JP2003315308A - 電気泳動装置及びその製造方法並びにその使用方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】アレイの一方或いは両方向からの入射レーザ光
が隣接するキャピラリーに次々に伝播してキャピラリー
アレイを横断する構成を実現する為の、具体的な構造及
びその製造方法を提供する。 【解決手段】キャピラリー側面押さえ板と支持基板で構
成されるＵ字型のキャピラリー固定容器の支持基板上に
数十本（３０本）或いは１００本以上を配列したキャピ
ラリーの成す空間に充填媒体のフッ素化ポリマを充填し
たキャピラリーアレイの一方或いは両方向からのキャピ
ラリーにレーザ光を照射し、前記レーザ光が隣接するキ
ャピラリーに次々に伝播してキャピラリーアレイを横断
し、キャピラリーアレイから発生する発光を光検出器に
よって検出するキャピラリーアレイ電気泳動装置におい
て、前記充填媒体をキャピラリーの断面の外面半分以上
あるいは全面をカバーして充填した電気泳動装置並びに
その製造方法にある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＤＮＡ，ＲＮＡ、
又は蛋白質の分離分析装置にかかわる技術分野に属し、
特に、複数のキャピラリー内で電気泳動によって蛍光標
識されたＤＮＡなどの試料を分離し、塩基配列などを検
出，分析する電気泳動装置及びその製造方法並びにその
計測方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＤＮＡ，ＲＮＡ等の分析技術は遺伝子解
析や遺伝子診断を含む医学，生物学の分野でますます重
要になってきている。最近、特にゲノム解析計画に関連
して、高速，高スループットのＤＮＡ解析装置の開発が
進んでいる。ＤＮＡ解析では蛍光標識された試料をゲル
電気泳動によって分子量分離し、試料にレーザを照射し
て蛍光標識から発生する蛍光を検出し、検出される一連
の信号を解析する。ゲル電気泳動では２枚のガラス板の
間で、アクリルアミドを重合させた平板ゲルが広く使用
されていた。最近では平板ゲルに替わり、溶融石英製の
毛細管内にゲルを重合されたキャピラリーゲルが使用さ
れるようになった。キャピラリーゲル電気泳動は平板ゲ
ル電気泳動に比較して、大きな電界を加えることがで
き、高速，高分離が出来る。通常、キャピラリーゲル電
気泳動装置では複数のキャピラリー管を用い、その下端
近傍のキャピラリー中をレーザ照射し、蛍光標識された
試料から発する蛍光を検出するオンカラム計測を行って
いる。キャピラリーの外表面全体はポリイミドでコーテ
ィングされているので、蛍光を検出する位置のコーティ
ングを除去してガラスを露出しておく。このガラスが露
出した位置に照射されるレーザにより、キャピラリーの
両端に印加された電界によってキャピラリー内部を泳動
する蛍光標識された試料の泳動分離された成分が励起さ
れ蛍光を発する。この蛍光を一定時間間隔で連続して周
期的に検出し、解析することによりＤＮＡ塩基配列を決
定している。しかし、上記のオンカラム計測装置ではキ
ャピラリーとキャピラリーの間の充填媒体は空気である
ので、レーザビームのキャピラリー表面での屈折が大き
いために、同時に検出できるキャピラリー本数は２０本
程度が限界で、スループットがあがらないという問題が
あった。そこで、最近、複数キャピラリーにレーザ光を
同時照射し、試料成分から蛍光を検出するオンカラム蛍
光計測を行う試みがなされるようになった。特開平９−
９６６２３号公報には、泳動する試料の成分を検出する
複数のキャピラリーの少なくとも一部が平面状に配列さ
れ、前記複数のキャピラリーにレーザを照射するキャピ
ラリーアレイ電気泳動装置において、前レーザを、前記
少なくとも一部が配列する平面に平行な方向から、前記
複数のキャピラリーに照射すること、および前記レーザ
の通過する前記各キャピラリーの外部の媒質が、屈折率
ｎ１＝１．３３からｎ１＝１．３７の範囲にある水又は
緩衝液であり、前記外半径と前記内半径の比Ｒ／ｒがＲ
／ｒ＝２±０．２であり、前記レーザの通過する前記各
キャピラリーが、屈折率ｎ２＝１．４６±０．０２であ
る石英ガラスからなり、前記レーザが通過する前記各キ
ャピラリーの内部の前記媒質の屈折率がｎ３＝１．３７
±０．０４であり、前記媒質がアクリルアミドゲルから
なることを特徴とするキャピラリーアレイ電気泳動装置
が記載されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、同時に検出
できるキャピラリー本数を大幅に増加させることを主眼
として、レーザ光光路における散乱強度を低く押えるこ
とのできる構成とする電気泳動装置およびその製造方法
を提供することを目的とし、特にレーザ光光路が通過す
る容器の入り口面とその背面、容器内の充填媒体，充填
媒体とキャピラリー表面との界面、およびキャピラリー
内部から発生した蛍光発光の検出方向にある充填媒体の
出口表面の散乱強度を小さく抑えることのできる構造お
よびその製造方法を提供することを目的とする。また、
本発明は、キャピラリー本数を大幅に増加させた場合の
蛍光発光の新しい計測方法を提供する。

【０００４】

【課題を解決するための手段】塩基配列を検出、分析す
る場合、複数本、例えば１６本のキャピラリーを並べて
一回に１６の情報を得て、何回かの計測によって１６の
倍数の集合情報を得ている。この１６は１つの例であっ
て固定ではないが現状の一回の計測能力はおおよそこの
程度である。従って本発明は１６を例にとって説明する
ことがあるが、この１６という数は発明を限定するもの
ではない。望ましくは、１６の２倍である３２本から１
６の８倍である１２８本程度の本数までをも計測可能に
するものである。

【０００５】本発明は、キャピラリー押さえ板と支持基
板で構成されるＵ字型のキャピラリー固定容器の支持基
板面上に数十本（３０本でもよい）あるいは１００本以
上を配列したキャピラリーの成す空間に充填媒体の低屈
折率のフッ素系ポリマ（フッ素化ポリマ）を充填したキ
ャピラリーアレイの一方あるいは両端のキャピラリーに
レーザ光を照射し、前記レーザ光が隣接するキャピラリ
ーに次々と伝播してキャピラリーアレイを横断し、キャ
ピラリーアレイにおいて発生する蛍光発光を検出器によ
って検出するキャピラリー電気泳動装置を提供する。

【０００６】更に、充填媒体をキャピラリーの円周上の
一部を除いて充填すること、円周上のすべてを充填した
場合はレーザ光光路部のキャピラリー側面押さえ板レー
ザ光入り口面とその背面を鏡面として散乱強度を４５０
０（ＡＤＵ）以下にすること、充填媒体にレーザ光の散
乱を大きくする異物を含まないで、充填媒体の散乱強度
を４５００（ＡＤＵ）以下にすること、充填媒体とキャ
ピラリー表面との界面をギャップレスとして界面での散
乱強度を４５００（ＡＤＵ）以下にすること、蛍光発光
した光の検出器方向の光路部の充填媒体の散乱強度を大
きくする異物を含まないで、充填媒体の散乱強度を４５
００（ＡＤＵ）以下にしたこと、充填媒体の蛍光発光の
出口面を鏡面とし、出口面での散乱強度を４５００（Ａ
ＤＵ）以下にすることに、特徴を有するキャピラリーア
レイ電気泳動装置を提供する。

【０００７】本発明は、具体的には次に掲げる装置およ
び方法を提供する。本発明は、泳動する試料の成分を検
出する複数のキャピラリーが平面状に配列され、前記複
数のキャピラリーにレーザを照射する電気泳動装置にお
いて、片側が蛍光検出のため開放されたキャピラリー固
定容器の内部に３０本から１００本程度（１００本以上
を含む）の高本数のキャピラリーが平面状であって隣接
する同士が接触するようにして配置され、前記キャピラ
リー固定容器の内部に、前記高本数のキャピラリーのそ
れぞれの断面の外面の半分以上あるいはそれぞれの全面
をカバーするようにしてフッ素系ポリマ充填媒体が充填
され、レーザ光光路が平面状配列の高本数のキャピラリ
ーに並行に横断して形成されたキャピラリーアレイを備
える電気泳動装置を提供する。

【０００８】また、本発明は泳動する試料の成分を検出
する複数のキャピラリーが平面状に配列され、前記複数
のキャピラリーにレーザを照射する電気泳動装置のキャ
ピラリーアレイの製造方法において、キャピラリー固定
容器の内部に前記複数のキャピラリーが平面状であっ
て、望ましくは隣接する同士が接触するようにして配置
し、前記キャピラリーの固定容器の内部に、粉末状のフ
ッ素系ポリマを仮充填した後に加熱軟化，溶融後に加圧
充填する電気泳動装置のキャピラリーアレイの製造方法
を提供する。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面に基
づいて説明する。図１は、本発明の実施例であるキャピ
ラリーアレイ１を備えた電気泳動装置を示す。注入する
手段であるゲルブロック４への接続部５が形成されてい
る。キャピラリー内に、泳動媒体であるゲルを充填する
際には、バルブ６を閉じ、シリンジ１０を押し込むこと
によって、シリンジ１０内のゲルをキャピラリーアレイ
１内に注入する。電気泳動する際には、バルブ６を開放
し、バッファ液３に浸った負電極２とバッファ液１２に
浸ったアース電極７との間に電圧を印加する。キャピラ
リーアレイの大部分はオーブン１１によって例えば６０
℃などの一定温度に保温される。キャピラリーアレイに
おけるレーザ光照射部・蛍光検出部８にレーザ光９（ア
ルゴンイオンレーザからの４８８．０ｎｍ及び５１４．
５ｎｍの光）を上下両方向（２方向）から照射し、レー
ザ光照射部・蛍光検出部８から発せられる蛍光発光を観
測することにより、ＤＮＡを検出する。レーザ光照射部
取り付け部も６０℃などの一定温度に保温される。Ａ部
の詳細を図２に示す。尚、レーザ光９は水平あるいは鉛
直方向あるいは他の方向から、照射され得る。本実施例
では水平方向に照射する例について説明する。

【００１０】図２は本発明の実施例であるキャピラリー
１３の上面が充填ポリマより顔を出している場合のキャ
ピラリーアレイの平面（ａ）と断面（ｂ）の模式図であ
る。キャピラリー１３は、一例として１６の６倍である
９６本（９０本でもよい）配列とするが、図では本数を
省略してある。

【００１１】図２において、キャピラリー固定容器５０
は、石英である２つのキャピラリー側面板５１，５２お
よび支持台（板）５３からなり、これらが組み立てられ
て片側は蛍光発光のために開放された形状の窪み６０を
備えた容器として形成される。支持台５０は石英以外の
材料で製作してもよい。ここでは、該窪みをＵ字型窪み
と称するが、厳密にＵ字状である必要はない。

【００１２】キャピラリー固定容器５０にはそれぞれの
側面押え板５１，５２の両側にレーザ光９の透過する面
があり、双方向のレーザ光９の入口部，出口部が形成さ
れる。入口部、出口部の面は鏡面とされる。９０本また
は９６本（以下、９６本について説明する）のキャピラ
リー１３は石英製キャピラリー支持台に接触するよう
に、且つ、隣接キャピラリーと接触するように配列さ
れ、キャピラリー側面押さえ板５１，５２と共に支持台
に接着固定される。キャピラリー１３は内径５０μｍ，
外形１２６μｍの石英管で作られ、厚さ１２μｍのポリ
マで被覆されていて、ポリマ被覆膜１４が形成され、全
外形は１５０μｍである。レーザ光の通過するレーザ光
照射部においては、ポリマ被覆膜が除去されている非ポ
リマ被覆部２６が形成される。ポリマ被覆膜１４は隣同
士が非接触で配置される。従ってポリマ被覆膜１４の間
にはフッ素系ポリマ充填媒体２５が介在する。

【００１３】キャピラリー固定容器５０の窪み６０に
は、９６本のキャピラリーの断面の外面半分以上をカバ
ーして粉末状のフッ素系ポリマ１５が充填される。キャ
ピラリーの断面の外面半分以上をカバーするようにフッ
素系ポリマを充填することによってレーザ光光路を該フ
ッ素系ポリマ充填媒体の中に形成することができる。充
填は、後述するように粉末状のフッ素系ポリマを仮充填
して加熱加圧による成形を行うことによってなされる。
本実施例のようにキャピラリー１３を固体質の充填媒体
で保持することは複数の、例えば１６の２倍である３２
本から１６の８倍である１２８本程度の高本数をしっか
りと固定する上で重要である。勿論、１２８本以上にす
ることを制限するものではない。また、下限についても
３０本程度であっても固定する意味が十分にある。

【００１４】複数の、この例の場合９６本の、キャピラ
リー１３が平面状に並列して配列され、レーザ光光路が
平面状配列の複数のキャピラリーに並行に横断するよう
にしてキャピラリーアレイ１が構成される。

【００１５】以上のように、キャピラリー固定容器の内
部に前記複数のキャピラリーが平面状であって隣接する
同士が非接触の状態で配置され、前記キャピラリー固定
容器の内部に、複数のキャピラリーの断面の外面半分以
上をカバー（被覆）するようにしてフッ素系ポリマ充填
触媒が充填され、レーザ光光路が平面状配列の複数のキ
ャピラリーに並行に横断して形成されたキャピラリーア
レイを備える電気泳動装置が構成される。そして、レー
ザ光光路９に直角に、かつ片側の開放部方向に向けて各
キャピラリー１３から蛍光発光１９の発光光路（蛍光発
光光路）が形成される。

【００１６】図３は、図２に示す実施例と実質的に同一
であってその変形例であるが、ポリマ被覆膜１４が隣同
士が接触の状態で配置される。従って、この場合、隣同
士の接触した部分にはフッ素系ポリマ充填媒体２５は介
在しない。接触した部分の上下部分にはフッ素系ポリマ
充填媒体２５は介在する。そして、図に示すようにキャ
ピラリー１３とキャピラリー側面押さえ板５１、５２と
の間にはそれぞれフッ素系ポリマ充填媒体２５が介在す
る。この構造が図２に示す例に比べてより好ましい。

【００１７】図４は、図３に示す実施例と実質的に同一
であってその変形例であるが、ポリマ被覆膜１４とキャ
ピラリー側面押さえ板５１、５２とは接触配置され、こ
れらの間にはそれぞれフッ素系ポリマ充填媒体２５は介
在する。キャピラリー側面押さえ板５１のように平板を
使用する場合には、ポリマ被腹膜１４とキャピラリー側
面押さえ板５１の間にはフッ素系ポリマ充填媒体２５を
介在させることになるが、キャピラリー側面押さえ板５
２のようにない方向に凸部５４を形成した場合には、ポ
リマ被腹膜１４とキャピラリー側面押さえ板５２を接触
させることが出来る。この構造が図３に示す例に比べて
より好ましい。

【００１８】本発明によるキャピラリーアレイ作製の一
実施例を図２により説明する。該キャピラリーを成形用
金型にセットした後、該キャピラリーの側面押さえ板５
１、５２、支持基板５３、複数のキャピラリー１３で形
成される空間、すなわち窪み６０にデュポン製のテフロ
ンＡＦ１６００(屈折率：１．３１）（テフロンは、デ
ュポンの商品に使用される登録商標）粉末を仮充填して
３００℃に加熱した後、成形圧力１００gf／cm^２で加圧
充填した。充填媒体１５はキャピラリー内で発せられた
蛍光発光１９を検出するキャピラリーの円周上の一部で
ある充填媒体で充填されたキャピラリー円周上露出部２
０を除いた形で充填されている。レーザ光光路にはフッ
素化ポリマ充填媒体２５が介在することになる。

【００１９】本発明の実施例のキャピラリーアレイを図
１に示す電気泳動装置にセットし、該キャピラリーアレ
イのキャピラリー内に電気泳動媒体と蛍光認識色素，Ｄ
ＮＡ試料を充填し、レーザ光を照射して蛍光発光の有無
を調べた。その結果、同時に９６本のキャピラリーから
蛍光発光を観測することができ、ＤＮＡを分析できた。
これは、１６本で計測した場合の６倍の情報を一括して
得られることを意味する。

【００２０】本実施例では充填媒体にテフロンＡＦ１６
００(屈折率：１．３１）を用いて説明したが、デュポ
ン製のテフロンＡＦ２４００(屈折率：１．２９）用い
ても先の例の結果と同様に同時に９６本のキャピラリー
からの蛍光発光を観測することができた。充填媒体が水
である場合、水は屈折率が１．３３であり、良好な結果
を得られない。良好な結果を得るためには屈折率が１．
３１以下であることを要し、上述した材料はこの条件を
満たすことができる。尚、テフロンＡＦはテトラフルオ
ロエチレン

【化１】 と、２，２−ビストリフルオロメチル−４，５−ジフル
オロ−１，３−ジオキソール

【化２】 共重合体である。

【００２１】本発明においては、光の屈折率が１．３１
以下の充填媒体が使用される。特に前述のようにフッ素
系ポリマ充填媒体が好ましく使用される。また、充填媒
体の加熱温度は本実施例では３００℃で説明したが、２
６０℃〜４００℃でもよい。２６０℃未満でも、４００
℃以上でもキャピラリーアレイの充填部にボイドが生成
するおそれがある。ボイドが発生したような場合、キャ
ピラリーからの蛍光発光を観測することができない。こ
れはレーザ光光路部にボイドが存在すると、ボイド表面
でのレーザ光散乱強度が蛍光発光強度以上の４５００
（ＡＤＵ）以上になるためである。成形圧力は本発明の
上述した各実施例では１００gf／cm^２としたが３０gf／
cm^２〜２０００gf／cm^２でもよい。３０gf／cm^２未満で
は充填媒体の密度が粗となりレーザ光散乱強度が大きく
なるおそれがある。その場合同時に９６本のキャピラリ
ーからの蛍光発光を観測することができない。また、２
０００gf／cm^２以上ではキャピラリーアレイを構成する
側面押さえ板５１、５２、キャピラリー１３を破壊する
恐れがある。充填媒体の加熱は本実施例では大気圧で説
明したが、減圧及び真空雰囲気下で行うのが好ましい。
これは充填媒体の粉末が加熱温度の上昇と共に軟化し、
溶融する際、大気雰囲気下では空気を巻き込むことが多
い。ボイド（空気）を含んだ軟化，融液を加圧充填した
場合は充填部にボイドを含むことが多い。充填媒体にボ
イドを含んだキャピラリーアレイ電気泳動装置では、同
時に９６本のキャピラリーからの蛍光発光を観測するこ
とが出来ない。充填媒体に巻き込まれた空気は長時間加
熱すれば、除去できるが、製造工程が長くなるので、電
気泳動装置の製造コストが高くなる。加熱を減圧又は真
空雰囲気下で行った場合は充填媒体に含まれた空気を短
時間で除去できるので、電気泳動装置の製造コストを安
価にすることが出来る。また本実施例では充填媒体を粉
末状充填で説明しているが、フィルム状にして加熱充填
しても良い。この場合、三層構造がまず製作され、加熱
によって最外層が充填媒体となる。ボイドレスフィルム
を用いた充填では加熱軟化，溶融しても空気を含むこと
がない。本方法ではボイドを除去する加熱時間を必要と
しないので、安価にキャピラリー電気泳動装置を作製す
ることができる。

【００２２】以上のように、キャピラリー押さえ板と支
持基板で構成されるＵ字型のキャピラリー固定容器の支
持基板面上に数十本あるいは１００本以上を配列したキ
ャピラリーの成す空間に充填媒体の１．３１以下の低屈
折率のフッ素系ポリマを充填したキャピラリーアレイの
一方向あるいは両方向からキャピラリーにレーザ光を照
射し、前記レーザ光が隣接するキャピラリーに次々と伝
播してキャピラリーアレイを横断し、キャピラリーアレ
イにおいて発生する蛍光発光を検出器によって検出する
キャピラリー電気泳動装置において、前記キャピラリー
固定容器とキャピラリーとのなす空間へ粉末状の低屈折
率のフッ素系ポリマを室温で仮り充填した後、加熱，加
圧して密充填し、室温に戻して電気泳動装置を製造する
方法が構成される。フッ素化ポリマ粉末の充填量はＵ字
型キャピラリー固定容器と数十本あるいは１００本以上
を配列したキャピラリーの成す空隙量の１．１倍〜３倍
である。この量でない場合はキャピラリーの円周上の一
部を除いて充填すること及びキャピラリーの円周上のす
べてを充填することの制御が困難になるためである。ま
た、加熱温度は充填媒体のフッ素系ポリマの軟化点以上
とする。これ以下では密充填が出来ないためである。充
填媒体が密でない場合は充填媒体にボイドが生じるおそ
れがある。レーザ光がボイドに照射された場合は散乱が
大きくなり、レーザ光光路の充填媒体の散乱強度を４５
００（ＡＤＵ）以下にすることが出来ない。また、これ
は充填媒体とキャピラリー表面との界面にギャップが生
じ、これがレーザ光光路部に存在する場合は散乱強度を
４５００（ＡＤＵ）以下にすることが出来ない。また、
加圧力は３０gf／cm^２〜２０００gf／cm^２であることが
望ましい。３０gf／cm^２以下では充填媒体を密に充填す
ることが困難で、粗充填部がレーザ光光路部に存在する
場合は散乱強度を４５００（ＡＤＵ）以下にすることが
困難であるためである。２０００gf／cm^２以上ではＵ字
型キャピラリー固定容器及びキャピラリーが破壊する恐
れがあるためである。

【００２３】また、溶融したフッ素系ポリマには気泡が
含まれないことが望ましい。気泡を含んだものを充填し
た場合はキャピラリーアレイの充填部に気泡が存在する
場合がある。これがレーザ光光路部に存在する場合は充
填媒体の散乱強度を４５００（ＡＤＵ）以下にすること
が困難なためである。

【００２４】また、加圧充填は加熱してフッ素系ポリマ
を軟化，溶融した後に加圧することが望ましい。これは
フッ素系ポリマが軟化前の固い状態で加圧して充填した
場合は密充填が出来ないので充填媒体をボイドレスで充
填することが出来ないためである。充填媒体にボイドを
含む場合は充填媒体の散乱強度を４５００（ＡＤＵ）以
下にすることが困難であるためである。また、フッ素系
ポリマの加熱，充填は減圧，真空下で行うことが望まし
い。

【００２５】大気圧下ではボイドを含まない充填部を作
製することが困難で、充填媒体の散乱強度を４５００
（ＡＤＵ）以下にすることが困難なためである。また、
加熱，加圧充填は加圧時に、フッ素系ポリマに圧力分布
を生じる特殊な成形用金型を用いて行うことが望まし
い。これは圧力の大きい位置ではボイドレスの充填媒体
が得やすく、圧力の小さい部分ではボイドを含んだ充填
媒体を生じ易いためである。本発明ではレーザ光光路部
に相当する充填部分は成形圧力が大きくなるようにして
成形した。そうでない場合はレーザ光光路部の充填媒体
にボイドを含んだ充填部が生じ、この部分の散乱強度を
４５００（ＡＤＵ）以下に抑制することが困難なためで
ある。

【００２６】また、Ｕ字型のキャピラリー固定容器の支
持基板面上に数十分あるいは１００本以上を配列したキ
ャピラリーとの成す空間へボイドレスのフィルム状のフ
ッ素系ポリマを充填することが望ましい。充填に粉末状
のフッ素系ポリマを用いる場合は軟化，溶融後、ボイド
を除去する加熱時間を設ける。これに対し、ボイドフィ
ルムを用いて充填する場合はボイド除去時間を設ける必
要がないので、充填作業時間を短縮することが出来るの
で、安価な電気泳動装置を製造することが出来る。

【００２７】また、充填に用いるボイドレスフィルムの
厚さはキャピラリー直径の１．１倍〜３．０倍であるこ
とが望ましい。この範囲でない場合はキャピラリーの円
周上の一部を除いた充填及び円周上のすべてを被覆した
充填の制御が困難なためである。また、１．１倍未満で
は均一な密充填が困難なため、充填媒体に粗充填部分が
生じる。レーザ光光路部に粗充填部分が存在する場合は
充填媒体の散乱強度を４５００（ＡＤＵ）以下にするこ
とが困難であるためである。また、３倍以上では充填を
満足する量以上となり、余分のものは廃棄されることに
なる。フッ素系ポリマは高価であるので、このような作
り方をした場合は電気泳動装置の価格が高くなるという
問題が生じる。また、ボイド等の発生頻度も高くなる可
能性があり、好ましくない。

【００２８】以上のように、片側が蛍光検出のため、開
放されたキャピラリー固定容器の内部に数十本から１０
０本程度の高本数のキャピラリーが平面状であって隣接
する同士が非接触あるいは接触するようにして配置さ
れ、前記キャピラリー固定容器の内部に、前記高本数の
キャピラリーのそれぞれの断面の外面の半分以上あるい
はそれぞれの前面をカバーして充填媒体が充填され、レ
ーザ光光路が平面状配列の高本数のキャピラリーに並行
に横断して形成されたときに、前記充填媒体を含む発光
光路及び蛍光発光光路のレーザ光散乱光強度が４５００
（ＡＤＵ）以下であるキャピラリーアレイ、特にフッ素
系ポリマ充填媒体を使用してレーザ光散乱強度が４５０
０（ＡＤＵ）以下にしたキャピラリーアレイを備える電
気泳動装置が構成される。

【００２９】次に、本発明の第２の実施例およびその変
形例である充填ポリマがキャピラリー１３の上面までの
場合について図５ないし図７を使用して説明する。先の
実施例の構成と同一の構成については同一の番号を付
し、先の実施例の説明を準用するものとする。図５は図
２に、図６は図３に、そして図７は図４に対応する。

【００３０】図５に示すキャピラリーアレイ１は、先の
実施例に示したキャピラリーアレイ１と実質的に同一構
成であるが、各キャピラリーアレイ１３は先の実施例と
同様の手法で、フッ素系ポリマ充填媒体１５がキャピラ
リー１３の円周上が完全に、すなわち全面がカバーされ
るようにして充填される。

【００３１】レーザ発光光路９に直角方向で各キャピラ
リー１３の中央を通って片側の開放部方向に蛍光発光１
９の発光光路（蛍光発光光路）が形成される。蛍光発光
光路には蛍光発光光路部充填媒体となるフッ素系ポリマ
充填媒体３０が介在することになる。図６および図７に
示す例についても上述と同様に構成される。

【００３２】以上のように、キャピラリー固定容器の内
部に前記複数のキャピラリーが平面状であって隣接する
同士が非接触あるいは接触するようにして配置され、前
記キャピラリー固定容器の内部に、複数のキャピラリー
の全面をカバーするようにしてフッ素系ポリマ充填媒体
が充填され、レーザ光光路が平面状配列の複数のキャピ
ラリーに並行に横断して形成されたキャピラリーアレイ
に備える電気泳動装置が構成される。

【００３３】このようにして構成したキャピラリーアレ
イを図１に示す電気泳動装置にセットし、キャピラリー
内に電気泳動媒体，蛍光認識色素，ＤＮＡ試料を充填
し、レーザ光を照射しキャピラリーからの蛍光発光の有
無を観測した。その結果、同時に、９６本のキャピラリ
ーからの蛍光発光を観測することができ、ＤＮＡを分析
できた。該キャピラリーアレイのレーザ光光路部の側面
であるレーザ光入り口面及び背面の表面粗さは鏡面であ
る。面が粗い場合はレーザ光散乱強度が４５００（ＡＤ
Ｕ）以上となり、同時に、９６本のキャピラリーからの
蛍光発光の検出が困難になる。また、レーザ光光路部の
充填媒体２５にはボイド，不純物を含んでいないことが
望ましい。これらが存在する場合はレーザ光散乱強度が
４５００（ＡＤＵ）以上となり、同時に、９６本のキャ
ピラリーからの蛍光発光を検出することが出来ない。ま
た、レーザ光光路部の充填媒体とキャピラリー表面との
界面２６には隙間のないことが望ましい。隙間が存在す
る場合はレーザ光散乱強度を４５００（ＡＤＵ）以上と
なり、同時に、９６本のキャピラリーからの蛍光発光を
検出することが困難となる。また、キャピラリーから発
生した蛍光発光の光路部充填媒体３０にはボイド，不純
物を含まないことが望ましい。これらが存在する場合は
レーザ光散乱強度が４５００（ＡＤＵ）以上となり、同
時に９６本のキャピラリーからの蛍光発光を検出するこ
とが出来ない。また、蛍光発光光路の出口面３１の表面
粗さは鏡面とする。面が粗い場合はレーザ光散乱強度が
４５００（ＡＤＵ）以上となり、同時に、９６本のキャ
ピラリーからの蛍光発光の検出が困難になる。

【００３４】次に本発明の第３の実施例およびその変形
例であるキャピラリー１３の上面に押さえ板がある場合
について図８、９および１０を使用して説明する。第２
の実施例と同一構成については同一の番号を付し、先の
実施例の説明を準用するものとする。

【００３５】図８は図５に、図９はず６に、そして図１
０は図７に対応する。そしてこれらの例の場合、キャピ
ラリー側面押さえ板５１、５２にはそれぞれ内方に向け
て凸部５５、５６が形成されている。

【００３６】図８、９および１０に示すキャピラリーア
レイ１は、先の実施例に示したキャピラリーアレイ１と
実質的に同一であるが、キャピラリー１３の上方にレー
ザ光光路と並行状にして石英製の上面押さえ板３３，３
４を設けている。この上面押さえ板３３、３４は支持台
５３よりやや大きく構成されている。キャピラリー側面
押さえ板５１，５２と上面押さえ板３３、３４とは光学
接着あるいはメカニカルな接着によって一体化される。
有機材料による接着では、キャピラリー固定容器と複数
のキャピラリーの成す空間への充填媒体の充填は加熱し
て行うので、充填時の加熱温度が高い場合はキャピラリ
ーが移動する恐れがある。キャピラリーの移動はキャピ
ラリーにストレスを生じ、破壊する危険がある。キャピ
ラリーの破壊は前記したように、キャピラリーからの蛍
光発光を観測することができない。

【００３７】キャピラリー１３をキャピラリー側面押さ
え板５１、５２と上押さえ板３３、３４の両方で固定し
た後、実施例１あるいは実施例２と同様の手法で充填媒
体を充填してキャピラリーアレイ１を形成する。充填媒
体の充填は実施例２と同様に、キャピラリーの円周上の
すべてを被覆するように充填する。

【００３８】本実施例のキャピラリーアレイ１を図１に
示す電気泳動装置にセットし、キャピラリー１３内に電
気泳動媒体，蛍光認識色素，ＤＮＡ試料を充填し、レー
ザ光９を照射して蛍光発光１９の有無を観測した。その
結果、同時に９６本のキャピラリー１３から蛍光発光１
９を観測することができ、ＤＮＡを分析できた。キャピ
ラリー上面押さえ板３３，３４がない場合はキャピラリ
ーの固定が不十分で、充填媒体充填時に、キャピラリー
が移動して、キャピラリーにストレスが生じ、キャピラ
リーが破壊する危険がある。破壊したキャピラリーから
は蛍光発光を検出することが出来ない。また、破壊部が
レーザ光進行光路部に位置した場合はレーザ光散乱強度
が大きくなるので、次に進んだレーザ光強度は減衰し、
キャピラリー内のＤＮＡ試料を励起できないので、キャ
ピラリーからの蛍光発光を検出できない。

【００３９】以上のいずれの実施例にあっても、キャピ
ラリー押さえ板と支持基板で構成されるＵ字型キャピラ
リー固定容器の支持基板上に配列された固定化された充
填媒体、特に光の屈折率が１．３１以下である複数のキ
ャピラリーからなるキャピラリーアレイをレーザ光散乱
光強度４５００（ＡＤＵ）以下にすることができ、当該
キャピラリーアレイの一方あるいは双方側からキャピラ
リーにレーザ光を照射し、レーザ光が隣接するキャピラ
リーに次々と伝播してキャピラリーアレイを横断するレ
ーザ照射方式により、９６本あるいはそれ以上のキャピ
ラリー１３にレーザ光９を同時照射でき、１６の倍数の
情報を一括して獲得できる効果がある。

【００４０】次に本発明の第４の実施例およびその変形
例である透明材料による密閉構造の場合について図１
１、１２および１３を使用して説明する。第３の実施例
と同一構成については同一の番号を付し、先の実施例の
説明を準用するものとする。図１１は図８に、図１２は
図９に、そして図１３は図１０にそれぞれ対応する。

【００４１】図１１，１２および１３に示すキャピラリ
ーアレイ１は、先の実施例に示したキャピラリーアレイ
１と実質的に同一であるが、上面押さえ板３３、３４に
代えて透明材料からなる蓋３５を設けている。この蓋３
５は、支持台５３をより大きく構成されている。キャピ
ラリー側面押さえ板５１、５２を蓋３５とは光学接着あ
るいはメカニカルな接着によって一体化される。

【００４２】本実施例のキャピラリーアレイ１を図１に
示す電気泳動装置にセットとし、キャピラリー１３内に
電気泳動媒体、蛍光認識色素、ＤＮＡ試料を充填し、レ
ーザ光９を照射して蛍光発光１９の有無を観測した。そ
の結果、同時に９６本のキャピラリー１３から蛍光発光
１９を観測することができ、ＤＮＡを分析できた。この
例にあっても、９６本あるいはそれ以上のキャピラリー
１３にレーザ光９を同時に照射でき、１６の倍数の情報
を一括して獲得できた。

【００４３】図１４に、キャピラリーアレイ１の製造方
法を示すフローを示す。キャピラリー固定容器の内部に
複数本のキャピラリーを配置し（Ｓ１）、成形金型にキ
ャピラリーを配置したキャピラリー固定容器を設置する
（Ｓ２）。次いで、キャピラリー固定容器の内部に粉末
状フッ素系ポリマを仮充填し（Ｓ３）、加熱加圧して成
形する（Ｓ４）。成形金型から取り出し（Ｓ５）、キャ
ピラリーアレイとする（Ｓ６）。以上の構成によれば、
フッ素系ポリマをフィルム状に充填する電気泳動装置の
キャピラリーアレイの製造方法が提供される。

【００４４】また、泳動する試料の成分を検出する複数
のキャピラリーが平面状に配列され、前記複数のキャピ
ラリーにレーザを照射する電気泳動装置による蛍光計測
方法において、キャピラリー固定容器の内部に平面状で
あって隣接する同士が非接触あるいは接触するように配
置された数十本から１００本程度の高本数のキャピラリ
ーに並行に横断して２つの側からレーザ光を照射するレ
ーザ光光路を形成して蛍光計測を行う電気泳動装置によ
る蛍光計測方法が提供される。

【００４５】更に、泳動する試料の成分を検出する複数
のキャピラリーが平面状に配列され、前記複数のキャピ
ラリーにレーザを照射する電気泳動装置による蛍光計測
方法において、キャピラリー固定容器の内部に平面状で
あって、望ましくは隣接する同士が接触するように１６
の２倍から８倍まで配置され、周囲に光の屈折率が１．
３１以下の充填媒体が配置された高本数のキャピラリー
に並行に横断してレーザ光を照射するレーザ光光路を形
成して一括した前本本数のキャピラリーによる蛍光計測
を行い、ＤＮＡ，ＲＮＡの塩基配列決定を行う電気泳動
装置による蛍光計測方法が提供される。

【００４６】

【発明の効果】本発明によれば、同時に検出できるキャ
ピラリー本数を大幅に増加させることを主眼として、レ
ーザ光光路における散乱強度を低く押えることのできる
構成とする電気泳動装置およびその製造方法が提供さ
れ、特にレーザ光光路が通過する容器の入り口面とその
背面、容器内の充填媒体，充填媒体とキャピラリー表面
との界面、およびキャピラリー内部から発生した蛍光発
光の検出方向にある充填媒体の出口表面の散乱強度を小
さく抑えることのできる構造およびその製造方法が提供
される。また、本発明によれば、キャピラリー本数を大
幅に増加させることができ、一括したデータ取得による
迅速な塩基配列決定のための新しい計測方法が提供され
ることになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例である電気泳動装置の概念構成
図。

【図２】電気泳動装置に使用される第１実施例のキャピ
ラリーアレイの正面（ａ）および側面（ｂ）断面模式
図。

【図３】電気泳動装置に使用される第１実施例のキャピ
ラリーアレイの正面（ａ）および側面（ｂ）断面模式
図。

【図４】電気泳動装置に使用される第１の実施例の変形
例のキャピラリーアレイの正面（ａ）および側面（ｂ）
断面模式図。

【図５】電気泳動装置に使用される第２の実施例のキャ
ピラリーアレイの正面（ａ）および側面（ｂ）断面模式
図。

【図６】電気泳動装置に使用される第２の実施例の変形
例のキャピラリーアレイの正面（ａ）および側面（ｂ）
断面模式図。

【図７】電気泳動装置に使用される第２の実施例の変形
例のキャピラリーアレイの正面（ａ）および側面（ｂ）
断面模式図。

【図８】電気泳動装置に使用される第３の実施例のキャ
ピラリーアレイの正面（ａ）および側面（ｂ）断面模式
図。

【図９】電気泳動装置に使用される第３の実施例の変形
例のキャピラリーアレイの正面（ａ）および側面（ｂ）
断面模式図。

【図１０】電気泳動装置に使用される第３の実施例の変
形例のキャピラリーアレイの正面（ａ）および側面
（ｂ）断面模式図。

【図１１】電気泳動装置に使用される第４の実施例のキ
ャピラリーアレイの正面（ａ）および側面（ｂ）断面模
式図。

【図１２】電気泳動装置に使用される第４の実施例の変
形例のキャピラリーアレイの正面（ａ）および側面
（ｂ）断面模式図。

【図１３】電気泳動装置に使用される第４の実施例の変
形例のキャピラリーアレイの正面（ａ）および側面
（ｂ）断面模式図。

【図１４】キャピラリーアレイの製造方法を示す図。

【符号の説明】

１…キャピラリーアレイ、２…負電極、３…負電極側の
バッファ液、４…ゲルブロック、５…ゲルブロックへの
接続部、６…バルブ、７…アース電極、８…蛍光検出部
・レーザ光照射部、９…レーザ光光路、１０…シリン
ジ、１１…オーブン、１２…アース電極側のバッファ
液、１３…キャピラリー、１４…ポリマ被覆膜、１５…
フッ素系ポリマ充填媒体、１９…蛍光発光、２０…充填
媒体で充填されないキャピラリー円周上露出部、２５…
レーザ光光路の充填媒体、２６…充填媒体とキャピラリ
ー表面との界面、３０…フッ素系ポリマ充填媒体（蛍光
発光光路部充填媒体）、３３，３４…キャピラリーの上
面押さえ板、５０…キャピラリー固定容器、５１，５２
…キャピラリー側面押さえ板、５３…支持台（板）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 三輪 崇夫 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 佐藤 俊也 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 伊名波 良仁 茨城県ひたちなか市大字市毛882番地 株 式会社日立ハイテクノロジーズ設計・製造 統括本部那珂事業所内 (72)発明者 柴崎 武彦 茨城県ひたちなか市大字市毛882番地 株 式会社日立ハイテクノロジーズ設計・製造 統括本部那珂事業所内 Ｆターム(参考） 2G043 AA04 BA16 CA03 DA02 DA05 EA01 FA01 GA07 GB01 LA01 MA01 NA13

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】泳動する試料の成分を検出する複数のキャ
   ピラリーが平面状に配列され、前記複数のキャピラリー
   にレーザを照射する電気泳動装置において、 キャピラリー固定容器の内部に前記複数のキャピラリー
   が平面状に配置され、前記キャピラリー固定容器の内部
   に、複数のキャピラリーの断面の外面半分以上あるいは
   それらの全面をカバーするようにしてフッ素系ポリマ充
   填媒体が充填され、レーザ光光路が平面状配列の複数の
   キャピラリーに並行に横断して形成されたキャピラリー
   アレイに備えることを特徴とする電気泳動装置。
2. 【請求項２】泳動する試料の成分を検出する複数のキャ
   ピラリーが平面状に配列され、前記複数のキャピラリー
   にレーザ照射する電気泳動装置において、 片側が蛍光検出のため開放されたキャピラリー固定容器
   の内部に１６の２倍から８倍までの高本数のキャピラリ
   ーが平面状であって隣接する同士が非接触あるいは接触
   するようにして配置され、前記キャピラリー固定容器の
   内部に、前記高本数のキャピラリーのそれぞれの断面の
   外面の半分以上あるいはそれぞれの全面をカバーするよ
   うにしてフッ素系ポリマ充填媒体が充填され、レーザ光
   光路が平面状配列の高本数のキャピラリーに並行に横断
   して形成されたキャピラリーアレイを備えることを特徴
   とする電気泳動装置。
3. 【請求項３】泳動する試料の成分を検出する複数のキャ
   ピラリーが平面状に配列され、前記複数のキャピラリー
   にレーザを照射する電気泳動装置において、 片側が蛍光検出のため、開放されたキャピラリー固定容
   器の内部に１６の２倍から８倍までの高本数のキャピラ
   リーが平面状であって隣接する同士が非接触あるいは接
   触するようにして配置され、前記キャピラリー固定容器
   の内部に、前記高本数のキャピラリーのそれぞれの断面
   の外面の半分以上あるいはそれぞれの前面をカバーして
   充填媒体が充填され、レーザ光光路が平面状配列の高本
   数のキャピラリーに並行に横断して形成されたときに、
   前記充填媒体を含む発光光路及び蛍光発光光路のレーザ
   光散乱光強度が４５００（ＡＤＵ）以下であるキャピラ
   リーアレイを備えることを特徴とする電気泳動装置。
4. 【請求項４】請求項２または３において、前記キャピラ
   リー固定容器の開放された片側に平面状配列の高本数の
   キャピラリーのそれぞれに並行状にして第１の上押さえ
   板が設けられることを特徴とする電気泳動装置。
5. 【請求項５】請求項４において、前記第１の上押さえ板
   に並行状にして第２の押さえ板が設けられることを特徴
   とする電気泳動装置。
6. 【請求項６】泳動する試料の成分を検出する複数のキャ
   ピラリーが平面状に配列され、前記複数のキャピラリー
   にレーザを照射する電気泳動装置のキャピラリーアレイ
   の製造方法において、 キャピラリー固定容器の内部に前記複数のキャピラリー
   が平面状であって隣接する同士が接触するようにして配
   置し、前記キャピラリーの固定容器の内部に、粉末状の
   フッ素系ポリマを仮充填した後に加熱軟化，溶融後に加
   圧充填することを特徴とする電気泳動装置のキャピラリ
   ーアレイの製造方法。
7. 【請求項７】請求項６において、フッ素系ポリマの加圧
   充填を５０gf／cm^２〜２０００gf／cm^２の圧力で行うこ
   とを特徴とする電気泳動装置のキャピラリーアレイの製
   造方法。
8. 【請求項８】請求項６または７において、フッ素化ポリ
   マをフィルム状に充填することを特徴とする電気泳動装
   置のキャピラリーアレイの製造方法。
9. 【請求項９】泳動する試料の成分を検出する複数のキャ
   ピラリーが平面状に配列され、前記複数のキャピラリー
   にレーザを照射する電気泳動装置による蛍光計測方法に
   おいて、 キャピラリー固定容器の内部に平面状であって隣接する
   同士が非接触あるいは接触するようにして配置された１
   ６の２倍から８倍までの高本数のキャピラリーに並行に
   横断して２つの側からレーザ光を照射するレーザ光光路
   を形成して蛍光計測を行うことを特徴とする電気泳動装
   置による蛍光計測方法。
10. 【請求項１０】泳動する試料の成分を検出する複数のキ
    ャピラリーが平面状に配列され、前記複数のキャピラリ
    ーにレーザを照射する電気泳動装置による蛍光計測方法
    において、 キャピラリー固定容器の内部に平面状に１６の２倍から
    ８倍までの本数で、周囲に光の屈折率が１．３１以下の
    固形の充填媒体で固定されたキャピラリーに並行に横断
    してレーザ光を照射するレーザ光光路を形成し、一括し
    た前本本数のキャピラリーによる蛍光計測を行い、一括
    して得たデータに基づいてＤＮＡ，ＲＮＡの塩基配列決
    定を行うことを特徴とする電気泳動装置による蛍光計測
    方法。