JP2005514591A - 毛細管および微細溝のアレイの光ガイド照射を備えた分析装置 - Google Patents
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Abstract
Description
(a)(1)複数の実質的に平行な溝を備えた基板であって、溝が実質的に同一平面にあり、泳動媒体を支持するように構成され、第1の方向に長手軸を有することと、(2)基板上のカバーであり、泳動媒体、基板、カバーおよび基板を包囲する媒体は、カバーが基板上に配置されるときに、光ガイドが形成され、光ガイドに入射する光が溝を照射するために光ガイド内部で内部反射されるように選択された屈折率を有することと、を含む分析セルを提供するステップと、
(b)溝において泳動媒体上に試料を配置するステップであり、試料が蛍光ラベルの付いた分析物を含むステップと、
(c)溝において分析物を移動させるために、第1の方向にわたって電界を印加するステップと、
(d)溝の平面と実質的に同一平面にあり、第1の方向に対して垂直である第2の方向に沿って光軸を有する光ビームによって光ガイドを照射するステップであり、光ガイドに入射する光が各溝の少なくとも一部を照射するために、光ガイド内部で内部全反射されるステップと、
(e)分析物からの放射を検出するステップと、を含む分析方法である。
(1)(a)(1)複数の実質的に平行な溝を備えた基板であって、溝が実質的に同一平面にあり、実質的にアーチ形の断面を有する基板および(2)基板中の溝に対応する複数の実質的に平行な溝を具備するカバーであり、カバー中の溝が実質的に同一平面にあり、実質的にアーチ形の断面を有するカバーと、を具備する光ガイドおよび
(b)基板とカバーとの間の溝にある複数の毛細管であり、実質的に円形の断面を有する毛細管であり、毛細管の長手軸が第1の方向に延在して、実質的に同一平面のアレイを形成し、泳動媒体を支持するように構成される毛細管
を具備する分析セルを提供するステップと、
(2)アレイにおける各毛細管中の泳動媒体に試料を配置するステップであり、試料は蛍光ラベルの付いた分析物を含むステップと、
(3)アレイにおける毛細管中で分析物を移動させるために第1の方向にわたって電界を印加するステップと、
(4)アレイの平面と実質的に同一平面にあり、第1の方向に対して垂直である第2の方向に沿って光軸を有する光ビームによって光ガイドを照射するステップであり、光ガイドに入射する光がアレイの少なくとも一部を照射するために、光ガイド内部で内部全反射されるステップと、
(5)検出器によって分析物からの放射を検出するステップと、を含む分析方法である。
セルは、泳動媒体としてのポリマーゲルを用いて、図2〜4に示されたものと類似の微細溝構造を有するようにモデル化された。セルは、以下の表1に示された寸法および材料特性を備えていた。
セルは、泳動媒体としてのポリマーゲルを用いて、図5〜8に示された一般的な構造を有する毛細管を備えるようにモデル化された。セルは、以下の表2に示された寸法および材料特性を備えていた。
この実施例において、セル性能の感度は、分析装置の作製中または動作中に生じる可能性がある2つの一般的なタイプの光学的位置ずれに関して評価された。第一に、実施例2のセルと類似のセルがモデル化された。基準となる相対照度値は、セルと適切に位置合せされたレーザ光源を用いて確立された。相対照度はまた、光源がアレイの平面から約20°傾斜した場合に関して算出された。さらに、相対照度は、104個の毛細管すべてがx方向またはz方向(図6の軸を参照)のいずれかにおいて±25μmだけ公称位置から不規則にずれた場合に関して測定された。結果は、図19に示されている。最適の光学配置から相当極端な偏位があるにもかかわらず、強度も均一性も著しく損なわれていないように見える。
この実施例において、相対照射強度は、x方向(図6および図13の軸を参照)における光ビームの角度の広がりの変動に関して評価された。実施例2の毛細管のアレイを用いて、αxが10°〜50°まで変化した。結果は、図20に示されている。図20にグラフ化された結果は、αxが小さすぎる場合には、ビームが直面する第1の導管における屈折が、アレイにおける多数の隣接する導管を事実上「影にする」ため、照度を著しく低減させる。αxの最適値を超えると、αxが増大するにつれて、各導管によって受光される全体強度は単調に減少するように見える。
この実施例において、円形の断面を有する毛細管の相対照度値が、正方形の断面の毛細管と比較される。第一に、円形の断面を有する104個の毛細管を備えた実施例2のアレイが評価された。次に、正方形の断面を有する104個の毛細管を備えた第2のセルがモデル化された(図11参照)。いずれのセルも当業界では公知の光線追跡シミュレーションを用いて評価され、結果は図21に示されている。上述したように、正方形の毛細管の平坦な面は、入射光の平面以外の屈折を減少させ、照度を向上させる。
第一に、当業界では公知の光線追跡シミュレーションを用いて、実施例2の104個の毛細管のアレイの相対照度が評価された。図5〜8に示されているように、このアレイは、反射性の第3の内面232を具備していた。非反射性の第3の内面を除けば、実施例2のアレイと同一の第2のアレイが評価された。図16に示されたものと類似の第3のアレイは、2つの光源および非反射性の内面1132を用いてモデル化され、当業界では公知の光線追跡シミュレーションを用いて評価された。結果は、図22に示されている。反射性の第3の内面を備えた単独光源装置は、最適レベルの相対照度を示し、2つの光源装置がその後に続く。反射性の第3の内面を備えていない単独光源装置は、アレイにおける下流の毛細管に対して相対的に不十分な照度を示した。
Claims (45)
- 細長い光ガイドと、
前記光ガイドを通って延在する導管のアレイであり、前記導管が泳動媒体を支持するように構成されるアレイと、を具備し、
前記光ガイドおよびその周囲の媒体は、前記導管を照射するために、前記光ガイドに入射する光が前記光ガイド内部で内部反射されるように選択された屈折率を有する分析物の検出のための分析セル。 - 前記アレイにおける前記導管の長手軸が、実質的に平行であり、同一平面にある、請求項1に記載のセル。
- 前記光ガイドは、第1の内面を有する第1の壁と、第2の内面を有する第2の壁と、を具備し、前記第2の壁が前記第1の壁に対向し、前記第1の内面が前記第2の内面に対向する、請求項1に記載のセル。
- 反射性の第3の内面をさらに具備する、請求項3に記載のセル。
- 第3の内面が、ミラーである、請求項4に記載のセル。
- 前記導管が、実質的に円形の断面を有する、請求項1に記載のセル。
- 前記導管が、実質的に正方形の断面を有する、請求項1に記載のセル。
- 前記導管が、毛細管である、請求項1に記載のセル。
- 前記光ガイドが、固体である、請求項1に記載のセル。
- 前記光ガイドが、ガラスである、請求項1に記載のセル。
- 前記ガラスが、溶融石英およびホウケイ酸塩からなる群から選択される、請求項10に記載のセル。
- 光が、前記導管の前記長手軸と実質的に同一平面にあり、前記導管の前記長手軸に対して垂直である方向において、前記光ガイドに入射する、請求項1に記載のセル。
- 前記光ガイドが、前記周囲の媒体より高い屈折率を有する、請求項1に記載のセル。
- 基板上にカバーを具備し、前記基板が実質的に平行な溝のアレイを具備し、前記溝が実質的に同一平面にあり、泳動媒体を支持するように構成され、前記泳動媒体、前記基板、前記カバーおよび前記周囲の媒体は、前記カバーが前記基板上に配置されるときに、光ガイドが形成され、前記光ガイドに入射する光が前記溝を照射するために前記光ガイド内部で内部全反射されるように選択された屈折率を有する分析セル。
- 前記溝が、実質的に円形の断面形状を有する、請求項14に記載のセル。
- 前記溝が、実質的に正方形の断面形状を有する、請求項14に記載のセル。
- 前記基板および前記カバーの少なくとも1つが、前記溝に対して垂直である方向から前記光ガイドに入射する光を反射するために、反射性の面をさらに具備する、請求項14に記載のセル。
- (a)(1)泳動媒体を支持するように構成された実質的に平行な溝のアレイを備えた基板であって、前記溝が実質的に同一平面にあり、第1の方向における長手軸を有する基板および
(2)前記基板上のカバー
を具備する細長い光ガイドと、
(b)前記光ガイドの外側に配置され、前記溝の前記長手軸と実質的に同一平面にあり、前記溝の前記長手軸に対して垂直である光軸を有する光ビームを放射する光源と、を具備し、前記泳動媒体、前記基板、前記カバーおよび前記基板を包囲する媒体は、前記光源によって放射される光が前記溝を照射するために前記光ガイド内部で内部全反射されるように選択された屈折率を有する分析装置。 - 前記光ガイドと光学的に結合される検出器をさらに具備する、請求項18に記載の装置。
- 光ビームが、非平行光線化される、請求項18に記載の装置。
- ビームが、前記溝を含む平面に対して垂直である方向に広がる、請求項20に記載の装置。
- ビームが、前記溝を含む平面に対して垂直である方向において少なくとも約20°の広がり半角を有する、請求項21に記載の装置。
- ビームが、前記溝を含む平面に対して平行である平面において約1°以下の広がりを有する、請求項21に記載の装置。
- 前記基板が、固体である、請求項18に記載の装置。
- 前記基板が、前記光源によって放射される光を前記光ガイド内に戻すように反射するために、反射性の内面を具備する、請求項18に記載の装置。
- 前記基板が、溶融石英およびホウケイ酸塩からなる群から選択されるガラスである、請求項18に記載の装置。
- 前記基板および前記カバーが、ポリマー材料を含む、請求項18に記載の装置。
- 第2の光源をさらに具備し、前記第2の光源が前記光源から放射された光の光軸と実質的に同一直線上にある第2の光軸を有する第2の光ビームを放射し、前記第1の光ビームおよび前記第2の光ビームが、対向する方向から前記溝を照射するようになっている、請求項18に記載の装置。
- (a)(1)複数の実質的に平行な溝を備えた基板であって、前記溝が実質的に同一平面にあり、泳動媒体を支持するように構成され、第1の方向に長手軸を有する基板と、(2)前記基板上のカバーと、を具備し、前記泳動媒体、前記基板、前記カバーおよび前記基板を包囲する媒体は、前記カバーが前記基板上に配置されるときに、前記光ガイドが形成され、前記光ガイドに入射する光が前記溝を照射するために前記光ガイド内部で内部反射されるように選択された屈折率を有する分析セルを提供するステップと、
(b)溝において前記泳動媒体上に試料を配置するステップであり、前記試料が蛍光ラベルの付いた分析物を含むステップと、
(c)前記溝において前記分析物を移動させるために、第1の方向にわたって電界を印加するステップと、
(d)前記溝の平面と実質的に同一平面にあり、第1の方向に対して垂直である第2の方向に沿って光軸を有する光ビームによって前記光ガイドを照射するステップであり、前記光ガイドに入射する光が各溝の少なくとも一部を照射するために、前記光ガイド内部で内部全反射されるステップと、
(e)前記分析物からの放射を検出するステップと、を含む分析方法。 - (1)第1の内面を備えた第1の壁と、第2の内面を備えた第2の壁と、ここで、前記第2の壁が前記第1の壁に対向し、前記第2の内面が前記第1の内面に面しており、
(2)第3の内面を備えた第3の壁と、前記第3の壁に対向する第4の壁と、
(3)前記壁のうちの少なくとも1つに隣接する周囲の媒体と、を具備する
(a)固体光ガイドと、
(b)泳動媒体を支持するように構成された複数の毛細管であって、前記光ガイド内部で少なくとも部分的に囲まれるアレイに固定される前記毛細管と、を具備し、前記毛細管の長手軸が実質的に平行かつ同一平面にあり、前記泳動媒体、前記毛細管、前記光ガイドおよび前記周囲の媒体は、前記光ガイドに入射する光が前記毛細管を照射するために前記光ガイド内部の内面で内部反射されるように選択される屈折率を有する分析セル。 - 前記第1の壁および前記第2の壁が、実質的に平坦である、請求項30に記載のセル。
- 前記第3の壁および前記第4の壁が、実質的に平坦である、請求項30に記載のセル。
- 前記第1の壁および前記第2の壁が、互いに実質的に平行である、請求項30に記載のセル。
- 前記第3の壁および前記第4の壁が、互いにほぼ平行である、請求項30に記載のセル。
- 前記第3の壁および前記第4の壁が、前記第1の壁および前記第2の壁に対して実質的に垂直である、請求項30に記載のセル。
- 前記毛細管が、実質的に円形の断面形状を有する、請求項30に記載のセル。
- 前記毛細管が、溶融石英およびホウケイ酸塩からなる群から選択されるガラスを含む、請求項30に記載のセル。
- 前記光ガイドが、ポリメチルメタクリレートおよびポリメチルペンテンからなる群から選択される材料を含む、請求項30に記載のセル。
- 第3の内面が、ミラーである、請求項30に記載のセル。
- 光ガイドを具備し、前記光ガイドが、
(1)複数の実質的に平行な溝を備えた基板であって、前記溝が実質的に同一平面にあり、実質的にアーチ形の断面を有する基板と、
(2)前記基板中の前記溝に対応する実質的に平行な溝のアレイを具備するカバーであって、前記カバー中の前記溝が実質的に同一平面にあり、実質的にアーチ形の断面を有するカバーと、
(3)前記基板と前期カバーとの間の前記溝にある複数の毛細管であって、前記毛細管は実質的に円形の断面を有し、前記毛細管の長手軸が第1の方向に延在して、実質的に同一平面のアレイを形成し、泳動媒体を支持するように構成される前記毛細管と、を具備し、前記泳動媒体、前記毛細管、前記基板、前記カバーおよび前記基板に接する媒体は、前記第1の方向と実質的に同一平面にあり、前記第1の方向に対して垂直である第2の方向から前記光ガイドに入射する光が前記アレイを照射するために前記光ガイド内部で内部全反射されるように選択された屈折率を有する分析セル。 - 前記基板および前記カバーの少なくとも1つが、第2の方向から前記光ガイドに入射する光を反射するために、反射性の面をさらに具備する、請求項40に記載のセル。
- (a)(1)複数の実質的に平行な溝を備えた基板であって、前記溝が実質的に同一平面にあり、実質的にアーチ形の断面を有する基板および(2)前記基板における前記溝に対応する複数の実質的に平行な溝を具備するカバーであって、前記カバーに置ける前記溝が実質的に同一平面にあり、実質的にアーチ形の断面を有するカバーを具備する光ガイドと、
(b)前記基板と前記カバーとの間の前記溝にある複数の毛細管であって、前記毛細管が実質的に円形の断面を有し、前記毛細管の前記長手軸が第1の方向に延在して、実質的に同一平面のアレイを形成し、泳動媒体を支持するように構成される前記毛細管と、
(c)前記光ガイドの外部にある光源であって、前記アレイにおいて前記毛細管の前記長手軸と実質的に同一平面にあり、前記毛細管の前記長手軸に対して垂直である光軸を有するビームを放射する光源と、を具備し、
前記泳動媒体、前記毛細管、前記基板、前記カバーおよび前記基板に接する媒体は、前記光源によって放射される光が前記アレイを照射するために前記光ガイド内部で内部全反射されるように選択された屈折率を有する分析装置。 - 前記媒体が、検出器をさらに具備する、請求項42に記載の装置。
- (1)(a)(1)複数の実質的に平行な溝を備えた基板であって、前記溝が実質的に同一平面にあり、実質的にアーチ形の断面を有する基板および(2)前記基板中の前記溝に対応する複数の実質的に平行な溝を具備するカバーであり、前記カバー中の溝が実質的に同一平面にあり、実質的にアーチ形の断面を有するカバーと、を具備する光ガイドおよび
(b)前記基板と前記カバーとの間の前記溝にある複数の毛細管であり、実質的に円形の断面を有し、前記毛細管前記の長手軸が第1の方向に延在して、実質的に同一平面のアレイを形成し、泳動媒体を支持するように構成される毛細管
を具備する分析セルを提供するステップと、
(2)前記アレイにおける各毛細管中の前記泳動媒体に試料を配置するステップであり、前記試料は蛍光ラベルの付いた分析物を含むステップと、
(3)前記アレイにおける前記毛細管中で前記分析物を移動させるために第1の方向にわたって電界を印加するステップと、
(4)前記アレイの平面とほぼ同一平面にあり、前記第1の方向に対して垂直である第2の方向に沿って光軸を有する光ビームによって前記光ガイドを照射するステップであり、前記光ガイドに入射する光が前記アレイの少なくとも一部を照射するために、前記光ガイド内部で内部全反射されるステップと、
(5)検出器によって前記分析物からの放射を検出するステップと、を含む分析方法。 - (a)細長い光ガイドと、
(b)前記光ガイド中の導管のアレイであって、前記導管が泳動媒体を支持するように構成されるアレイと、
(c)前記光ガイドに光学的に結合される光源であって、前記光ガイドは、前記光源によって放射される光が前記導管を照射するために、前記光ガイド内部で内部全反射されるようにその周囲媒体の屈折率より大きい屈折率を有する光源と、
(d)前記導管に光学的に結合される検出器と、を具備する1つ以上の蛍光ラベルの付いた分析物の検出のための分析物分離装置。
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