流路との交差部に導くために電
圧を印加する際にサンプル導入用流路全体でサンプル分
布が均一になる、すなわちサンプル導入用流路と分離用
流路との交差部に十分な量のサンプルが導かれるインジ
ェクション条件、例えば流路の両端に印加する電圧の大
きさやその電圧印加時間、温度などを流路デザインやサ
ンプルごとに検討しなければならない。従来、インジェ
クション条件の検討は、電気泳動装置とは別のモニター
装置を用いて行なっていた。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかし、電気泳動装置
にマイクロチップを設置し、上記モニター装置を用いて
得られたインジェクション条件によりマイクロチップの
サンプル導入用流路と分離用流路との交差部へサンプル
を導くための電圧を印加するとき、何らかの不具合によ
りサンプルがサンプル導入用流路全体で均一にならない
ことがある。サンプル導入用流路でのサンプル分布が均
一でない状態でサンプルを分離用流路に注入して分離し
た測定結果は信用性に欠けるが、サンプルを分離用流路
に注入するときのサンプル導入用流路でのサンプル分布
を確認することはできなかった。そこで本発明は、電気
泳動装置の測定結果の信頼性を向上させることを目的と
するものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の電気泳動装置
は、板状部材の内部に流路が形成され、その板状部材の
一表面の流路に対応する位置に流路に達する穴がリザー
バとして形成されたチップデバイスを用い、流路の両端
側に電圧を印加するための電圧供給機構と、流路内で分
離されたサンプルを検出するための検出機構とを備えた
電気泳動装置であって、少なくともサンプルが流路に注
入される部位のサンプルを検出するサンプル注入モニタ
ー機構をさらに備えるものである。

【００１１】電圧供給機構によりサンプルを流路へ導く
ための電圧を供給した後、サンプル注入モニター機構に
より、少なくともサンプルが流路に注入される部位のサ
ンプルを検出する。例えば、流路として互いに交差する
サンプル注入用流路と分離用流路が形成されているチッ
プデバイスを用いた場合、サンプルが流路に注入される
部位のサンプルを検出することにより、サンプル注入用
流路と分離用流路との交差部に分離に十分な量のサンプ
ルが導かれているか否かを知ることができる。さらに、
サンプル注入用流路でのサンプル分布を監視することに
より、インジェクション条件の検討を行なうこともでき
る。

【００１２】

【発明の実施の形態】サンプル注入モニター機構及び検
出機構はそれぞれ蛍光検出光学系を備えたものであり、
それらの蛍光検出光学系は共通の励起光源を有するもの
であることが好ましい。その結果、それぞれ励起光源を
備えた場合に比べて、装置の大きさを小さくすることが
でき、さらに装置の価格及びランニングコストを低減す
ることができる。

【００１３】サンプル注入モニター機構はＬＥＤ（Ligh
t Emitting Device、発光ダイオード）を光源とする検
出光学系を備えたものであることが好ましい。その結
果、光源自体が安価になるのでサンプル注入モニター機
構を安価に構築することができる。さらに、サンプルが
流路に注入される部位のレイアウトに合わせてＬＥＤア
レイを配置するようにすれば、複雑な照射用の光学系を
設ける必要がないので、サンプル注入モニター機構をさ
らに安価に構築することができる。

【００１４】用いるチップデバイスは流路として互いに
交差するサンプル注入用流路と分離用流路とを備えてい
るものであり、電圧供給機構によりサンプルをサンプル
注入用流路と分離用流路との交差部へ導くための電圧を
供給した後、サンプル注入モニター機構により検出した
サンプル注入用流路の所定範囲でのサンプル分布が所定
時間を経過しても均一にならないときに装置を一旦停止
させる制御部をさらに備えることが好ましい。

【００１５】用いるチップデバイスは流路として互いに
交差するサンプル注入用流路と分離用流路とを備えてい
るものであり、電圧供給機構によりサンプル分離用の泳
動電圧を印加したときにサンプル注入モニター機構によ
り検出したサンプル注入用流路と分離用流路との交差部
に存在するサンプルが分離用流路内へ泳動しないときに
装置を一旦停止させる制御部をさらに備えることが好ま
しい。これらの制御部を備えることにより、サンプルの
泳動の良否を自動で判定して泳動の管理を行なうことが
できる。

【００１６】

【実施例】図１は本発明にかかる電気泳動装置の一実施
例を示す概略構成図である。図１に示すマイクロチップ
１は図７のものと同じである。マイクロチップ１はリザ
ーバが形成された表面を上方にしてチップ保持台（図示
は省略）に保持されている。チップ保持台にはチップ１
の温度を調節する温調機構が備えられている。

【００１７】後述する分離ピーク検出光学系とサンプル
インジェクションモニター光学系で共通の励起光源レー
ザ装置１１が設けられている。レーザ装置１１として
は、例えばアルゴン（Ａｒ）レーザやクリプトン（Ｋ
ｒ）レーザ、ヘリウムネオン（Ｈｅ-Ｎｅ）レーザ、ネ
オジム（Ｎｄ）-ＹＡＧ（Ｙ₃Ａｌ₅Ｏ₁₂）などのＮｄイ
オン固体レーザ、半導体レーザ（Laser Diode：Ｌ
Ｄ）、光第２高調波発生（ＳＨＧ）現象を利用した固体
レーザなど、種々のレーザ装置を用いることができる。

【００１８】レーザ装置１１からの励起光の光路にはそ
の励起光を平行光にするビームエキスパンダ１３が設け
られている。ビームエキスパンダ１３からの励起光の光
路には、その光路上に位置する実線位置とその光路から
外れた破線位置の間で移動される可動反射ミラー１５が
設けられている。可動反射ミラー１５に反射された励起
光の光路にはその励起光を広げるレンズ１７が設けられ
ている。レンズ１７からの励起光の光路には、チップ１
の底面側（リザーバが形成された表面とは反対側）に配
置され、レンズ１７からの励起光をチップ１の底面側へ
反射するダイクロイックミラー１９が設けられている。
ダイクロイックミラー１９は励起光を反射し、チップ１
側からの蛍光を透過するような波長特性のものを用い
る。

【００１９】ダイクロイックミラー１９のチップ１とは
反対側に、分光フィルター２１が設けられている。分光
フィルター２１はダイクロイックミラー１９を透過した
チップ１からの蛍光のうち、所定の蛍光波長の光のみを
透過するものである。ダイクロイックミラー１９及び分
光フィルター２１の仕様は、サンプルの標識に使用する
蛍光物質とレーザ装置１１が発振する励起光の波長によ
り決定される。

【００２０】分光フィルター２１を透過した蛍光の光路
にはその蛍光をＣＣＤ（Charge Coupled Device）２５
の受光面に結像するためのレンズ２３が設けられてい
る。ＣＣＤ２５には、ＣＣＤ２５の動作を制御し、ＣＣ
Ｄ２５の検出信号を処理するためのＣＰＵ（中央演算処
理装置）２７が電気的に接続されている。可動反射ミラ
ー１５、ダイクロイックミラー１９、分光フィルター２
１、レンズ２３及びＣＣＤ２５はサンプルインジェクシ
ョンモニター光学系２９を構成する。モニター光学系２
９は、チップ１のサンプル導入用流路３及び分離用流路
５における蛍光標識を検出して流路３，５でのサンプル
分布を検出する。

【００２１】モニター光学系２９において、少なくとも
サンプル導入用流路３と分離用流路５との交差部周辺に
励起光を照射できるのであれば、ビームエキスパンダ１
３の出力光の径とチップ１の流路デザインによっては、
レンズ１７はなくてもよい。本発明を構成するサンプル
注入モニター機構は、レーザ装置１１、ビームエキスパ
ンダ１３、ＣＰＵ２７及びモニター光学系２９により構
成される。

【００２２】可動反射ミラー１５が破線位置に位置する
ときのビームエキスパンダ１３からの励起光の光路には
反射ミラー３１が設けられている。反射ミラー３１に反
射された励起光の光路には、チップ１の表面側（リザー
バが形成された側）に配置され、反射ミラー３１からの
励起光をチップ１の表面側へ反射するダイクロイックミ
ラー３３が設けられている。ダイクロイックミラー３３
は励起光を反射し、チップ１側からの蛍光を透過するよ
うな波長特性のものを用いる。

【００２３】ダイクロイックミラー３３に反射された励
起光の光路には、その励起光をチップ１の分離用流路５
の検出位置に集光する対物レンズ３５が設けられてい
る。ダイクロイックミラー３３の対物レンズ３５とは反
対側に分光器３７が設けられている。分光器３７は対物
レンズ３５及びダイクロイックミラー３３を通過したチ
ップ１からの蛍光を分光する。分光器３７としては例え
ば分光フィルターパネルとウェッジプリズムを組み合わ
せたものや、通過型グレーティングなどを用いることが
できる。

【００２４】分光器３７を透過した蛍光の光路にはその
蛍光をＣＣＤ４１の受光面に結像するためのレンズ３９
が設けられている。ＣＣＤ４１には、ＣＣＤ４１の動作
を制御し、ＣＣＤ４１の検出信号を処理するためのＣＰ
Ｕ４３が電気的に接続されている。反射ミラー３１、ダ
イクロイックミラー３３、対物レンズ３５、分光器３
７、レンズ３９及びＣＣＤ４１は分離ピーク検出光学系
４５を構成する。検出光学系４５は、チップ１の分離用
流路５の検出位置における蛍光標識を検出して分離した
サンプルを検出するものである。分光器３７により検出
位置からの光を分光することにより、複数種類の蛍光波
長を検出することができる。本発明を構成する検出機構
は、レーザ装置１１、ビームエキスパンダ１３、ＣＰＵ
４３及び検出光学系４５により構成される。

【００２５】チップ１の表面側に、チップ１のリザーバ
７ａ，７ｃ，７ｓ，７ｗに収容された液に電圧を印加す
るための電極４７がリザーバ７ａ，７ｃ，７ｓ，７ｗご
とに設けられている。各電極４７は電極４７に電圧を供
給するための高電圧供給部４９に電気的に接続されてい
る。高電圧供給部４９は、図示は省略されているがＣＰ
Ｕ２７に電気的に接続されており、高電圧供給部４９の
動作はＣＰＵ２７により制御される。本発明を構成する
電圧供給機構は電極４７及び高電圧供給部４９により構
成され、本発明を構成する制御部はＣＰＵ２７により実
現される。

【００２６】図２はこの実施例の動作を示すフローチャ
ートである。図３はチップ１の平面図及びサンプル導入
時のサンプル注入用流路と分離用流路との交差部内を示
す拡大図である。図１から図３を参照してこの実施例の
動作を説明する。サンプル注入用流路３及び分離用流路
５内に泳動媒体を充填し、リザーバ７ａ，７ｃ，７ｗに
バッファ液を注入し、リザーバ７ｓにサンプルを注入し
たチップ１をチップ保持台に設置する（ステップＳ
１）。電極４７をリザーバ７ａ，７ｃ，７ｓ，７ｗ内に
進入させ、予め検討されたインジェクション条件よって
高電圧供給部４９により電極４７を介して各リザーバ７
ａ，７ｃ，７ｓ，７ｗにサンプル導入用の電圧を印加す
る（ステップＳ２）。リザーバ７ｓに注入されたサンプ
ルはサンプル導入用流路３内に広がり始める。

【００２７】モニター光学系２９を使用してサンプル導
入用流路３内のサンプル分布を監視する（ステップＳ
３）。その動作を説明すると、まず可動反射ミラー１５
を実線位置に移動させ、レーザ装置１１から励起光を発
振させる。レーザ装置１１からの励起光をビームエキス
パンダ１３により平行光にする。平行光にされた励起光
を可動反射ミラー１５により反射し、モニター光学系２
９内へ入射する。可動反射ミラー１５からの励起光をレ
ンズ１７により広げ、さらにダイクロイックミラー１９
により反射してチップ１の裏面側に照射する。これによ
り、励起光はサンプル導入用流路３全体及び分離用流路
５全体に照射される。分光フィルター２１により、ダイ
クロイックミラー１９を介して分光フィルター２１に照
射されたチップ１からの蛍光のうち所定波長の蛍光のみ
をレンズ２３側へ透過させ、透過した蛍光をレンズ２３
によりＣＣＤ２５に結像させる。ＣＰＵ２７によりＣＣ
Ｄ２５の検出信号をイメージファイルにデータ変換し、
サンプル分布を監視する。

【００２８】ＣＰＵ２７によりサンプル導入用流路３内
でサンプル分布が均一になったか否かを判定する（ステ
ップＳ４）。これにより、交差部９に分離及び検出に十
分な量のサンプルが導かれたか否かを判定する。ステッ
プＳ４でサンプル分布が均一になっていないと判定した
とき（Ｎｏ）は、サンプル導入用の電圧の印加から所定
時間が経過したか否かを判断する（ステップＳ５）。所
定時間が経過していないとき（Ｎｏ）はステップＳ４に
戻る。所定時間が経過したとき（Ｙｅｓ）は、ＣＰＵ２
７により高電圧供給部４９を制御して電圧の印加を停止
させ、リカバールーチン又は次の実行モードへ移行す
る。

【００２９】図３中で交差部９の拡大図に示すように、
サンプル分布がサンプル導入用流路３内で均一になり、
ステップＳ４でサンプル分布が均一になったと判定した
とき（Ｙｅｓ）、高電圧供給部４９によりリザーバ７
ａ，７ｃ，７ｓ，７ｗに印加する電圧を切り換えて、サ
ンプル分離用の泳動電圧を印加してサンプルの分離泳動
を開始する（ステップＳ６）。このとき、ＣＰＵ２７は
モニター光学系２９を使用したサンプル導入用流路３内
のサンプル分布の監視を継続しており、交差部９に存在
するサンプルが分離用流路５内に注入されたか否かを判
定する（ステップＳ７）。ステップＳ７で分離用流路５
にサンプルが注入されないと判定したとき（Ｎｏ）は、
ＣＰＵ２７により高電圧供給部４９を制御して電圧の印
加を停止させ、リカバールーチン又は次の実行モードへ
移行する。ステップＳ８で分離用流路５にサンプルが注
入されたと判定したとき（Ｙｅｓ）は、そのまま泳動電
圧の印加を継続し、サンプルの分離泳動を行なう。

【００３０】検出光学系４５を使用して、検出位置に到
達したサンプルの検出を行なう（ステップＳ８）。その
動作を説明すると、ステップＳ８で分離用流路５へのサ
ンプルの注入を確認した後、可動ミラー１５を破線位置
へ移動させて、ビームエキスパンダ１３からの励起光を
反射ミラー３１に照射する。ビームエキスパンダ１３か
らの励起光を反射ミラー３１により反射し、検出光学系
４５内へ入射する。可動反射ミラー１５からの励起光を
ダイクロイックミラー３３によりチップ１の表面側へ反
射し、対物レンズ３５により集光してチップ１の表面側
から分離用流路５の検出位置に照射する。

【００３１】分離用流路５の検出位置からの蛍光は対物
レンズ３５及びダイクロイックミラー３３を介して分光
器３７に照射される。分光器３７により分離用流路５の
検出位置からの蛍光を分光し、その分光された蛍光をレ
ンズ３９によりＣＣＤ４１に結像させる。ＣＰＵ４３に
よりＣＣＤ４１の検出信号をイメージファイルにデータ
変換して波形処理を行ない、分離したサンプルの検出を
行なう。サンプルの分離終了後、高電圧供給機構４９に
よる電圧の供給を停止する。

【００３２】このように、モニター光学系２９を備え、
モニター光学系２９を使用してサンプル導入用流路３
内、特にサンプル導入用流路３と分離用流路５との交差
部９周辺のサンプル分布を監視することにより、図２の
ステップＳ４で、サンプルを交差部９に導くための電圧
をリザーバ間に印加しているときに交差部９に十分な量
のサンプルが導かれたか否かを判定することができるの
で、交差部９に十分な量のサンプルが導かれない場合は
測定を中止することにより、測定結果の信頼性を向上さ
せることができる。さらに、図２のステップＳ８で、交
差部９に存在するサンプルが分離用流路５内に導入さ
れ、泳動しているか否かを判定することができるので、
サンプルが泳動市内場合は測定を中止することにより、
測定結果の信頼性を向上させることができる。

【００３３】この実施例はサンプルのインジェクション
条件の検討を行なうこともできる。チップ１の温度、電
圧供給機構４９による各リザーバへの供給電圧、各リザ
ーバへの電圧印加時間を変更し、モニター光学系２９を
使用して各条件におけるサンプル導入用流路３内のサン
プル分布を監視する。これにより、最適なインジェクシ
ョン条件を検討することができる。

【００３４】この実施例では励起光源としてのレーザ装
置１１を１つのみ備えているが、本発明はこれに限定さ
れるものではなく、モニター光学系２９用の励起光源と
検出光学系４５用の励起光源をそれぞれ設けてもよい。
その場合、可動反射ミラー１５及び反射ミラー３１は不
要である。また、この実施例ではモニター光学系２９用
のＣＰＵ２７と検出光学系４５用のＣＰＵ４３をそれぞ
れ設けているが、１つのＣＰＵによりＣＰＵ２７，４３
の機能を実現するようにしてもよい。

【００３５】また、この実施例では、サンプル注入モニ
ター機構を構成するモニター光学系２９はサンプル導入
用流路３全体及び分離用流路５全体を検出範囲としてい
るが、本発明はこれに限定されるものではなく、サンプ
ル注入モニター機構はサンプル導入用流路と分離用流路
との交差部を含むサンプル導入用流路の一部分又は全体
を検出範囲とするものであればよい。

【００３６】図１に示す実施例では１本の分離用流路５
が形成されたマイクロチップ１を用いているが、本発明
はこれに限定されるものではなく、多数の分離用流路が
形成されたチップデバイスを用いた電気泳動に適用する
こともできる。図４は、多数の分離用流路が形成された
マイクロチップを示す上面図である。マイクロチップ５
１は、一対の透明板状の無機材料（例えばガラス、石
英、シリコンなど）又はプラスチックからなる基板５１
ａ，５１ｂにより構成される。

【００３７】一方の基板５１ｂの表面には、半導体フォ
トリソグラフィー技術又はマイクロマシニング技術によ
り、互いに交差するサンプル導入用流路５３及び分離用
流路５５の組が８組形成されている。８組の流路５３，
５５は、他の組の流路と交差しないように、サンプル導
入用流路５３と交差する側とは反対側の分離用流路５５
の一端側を要として扇型に配置されている。サンプル導
入用流路５３はチップ５１の面積縮小のために鉤型に形
成されている。

【００３８】他方の基板５１ａには流路５３，５５の端
に対応する位置にアノードリザーバ５７ａ、カソードリ
ザーバ５７ｃ、サンプルリザーバ５７ｓ、ウエイストリ
ザーバ５７ｗとしての貫通穴が形成されている。リザー
バ５７ｃ，５７ｓ，５７ｗは流路５３，５５の組ごとに
設けられている。アノードリザーバ５７ａは扇型配置の
要側の各組の分離用流路５５の一端側で共通である。

【００３９】チップ５１は、両基板５１ａ，５１ｂを重
ねて接合した状態で使用される。チップ５１での分離サ
ンプルの検出位置は、扇型配置の要側の各組の分離用流
路５５の一端側付近である。このようなマイクロチップ
は、多数の分離用流路が形成されていることから、Mult
i-channel Micro-chipとも呼ばれる。

【００４０】図１に示す電気泳動装置にチップ５１を設
置して測定を行なう場合、装置の電極４７はリザーバ５
７ａ，５７ｃ，５７ｓ，５７ｗの配置に対応して設ける
必要がある。さらに、検出光学系４５に関し、例えば反
射ミラー３１とダイクロイックミラー３３の間の光路に
ガルバノミラーやＡＯＤ（Acousto-Optics Device）な
どのビームスキャニング素子を設けて帯状の検出位置で
励起光を走査できるようにし、分光器３７、レンズ３９
及びＣＣＤ４１を８本の分離用流路５５を区別して検出
できるものに変更する必要がある。そのように変更して
チップ５１に対応した図１に示す電気泳動装置を用いて
電気泳動を行なうようにすれば、モニター光学系２９を
使用して、サンプル導入用流路５３内のサンプル分布の
様子や分離用流路５５へのサンプルの泳動を監視するこ
とができる。

【００４１】図５は、サンプルを蛍光波長の異なる４種
類の蛍光物質で標識し、チップ５１を用いて分離検出し
たときの検出信号を示す図である。横軸（ｘ軸）は分離
用流路５５の番号（チャンネル番号）、縦軸（ｙ軸）は
４種類の分光スペクトルを示す。図５では４本の分離用
流路５５の検出信号を示している。図５中の丸印は検出
位置でかつ分光された蛍光の強度を示す。

【００４２】チップ５１の各サンプルリザーバ５７ｓに
異なるサンプルをそれぞれ注入し、各リザーバに電圧を
印加してサンプルを各組のサンプル導入用流路５３と分
離用流路５５との交差部に導いた後、各リザーバに泳動
電圧を印加して交差部に存在するサンプルを分離用流路
５５へ注入する。各分離用流路５５では、サンプルが分
離されつつアノードリザーバ５７ａ側へ泳動される。分
離され、検出位置に到達したサンプル成分を４種類の蛍
光物質で識別する。

【００４３】図６は本発明にかかる電気泳動装置の他の
実施例を示す概略構成図である。図６に示すマイクロチ
ップ１は図７のものと同じである。図１と同じ部分には
同じ符号を付し、その部分の説明は省略する。チップ１
はチップ保持台（図示は省略）に保持されている。励起
光源レーザ装置１１、ビームエキスパンダ１３、ＣＰＵ
４３、分離ピーク検出光学系４５を構成する反射ミラー
３１、ダイクロイックミラー３３、対物レンズ３５、分
光器３７及びＣＣＤ４１、並びに電極４７及び高電圧供
給部４９は図１の実施例と同じである。ただし、サンプ
ルリザーバ及びウエイストリザーバに対応する電極４７
の図示は省略されている。また、反射ミラー３１を省略
して、ビームエキスパンダ１３からの励起光をダイクロ
イックミラー３３に直接入射するようにしてもよい。

【００４４】チップ１の表面側のサンプル導入用流路３
と分離用流路５との交差部９に対応する位置に励起光源
としてのＬＥＤ５９が配置されている。ＬＥＤ８として
は、例えば発振周波数４８０ｎｍの青色ＬＥＤを用いる
ことができる。ただし、本発明で用いるＬＥＤは青色Ｌ
ＥＤに限定されるものではなく、用いる蛍光物質に応じ
て他の色、すなわち他の波長の光を発光するＬＥＤを用
いることができる。

【００４５】チップ１の裏面側のサンプル導入用流路３
と分離用流路５との交差部９に対応する位置に分光フィ
ルター６１が配置されている。分光フィルター６１はチ
ップ１の交差部９周辺からの蛍光のうち、所定の蛍光波
長の光のみを透過するものである。分光フィルター６１
の仕様は、サンプルの標識に使用する蛍光物質とＬＥＤ
５９が発光する励起光の波長により決定される。

【００４６】分光フィルター６１を透過した蛍光の光路
にはその蛍光をＣＣＤ６５の受光面に結像するためのレ
ンズ６３が設けられている。ＣＣＤ６５には、ＣＣＤ６
５の動作を制御し、ＣＣＤ６５の検出信号を処理するた
めのＣＰＵ６７が電気的に接続されている。ＬＥＤ５
９、分光フィルター６１、レンズ６３及びＣＣＤ６５は
サンプルインジェクションモニター光学系２９ａを構成
する。モニター光学系２９ａは、チップ１のサンプル導
入用流路３と分離用流路５との交差部９周辺における蛍
光標識を検出して交差部９付近の流路３，５でのサンプ
ル分布を検出する。

【００４７】モニター光学系２９において、少なくとも
サンプル導入用流路３と分離用流路５との交差部周辺に
励起光を照射できるのであれば、ビームエキスパンダ１
３の出力光の径とチップ１の流路デザインによっては、
レンズ１７はなくてもよい。本発明を構成するサンプル
注入モニター機構は、レーザ装置１１、ビームエキスパ
ンダ１３、ＣＰＵ２７及びモニター光学系２９により構
成される。

【００４８】この実施例では、サンプルリザーバに注入
されたサンプルを交差部９に導くための電圧をリザーバ
間に印加しているときに、ＬＥＤ５９を点灯させ、モニ
ター光学系２９ａを使用してサンプル導入用流路３内、
特にサンプル導入用流路３と分離用流路５との交差部９
周辺のサンプル分布を監視する。これにより、図１の実
施例と同様に、交差部９に十分な量のサンプルが導かれ
たか否かを判定することができるので、測定結果の信頼
性を向上させることができる。また、この実施例をサン
プルのインジェクション条件の検討に使用することもで
きる。

【００４９】この実施例ではモニター光学系２９ａ用の
ＣＰＵ６７と検出光学系４５用のＣＰＵ４３をそれぞれ
設けているが、１つのＣＰＵによりＣＰＵ４３，６７の
機能を実現するようにしてもよい。また、この実施例で
は、シングルチャンネルのチップ１を用いているが、マ
ルチチャンネルのチップデバイスにも適用できる。例え
ば図４に示すチップ５１を用いる場合、サンプル導入用
流路５３と分離用流路５５との交差部の位置に対応して
８個のＬＥＤを並べて配置することにより、各交差部に
それぞれ励起光を照射し、に各交差部におけるサンプル
分布を監視することができる。

【００５０】また、この実施例では、チップ１のサンプ
ル導入用流路３と分離用流路５との交差部９の位置に対
応してＬＥＤ５９を配置し、ＬＥＤ５９からの励起光を
交差部９に直接照射しているが、本発明はこれに限定さ
れるものではなく、例えば、ＬＥＤ５９とチップ１との
間に集光レンズを配置し、その集光レンズを介して交差
部９にＬＥＤ５９からの励起光を照射したり、図１に示
す構成において可動反射ミラー１５をなくし、レンズ１
７のダイクロイックミラー１９とは反対側にＬＥＤを配
置し、レンズ１７及びダイクロイックミラー１９を介し
てＬＥＤからの励起光を照射したりするなど、ＬＥＤか
らの励起光を光学系を介してチップ１に照射するように
してもよい。

【００５１】本発明による電気泳動装置で使用できるマ
イクロチップは、図４及び図７に示すものに限定される
ものではなく、例えば、交差する流路が存在しない分離
用流路が形成されたものや、分離用流路に複数の流路が
交差して形成されているもの、大型のものなど、種々の
流路デザインのマイクロチップを用いることができる。
但し、チップデバイスの流路デザインに対応して、電圧
供給機構、検出機構及びサンプル注入モニター機構の構
成の変更が必要である。上記実施例では、サンプル注入
モニター機構及び検出機構として蛍光検出光学系を備え
たものを用いているが、本発明はこれに限定されるもの
ではなく、サンプル注入モニター機構及び検出機構は、
吸光光度法や電気伝導度法など、他の手段により検出を
行なう機構を用いてもよい。

【００５２】

【発明の効果】本発明の電気泳動装置では、少なくとも
サンプル注入用流路と分離用流路との交差部を含むサン
プル注入用流路におけるサンプル分布を検出するサンプ
ル注入モニター機構をさらに備えているので、電圧供給
機構によりサンプルを交差部へ導くための電圧を供給し
た後、サンプル注入用流路と分離用流路との交差部に分
離に十分な量のサンプルが導かれているか否かを知るこ
とができ、測定結果の信頼性が向上する。さらに、イン
ジェクション条件の検討を行なうこともできるようにな
る。

【００５３】サンプル注入モニター機構及び検出機構は
それぞれ蛍光検出光学系を備えたものであり、それらの
蛍光検出光学系は共通の励起光源を有するようにすれ
ば、それぞれ励起光源を備えた場合に比べて、装置の大
きさを小さくすることができ、さらに装置の価格及びラ
ンニングコストを低減することができる。

【００５４】サンプル注入モニター機構としてＬＥＤを
光源とする検出光学系を備えたものを用いるようにすれ
ば、光源自体が安価になるのでサンプル注入モニター機
構を安価に構築することができ、さらに、サンプルが流
路に注入される部位のレイアウトに合わせてＬＥＤアレ
イを配置するようにすれば、複雑な照射用の光学系を設
ける必要がないので、サンプル注入モニター機構をさら
に安価に構築することができる。

【００５５】用いるチップデバイスは流路として互いに
交差するサンプル注入用流路と分離用流路とを備えてい
るものであり、電圧供給機構によりサンプルをサンプル
注入用流路と分離用流路との交差部へ導くための電圧を
供給した後、サンプル注入モニター機構により検出した
サンプル注入用流路の所定範囲でのサンプル分布が所定
時間を経過してもサンプル注入用流路の所定範囲で均一
にならないときに装置を一旦停止させる制御部をさらに
備えるようにすれば、サンプルの泳動の良否を自動で判
定して泳動の管理を行なうことができる。

【００５６】用いるチップデバイスは流路として互いに
交差するサンプル注入用流路と分離用流路とを備えてい
るものであり、電圧供給機構によりサンプル分離用の泳
動電圧を印加したときにサンプル注入モニター機構によ
り検出したサンプル注入用流路と分離用流路との交差部
に存在するサンプルが分離用流路内へ泳動しないときに
装置を一旦停止させる制御部をさらに備えるようにすれ
ば、サンプルの泳動の良否を自動で判定して泳動の管理
を行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施例を示す概略構成図である。

【図２】同実施例の動作を示すフローチャートであ
る。

【図３】マイクロチップの平面図、及びサンプル導入
時のサンプル注入用流路と分離用流路との交差部内を示
す拡大図である。

【図４】多数の分離用流路が形成されたマイクロチッ
プを表す図であり、（Ａ）は一方の基板の上面図、
（Ｂ）は他方の基板の上面図、（Ｃ）は両基板を重ね合
わせた状態での上面図である。

【図５】サンプルを蛍光波長の異なる４種類の蛍光物
質で標識し、図４のマイクロチップを用いて分離検出し
たときの検出信号を示す図である。

【図６】他の実施例を示す概略構成図である。

【図７】マイクロチップの一例を表す図であり、
（Ａ）は一方の基板の上面図、（Ｂ）は他方の基板の上
面図、（Ｃ）は両基板を重ね合わせた状態での側面図で
ある。

【符号の説明】

１マイクロチップ３サンプル注入用流路５分離用流路７ａアノードリザーバ７ｃカソードリザーバ７ｓサンプルリザーバ７ｗウエイストリザーバ１１励起光源レーザ装置１３ビームエキスパンダ１５可動反射ミラー１７，２３，３９，６９レンズ１９，３３ダイクロイックミラー２１，６１分光フィルター２５，４１，６５ＣＣＤ２７，４３，６７ＣＰＵ２９サンプルインジェクションモニター光学系３７分光器４５分離ピーク検出光学系４７電極４９高電圧供給部５９ＬＥＤ

───────────────────────────────────────────────────── 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 ３３１ＫＦターム(参考） 2G043 AA03 BA14 BA16 CA03 DA02 DA05 EA01 EA19 FA03 FA06 GA07 GB01 GB07 GB21 HA01 HA09 JA03 JA04 KA09 LA03 2G054 AA06 AB07 BB03 CA22 CA23 CA30 CD01 EA03 EB02 FA07 FA17 FA19 FA20 FA44 GA04 JA01 JA02 JA04 JA05 2G060 AA06 AC02 AD06 AE17 AF08 FA01 FB02 HC07 HC19 HC22 HD03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】板状部材の内部に流路が形成され、その
板状部材の一表面の流路に対応する位置に流路に達する
穴がリザーバとして形成されたチップデバイスを用い、
前記流路の両端側に電圧を印加するための電圧供給機構
と、前記流路内で分離されたサンプルを検出するための
検出機構とを備えた電気泳動装置において、少なくとも前記サンプルが流路に注入される部位のサン
プルを検出するサンプル注入モニター機構をさらに備え
たことを特徴とする電気泳動装置。
【請求項２】前記サンプル注入モニター機構及び前記
検出機構はそれぞれ蛍光検出光学系を備えたものであ
り、それらの蛍光検出光学系は共通の励起光源を有する
ものである請求項１に記載の電気泳動装置。
【請求項３】前記サンプル注入モニター機構はＬＥＤ
を光源とする検出光学系を備えたものである請求項１に
記載の電気泳動装置。
【請求項４】用いるチップデバイスは前記流路として
互いに交差するサンプル注入用流路と分離用流路とを備
えているものであり、前記電圧供給機構によりサンプル
を前記サンプル注入用流路と前記分離用流路との交差部
へ導くための電圧を供給した後、前記サンプル注入モニ
ター機構により検出した前記サンプル注入用流路の所定
範囲でのサンプル分布が所定時間を経過しても均一にな
らないときに装置を一旦停止させる制御部をさらに備え
る請求項１、２又は３のいずれかに記載の電気泳動装
置。
【請求項５】用いるチップデバイスは前記流路として
互いに交差するサンプル注入用流路と分離用流路とを備
えているものであり、前記電圧供給機構によりサンプル
分離用の泳動電圧を印加したときに前記サンプル注入モ
ニター機構により検出した前記サンプル注入用流路と前
記分離用流路との交差部に存在するサンプルが前記分離
用流路内へ泳動しないときに装置を一旦停止させる制御
部をさらに備える請求項１から４のいずれかに記載の電
気泳動装置。