JP2004144479A - Multi-capillary array electrophoresis system - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To enhance analytical precision in an electrophorestic system wherein irradiation light is emitted to pass successively through a plurality of capillaries to a detecting part of a multi-capillary array comprising the plurality of capillaries. <P>SOLUTION: A liquid or solid having a refractive index higher than that of air and not higher than that of water is interposed in a space between the capillaries to reduce a scattering level of detected light caused by the capillaries. Refraction and reflection are regulated when the irradiation light passes through the capillaries, so as to reduce optical loss caused by the transmission of the light through the plurality of capillaries, and light intensity emitted to a sample is thereby prevented from being reduced. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、蛍光標識されたDNAなどの試料を電気泳動により分離し、該試料を分析する電気泳動装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
DNAの塩基配列および塩基長の決定等を目的として、石英管およびそれを覆うポリマ被覆からなるキャピラリを用いた電気泳動法が用いられている。石英キャピラリ中のポリアクリルアミド等の分離媒体に測定対象であるDNAを含む試料を注入して、キャピラリの両端部に電圧を印加する。試料中のDNA合成物はキャピラリ内を移動し、分子量の大きさ等によって分離されキャピラリ内にDNAバンドを生じる。各DNAバンドには蛍光色素が加えられており、レーザ光の照射によって発色し、これを蛍光計測手段で読み取り、DNAの配列を決定する。蛋白質の分離・分析も同様に行って、蛋白質の構成を調べることができる。
【0003】
レーザ光の照射方式の一つは以下のようなものである。平面基板上に並んだ複数のキャピラリからなるキャピラリアレイの一方あるいは両側の端のキャピラリ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に次々と伝搬してキャピラリアレイを横断する構成をとる方式がある。ここで、キャピラリ中でレーザ光が照射される個所及びその近傍においては、キャピラリの表面のポリイミドなどの被覆は除去されている。
【0004】
しかし、キャピラリと空気の接触面の様に屈折率が異なる境界面をレーザ光が透過するとき、境界面を構成する物質の屈折率差によるレーザ光の分散と反射の影響でレーザ光は減衰する。したがって、レーザ光がいくつものキャピラリを透過して伝播する過程で、レーザ光は指数的に減少し、分析精度が低下する。
【0005】
そこで、キャピラリ間に所定の屈折率を有する光伝達媒体を充填し、屈折率と反射率を調整することで、屈折と反射によるレーザ光の損失を抑制する考え方がある。
【0006】
ここで、このレーザ光照射方式の公知例には、キャピラリとキャピラリの間の空間であってレーザ光が通過する空間の少なくとも一部が空気以外の媒体で満たされたものが存在する(下記特許文献1、下記特許文献2、下記特許文献3)。これらの明細書においては、キャピラリの石英内径,石英外径,キャピラリ内に充填する分離媒体の屈折率等のパラメータに応じて、キャピラリ間に充填する媒体の屈折率の条件が記載されている。本明細書では、これら明細書の内容を、権利解釈を制限しない範囲において援用する。
【0007】
しかし、前述の明細書においては、キャピラリの石英内径,石英外径,キャピラリに充填する分離媒体の屈折率等のパラメータに応じて、キャピラリ間に充填する媒体の屈折率の条件が記載されている。下記特許文献1においては、キャピラリ間に充填する媒体として液体たとえば、水,水溶液あるいは空気,真空が記載されている。下記特許文献2においては、キャピラリ間の充填物として、屈折率が1.3−1.5の物質として水のみが記載されている。また下記特許文献3においては、キャピラリ間の充填物は、透明液体として屈折率が1.33−1.37の水と緩衝液,透明気体として空気及びガラス質体として石英ガラスが例示されている。
【0008】
【特許文献1】
米国特許第5790727号明細書
【特許文献2】
米国特許第5582705号明細書
【特許文献3】
米国特許第5833827号明細書(特開平9−152418号,特開平9−96623号)
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、複数のキャピラリからなるマルチキャピラリアレイの検出部に対し、照射光が複数のキャピラリを同時に貫くように照射される電気泳動装置の分析精度の向上を図ることに関する。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明は、試料を電気泳動により分離する複数のキャピラリを備えたキャピラリアレイの検出部に対し、照射光を複数のキャピラリを同時に貫くように照射して、それによって生じる試料情報を検出する電気泳動装置において、キャピラリの間の空間に、屈折率が空気より大きく、水の屈折率より大きくない液体又は固体を介在させて、照射光がキャピラリによって散乱する量を減少させたことを特徴とする。これにより、照射光がキャピラリを通過する際の屈折・反射を調整し複数のキャピラリを透過することによる光損失を低減して、試料に照射される光強度の低減を防止する。本発明おいて、キャピラリ間に充填される物質は、常温,常圧で液体,半固体又は固体であり、その屈折率は水より小さい物質が好ましい。
【0011】
前記公知例においては、石英ガラス(屈折率1.46)が記載されているが、キャピラリに照射される照射光の反射や散乱を十分減少させることはできない。上記特許文献2には水溶液が記載されているが、その具体的な記載はない。また、前記公知例には空気,真空なども使用できるように記載されているが、これらは屈折率が小さすぎて、使用できるものではない。したがって、キャピラリ間に充填する物質は、最大でも水と同じ屈折率を有し、好ましくは、水よりも小さい屈折率を有する物質が望ましい。また、空気や真空の屈折率より大きい屈折率を有し、好ましくは1より十分大きい屈折率を有する物質が望ましい。
【0012】
具体的には、常温,常圧で液体のフッ素含有化合物(液体,半固体,ポリマのいずれでもよい)であって、屈折率が1.25−1.32の材料がよい。この含フッ素化合物については後で詳細に説明する。
【0013】
また、本発明は、前記複数のキャピラリを液体中に浸した電気泳動装置において、前記液体の膨張を給する機構を上記液体の容器に付加して、液体の温度上昇による上記容器の破損や液漏れを防止する。また、上記液体の温度を制御することにより、照射光が通過する部分の前記液体の屈折率勾配を調整し、照射光が湾曲するのを抑止して、試料に照射される光強度の低減を防止する。
【0014】
また、本発明は、キャピラリ周囲に所定屈折率の光伝導媒体を設けた電気泳動装置において、該光伝導媒体の表面形状を所定の曲面に形成することにより、試料から生じた光の進行方向を調整して、検出機構が検出する光強度を増大することができる。
【0015】
本発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴を、図面を参照して詳細に説明する。
【0016】
【発明の実施の形態】
実施例1
本実施例にかかるマルチキャピラリ電気泳動装置の全体構成を図2に示す。
本実施例にかかるマルチキャピラリ電気泳動装置は、検査試料を分離するための分離媒体を含むキャピラリからなるマルチキャピラリアレイ1と、マルチキャピラリアレイの負電極2と試料導入部11−3とを浸すバッファー液3を保持する第1バッファー容器11−4と、バルブ6を有するゲルブロック4と、ゲルブロック4とアース電極7とを浸すバッファー液12を保持する第2バッファー容器11−7と、キャピラリアレイ内に泳動媒体であるゲルを注入するためのシリンジ10と、試料に依存する情報を取得するための検出部11−8と、コヒーレント光であるレーザ光9を光照射部8に照射する光源11−1と、試料が生じる蛍光を取得する測定部(図示しない)と、キャピラリアレイの温度を調節する恒温槽11と、分離媒体に電圧を印加する高圧電源11−2から構成される。
【0017】
マルチキャピラリアレイ1は、DNA分子などのサンプルが含まれている検査試料と検査試料中のDNA分子を分離するための分離媒体であるポリマ水溶液が充填される、管状部材である石英製キャピラリを96本有する。マルチキャピラリアレイ1の一端には、キャピラリ内に試料を導入できる試料導入部11−3が形成され、負電圧を印加できる電極2が配置されている。他端には、ゲルブロック4と連結し、ゲルブロック4とマルチキャピラリアレイ1との間で分離媒体を移動できる接続部5を有する。試料導入部11−3と接続部5の間に、レーザ光が照射される光照射部8を含む検出部11−8を有する。
【0018】
ゲルブロック4とシリンジ10は、泳動媒体であるポリマ水溶液をキャピラリ内に注入する流動媒体注入機構11−5である。キャピラリ内に、泳動媒体であるポリマ水溶液を充填する際には、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内のポリマ水溶液をキャピラリ内に注入する。
【0019】
キャピラリアレイ1,ゲルブロック4,バッファー液3,電極2,アース電極側のバッファー12,アース電極7、及び高圧電源11−2は、検査試料を電気泳動するための電圧印加機構を構成する。電気泳動をする際には、負電極2をバッファー液3に浸し、バルブ6を開放する。これにより、負電極2,バッファー液3,マルチキャピラリアレイ1(より正確には、キャピラリ内のポリマ水溶液),ゲルブロック(より正確には、ゲルブロック内のポリマ水溶液),アース電極側のバッファー12、及びアース電極7からなる通電路が形成される。この通電路に高圧電源11−2により電圧を印加する。通電路に電圧が印加されると、ポリマ水溶液中の検査試料が電気泳動し、その分子量等の性質に従い分離される。
【0020】
電気泳動装置の光学系は、光源11−1と、光照射部8を含む測定部11−8と、検出部から生じる蛍光を検出する検出機構から構成される。光源11−1は、コヒーレント光であるレーザ光9(アルゴンイオンレーザからの488.0nmおよび514.5nm の光)を発振する。検出部11−88には、レーザ光9がキャピラリを透過する個所である光照射部8が並列配置されている。そして、複数本のキャピラリの光照射部8を同時に貫くように、検出部11−8にレーザ光9が上下両方向から照射される。このレーザ光9が検査試料を励起して、検査試料から蛍光が放出される。この蛍光を、CCD34を含む検出機構により検出して、DNA分子配列等の検査試料に依存した情報を取得できる。
【0021】
図3に、キャピラリアレイ中の検査試料からの蛍光の検出機構34−2と、光照射部8を示す。検出機構34−2は、蛍光集光レンズ31,グレーティング32,フォーカスレンズ33、及びCCD34から構成される。光照射部8にレーザ光9が照射されることで生じる、キャピラリ16中の検査試料からの蛍光35は、蛍光集光レンズ31によって平行光36となり、グレーティング32によって分光され、フォーカスレンズ33によってCCD34上に結像される。図3の右図にその結像に関する要素(検出部11−8、グレーティング32、CCD34)の様子を示す。Y軸方向に96本のキャピラリ像が並び、X軸方向に各キャピラリからの発光が分光される。
【0022】
恒温槽(オーブン)11は、キャピラリアレイ1の温度を制御するための温度制御機構である。これにより、キャピラリアレイ1の大部分は、例えば60℃などの一定温度に保温される。
【0023】
検出部11−8について説明する。図1に、検出部11−8の側面図(1a)と正面図(1b)を示す。検出部11−8は、96本のキャピラリ16と、アレイ台15と、セル蓋20と、押さえ板17と、気泡排除ブロック23と、充填媒体(F溶液19)と、気泡22より構成される。
【0024】
キャピラリの配列について説明する。石英製のアレイ台15は、キャピラリを配列するための基準平面が形成されている。96本のキャピラリが全て基準平面接触するように、かつ、隣接キャピラリが互いに接触するようにアレイ台15上に配列される。キャピラリ16を固定するための押さえ板17とアレイ台15との間に挟み込むことで、キャピラリ16はアレイ台15に対して接着固定されている。これにより、キャピラリは平面状に並列配置され、各キャピラリの中心軸のズレは6μm以下となる。従って、96本ものキャピラリを同時に貫くようにレーザ光9を照射した際の、屈折や反射によるレーザ光9の損失の影響が低減できる。
【0025】
キャピラリの構造について説明する。キャピラリ16は、内径50um,外形126umの石英管18が、厚さ12umのポリマ被膜で覆われた構造をとり、全外径は150umである。キャピラリ内部にはDNAの分離媒体であるポリマ水溶液(屈折率1.41)が充填されている。光照射部8においては、ポリマ被膜が除去され、石英管18がむき出しの状態になっている。レーザ光9を照射すると、乱反射光の一部がキャピラリのポリマ被膜にあたり、このポリマ被膜が蛍光を発する場合がある。しかし、このポリマ被膜からの蛍光は押さえ板17により遮られ、測定部に到達しないようになっている。このため、SN比の高い高精度検出ができる。
【0026】
ここで、本実施例では、アレイ台15と、石英製のセル蓋20、およびそれらを固定する接着剤21が密閉構造を形成し、特定の液体・固体等の光伝導媒体を保持できる密閉容器(セル)を構成する。このセル内に光伝達媒体を充填することにより、キャピラリの間であってレーザ光が通過する空間を光伝達媒体で満たすことができる。言い換えれば、キャピラリ16の光照射部8は光伝達媒体に浸されている。尚、電気泳動時にはキャピラリに高電圧が印加されるため、キャピラリは帯電した空気中の埃を吸着してしまうが、キャピラリ16の光照射部近傍が密封容器により外気と隔離されているため光照射部8に塵が吸着しない。
【0027】
この光伝達媒体の選択が、電気泳動分析の分析能に極めて大きな影響を与える。その説明にあたり、レーザ光の伝播と、レーザ光の損失による問題点について述べる。本実施例では、検出部の上方と下方の両端から、それぞれレーザ光24,25をキャピラリアレイに照射する。2つのレーザ光24,25は、互いに重なり合うように照射されている。照射されたそれぞれのレーザ光は、隣接するキャピラリに次々と伝搬して96本のキャピラリを貫通し、キャピラリの光照射部8を横断する。ここで、レーザ光24,25がキャピラリ16と光伝達媒体の境界面を進行する場合、レーザ光24,25は屈折率の異なる媒質の境界面を通過することになり、屈折と反射によるレーザ光の散乱により光強度を損失する。この損失によりレーザ光24,25の光強度が弱くなると、キャピラリ16中の試料から生じる蛍光が小さくなるため、DNA分子配列等を高感度に分析できなくなる。以下、原則、これを「分離能が低下する」と表現する。
【0028】
レーザ光損失の解決方法としては、レーザ光の強度を強くすることで蛍光を大きくする方法も考えられる。しかし、レーザ光強度が強すぎるとDNA分子等の検査試料を変性させてしまうために、この解決方法には限度がある。
【0029】
また、複数本のキャピラリをレーザ光が貫通する電気泳動装置においては、各々のキャピラリに照射されるレーザ光強度の差が問題となる。レーザ光がキャピラリを通過するに従い、屈折や反射によりその強度は指数的に減少するため、入射するレーザ光強度が一番強いキャピラリから生じる蛍光と、一番弱いキャピラリ(キャピラリアレイの両側からレーザ光を照射する場合には真中のキャピラリ)から生じる蛍光の大きさに差が生じる。このとき、CCD34の検出レンジは全ての蛍光を収めるように設定する必要があるため、蛍光の強度の差が大きいとCCD34の分析性能を有効に活用できず、分析能が悪くなる。従って、キャピラリ間のレーザ光強度差が大きいと、検査試料の有効な分析ができない。特に、この屈折と反射による損失はレーザ光が貫くキャピラリの本数が多くなるに従い指数的に増大するため、24本以上のキャピラリからなる電気泳動装置では屈折と反射による光強度の損失は大問題となる。
【0030】
この屈折による損失と反射による損失は、その境界面の屈折率差に依存する。屈折率差が大きいと(反射率が大きいと)境界面をレーザ光が通過する際に反射による減衰が起こり、屈折率差が小さいと境界面を通過する際にレーザ光の分散による減衰が起こるためである。そこで、キャピラリ間に所定の屈折率を有する媒体を充填し、屈折と反射による損失の総和を抑制する方法が有効であると発明者は考えた。
【0031】
ここで、反射による損失について説明する。一般に媒質1(屈折率:n1)から媒質2(屈折率:n2)に入射角0で光が進行した場合の反射率(R)は次式で求められる。
反射率:R=[(n1−n2)/(n1+n2)]
【0032】
例えば、キャピラリ周囲の充填媒体が空気である場合、空気(n=1.00)と石英(n=1.46)の境界面での反射率は3.49%であるため、レーザ光がその境界面を一つ通過する毎に3.49% の光が反射し光強度の損失が生じる。この損失は、レーザ光が透過するキャピラリの本数が多くなるに従い指数的に増大する。反射による損失を減少させるためには、充填媒体の屈折率をキャピラリの屈折率に近づければよい。
【0033】
また、屈折による損失は、境界面を通過する際のレーザ光の分散(光が広がる状態)による減衰である。つまり、キャピラリ断面が楕円・円形の場合、キャピラリと充填媒体の境界面がレンズとして作用し、レーザ光が分離媒体が充填されているキャピラリ中空部に集中(光の密度が高まる)する。しかし、キャピラリとその周囲媒体の屈折率が小さいと、その境界面によるレンズ効果が減少し、レーザ光が発散するために損失が生じる。一般的に、媒質1(屈折率:n)から媒質2(屈折率:n)に光が進行した場合の入射角θ,出射角θの関係は次式で求められる。
sinθ=nsinθ
【0034】
したがって、一般的にキャピラリのレンズ効果を強めて屈折による損失を低減するためには、充填媒体とキャピラリの屈折率差を大きくすればよい。
【0035】
発明者は上記考察に基づき、キャピラリ周囲の光伝達媒体の屈折率Nと、発光強度比の関係のシミュレートした。シミュレート条件は、本実施例と同様の検出部構造を備えた96本のキャピラリを有するマルチキャピラリアレイについて、キャピラリ内部には屈折率1.41のポリマ水溶液が充填され、キャピラリのからのみレーザ光を照射した場合である。キャピラリの配列誤差を±6μm,レーザ径を72μm,光軸ずれを10μmと想定した。
【0036】
図13にそのシミュレート結果を示す。横軸は光伝達媒体の屈折率であり、縦軸は発光強度比である。発光強度比とは、レーザ光がキャピラリを次々に伝播する場合に、入射レーザ光に対する、それぞれのキャピラリ内を通過する光量の相対値を、96本のキャピラリについて平均したものである。図中の■は発光強度比の期待値(複数キャピラリの発光強度の平均値)を示し、■を含む上下方向の線は発光強度の分布を示す。
【0037】
発光強度比は、充填媒質の屈折率に対して、屈折率1.29 近辺を頂点とした山の形状となることが理解できる。屈折率が1.29 より小さい場合は、反射による損失の寄与が大きい。屈折率が1.29 より大きい場合は、屈折による損失の寄与が大きい。電気泳動分析において許容される発光強度比を0.35 以上とすれば、キャピラリ周囲の光伝達媒体としては、その屈折率が1.25から1.32の範囲にあるものが適することが理解できる。特に、屈折率1.29 の光伝達媒体は最適である。
【0038】
また、光伝達媒体はレーザ光を吸収しないほうが望ましい。光伝達媒体中をレーザ光が透過する際にしても、その光強度の減衰を抑えるためである。この減衰もキャピラリの本数が多くなり、光伝達媒体中のレーザ光路が長くなるに従い増大する。
【0039】
さらに、光伝達媒体は蛍光を発しないほうが望ましい。レーザ光により光伝達媒体自体が蛍光を発すると、その発光はノイズとなり、検査試料が発する蛍光の検出を阻害するためである。
【0040】
発明者は上記の条件を備えた光伝達媒体として最適な物質を探求した。そして、3M社製のFluorinert Electronic Liquid FC−43(以下、「F溶液19」)に辿りついた。尚、“Fluorinert”は3M社の登録商標である。F溶液19は、屈折率が約1.29 であり、粘性が低く、無色透明で、熱的化学的に非常に安定した完全フッ素化液体である。また、照射光を吸収せず、照射光を照射しても水のラマン散乱と同等以下の蛍光しか発しない。このため、複数のキャピラリを備えたマルチキャピラリ電気泳動装置の光伝達媒体として非常に適した物質である。さらに次の特性を備えており、これらが好適に作用する場合もある。1)電気絶縁性と熱伝導性が優れている。2)表面張力が非常に低く浸透性がすぐれている。3)高温,低温を問わず各種溶剤に溶解しない。4)不燃性,無毒,無臭で安全である。5)不活性で、電子部品,金属,プラスチック,ゴムなどをほとんど侵さない。図21に25[℃]におけるF溶液の化学的特徴を示す。
【0041】
本実施例にかかるキャピラリアレイの密封容器の内部には、F溶液19が充填されており、光照射部8はF溶液19に浸されている。これによりレーザ光がキャピラリ16表面を透過する際の屈折と反射による損失を低減して、検査試料が生ずる蛍光強度の減少を回避できるため、複数のキャピラリ、特に24本以上のキャピラリを有するマルチキャピラリ電気泳動装置において、分析能を向上させることができる。
【0042】
密封構造中には、F溶液19とともに、気泡22が充填されている。温度変化に伴うF溶液19の体積膨張により、密閉構造が破壊されることを防ぐためである。但し、気泡22は可動するため、レーザ光路上に侵入して分析に影響を与える可能性がある。そこで、気泡22がレーザ光路上に侵入することを防ぐために、気泡排除手段である石英製の気泡排除ブロック23が密封構造の中に形成されている。気泡排除ブロック23は、検出部11−8を電気泳動装置に備え付ける際に上となる位置で、レーザ光24及び25が透過する位置に配置される。これにより、密閉容器内の上方で、かつレーザ光24及び25が透過しない位置に気泡22を収容する空間20−2ができる。計測の際に気泡はセル上方に移動し、この空間20−2に留まるため、気泡22がレーザ光路を横断することを防止できる。また、アレイ台15の基準面が水平となり、基準面が下になるように光照射部8を電気泳動装置に備え付ける場合、光照射部20−3近傍のアレイ台15の基準面に溝状の空間を形成する。光照射部近傍のキャピラリの隙間には気泡が溜まりやすいが、溝状の空間の体積が気泡22の体積以上であればこの空間に気泡が留まるため、気泡22とレーザ光24及び25の接触を避けることができる。また、光照射部8を電気泳動装置に斜めに備え付ける、つまり、気泡22が、密封容器内の片隅で、かつレーザ光24及び25の透過しない位置に移動するように備え付けることでも、同様の効果が得られる。つまり、検出部を電気泳動装置に備えつけた際に、気泡がレーザ光24及び25の透過しない位置に残留するように密閉構造を形成することで、気泡22とレーザ光24及び25の接触を避けることができる。これにより、気泡22とF溶液19の境界面をレーザ光が通過することによる屈折及び反射による損失を回避できる。図14に、本実施例のCCDに結像されたイメージおよび96本のキャピラリからの発光強度分布を示す。尚、図4に93本キャピラリの場合のCCDに結像されたイメージおよび93本のキャピラリからの発光強度分布を示す。図14に示される発光は、分離媒体の発光スペクトル(主に水のラマン散乱)である。図に示すように、96本のキャピラリからの発光を同時検出することができる。図15に、96本のキャピラリ中の一本についての電気泳動結果を示す。尚、図5に、93本のキャピラリのうち、1本についての電気泳動結果を示す。ここでは、いわゆるサイズマーカーと呼ばれる塩基長が既知のDNAサンプルを測定対象とした。恒温槽内の温度は60℃、光照射部と試料導入端の間の長さは36cm、キャピラリに印加する電圧は、1cmあたり319Vであった。
【0043】
電気泳動装置のDNA分離能を示す標識の一つにクロスオーバーポイントがある。これは、光照射部における1塩基相当の分離長と、1塩基のDNAバンドの半値全幅が等しくなる塩基長を意味し、値が大きいほど電気泳動の分離能が大きいことを表す。図15のクロスオーバーポイントは410塩基であった。他の95本のキャピラリについても同様の結果を得ることができた。尚、図5のクロスオーバーポイントは、410塩基であり、他の92本のキャピラリについても同様の結果を得ることができた。
【0044】
以上より、本実施例においては、キャピラリ毎のクロスオーバーポイントが410塩基である高分析能のマルチキャピラリ電気泳動装置を提供できる。
【0045】
実施例2
入射レーザ光とセルのレーザ入射面の角度は一定に保つ必要がある。この角度がキャピラリアレイごとにばらつくと、レーザ光のセルへの入射角がばらつき、その結果、セル中のレーザ光路がばらつくためである。例えば、セルのレーザ入射面が石英であり、キャピラリを満たす媒体が屈折率1.29 の液体であるとき、セルのレーザ入射面が4mradばらつく場合には、セルへの入射点からレーザが20mm伝搬した地点におけるレーザ光路の変位は20umとなる。キャピラリ軸方向にレーザが変位すると、上下2方向照射される2つのレーザ光が同軸ではなくなり、レーザ光径が実効的に大きくなる。その結果、DNA検出の分離能(隣接するDNAバンドの識別能)が低下する等の性能低下につながる。また、キャピラリ軸と垂直方向(以下、「Z軸方向」という)にレーザ光が変位すると、キャピラリ内径内へのレーザ光照射量が減少し、信号強度が減少する。このような性能低下を避けるため、入射レーザ光とセルのレーザ入射面の角度を一定に保つ必要がある。
【0046】
特に実施例1にかかるマルチキャピラリ電気泳動装置において、分離媒体と検査試料が充填されるキャピラリの内径は50μm、キャピラリ中心軸の許容誤差(キャピラリ中心軸と基準面の距離のバラツキ)は±6μm、レーザ光径は72μmである。従って、キャピラリとレーザ光の位置関係をμオーダで精密に調整しなければ、分離能を担保することができない。さらに、マルチキャピラリアレイは電気泳動装置本体から脱着できることが好ましいが、装着に際してキャピラリとレーザ光の精密な位置調整が容易にできる必要がある。このため実施例2にかかる電気泳動装置では、マルチキャピラリアレイにおける電気泳動装置への取付基準面とセルのレーザ入射面を一定角度にし、かつ、この取付基準面と装置側の取付基準面を常に一定角度に取り付けられる構造を備えている。より詳細には、複数のキャピラリが並んだ平面を電気泳動装置のマルチキャピラリアレイ取付部における取付基準面に接触させることにより、前記取付基準面に対する垂線方向に関する平面基板と電気泳動装置の相対位置合わせを行い、かつ、前記平面基板のうちキャピラリが並んだ平面に対して垂直な一平面をマルチキャピラリアレイ取付部におけるもうひとつの取付基準面に接触させることにより、前記垂線方向に垂直な方向に関するキャピラリアレイと電気泳動装置の相対位置合わせを行うことにより、入射レーザ光とセルのレーザ入射面の角度を一定に保つことができる。
【0047】
図6に、実施例2のキャピラリアレイ取付部の正面図(6a)と正面図におけるA−A′断面(6b)を示す。尚、他の個所は実施例1と同様である。XYZ軸を図示の通り定義する。X軸はキャピラリ軸に平行な方向であり、Z軸は複数のキャピラリが並んだ基準平面に垂線な方向であり、Y軸はX軸とZ軸の双方に垂直な方向である。
【0048】
石英製のアレイ台15は、キャピラリのポリマ被覆を接触させてキャピラリを配列できる基準平面40−2と、電気泳動装置本体と接触する取付基準面P40と、取付基準面Q46が形成されている。アレイ台15の取付基準面Q46は、取付基準面P40に対して垂直で、X軸に対し平行である。基準平面40−2と取付基準面P40とは略並行でその距離は6μm以内であることが望ましい。本実施例のように、基準平面40−2と取付基準面P40とが同一平面上に形成されていると、キャピラリアレイを高精度に製作することができ好適である。
【0049】
電気泳動装置本体にあるキャピラリアレイ取付部は、マルチキャピラリアレイの取付基準面P40と取付基準面Q46とそれぞれ接する取付基準面P′41と取付基準線QQ′47,48が形成され、光照射部8に入射するレーザ光24,25が透過するレーザ光透過部51−7,試料が発する蛍光が透過する蛍光透過部51−6,取付部蓋51−11とバネ51−10からなる押圧部A51−8,押し当て棒44とバネ45からなる押圧部B51−9を備えている。
【0050】
押圧部A51−8は、マルチキャピラリアレイをキャピラリアレイ取付部に脱着する際に移動することができる。装着の際に、アレイ台15の取付基準面P40を電気泳動装置のマルチキャピラリアレイ取付部における取付基準面P′41に接触させ、押圧部A51−8によりアレイ台15を−Z軸方向(取付基準面P40から取付基準面P′41の方向)に押し付けることで、Z軸方向に関するアレイ台15と電気泳動装置の相対位置合わせをμmオーダの精度で行うことができる。この位置合わせにより、キャピラリアレイを脱着する際にレーザ光のキャピラリ照射位置の再現性を確保することができる。特に、基準平面40−2と取付基準面P40とが同一平面上に存在する場合には、各キャピラリ中心軸とレーザ光24,25の透過路の位置関係を極めて高精度に調整できる。
【0051】
アレイ台15の取付基準面Q46を、Z軸上方から見ると半円形状である2つのキャピラリ取付基準部材に接触させることにより、取付基準線QQ′47,48に接触させる。そして、Z軸上方から見ると半円形状である2つのキャピラリ押し当て部材を有する押し当て棒44を介して、バネ45によりY軸方向(取付基準面Q46から取付基準線QQ′47,48の方向)にアレイ台15を押し当てる。このように、Z方向から見ると1直線が2点で接しているため、Y軸方向に関するアレイ台15と電気泳動装置の相対位置合わせを高精度に行うことができる。
【0052】
また、キャピラリアレイにおいては、取付基準面Q46と各キャピラリが平行になるようにキャピラリを配列し、また、取付基準面Q46に最も近いキャピラリ49と取付基準面Q46の距離を、どのキャピラリアレイにおいても一定とした。こうすることにより、最も近いキャピラリ49から続く残り95本のすべてのキャピラリについて、各キャピラリと取付基準線QQ′47,48と位置関係が一義的に定まる。したがって、CCD34への結像位置がキャピラリアレイに依存しなくなり、CCD34の受光面サイズを最小限にすることができる。
あるいは、アレイ台上において、すべてのキャピラリが配列される範囲を設定し、その範囲内で取付基準面Q46と各キャピラリが平行になるようにキャピラリを配列する。取付基準面Q46に最も近い前記範囲の距離と、最も遠い前記範囲の距離を、どのキャピラリアレイにおいても一定とした。このような構造は、例えば図8に示されるようにアレイ台上に2つの平行なブロックを形成しそのブロック間を配列範囲とし、96本のキャピラリをこの範囲に配列することにより実現することができる。この場合、ブロックのキャピラリ側の内壁と、取付基準面Q46の距離を一定に保つことになる。こうすることにより、CCD34への結像位置がキャピラリアレイに依存しなくなり、CCD34の受光面サイズを最小限にすることができる。
【0053】
石英製セル蓋20の表面のうち、レーザ光24,25が通過するR50,S51,T52,U53面と面Q46との平行度は2×10−3rad 以下になるようにした。この平行度がキャピラリアレイごとにばらつくと、レーザ光24,25のセル蓋20への入射角がばらつき、その結果、セル中のレーザ光路がばらつく。X軸方向にレーザ光路がばらつくと、上下2方向のレーザ光24,25が同軸ではなくなり、レーザビーム径が実効的に大きくなる。その結果、DNA検出の分離能(隣接するDNAバンドの識別能)が低下する等の性能低下につながる。また、Z軸方向にレーザ光24,25が変位すると、キャピラリ内径内へのレーザ光照射量が減少し、信号強度が減少する。このような性能低下を避けるため、上記の通りR50,S51,T52,U53面をそれぞれ面Q46とほぼ平行にした。
【0054】
なお、レーザ光路のばらつきを抑制するためには、R50,S51,T52,U53面が面Qと平行であるだけでは不十分であり、電気泳動装置へのアレイ台15取付角度を再現性よく一定にする必要がある。この条件は、面Q46を線Q47,Q′48に押し当てる上記方法により実現されている。
【0055】
キャピラリアレイ取付部へのキャピラリアレイ取付方法として、次のような方法もある。
【0056】
図23に、実施例2の変形例のキャピラリアレイ取付部の正面図(23a)と正面図におけるA−A′断面(23b)を示す。XYZ軸を図示の通り定義する。アレイ台15上の基準面P40(キャピラリのポリマ被膜が接触している面)を、電気泳動装置本体のキャピラリアレイ取付部における取付基準面P′41に接触させることにより、Z軸方向に関するアレイ台15と電気泳動装置の相対位置合わせを行った。この位置合わせにより、キャピラリアレイを着脱する際にレーザ光のキャピラリ照射位置の再現性を確保することができる。
【0057】
また、押し当て棒44を介して、バネ45によりY軸方向にアレイ台15を押し当て、セルの面U53(面P40に対して垂直でX軸に対し平行)を電気泳動装置のキャピラリアレイ取付部における取付基準線Q″Q′′′47−2,48−2に接触させることにより、Y軸方向に関するアレイ台15と電気泳動装置の相対位置合わせを行った。また、キャピラリアレイにおいては、面U53と各キャピラリが平行になるようにキャピラリを配列し、また、面U53に最も近いキャピラリ49と面U53の距離を、どのキャピラリアレイにおいても一定とした。こうすることにより、CCD34への結像位置がキャピラリアレイに依存しなくなり、CCD34の受光面サイズを最小限にすることができる。
あるいは、アレイ台上において、すべてのキャピラリが配列される範囲を設定し、その範囲内で取付基準面Q46と各キャピラリが平行になるようにキャピラリを配列する。取付基準面Q46に最も近い前記範囲の距離と、最も遠い前記範囲の距離を、どのキャピラリアレイにおいても一定とした。このような構造は、例えば図8に示されるようにアレイ台上に2つの平行なブロックを形成しそのブロック間を配列範囲とし、96本のキャピラリをこの範囲に配列することにより実現することができる。この場合、ブロックのキャピラリ側の内壁と、取付基準面Q46の距離を一定に保つことになる。こうすることにより、CCD34への結像位置がキャピラリアレイに依存しなくなり、CCD34の受光面サイズを最小限にすることができる。
【0058】
セル蓋20の石英表面のうち、レーザ光24,25が通過するR50,S51,T52面と面U53との平行度は2×10−3rad 以下になるようにした。キャピラリアレイごとにこの平行度がばらつくと、レーザ光24,25のセル蓋20への入射角がばらつき、その結果、セル中のレーザ光路がばらつく。X軸方向にレーザ光路がばらつくと、上下2方向のレーザ光24,25が同軸ではなくなり、レーザビーム径が実効的に大きくなる。その結果、DNA検出の分離能(隣接するDNAバンドの識別能)が低下する等の性能低下につながる。また、Z軸方向にレーザ光24,25が変位すると、キャピラリ内径内へのレーザ光照射量が減少し、信号強度が減少する。このような性能低下を避けるため、上記の通りR50,S51,T52をそれぞれ面U53とほぼ平行にした。
【0059】
なお、レーザ光路のばらつきを抑制するためには、R50,S51,T52面が面U53と平行であるだけでは不十分であり、電気泳動装置へのアレイ台15取付角度を再現性よく一定にする必要がある。この条件は、面U53を線Q′47,Q″48に押し当てる上記方法により実現されている。
【0060】
図6に示した方法においてはセル蓋20の面R50とアレイ台15の面Q46が平行になるようにセル蓋20をアレイ台15に取付,接着する必要がある。本方法においては、セル蓋20の面U53が、キャピラリアレイ取付部の取付基準線Q′47,Q″48に直接接触するため、アレイ台15とセル蓋20の平行度の裕度が大きくなる。
【0061】
また発明者は、キャピラリ間の充填媒体に温度勾配が生ずるとき、電気泳動装置の分解能が悪化する問題を見出した。そして、その理由が、充填媒質中の屈折率傾斜によるレーザ光の湾曲であることを突き止めた。以下、この問題と、解決手段について説明する。
【0062】
光伝達媒体(F溶液19)のZ軸方向温度分布が存在すると、Z軸方向にF溶液19の屈折率傾斜が発生する。この屈折率傾斜により、本来Y軸方向のみの成分をもつレーザ光24,25の進行方向が、微小ながらZ軸成分をもつようになる。Y方向に進行するレーザ光24,25の進行方向がこの屈折率勾配によりZ軸方向に変位した結果、キャピラリを伝搬する過程において、レーザ光がキャピラリアレイからずれてしまう。そのため、キャピラリに照射されるレーザ光強度が減少し、信号強度(試料からの蛍光強度)が減少し電気泳動装置の分離能が悪化する問題が発生する。特にこの問題は、レーザ光24,25の光伝達媒体中を通過する距離が長くなる程(キャピラリの本数が多い程)顕著になる。
【0063】
発明者は、密封容器の内部表面温度を適切に調整することで、複雑な構成を利用せずともこの問題を解決できるのではないかと考えた。そこで、内部表面温度差と、充填媒体中の所定位置の温度勾配との関係を調査した。その結果を図7に示す。図7は、図6中の点V54と点W55の温度差と、直線VW上の温度勾配とを表したものである。横軸は、直線VW上のZ座標であり、Z=0はキャピラリの中心位置に相当する。尚、直線VWはアレイ台に対して垂直であり、キャピラリ間の空間の中心を通るとする。V−W間の距離、すなわちF溶液層厚は0.8mmである。縦軸は、温度勾配である。ΔTは、点V54と点W55の温度差である(ΔT=[点Vの温度]−[点Wの温度])。各曲線は、ΔTが−20,−5K,−2K,2K,5K,20Kの場合のF溶液における直線VW上の温度勾配を表している。尚、F溶液の熱伝導率は、0.066W/mK 、比熱は1050J/kgK、密度は1880kg/m である。また、電気泳動中におけるキャピラリ1本の発熱は、長さ10mmあたり1mWと仮定して計算した。
【0064】
図7からわかるように、ΔTが正である(点V54の温度が点W55の温度より大きい)ほうが負であるよりも温度勾配の絶対値が小さくなる。つまり、アレイ台15の平面基板の温度がセル蓋20よりも高い場合の方が、その逆の場合に比べて温度勾配の変位量が小さいことが判明した。
【0065】
この結果を踏まえ、図6に示すようにマルチキャピラリアレイを設計した。本実施例にかかるマルチキャピラリアレイは、密閉容器の第1平板部である石英製のアレイ台15の厚みが、第2の平板部である石英製のセル蓋20の厚み(検出されるべきキャピラリアレイからの信号光が透過する前記セルの一部である透明板の板厚)より厚くなっている。尚、セル蓋20を石英製、アレイ台15をサファイア製とすることにより、アレイ台15をセル蓋より薄くしても、ΔTを正に保つことができる。つまり、第1平板部の熱伝達効率を第2平板部の熱伝達効率より大きくするようにキャピラリアレイを設計する。これにより、マルチキャピラリアレイ取付部が60℃などの温度に一定に保たれている場合に、60℃に保たれているマルチキャピラリアレイ取付部の面P′(取付基準面P′41と取付基準線QQ′47,48)に接触する部分から面P(取付基準面P40と取付基準面Q46)に伝達される熱をセル蓋よりもアレイ台の方に効率的に伝達させ、ΔTを正に保つためである。これにより、キャピラリ間の光伝達媒体でレーザ光が通過する個所の温度勾配が小さくなり、屈折率勾配が減少するため、レーザ光路は曲がりにくくなり、直進性を保つことができる。
【0066】
好ましくは、電気泳動の際に、レーザ光の透過する個所の充填媒質の温度勾配がゼロになるようにマルチキャピラリアレイを設計する。ここで、温度勾配がゼロとは、温度勾配がほぼ存在しないためレーザ光が直進できる状態のことをいい、レーザ光の湾曲が分離能をほとんど悪化させない状態をいう。
【0067】
以上より、キャピラリ周囲に充填媒質を満たす電気泳動装置において、分離能を向上することができる。
【0068】
実施例3
実施例3では、光伝達媒質として、屈折率1.29 のフッ素化ポリマであるデュポン社製Teflon AF 2400(以下、「Fポリマ」)、又は屈折率1.32 のフッ素化ポリマであるデュポン社製Teflon AF 1600(以下「F′ポリマ」という)を利用していることを一つの特徴とする。尚、“Teflon”はデュポン社の登録商標である。図8に、実施例3の検出部付近の側面図(8a)と正面図(8b)を示す。光照射部8以外の構成は実施例1と同様である。
【0069】
また、次の化学構造A,B,C,Dのうち少なくとも一つの繰り返し単位を有する構造を有する媒体も用いることができる。これらは、水素原子をすべてフッ素原子で置換したもので、上記F溶液と同様に、光伝達媒体として優れている。
【0070】
【化1】

Figure 2004144479
【0071】
キャピラリアレイ1の光照射部8はアレイ台15上に形成されている。アレイ台上の96本のキャピラリ16すべてがアレイ台15に接触するように、かつ、隣接キャピラリと接触するようにアレイ台15上に配列され、押さえ板17とともに、アレイ台15に対して接着固定されている。これにより、実施例2と同様に、各キャピラリと取付基準面の位置関係が一義的に定まる。
【0072】
キャピラリ16は、実施例1と同様にポリマ薄膜で覆われているが、光照射部60−2においては、ポリマ被膜が除去され、石英管18がむき出しの状態になっている。実施例3にかかる発明では、この石英が露出している光照射部60−2が、屈折率1.29 のフッ素化ポリマであるFポリマで覆われている。または、屈折率1.32 のフッ素化ポリマであるデュポン社製Teflon AF 1600(登録商標)(以下「F′ポリマ」という)で覆われていてもよい。
【0073】
キャピラリ16をアレイ台15に対して固定した後にFポリマ60をキャピラリ間に充填した。両端のキャピラリの外側に位置する2つのポリマブロック61,62の間の空間において、レーザ光24,25の通過領域を完全に覆うようにFポリマ60を充填した。
【0074】
ここで、Fポリマの化学構造式Eを示す。なおnは自然数である。
【化2】
Figure 2004144479
【0075】
また、Fポリマ、及びF′ポリマには次の特徴がある。
(1)温度安定性が高い(High temperature stability)
(2)科学的耐性に秀でている(Excellent chemical resistance)
(3)表面エネルギーが低い(Low surface energy)
(4)水吸収が低い(Low water absorption)
(5)透明で光伝達率が高い(transparent high transmission)
(6)屈折率が低い(very low refractive index)
(7)ガス浸透性が高い(High gas permeability)
【0076】
図20にFポリマの透過スペクトラムを示す。図よりFポリマは紫外線から赤外線の範囲で高い透過性を有することがわかる。従って、Fポリマ60は、蛍光であるアルゴンレーザの波長488.0nm,514.5nmの光を吸収せず、また、この光を照射しても蛍光を発しないため、充填媒体として適している。
【0077】
図22にFポリマ及びF′ポリマの屈折率を示す。Fポリマの温度20℃におけるナトリウムD線による屈折率は1.29 であり、F′ポリマの温度20℃におけるナトリウムD線による屈折率は1.32 である。屈折率は、接触液体としてα−bromo−napthalene を利用したAbbe反射測定器を用いて測定した。これら屈折率は、固体有機重合体の中で最も低い値として知られており、AF2400の屈折率は、GrohとZimmerm が提唱した固体有機重合体屈折率の理論的最低限界値に近い値である。
【0078】
このように、屈折率が1.25から1.32、好ましくは1.29 のフッ素含有ポリマを、キャピラリの隙間に充填することにより、レーザ光24,25が石英管18表面を透過する際の屈折と反射による光強度の損失を防ぐことができ、実施例1とほぼ同様の信号を得ることができる。
【0079】
実施例4
図9aに、実施例4のレーザ照射部付近の側面図を示す。
本実施例では、図9aに示すように、充填したFポリマ60の表面形状を、その断面形状がキャピラリ16と同心の円状になるように成型した。その他の構造は実施例3と同様である。ここで、蛍光集光レンズ31のF値が1.8 であるとする。Fポリマ60の表面が平面である場合(図9b)には、空気とFポリマ60の界面65において信号光が屈折するため、図示するとおりキャピラリ断面において±12°の範囲の信号光しか蛍光集光レンズ31に到達しない。一方、Fポリマ60の表面形状がキャピラリ16と同心円状である場合には、キャピラリ断面において±15.5° の範囲の信号光が蛍光集光レンズに到達する。また、キャピラリ中の検査試料から生じた蛍光が石英管とFポリマ60の境界面、及びFポリマ60と外気(空気)との境界面を通過する際、蛍光はこれら境界面に対して垂直に入射する。従って、蛍光は屈折しないため、収差による問題が生じない。このように、充填したFポリマ60の表面形状を、その断面形状がキャピラリの同心円の一部となるように成型することにより、測定部34−3(CCD34)が検出する蛍光の強度を増加することができ、分離能が向上する。
【0080】
また、充填したFポリマ60の表面形状を、所定の曲面となるように形成することでも分離能を向上することができる。たとえば、その1断面が所定の曲線(楕円,双曲線,中心軸がキャピラリ中心軸と異なる円)となるように曲面を形成する。これにより、Fポリマ60をレンズとして作用させ、検査試料から生じる蛍光をより多く検出機構34−2に収束させることができる。尚、収差による問題は、表面形状を非球面レンズとして形成したりすること等で回避できる。
【0081】
以上のように、Fポリマ60の表面形状を所定の曲面に形成し、蛍光の進行方向を制御して、検出機構に入射する蛍光強度を上げることにより、分離能を向上させることができる。
【0082】
実施例5
図10に、実施例5の検出部付近の側面図を示す。本実施例では、キャピラリ間であってレーザ光が通過する空間を満たす液体は、キャピラリアレイのセル構造に包含されておらず、キャピラリアレイ電気泳動装置本体側に具備された液体を包含するセル構造に保持されている。この場合、装置のセル内にキャピラリをディップし、キャピラリアレイを固定する。その他、特に記載のない事項については、実施例1と同様である。
【0083】
キャピラリアレイがセル構造を有さない点を除いて、アレイ台15上に形成される検出部の基本的な構造は、実施例1と同様であり、96本のキャピラリ16すべてがアレイ台15に接触するように、かつ、隣接キャピラリと接触するようにアレイ台15上に配列され、押さえ板17とともに、アレイ台15に対して接着固定されている。
【0084】
電気泳動装置のキャピラリアレイ取付部は、F溶液を満たすことができる容器部であるセルと、レーザ光を透過することができるレーザ光透過部であるセルの石英窓72,73と、蛍光を透過することができる蛍光透過部であるセル下部の石英窓71と、取付基準面P′41を備えている。
【0085】
電気泳動装置は、キャピラリアレイを下向きに取り付けるようになっている。アレイ台15の面P40を装置の取付基準面P′41に接触させることによりアレイ台15と電気泳動装置の相対位置合わせを行うことができる。
【0086】
電気泳動装置のセルは、F溶液19で満たされ、レーザ光24,25はセルの石英窓72,73を通してF溶液19中を水平方向に進行している。キャピラリからの発光は下向きであり、セル下部の石英窓71を通して、実施例1と同様な検出機構により検出される。
【0087】
気泡がレーザ光路上に侵入することを防ぐために、アレイ台には穴加工70が施してある。穴加工70とは、アレイ台15を貫通する穴を形成することである。また、光照射部の上方に位置するアレイ台15に、溝を形成することでも同様の効果を達成することができる。これにより、キャピラリの光照射部の近傍の気泡が上方に移動できるため、該気泡はレーザ光路上に残留しない。
【0088】
本実施例により、マルチキャピラリアレイの光照射部近傍をF媒体に浸すことができるため、実施例1とほぼ同様の測定結果を得ることができ、電気泳動装置の分離能を向上させることができる。
【0089】
実施例6
実施例6は、複数キャピラリの両側からレーザ光を照射する電気泳動装置において、透過したレーザ光を直線偏光とする偏光素子,透過したレーザ光の偏光方向を回転させる偏光回転素子を適切に配置することにより、レーザ光がレーザ発振機に戻りレーザ発振を不安定にするという問題を回避・低減するものである。
【0090】
図11に、実施例6の概略を示す。キャピラリアレイの構成は実施例1と同様である。キャピラリアレイの検出部付近とレーザ光の導入経路のみ表示し、レーザ用のシャッタ,フィルタ等は表示していない。
【0091】
本実施例にかかるマルチキャピラリアレイ電気泳動装置は、実施例1と同様の構成であるキャピラリアレイと、複数のキャピラリを貫く2つのレーザ光を照射し、この2つのレーザ光の進行方向を対向するように調整する光照射機構と、キャピラリアレイを通過したレーザ光がレーザ本体に戻ることを防ぐための光遮断機構をそなえる。
【0092】
光照射機構は、コヒーレント光であるレーザ光80を照射する光源であるレーザ本体87と、一つのレーザ光80を2つのレーザ光24,25に2等分できるハーフミラー81と、レーザの進行方向を変更するミラー91と、集光レンズ83,84よりなる。レーザ光の経路の途中に、ミラー,ハーフミラー,レンズなどがあってもかまわない。
【0093】
光遮断機構は、透過する光の偏光方向を変更できる偏光回転素子であるハーフ波長板(水晶λ/2板,雲母波長板など)88,89と、所定の偏光のみ透過する偏光フィルタ90よりなる。
【0094】
レーザ本体87から照射されたレーザ光80は、ハーフミラー81によって2等分される。これら2つのレーザ光は、キャピラリアレイ82に対して両側の側面から照射する。ここで、ハーフミラー81による反射光をレーザ光24,透過光をレーザ光25とする。レーザ光24の集光レンズを集光レンズ83,レーザ光25の集光レンズを集光レンズ84とする。アレイの端に位置し、レーザ光24が導入されるキャピラリを以下、第1キャピラリ85,レーザ光25が導入されるキャピラリを以下、第96キャピラリ86とする。レーザ光24,25は、96本のそれぞれのキャピラリの中心軸を含む平面(以下、「アレイ面」という)内にあり、キャピラリに対し垂直に入射する。レーザ光24と25は同軸になっており、一方のレーザ光のうちキャピラリを通過した光は、もう一方の入射レーザ光の同軸上を通り、レーザ本体87に戻るように光軸を調整した。レーザ光24,25はともに直線偏光であり、その偏光方向はキャピラリ軸に対し垂直方向である。以上の構成(偏光素子と偏光回転素子を設置しない場合)において、キャピラリアレイからの反射光、または、キャピラリアレイを通過した透過光がレーザ本体に戻り、レーザ発振が不安定化し、分離能が悪化するという問題が発生する。尚、透過戻り光強度,反射戻り光強度ともに、入射光強度の6%程度であった。
【0095】
この戻り光を抑制するために、上下両方からのそれぞれのレーザ光24,25に対し、レーザ集光レンズのキャピラリ側に偏光回転素子としてハーフ波長板である水晶λ/2板,雲母波長板88,89などを設置した。偏光フィルタおよび偏光回転素子の光軸周りの回転角度調整を次のように行うことが望ましい。偏光フィルタは、レーザからの光の透過光強度を最大にするように角度調整する。偏光回転素子については、偏光回転角度が45°になるようにこの素子の回転角度を調整する。偏光を45°回転させる光学素子を2つ通過することにより、入射光の偏光方向は90°回転する。2つ目の偏光フィルタは偏光方向が90°回転した光の透過光強度が最小になるように角度調整する。尚、偏光回転素子の回転角度,偏光フィルタの偏光方向は上記数値に厳密に限定されるものではなく、戻り光強度の問題を解決するために十分であれば良い。
【0096】
本実施例では、分岐点よりもキャピラリアレイ側に偏光回転素子を設置し、分岐点よりもレーザ側に偏光フィルタを設置する。レーザ本体87の近くに設置された偏光フィルタは、レーザからの光の強度を最大にするように角度調整してある。キャピラリアレイを透過してループ状の光路を戻ってきた光は偏光方向が90°回転しているので、偏光フィルタは戻り光に対しては透過光強度が最小になる。
【0097】
尚、偏光フィルタ、及び偏光回転素子の設置は、これに限定されるものではない。たとえば、分岐点よりもキャピラリ側に、偏光フィルタ,偏光回転素子の両方を設置してもよい。この場合、それぞれの光学素子は2個ずつ必要になる。また、分岐点よりもレーザ側に偏光フィルタを設置してもよい。この場合には1つの偏光フィルタが必要になる。また、集光レンズと偏光回転素子の配置を交換し、集光レンズを偏光回転素子よりキャピラリ側に配置してもよい。この場合、レーザは、偏光回転素子、集光レンズの順に透過する。
【0098】
これにより、レーザ本体87より照射されたレーザ光は、偏光フィルタ(透過光が最大になるように角度調整する)を通過し、ハーフミラーで2つに分岐し、偏光回転素子を通過した後に、2方向からキャピラリアレイを照射する。キャピラリ軸に対して垂直方向のレーザ光の偏光がハーフ波長板88により45°回転され、キャピラリ軸に対して45°の角度でキャピラリアレイに入射する。上記光経路では、キャピラリアレイの地点において上下2つのレーザ光の偏光方向は互いに垂直になる。キャピラリ内径内からの信号光強度は、入射レーザ光の偏光方向に依存するものの、上下2つのレーザ光はキャピラリ軸に対してともに45°になるため、96本のキャピラリの信号光強度分布は上下対称になる。
【0099】
キャピラリアレイを透過したレーザ光は、偏光回転素子(最初の偏光回転素子と同一方向に偏光を回転する)を通過する。キャピラリアレイの両側に配置された偏光回転素子は、レーザ光を同じ方向に偏光させる性質を有するため、キャピラリアレイの一端から入射するレーザ光は、キャピラリを通過後に再度偏光素子により偏光方向が回転し、他方のレーザ光の偏光方向とほぼ直角の関係になる。
【0100】
次に、ハーフミラーを経由して偏光フィルタに進入する。ここで、2つ目の偏光フィルタは1つ目の偏光フィルタと同一のものであり、戻り光は、反対側から入射することになる。但し、戻り光の偏光は90°回転している。言い換えると、レーザ光24はハーフ波長板88により、キャピラリ軸に対して垂直方向のレーザ光の偏光が45°回転され、キャピラリ軸に対して45°の角度でキャピラリアレイに入射するようになっている。レーザ光24は、96本のキャピラリを透過した後、ハーフ波長板89でさらに45°偏光が回転する。2つのハーフ波長板88,89を通過することによりレーザ光24の偏光方向は90°回転する。同様にレーザ光25の透過光も偏光方向が90°回転する。そして、透過光は偏光フィルタに進入する。
【0101】
しかし、この偏光フィルタは、レーザ本体87からのレーザ光の強度を最大にするように角度調整してあり、キャピラリアレイを透過してループ状の光路を戻ってきた光は偏光方向が90°回転しているので、偏光フィルタは戻り光に対しては透過光強度が最小になるようになっている。
【0102】
従って、この偏光フィルタを通過することができず、レーザヘッドに到達しないため、戻り光がレーザに戻ることを抑制することができる。96本のキャピラリを通過する過程において直線偏光が乱れ、キャピラリ通過前の偏光成分は25%程度減少する。しかしながら、本発明により透過戻り光を75%抑制することができた。
【0103】
本実施例では、キャピラリアレイを通過した光がレーザ発振器に戻り、レーザ発振を不安定にするという問題が解決でき、比較的安定したレーザ発振を得ることができた。
【0104】
実施例7
実施例6においては、キャピラリにより反射した戻り光を抑制できないという問題があった。実施例7は、複数キャピラリの両側からレーザ光を照射する電気泳動装置において、キャピラリへのレーザ入射角度をキャピラリと垂直にしないことで、キャピラリにより反射したレーザ光がレーザ発振機に戻りレーザ発振を不安定にするという問題を回避・低減するものである。
【0105】
図12に、実施例7の模式図を示す。本実施例は、光照射部の光軸構成以外は実施例6と基本的に同様である。しかし、前述した光照射機構がキャピラリに対し垂直から2°ずれた角度でレーザ光を照射し、また、光選択部材であるピンホール板97を供えている。この光選択部材は、光源からキャピラリに進行するレーザ光を透過できる開口部と、キャピラリから光源に進行する戻りレーザ光は遮断できる障壁部を備えている。
【0106】
レーザ光24,25は、アレイ面内にあり、キャピラリに対し垂直から2°ずれた角度で入射する。レーザ光24と25はキャピラリアレイに照射される際に同軸になっており、一方のレーザ光のうちキャピラリを通過した光は、もう一方の入射レーザ光と同軸上を通り、レーザ本体87に戻るように光軸を調整している。これにより、レーザ光24,25によるキャピラリやセルからの反射光95,96は、図12に示すように入射レーザ光軸とは別の光軸上を伝搬するため、レーザ光24,レーザ光25のいずれとも同軸とはならない。
【0107】
レーザ本体87のレーザ光出射口付近に、キャピラリ入射前のレーザ光は透過し、キャピラリで反射したレーザ光は透過しない光選択手段である直径1.4mmのピンホールを有するピンホール板97を取付ける。レーザ本体87からのレーザ光はピンホールを通過するが、反射光はピンホールを通過できないため、反射光95,96がレーザ本体87に戻ることを防ぐことができる。従って、キャピラリアレイやセルからの反射光がレーザ発振器に戻り、レーザ発振を不安定にするという問題を解決できる。
【0108】
尚、本実施例と実施例6とは組み合わせることにより、透過戻り光は実施例6の方法で抑制され、反射戻り光は本実施例の方法で抑制することができるため、安定したレーザ発振を得ることができる。
【0109】
実施例8
実施例8にかかる発明は、キャピラリ周囲の充填媒質の形状を所定の曲面に形成することで、キャピラリから生じる蛍光が充填媒質境界面を通過する際に発散することを回避するものである。
【0110】
図16に、実施例8のレーザ照射部付近の上面図を示す。その他の構造は実施例3と同様である。図16aに示すように、充填した光伝達媒体であるFポリマ60の表面形状が、キャピラリ内のレーザ照射部分100から見て凸形状となるように成型されている。
【0111】
ここで、蛍光集光レンズ31のF値が1.8 であるとする。Fポリマ60の表面が平面である場合(図16b)には、空気とFポリマ60の界面65において信号光が屈折するため、図示するとおりキャピラリ断面において約±11°の範囲の信号光しか蛍光集光レンズ31に到達しない。
【0112】
一方、Fポリマ60の表面形状が図16aのように凸形状である場合には、その表面形状の曲率半径に依存してキャピラリ断面において約±11〜15°の範囲の信号光が蛍光集光レンズに到達する。このように、充填したFポリマ60の表面形状を凸形状等の曲面にすることにより、検出機構により検出されるキャピラリ16からの照射光強度を増加させることができる。なお、照射光強度を効果的に増大させるためには、Fポリマ60の表面凸形状の円弧の中心とレーザ光軸が一致することが望ましい。検査試料が発した蛍光が、Fポリマ60の凸形状表面に対して垂直方向に進行するため、その凸形状表面(境界面)を通過する際に進行方向が変化しないためである。これにより、収差の問題も回避することができる。
【0113】
また、充填したFポリマ60の表面形状を、所定の曲面となるように形成することでも、分離能を向上することができる。たとえば、その1断面が所定の曲線(楕円,双曲線,中心がレーザ光軸と異なる円)となるように曲面を形成する。このようにすると、蛍光が、検出部であるCCDカメラにより多く収束するため、CCDが検出する蛍光強度が増大する。つまり、キャピラリ周囲のFポリマ60の表面形状を所定の曲面に形成することで、Fポリマ60がレンズとして作用し、蛍光の進行方向を調整することができる。尚、収差による問題は、Fポリマ60の表面形状にかかるレンズが、複数の焦点を持つように形成することで回避できる。
【0114】
尚、Fポリマの表面とは空気に接するものに限らず、Fポリマとは異なる屈折率を有する媒質との接触面をいう。また、Fポリマとキャピラリとの間に、屈折率の異なる別媒質が存在してもよい。
本実施例は実施例4と同時に実施することもできる。
【0115】
実施例9
実施例9は、キャピラリ周囲の充填媒質を被覆する容器の外型を所定の曲面に形成することで、キャピラリから生じる蛍光が容器表面を通過する際に発散することを回避するものである。
【0116】
図17に、実施例9の光照射部付近の上面図を示す。その他の構造は実施例1と同様である。図17aに示すように、セル蓋20の表面形状を、キャピラリ内のレーザ照射部分100から見て凸形状になるようにする。
【0117】
ここで、蛍光集光レンズ31のF値が1.8 であるとする。セル蓋20の表面形状が平面である場合(図17b)には、空気とセル蓋20の界面において信号光が屈折するため、図示するとおりキャピラリ断面において約±11°の範囲の信号光しか蛍光集光レンズ31に到達しない。
【0118】
一方、セル蓋20の表面形状が図17aのように凸形状である場合には、その表面形状の曲率半径に依存してキャピラリ断面において約±11〜15°の範囲の信号光が蛍光集光レンズに到達する。このように、セル蓋20の表面形状を、凸形状にすることで検出されるキャピラリ16からの照射光強度を増加させることができる。なお、照射光強度を効果的に増大させるためには、セル蓋の表面凸形状の円弧の中心とレーザ光軸が一致することが望ましい。
【0119】
また、セル蓋の表面形状をより大きな曲率の曲面とすることで、蛍光が検出機構内のCCDカメラにより収束し、照射光強度を増大させることができる。つまり、キャピラリ周囲の充填媒質を被覆するセル蓋等容器の形状を所定の曲面に形成することで、セル蓋等の容器がレンズとして作用し、蛍光の進行方向を調整することができる。
【0120】
尚、セル蓋の表面とは空気に接するものに限らず、セル蓋等の容器とは異なる屈折率を有する媒質との接触面をいう。また、セル蓋と境界面を形成する充填媒質の間に、屈折率の異なる別媒質が存在してもよい。
【0121】
実施例10
実施例10にかかる発明は、一方が平面で他方が曲面の部材であるシリンドリカルレンズを、表面形状が平面であるマルチキャピラリアレイに備え付けることで、実施例9におけるセル蓋の表面凸形状の機能を、装置に装着されたシリンドリカルレンズ202が担うものである。
【0122】
図18に、実施例10のレーザ照射部付近の上面図を示す。本実施例では、実施例1にかかるマルチキャピラリアレイのセル蓋が、電気泳動装置本体に装着されたシリンドリカルレンズ202に覆われている。その他の構造は実施例1と同様である。
【0123】
実施例9におけるセル蓋の表面凸形状の機能を装置に装着されたシリンドリカルレンズ202が担うことができるため、消耗品であるキャピラリアレイのセル蓋は平面ガラス板でよいことになる。また、シリンドリカルレンズ202が装置に装着されているため、シリンドリカルレンズ202の表面凸形状の中心とレーザ光軸が一致するため、照射光強度がキャピラリアレイの取付精度に依存しないというメリットがある。
【0124】
実施例11
図19に、実施例11のレーザ照射部付近の正面図(19a)と正面図におけるA−A′断面(19b)を示す。本実施例では、1本のキャピラリ中からの試料から生じる蛍光を透過する検出窓を有する背景光遮蔽部材が、光照射部は石英製のアレイ台15上に並列配置されたキャピラリの上方に配置されている。その他の構造は実施例1と同様である。
【0125】
96本のキャピラリ16すべてがアレイ台15に接触するようにアレイ台15に配列され、シリコン板101とともに、アレイ台15に対して接着固定されている。シリコン板101には、シリコン異方性エッチング技術により、柵102により仕切られた検出窓103と、キャピラリ16の配列位置決めのために用いられるV溝104が形成されている。V溝104にキャピラリ16が嵌るため、キャピラリ16を所定の間隔で高精度に配列することができ、また、柵102により仕切られた検出窓103とキャピラリ16との位置合わせを容易に行うことができる。
【0126】
また、アレイ台15にはシリコン板の位置決めガイド105が形成されているが、これは測定部の検出許容範囲に対応している。すなわち、全てのキャピラリ16がシリコン板の位置決めガイド105の内側にあれば、全てのキャピラリ16が検出機構の検出許容範囲内に入るということである。アレイ台15にシリコン板の位置決めガイド105を形成することにより、アレイ台15に対するキャピラリ16の位置決めを容易に行うことが可能となる。
【0127】
キャピラリ16は、内径50μm,外径126μmの石英管18が厚さ12μmのポリマ被膜で覆われた構造をとり、全外径は150μmである。キャピラリ内部にはDNAの分離媒体であるポリマ水溶液(屈折率1.41)が充填されている。光照射部においては、ポリマ被膜が除去され、石英管18がむき出しの状態になっている。レーザ光を照射すると、レーザ光の乱反射光の一部がキャピラリ16のポリマ被膜にあたることにより蛍光を発したり、DNAサンプルが発した蛍光の一部が乱反射したりする。このポリマ被膜からの蛍光やDNAサンプルからの蛍光の乱反射光が検出機構で受光されると、背景光の増大によりSN比が低下し、分離能が低下するしかし、所望の照射光は検出窓103を透過するが、背景光は柵102により遮られるため、背景光の増大を防止することが可能となる。さらには、アレイ台15からの反射光が検出窓103を通過し、検出機構で受光されることを防ぐために、アレイ台15には反射防止膜106が形成されている。これにより、さらに背景光を低減させることができるため、分離能をさらに向上させることが可能となる。
【0128】
光照射部のキャピラリ周辺は、F溶液19で満たされている。F溶液19は、石英製のセル蓋20,アレイ台15、および、それらを固定する接着剤で完全に密封されている。
【0129】
温度変化に伴うF溶液19の体積膨張によりセルの密封構造が破壊されることを防ぐために、密封構造の中には発泡倍率が30倍(体積の約30分の29が気泡)の高圧縮が可能な発泡体107を混入させた。F溶液19の体膨張率は0.0012mm/mm・℃ であるから、キャピラリアレイの保存温度(室温25℃)と使用温度(60℃)との差を35℃とすれば、F溶液19の保存温度から使用温度への温度上昇(35℃)による体積増加は約0.04mm/mm(約4%)となる。発泡体107の大きさは、セル容積の約10%の大きさに設定した。
【0130】
発泡体107は、アレイ台15に設けられた溝に、アレイ台15とキャピラリ16に挟まれるようにして配置されている。また、発泡体107は、検出機構の検出範囲内であるが、シリコン板101により検出機構から隠された位置に配置されている。これにより、発泡体107の蛍光による背景光の増大を防止することができる。また、発泡体107は、セルの密封構造内にF溶液を注入するための穴109に、それを塞ぐ蓋として配置することもできる。これにより、アレイ台15への発泡体107の為のみの特別加工が不要になる。
【0131】
気泡がレーザ光路上に侵入することを防ぐために、セル内部には気泡が存在しないことが望ましいが、セル内部から気泡を完全に除去することは容易ではない。そこで、仮にF溶液19で満たされたセル内部に気泡が混入したとしても、この気泡がレーザ光路上に侵入することを防ぐために、セルに石英製の気泡排除ブロック23を形成している。
【0132】
入射レーザ光とセルのレーザ入射面の角度を一定に保つ必要がある。アレイ台15にはセル蓋の位置決め用の溝であるガイド108を形成されており、アレイ台15に対するセルの位置決めを容易かつ確実に行うことができる。
【0133】
以上より、背景光を低減したSN比の高いキャピラリアレイを実現することができた。
【0134】
【発明の効果】
本発明によれば、複数のキャピラリ内の試料を高精度に分析することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例1のキャピラリアレイにおける光照射部付近の側面図(1a)と正面図(1b)である。
【図2】本発明が適用されるキャピラリアレイ電気泳動装置の概観図である。
【図3】キャピラリアレイからの発光の検出系の概観図である。
【図4】実施例1により得られるCCDに結像されたイメージと、93本のキャピラリからの発光強度分布である。
【図5】実施例1により得られた電気泳動結果である。
【図6】実施例2のキャピラリアレイ取付部の正面図(6a)と正面図におけるA−A′断面(6b)である。
【図7】F溶液における直線VW上の温度勾配の計算結果である。
【図8】実施例3の検出部付近の側面図(8a)と正面図(8b)である。
【図9】実施例4のレーザ照射部付近の側面図(9a)と、実施例3のレーザ照射部付近の側面図(9b)である。
【図10】実施例5の検出部付近の側面図である。
【図11】実施例6の模式図である。
【図12】実施例7の模式図である。
【図13】充填媒体の屈折率と発光強度比のシミュレート結果である。
【図14】実施例1により得られるCCDに結像されたイメージと、96本のキャピラリからの発光強度分布である。
【図15】96本のキャピラリ中の一本についての電気泳動結果である。
【図16】実施例8の模式図である。
【図17】実施例9の模式図である。
【図18】実施例10の模式図である。
【図19】実施例11のレーザ照射部付近の正面図(図1a)と正面図におけるA−A′断面(図1b)である。
【図20】Fポリマの透過波長と透明度の関係を表したグラフである。
【図21】F溶液の化学的特長を表した表である。
【図22】Fポリマの屈折率を表した表である。
【図23】実施例2のキャピラリアレイ取付部変形例の正面図(23a)と正面図におけるA−A′断面(23b)である。
【符号の説明】
1,82…キャピラリアレイ、2…負電極、3…負電極側のバッファー液、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…光照射部、9,24,25,80…レーザ光、10…シリンジ、11…オーブン、11−1…光源、11−2…高圧電源、11−3…試料導入部、11−4…第1バッファー容器、11−5…流動媒体注入機構、11−6…検出部、11−7…第2バッファー容器、11−8…測定部、12…アース電極側のバッファー、15…アレイ台、16…キャピラリ、17…キャピラリ押さえ板、18…石英管、19…キャピラリ周辺を満たす3M社製の含フッ素溶液フロリナートFC43、20…セル蓋、20−2…気泡収容空間、21…接着剤、22…気泡、
23…気泡がレーザ光路上に侵入することを防ぐための石英製の気泡排除ブロック、31…蛍光集光レンズ、32…グレーティング、33…フォーカスレンズ、
34…CCD、34−2…検出機構、35…蛍光、36…キャピラリからの発光が蛍光集光レンズによって平行光となった光束、40…アレイ台15上の基準面P、40−2…キャピラリアレイを配列する基準平面、41…取付基準面P′、
44…押し当て棒、45,51−10…バネ、46…アレイ台において面Pに対して垂直でX軸に対し平行の基準面Q、47,48…取付基準線QQ′、47−2,48−2…取付基準線Q″Q′′′、49…面Qに最も近いキャピラリ、
50…セル蓋の石英表面のうちレーザ光が通過する面R、51…セルの石英表面のうちレーザ光が通過する面S、51−6…蛍光透過部、51−7…レーザ光透過部、51−8…押圧部A、51−9…押圧部B、51−11…取付部蓋、52…セルの石英表面のうちレーザ光が通過する面T、53…セルの石英表面のうちレーザ光が通過する面U、54…アレイ台においてF溶液に接する部分の一点、
55…セル蓋においてF溶液に接する部分の一点、60…キャピラリアレイの光照射部を覆うフッ素化ポリマ、60−2…光照射部、61,62…両端のキャピラリの外側に位置し、フッ素化ポリマをせき止めるポリマブロック、65…空気とFポリマ60の界面、70…気泡がレーザ光路上に侵入することを防ぐためにアレイ台に施した穴加工、71…セル下部の蛍光検出用石英窓、72,73…レーザ光透過用石英窓、81…ハーフミラー、83,84…レーザ集光レンズ、
85,86…レーザが入射する端キャピラリ、87…レーザ本体、88,89…ハーフ波長板、90…偏光フィルタ、91…ミラー、95,96…レーザ光によるキャピラリやセルからの反射光、97…ピンホール板、101…シリコン板、
102…柵、103…検出窓、104…V溝、105…シリコン板の位置決めガイド、106…反射防止膜、107…発泡体、108…セル蓋の位置決めガイド、109…F溶液注入穴、202…シリンドリカルレンズ。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an electrophoresis apparatus that separates a sample such as a fluorescently labeled DNA by electrophoresis and analyzes the sample.
[0002]
[Prior art]
For the purpose of determining the base sequence and base length of DNA, etc., an electrophoresis method using a capillary made of a quartz tube and a polymer coating covering the tube is used. A sample containing DNA to be measured is injected into a separation medium such as polyacrylamide in a quartz capillary, and a voltage is applied to both ends of the capillary. The DNA synthesized product in the sample moves in the capillary and is separated according to the molecular weight and the like, and a DNA band is generated in the capillary. A fluorescent dye is added to each DNA band, and the DNA band develops a color by irradiation with a laser beam, and this is read by a fluorescence measuring means to determine a DNA sequence. Separation and analysis of proteins can be performed in the same manner to examine the structure of the proteins.
[0003]
One of the laser beam irradiation methods is as follows. A method of irradiating one or both ends of a capillary array composed of a plurality of capillaries arranged on a plane substrate with laser light, and the laser light propagates successively to adjacent capillaries and traverses the capillary array. There is. Here, the coating of the surface of the capillary such as polyimide is removed at and near the location where the laser light is irradiated in the capillary.
[0004]
However, when a laser beam passes through a boundary surface having a different refractive index, such as a contact surface between a capillary and air, the laser beam is attenuated due to the effect of dispersion and reflection of the laser beam due to a difference in the refractive index of the material constituting the boundary surface. . Therefore, in the process of transmitting the laser beam through several capillaries, the laser beam decreases exponentially, and the analysis accuracy decreases.
[0005]
Therefore, there is a concept of suppressing the loss of laser light due to refraction and reflection by filling a light transmission medium having a predetermined refractive index between the capillaries and adjusting the refractive index and the reflectance.
[0006]
Here, in a known example of the laser light irradiation method, there is a known example in which a space between the capillaries and at least a part of a space through which the laser light passes is filled with a medium other than air (see the following patent). Reference 1, Patent Document 2 below, Patent Document 3 below). In these specifications, the conditions of the refractive index of the medium to be filled between the capillaries are described according to parameters such as the inner diameter and outer diameter of the quartz of the capillaries, the outer diameter of the quartz, and the refractive index of the separation medium filled in the capillaries. In this specification, the contents of these specifications are incorporated to the extent that the interpretation of rights is not limited.
[0007]
However, in the above specification, the conditions of the refractive index of the medium to be filled between the capillaries are described in accordance with parameters such as the inner diameter and outer diameter of the capillary of the capillary, the refractive index of the separation medium to be filled in the capillary, and the like. . In Patent Literature 1 below, a liquid, for example, water, an aqueous solution, air, or vacuum is described as a medium to be filled between capillaries. In Patent Literature 2 below, only water is described as a substance having a refractive index of 1.3 to 1.5 as a filler between capillaries. Further, in Patent Literature 3 below, as a filling material between capillaries, water and a buffer solution having a refractive index of 1.33-1.37 as a transparent liquid, air as a transparent gas, and quartz glass as a vitreous body are exemplified. .
[0008]
[Patent Document 1]
U.S. Pat. No. 5,790,727
[Patent Document 2]
U.S. Pat. No. 5,582,705
[Patent Document 3]
U.S. Pat. No. 5,833,827 (JP-A-9-152418, JP-A-9-96623)
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention relates to improving the analysis accuracy of an electrophoresis apparatus that irradiates a detection unit of a multi-capillary array including a plurality of capillaries so that irradiation light passes through a plurality of capillaries simultaneously.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The present invention is directed to an electrophoresis device that irradiates a detection unit of a capillary array having a plurality of capillaries for separating a sample by electrophoresis so that the irradiation light passes through the plurality of capillaries simultaneously, and detects sample information generated thereby. In the apparatus, a liquid or a solid having a refractive index higher than that of air and not higher than that of water is interposed in a space between the capillaries to reduce the amount of scattered irradiation light by the capillaries. This adjusts the refraction and reflection of the irradiation light when passing through the capillary, reduces the light loss caused by passing through the plurality of capillaries, and prevents the light intensity irradiated on the sample from decreasing. In the present invention, the substance filled between the capillaries is a liquid, semi-solid or solid at normal temperature and normal pressure, and a substance having a refractive index smaller than that of water is preferable.
[0011]
In the above-mentioned known example, quartz glass (refractive index: 1.46) is described, but it is not possible to sufficiently reduce the reflection and scattering of irradiation light applied to the capillary. Although the above-mentioned Patent Document 2 describes an aqueous solution, there is no specific description. Further, the above-mentioned known examples describe that air, vacuum and the like can be used, but they have too small a refractive index and cannot be used. Therefore, the substance to be filled between the capillaries has at most the same refractive index as water, and preferably a substance having a refractive index smaller than that of water. Further, a substance having a refractive index larger than that of air or vacuum, and preferably having a refractive index sufficiently larger than 1 is desirable.
[0012]
More specifically, a fluorine-containing compound (which may be a liquid, a semi-solid, or a polymer) which is liquid at normal temperature and normal pressure and has a refractive index of 1.25 to 1.32 is preferable. This fluorine-containing compound will be described later in detail.
[0013]
Further, the present invention provides an electrophoresis apparatus in which the plurality of capillaries are immersed in a liquid, wherein a mechanism for supplying the expansion of the liquid is added to the container of the liquid so that damage to the container due to temperature rise of the liquid or liquid Prevent leaks. Further, by controlling the temperature of the liquid, the refractive index gradient of the liquid in a portion through which the irradiation light passes is adjusted, the irradiation light is suppressed from being curved, and the intensity of the light irradiated to the sample is reduced. To prevent.
[0014]
Further, the present invention provides an electrophoresis apparatus in which a photoconductive medium having a predetermined refractive index is provided around a capillary, by forming the surface shape of the photoconductive medium into a predetermined curved surface, so that the traveling direction of light generated from the sample can be changed. Adjustment can increase the light intensity detected by the detection mechanism.
[0015]
The above and other objects and novel features of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0016]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Example 1
FIG. 2 shows the overall configuration of the multi-capillary electrophoresis apparatus according to the present embodiment.
The multi-capillary electrophoresis apparatus according to the present embodiment includes a multi-capillary array 1 composed of a capillary containing a separation medium for separating a test sample, a buffer for immersing the negative electrode 2 of the multi-capillary array and the sample introduction unit 11-3. A first buffer container 11-4 for holding the liquid 3, a gel block 4 having a valve 6, a second buffer container 11-7 for holding a buffer solution 12 for immersing the gel block 4 and the ground electrode 7, and a capillary array A syringe 10 for injecting a gel as an electrophoresis medium into the inside, a detection unit 11-8 for acquiring information depending on a sample, and a light source 11 for irradiating a laser irradiation 9 which is coherent light to the light irradiation unit 8 -1, a measuring unit (not shown) for acquiring fluorescence generated by the sample, a thermostatic chamber 11 for adjusting the temperature of the capillary array, and a separation medium Composed of high-voltage power supply 11-2 for applying a voltage.
[0017]
The multi-capillary array 1 has a quartz capillary, which is a tubular member, filled with a test sample containing a sample such as a DNA molecule and an aqueous polymer solution as a separation medium for separating DNA molecules in the test sample. Have a book. At one end of the multi-capillary array 1, a sample introduction section 11-3 for introducing a sample into the capillary is formed, and an electrode 2 to which a negative voltage can be applied is arranged. At the other end, there is a connecting portion 5 connected to the gel block 4 and capable of moving the separation medium between the gel block 4 and the multi-capillary array 1. A detection unit 11-8 including a light irradiation unit 8 to be irradiated with laser light is provided between the sample introduction unit 11-3 and the connection unit 5.
[0018]
The gel block 4 and the syringe 10 are a fluid medium injection mechanism 11-5 for injecting an aqueous polymer solution as an electrophoretic medium into a capillary. When the capillary is filled with the aqueous polymer solution as the electrophoresis medium, the valve 6 is closed and the syringe 10 is pushed in so that the aqueous polymer solution in the syringe 10 is injected into the capillary.
[0019]
The capillary array 1, the gel block 4, the buffer solution 3, the electrode 2, the buffer 12 on the side of the ground electrode, the ground electrode 7, and the high-voltage power supply 11-2 constitute a voltage application mechanism for electrophoresis of the test sample. When performing electrophoresis, the negative electrode 2 is immersed in the buffer solution 3 and the valve 6 is opened. Thus, the negative electrode 2, the buffer solution 3, the multi-capillary array 1 (more precisely, the aqueous polymer solution in the capillary), the gel block (more precisely, the aqueous polymer solution in the gel block), and the buffer 12 on the ground electrode side , And a grounding electrode 7 are formed. A voltage is applied to this current path by the high voltage power supply 11-2. When a voltage is applied to the current path, the test sample in the aqueous polymer solution undergoes electrophoresis and is separated according to its molecular weight and other properties.
[0020]
The optical system of the electrophoresis apparatus includes a light source 11-1, a measurement unit 11-8 including the light irradiation unit 8, and a detection mechanism for detecting fluorescence generated from the detection unit. The light source 11-1 oscillates laser light 9 (488.0 nm and 514.5 nm light from an argon ion laser) that is coherent light. In the detection units 11 to 88, the light irradiation units 8 where laser light 9 passes through the capillary are arranged in parallel. Then, the laser beam 9 is emitted from both upper and lower directions to the detection unit 11-8 so as to penetrate the light irradiation units 8 of the plurality of capillaries simultaneously. The laser light 9 excites the test sample, and the test sample emits fluorescence. This fluorescence is detected by a detection mechanism including the CCD 34, so that information depending on the test sample such as the DNA molecule sequence can be obtained.
[0021]
FIG. 3 shows a mechanism 34-2 for detecting fluorescence from the test sample in the capillary array, and the light irradiation unit 8. The detection mechanism 34-2 includes a fluorescence condenser lens 31, a grating 32, a focus lens 33, and a CCD. Fluorescent light 35 from the test sample in the capillary 16 generated by irradiating the light irradiating section 8 with the laser light 9 is converted into parallel light 36 by the fluorescent light condensing lens 31, is separated by the grating 32, and is separated by the focus lens 33 into the CCD 34. Imaged on top. The state of the elements (detection unit 11-8, grating 32, CCD 34) relating to the image formation is shown in the right diagram of FIG. 96 capillary images are arranged in the Y-axis direction, and light emission from each capillary is split in the X-axis direction.
[0022]
The thermostat (oven) 11 is a temperature control mechanism for controlling the temperature of the capillary array 1. Thereby, most of the capillary array 1 is kept at a constant temperature, for example, 60 ° C.
[0023]
The detection unit 11-8 will be described. FIG. 1 shows a side view (1a) and a front view (1b) of the detection unit 11-8. The detection unit 11-8 includes 96 capillaries 16, an array base 15, a cell lid 20, a holding plate 17, a bubble elimination block 23, a filling medium (F solution 19), and bubbles 22. .
[0024]
The arrangement of the capillaries will be described. On the array base 15 made of quartz, a reference plane for arranging the capillaries is formed. The 96 capillaries are arranged on the array table 15 such that all of the capillaries are in contact with the reference plane and adjacent capillaries are in contact with each other. The capillary 16 is bonded and fixed to the array base 15 by being sandwiched between a holding plate 17 for fixing the capillary 16 and the array base 15. As a result, the capillaries are arranged in parallel in a plane, and the deviation of the center axis of each capillary becomes 6 μm or less. Therefore, when the laser light 9 is irradiated so as to simultaneously penetrate as many as 96 capillaries, the influence of the loss of the laser light 9 due to refraction or reflection can be reduced.
[0025]
The structure of the capillary will be described. The capillary 16 has a structure in which a quartz tube 18 having an inner diameter of 50 μm and an outer diameter of 126 μm is covered with a polymer coating having a thickness of 12 μm, and has a total outer diameter of 150 μm. The inside of the capillary is filled with a polymer aqueous solution (refractive index: 1.41) as a DNA separation medium. In the light irradiation section 8, the polymer coating is removed, and the quartz tube 18 is exposed. When the laser beam 9 is irradiated, a part of the irregularly reflected light hits the polymer film of the capillary, and this polymer film may emit fluorescence. However, the fluorescent light from the polymer coating is blocked by the holding plate 17 so as not to reach the measuring section. Therefore, highly accurate detection with a high SN ratio can be performed.
[0026]
Here, in the present embodiment, the array base 15, the quartz cell lid 20, and the adhesive 21 for fixing them form a sealed structure, and a sealed container capable of holding a specific liquid or solid photoconductive medium. (Cell). By filling the cell with the light transmitting medium, the space between the capillaries through which the laser light passes can be filled with the light transmitting medium. In other words, the light irradiation section 8 of the capillary 16 is immersed in the light transmission medium. During electrophoresis, a high voltage is applied to the capillary, so that the capillary adsorbs dust in the charged air. However, since the vicinity of the light irradiating portion of the capillary 16 is isolated from the outside air by a sealed container, light irradiation is performed. Dust does not adhere to the part 8.
[0027]
The choice of this light transmission medium has a very large effect on the analytical performance of the electrophoretic analysis. In the description, problems caused by the propagation of laser light and the loss of laser light will be described. In the present embodiment, the capillary array is irradiated with laser beams 24 and 25 from both upper and lower ends of the detection unit. The two laser beams 24 and 25 are irradiated so as to overlap each other. Each of the irradiated laser beams propagates one after another to the adjacent capillaries, passes through the 96 capillaries, and traverses the light irradiation section 8 of the capillaries. Here, when the laser beams 24 and 25 travel along the interface between the capillary 16 and the light transmission medium, the laser beams 24 and 25 pass through the interface between the media having different refractive indexes, and the laser beams due to refraction and reflection. Light intensity is lost due to scattering of light. When the light intensity of the laser beams 24 and 25 becomes weak due to this loss, the fluorescence generated from the sample in the capillary 16 becomes small, so that the DNA molecule arrangement or the like cannot be analyzed with high sensitivity. Hereinafter, in principle, this is expressed as "the separation ability is reduced".
[0028]
As a solution to the laser light loss, a method of increasing the fluorescence by increasing the intensity of the laser light can be considered. However, if the laser beam intensity is too high, the test sample such as DNA molecules will be denatured, so this solution has a limit.
[0029]
Further, in an electrophoresis apparatus in which laser light penetrates a plurality of capillaries, a difference in the intensity of laser light applied to each capillary becomes a problem. As the laser beam passes through the capillary, its intensity decreases exponentially due to refraction and reflection. Therefore, the fluorescence generated from the capillary with the highest laser beam intensity and the weakest capillary (from both sides of the capillary array). Irradiates a difference in the magnitude of the fluorescence generated from the center capillary). At this time, since the detection range of the CCD 34 needs to be set so as to contain all the fluorescence, if the difference between the fluorescence intensities is large, the analysis performance of the CCD 34 cannot be effectively used, and the analysis performance deteriorates. Therefore, if the laser beam intensity difference between the capillaries is large, effective analysis of the test sample cannot be performed. In particular, since the loss due to refraction and reflection increases exponentially as the number of capillaries through which laser light passes increases, the loss of light intensity due to refraction and reflection is a major problem in an electrophoresis apparatus having 24 or more capillaries. Become.
[0030]
The loss due to refraction and the loss due to reflection depend on the difference in refractive index at the interface. If the difference in refractive index is large (the reflectance is large), attenuation due to reflection occurs when the laser beam passes through the boundary surface, and if the difference in refractive index is small, attenuation occurs due to dispersion of the laser beam when passing through the boundary surface. That's why. Therefore, the inventors have considered that a method of filling a medium having a predetermined refractive index between the capillaries and suppressing the sum of losses due to refraction and reflection is effective.
[0031]
Here, the loss due to reflection will be described. In general, the reflectance (R) when light travels from the medium 1 (refractive index: n1) to the medium 2 (refractive index: n2) at an incident angle of 0 can be obtained by the following equation.
Reflectance: R = [(n1-n2) / (n1 + n2)]2
[0032]
For example, when the filling medium around the capillary is air, the reflectance at the interface between air (n = 1.00) and quartz (n = 1.46) is 3.49%, so that the laser beam Each time one light passes through the boundary surface, 3.49% of light is reflected, resulting in a loss of light intensity. This loss increases exponentially as the number of capillaries through which the laser beam passes increases. In order to reduce the loss due to reflection, the refractive index of the filling medium should be close to the refractive index of the capillary.
[0033]
Further, the loss due to refraction is attenuation due to dispersion of laser light (a state where light spreads) when passing through the boundary surface. That is, when the cross section of the capillary is elliptical or circular, the boundary surface between the capillary and the filling medium acts as a lens, and the laser light concentrates on the hollow portion of the capillary filled with the separation medium (light density increases). However, when the refractive index of the capillary and the surrounding medium is small, the lens effect due to the boundary surface is reduced, and the loss occurs because the laser light diverges. Generally, medium 1 (refractive index: n1) To medium 2 (refractive index: n2Angle of incidence θ when light travels1, Emission angle θ2Is obtained by the following equation.
n1sin θ1= N2sin θ2
[0034]
Therefore, generally, in order to reduce the loss due to refraction by strengthening the lens effect of the capillary, it is sufficient to increase the difference in the refractive index between the filling medium and the capillary.
[0035]
Based on the above consideration, the inventor simulated the relationship between the refractive index N of the light transmission medium around the capillary and the emission intensity ratio. The simulation conditions are as follows. For a multi-capillary array having 96 capillaries having the same detection unit structure as in the present embodiment, the inside of the capillary is filled with a polymer aqueous solution having a refractive index of 1.41, and the laser light is emitted only from the capillary. Is irradiated. It was assumed that the capillary alignment error was ± 6 μm, the laser diameter was 72 μm, and the optical axis deviation was 10 μm.
[0036]
FIG. 13 shows the simulation result. The horizontal axis is the refractive index of the light transmission medium, and the vertical axis is the emission intensity ratio. The emission intensity ratio is obtained by averaging the relative values of the amounts of light passing through the respective capillaries with respect to the incident laser light when the laser light propagates through the capillaries one after another for 96 capillaries. In the figure, ■ indicates the expected value of the luminescence intensity ratio (the average value of the luminescence intensity of a plurality of capillaries), and the vertical line including ■ indicates the distribution of the luminescence intensity.
[0037]
It can be understood that the emission intensity ratio has a mountain shape having a peak near a refractive index of 1.29 ° with respect to the refractive index of the filling medium. When the refractive index is smaller than 1.29 °, the contribution of loss due to reflection is large. When the refractive index is larger than 1.29 °, the contribution of the loss due to refraction is large. If the emission intensity ratio allowed in the electrophoretic analysis is 0.35 ° or more, it can be understood that a material having a refractive index in the range of 1.25 to 1.32 is suitable as the light transmission medium around the capillary. . In particular, a light transmission medium having a refractive index of 1.29 ° is optimal.
[0038]
It is desirable that the light transmission medium does not absorb laser light. This is to suppress the attenuation of the light intensity even when the laser light is transmitted through the light transmission medium. This attenuation also increases as the number of capillaries increases and the laser light path in the optical transmission medium becomes longer.
[0039]
Further, it is desirable that the light transmission medium does not emit fluorescence. This is because, when the light transmission medium itself emits fluorescence by the laser light, the emitted light becomes noise, which hinders detection of the fluorescence emitted from the test sample.
[0040]
The inventor has searched for an optimal substance as a light transmission medium satisfying the above conditions. Then, it reached Fluorinert Electronic Liquid FC-43 (hereinafter referred to as “F solution 19”) manufactured by 3M. “Fluorinert” is a registered trademark of 3M Company. The F solution 19 is a fully fluorinated liquid having a refractive index of about 1.29 °, low viscosity, colorless and transparent, and very stable chemically. In addition, it does not absorb the irradiation light, and emits only fluorescence equal to or less than the Raman scattering of water when irradiated with the irradiation light. Therefore, it is a substance very suitable as a light transmission medium of a multi-capillary electrophoresis apparatus having a plurality of capillaries. Further, it has the following characteristics, and these sometimes work favorably. 1) Excellent electrical insulation and thermal conductivity. 2) Very low surface tension and excellent permeability. 3) Does not dissolve in various solvents regardless of high or low temperature. 4) Nonflammable, non-toxic, odorless and safe. 5) It is inert and hardly attacks electronic components, metals, plastics, rubber, etc. FIG. 21 shows the chemical characteristics of the F solution at 25 [° C.].
[0041]
The inside of the sealed container of the capillary array according to the present embodiment is filled with the F solution 19, and the light irradiation unit 8 is immersed in the F solution 19. As a result, a loss due to refraction and reflection when the laser beam passes through the surface of the capillary 16 can be reduced, and a decrease in the fluorescence intensity generated by the test sample can be avoided. Therefore, a multi-capillary having a plurality of capillaries, particularly, a capillary having 24 or more capillaries In the electrophoresis apparatus, the analysis ability can be improved.
[0042]
In the sealed structure, bubbles 22 are filled together with the F solution 19. This is to prevent the hermetic structure from being broken by the volume expansion of the F solution 19 due to the temperature change. However, since the bubbles 22 are movable, they may enter the laser beam path and affect the analysis. In order to prevent the bubbles 22 from entering the laser beam path, a bubble elimination block 23 made of quartz, which is a bubble elimination means, is formed in a sealed structure. The bubble elimination block 23 is disposed at a position where the laser beams 24 and 25 are transmitted when the detection unit 11-8 is mounted on the electrophoresis apparatus, at a position above the bubble removal block 23. Thereby, a space 20-2 for accommodating the bubbles 22 is formed above the sealed container and at a position where the laser beams 24 and 25 do not transmit. At the time of measurement, the bubbles move above the cell and stay in this space 20-2, so that the bubbles 22 can be prevented from crossing the laser beam path. When the light irradiating unit 8 is mounted on the electrophoresis apparatus so that the reference surface of the array table 15 is horizontal and the reference surface is down, a groove-shaped reference surface of the array table 15 near the light irradiating unit 20-3. Form a space. Bubbles are likely to accumulate in the gap between the capillaries near the light irradiation part, but if the volume of the groove-shaped space is equal to or greater than the volume of the bubbles 22, the bubbles will remain in this space. Can be avoided. The same effect can be obtained by equipping the electrophoresis apparatus with the light irradiation unit 8 obliquely, that is, by equipping the electrophoresis apparatus so that the bubble 22 moves to one corner in the sealed container and to a position where the laser beams 24 and 25 do not transmit. Is obtained. That is, when the detection unit is provided in the electrophoresis apparatus, a closed structure is formed so that the bubbles remain at positions where the laser beams 24 and 25 do not transmit, thereby avoiding contact between the bubbles 22 and the laser beams 24 and 25. be able to. Accordingly, it is possible to avoid a loss due to refraction and reflection due to the passage of the laser beam through the boundary surface between the bubble 22 and the F solution 19. FIG. 14 shows an image formed on the CCD of this embodiment and the distribution of light emission intensity from the 96 capillaries. FIG. 4 shows an image formed on a CCD in the case of 93 capillaries and a light emission intensity distribution from the 93 capillaries. The emission shown in FIG. 14 is an emission spectrum (mainly Raman scattering of water) of the separation medium. As shown in the figure, light emission from 96 capillaries can be detected simultaneously. FIG. 15 shows the results of electrophoresis of one of the 96 capillaries. FIG. 5 shows the results of electrophoresis of one of the 93 capillaries. Here, a DNA sample having a known base length, which is a so-called size marker, was used as a measurement target. The temperature in the thermostat was 60 ° C., the length between the light irradiation part and the sample introduction end was 36 cm, and the voltage applied to the capillary was 319 V per cm.
[0043]
One of the labels indicating the DNA separation ability of the electrophoresis apparatus is a crossover point. This means the base length at which the separation length corresponding to one base in the light irradiation part is equal to the full width at half maximum of the DNA band of one base, and the larger the value, the higher the electrophoretic separation ability. The crossover point in FIG. 15 was 410 bases. Similar results were obtained for the other 95 capillaries. The crossover point in FIG. 5 was 410 bases, and similar results could be obtained for the other 92 capillaries.
[0044]
As described above, in the present embodiment, it is possible to provide a multi-capillary electrophoresis apparatus having a high analytical capability in which the crossover point for each capillary is 410 bases.
[0045]
Example 2
The angle between the incident laser light and the laser incident surface of the cell must be kept constant. If the angle varies for each capillary array, the incident angle of the laser beam to the cell varies, and as a result, the laser light path in the cell varies. For example, when the laser incident surface of the cell is quartz and the medium filling the capillary is a liquid with a refractive index of 1.29 °, if the laser incident surface of the cell varies by 4 mrad, the laser propagates 20 mm from the incident point on the cell. The displacement of the laser beam path at the point where it was set is 20 μm. When the laser is displaced in the direction of the capillary axis, the two laser beams irradiated in the upper and lower directions are not coaxial, and the laser beam diameter is effectively increased. As a result, performances such as a decrease in DNA detection separation ability (discrimination ability of adjacent DNA bands) are caused. Further, when the laser light is displaced in a direction perpendicular to the capillary axis (hereinafter, referred to as “Z-axis direction”), the amount of laser light irradiation into the inner diameter of the capillary decreases, and the signal intensity decreases. In order to avoid such performance degradation, it is necessary to keep the angle between the incident laser beam and the laser incident surface of the cell constant.
[0046]
In particular, in the multi-capillary electrophoresis apparatus according to Example 1, the inner diameter of the capillary filled with the separation medium and the test sample is 50 μm, and the tolerance of the central axis of the capillary (the variation in the distance between the central axis of the capillary and the reference plane) is ± 6 μm. The laser beam diameter is 72 μm. Therefore, unless the positional relationship between the capillary and the laser beam is precisely adjusted on the order of μ, the separation ability cannot be ensured. Further, it is preferable that the multi-capillary array be detachable from the electrophoresis apparatus main body. However, it is necessary to easily adjust the position of the capillary and the laser beam at the time of mounting. For this reason, in the electrophoresis apparatus according to the second embodiment, the mounting reference plane to the electrophoresis apparatus in the multi-capillary array and the laser incident surface of the cell are made to have a fixed angle, and the mounting reference plane and the mounting reference plane on the apparatus side are always set. It has a structure that can be attached at a fixed angle. More specifically, by bringing a plane in which a plurality of capillaries are arranged into contact with a mounting reference plane in a multi-capillary array mounting portion of the electrophoresis apparatus, relative positioning of the flat substrate and the electrophoresis apparatus in a direction perpendicular to the mounting reference plane is performed. And, by contacting one plane perpendicular to the plane in which the capillaries are arranged in the planar substrate with another mounting reference plane in the multi-capillary array mounting section, the capillary in the direction perpendicular to the perpendicular direction. By performing relative positioning between the array and the electrophoresis apparatus, the angle between the incident laser light and the laser incident surface of the cell can be kept constant.
[0047]
FIG. 6 shows a front view (6a) of the capillary array mounting portion of the second embodiment and a cross section AA '(6b) in the front view. The other points are the same as in the first embodiment. The XYZ axes are defined as shown. The X axis is a direction parallel to the capillary axis, the Z axis is a direction perpendicular to a reference plane on which a plurality of capillaries are arranged, and the Y axis is a direction perpendicular to both the X axis and the Z axis.
[0048]
The array base 15 made of quartz has a reference plane 40-2 on which the capillaries can be arranged by contacting the polymer coating of the capillaries, an attachment reference plane P40 that contacts the electrophoresis apparatus main body, and an attachment reference plane Q46. The mounting reference plane Q46 of the array base 15 is perpendicular to the mounting reference plane P40 and parallel to the X axis. It is desirable that the reference plane 40-2 and the attachment reference plane P40 are substantially parallel and the distance between them is within 6 μm. If the reference plane 40-2 and the mounting reference plane P40 are formed on the same plane as in this embodiment, it is preferable because the capillary array can be manufactured with high accuracy.
[0049]
The capillary array mounting portion in the main body of the electrophoresis apparatus has a mounting reference plane P'41 and mounting reference lines QQ'47 and 48 in contact with the mounting reference plane P40 and the mounting reference plane Q46 of the multi-capillary array, respectively. A laser beam transmitting portion 51-7 through which the laser beams 24 and 25 incident on the sample 8 pass, a fluorescence transmitting portion 51-6 through which the fluorescence emitted from the sample passes, and a pressing portion A51 comprising a mounting portion cover 51-11 and a spring 51-10. -8, a pressing portion B51-9 including a pressing rod 44 and a spring 45 is provided.
[0050]
The pressing portion A51-8 can move when the multi-capillary array is attached to or detached from the capillary array mounting portion. At the time of mounting, the mounting reference plane P40 of the array base 15 is brought into contact with the mounting reference plane P'41 in the multi-capillary array mounting section of the electrophoresis apparatus, and the array base 15 is moved in the -Z-axis direction (mounting) by the pressing portion A51-8. By pressing against the reference plane P40 (from the reference plane P'41 to the mounting reference plane P'41), the relative positioning between the array table 15 and the electrophoresis apparatus in the Z-axis direction can be performed with an accuracy on the order of μm. By this alignment, reproducibility of the laser irradiation position of the capillary when the capillary array is detached can be ensured. In particular, when the reference plane 40-2 and the attachment reference plane P40 are on the same plane, the positional relationship between the center axis of each capillary and the transmission paths of the laser beams 24 and 25 can be adjusted with extremely high precision.
[0051]
The mounting reference plane Q46 of the array base 15 is brought into contact with the mounting reference lines QQ'47, 48 by contacting two capillary mounting reference members that are semicircular when viewed from above the Z axis. Then, through a pressing rod 44 having two capillary pressing members having a semicircular shape when viewed from above the Z axis, a spring 45 causes a Y-axis direction (from the mounting reference plane Q46 to the mounting reference lines QQ'47, 48). Direction) is pressed against the array table 15. As described above, since one straight line touches at two points when viewed from the Z direction, the relative positioning between the array table 15 and the electrophoresis apparatus in the Y axis direction can be performed with high accuracy.
[0052]
Further, in the capillary array, the capillaries are arranged so that the mounting reference plane Q46 and each capillary are parallel, and the distance between the capillary 49 closest to the mounting reference plane Q46 and the mounting reference plane Q46 is set to any capillary array. It was fixed. By doing so, the positional relationship between each capillary and the mounting reference lines QQ'47, 48 is uniquely determined for all remaining 95 capillaries starting from the closest capillary 49. Therefore, the imaging position on the CCD 34 does not depend on the capillary array, and the size of the light receiving surface of the CCD 34 can be minimized.
Alternatively, a range in which all capillaries are arranged on the array table is set, and the capillaries are arranged so that the attachment reference plane Q46 and each capillary are parallel within the range. The distance in the range closest to the mounting reference plane Q46 and the distance in the range farthest from the reference plane Q46 were constant in any of the capillary arrays. Such a structure can be realized, for example, by forming two parallel blocks on an array base as shown in FIG. 8 and setting an arrangement range between the blocks, and arranging 96 capillaries in this range. it can. In this case, the distance between the inner wall of the block on the capillary side and the mounting reference plane Q46 is kept constant. By doing so, the imaging position on the CCD 34 does not depend on the capillary array, and the light receiving surface size of the CCD 34 can be minimized.
[0053]
The parallelism between the R50, S51, T52, and U53 surfaces through which the laser beams 24 and 25 pass and the surface Q46 on the surface of the quartz cell lid 20 is 2 × 10.-3rad or less. If the parallelism varies from one capillary array to another, the incident angles of the laser beams 24 and 25 to the cell lid 20 vary, and as a result, the laser light path in the cell varies. When the laser beam path varies in the X-axis direction, the laser beams 24 and 25 in the two upper and lower directions are not coaxial, and the laser beam diameter is effectively increased. As a result, performances such as a decrease in DNA detection separation ability (discrimination ability of adjacent DNA bands) are caused. Further, when the laser beams 24 and 25 are displaced in the Z-axis direction, the amount of laser beam irradiation into the inner diameter of the capillary decreases, and the signal intensity decreases. In order to avoid such performance deterioration, the R50, S51, T52, and U53 planes are each substantially parallel to the plane Q46 as described above.
[0054]
In order to suppress variations in the laser beam path, it is not sufficient that the R50, S51, T52, and U53 surfaces are parallel to the surface Q, and the mounting angle of the array table 15 to the electrophoresis apparatus is fixed with good reproducibility. Need to be This condition is realized by the above-described method in which the surface Q46 is pressed against the lines Q47 and Q'48.
[0055]
As a method of attaching a capillary array to a capillary array attachment portion, there is also the following method.
[0056]
FIG. 23 shows a front view (23a) of a capillary array mounting portion according to a modified example of the second embodiment and an AA ′ cross section (23b) in the front view. The XYZ axes are defined as shown. The reference surface P40 on the array table 15 (the surface with which the capillary polymer film is in contact) is brought into contact with the mounting reference surface P'41 in the capillary array mounting portion of the electrophoresis apparatus main body, so that the array table in the Z-axis direction is provided. Relative positioning of 15 and the electrophoresis apparatus was performed. By this alignment, reproducibility of the capillary irradiation position of the laser beam when attaching and detaching the capillary array can be ensured.
[0057]
Further, the array table 15 is pressed in the Y-axis direction by a spring 45 via a pressing rod 44, and the cell surface U53 (perpendicular to the surface P40 and parallel to the X-axis) is attached to the capillary array of the electrophoresis apparatus. The relative position of the array table 15 and the electrophoresis apparatus in the Y-axis direction was adjusted by contacting the mounting reference lines Q "Q" "47-2 and 48-2 in the section. The capillaries are arranged so that the surface U53 and each capillary are parallel to each other, and the distance between the capillary 49 closest to the surface U53 and the surface U53 is constant in any of the capillary arrays. The image position does not depend on the capillary array, and the size of the light receiving surface of the CCD 34 can be minimized.
Alternatively, a range in which all capillaries are arranged on the array table is set, and the capillaries are arranged so that the attachment reference plane Q46 and each capillary are parallel within the range. The distance in the range closest to the mounting reference plane Q46 and the distance in the range farthest from the reference plane Q46 were constant in any of the capillary arrays. Such a structure can be realized, for example, by forming two parallel blocks on an array base as shown in FIG. 8 and setting an arrangement range between the blocks, and arranging 96 capillaries in this range. it can. In this case, the distance between the inner wall of the block on the capillary side and the mounting reference plane Q46 is kept constant. By doing so, the imaging position on the CCD 34 does not depend on the capillary array, and the light receiving surface size of the CCD 34 can be minimized.
[0058]
On the quartz surface of the cell lid 20, the parallelism between the R50, S51, and T52 surfaces through which the laser beams 24 and 25 pass and the surface U53 is 2 × 10.-3rad or less. When the parallelism varies for each capillary array, the incident angles of the laser beams 24 and 25 to the cell lid 20 vary, and as a result, the laser light path in the cell varies. When the laser beam path varies in the X-axis direction, the laser beams 24 and 25 in the two upper and lower directions are not coaxial, and the laser beam diameter is effectively increased. As a result, performances such as a decrease in DNA detection separation ability (discrimination ability of adjacent DNA bands) are caused. Further, when the laser beams 24 and 25 are displaced in the Z-axis direction, the amount of laser beam irradiation into the inner diameter of the capillary decreases, and the signal intensity decreases. In order to avoid such performance deterioration, R50, S51, and T52 are each substantially parallel to the plane U53 as described above.
[0059]
In order to suppress variations in the laser light path, it is not sufficient that the planes R50, S51, and T52 are parallel to the plane U53, and the mounting angle of the array table 15 to the electrophoresis apparatus is made constant with good reproducibility. There is a need. This condition is realized by the above-described method in which the surface U53 is pressed against the lines Q'47 and Q "48.
[0060]
In the method shown in FIG. 6, it is necessary to attach and bond the cell lid 20 to the array base 15 so that the surface R50 of the cell lid 20 and the surface Q46 of the array base 15 are parallel. In this method, since the surface U53 of the cell lid 20 directly contacts the mounting reference lines Q'47, Q "48 of the capillary array mounting portion, the degree of parallelism between the array table 15 and the cell lid 20 is increased. .
[0061]
The inventor has also found that when a temperature gradient occurs in the filling medium between the capillaries, the resolution of the electrophoresis apparatus deteriorates. Then, it was found that the reason was the curvature of the laser beam due to the refractive index gradient in the filling medium. Hereinafter, this problem and the solution will be described.
[0062]
If the temperature distribution of the light transmission medium (F solution 19) in the Z-axis direction exists, the refractive index gradient of the F solution 19 occurs in the Z-axis direction. Due to the refractive index gradient, the traveling directions of the laser beams 24 and 25 having components only in the Y-axis direction have Z-components, though they are minute. As a result of the laser light 24, 25 traveling in the Y direction being displaced in the Z-axis direction due to the refractive index gradient, the laser light is displaced from the capillary array in the process of propagating through the capillary. For this reason, the intensity of the laser beam applied to the capillary decreases, the signal intensity (the intensity of the fluorescence from the sample) decreases, and the problem arises that the resolution of the electrophoresis apparatus deteriorates. In particular, this problem becomes more prominent as the distance of the laser beams 24 and 25 passing through the optical transmission medium becomes longer (as the number of capillaries increases).
[0063]
The inventor thought that by properly adjusting the internal surface temperature of the sealed container, this problem could be solved without using a complicated configuration. Therefore, the relationship between the internal surface temperature difference and the temperature gradient at a predetermined position in the filling medium was investigated. FIG. 7 shows the result. FIG. 7 shows a temperature difference between the point V54 and the point W55 in FIG. 6 and a temperature gradient on the straight line VW. The horizontal axis is the Z coordinate on the straight line VW, and Z = 0 corresponds to the center position of the capillary. The straight line VW is perpendicular to the array table and passes through the center of the space between the capillaries. The distance between V and W, that is, the F solution layer thickness is 0.8 mm. The vertical axis is the temperature gradient. ΔT is a temperature difference between the point V54 and the point W55 (ΔT = [temperature at point V] − [temperature at point W]). Each curve represents a temperature gradient on the straight line VW in the F solution when ΔT is −20, −5K, −2K, 2K, 5K, and 20K. The thermal conductivity of the F solution is 0.066 W / mK, the specific heat is 1050 J / kgK, and the density is 1880 kg / m3. Further, the heat generation of one capillary during the electrophoresis was calculated assuming 1 mW per 10 mm length.
[0064]
As can be seen from FIG. 7, the absolute value of the temperature gradient is smaller when ΔT is positive (the temperature at point V54 is higher than the temperature at point W55) than when it is negative. That is, it was found that the displacement of the temperature gradient was smaller when the temperature of the flat substrate of the array table 15 was higher than that of the cell lid 20 as compared with the opposite case.
[0065]
Based on this result, a multi-capillary array was designed as shown in FIG. In the multi-capillary array according to the present embodiment, the thickness of the quartz array base 15 which is the first flat plate portion of the closed vessel is equal to the thickness of the quartz cell lid 20 which is the second flat plate portion (the capillary to be detected). (The thickness of a transparent plate which is a part of the cell through which the signal light from the array passes). By making the cell lid 20 made of quartz and the array base 15 made of sapphire, ΔT can be kept positive even if the array base 15 is thinner than the cell lid. That is, the capillary array is designed so that the heat transfer efficiency of the first flat plate portion is higher than the heat transfer efficiency of the second flat plate portion. Accordingly, when the multi-capillary array mounting portion is maintained at a constant temperature such as 60 ° C., the surface P ′ of the multi-capillary array mounting portion maintained at 60 ° C. (the mounting reference surface P ′ 41 and the mounting reference surface P ′ 41). The heat transmitted from the portion in contact with the lines QQ'47, 48) to the surface P (the reference mounting surface P40 and the reference mounting surface Q46) is more efficiently transferred to the array table than the cell lid, and ΔT becomes positive. To keep it. Thus, the temperature gradient at the point where the laser light passes through the light transmission medium between the capillaries is reduced, and the refractive index gradient is reduced. Therefore, the laser light path is hardly bent, and the linearity can be maintained.
[0066]
Preferably, the multi-capillary array is designed such that the temperature gradient of the filling medium at the place where the laser light is transmitted becomes zero during electrophoresis. Here, the term “zero temperature gradient” refers to a state in which the laser beam can travel straight because there is almost no temperature gradient, and refers to a state in which the curvature of the laser beam hardly deteriorates the separation ability.
[0067]
As described above, in the electrophoresis apparatus in which the filling medium is filled around the capillary, the separation ability can be improved.
[0068]
Example 3
In Example 3, as a light transmission medium, Teflon {AF # 2400 (hereinafter, “F polymer”) manufactured by DuPont, which is a fluorinated polymer having a refractive index of 1.29 °, or DuPont, which is a fluorinated polymer having a refractive index of 1.32 ° One feature is that Teflon AF 1600 (hereinafter referred to as “F ′ polymer”) is used. “Teflon” is a registered trademark of DuPont. FIG. 8 shows a side view (8a) and a front view (8b) near the detection unit of the third embodiment. The configuration other than the light irradiation unit 8 is the same as that of the first embodiment.
[0069]
Further, a medium having a structure having at least one repeating unit among the following chemical structures A, B, C, and D can also be used. These have all hydrogen atoms replaced by fluorine atoms, and are excellent as a light transmission medium like the F solution.
[0070]
Embedded image
Figure 2004144479
[0071]
The light irradiation section 8 of the capillary array 1 is formed on an array table 15. The 96 capillaries 16 on the array table are arranged on the array table 15 so as to be in contact with the array table 15 and in contact with adjacent capillaries, and are adhesively fixed to the array table 15 together with the holding plate 17. Have been. Thereby, similarly to the second embodiment, the positional relationship between each capillary and the mounting reference plane is uniquely determined.
[0072]
The capillary 16 is covered with a polymer thin film as in the first embodiment, but the polymer coating is removed from the light irradiation unit 60-2, and the quartz tube 18 is exposed. In the invention according to the third embodiment, the light irradiating section 60-2 where the quartz is exposed is covered with the F polymer which is a fluorinated polymer having a refractive index of 1.29 °. Alternatively, it may be covered with Teflon AF # 1600 (registered trademark) (hereinafter referred to as "F 'polymer") manufactured by DuPont, which is a fluorinated polymer having a refractive index of 1.32%.
[0073]
After fixing the capillary 16 to the array table 15, the F polymer 60 was filled between the capillaries. In the space between the two polymer blocks 61 and 62 located outside the capillaries at both ends, the F polymer 60 was filled so as to completely cover the passage area of the laser beams 24 and 25.
[0074]
Here, the chemical structural formula E of the F polymer is shown. Note that n is a natural number.
Embedded image
Figure 2004144479
[0075]
The F polymer and the F 'polymer have the following characteristics.
(1) High temperature stability (High temperature stability)
(2) Excels in scientific resistance (Excellent chemical resistance)
(3) Low surface energy (Low @ surface @ energy)
(4) Low water absorption (Low water absorption)
(5) Transparent and high light transmission rate (transparent @ high @ transmission)
(6) Low refractive index (very low refractive index)
(7) High gas permeability (High @ gas @ permeability)
[0076]
FIG. 20 shows the transmission spectrum of the F polymer. From the figure, it can be seen that the F polymer has high transmittance in the range from ultraviolet rays to infrared rays. Therefore, the F polymer 60 is suitable as a filling medium because it does not absorb light having a wavelength of 488.0 nm or 514.5 nm of an argon laser, which is fluorescent, and does not emit fluorescent light even when irradiated with this light.
[0077]
FIG. 22 shows the refractive index of the F polymer and the F ′ polymer. The refractive index of the F polymer at a temperature of 20 ° C. by the sodium D line is 1.29 °, and the refractive index of the F ′ polymer at a temperature of 20 ° C. by the sodium D line is 1.32 °. The refractive index was measured using an Abbe reflectometer using α-bromo-napthalene as the contact liquid. These refractive indices are known as the lowest values among solid organic polymers, and the refractive index of AF2400 is a value close to the theoretical minimum limit of the solid organic polymer refractive index proposed by Groh and Zimmerm. .
[0078]
As described above, the gap between the capillaries is filled with the fluorine-containing polymer having a refractive index of 1.25 to 1.32, preferably 1.29 °, so that the laser beams 24 and 25 are transmitted through the surface of the quartz tube 18. Loss of light intensity due to refraction and reflection can be prevented, and almost the same signal as in the first embodiment can be obtained.
[0079]
Example 4
FIG. 9A is a side view of the vicinity of the laser irradiation unit according to the fourth embodiment.
In this example, as shown in FIG. 9A, the surface shape of the filled F polymer 60 was molded such that the cross-sectional shape became a circle concentric with the capillary 16. Other structures are the same as in the third embodiment. Here, it is assumed that the F value of the fluorescent light condensing lens 31 is 1.8 °. When the surface of the F polymer 60 is flat (FIG. 9B), the signal light is refracted at the interface 65 between the air and the F polymer 60, so that only the signal light within the range of ± 12 ° in the cross section of the capillary as shown in FIG. It does not reach the optical lens 31. On the other hand, when the surface shape of the F polymer 60 is concentric with the capillary 16, the signal light within the range of ± 15.5 ° reaches the fluorescent condenser lens in the cross section of the capillary. In addition, when the fluorescence generated from the test sample in the capillary passes through the boundary between the quartz tube and the F polymer 60 and the boundary between the F polymer 60 and the outside air (air), the fluorescence is perpendicular to the boundary. Incident. Therefore, since the fluorescence is not refracted, there is no problem due to aberration. As described above, by molding the surface shape of the filled F polymer 60 so that its cross-sectional shape becomes a part of the concentric circle of the capillary, the intensity of the fluorescence detected by the measuring unit 34-3 (CCD 34) is increased. And the resolution is improved.
[0080]
The separation ability can also be improved by forming the surface shape of the filled F polymer 60 to have a predetermined curved surface. For example, a curved surface is formed such that one section thereof has a predetermined curve (ellipse, hyperbola, circle whose central axis is different from the central axis of the capillary). This allows the F polymer 60 to act as a lens, thereby converging more fluorescence generated from the test sample to the detection mechanism 34-2. The problem due to aberration can be avoided by forming the surface shape as an aspherical lens.
[0081]
As described above, the resolution can be improved by forming the surface shape of the F polymer 60 into a predetermined curved surface, controlling the traveling direction of the fluorescent light, and increasing the intensity of the fluorescent light incident on the detection mechanism.
[0082]
Example 5
FIG. 10 is a side view illustrating the vicinity of the detection unit according to the fifth embodiment. In the present embodiment, the liquid between the capillaries and filling the space through which the laser light passes is not included in the cell structure of the capillary array, but includes the cell structure including the liquid provided on the capillary array electrophoresis apparatus main body side. Is held in. In this case, the capillary is dipped in the cell of the device, and the capillary array is fixed. Other items not particularly described are the same as in the first embodiment.
[0083]
Except that the capillary array does not have a cell structure, the basic structure of the detection unit formed on the array base 15 is the same as that of the first embodiment, and all the 96 capillaries 16 are attached to the array base 15. It is arranged on the array table 15 so as to be in contact with and adjacent to the capillary, and is adhered and fixed to the array table 15 together with the pressing plate 17.
[0084]
The capillary array mounting portion of the electrophoresis apparatus has a cell which is a container portion which can fill the F solution, a quartz window 72, 73 of a cell which is a laser light transmitting portion which can transmit laser light, and a fluorescent light transmitting portion. It has a quartz window 71 at the lower part of the cell, which is a fluorescence transmitting portion that can be used, and an attachment reference plane P'41.
[0085]
The electrophoresis apparatus is configured to mount the capillary array downward. By bringing the surface P40 of the array table 15 into contact with the mounting reference plane P'41 of the apparatus, the relative positioning of the array table 15 and the electrophoresis apparatus can be performed.
[0086]
The cell of the electrophoresis apparatus is filled with the F solution 19, and the laser beams 24 and 25 travel in the F solution 19 in the horizontal direction through the quartz windows 72 and 73 of the cell. Light emitted from the capillary is directed downward, and is detected by a detection mechanism similar to that of the first embodiment through the quartz window 71 below the cell.
[0087]
In order to prevent bubbles from entering the laser beam path, the array base is provided with a hole processing 70. The hole processing 70 is to form a hole penetrating the array table 15. A similar effect can be achieved by forming a groove in the array table 15 located above the light irradiation unit. Thereby, the bubbles near the light irradiation part of the capillary can move upward, so that the bubbles do not remain on the laser beam path.
[0088]
According to this embodiment, the vicinity of the light irradiation part of the multi-capillary array can be immersed in the F medium, so that substantially the same measurement results as those of the first embodiment can be obtained, and the separation ability of the electrophoresis apparatus can be improved. .
[0089]
Example 6
In the sixth embodiment, in an electrophoresis apparatus that irradiates laser light from both sides of a plurality of capillaries, a polarization element that converts transmitted laser light into linearly polarized light and a polarization rotation element that rotates the polarization direction of transmitted laser light are appropriately arranged. This avoids or reduces the problem that laser light returns to the laser oscillator and makes laser oscillation unstable.
[0090]
FIG. 11 shows an outline of the sixth embodiment. The configuration of the capillary array is the same as in the first embodiment. Only the vicinity of the detection section of the capillary array and the laser light introduction path are displayed, and the laser shutter, filter, and the like are not displayed.
[0091]
The multi-capillary array electrophoresis apparatus according to the present embodiment irradiates a capillary array having the same configuration as that of the first embodiment with two laser beams penetrating a plurality of capillaries, and opposes the traveling directions of the two laser beams. And a light blocking mechanism for preventing the laser light passing through the capillary array from returning to the laser main body.
[0092]
The light irradiation mechanism includes a laser main body 87 that is a light source that irradiates a laser beam 80 that is a coherent light, a half mirror 81 that can divide one laser beam 80 into two laser beams 24 and 25, and a laser traveling direction. , And condensing lenses 83 and 84. A mirror, a half mirror, a lens, and the like may be provided in the path of the laser beam.
[0093]
The light blocking mechanism includes half-wave plates (quartz λ / 2 plate, mica wave plate, etc.) 88 and 89, which are polarization rotating elements capable of changing the polarization direction of transmitted light, and a polarization filter 90 that transmits only predetermined polarized light. .
[0094]
The laser light 80 emitted from the laser main body 87 is split into two by a half mirror 81. These two laser beams irradiate the capillary array 82 from both sides. Here, the light reflected by the half mirror 81 is referred to as a laser beam 24, and the transmitted light is referred to as a laser beam 25. The condenser lens for the laser light 24 is a condenser lens 83, and the condenser lens for the laser light 25 is a condenser lens 84. The capillary positioned at the end of the array and into which the laser light 24 is introduced is hereinafter referred to as a first capillary 85, and the capillary into which the laser light 25 is introduced is hereinafter referred to as a 96th capillary 86. The laser beams 24 and 25 are in a plane including the central axis of each of the 96 capillaries (hereinafter, referred to as an “array surface”), and are perpendicularly incident on the capillaries. The laser beams 24 and 25 are coaxial, and the optical axis of one of the laser beams is adjusted so that the light that has passed through the capillary passes on the same axis as the other incident laser beam and returns to the laser main body 87. The laser beams 24 and 25 are both linearly polarized light, and the polarization direction is perpendicular to the capillary axis. In the above configuration (when the polarization element and the polarization rotation element are not installed), the reflected light from the capillary array or the transmitted light that has passed through the capillary array returns to the laser body, destabilizes laser oscillation and degrades the separation ability. Problem arises. In addition, both the transmitted return light intensity and the reflected return light intensity were about 6% of the incident light intensity.
[0095]
In order to suppress this return light, a quartz λ / 2 plate which is a half-wave plate as a polarization rotating element and a mica wave plate 88 are provided on the capillary side of the laser condenser lens with respect to the laser beams 24 and 25 from both the upper and lower sides. , 89 and so on. It is desirable to adjust the rotation angle of the polarization filter and the polarization rotation element about the optical axis as follows. The polarizing filter adjusts the angle so as to maximize the transmitted light intensity of the light from the laser. For the polarization rotation element, the rotation angle of this element is adjusted so that the polarization rotation angle becomes 45 °. By passing through two optical elements that rotate the polarization by 45 °, the polarization direction of the incident light is rotated by 90 °. The second polarization filter adjusts the angle so that the transmitted light intensity of the light whose polarization direction is rotated by 90 ° is minimized. The rotation angle of the polarization rotation element and the polarization direction of the polarization filter are not strictly limited to the above values, but may be any values as long as they are sufficient to solve the problem of the return light intensity.
[0096]
In this embodiment, a polarization rotator is installed on the capillary array side of the branch point, and a polarization filter is installed on the laser side of the branch point. The angle of the polarizing filter installed near the laser body 87 is adjusted so as to maximize the intensity of light from the laser. Since the polarization direction of the light that has passed through the capillary array and returned through the loop-shaped optical path is rotated by 90 °, the intensity of the transmitted light of the polarization filter becomes minimum with respect to the returned light.
[0097]
The installation of the polarization filter and the polarization rotation element is not limited to this. For example, both the polarization filter and the polarization rotation element may be provided closer to the capillary than the branch point. In this case, two optical elements are required. Further, a polarizing filter may be provided on the laser side of the branch point. In this case, one polarizing filter is required. Alternatively, the arrangement of the condenser lens and the polarization rotation element may be exchanged, and the condenser lens may be arranged closer to the capillary than the polarization rotation element. In this case, the laser beam passes through the polarization rotator and the condenser lens in this order.
[0098]
As a result, the laser light emitted from the laser main body 87 passes through a polarizing filter (adjusts the angle so that transmitted light is maximized), is split into two by a half mirror, and passes through a polarization rotating element. The capillary array is irradiated from two directions. The polarization of the laser beam in the direction perpendicular to the capillary axis is rotated by 45 ° by the half-wave plate 88, and is incident on the capillary array at an angle of 45 ° with respect to the capillary axis. In the optical path, the polarization directions of the upper and lower laser beams at the point of the capillary array are perpendicular to each other. Although the signal light intensity from inside the capillary inner diameter depends on the polarization direction of the incident laser light, since the upper and lower two laser lights are both at 45 ° to the capillary axis, the signal light intensity distribution of the 96 capillaries is higher and lower. Become symmetric.
[0099]
The laser beam transmitted through the capillary array passes through a polarization rotation element (rotates polarization in the same direction as the first polarization rotation element). Since the polarization rotation elements arranged on both sides of the capillary array have the property of polarizing the laser light in the same direction, the laser light incident from one end of the capillary array is rotated again by the polarization element after passing through the capillary. , And a substantially right angle with the polarization direction of the other laser beam.
[0100]
Next, the light enters the polarizing filter via the half mirror. Here, the second polarization filter is the same as the first polarization filter, and the return light enters from the opposite side. However, the polarization of the return light is rotated by 90 °. In other words, the polarization of the laser light in the direction perpendicular to the capillary axis is rotated by 45 ° by the half-wave plate 88, so that the laser light 24 enters the capillary array at an angle of 45 ° with respect to the capillary axis. I have. After transmitting the laser light 24 through the 96 capillaries, the half-wave plate 89 rotates the polarized light further by 45 °. By passing through the two half-wave plates 88 and 89, the polarization direction of the laser light 24 is rotated by 90 °. Similarly, the polarization direction of the transmitted light of the laser beam 25 is rotated by 90 °. Then, the transmitted light enters the polarizing filter.
[0101]
However, this polarizing filter is angle-adjusted so as to maximize the intensity of the laser light from the laser main body 87, and the light that has passed through the capillary array and returned through the loop-shaped optical path has its polarization direction rotated by 90 °. Therefore, the polarizing filter is designed to minimize the transmitted light intensity with respect to the return light.
[0102]
Therefore, since the light cannot pass through the polarizing filter and does not reach the laser head, it is possible to suppress return light from returning to the laser. In the process of passing through the 96 capillaries, the linearly polarized light is disturbed, and the polarization component before passing through the capillaries is reduced by about 25%. However, the present invention was able to suppress the transmitted light by 75%.
[0103]
In the present embodiment, the problem that the light that has passed through the capillary array returns to the laser oscillator and the laser oscillation becomes unstable can be solved, and a relatively stable laser oscillation can be obtained.
[0104]
Example 7
In the sixth embodiment, there is a problem that the return light reflected by the capillary cannot be suppressed. Example 7 is an electrophoresis apparatus that irradiates laser light from both sides of a plurality of capillaries, by setting the laser incident angle on the capillary not perpendicular to the capillary, so that the laser light reflected by the capillary returns to the laser oscillator and causes laser oscillation. The problem of instability is avoided or reduced.
[0105]
FIG. 12 is a schematic diagram of the seventh embodiment. This embodiment is basically the same as the sixth embodiment except for the optical axis configuration of the light irradiation unit. However, the above-described light irradiation mechanism irradiates the capillary with laser light at an angle shifted by 2 ° from the vertical, and has a pinhole plate 97 as a light selection member. The light selection member includes an opening through which laser light traveling from the light source to the capillary can pass, and a barrier portion capable of blocking return laser light traveling from the capillary to the light source.
[0106]
The laser beams 24 and 25 are in the array plane and enter the capillary at an angle shifted by 2 ° from the perpendicular. The laser beams 24 and 25 are coaxial when irradiating the capillary array, and of the one laser beam, the light that has passed through the capillary passes coaxially with the other incident laser beam and returns to the laser main body 87. The optical axis is adjusted as follows. Accordingly, the reflected lights 95 and 96 from the capillaries and cells by the laser lights 24 and 25 propagate on an optical axis different from the incident laser optical axis as shown in FIG. Are not coaxial.
[0107]
A pinhole plate 97 having a pinhole with a diameter of 1.4 mm, which is a light selecting means that transmits laser light before entering the capillary and does not transmit laser light reflected by the capillary, is mounted near the laser light emission port of the laser main body 87. . Although the laser beam from the laser main body 87 passes through the pinhole, the reflected light cannot pass through the pinhole, so that the reflected lights 95 and 96 can be prevented from returning to the laser main body 87. Therefore, the problem that the reflected light from the capillary array or the cell returns to the laser oscillator and makes the laser oscillation unstable can be solved.
[0108]
By combining the present embodiment and the sixth embodiment, transmitted return light can be suppressed by the method of the sixth embodiment, and reflected return light can be suppressed by the method of the sixth embodiment. Obtainable.
[0109]
Example 8
The invention according to the eighth embodiment is to prevent the fluorescence generated from the capillary from diverging when passing through the boundary of the filling medium by forming the shape of the filling medium around the capillary into a predetermined curved surface.
[0110]
FIG. 16 is a top view of the vicinity of the laser irradiation unit according to the eighth embodiment. Other structures are the same as in the third embodiment. As shown in FIG. 16A, the F polymer 60, which is the filled light transmitting medium, is molded so that the surface shape is convex when viewed from the laser irradiation portion 100 in the capillary.
[0111]
Here, it is assumed that the F value of the fluorescent light condensing lens 31 is 1.8 °. When the surface of the F polymer 60 is flat (FIG. 16B), the signal light is refracted at the interface 65 between the air and the F polymer 60, so that only the signal light within a range of about ± 11 ° in the cross section of the capillary as shown in FIG. It does not reach the condenser lens 31.
[0112]
On the other hand, when the surface shape of the F polymer 60 is convex as shown in FIG. 16A, the signal light in the range of about ± 11 to 15 ° in the cross section of the capillary is collected by fluorescence depending on the radius of curvature of the surface shape. Reach the lens. As described above, by making the surface shape of the filled F polymer 60 a curved surface such as a convex shape, the intensity of irradiation light from the capillary 16 detected by the detection mechanism can be increased. In order to effectively increase the irradiation light intensity, it is desirable that the center of the arc of the surface convex shape of the F polymer 60 coincides with the laser optical axis. This is because the fluorescence emitted by the test sample travels in a direction perpendicular to the convex surface of the F polymer 60, and the traveling direction does not change when passing through the convex surface (boundary surface). Thereby, the problem of aberration can be avoided.
[0113]
In addition, by forming the surface shape of the filled F polymer 60 so as to have a predetermined curved surface, the separation ability can be improved. For example, a curved surface is formed such that one section thereof has a predetermined curve (ellipse, hyperbola, circle whose center is different from the laser optical axis). In this case, the fluorescence converges more to the CCD camera serving as the detection unit, and the fluorescence intensity detected by the CCD increases. In other words, by forming the surface shape of the F polymer 60 around the capillary into a predetermined curved surface, the F polymer 60 acts as a lens and can adjust the traveling direction of the fluorescence. The problem due to the aberration can be avoided by forming the lens relating to the surface shape of the F polymer 60 to have a plurality of focal points.
[0114]
The surface of the F polymer is not limited to a surface in contact with air, but refers to a contact surface with a medium having a refractive index different from that of the F polymer. Further, another medium having a different refractive index may exist between the F polymer and the capillary.
This embodiment can be performed simultaneously with the fourth embodiment.
[0115]
Example 9
In the ninth embodiment, the outer mold of the container that covers the filling medium around the capillary is formed with a predetermined curved surface, so that the fluorescence generated from the capillary is prevented from diverging when passing through the surface of the container.
[0116]
FIG. 17 shows a top view of the vicinity of the light irradiation unit of the ninth embodiment. Other structures are the same as in the first embodiment. As shown in FIG. 17A, the surface shape of the cell lid 20 is made to be convex when viewed from the laser irradiation portion 100 in the capillary.
[0117]
Here, it is assumed that the F value of the fluorescent light condensing lens 31 is 1.8 °. When the surface shape of the cell lid 20 is flat (FIG. 17b), the signal light is refracted at the interface between the air and the cell lid 20, so that only the signal light within a range of about ± 11 ° in the cross section of the capillary as shown in FIG. It does not reach the condenser lens 31.
[0118]
On the other hand, when the surface shape of the cell lid 20 is convex as shown in FIG. 17A, depending on the radius of curvature of the surface shape, the signal light within the range of about ± 11 to 15 ° in the capillary cross section is collected by fluorescence. Reach the lens. As described above, the intensity of the irradiation light from the capillary 16 detected by making the surface shape of the cell lid 20 convex can be increased. In order to effectively increase the irradiation light intensity, it is desirable that the center of the arc of the surface convex shape of the cell lid coincides with the laser optical axis.
[0119]
Further, by making the surface shape of the cell lid a curved surface having a larger curvature, the fluorescence is converged by the CCD camera in the detection mechanism, and the intensity of the irradiation light can be increased. In other words, by forming the shape of the container such as the cell lid that covers the filling medium around the capillary into a predetermined curved surface, the container such as the cell lid acts as a lens, and the traveling direction of the fluorescence can be adjusted.
[0120]
The surface of the cell lid is not limited to a surface in contact with air, but refers to a contact surface with a medium having a refractive index different from that of a container such as a cell lid. Further, another medium having a different refractive index may exist between the cell lid and the filling medium forming the boundary surface.
[0121]
Example 10
In the invention according to the tenth embodiment, the function of the surface convex shape of the cell lid in the ninth embodiment is provided by mounting a cylindrical lens, one of which is a flat surface and the other a curved surface member, on a multi-capillary array having a flat surface shape. And the cylindrical lens 202 mounted on the apparatus.
[0122]
FIG. 18 is a top view of the vicinity of the laser irradiation unit of the tenth embodiment. In the present embodiment, the cell cap of the multi-capillary array according to the first embodiment is covered by a cylindrical lens 202 mounted on the electrophoresis apparatus main body. Other structures are the same as in the first embodiment.
[0123]
The function of the surface convex shape of the cell lid in the ninth embodiment can be performed by the cylindrical lens 202 mounted on the apparatus, so that the cell lid of the consumable capillary array may be a flat glass plate. Further, since the cylindrical lens 202 is mounted on the apparatus, the center of the convex surface of the cylindrical lens 202 coincides with the laser optical axis, so that there is an advantage that the irradiation light intensity does not depend on the mounting accuracy of the capillary array.
[0124]
Example 11
FIG. 19 shows a front view (19a) of the vicinity of the laser irradiation part of Example 11 and an AA ′ section (19b) in the front view. In this embodiment, a background light shielding member having a detection window through which fluorescence generated from a sample from one capillary is transmitted is disposed above the capillaries arranged in parallel on a quartz array base 15. Have been. Other structures are the same as in the first embodiment.
[0125]
All of the 96 capillaries 16 are arranged on the array table 15 so as to contact the array table 15, and are adhered and fixed to the array table 15 together with the silicon plate 101. The silicon plate 101 is formed with a detection window 103 partitioned by a fence 102 and a V-shaped groove 104 used for alignment positioning of the capillary 16 by a silicon anisotropic etching technique. Since the capillaries 16 are fitted in the V-shaped grooves 104, the capillaries 16 can be arranged with high precision at predetermined intervals, and the alignment between the detection windows 103 partitioned by the fences 102 and the capillaries 16 can be easily performed. it can.
[0126]
Further, a positioning guide 105 of a silicon plate is formed on the array table 15, which corresponds to a detection allowable range of the measuring unit. That is, if all the capillaries 16 are inside the positioning guide 105 of the silicon plate, all the capillaries 16 are within the detection allowable range of the detection mechanism. By forming the positioning guide 105 of the silicon plate on the array table 15, it is possible to easily position the capillary 16 with respect to the array table 15.
[0127]
The capillary 16 has a structure in which a quartz tube 18 having an inner diameter of 50 μm and an outer diameter of 126 μm is covered with a polymer film having a thickness of 12 μm, and has a total outer diameter of 150 μm. The inside of the capillary is filled with a polymer aqueous solution (refractive index: 1.41) as a DNA separation medium. In the light irradiation part, the polymer coating is removed, and the quartz tube 18 is exposed. When the laser light is irradiated, part of the irregularly reflected laser light hits the polymer coating of the capillary 16 to emit fluorescence, and part of the fluorescence emitted from the DNA sample is irregularly reflected. If the fluorescence from the polymer coating or the irregularly reflected light from the DNA sample is received by the detection mechanism, the S / N ratio decreases due to the increase in background light, and the resolution decreases. However, since the background light is blocked by the fence 102, it is possible to prevent the background light from increasing. Further, an anti-reflection film 106 is formed on the array base 15 to prevent the reflected light from the array base 15 from passing through the detection window 103 and being received by the detection mechanism. As a result, the background light can be further reduced, so that the resolution can be further improved.
[0128]
The periphery of the capillary of the light irradiation part is filled with the F solution 19. The F solution 19 is completely sealed with a quartz cell lid 20, the array base 15, and an adhesive for fixing them.
[0129]
In order to prevent the sealed structure of the cell from being destroyed by the volume expansion of the F solution 19 due to the temperature change, a high compression with an expansion ratio of 30 times (approximately 29/30 of the volume is a bubble) is provided in the sealed structure. A possible foam 107 was incorporated. The body expansion coefficient of the F solution 19 is 0.0012 mm3/ Mm3Since the temperature is ° C., if the difference between the storage temperature of the capillary array (room temperature 25 ° C.) and the use temperature (60 ° C.) is 35 ° C., the temperature rise from the storage temperature of the F solution 19 to the use temperature (35 ° C.) Volume increase by about 0.04mm3/ Mm3(About 4%). The size of the foam 107 was set to about 10% of the cell volume.
[0130]
The foam 107 is arranged in a groove provided in the array base 15 so as to be sandwiched between the array base 15 and the capillary 16. The foam 107 is located at a position within the detection range of the detection mechanism but hidden from the detection mechanism by the silicon plate 101. Thereby, it is possible to prevent an increase in background light due to the fluorescence of the foam 107. In addition, the foam 107 can be arranged as a lid for closing the hole 109 for injecting the F solution into the sealed structure of the cell. This eliminates the need for special processing on the array base 15 only for the foam 107.
[0131]
In order to prevent bubbles from entering the laser beam path, it is desirable that no bubbles exist inside the cell, but it is not easy to completely remove the bubbles from inside the cell. Therefore, even if bubbles are mixed into the cell filled with the F solution 19, a bubble elimination block 23 made of quartz is formed in the cell in order to prevent the bubbles from entering the laser beam path.
[0132]
It is necessary to keep the angle between the incident laser light and the laser incident surface of the cell constant. A guide 108 serving as a groove for positioning the cell lid is formed on the array table 15, and the cells can be positioned with respect to the array table 15 easily and reliably.
[0133]
As described above, it was possible to realize a capillary array having a low SN ratio and a high SN ratio.
[0134]
【The invention's effect】
According to the present invention, samples in a plurality of capillaries can be analyzed with high accuracy.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a side view (1a) and a front view (1b) of a vicinity of a light irradiation unit in a capillary array according to a first embodiment.
FIG. 2 is a schematic view of a capillary array electrophoresis apparatus to which the present invention is applied.
FIG. 3 is a schematic view of a detection system for light emission from a capillary array.
FIG. 4 shows an image formed on a CCD obtained in Example 1 and a light emission intensity distribution from 93 capillaries.
FIG. 5 shows the results of electrophoresis obtained in Example 1.
6A and 6B are a front view (6a) of a capillary array mounting portion according to a second embodiment and an AA 'section (6b) in the front view.
FIG. 7 is a calculation result of a temperature gradient on a straight line VW in the F solution.
8A and 8B are a side view (8a) and a front view (8b) of the vicinity of a detection unit according to the third embodiment.
FIG. 9 is a side view (9a) of the vicinity of the laser irradiation unit of the fourth embodiment and a side view (9b) of the vicinity of the laser irradiation unit of the third embodiment.
FIG. 10 is a side view of the vicinity of a detection unit according to a fifth embodiment.
FIG. 11 is a schematic diagram of a sixth embodiment.
FIG. 12 is a schematic diagram of a seventh embodiment.
FIG. 13 is a simulation result of the ratio of the refractive index of the filling medium to the emission intensity.
FIG. 14 shows an image formed on a CCD obtained in Example 1 and a light emission intensity distribution from 96 capillaries.
FIG. 15 shows the results of electrophoresis of one of 96 capillaries.
FIG. 16 is a schematic diagram of an eighth embodiment.
FIG. 17 is a schematic view of a ninth embodiment.
FIG. 18 is a schematic diagram of Example 10.
19A and 19B are a front view (FIG. 1A) of the vicinity of a laser irradiation unit and a cross section taken along the line AA 'in FIG.
FIG. 20 is a graph showing the relationship between the transmission wavelength and the transparency of F polymer.
FIG. 21 is a table showing the chemical characteristics of the F solution.
FIG. 22 is a table showing the refractive index of F polymer.
23A and 23B are a front view (23a) and a cross-sectional view (23b) taken along the line AA 'in a modified example of the capillary array mounting portion according to the second embodiment.
[Explanation of symbols]
1, 82: Capillary array, 2: Negative electrode, 3: Buffer solution on negative electrode side, 4: Gel block, 5: Connection to gel block, 6: Valve, 7: Earth electrode,
8: Light irradiation unit, 9, 24, 25, 80: Laser light, 10: Syringe, 11: Oven, 11-1: Light source, 11-2: High voltage power supply, 11-3: Sample introduction unit, 11-4: 1st buffer container, 11-5: fluid medium injection mechanism, 11-6: detecting unit, 11-7: second buffer container, 11-8: measuring unit, 12: buffer on the ground electrode side, 15: array base, 16: Capillary, 17: Capillary presser plate, 18: Quartz tube, 19: Fluorine-containing solution Fluorinert FC43 made by 3M to fill around the capillary, 20: Cell lid, 20-2: Bubble accommodating space, 21: Adhesive, 22 ... bubbles,
23: A bubble elimination block made of quartz for preventing bubbles from entering the laser beam path, 31: Fluorescent condensing lens, 32: Grating, 33: Focus lens,
Reference numeral 34 denotes a CCD, 34-2 denotes a detection mechanism, 35 denotes fluorescent light, 36 denotes a light flux in which light emitted from the capillary is converted into parallel light by a fluorescent light condensing lens, 40 denotes a reference plane P on the array table 15, 40-2 denotes a capillary. Reference plane for arranging the array, 41 ... Mounting reference plane P ',
44: pressing rod, 45, 51-10: spring, 46: reference plane Q perpendicular to plane P and parallel to the X axis on the array base, 47, 48: mounting reference line QQ ', 47-2, 48-2: mounting reference line Q "Q" ", 49: capillary closest to surface Q,
50: surface R of the quartz surface of the cell lid through which the laser beam passes; 51: surface S of the quartz surface of the cell through which the laser beam passes; 51-6: a fluorescence transmitting portion; 51-7: a laser beam transmitting portion; 51-8: Pressing portion A, 51-9: Pressing portion B, 51-11: Mounting portion cover, 52: Surface T of the quartz surface of the cell through which laser light passes, 53: Laser light of the quartz surface of the cell Surface U, 54... At a point in contact with the F solution on the array base,
55: one point of the cell lid in contact with the F solution; 60: fluorinated polymer covering the light irradiation part of the capillary array; 60-2: light irradiation part; 61, 62 ... fluorination located outside the capillaries at both ends A polymer block for damping the polymer; 65, an interface between air and the F polymer 60; 70, processing of holes formed in the array table to prevent air bubbles from entering the laser beam path; 71, a quartz window for fluorescence detection below the cell; 73, quartz window for transmitting laser light, 81, half mirror, 83, 84, laser condenser lens,
85, 86: End capillary into which laser enters, 87: Laser main body, 88, 89: Half wavelength plate, 90: Polarizing filter, 91: Mirror, 95, 96 ... Light reflected from the capillary or cell by laser light, 97 ... Pinhole plate, 101 ... silicon plate,
102: fence, 103: detection window, 104: V-groove, 105: positioning guide of silicon plate, 106: antireflection film, 107: foam, 108: positioning guide of cell lid, 109: F solution injection hole, 202 ... Cylindrical lens.

Claims (28)

試料を分離するための分離媒体が充填され、前記試料を導入するための導入部と、照射光が照射される光照射部とを有する複数のキャピラリを備え、複数の該光照射部を整列配置したマルチキャピラリアレイと、
前記導入部と前記光照射部とを含む通電路に電圧を印加する電圧印加機構と、
並列配置された複数の前記光照射部を連続して貫く照射光を照射する光照射機構と、
前記試料が発する光を検出する検出機構と
を有する電気泳動装置であって、
前記光照射部の周囲が、空気の屈折率より大きく、水の屈折率より小さい屈折率を有する物質により取り囲まれている電気泳動装置。
A separation medium for separating a sample is filled, and a plurality of capillaries having an introduction unit for introducing the sample and a light irradiation unit irradiated with irradiation light are provided, and the plurality of light irradiation units are aligned. Multi-capillary array,
A voltage application mechanism that applies a voltage to a current path including the introduction section and the light irradiation section,
A light irradiation mechanism that irradiates irradiation light continuously penetrating the plurality of light irradiation units arranged in parallel,
An electrophoresis apparatus having a detection mechanism for detecting light emitted by the sample,
An electrophoresis apparatus, wherein the periphery of the light irradiation unit is surrounded by a substance having a refractive index higher than the refractive index of air and lower than the refractive index of water.
請求項1記載の電気泳動装置において、
前記物質は水,水溶液,フッ素含有化合物であることを特徴とする電気泳動装置。
The electrophoretic device according to claim 1,
An electrophoresis apparatus, wherein the substance is water, an aqueous solution, or a fluorine-containing compound.
請求項1記載の電気泳動装置において、
前記物質が、常温,常圧で液体の含フッ素化合物であることを特徴とする電気泳動装置。
The electrophoretic device according to claim 1,
An electrophoresis apparatus, wherein the substance is a fluorine-containing compound which is liquid at normal temperature and normal pressure.
請求項1記載の電気泳動装置において、
前記物質が、含フッ素ポリマであることを特徴とする電気泳動装置。
The electrophoretic device according to claim 1,
An electrophoresis apparatus, wherein the substance is a fluorine-containing polymer.
請求項1記載の電気泳動装置において、
前記物質が、屈折率1.29−1.32の含フッ素化合物であることを特徴とする電気泳動装置。
The electrophoretic device according to claim 1,
An electrophoresis apparatus, wherein the substance is a fluorine-containing compound having a refractive index of 1.29 to 1.32.
請求項1記載の電気泳動装置において、
前記キャピラリが24本以上であることを特徴とする電気泳動装置。
The electrophoretic device according to claim 1,
An electrophoresis apparatus comprising 24 or more capillaries.
請求項1記載の電気泳動装置において、
前記測定機構と前記キャピラリとの間に、前記試料から発する前記光を通す検出窓を有する背景光遮蔽部材を備えたことを特徴とする電気泳動装置。
The electrophoretic device according to claim 1,
An electrophoresis apparatus comprising a background light shielding member having a detection window through which the light emitted from the sample passes, between the measurement mechanism and the capillary.
試料を分離するための分離媒体が充填され、前記試料を導入するための導入部と、照射光が照射される光照射部とを有する複数のキャピラリを備え、整列配置された該光照射部を連続して貫く照射光が照射されるマルチキャピラリアレイであって、
前記光照射部のキャピラリの周囲が、空気の屈折率より大きく、水の屈折率より小さい屈折率を有する物質により取り囲まれているマルチキャピラリアレイ。
A separation medium for separating the sample is filled, an introduction unit for introducing the sample, a plurality of capillaries having a light irradiation unit irradiated with irradiation light, the light irradiation unit arranged and arranged. A multi-capillary array irradiated with continuously penetrating irradiation light,
A multi-capillary array in which the periphery of the capillary of the light irradiation section is surrounded by a substance having a refractive index higher than that of air and lower than that of water.
請求項8記載のマルチキャピラリアレイにおいて、
前記物質は水,水溶液,フッ素含有化合物であることを特徴とするマルチキャピラリアレイ。
The multi-capillary array according to claim 8,
The multi-capillary array, wherein the substance is water, an aqueous solution, or a fluorine-containing compound.
請求項8記載のマルチキャピラリアレイにおいて、
前記物質が、常温,常圧で液体の含フッ素化合物であることを特徴とするマルチキャピラリアレイ。
The multi-capillary array according to claim 8,
A multi-capillary array, wherein the substance is a fluorinated compound which is liquid at normal temperature and normal pressure.
請求項8記載の電気泳動装置において、
前記物質が、含フッ素ポリマであることを特徴とするマルチキャピラリアレイ。
The electrophoretic device according to claim 8,
The multi-capillary array, wherein the substance is a fluorine-containing polymer.
請求項8記載のマルチキャピラリアレイにおいて、
前記物質が、屈折率1.29−1.32の含フッ素化合物であることを特徴とするマルチキャピラリアレイ。
The multi-capillary array according to claim 8,
A multi-capillary array, wherein the substance is a fluorine-containing compound having a refractive index of 1.29 to 1.32.
請求項8記載のマルチキャピラリアレイにおいて、
前記キャピラリが24本以上であることを特徴とするマルチキャピラリアレイ。
The multi-capillary array according to claim 8,
A multi-capillary array comprising 24 or more capillaries.
試料を分離するための分離媒体が充填され、前記試料を導入するための導入部と、照射光が照射される光照射部とを有する複数のキャピラリを備え、複数の該光照射部を整列配置したマルチキャピラリアレイと、
前記導入部と前記光照射部とを含む通電路に電圧を印加する電圧印加機構と、
並列配置された複数の前記光照射部を連続して貫く照射光を照射する光照射機構と、
前記試料が発する光を検出する測定機構と
前記光照射部の周囲に、空気よりも大きく、水の屈折率よりも大きくない屈折率を持つ液体を保持する容器とを有する電気泳動装置であって、
複数の前記キャピラリに挟まれ、且つ、前記照射光が通過する空間に存在する前記液体の、前記光検出部におけるキャピラリの長軸方向、及び前記照射光の進行方向の双方に垂直な方向に関する温度勾配が、略零である電気泳動装置。
A separation medium for separating a sample is filled, and a plurality of capillaries having an introduction unit for introducing the sample and a light irradiation unit irradiated with irradiation light are provided, and the plurality of light irradiation units are aligned. Multi-capillary array,
A voltage application mechanism that applies a voltage to a current path including the introduction section and the light irradiation section,
A light irradiation mechanism that irradiates irradiation light continuously penetrating the plurality of light irradiation units arranged in parallel,
An electrophoresis apparatus having a measurement mechanism for detecting light emitted by the sample and a container around the light irradiation unit, which holds a liquid having a refractive index larger than air and not larger than that of water. ,
The temperature of the liquid sandwiched between the plurality of capillaries and present in the space through which the irradiation light passes, in the direction perpendicular to both the major axis direction of the capillary in the light detection unit and the traveling direction of the irradiation light. An electrophoresis device whose gradient is almost zero.
試料を分離するための分離媒体が充填され、試料を導入するための導入部と、照射光が照射される光照射部とを有するキャピラリを複数備え、
複数の前記光照射部を並列配置する第1平板部と、第2平板部とを含み、前記第1平板部と前記第2平板部に挟まれた空間に存在する前記光照射部の周囲に、空気よりも大きく、水の屈折率よりも大きくない屈折率を持つ液体を保持する容器と、
前記導入部と前記光照射部とを含む通電路に電圧を印加する電圧印加機構と、
複数の前記照射部を連続して貫く照射光を照射する光照射機構と、
前記試料の発する前記光を検出する検出機構とを有する電気泳動装置であって、
前記第1平面板の温度が、前記第2平面板の温度より大きい電気泳動装置。
A separation medium for separating the sample is filled, an introduction unit for introducing the sample, and a plurality of capillaries having a light irradiation unit irradiated with irradiation light,
A first flat plate portion in which a plurality of the light irradiating portions are arranged in parallel, and a second flat plate portion; A container for holding a liquid having a refractive index greater than air and not greater than the refractive index of water;
A voltage application mechanism that applies a voltage to a current path including the introduction section and the light irradiation section,
A light irradiation mechanism for irradiating irradiation light continuously penetrating the plurality of irradiation units,
An electrophoresis apparatus having a detection mechanism for detecting the light emitted from the sample,
An electrophoresis apparatus in which the temperature of the first flat plate is higher than the temperature of the second flat plate.
試料を分離するための分離媒体が充填され、前記試料を導入するための導入部と、照射光が照射される光照射部とを有するキャピラリを複数備えたマルチキャピラリアレイと、
前記導入部と前記光照射部とを含む通電路に電圧を印加する電圧印加機構と、
並列配置された複数の前記光照射部を連続して貫く照射光を照射する光照射機構と、
前記試料が発する光を検出する検出機構と
前記光照射部の周囲に、空気よりも大きく、水の屈折率よりも大きくない屈折率を持つ液体を保持する密封容器と
を有する電気泳動装置であって、
前記密封容器の内部に前記液体と気体が保持され、
電気泳動時に該気体を収容する気泡収容空間が、電気泳動時に前記照射光の通過しない位置に存在する電気泳動装置。
A multi-capillary array including a plurality of capillaries having an introduction unit for introducing the sample and a light irradiation unit to which irradiation light is applied, which is filled with a separation medium for separating the sample,
A voltage application mechanism that applies a voltage to a current path including the introduction section and the light irradiation section,
A light irradiation mechanism that irradiates irradiation light continuously penetrating the plurality of light irradiation units arranged in parallel,
An electrophoresis apparatus comprising: a detection mechanism for detecting light emitted from the sample; and a sealed container around the light irradiation unit for holding a liquid having a refractive index larger than air and not larger than that of water. hand,
The liquid and gas are held inside the sealed container,
An electrophoresis apparatus in which a bubble accommodating space for accommodating the gas during electrophoresis is located at a position where the irradiation light does not pass during electrophoresis.
試料を分離するための分離媒体が充填され、前記試料を導入するための導入部と、照射光が照射される光照射部とを有するキャピラリを複数備えたマルチキャピラリアレイと、
前記導入部と前記光照射部とを含む通電路に電圧を印加する電圧印加機構と、
並列配置された複数の前記光照射部を連続して貫く照射光を照射する光照射機構と、
前記試料が発する光を検出する検出機構と
前記光照射部の周囲に、空気よりも大きく、水の屈折率よりも大きくない屈折率を持つ液体を保持する密封容器と
を有する電気泳動装置であって、
前記密封容器の内部に体積の収縮する発泡体が存在する電気泳動装置。
A multi-capillary array including a plurality of capillaries having an introduction unit for introducing the sample and a light irradiation unit to which irradiation light is applied, which is filled with a separation medium for separating the sample,
A voltage application mechanism that applies a voltage to a current path including the introduction section and the light irradiation section,
A light irradiation mechanism that irradiates irradiation light continuously penetrating the plurality of light irradiation units arranged in parallel,
An electrophoresis apparatus comprising: a detection mechanism for detecting light emitted from the sample; and a sealed container around the light irradiation unit for holding a liquid having a refractive index larger than air and not larger than that of water. hand,
An electrophoresis apparatus in which a foam whose volume shrinks exists inside the sealed container.
請求項17記載の電気泳動装置において、
前記発泡体が、前記密封容器の内部に前記液体を注入する液体注入口に存在する電気泳動装置。
The electrophoretic device according to claim 17,
An electrophoresis apparatus in which the foam is present at a liquid inlet for injecting the liquid into the sealed container.
試料を分離するための分離媒体が充填され、前記試料を導入するための導入部と、照射光が照射される光照射部とを有するキャピラリを複数備えたマルチキャピラリアレイと、
前記導入部と前記光照射部とを含む通電路に電圧を印加する電圧印加機構と、
並列配置された複数の前記光照射部を連続して貫く照射光を照射する光照射機構と、
前記試料が発する光を検出する検出機構と
を有する電気泳動装置であって、
前記光照射部に挟まれ、且つ前記照射光の通過する空間に、前記キャピラリの屈折率と異なる屈折率であり、空気よりも大きく、水の屈折率よりも大きくない屈折率を持つ光伝達媒体が存在し、
前記光伝達媒体の表面における、前記検出機構により検出される前記光の貫通する箇所の表面形状が曲面である電気泳動装置。
A multi-capillary array including a plurality of capillaries having an introduction unit for introducing the sample and a light irradiation unit to which irradiation light is applied, which is filled with a separation medium for separating the sample,
A voltage application mechanism that applies a voltage to a current path including the introduction section and the light irradiation section,
A light irradiation mechanism that irradiates irradiation light continuously penetrating the plurality of light irradiation units arranged in parallel,
An electrophoresis apparatus having a detection mechanism for detecting light emitted by the sample,
A light transmission medium having a refractive index different from the refractive index of the capillary, larger than air, and not larger than water in a space between the light irradiation units and in which the irradiation light passes; Exists,
An electrophoresis apparatus, wherein a surface shape of a portion of the surface of the light transmission medium through which the light detected by the detection mechanism passes is a curved surface.
請求項19記載の電気泳動装置において、
前記曲面の断面形状が、前記キャピラリと前記照射光の交点を中心とした円であることを特徴とする電気泳動層装置。
The electrophoretic device according to claim 19,
An electrophoretic layer device, wherein the cross-sectional shape of the curved surface is a circle centered on the intersection of the capillary and the irradiation light.
請求項19記載の電気泳動装置において、
前記曲面の断面形状が、円,楕円、又は双曲線であることを特徴とする電気泳動装置。
The electrophoretic device according to claim 19,
An electrophoresis apparatus, wherein the cross-sectional shape of the curved surface is a circle, an ellipse, or a hyperbola.
試料を分離するための分離媒体が充填され、前記試料を導入するための導入部と、照射光が照射される光照射部とを有するキャピラリを複数備えたマルチキャピラリアレイと、
前記導入部と前記光照射部とを含む通電路に電圧を印加する電圧印加機構と、
並列配置された複数の前記光照射部を連続して貫く照射光を照射する光照射機構と、
前記試料が発する蛍光を検出する検出機構と、
前記光照射部の周囲に、空気よりも大きく、水の屈折率よりも大きくない屈折率を持つ液体を保持する容器と
を有する電気泳動装置であって、
前記容器の表面における、前記検出機構により検出される前記光の通過する箇所の表面形状が曲面である電気泳動装置。
A multi-capillary array including a plurality of capillaries having an introduction unit for introducing the sample and a light irradiation unit to which irradiation light is applied, which is filled with a separation medium for separating the sample,
A voltage application mechanism that applies a voltage to a current path including the introduction section and the light irradiation section,
A light irradiation mechanism that irradiates irradiation light continuously penetrating the plurality of light irradiation units arranged in parallel,
A detection mechanism for detecting fluorescence emitted by the sample,
An electrophoresis apparatus, comprising: a container that holds a liquid having a refractive index larger than air and not higher than the refractive index of water around the light irradiation unit,
An electrophoresis apparatus, wherein a surface shape of a portion of the surface of the container through which the light detected by the detection mechanism passes is a curved surface.
試料を分離するための分離媒体が充填され、前記試料を導入するための導入部と、照射光が照射される光照射部とを有するキャピラリを複数備えたマルチキャピラリアレイと、
前記導入部と前記光照射部とを含む通電路に電圧を印加する電圧印加機構と、
並列配置された複数の前記光照射部を連続して貫く照射光を、2つ以上照射する光照射機構と、
前記試料が発する光を検出する検出機構とを有し、
複数の前記光照射部に挟まれ、且つ前記照射光が通過する空間に、前記キャピラリと屈折率が異なり、空気よりも大きく、水の屈折率よりも大きくない屈折率を持つ液体又は固体が存在する電気泳動装置であって、
前記光照射部に入射する前の前記照射光を通し、前記光照射部に入射した後の照射光を遮断する偏光板と、
前記照射光の偏光方向を変更する回転板とを備えた電気泳動装置。
A multi-capillary array including a plurality of capillaries having an introduction unit for introducing the sample and a light irradiation unit to which irradiation light is applied, which is filled with a separation medium for separating the sample,
A voltage application mechanism that applies a voltage to a current path including the introduction section and the light irradiation section,
A light irradiation mechanism for irradiating two or more irradiation lights continuously penetrating the plurality of light irradiation units arranged in parallel,
Having a detection mechanism for detecting light emitted by the sample,
A liquid or a solid having a refractive index different from that of the capillary, larger than air, and not larger than water is present in a space between the plurality of light irradiation units and through which the irradiation light passes. Electrophoresis device,
A polarizing plate that passes the irradiation light before being incident on the light irradiation unit and blocks the irradiation light after being incident on the light irradiation unit,
An electrophoresis apparatus comprising: a rotating plate that changes a polarization direction of the irradiation light.
請求項23記載の電気泳動装置において、
前記光照射部に入射する直前の前記照射光の偏光方向が、並列配置された複数の前記光照射部を含む平面に対して略45°傾いている電気泳動装置。
The electrophoretic device according to claim 23,
An electrophoresis apparatus in which the polarization direction of the irradiation light immediately before entering the light irradiation unit is inclined by about 45 ° with respect to a plane including the plurality of light irradiation units arranged in parallel.
請求項23記載の電気泳動装置において、
前記照射光が、前記光照射部における前記キャピラリの長軸方向に対して直角以外の角度で入射し、
前記光照射部に入射する前の前記照射光を通す開口部と、前記光照射部により反射した前記照射光を遮断する障壁部とを有する光選択部材を備えた電気泳動装置。
The electrophoretic device according to claim 23,
The irradiation light is incident at an angle other than a right angle with respect to a long axis direction of the capillary in the light irradiation unit,
An electrophoretic device including a light selection member having an opening through which the irradiation light passes before entering the light irradiation unit, and a barrier unit that blocks the irradiation light reflected by the light irradiation unit.
試料を分離するための分離媒体が充填され、前記試料を導入するための導入部と、照射光が照射される光照射部とを有する複数のキャピラリを有し、空気の屈折率より大きく水の屈折率より小さい屈折率を有する物質を前記光照射部の周囲に保持できる密封容器を備えたマルチキャピラリアレイと、
該密封容器を着脱できるマルチキャピラリアレイ取付部と、
前記導入部と前記光照射部とを含む通電路に電圧を印加する電圧印加機構と、
並列配置された複数の前記光照射部を連続して貫く照射光を照射する光照射機構と、
前記試料が発する光を検出する検出機構とを有する電気泳動装置であって、
前記密封容器が、複数の前記光照射部の整列配置された基準平面に略並行な第1平面と、該第1平面に略垂直な第2平面を含み、
前記マルチキャピラリアレイ取付部が、前記第1平面と接触する第1取付基準面と、前記第2平面と接触する第2取付基準面を含む電気泳動装置。
A separation medium for separating the sample is filled, and has a plurality of capillaries having an introduction portion for introducing the sample, and a light irradiation portion to which irradiation light is applied, and water having a refractive index larger than the refractive index of air. A multi-capillary array including a sealed container capable of holding a substance having a refractive index smaller than the refractive index around the light irradiation unit,
A multi-capillary array mounting portion capable of attaching and detaching the sealed container,
A voltage application mechanism that applies a voltage to a current path including the introduction section and the light irradiation section,
A light irradiation mechanism that irradiates irradiation light continuously penetrating the plurality of light irradiation units arranged in parallel,
An electrophoresis apparatus having a detection mechanism for detecting light emitted by the sample,
The sealed container includes a first plane substantially parallel to a reference plane in which a plurality of the light irradiation units are arranged and a second plane substantially perpendicular to the first plane,
The electrophoresis apparatus, wherein the multi-capillary array mounting portion includes a first mounting reference surface that contacts the first plane and a second mounting reference surface that contacts the second plane.
請求項26記載の電気泳動装置であって、
前記基準平面と前記第1平面が同一平面上にある電気泳動装置。
The electrophoretic device according to claim 26,
An electrophoresis apparatus in which the reference plane and the first plane are on the same plane.
請求項26記載の電気泳動装置であって、
前記第2平面を前記照射光が透過する電気泳動装置。
The electrophoretic device according to claim 26,
An electrophoretic device through which the irradiation light passes through the second plane.
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