JP2003344357A

JP2003344357A - 電気泳動装置

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Publication number: JP2003344357A
Application number: JP2002159157A
Authority: JP
Inventors: Tasaku Kiyono; 太作清野; Tomoyuki Sakai; 友幸坂井; Yoshio Ozawa; 美穂小沢; Masaya Kojima; 正也小島; Eric S Nordman; エスノードマンエリック
Original assignee: Hitachi High Technologies Corp; Hitachi High Tech Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2002-05-31
Filing date: 2002-05-31
Publication date: 2003-12-03
Anticipated expiration: 2022-05-31
Also published as: CA2484804C; WO2003102571A8; US20030221965A1; WO2003102571A1; US7217352B2; EP1514101A1; EP1514101A4; AU2003238848B2; AU2003238848A1; JP4152126B2; CA2484804A1

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、キャピラリ電気泳動装置の分解能向
上に関する。また、キャピラリ電気泳動装置のスループ
ット向上に関する。【解決手段】本発明は、キャピラリ先端を浸す液体に発
生する波を低減する機能を備えた電気泳動装置である。
好適には、当該液体の保持容器に複数の板状仕切り部材
を設け、該液体表面を複数区画に分割する。当該液体を
高速移送でき、当該液体に素早くキャピラリ先端を浸す
ことができる。このため、キャピラリ先端の長時間の空
気露出による分解能の低下を抑止できる。また、波の消
滅まで計測を見合わせる必要が無く、試料分析のスルー
プットが向上する。【効果】本発明により、試料を泳動分離する際の分解能
が劣化しない。また、試料のスループットを向上でき
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、核酸や蛋白質など
の試料を分離分析するキャピラリ電気泳動装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来の技術として、アプライドバイオシ
ステムズ社（Applied Biosystems）製３１００が存在す
る。本装置では、平滑な内面を有する略直方体形状容器
により、緩衝液及び洗浄液を保持している。また、サン
プル容器，緩衝液容器，洗浄液容器及び廃液容器を同一
基盤に載せ、その基盤を動かしていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、キャピラリ
電気泳動装置の分解能向上に関する。また、キャピラリ
電気泳動装置のスループット向上に関する。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、キャピラリ先
端を浸す液体に発生する波を低減する機能を備えた電気
泳動装置に関する。好適には、当該液体の保持容器に複
数の板状仕切り部材を設け、該液体表面を複数区画に分
割する。液体を保持した容器を高速移送できる為、キャ
ピラリ先端を素早く当該液体に浸すことでき、キャピラ
リ先端の大気露出時間を短縮できる。このため、キャピ
ラリ先端の空気露出による分解能の低下を抑止できる。
また、波の消滅まで計測を見合わせる必要が無く、資料
分析のスループットが向上する。

【０００５】また、本発明は、キャピラリ先端の露出時
間を所定時間以下とした電気泳動装置に関する。好適に
は、予備泳動からサンプル注入の間におけるキャピラリ
先端の空気露出時間が１４秒以下とする。これにより、
分解能の低下を抑止できる。

【０００６】以下、上記及びその他の本発明の特徴と利
益を、図面を参照して詳細に説明する。

【０００７】

【発明の実施の形態】図１は、本実施例のキャピラリ電
気泳動装置の概略図である。以下、本装置の概要と原理
を説明する。

【０００８】本装置は、主に、キャピラリアレイ，サン
プル容器，バッファ容器，ゲル補充系，光学系，電源
系、及び恒温層から構成される。

【０００９】キャピラリアレイは、９６本のキャピラリ
１０１を含む交換部材であり、ロードヘッダ１１３，検
出部１０８、及びキャピラリヘッド１０５を含む。通
常、キャピラリ１０１は１００回程度の計測により品質
が劣化する為、１００回程度の計測後に新品のキャピラ
リアレイに交換してキャピラリ１０１の品質を維持し、
装置性能を一定に保つ。

【００１０】キャピラリ１０１は、試料を泳動分離する
中空部材であり、外径が０.１５mm，内径が０.０５mm
の石英パイプから成る。外被はポリイミドにより樹脂コ
ーテイングされている。ただし、レーザー光が照射され
る光照射部は、被膜が除去されている。キャピラリ１０
１の内部は、電気泳動時に泳動速度差を与えるためのゲ
ルと、電気泳動の媒体となる緩衝液が注入される。試料
注入は、キャピラリ１０１の一端である導入端部を試料
に浸しながら電気泳動することにより行われる。また、
試料注入後の泳動分離は、導入端部を緩衝液に浸しなが
ら電気泳動して実施される。

【００１１】ロードヘッダ１１３は、導入端部を所定位
置に保持し、高電圧を印加する部材である。本部材は、
中空電極１０２（ステンレススチール製の微小管）を、
８行１２列の行列状に保持する。各中空電極の内部には
キャピラリ１０１が貫通し、導入端部が若干露出した状
態で固着されている。これにより、９６本の導入端部を
精密に配置し、後述のサンプル容器中試料に確実に浸す
ことができる。また、中空電極１０２には高電圧が印加
され、電気泳動時の通電路の一端を形成する。

【００１２】検出部１０５は、試料に依存した情報を取
得する部材であり、励起光が照射され、試料に依存した
波長の光を放出する。９６本のキャピラリ１０１を、光
学フラット平面である基準ベースに高さ数ミクロンの精
度で配列固定する。電気泳動時、略同軸の２本のレーザ
光１０９が両側から照射され、全ての光照射部を連続し
て透過する。このレーザ光１０９により、試料から情報
光（試料に依存した波長を有する蛍光）が生じ、光照射
部から外部に放出される。この情報光を受光光学系によ
り検出して、試料を分析する。

【００１３】キャピラリヘッド１１３は、導入端部と反
対側のキャピラリ端部（他端部）を、ゲルブロック１０
４に耐圧機密で着脱する部材である。本部材は、９６本
のキャピラリの他端部を一つ束ねて、ゲルブロック１０
４に耐圧機密で接続できる。そして、シリンジ１１０に
よる高圧力により、他端部からキャピラリ内に新規ゲル
を充填する。この時、導入端部近傍には廃液容器が配置
され、導入端部から放出されるゲルを捕捉する。

【００１４】サンプル容器は、数１０μｌの試料を満た
した試料容器を、８行１２列の行列状に備え、多数の試
料を保持できる。試料には、例えば、４種類のヌクレオ
シド塩基分子を識別するように蛍光標識され、多数の適
当な長さ（大きさ）の核酸が含まれている。尚、上述の
試料注入の際は、各試料容器に各導入端部が配置される
ように、ロードヘッダ１１３とサンプル容器を配置す
る。試料に導入端部を浸しつつ電気泳動を実施してキャ
ピラリ内に試料を導入する。

【００１５】バッファ容器は、電気泳動時に導入端部を
浸す緩衝液（バッファ液）を保持する容器である。

【００１６】ゲル補充系は、ゲルブロック１０４とシリ
ンジ１１０を含み、キャピラリ101内部にゲルを充填で
きる。ゲルブロック１０４は、キャピラリヘッド１０
５，シリンジ１１０と連結し、一部が緩衝液１１６と接
触している。ゲル充填の際は、バルブ１０６によりシリ
ンジ１１０とバッファ液１１６を隔離する。そして、高
圧により、シリンジ１１０内のゲルを、キャピラリヘッ
ド１０５を経由し、他端部からキャピラリ１０１内部に
充填する。また、電気泳動時は、バルブ１０６を開放し
て、他端部と緩衝液１１６を連通して、前記通電路の一
端を形成する。

【００１７】光学系は、検出部１０８に励起光を照射す
る励起光学系と、検出部からの情報光を検出する受光光
学系から構成される。

【００１８】励起光学系１１４は、レーザ光源，ミラ
ー，ビームスプリッタ，集光レンズを含む。レーザ光源
から放出されたレーザ光は、ビームスプリッタにより２
分され、ミラーと集光レンズにより照射方向を調整され
る。これにより、略同軸で進行方向の異なる２本のレー
ザ光１０９が、検出部１０８を、その両側から照射す
る。照射されたレーザー光は、キャピラリのレンズ作用
によって集光され、全てのキャピラリ１０１を透過す
る。尚、レーザ光１０９の照射方法として、各キャピラ
リの光照射部に時間分割でレーザ光が照射する方式もあ
り、本実施例に適宜利用できる。

【００１９】検出光学系は、検出レンズ，ＣＣＤカメ
ラ、及びコンピュータを含み、検出部１０８から放出さ
れる情報光を検出する。各光照射部から放出された蛍光
は、検出部上面に配置された検出レンズを透過し、波長
毎に分光され、ＣＣＤカメラにより検出される。そし
て、ＣＣＤカメラからの信号を、コンピュータ２１によ
り演算処理して、試料を分析する。

【００２０】電源系は、少なくとも導入端部から検出部
の範囲を含む通電路に高電圧を印加する。通電路は、中
空電極１０２，バッファ液１０３，キャピラリ１０１と
ゲルブロック５に充填されたゲル，バッファ液１１６，
アース電極１０７から構成される。高電圧電源１１２
は、中空電極１０２を負電位，アース電極を正電位とし
て、この通電路に１５ｋＶ前後の高電圧を印加する。こ
れにより、検出部からの導入端部方向に電界が生じ、負
に帯電する核酸等は導入端部から検出部の方向に泳動す
る。尚、サンプル注入時の通電路は上述と異なり、バッ
ファ液１０３が、サンプル容器中の試料と代わってい
る。また、パルス電圧が印加される。

【００２１】恒温槽１１１は、各キャピラリ１０１の温
度を一定に保持する温度制御装置である。各キャピラリ
１０１の導入端部から検出部までの大部分を収容し、そ
れらを温度制御された空気流により一定温度に保つ。こ
れにより、各キャピラリ101の温度差異に起因する、試
料の泳動速度の違いを低減できる。

【００２２】電気泳動装置による試料分析の基本的原理
を以下説明する。

【００２３】導入端部を試料に浸した状態で、通電路に
パルス状の高電圧を印加すると、キャピラリ１０１内に
試料が注入される（サンプリング）。その後、導入端部
をバッファ液１０３に浸し、通電路に高電圧を印加して
電気泳動を行う。キャピラリ１０１内のゲルから成る流
体路を、大きさの異なる試料が通過すると、通過抵抗の
小さい順に早く移動する。これにより、導入端部に注入
された試料は、小さい順に検出部１０８に到達する。そ
して、光照射部においてレーザ光１１４が照射され、信
号光を放出する。この信号光を検出し、信号光を放出し
た試料の大きさ等との関連から、試料を分析することが
できる。

【００２４】図２は、オートサンプラ部のレイアウトの
概略図である。図３は、オートサンプラ部近傍の概略図
である。以下、図２，図３を参照して、オートサンプラ
部近傍について説明する。

【００２５】オートサンプラ部は、サンプル容器をはじ
めとする電気泳動測定に必要な溶液を保持した容器をグ
リッパ３１３により搬送し、また後述する保護フイルム
付きサンプル容器の穿孔、さらにサンプル容器に貼付さ
れたバーコードの読み取りを行う機能を有する装置であ
り、ステーション２０９とスタッカ２１０の二つの領域
からなる。

【００２６】ステーション２０９は、６つの領域を有
し、オペレータから見て手前と奥の２列に分けて配置し
ている。手前側には、左から順に、バッファ容器保持部
２０４，洗浄水容器保持部２０５，廃液保持部２０６が
存在する。また、奥には、左から順に、アレイ位置２０
１，パーキング２０２，孔開け位置２０３が存在する。
オペレータの取扱うバッファ容器等を手前側に配置する
ことで、装置の利便性を向上させている。また、通常、
オペレータの取扱う必要の無い領域を奥に配置して、オ
ペレータに起因した誤測定を抑制している。例えば、サ
ンプル容器を一時的に保持するための領域であるパーキ
ング２０２，３０２ａは奥側に存在する。これは、サン
プル容器はスタッカを通じてのみ出し入れを行い、オペ
レータがパーキングに直接サンプル容器を出し入れする
ことを防止する為である。

【００２７】バッファ容器保持部２０４は、バッファ容
器を着脱して保持できる箇所である。バッファ容器は、
一回の泳動分離測定において最も頻繁に使用するため、
アレイ位置の近傍に存在する。バッファ容器は、電気泳
動時に中空電極と導入端部を浸しバッファ液で満たされ
ている。また、原則、装置待機中に導入端部をバッファ
液に浸すことで、導入端部中のゲルの乾燥を防止してい
る。

【００２８】洗浄水容器保持部２０５，３０５ａは、洗
浄水容器３０５ｂを着脱して保持する領域である。洗浄
水容器３０５ｂは、ゲルの交換後に中空電極や導入端部
先端に付着した使用済みゲル、及びサンプル注入後に付
着したサンプル液等を洗浄する為の水を保持している。
導入端部が所定溶液に浸された後に洗浄し、キャピラリ
内のゲルに対するコンタミを防止する。洗浄水容器の使
用頻度は、バッファ容器より小さい為、バッファ容器保
持部よりもアレイ位置から離れた箇所に存在する。

【００２９】廃液容器保持部２０６，３０６ａは、廃液
容器３０６ｂを着脱して保持する領域である。廃液容器
は水を保持し、ゲルの交換の際にキャピラリから排出さ
れる使用済みゲルを保管する。廃液容器の使用頻度は、
洗浄水容器より小さい為、洗浄水容器保持部よりもアレ
イ位置から離れた箇所に存在する。

【００３０】アレイ位置２０１は、キャピラリアレイの
電極が存在する。キャピラリ内にゲルが充填された状態
で電極端にサンプルを注入し、さらにキャピラリの両端
に電位差を設けることにより電気泳動を行う。

【００３１】パーキング２０２は、サンプル容器３０２
ｂを着脱して保持しておく領域である。グリッパは同時
に一つの容器しか搬送しないことから、他の容器の搬送
中にはサンプル容器は３０２ｂに保持される。

【００３２】孔開け位置２０３は、フィルム孔開け用の
ニードルが配置されいる。サンプル容器が液蒸発防止用
保護フィルムでカバーされている場合に、ニードルが保
護フィルムを刺し通す用にサンプル容器を動かし、中空
電極を挿入するための孔を開ける。

【００３３】スタッカ２１０は、測定前と測定後のサン
プル容器を保管する領域であり、ステーション２０９の
右側に存在する。大部分を占める右利きユーザの取扱性
向上の為である。

【００３４】サーバ２０７は、手前側にあり、未測定の
サンプル容器を格納するユニットである。１６個のサン
プル容器を積み重ねて保存できる。ここからサンプル容
器を順次取り出し、電気泳動による測定を行う。

【００３５】レシーバ２０は、測定を終了したサンプル
を順次格納する機能を有する。１６個のサンプル容器を
積み重ねて保存できる。

【００３６】図４は、サンプル容器の概略図であり、各
構成部材を分解した状態を描写している。図５は、図４
のＡＡ′におけるサンプル容器の断面図である。以下、
図４及び図５を参照してサンプル容器について説明す
る。

【００３７】サンプル容器は、電気泳動による測定対象
となる試料を保持する複数試料保持部材である。ホルダ
４０１，サンプルプレート４０２，セプタ４０３，クリ
ップ４０４の４部品を重ね合わせて構成される。

【００３８】ホルダ４０１は、サンプル容器の基部であ
る。サンプルプレート４０２とセプタ４０３をクリップ
４０４との間に挟み、クリップのつめをホルダの取付け
溝４０５にかみ込ませ、４部品を一体化している。ま
た、各容器を移動するためのグリッパのハンドルを挿入
するための連結孔５０６を有する。ハンドルが連結孔に
挿入されることで、サンプル容器とグリッパを強固に連
結できる。

【００３９】サンプルプレート４０２は、サンプル液を
注入し、保持するためのポケット状の試料保持部である
ウェルを８行１２列で計９６箇所、又は１６行２４列で
計３８４箇所を備える。

【００４０】セプタ４０３は、樹脂製のシートであり、
ウェルに対応する位置に中空電極挿入用の貫通孔５０５
を有している。これは中空電極が挿入されるとき以外は
閉じていてウェル中のサンプル液の蒸発を防止し、かつ
切れ込みにより電極挿入は妨げない機能を有する。ま
た、セプタ上面に保護フィルムを貼り付けることでも、
サンプル液の蒸発を防止できる。

【００４１】図６は、バッファ容器，洗浄水容器、およ
び廃液容器に共用する容器の概略図であり、各構成部材
を分解した状態を描写している。

【００４２】図７は、図６のＢＢ′における断面図であ
る。以下、これを参照にバッファ容器，洗浄水容器、お
よび廃液容器について、バッファ容器を中心に説明す
る。

【００４３】これらの容器は、ホルダ６０１，７０１，
内部容器６０２，７０２と、波消し板６０３，７０３、
及びクリップ６０５，７０５から構成される。クリップ
とホルダとの結合は、サンプル容器と同じくクリップの
つめをホルダの取付け溝606にかみ込ませることによっ
てなされる。

【００４４】ホルダ６０１，７０１は、容器の基部であ
り、その外部液状はサンプル容器のホルダと同一であ
り、またグリッパのハンドルを挿入するための連結孔７
０７を備える。このため、同一のグリッパに着脱保持さ
れ、所定場所に移送される。

【００４５】波消し板６０３，７０３は、内部容器内に
保持された溶液の遥動を制限し、かつセプタ６０４，７
０４を支持する。波消し板は、格子状に壁状部材を備え
て、容器内を３行４列計１２区画に分割する。保持用液
表面を小さく区分する為、容器移動時の波発生を防止す
る。区画が狭いほど波消しの効果は高くなるが、指のサ
イズより小さくなると洗浄に不向きとなる。そこで、中
央部区画は３５×３５mm、周辺部区画は３５×１６mm、
そして角部区画は１６×１６mmとしている。また、容器
底部には波消し板が存在せず、区画間で液体が移動でき
る為、液面高さは全区画で同一である。これは、洗浄、
および電気泳動の必要上、全中空電極は同じ深さまで液
中に挿入する必要がある為である。

【００４６】仮に、本波消し板の無い状態で、バッファ
容器、及び洗浄水容器を高速で搬送し、アレイ位置への
容器移動終了時に液面が波打っていると、全部の導入端
部が常に液中にある保証がない。波の発生により、一次
的に導入端部が空気中に露出している可能性がある。こ
の状態では、高電圧を印加して電気泳動を実施すること
は好ましく無い。また、溶液に波を生じさせる様に各容
器を低速移動すると、導入端部が大気中に長時間露出す
ることになる。特に、予備泳動からサンプル注入までの
間に、導入端部が大気中に１４秒以上露出すると分離能
が大きく低下してしまう。また、液面に波が生じている
と導入端部の大気露出時間を正確に把握できない。

【００４７】さらに、本波消し板の無い状態で各容器を
高速搬送すると、揺動により、溶液が容器外に飛散する
畏れがある。溶液がキャピラリ位置の周辺デバイスに付
着すると、電気泳動の際の高電圧印加により短絡，放電
が発生する為、装置の誤動作や故障の原因となる。特
に、バッファ液が飛散して装置に付着し、そのまま乾燥
して固着すると、除去が非常に困難となる。容器に波消
し効果をもたせることができれば、上記の問題を回避す
ることが可能となる。

【００４８】尚、波消し板の他に、例えば、容器底面を
凸凹の溝形状としたり、棒状部材をマトリクス状に配置
して、流体に対して抵抗となる部材を容器内に備える方
法もある。

【００４９】また、例えば、容器中にスポンジのような
多孔質、かつ柔軟な含水性の優れた保液部材を配する方
法がある。バッファ液，洗浄水を前記部材に含ませて搬
送することにより、容器外への溶液飛散を起こすことな
く高速での容器搬送を行うことができる。この場合、保
液部材は中空電極の挿入に対して容易に孔が開き、その
状態で導入端部先端は液中に浸っている必要がある。

【００５０】また、例えば、粘性が高く、かつ低密度の
液相皮膜で溶液表面を覆うことにより、溶液表面での波
動を抑制し、溶液の飛散を防止する効果を得ることがで
きる。液相皮膜の代わりに、導入端部列の間隔より小さ
な浮きを多数液面に配置しても良い。

【００５１】また、例えば、グリッパにＸ，Ｙ，Ｚ３軸
方向に容器を加振するアクチュエータと容器内の溶液の
揺動の方向，速度を検出する流体速度検知センサを備
え、これにより溶液の揺動に低減する動きを容器に加え
ることにより、揺動を低減することが可能である。

【００５２】図８は、上記の容器を移送するグリッパの
概略図である。図９（ａ）は、グリッパ内部の機構を示
す模式図である。図９（ｂ）は、ホールド時を示す模式
図であり、図９ｂは、リリース時を示す模式図である。
以下、図８〜図９（ｃ）を参照してグリッパについて説
明する。

【００５３】グリッパ８は、Ｘリニアガイド８０２上を
移動するように配置されている。また、Ｘリニアガイド
は、Ｚリニアガイド８０４上に、ＺリニアガイドはＹリ
ニアガイド８０３上に配置されている。各リニアガイド
は互いに直交するように配置されている。これにより、
グリッパはＸ，Ｙ，Ｚの直交する３軸上を移動し、オー
トサンプラ内で任意の３次元座標上の位置に移動するこ
とが可能となる。

【００５４】次に、図９でグリッパによる各容器の着脱
の機構を示す。グリッパの容器着脱機構は、容器の連結
孔に挿入するハンドル９０１，ハンドルに固定されるラ
ック９０２，モータに接続してモータの回転をラック、
およびハンドルを前後運動させるためのピニオン９０３
から構成される。モータの正転，逆転を切り替えること
によりハンドルの動作方向を制御し、回転量で動作量を
制御する。これにより、容器９０５をグリッパ上に保持
するホールド，容器をグリッパから解放するリリース、
の切換えを行う。

【００５５】容器の移動について、バッファ容器保持部
２０４にあるバッファ容器を、アレイ位置２０１に移動
する場合を例として説明する。

【００５６】グリッパはハンドルをリリース状態のまま
バッファ容器保持部の位置に移動し、移動終了後ハンド
ルをホールドする。これにより、バッファ容器がグリッ
パに固定される。そして、アレイ位置に移動し、バッフ
ァ容器を中空電極へ向けて押し上げることで、導入端部
をバッファ液中に浸す。バッファ容器をバッファ容器保
持部に戻すときは、バッファ容器を下げて、ロードヘッ
ダから開放する。そして、バッファ容器保持部の位置に
移動し、ハンドルをリリースすることにより、容器を保
持部に戻すことができる。

【００５７】グリッパは単一容器のみホールド／リリー
スを行う構成を取っている。これは仮に複数の容器を同
時にグリッパ上に保持して移動させようとする場合に生
じるグリッパの占有面積，および重量の増加、それに伴
うオートサンプラのデッドスペース，重量の増加を回避
するためである。複数容器を同時に搬送できるようにし
た場合にオートサンプラ全体の重量・占有面積が増加す
る理由を以下で説明する。仮にＬ×Ｔのサイズの容器を
領域ＬＬ×ＴＴの範囲で搬送する場合に、Ｌ方向に２個
の容器を並べて搬送するとき、（ＬＬ＋２・Ｌ）×ＴＴ
のスペースを必要とすることとなる。つまりオートサン
プラは容器１個のみの場合と比較して２×Ｌ×ＴＴの面
積を余分に必要とする。さらに装置のたわみによる変形
を防止する、つまり剛性を確保した上でサイズを増加さ
せねばならないことから、重量の増加は面積の増加率で
ある２×Ｌ／ＬＬよりも更に大きくなる。デッドスペー
ス、および重量の増加は容器の面積が大きくなるほど顕
著になり、本実施例のように９６ウェル以上の大容量の
サンプル容器をハンドリングする場合、重量増加により
微小制御が困難となる。

【００５８】図１０は、オートサンプラ部関連機構の回
路制御図である。以下、図１０を参照にオートサンプラ
部制御回路について説明する。オートサンプラ部制御回
路は、ＣＰＵ１００１，メモリ１００２，グリッパを
Ｘ，Ｙ，Ｚ各軸方向に移動させるためのアクチュエータ
であるＸモータ１００３ａ，Ｙモータ１００４ａ，Ｚモ
ータ１００５ａ，モータの回転運動を直線運動に変換し
て任意の座標位置に移動させるためのＸリニアガイド１
００３ｂ，Ｙリニアガイド１００４ｂ，Ｚリニアガイド
１００５ｃを基本構成としている。図１０において、Ｘ
モータはグリッパをＸ軸方向に移動させるためのアクチ
ュエータであり、同様にＹ，Ｚモータはそれぞれグリッ
パをＹ，Ｚ軸方向に移動させるためのアクチュエータで
ある。また、Ｘ，Ｙ，Ｚの各リニアガイドは上記モータ
の回転運動を直線運動に変換して任意の座標位置に移動
させる機能を有する。

【００５９】さらに電源投入時、あるいは停電等により
メモリ１００２内のグリッパの現在位置データが失われ
た場合に、原点位置合わせを行うため各リニアガイドは
それぞれＸ原点検知センサ，Ｙ原点検知センサ，Ｚ原点
検知センサを備える。

【００６０】また、グリッパによる容器のホールド，リ
リースを制御するためのグリッパモータ１００６ａ、お
よびハンドル１００６ｂと、初期化時にハンドル位置の
検知を行うためのハンドル初期化センサ１００６ｃを備
える。グリッパ上面にはホールドしている容器の種類
（バッファ容器、他）を識別するための容器種類識別セ
ンサ１００７を備える。これとバッファ容器エンプティ
検知センサ１００８，洗浄水容器エンプティ検知センサ
１００９，廃液容器エンプティ検知センサ1010，パーキ
ングエンプティ検知センサ１０１１とを組み合わせるこ
とにより、正しい容器をアレイ位置、もしくは各容器保
持部，パーキング等へ移動することができる。上記のエ
ンプティ検知センサは、各容器保持部，パーキングに配
置され、それらに容器がセットされているか否かの判別
を検知するセンサである。

【００６１】またサーバにサーバエンプティ検知センサ
１０１２を備えることにより、未測定のサンプル容器が
残っているか否かの検知を行う。さらにレシーバにエン
プティ検知センサ、およびフル検知センサを備えること
によりレシーバに測定済みサンプル容器があるか否か、
ある場合レシーバが最大収納個数いっぱいに収納してこ
れ以上の容器収納ができないかどうかの判別を行うこと
ができる。エンプティ検知，フル検知は反射型光センサ
を用い、容器に照射した光の反射光を検知することで判
別が可能である。

【００６２】図１１（ａ）は、標準的な測定動作の全体
を示すフローである。また、図１１（ｂ）は、測定動作
の詳細を示す動作モード一覧表である。以下、図１１
（ａ），図１１（ｂ）を参照して、本装置の動作ステッ
プを示す。尚、この測定動作フローでは、オートサンプ
ラがバーコードリーダを備え、サンプル容器に貼付され
たバーコードの読み取りが可能となっている。

【００６３】測定開始前の待機状態ではバッファ容器が
アレイ位置にある。これは、後述するようにキャピラリ
内のゲルの乾燥に伴う変質が、泳動時の分離能の低下
等、測定精度の悪化を招く傾向があり、バッファ液中に
導入端部を浸しておくことにより電極先端のゲルの乾燥
を防止するためである。

【００６４】測定動作を開始するとパーキングにサンプ
ル容器が無いことを確認して、サーバからサンプル容器
を取り出し、バーコードリーダの読み取り位置に搬送す
る。

【００６５】次いで容器のバーコードの読み取りを行
い、測定後にサンプル液のデータと測定データの照合を
可能にする。

【００６６】次にサンプル容器が蒸発防止用フィルムで
カバーされている場合、孔開け位置に搬送して孔開け動
作を行う。孔開け動作終了後、あるいは蒸発防止用フィ
ルムが無い場合にはサンプル容器をパーキングにセット
し、測定動作を実行する。

【００６７】次に、図１１（ｂ）に基づき、キャピラリ
に対するゲル充填の操作から始まる測定動作について説
明する。図１１（ｂ）は、実施動作、実施動作が容器の
移動であった場合対象となる容器、及びどこからどこへ
の移動であるかを表示している。

【００６８】まず廃液容器をキャピラリ位置に搬送し
て、導入端部を廃液に浸るようセットする（１）。次
に、図１のシリンジ１１０内のゲルを加圧することによ
りキャピラリ１０１内部に充填する（２）。キャピラリ
下に廃液容器を配置したのは新規に充填されたゲルに押
し出される使用済みゲルを廃液容器で受けるためであ
る。ゲル充填後、廃液容器は保持部に搬送，装着される
（３）。次いで洗浄水容器を洗浄容器保持部からキャピ
ラリ位置に搬送し、中空電極を洗浄液中に挿入すること
により、同電極外側に付着した使用済みゲルを除去する
（４）。洗浄水容器の保持部への搬送，装着とバッファ
容器のキャピラリ位置への搬送を行う（５）（６）。次
いで中空電極をバッファ液に浸した状態で中空電極とア
ース電極107との間に高電圧を印加し、予備泳動を行う
（８）。

【００６９】予備泳動は、キャピラリ内のゲル中にサン
プルのない状態で電流を流すことにより、電気泳動時の
ゲルの特性を安定化させるための操作である。予備泳動
の後にバッファ容器の保持部へ搬送、装着し、さらに洗
浄水容器を保持部からキャピラリ位置へ搬送し、アレイ
洗浄を行う（９）（１０）（１１）。予備泳動からアレ
イ洗浄までの容器の搬送に要する時間は１４秒以内、好
適には１０秒以内である必要がある。これは導入端部を
空中に長時間露出した場合、キャピラリ先端のゲルが乾
燥，変質して電気泳動特性に悪影響を与える為である。

【００７０】アレイ洗浄後、洗浄水容器を保持位置へ搬
送，装着し、サンプル容器をパーキングからキャピラリ
位置へ移動する（１２）（１３）。アレイ洗浄からサン
プル容器のキャピラリ位置への搬送終了までの動作も、
前述の場合と同じ理由で１４秒以内、好適には１０秒以
内で行う必要がある。導入端部を試料中に浸した状態
で、アース電極と中空電極の間にパルス状の電圧を印加
することにより、ゲル中にサンプルの注入を行う（１
４）。サンプル注入後、サンプル容器をパーキングに搬
送し装着する（１５）。その後、洗浄水容器を保持部か
らキャピラリ位置に搬送し、アレイ洗浄を行う（１６）
（１７）。このアレイ洗浄は中空電極、およびキャピラ
リ外部に付着したサンプルを除去し、電気泳動の際のバ
ッファ液への混入を避けるための操作である。その後、
洗浄水容器の保持部への搬送，装着の後、バッファ容器
を保持部からキャピラリ位置に搬送する（１８）（１
９）。導入端部をバッファ液に浸した状態でアース電極
と中空電極の間で高電圧を印加し、電気泳動を行う（２
０）。電気泳動終了後、バッファ容器を保持部へ搬送，
装着し(２１)する。パーキングのサンプル容器をレシー
バに搬送，収納する(２２)。さらにバッファ容器を保持
部からキャピラリ位置に搬送し、導入端部をバッファ液
に浸した状態で一連の測定動作を終了し、待機状態とな
る（２３）。

【００７１】上述の様に、（８）予備泳動から、（１
４）サンプル注入の間の動作は、導入端部乾燥防止のた
め空中露出時間を特に短時間に制限しなければならない
領域である。このため、乾燥に敏感なゲルを使用した場
合露出時間を１４秒、好適には１０秒以内とすることが
求められる。各容器のサイズから移動距離を一定以上に
縮めることが困難である為、搬送速度を高速化して露出
時間を短縮する必要がある。また搬送速度の高速化は、
測定動作のスループット向上にも繋がる。

【００７２】図１２（ａ）から（ｄ）は、（１１）アレ
イ洗浄から、（１４）サンプル注入までの各動作を視覚
的に示している。

【００７３】まず、アレイ洗浄時にアレイ位置にあった
洗浄水容器１２０５ｂを洗浄水容器保持部１２０５ａへ
搬送する。その際グリッパ１２１０は洗浄水容器をホー
ルドしたまま矢印で示される経路を通過して洗浄水容器
保持部へ移動し、移動終了後容器をリリースする（図１
２（ｂ））。その後、グリッパはパーキングへ移動しサ
ンプル容器１２０２ｂをホールドする（図１２
（ｃ））。さらにアレイ位置に移動してサンプル注入を
行う（図１２（ｄ））。この間、図に見られるように
Ｘ，Ｙ，Ｚ各軸方向に移動を繰り返すため、図１２
（ａ）から（ｄ）を前述の１４秒以内、特に１０秒以内
に実行しようとするとグリッパの上下左右方向の加減速
が大きくなる。しかし、波消し板で容器内を狭い区画に
遮蔽してしている為、高速での容器搬送に対して容器内
部の溶液の遥動を低減できる。このため、制限時間内
に、確実に、キャピラリの全導入端を液中に挿入でき
る。また、容器移動時における、バッファ液の容器外飛
散を防止できる。電気泳動の際に高電圧を印加するた
め、飛散したバッファ液は、短絡，放電等による装置故
障の原因となる畏れがある。また、乾燥し、装置に固着
したバッファ液の除去は困難である。しかし、本装置で
はこれらの問題が生じない。

【００７４】図１３は、導入端部の空中露出時間と、測
定結果のクロスオーバーポイントの相関を示すグラフで
ある。クロスオーバーポイントは、装置の分解能を示
し、大きな値ほど分解能低下を意味する。ここで露出時
間はアレイ洗浄−サンプル注入の間の時間を採ってい
る。より詳細には、全ての導入端部が洗浄水から離れた
時点から、全ての導入端部が試料に接触した時間であ
る。測定に使用したゲルは、Applied Biosystems社製
「ＰＯＰ−７」である。測定結果より、本ゲルが大気露出
に対して比較的敏感であり、露出時間が１４秒を超える
クロスオーバーポイントが急激に悪化することが理解で
きた。しかし、本装置では、露出時間の限界が１０秒以
下であるため、ゲルを最良の状態で使用できる。

【００７５】

【発明の効果】本発明により、試料を泳動分離する際の
分解能が劣化しない。また、試料のスループットを向上
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】電気泳動装置の基本的原理を示す概略図であ
る。

【図２】ステーション及びスタッカの上面概略図であ
る。

【図３】ステーション，スタッカ及びグリッパの概略図
である。

【図４】サンプル容器の構成部材を示す斜視図である。

【図５】サンプル容器の断面図である。

【図６】バッファ容器の構成部材を示す斜視図である。
尚、バッファ容器は、洗浄水容器、及び廃液容器と同一
構成である。

【図７】バッファ容器の断面図である。

【図８】グリッパの概略図である。

【図９（ａ）】グリッパの容器保持機能の説明図であ
る。

【図９（ｂ）】ホールド時を示す概略図である。

【図９（ｃ）】リリース時を示す概略図である。

【図１０】装置の制御回路図である。

【図１１（ａ）】測定フローである。

【図１１（ｂ）】測定フローにおける測定動作手順の一
覧表である。

【図１２（ａ）】測定フロー（アレイ洗浄）を示す模式
図である。

【図１２（ｂ）】測定フロー（洗浄水容器収容）を示す
模式図である。

【図１２（ｃ）】測定フロー（サンプル容器ホールド）
を示す模式図である。

【図１２（ｄ）】測定フロー（サンプル注入）を示す模
式図である。

【図１３】導入端部の大気露出時間とクロスオーバーポ
イントの関係を示すグラフである。

【符号の説明】

１０１…キャピラリ、１０２…中空電極、１０３…バッ
ファ液、１０４…ゲルブロック、１０５…キャピラリヘ
ッド、１０６…バルブ、１０７…アース電極、１０８…
検出部、１０９…レーザ光、１１０…シリンジ、１１
１，３１０…恒温槽、１１２…高電圧電源、１１３，３
０９，１２０９…ロードヘッダ、１１４…励起光学系、
１１５…導入端部、１１６…バッファ液、２０１…アレ
イ部、202…パーキング、２０３，３０３ａ，１２０３
ａ…孔開け部、２０４…バッファ容器保持部，洗浄水容
器保持部、２０６…廃液容器保持部、２０７，３０７ａ
…サーバ、２０８，３０８ａ…レシーバ、２０９，３１
１…ステーション、２１０，３１２…スタッカ、３０１
…アレイ位置、３０２ａ…パーキング、３０２ｂ…サン
プル容器、３０３ｂ…孔開け位置、３０４ａ…バッファ
容器保持部、３０４ｂ，１２０４ｂ…バッファ容器、３
０５ａ…洗浄水容器保持部、３０５ｂ…洗浄水容器、３
０６ａ…廃液容器保持部、３０７ｂ…サンプル容器(未
測定)、３０８ｂ…サンプル容器（測定済み）、３１
３、８０１…グリッパ、４０１，５０１，６０１，７０
１…ホルダ、４０２，５０２…サンプルプレート、４０
３，５０３，６０４，７０４…セプタ、４０４，５０
４，６０５，７０５…クリップ、405…取付け溝、５０
５、７０６…貫通孔、５０６…連結孔、６０２，７０２
…容器、６０３，７０３…波消し板、６０６…取付け
溝、７０７…連結孔、８０２…Ｘリニアガイド、８０３
…Ｙリニアガイド、８０４…Ｚリニアガイド、９０１…
ハンドル、９０２…ラック、９０３…ピニオン、９０４
…グリッパフレーム、1201…アレイ位置、１２０２ａ…
パーキング、１２０２ｂ…サンプル容器、1203ｂ…孔開
け位置、１２０４ａ…バッファ容器保持部、１２０５ａ
…洗浄水容器保持部、１２０５ｂ…洗浄水容器、１２０
６ａ…廃液容器保持部、１２０６ｂ…廃液容器。

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１４年１０月３日（２００２．１０．
３）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】発明の名称

【補正方法】変更

【補正内容】

【発明の名称】電気泳動装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者小沢美穂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)発明者小島正也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)発明者エリックエスノードマンアメリカ合衆国カリフォルニア州 94404 フォスターシティリンカンセンタードライブ 850 アプライドバイオシステムズ内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】以下の構成を含む電気泳動装置；（１）試料を分離する分離媒体が充填され、試料を導入
する導入端部と励起光の照射される光照射部を備えた、
複数のキャピラリ；（２）導入端部と光照射部を含む通電路に電圧を印加す
る電源機構；（３）光照射部に光を照射する励起光学機構；（４）光照射部から放射される光を検出する受光光学機
構；（５）導入端部を浸す液体を保持し、流体抵抗部材を備
えた液体保持容器；（６）液体保持容器を移送する容器移送機構。
【請求項２】請求項１記載の電気泳動装置であって、前記「流体抵抗部材」が「前記液体の表面を複数の区画
に分割する仕切り部材」である電気泳動装置。
【請求項３】請求項１記載の電気泳動装置であって、前記「液体抵抗部材」が「前記液体中の表面を複数の区
画に分割し、少なくとも導入端部の接する区画の液面高
さは同一とする仕切り部材」である電気泳動装置。
【請求項４】請求項１記載の電気泳動装置であって、前記「液体抵抗部材」が「該液体中を漂う流体抵抗部
材」である電気泳動装置。
【請求項５】請求項１記載の電気泳動装置であって、前記「液体抵抗部材」が「該液体に浮かぶ浮き」である
電気泳動装置。
【請求項６】請求項１記載の電気泳動装置であって、前記「液体抵抗部材」が「スポンジ」である電気泳動装
置。
【請求項７】以下の構成を含む電気泳動装置；（１）試料を分離する分離媒体が充填され、試料を導入
する導入端部と励起光の照射される光照射部を備えた、
複数のキャピラリ；（２）導入端部と光照射部を含む通電路に電圧を印加す
る電源機構；（３）光照射部に光を照射する励起光学機構；（４）光照射部から放射された光を検出する受光光学機
構；（５）複数の試料を保持するサンプル容器；（６）導入端部を浸す液体を保持する液体保持容器；（７）サンプル容器を保管するサンプル容器保管機構；（８）サンプル容器の保持する試料が導入端部と接触す
るサンプル容器使用位置；（９）導入端部が大気に露出してから１４秒以内に、サ
ンプル容器を、サンプル容器保管機構からサンプル容器
使用位置に移送する移送機構。
【請求項８】請求項６記載の電気泳動装置であって、前記移送機構が、導入端部が大気に露出してから１０秒
以内に、サンプル容器を、サンプル容器保管機構からサ
ンプル容器使用位置に移送する電気泳動装置。
【請求項９】請求項６記載の電気泳動装置であって、以
下の構成を含み；（１０）導入端部を浸す緩衝液を保持する緩衝液容器；
前記移送機構が、導入端部が緩衝液と分離してから１４
秒以内に、液体保持容器を、前記液体が導入端部と接触
する位置に移送する電気泳動装置。
【請求項１０】請求項８記載の電気泳動装置であって、前記制御機構が、導入端部が大気に露出してから１０秒
以内に、サンプル容器を、サンプル容器保管機構からサ
ンプル容器使用位置に移送し、かつ導入端部が緩衝液と
分離してから１０秒以内に、液体保持容器を、前記液体
が導入端部と接触する位置に移送する電気泳動装置。
【請求項１１】請求項７記載の電気泳動装置であって、前記制御機構が、少なくとも前記サンプル容器と前記液
体保持容器を着脱保持するグリップを有する電気泳動装
置。