JP2004325436A - キャピラリー電気泳動装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 複数のキャピラリー101の試料溶出端である終端が、キャピラリー101の内部に分離媒体であるポリマーを充填する機構を有したポリマー充填ブロック404に接続される。キャピラリー101の終端部の端面より出射した蛍光を、外表面と検出平面109との距離が、検出平面109に最も近い光学レンズの焦点距離以下である検出窓306を介して検出する。
【選択図】 図6
Description
L=f<50mm (1)
L>70mm (2)
(1)キャピラリーの端部の端面と蛍光検出光学系の間の領域にあるポリマー充填ブロックの材質を、無蛍光物質で作製する。特に、該材質は石英製が望ましい。
(2)キャピラリーの端部は、すべてのキャピラリーの端面が実質的に平面上に揃うように並べられ、該平面と該領域にあるポリマー充填ブロック内の屈折率が変化するすべての面が互いに実質的に平行であり、上記平行度は精度誤差程度に収められている。
(3)キャピラリーの端部の端面と、該領域にあるポリマー充填ブロックの外側面の距離は、蛍光検出光学系の内のポリマー充填ブロックに最も近接するレンズの焦点距離以下である。特に、該距離は50mm以下であることが望ましい。
(4)ポリマーもしくは緩衝液を収めて、ポリマー充填ブロックを介して蛍光検出がなされる。
図4は、本発明を用いた全自動キャピラリーアレイ電気泳動装置の一例の概観を示したものである。本実施例では、20本のキャピラリーを同時に電気泳動分析する方法について説明する。20本のキャピラリーが束ねられ、キャピラリーアレイ101aを形成している。各キャピラリー101は石英製で外表面にポリイミドコーティングがなされ、全長40cm、外径360μm、内径50μmであるものを用いる。各キャピラリー101の、試料を導入する側を始端部102、電気泳動によって試料がキャピラリー内部を泳動し、溶出する側を終端部103と呼ぶ。各キャピラリー101の始端部102の端面より30cm(終端部103の端面より10cm)の位置をレーザ照射位置とし、その部分のキャピラリーのポリイミドコーティングを除去してある。それぞれ5本のキャピラリー101のレーザ照射位置を並べ、4組のキャピラリー配列を形成する。レーザ照射位置では、各キャピラリー101が互いに実質的に平行に配列され、また各々のキャピラリーのレーザ照射位置は実質的に一直線上に配列するようにされている。ここでキャピラリーが互いに実質的に平行であるとは、精度誤差程度に収まる程度の平行度であることを指す。また、キャピラリーは、照射位置で少なくとも一部が実質的に平面上に配列されるように配置されている。この平面とは、精度誤差程度に収まる程度の平面性を有するものである。さらに、シートを複数形成するべく、複数のシート状に配置されている。各々シートはキャピラリーが配列されてなす平面と実質的に平行に配置されている。この平行とは、精度誤差程度に収まる程度の平行度を指す。アルゴンイオンレーザー光源200から発振したレーザ光202(波長488nm、及び515nm、出力100mW)は、ビームスプリッタ206及びミラー207によって4本に分割され、4組のキャピラリー配列を照射する。各レーザビーム202は、各キャピラリー101に実質的に平行になるように調節されてキャピラリー配列に照射される。ここでレーザビームが各キャピラリーに実質的に平行に照射されるとは、各キャピラリーが配列されることによってなす実質的な平面に対し、レーザビームの照射される方向が実質的に平行であることをいう。電気泳動の分離能の低下を抑えるために、キャピラリー配列に照射されるレーザ幅は、キャピラリー101の内径(50μm)以下にすることが望ましい。各キャピラリー101の内部が分離媒体であるポリマー溶液(Applied Biosystems社POP-4)で満たされている状態で上記のレーザ照射を行うと、レーザビームがキャピラリー配列中を伝搬するため、すべてのキャピラリーを同時に効率良く照射することができる。
本実施例は、図4におけるポリマー充填ブロック404を、シリンジ401が取り付いている部分と、キャピラリーアレイヘッド107を取り付ける部分の2つに分割し、洗浄、検出窓の交換等の操作の容易性を得ることを目的とした。
実施例1や実施例2において、各キャピラリー101に電圧を印加して電気泳動すると、キャピラリー101内にジュール熱が発生する。図5に示すキャピラリーアレイヘッド107では、キャピラリー101が接着剤108、固定治具106、ポリマー充填ブロック404又は検出ブロック410に囲まれているため、キャピラリー内で発生したジュール熱の放熱効果が低い。そのため、キャピラリーアレイヘッド107近傍は高温になる。その結果、キャピラリーアレイヘッド107近傍のキャピラリー101内部のポリマー溶液及び検出平面109と検出窓306の間に形成された流路内のポリマー溶液が沸騰し、気泡が発生することがある。このような状態に陥ると、電気泳動の性能が著しく低下するだけでなく、蛍光検出を行うことが出来なくなる。そこで本実施例では、電気泳動時にキャピラリーアレイヘッド107で発生するジュール熱の効果的な除去を目的とする。
実施例1におけるキャピラリー101へのレーザ照射方法では、図4に示すキャピラリー101のレーザ光軸からの距離のばらつきが、各キャピラリー101へのレーザ照射効率に大きく影響しうる。
キャピラリーアレイ電気泳動装置における多数本のキャピラリーを同時にレーザ照射する方式として、レーザ光源から出射したレーザ光をビームエキスパンダー等で拡げてキャピラリーへ照射する方法(エキスパンド方式)がある。この方式では、例えば、キャピラリーの外径150μm、内径50μm、照射するキャピラリー本数20本の場合、キャピラリー1本あたりの照射効率は約1.7%となる。一方、各キャピラリーを平行かつ平面上に配列し、レーザビームを、各キャピラリーが配列する平面の側面方向より、照射する方式がある(マルチフォーカス方式)(非特許文献2)。この場合、前述した例と同条件では、キャピラリー1本あたりの照射効率は50%程度となる。前記キャピラリー配列の幅は3mm以上であり、一度に集光する視野範囲が広くなるため、F値1.4程度のカメラレンズを用いて試料の蛍光を集光する。レンズの集光効率は1/(16×F2)で求められ、F値1.4の場合には3.2%程度となる。試料から発する蛍光をCCDカメラのような検出器で受光する際の効率は、照射効率×レンズの集光効率で求められる。キャピラリー1本あたりの効率は、エキスパンド方式で0.054%、マルチフォーカス方式で1.6%程度になる。
キャピラリーの末端から蛍光を計測する特許文献2におけるキャピラリーへのレーザ照射方式は、実施例5で述べたエキスパンド方式である。外径150μm、内径50μmのキャピラリー100本を同時計測する場合、キャピラリー1本あたりの照射効率は約0.33%程度になる。
2…レーザ光
3…ガラス平面版
4…第1レンズ
5…像分割プリズム及び組み合わせフィルター
6…第2レンズ
7…2次元CCDカメラ
101…キャピラリー
101a…キャピラリーアレイ
102…始端部
103…終端部
104…レーザ照射部
105…キャピラリー検出端面
106…固定冶具
107…キャピラリーアレイヘッド
108…接着剤
109…検出平面
110…ネジ
111…フェラル
112…キャピラリー配列
113…金属板
114…ヒートシンク
200…レーザ光源
202…レーザビーム
206…ビームスプリッタ
207…ミラー
300…2次元CCDカメラ
301…第一カメラレンズ
302…第二カメラレンズ
303…光学フィルター
304…回折格子
305…プリズム
306…検出窓
307…検出部
308…第一対物レンズ
309…第二対物レンズ
400…ポリマー充填ブロック
400a…ポリマー充填ブロック側面
401…シリンジ
402…バルブ
403…流路
404…ポリマー充填ブロック
405…流路
406…ポリマー充填ブロック
407…検出ブロック
408…流路
409…チューブ
410…流路
501…チューブ
502…緩衝液槽
505…緩衝液槽
506…高圧電源
Claims (20)
- ポリマーが充填されるキャピラリーと、
前記キャピラリーの一方の端部の近傍に設けられたポリマー収容部と、
前記ポリマー収容部へ、及び前記ポリマー収容部を介して前記キャピラリーへ前記ポリマーを注入するポリマー注入部と、
前記キャピラリーの他方の端部の近傍に設けられた試料収容部と、
前記キャピラリーの前記一方の端部と前記他方の端部との間に電圧を印加する電圧印加手段と、
前記キャピラリーに光を照射する照射器と、
試料から生じる蛍光を、前記ポリマー収容部を介して検出する蛍光検出手段とを有することを特徴とするキャピラリー電気泳動装置。 - 前記キャピラリーが複数備えられたことを特徴とする請求項1に記載のキャピラリーアレイ電気泳動装置。
- 複数の前記キャピラリーの前記一方の端部が、実質的に平面上に並ぶことを特徴とする請求項2に記載のキャピラリーアレイ電気泳動装置。
- 前記ポリマー収容部は、前記平面と前記蛍光検出手段との間に位置する検出窓を有することを特徴とする請求項3に記載のキャピラリーアレイ電気泳動装置。
- 前記平面と前記検出窓の外表面との間に存在する屈折率変化境界面が前記平面と実質的に平行であることを特徴とする請求項4に記載のキャピラリーアレイ電気泳動装置。
- 前記ポリマー収容部の近傍に設けられ、前記蛍光を検出する光学レンズをさらに有し、前記検出窓は、複数の前記キャピラリーの各々の前記一方の端部の端面を内含する領域と、前記光学レンズの開口との間に位置し、前記内含する領域に実質的に相似な形状を有するものであることを特徴とする請求項4に記載のキャピラリーアレイ電気泳動装置。
- 前記検出窓の外部に設けられ、前記蛍光を検出する光学レンズをさらに有し、前記平面と前記検出窓の外表面との距離が、前記検出窓に最も近接する前記光学レンズの焦点距離以下であることを特徴とする請求項4に記載のキャピラリー電気泳動装置。
- 前記検出窓の外部に設けられ、前記蛍光を検出する対物レンズをさらに有し、前記平面と前記検出窓の外表面との距離が、前記対物レンズの作動距離以下であることを特徴とする請求項4に記載のキャピラリー電気泳動装置。
- 前記平面と前記検出窓の前記ポリマーと接する側の表面との距離が、前記キャピラリーの内径以上で、かつ20mm以下であることを特徴とする請求項4に記載のキャピラリー電気泳動装置。
- 前記キャピラリーが前記ポリマー収容部と着脱可能であることを特徴とする請求項4記載のキャピラリー電気泳動装置。
- 前記検出窓の外表面に対する前記平面の位置を定める位置決め手段を有することを特徴とする請求項10に記載のキャピラリー電気泳動装置。
- 前記距離を規定する機構が、前記検出窓に設けられたスペーサーであることを特徴とする請求項10に記載のキャピラリー電気泳動装置。
- 前記キャピラリーの前記一方の端部が前記キャピラリー内に充填されたポリマーと同じ屈折率を持つ溶液と接触することを特徴とする請求項1記載のキャピラリー電気泳動装置。
- 前記ポリマー収容部は、前記検出窓以外が、遮光性の部材で覆われる、もしくは遮光性の部材で作られることを特徴とする請求項4に記載のキャピラリー電気泳動装置。
- 複数の前記キャピラリーの光が照射される照射位置は、少なくとも一部が実質的に平面上に配列されており、前記光は、前記平面に実質的に平行な方向から、複数の前記キャピラリーの少なくとも一部に照射することを特徴とする請求項2に記載のキャピラリーアレイ電気泳動装置。
- 複数の前記キャピラリーは、光が照射される照射位置で少なくとも一部が実質的に平面上に配列された、シートを複数形成するものであり、複数の前記シートは前記平面と実質的に平行に配置されるものであることを特徴とする請求項2に記載のキャピラリーアレイ電気泳動装置。
- 複数の前記シートは、前記光を前記平面に実質的に平行な方向から各々照射されることを特徴とするキャピラリーアレイ電気泳動装置。
- 複数の前記キャピラリーの前記一方の端部の近傍に、前記キャピラリーに電圧を印加することにより、前記キャピラリーの内部で発生するジュール熱を除去する機構を有することを特徴とする請求項2に記載のキャピラリーアレイ電気泳動装置。
- ポリマーが充填されるキャピラリーと、
前記キャピラリーの一方の端部の近傍に設けられたポリマー収容部と、
前記ポリマー収容部へ、及び前記ポリマー収容部を介して前記キャピラリーへ前記ポリマーを注入するポリマー注入部と、
前記キャピラリーの他方の端部の近傍に設けられた試料収容部と、
前記キャピラリーの前記一方の端部と前記他方の端部との間に電圧を印加する電圧印加手段と、
前記キャピラリーに光を照射する照射器と、
試料から生じる蛍光を検出する蛍光検出手段とを有し、
前記ポリマー収容部では、前記キャピラリーの内部で前記ポリマーが移動する方向と実質的に垂直の方向に、前記ポリマーが導入、かつ排出されることを特徴とするキャピラリーアレイ電気泳動装置。 - 前記ポリマー収容部に連結するキャピラリーの一方の端部から前記キャピラリーの内部へ、ポリマーを充填する工程と、
前記キャピラリーの他方の端部から、前記キャピラリーの前記一方の端部へ、試料を電気泳動する工程と、
前記試料にレーザを照射して生じる蛍光を、前記ポリマー収容部を介して検出する工程とを有することを特徴とするキャピラリーアレイ電気泳動方法。
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