JP2011053111A - 電気泳動システム及び電気泳動方法 - Google Patents

Abstract

【課題】有効泳動長を自由に変更し、様々な泳動条件を必要とする分離媒体の測定を自動化し、分析コストの低減を図ることが可能な電気泳動システム及び電気泳動方法を提供する。
【解決手段】分離流路１６を有した透明材料からなるマイクロチップ（１５，１７）、分離流路１６に分離媒体を導入する導入用リザーバ_１２i、マイクロチップを搭載し、分離流路１６の幅よりも広い幅を有し、分離流路１６の長手方向に伸延する光学的経路形成手段２２を一部に有する保持基板２１を備えた電気泳動装置２と、光学的経路形成手段２２を介して分離流路１６に導入された分離媒体からの反射光若しくは透過光を測定する光学測定系５とを備え、分離流路１６の長手方向に沿って、光学測定系５を電気泳動装置２に対し相対的に移動させることにより、導入用リザーバ１２_iの位置から光学測定系５の分離流路１６における検出位置までの距離を連続的に変化せる。
【選択図】 図１

Description

本発明はマイクロチップを用いた電気泳動システム、及びこの電気泳動システムを用いた電気泳動方法に関する。

内径０．０５〜０．２ｍｍ程度のキャピラリー管（毛管）を用いて、１０ｋＶ〜３０ｋＶ程度の高電圧をかけて電気泳動を行うキャピラリー電気泳動法（細管電気泳動法）では、キャピラリーの外壁に保護のためのポリイミド膜等の保護膜のコーティングが施されている。石英ガラスや溶融石英のキャピラリーを物理的・化学的に安定させるためである。但し、電気泳動測定等を行う際に、検出手段に紫外線吸収法等の光学的手段を用いるので、光学的検出部において、信号の検出効率の低下を招くため、外壁のコーティングを薄くするか、除去して光学的検出を実施しているので、光学的検出部は他の箇所と比べ強度が低下している。この強度低下を補うため、光学的検出部にはキャピラリーの強度を補完する機構を備える等の工夫がなされており、キャピラリー流路全長において連続的に光学的検出を実施するためには複雑な機構が必要となる（特許文献１参照。）。したがって、異なる有効泳動長を必要とする条件下では、予め異なる光学的検出部が設定された複数のキャピラリーを準備する必要がある。ここで、「有効泳動長」とは、分離開始位置から光学的検出部までの距離を意味する。

一般に泳動分離は、長い有効泳動長を持つキャピラリーを用いて行う方が長鎖の塩基対数を有するＤＮＡフラグメントまでの分離を高い分離度で行うことができるが、分離に時間を要する問題がある。そのため、短鎖の塩基対数を有するＤＮＡフラグメントの分離のみ必要な場合には、短い有効泳動長のキャピラリーで分離を行うことが有益である。例えば、ＤＮＡシーケンスにおいて、長鎖の塩基対数を有するＤＮＡフラグメントまでの解読が必要なサンプルと、短鎖の塩基対数を有するＤＮＡフラグメントのみを短時間に解読したいサンプルが混在している場合は、異なる有効泳動長を実現できる電気泳動装置が必要となる。前述したようにキャピラリーでは有効泳動長の変更は困難であるため、複数のキャピラリーを準備し、有効泳動長の変更を要する際に、その都度、条件に合わせたキャピラリーに変更する必要がある。

図１７は、異なる泳動条件下でのＤＮＡシーケンスにおける、塩基対数と分離度との相関図で、図１８は、図１７と同一の分離泳動における、塩基対数と分離に要する時間との相関図である。黒塗りの菱形（◆）で示す泳動Ａは、分離媒体ａ、有効泳動長３９５ｍｍ、分離電界強度１２５Ｖ／ｃｍ、泳動温度５０℃の条件で泳動分離を実施した測定結果を示す。黒塗りの３角形（▲）で示す泳動Ｂは、分離媒体ｂ、有効泳動長８５ｍｍ、分離電界強度２２５Ｖ／ｃｍ、泳動温度６０℃で泳動分離を実施した測定結果を示す。図１７に示すように、有効泳動長を短く設定した泳動Ｂの方が、短鎖のＤＮＡフラグメントの分離において優れている。又、図１７及び図１８に示すように、有効泳動長を短く設定した泳動Ａの方が、長鎖のＤＮＡフラグメントまでの分離を高い分離度で行うことができるが、泳動Ｂと比べて長時間を要している。

特開平５−５２８０６号公報

本発明は、１本の分離流路につき、有効泳動長が自由に変更でき、様々な泳動条件を必要とする分離媒体の測定を自動化し、分析コストの低減を図ることが可能な電気泳動システム及びこの電気泳動システムを用いた電気泳動方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の第１の様態は、（イ）分離流路とこの分離流路の両端に設けられた導入用液溜部及び排出用液溜部を有した透明材料からなるマイクロチップ、導入用液溜部に接続され分離流路に分離媒体を導入する導入用リザーバ、排出用液溜部に接続され分離流路から分離媒体を排出する排出用リザーバ、この導入用リザーバ及び排出用リザーバにそれぞれ挿入され、分離流路に電気泳動用の電圧を印加する一対の電極、マイクロチップを搭載し、分離流路の幅よりも広い幅を有し、分離流路の長手方向に伸延する光学的経路形成手段を少なくとも一部に有する保持基板を備えた電気泳動装置と、（ロ）保持基板の下方に配置され、光学的経路形成手段を介して分離流路に導入された分離媒体からの反射光若しくは透過光を測定する光学測定系とを備える電気泳動システムであることを要旨とする。第１の様態に係る電気泳動システムの光学的経路形成手段は、光学測定系の光路に対して阻害がなく、分離流路の長手方向に沿って、光学測定系を電気泳動装置に対し相対的に移動させることにより、導入用リザーバの位置から光学測定系の分離流路における検出位置までの距離を連続的に変化せることが可能である。

本発明の第２の様態は、（イ）分離流路とこの分離流路の両端に設けられた導入用液溜部及び排出用液溜部を有した透明材料からなるマイクロチップ、マイクロチップの上に配置され、導入用液溜部に接続され分離流路に分離媒体を導入する導入用リザーバ、マイクロチップの上に配置され、排出用液溜部に接続され分離流路から分離媒体を排出する排出用リザーバ、導入用リザーバ及び排出用リザーバにそれぞれ挿入され、分離流路に電気泳動用の電圧を印加する一対の電極、マイクロチップを搭載する保持基板を備えた電気泳動装置と、（ロ）保持基板の上方に配置され、上部光学的経路を介して分離流路に導入された分離媒体からの反射光若しくは透過光を測定する光学測定系とを備える電気泳動システムであることを要旨とする。第２の様態に係る電気泳動システムの上部光学的経路は、光学測定系の光路に対して阻害がない光学的経路であり、分離流路の長手方向に沿って、光学測定系を電気泳動装置に対し上部光学的経路を相対的に移動させることにより、導入用リザーバの位置から光学測定系の分離流路における検出位置までの距離を連続的に変化せることが可能である。

本発明の第３の様態は、分離流路とこの分離流路の両端に設けられた導入用液溜部及び排出用液溜部を有した透明材料からなるマイクロチップ、導入用液溜部に接続され分離流路に分離媒体を導入する導入用リザーバ、排出用液溜部に接続され分離流路から分離媒体を排出する排出用リザーバ、この導入用リザーバ及び排出用リザーバにそれぞれ挿入され、分離流路に電気泳動用の電圧を印加する一対の電極、マイクロチップを搭載し、分離流路の幅よりも広い幅を有し、分離流路の長手方向に伸延する光学的経路形成手段を少なくとも一部に有する保持基板を備えた電気泳動装置と、保持基板の下方に配置され、光学的経路形成手段を介して分離流路に導入された分離媒体からの反射光若しくは透過光を測定する光学測定系と、有効泳動長を自動的に変更し、有効泳動長の変更に合わせて分離媒体及び分離条件を決定するプログラムを格納したプログラム記憶装置を有する制御解析装置を備える電気泳動システムを用いた電気泳動方法に関する。第３の様態に係る電気泳動方法では、制御解析装置が、プログラムに従い、導入用リザーバの位置から光学測定系の分離流路における検出位置までの距離を自動的に変更するとともに、距離の変更に合わせて導入用リザーバに導入する分離媒体の種類の決定及び、電気泳動装置を用いた分離条件を決定する。

本発明の第４の様態は、分離流路とこの分離流路の両端に設けられた導入用液溜部及び排出用液溜部を有した透明材料からなるマイクロチップ、マイクロチップの上に配置され、導入用液溜部に接続され分離流路に分離媒体を導入する導入用リザーバ、マイクロチップの上に配置され、排出用液溜部に接続され分離流路から分離媒体を排出する排出用リザーバ、導入用リザーバ及び排出用リザーバにそれぞれ挿入され、分離流路に電気泳動用の電圧を印加する一対の電極、マイクロチップを搭載する保持基板を備えた電気泳動装置と、保持基板の上方に配置され、上部光学的経路を介して分離流路に導入された分離媒体からの反射光若しくは透過光を測定する光学測定系と、有効泳動長を自動的に変更し、有効泳動長の変更に合わせて分離媒体及び分離条件を決定するプログラムを格納したプログラム記憶装置を有する制御解析装置を備える電気泳動システムを用いた電気泳動方法に関する。第３の様態に係る電気泳動方法では、制御解析装置が、プログラムに従い、導入用リザーバの位置から光学測定系の分離流路における検出位置までの距離を自動的に変更するとともに、距離の変更に合わせて導入用リザーバに導入する分離媒体の種類の決定及び、電気泳動装置を用いた分離条件を決定する。

本発明によれば、１本の分離流路につき、有効泳動長を自由に変更でき、様々な泳動条件を必要とする分離媒体の測定を自動化し、分析コストの低減を図ることが可能な電気泳動システム及びこの電気泳動システムを用いた電気泳動方法が提供できる。

マイクロチップの断面図を中心として、本発明の第１の実施の形態に係る電気泳動システムの基本的な構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施の形態に係る電気泳動システムに用いる電気泳動装置、光学測定系及びＸＹステージの構造及びこれらの配置関係を示す斜視図である。 本発明の第１の実施の形態に係る電気泳動システムに用いるマイクロチップ、保持基板、ガラス板及び上蓋の組み立て状態を例示する斜視図である。 本発明の第１の実施の形態に係る 電気泳動方法によって得られる測光検出信号を図示した一例である。 本発明の第１の実施の形態に係る 電気泳動方法を説明するフローチャートである。 マイクロチップの断面図を中心として、本発明の第２の実施の形態に係る電気泳動システムの基本的な構成を示すブロック図である。 本発明の第２の実施の形態に係る電気泳動システムに用いる電気泳動装置、光学測定系及びＸＹステージの構造及びこれらの配置関係を示す斜視図である。 マイクロチップの断面図を中心として、本発明の第３の実施の形態に係る電気泳動システムの基本的な構成を示すブロック図である。 本発明の第３の実施の形態に係る電気泳動システムに用いる電気泳動装置、光学測定系及びＸＹステージの構造及びこれらの配置関係を示す斜視図である。 本発明の第４の実施の形態に係る電気泳動システムに用いる電気泳動装置の構造を説明する斜視図である。 マイクロチップの断面図を中心として、図１０で示した電気泳動装置と光学測定系の配置関係を示すブロック図である。 マイクロチップの断面図を中心として、本発明の第５の実施の形態に係る電気泳動システムの基本的な構成を示すブロック図である。 本発明の第５の実施の形態に係る電気泳動システムに用いる光学測定系、電気泳動装置及びＸＹステージの構造及びこれらの配置関係を示す斜視図である。 マイクロチップの断面図を中心として、本発明の第６の実施の形態に係る電気泳動システムの基本的な構成を示すブロック図である。 本発明の第６の実施の形態に係る電気泳動システムに用いる照射光学系系、ＸＹステージ、電気泳動装置、検出光学系及びＸＹステージの構造及びこれらの配置関係を示す斜視図である。 マイクロチップの断面図を中心として、本発明の第７の実施の形態に係る電気泳動システムの基本的な構成を示すブロック図である。 異なる泳動条件下でのＤＮＡシーケンスにおける、塩基対数と分離度との関係を示す図である。 図１７と同一の分離泳動における、塩基対数と分離に要する時間と関係を示す図である。

次に、図面を参照して、本発明の第１〜第７の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。但し、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。

又、以下に示す第１〜第７の実施の形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。

（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態に係る電気泳動システムは、図１に示すように電気泳動を行う分離流路１６を有する電気泳動装置２と、電気泳動装置２の分離流路１６に分離媒体（緩衝液）を圧送する圧送機構４と、分離媒体（緩衝液）中を電気泳動する複数の被測定物質（化学種）を分離するために、分離流路１６中の複数の被測定物質を光学的に観察する光学測定系５と、光学測定系５の位置を電気泳動装置２に対し相対的に移動させ、分離流路１６の有効泳動長の調節行うＸＹステージ６と、圧送機構４、光学測定系５及びＸＹステージ６のそれぞれの動作を制御し、分離流路１６からの蛍光、反射光若しくは透過光のデータを解析する制御解析装置１とを備える。

電気泳動装置２は、平板状の保持基板２１と、この保持基板２１上に搭載され、表面近傍の上部に分離流路１６を有し、透明材料からなるマイクロチップ（１５，１７）と、マイクロチップ（１５，１７）の上を保護する樹脂製の上蓋１４と、分離流路１６に電気泳動に必要な高電圧を印加する一対の電極１１_a，１１_bとを備えている。マイクロチップ（１５，１７）は、厚さ１．５〜２ｍｍ程度の平板からなるベースプレート１７と、ベースプレート１７の上に配置され、底部にベースプレート１７に対向して設けられた、Ｕ字型若しくはコの字型形状の溝部を有するカバープレート１５とを備える。カバープレート１５の底部に設けるＵ字型若しくはコの字型形状の溝部は、半導体製造技術を発展させた微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）技術等により形成すればよい。カバープレート１５及びベースプレート１７は、それぞれ、ソーダ石灰ガラスや石英ガラス等の透明材料からなり、互いに接合されて一体構造のマイクロチップ（１５，１７）を構成している。この結果、マイクロチップ（１５，１７）の上部近傍に、例えば、幅４０〜２００μｍ程度、深さ２０〜５０μｍ程度の微小な溝（マクロチャネル）が分離流路１６として埋め込まれる。

尚、図１に示す構造の代わりに、図３に示すように、ベースプレート１７の表面にＵ字型若しくはコの字型形状の溝部を設けて、ベースプレート１７に設けた溝部の両端に対応する位置に上面から下面への貫通口を持つ平坦なカバープレート１５をベースプレート１７の上に接合して、マイクロチップ（１５，１７）に分離流路１６を埋め込むようにしてもよい。或いは、表面にＵ字型若しくはコの字型形状の第１の溝部を設けたベースプレート１７と、下面に第２の溝部を有するカバープレート１５とをそれぞれ用意し、第１の溝部と第２の溝部との位置が合わされるように、ベースプレート１７の上にカバープレート１５を接合して、マイクロチップ（１５，１７）の中間部に、分離流路１６を埋め込むようにしてもよい。

保持基板２１は、透明材料からなるマイクロチップ（１５，１７）の底部から、分離流路１６に紫外線等の光を照射し、マイクロチップ（１５，１７）及び分離流路１６からの反射光若しくは蛍光を測定するために、分離流路１６の長手方向に沿って延伸し、且つ保持基板２１の上面から下面へ垂直方向に貫通するスリット状の開口部からなる光学的経路形成手段２２を有する。保持基板２１に分離流路１６の長手方向に沿って延伸するスリット状の開口部からなる光学的経路形成手段２２を設けることにより、分離流路１６の長手方向のほぼ全域にわたり光学測定系５に対する光学的な阻害のないようにすることができる。なお、光学的経路形成手段２２は、スリット状の開口部に限定されるものではない。光学的経路形成手段２２は、光学測定系５に対する光学的な阻害のないような構造（機構）であればよいので、例えば、保持基板２１を透明材料で構成し、保持基板２１の少なくとも一部を光学的経路形成手段２２として定義することも可能である。

光学的経路形成手段２２は、広範な種類の被測定物質（化学種）について有効泳動長を調節できるように、分離流路１６の長手方向と同程度のスリット長を持ち、流路幅より大きなスリット幅を持つ。即ち、光学測定系５の位置を分離流路１６の長手方向に相対的に移動することによって、分離流路１６に沿って、分離開始位置となる導入用リザーバ１２_iの位置から分離流路１６の光学的検出位置までの距離を任意に選択できる。よって、第１の実施の形態に係る電気泳動システムによれば、１本のマイクロチャネルに対し、任意に有効泳動長の変更を行うことが可能となる。

マイクロチップ（１５，１７）は、保持基板２１の上に分離流路１６の位置が、光学的経路形成手段２２の位置に合うようにして固定される。図１〜図３に例示したように、分離流路１６の両端には、被測定物質及び分離媒体を収納するために、ほぼ円筒形の導入用液溜部及び排出用液溜部を有する。カバープレート１５は分離流路１６の両端の液溜部に対応する位置にそれぞれ開口部を有して、分離流路１６の上部を覆っている。保持基板２１は、図示を省略したヒータを内蔵し、分離流路１６を電気泳動する被測定物質及び分離媒体の温度を制御する。ヒータは、ヒータ駆動回路２４に接続され、ヒータ駆動回路２４により駆動される。

上蓋１４は分離流路１６の両端に対応する位置の上部に２つのリザーバ１２_i，１２_oを備える。２つのリザーバ１２_i，１２_oはそれぞれカバープレート１５に対して垂直に立設され、２つのリザーバ１２_i，１２_oのそれぞれの中心に分離流路１６の両端の液溜部の中心位置が位置合わせされている。液溜部の形状は、特に円筒形に限定されるものではないが、液溜部及びリザーバ１２_i，１２_oが円筒形を基礎とする場合は、液溜部の内径はリザーバ１２_i，１２_oの内径以下にするのが好ましい。例えば、液溜部及びリザーバ１２_i，１２_oが矩形の筒形を基礎とする場合は、液溜部の対角線の長さはリザーバ１２_i，１２_oの対角線の長さ以下にするのが好ましい。片側の導入用液溜部の上に設けられた導入用リザーバ１２_iには導入バルブＶ_inが設けられており、他方の排出用液溜部の上に設けられた排出用リザーバ１２_oには排出バルブＶ_outが設けられている。

圧送機構４は、図１に示すように、分離媒体を吐出するポンプ４１と、ポンプ４１を駆動するポンプ駆動回路４２とを備える。導入バルブＶ_inの上流側には圧送機構４を構成するポンプ４１の吐出部が接続されている。図示を省略しているが、排出バルブＶ_outの下流側には分離流路１６から分離媒体を排出する排出用ポンプを備えるようにしてもよい。又、２つのリザーバ１２_i，１２_oのそれぞれには、分離媒体及び被測定物質が注入された分離流路１６に電気泳動に必要な高電圧を印加するための一対の電極１１_a，１１_bが挿入されており、一対の電極１１_a，１１_bのそれぞれは電圧源７１と接続されている。電圧源７１は、電圧源駆動回路７２と接続されて、電圧源駆動回路７２により駆動される。電極１１_a，１１_bに電圧源７１からの電圧を印加すると、分離媒体中の被測定物質が電気泳動をし、その分子量に依存して被測定物質が分離される。分離した被測定物質はスリット状の開口部からなる光学的経路形成手段２２を介して光学測定系５を用いて検出される。

光学測定系５は、図１に例示したように、光源５１、励起フィルタ５２、ダイクロイックミラー５３、吸収フィルタ５４、検出器５５、光源駆動回路５８及び検出器駆動回路５９等を有するようにすればよい。光源駆動回路５８は光源５１を駆動し、光源５１は、光学的経路形成手段２２の下方に配置され、上方のマイクロチップ（１５，１７）に設けられた分離流路１６の底部に向け光を照射し、ベースプレート１７の底部を透過して、分離流路１６中を流れる分離媒体に光が照射される。励起フィルタ５２は光源５１の上方に、光の進行方向に対し垂直に配置されている。励起フィルタ５２の上方には分離媒体からの反射光が吸収フィルタ５４に向かって反射するようにダイクロイックミラー５３が配置されている。吸収フィルタ５４を通過した光は光電子増倍管や半導体検出器等の検出器５５へと入射する。検出器５５は検出器駆動回路５９により駆動され、分離媒体からの反射光を、一定のサンプリング時間で時々刻々サンプル検出する。検出器５５としてＣＣＤカメラを用いてもよい。検出器５５の出力信号は、制御解析装置１のＣＰＵ（演算処理部）３に逐次、入力される。光学測定系５はＸＹステージ６の上に設置され、ＸＹステージ６により、分離流路１６の長手方向と平行な第１の方向（Ｘ方向）及び第１の方向と直交する第２の方向（Ｙ方向）に沿って、水平面（Ｘ−Ｙ平面）上を移動する。ＸＹステージ６はＸＹステージ駆動回路６４に接続され、ＸＹステージ駆動回路６４により駆動される。

制御解析装置１のＣＰＵ（演算処理部）３は、ＸＹステージ制御手段３０１、電圧源制御手段３０２、ヒータ制御手段３０３、ポンプ制御手段３０４、検出器制御手段３０５、光源制御手段３０６、光学データ入力手段３０７、流路判定手段３０８及び再処理命令手段３０９を論理構造として有する。ＣＰＵ３のＸＹステージ制御手段３０１は、ＸＹステージ駆動回路６４と接続され、ＸＹステージ駆動回路６４を制御している。同様に、電圧源制御手段３０２は電圧源駆動回路７２と、ヒータ制御手段３０３はヒータ駆動回路２４と、ポンプ制御手段３０４は圧送機構４のポンプ駆動回路４２と、検出器制御手段３０５は光学測定系５の検出器駆動回路５９と、光源制御手段３０６は光学測定系５の光源駆動回路５８と、それぞれ接続され、電圧源駆動回路７２、ヒータ駆動回路２４、ポンプ駆動回路４２、検出器駆動回路５９及び光源駆動回路５８をそれぞれ制御している。又、光学データ入力手段３０７には検出器５５からの出力信号が、時系列のデータとして、入力される。

ＣＰＵ３には、更に、入出力制御部８４、光学データ記憶部８５、データ記憶装置８６及びプログラム記憶装置８７が接続されている。プログラム記憶装置８７は、有効泳動長を自動的に変更し、有効泳動長の変更に合わせて分離媒体や分離条件を決定するためのプログラムの他、第１の実施の形態に係る 電気泳動方法をＣＰＵ３に実施させるために必要な一連の動作のプログラムを格納している。データ記憶装置８６には、ＣＰＵ３が光学データの解析、演算を実行するに必要な所定のデータや、ＣＰＵ３が有効泳動長、印加電圧等の測定条件の制御に必要な所定のデータ等、ＣＰＵ３の演算処理に必要な種々の入出力データ、解析パラメータ及びその履歴や演算途中のデータなどが格納されている。光学データ入力手段３０７は、光学測定系５の検出器５５が逐次、出力する光学データ（測定検出信号）を、時系列のデータとして、入力して、一時的に光学データ記憶部８５に格納する。

流路判定手段３０８は、分離流路１６を横切るように、光学測定系５を第２の方向（Ｙ方向）へ沿って分離流路１６に対し相対的に移動しながら、光学測定系５の光源５１から光をマイクロチップ（１５，１７）に照射し、マイクロチップ（１５，１７）からの蛍光を光学測定系５の検出器５５によって逐次取得して、図４に示すようなマイクロチップ（１５，１７）からの蛍光強度のＹ方向移動距離依存性を示す光学データ（測定検出信号）を得る。光学測定系５がマイクロチップ（１５，１７）から取得した光学データ（測定検出信号）は、光学データ記憶部８５に時系列のデータとして格納する。図４に示す光学データは、分離媒体及び被測定物質を分離流路１６に注入する前のマイクロチップ（１５，１７）から発せられる蛍光強度の第２の方向（Ｙ方向）移動距離依存性である。図４に示すマイクロチップ（１５，１７）からの蛍光強度のＹ方向移動距離依存性を示す波形の中央部における信号強度の落ち込みから、分離流路１６の中心線の位置が確認できるので、流路判定手段３０８は、分離流路１６の中心線の位置に光学測定系５を位置合わせする。

再処理命令手段３０９は、ＸＹステージ制御手段３０１、電圧源制御手段３０２、ヒータ制御手段３０３、ポンプ制御手段３０４等に対し、予め設定された分離媒体導入から有効泳動長の調節をして電気泳動をする分離媒体を測定するまでの一連の処理を再度行わせる再処理命令を出力する。

入力装置８１、出力装置８２及び表示装置８３は、入出力制御部８４を介して、ＣＰＵ３とのデータの送受信を行う。図１において、入力装置８１はキーボード、マウス、ライトペン等で構成される。入力装置８１を介して測定実行者は、入出力データの指定、許容誤差の値及び誤差の程度の設定、出力データの形態等の解析パラメータの設定、演算の実行や中止等の指示の入力等が可能である。出力装置８２はプリンタ装置等により構成される。表示装置８３は、ディスプレイ装置等により構成されるが、表示装置８３は入出力データや解析結果や解析パラメータ等を表示する。

図２に示すようにＸＹステージ６は矩形平板からなるステージベース６０１と、ステージベース６０１の上を分離流路１６の長手方向と平行な第１の方向（Ｘ方向）に直線運動をする第１ステージ６１１と、第１ステージ６１１の上を水平面上で第１の方向と直交する第２の方向（Ｙ方向）に直線運動をする第２ステージ６２１とを備えている。ステージベース６０１の上面には一対の平行なレール状の第１ガイド６１３ａ，６１３ｂが第１の方向に沿って設置されており、その上方から、第１ガイド６１３ａ，６１３ｂを、それぞれ挟み込む溝部を脚部として持つ第１ステージ６１１が設置されている。ステージベース６０１には、更に、上面に第１の直線運動駆動源６１４を備える。第１の直線運動駆動源６１４には、例えばステッピングモータや、サーボモータ等の電気電動機が採用可能で、送りねじ６１５を回転させる。第１ステージ６１１の下面に設置された雌ねじ部によって、送りねじ６１５の回転運動は、第１の方向の直線運動へと変換され、第１ステージ６１１を第１の方向へ直線運動をさせる。第１の直線運動駆動源６１４及び送りねじ６１５等からなる第１の直線運動駆動機構（６１４，６１５）の代わりに、油圧シリンダや空気圧シリンダ等他の機構（Ｘ軸駆動機構）を用いても構わない。

第１ステージの上面には、第２の方向に平行な一対のレール状の第２ガイド６２３ａ，６２３ｂが設置されており、その上方から第２ガイド６２３ａ，６２３ｂを、それぞれ挟み込む溝部を脚部とする第２ステージ６２１が設置されている。片方若しくは両方の第２ガイド６２３ａ，６２３ｂには、第２の直線運動駆動機構（Ｙ軸駆動機構）６２４が内蔵されており、第２ステージ６２１を第２の方向に直線運動させる。第２の直線運動駆動機構６２４には、例えば静電アクチュエータ、電磁アクチュエータ、圧電アクチュエータ、電歪アクチュエータ、磁歪アクチュエータ、磁歪材料と圧電材料を組み合わせた複合アクチュエータ等が採用可能であるが、高精度な位置合わせをするために、ミクロンレベルからナノメータレベルの微小な駆動制御が可能なマイクロアクチュエータを用いるのが好ましい。

保持基板２１はその上面がマイクロチップ（１５，１７）を搭載するに十分な面積を有した矩形平板である。光学的経路形成手段２２は分離流路１６に対して、光学測定系５の光路を相対的に位置決めされる必要がある。光学的経路形成手段２２の分離流路１６の長手方向に沿った長さは、広範な種類の被測定物質に対して有効泳動長を設定できるように分離流路１６と同程度のスリット長を有し、短手方向の長さ（幅）は、分離流路１６の幅のすべてを光学的に観察できるように、分離流路１６の幅より大きなスリット幅を有する。図２では、マイクロチップ（１５，１７）の表面に１本の分離流路１６が設けられた例を示しているが、これは説明を簡単にするためであり、実際には２本以上の複数の分離流路１６をＭＥＭＳ技術により形成可能であり、例えば３０本から４００本程度の本数等にしても構わない。

以上のように、第１の実施の形態に係る電気泳動システムによれば、光学的な阻害がない光学的経路形成手段２２を分離流路１６の長手方向に沿って有しているので、分離開始位置となる導入用リザーバ１２_iの位置から分離流路１６の光学的検出位置までの距離を任意に選択できるので、広範な種類の被測定物質に対して有効泳動長を設定できる。

−電気泳動方法−
図５のフローチャートを用いて、第１の実施の形態に係る電気泳動方法の一例について説明する。尚、以下に述べる電気泳動方法は、一例であり、特許請求の範囲に記載した趣旨の範囲内であれば、この変形例を含めて、これ以外の種々の電気泳動方法が実現可能であることは勿論である：
（イ）先ず、ステップＳ１０１において、予め設定された有効泳動長を構成するように、ＸＹステージ制御手段３０１はＸＹステージ駆動回路６４を介して第１ステージ６１１を第１の方向（Ｘ方向）に沿って、予め設定された距離移動し、電気泳動装置２に対し光学測定系５を相対的に移動移動させる。

（ロ）第１の方向の有効泳動長が達成されたら、ステップＳ１０２において、マイクロチップ（１５，１７）から発せられる蛍光強度を、第２ステージ６２１を第２の方向（Ｙ方向）へ移動させながら測定し、分離流路１６の中心と光学測定系５のＹ方向に沿った位置合わせを行う。ステップＳ１０２においては、光学測定系５をＹ方向に沿って移動しながら、光学測定系５の光源５１から上方へ出射した光を、分離媒体及び被測定物質を分離流路１６に注入する前のマイクロチップ（１５，１７）に逐次照射することにより、マイクロチップ（１５，１７）からの蛍光を光学測定系５の検出器５５によって逐次検出し、図４に示すようなマイクロチップ（１５，１７）からの蛍光強度のＹ方向移動距離依存性のデータを取得する。取得した蛍光強度のＹ方向移動距離依存性のデータから、流路判定手段３０８は、ステップＳ１０２において、蛍光強度が最小になるＹ方向の位置を決定し、ＸＹステージ駆動回路６４が第２ステージ６２１をマイクロメータレベルで制御して、分離流路１６の中心と光学測定系５のＹ方向の位置合わせを行う。

（ハ）その後、ステップＳ１０３において、ポンプ制御手段３０４は、圧送機構４のポンプ駆動回路４２を制御するための信号を出力し、ポンプ４１がポンプ駆動回路４２を介して駆動させられる。ポンプ４１が駆動すると、導入バルブＶ_in及び排出バルブＶ_outを開け、ポンプ４１から導入用リザーバ１２_iへ測定対象の分離媒体の導入が開始され、分離媒体が分離流路１６中を排出バルブＶ_out方向へ進行する。ステップＳ１０４において、ヒータ制御手段３０３は、ヒータ駆動回路２４を制御するための信号を出力し、保持基板２１に設けられたヒータがヒータ駆動回路２４を介して駆動させられる。ヒータが駆動すると、予め設定された温度となるように温度調節を開始する。

（ニ）ステップＳ１０５において、電圧源制御手段３０２は電圧源駆動回路７２を介して電圧源７１を駆動させ、２つのリザーバ１２_i，１２_oからそれぞれ挿入された一対の電極１１_a，１１_bによって分離流路１６に充填された分離媒体及び被測定物質に高電圧を印加し、光学測定系５による測定を開始する。

（ホ）ステップＳ１０６において、予定された一連の処理が終了しているか否かを判定する。予定された一連の処理が終了していない場合は、再処理命令手段３０９がステップＳ１０７において、導入バルブＶ_in及び排出バルブＶ_outを開き分離の終了した分離媒体及び被測定物質を排出し、再度分離媒体を導入する準備をした後、ステップＳ１０１に戻らせる。再処理命令手段３０９は、更に、プログラム記憶装置８７に記憶された内容に基づき、次回の有効泳動長を自動的に決定し、ステップＳ１０１でＸＹステージ制御手段３０１が決定された新たな有効泳動長に設定し、ステップＳ１０２〜ステップＳ１０５の一連の処理を行う。その際、ステップＳ１０３では、ポンプ制御手段３０４は、プログラム記憶装置８７に記憶された有効泳動長の変更がされた場合の新たな分離媒体を決定するプログラムに従い、圧送機構４のポンプ駆動回路４２を制御して対応する新たな分離媒体を導入用リザーバ１２_iに供給する。ステップＳ１０４では、ヒータ制御手段３０３は、プログラム記憶装置８７に記憶された有効泳動長の変更がされた場合の新たな分離条件を決定するプログラムに従い、ヒータ駆動回路２４を制御して新たな温度に保持基板２１の温度を変更する。ステップＳ１０５では、プログラム記憶装置８７に記憶された有効泳動長の変更がされた場合の新たな分離条件を決定するプログラムに従い、電圧源制御手段３０２は電圧源駆動回路７２を介して電圧源７１を駆動させ、リザーバ１２_i，１２_oにそれぞれ挿入された電極１１_a，１１_bに新たな高電圧を印加した後、光学測定系５による測定を開始する。プログラム記憶装置８７に格納されたプログラムが、ステップＳ１０６において、予定されたすべての処理が終了したとの判定をした場合は、第１の実施の形態に係る 電気泳動方法を終了する。

以上のように、第１の実施の形態に係る電気泳動方法によれば、分離流路１６の長手方向のほぼ全域にわたり光学測定系５に対する光学的な阻害のない電気泳動装置２を用意し、光学測定系５による検出位置を、分離流路１６の長手方向に対し相対的に移動することによって、１本のマイクロチャネルにおいて有効泳動長の変更を行うことが可能である。 更に、第１の実施の形態に係る電気泳動方法によれば、本来、被測定物質の解析に用いる光学測定系５の機能を転用して、分離流路１６の長手方向に直交する方向における、分離流路１６と光学測定系５との位置合わせに必要なデータを取得して、ミクロンレベルからナノメータレベルの位置合わせを自動的に実施することができる。

背景技術の欄で既に説明したとおり、キャピラリー電気泳動法では、キャピラリーに検出窓を構成するためにキャピラリーの保護コーティングを光学的検出部で除去しているため、光学的検出部に保護機構を設ける必要があり、１本のキャピラリーにつき複数の有効泳動長を実現できる構造とすることは困難である。第１の実施の形態に係る電気泳動システムにおいては、ＭＥＭＳ技術により透明材料からなるマイクロチップ（１５，１７）の表面にミクロンオーダーの微少な溝（マイクロチャネル）を形成して、分離流路１６を構成しているので機械的強度を十分に強くでき、キャピラリー電気泳動法のように、強度を得るためのキャピラリーの外壁へのコーティングは不要である。

したがって、第１の実施の形態に係る電気泳動システムによれば、有効泳動長等の複数の泳動条件を要する場合においても、有効泳動長を可変とすることで、条件に合わせた複数のキャピラリーを要せず、分析コストの低減を図ることが可能となる。更に、第１の実施の形態に係る電気泳動システムによれば、プログラム記憶装置８７に格納されたプログラムに従い、有効泳動長を自動的に変更するとともに、有効泳動長の変更に合わせて分離媒体や分離条件を自動的に決定して、有効泳動長の変更を必要とする複数の分離媒体及び被測定物質を自動的に分析することが可能となる。

（第２の実施の形態）
図１及び図２に示す第１の実施の形態に係る電気泳動システムの構成は例示であり、固定された電気泳動装置２に対して、光学測定系５を移動させ有効泳動長の変更する手法に限定されるものではなく、図６及び図７に示すように、光学測定系５を固定し、電気泳動装置２が開口部をＸＹステージ６ａ（以下において「オープンＸＹステージ６ａ」という。）によって移動して有効泳動長の変更を行う構成としてもよい。

図６及び図７に示すように、本発明の第２の実施の形態に係る電気泳動システムのオープンＸＹステージ６ａは矩形平板からなり、上面から下面へ貫通するステージベース光学窓６０２ｃを有するステージベース６０１ｃと、ステージベース６０１ｃの上を分離流路１６の長手方向と平行な第１の方向（Ｘ方向）に直線運動し、上面から下面へ貫通する第１ステージ光学窓６１２ｃを有する第１ステージ６１１ｃと、第１ステージ６１１ｃの上を水平面上で第１の方向と直交する第２の方向（Ｙ方向）に直線運動し、上面から下面へ貫通する第２ステージ光学窓６２２ｃとを有する第２ステージ６２１ｃを備えている。ステージベース６０１ｃの上面には一対の平行なレール状の第１ガイド６１３ａｃ，６１３ｂｃが第１ステージ光学窓６１２ｃの両端に第１の方向に沿って設置されており、その上方から、第１ガイド６１３ａｃ，６１３ｂｃを挟み込む溝部を脚部として持つ第１ステージ６１１ｃが設置されている。第２の実施の形態に係る電気泳動システムにおいては、ステージベース光学窓６０２ｃと、第１ステージ光学窓６１２ｃと、第２ステージ光学窓６２２ｃとで第２の光学的経路形成手段を構成している。なお、第２の光学的経路形成手段２２は、ステージベース光学窓６０２ｃと、第１ステージ光学窓６１２ｃと、第２ステージ光学窓６２２ｃのようなスリット状の開口部に限定されるものではない。第２の光学的経路形成手段は、光学測定系に対する光学的な阻害のないような構造（機構）であればよいので、例えば、ステージベース６０１ｃ、第１ステージ６１１ｃ、第２ステージ６２１ｃの少なくとも一部を透明材料で構成して光学的経路形成手段として機能するようにすることも可能である。

ステージベース６０１ｃの上には、第１の直線運動駆動源６１４ｃが設けられ、第１の直線運動駆動源６１４ｃは、例えばステッピングモータや、サーボモータ等の電気電動機が採用可能で、送りねじ６１５ｃを回転させる。第１ステージ６１１ｃの下面に設置された雌ねじ部によって、送りねじ６１５ｃの回転運動は、第１の方向の直線運動へと変換され、第１ステージ６１１ｃを第１の方向へ直線運動をさせる。第１の直線運動駆動源６１４ｃと送りねじ６１５ｃからなる第１の直線運動駆動機構（６１４ｃ，６１５ｃ）の代わりに、油圧シリンダや空気圧シリンダ等他の機構を用いても構わない。

第１ステージ６１１ｃの上面には、第２の方向（Ｙ方向）に平行な一対のレール状の第２ガイド６２３ａｃ，６２３ｂｃが設置されており、その上方から第２ガイド６２３ａｃ，６２３ｂｃを挟み込む溝部を脚部として持つ第２ステージ６２１ｃが設置されている。片方、若しくは両方の第２ガイド６２３ａｃ，６２３ｂｃには、第２の直線運動駆動機構６２４ｃが内蔵されており、第２ステージ６２１ｃを第２の方向に直線運動させる。第２の直線運動駆動機構６２４ｃは、例えば静電アクチュエータ、電磁アクチュエータ、圧電アクチュエータ、電歪アクチュエータ、磁歪アクチュエータ、磁歪材料と圧電材料を組み合わせた複合アクチュエータ等が採用可能で、ミクロンレベルからナノメータレベルの微小な駆動制御が可能である。オープンＸＹステージ６ａは、第２ステージ光学窓６２２ｃから下方に、第１ステージ光学窓６１２ｃ、ステージベース光学窓６０２ｃを通して、ＸＹステージ６の下面まで貫通しており、その間に光学的な阻害がない。

光学測定系５から出射された光はステージベース光学窓６０２ｃ、第１ステージ光学窓６１２ｃ、第２ステージ光学窓６２２ｃを、順に通過し、第２ステージ６２１ｃの上面に設置された保持基板２１の光学的経路形成手段２２を通過してマイクロチップ（１５，１７）及びマイクロチップ（１５，１７）の分離流路１６へ照射される。マイクロチップ（１５，１７）及びマイクロチップ（１５，１７）の分離流路１６からの反射光は、光学的経路形成手段２２、第２ステージ光学窓６２２ｃ、第１ステージ光学窓６１２ｃ、ステージベース光学窓６０２ｃを順に通過した後、光学測定系５へ戻る。

以上のように、第２の実施の形態に係る電気泳動システムによれば、光学測定系５の光路に対して阻害がない光学的経路形成手段２２、第２ステージ光学窓６２２ｃ、第１ステージ光学窓６１２ｃ、ステージベース光学窓６０２ｃを分離流路１６の長手方向に沿って有しているので、分離開始位置となる導入用リザーバ１２_iの位置から分離流路１６の光学的検出位置までの距離を任意に選択できるので、広範な種類の被測定物質に対して有効泳動長を自在に設定でき、有効泳動長を自動的に変更することができる。

（第３の実施の形態）
本発明の第３の実施の形態に係る電気泳動システムは、第１及び第２の実施の形態に係る電気泳動システムと同様に制御解析装置１、電気泳動装置２、圧送機構４、光学測定系５及びオープンＸＹステージ６ａを備えるが、図８及び図９に示すように、光学測定系５が、電気泳動装置２の上方に配置されており、光学測定系５から下方へ光を出射してマイクロチップ（１５，１７）の分離流路１６の光学的な検出を行う点が、第１及び第２の実施の形態に係る電気泳動システムとは異なる。

このため、第６の実施の形態に係る上蓋１４は、図８及び図９に示すように、上蓋１４の上面から下面への垂直に貫通する開口部１８を上部光学的経路として有している。開口部１８は、分離開始位置となる導入用リザーバ１２_iの位置から分離流路１６の光学的検出位置までの距離を任意に選択して、広範な種類の被測定物質について有効泳動長を設定できるよう、分離流路１６の長手方向と同程度の長さを持ち、流路幅より大きな幅を持つ。

オープンＸＹステージ６ａの上に設置された光学測定系５は光源５１、励起フィルタ５２、ダイクロイックミラー５３、吸収フィルタ５４、検出器５５、検出器駆動回路５９及び光源駆動回路５８を有する。光源駆動回路５８は光源５１を駆動し、光源５１は、上部光学的経路をなす開口部１８の上方に配置され、下方のマイクロチップ（１５，１７）に設けられた分離流路１６の上部に向け光を照射し、ＸＹステージ６の第２ステージ光学窓６２２ｃ、第１ステージ光学窓６１２ｃ、ステージベース光学窓６０２ｃ、電気泳動装置２の開口部１８を順に通過し、マイクロチップ（１５，１７）の上部を透過して、分離流路１６中を流れる分離媒体に光が照射される。励起フィルタ５２は光源５１の下方に、光の進行方向に対し垂直に配置されている。励起フィルタ５２の下方には分離媒体からの反射光が吸収フィルタ５４に向かって反射するようにダイクロイックミラー５３が配置されている。吸収フィルタ５４を通過した光は光電子増倍管や半導体検出器等の検出器５５へと入射する。検出器５５は検出器駆動回路５９により駆動され、分離媒体からの反射光を、一定のサンプリング時間で時々刻々サンプル検出する。検出器５５としてＣＣＤカメラを用いてもよい。検出器５５の出力信号は、ＣＰＵ（演算処理部）３に逐次、入力される。

光学測定系５はＸＹステージ６の上に設置され、ＸＹステージ６により、分離流路１６の長手方向である第１の方向（Ｘ方向）及び第１の方向と水平面上で直交する第２の方向（Ｙ方向）へ、水平面上を移動する。ＸＹステージ６はＸＹステージ駆動回路６４に接続され、ＸＹステージ駆動回路６４により駆動される。

第３の実施の形態に係る電気泳動システムの構造の他の部分の説明は、第１の実施の形態の構造の説明と同様であるので、重複する説明を省略する。又、 電気泳動方法、泳動分離の動作説明は第１の実施の形態に係る電気泳動システムの動作説明と同一であるので、重複した説明を省略する。

本発明の第３の実施の形態に係る電気泳動システムにおいては、第１の実施の形態に係る電気泳動システムと同様に、ＭＥＭＳ技術によりマイクロチップ（１５，１７）の表面にミクロンオーダーのマイクロチャネルを形成して、分離流路１６を構成しているので機械的強度を十分に強くでき、キャピラリー電気泳動法のように、強度を得るためのキャピラリーの外壁へのコーティングは不要である。

本発明の第３の実施の形態に係る電気泳動システムにおいては、電気泳動装置２の上方から光学測定系５による光学的な検出を行うので、分離開始位置となる導入用リザーバ１２_iの位置から分離流路１６の光学的検出位置までの距離を任意に選択できる。よって、本発明の第３の実施の形態に係る電気泳動システムによれば、広範な種類の被測定物質に対して有効泳動長を自在に設定でき、有効泳動長を自動的に変更することができる。尚、本発明の第３の実施の形態に係る電気泳動システムにおいて、マイクロチップ（１５，１７）の下方に、光学的な検出用の光学的経路形成手段２２は特に必要ないが、あっても構わない。

（第４の実施の形態）
図８及び図９に示す第３の実施の形態に係る電気泳動システムの構成は例示であり、例えば、図１０及び図１１に示す本発明の第４の実施の形態に係る電気泳動システムのように、上蓋１４に上部光学的経路をなす開口部１８を設けず、透明材料からなる上蓋１４の一部を上部光学的経路として用いて、光学測定系５による上方からの光が上蓋１４を透過してマイクロチップ（１５，１７）及び分離流路１６を照射するようにしてもよい。

第４の実施の形態に係る電気泳動システムにおいては、電気泳動装置２の上方から、透明材料からなる上蓋１４を介して光学測定系５による光学的な検出を行うので、分離開始位置となる導入用リザーバ１２_iの位置から分離流路１６の光学的検出位置までの距離を任意に選択できる。よって、本発明の第４の実施の形態に係る電気泳動システムによれば、広範な種類の被測定物質に対して有効泳動長を自在に設定でき、有効泳動長を自動的に変更することができる。尚、本発明の第４の実施の形態に係る電気泳動システムにおいて、マイクロチップ（１５，１７）の下方に、光学的な検出用の光学的経路形成手段２２は特に必要ないが、あっても構わない。

（第５の実施の形態）
図８〜図１１に示す第３及び第４の実施の形態に係る電気泳動システム構成は例示であり、固定された電気泳動装置２に対して、光学測定系５を移動させ有効泳動長の変更を行う構成に限定されるものではない。

即ち、図１２及び図１３に示す本発明の第５の実施の形態に係る電気泳動システムのように、光学測定系５を固定し、電気泳動装置２をＸＹステージ６によって移動して有効泳動長の変更及び分離流路１６の検出を行う構成としてもよい。

図１２及び図１３に示すように、本発明の第５の実施の形態に係る電気泳動装置２は、ＸＹステージ６の上に設置されている。

本発明の第５の実施の形態に係る電気泳動システムにおいては、光学測定系５を固定して、電気泳動装置２をＸＹステージ６によって移動し、電気泳動装置２の上方から光学測定系５による光学的な検出を行うので、分離開始位置となる導入用リザーバ１２_iの位置から分離流路１６の光学的検出位置までの距離を任意に選択できる。よって、本発明の第５の実施の形態に係る電気泳動システムによれば、広範な種類の被測定物質に対して有効泳動長を自在に設定でき、有効泳動長を自動的に変更することができる。

尚、第５の実施の形態に係る電気泳動システムにおいては、電気泳動装置２の上方から光学測定系５による光学的な検出を行うので、電気泳動装置２の下方に位置するＸＹステージ６には、貫通口である光学的経路形成手段は特に必要ないが、あっても構わない。

（第６の実施の形態）
本発明の第６の実施の形態に係る電気泳動システムは、制御解析装置１、電気泳動装置２、圧送機構４及びＸＹステージ６を備えている点では第１〜第５の実施の形態に係る電気泳動システムと同様であるが、マイクロチップ（１５，１７）及び分離流路１６から光学的経路形成手段２２を介して出射する蛍光若しくは反射光を検出器５５で検出する反射型の光学系でなく、図１４に示すように、マイクロチップ（１５，１７）及び分離流路１６に光を照射する照射光学系５ａと、マイクロチップ（１５，１７）及び分離流路１６からの蛍光若しくは透過光を測定する検出光学系５ｂとを備える透過型の光学測定系を有する点が、第１〜第５の実施の形態に係る電気泳動システムとは異なる。

図１４に示す本発明の第６の実施の形態に係る可変有効長電気泳動システムにおいては、照射光学系５ａは、マイクロチップ（１５，１７）の上方に配置されたオープンＸＹステージ６ａの上に設置され、電気泳動装置２の上方から電気泳動装置２のマイクロチップ（１５，１７）及びマイクロチップ（１５，１７）の分離流路１６に向かって下方に光を照射する光源５１と、光源５１の下方において、光源５１から出射した光がマイクロチップ（１５，１７）及び分離流路１６に向かって進む光路中に設けられた励起フィルタ５２と、光源５１を駆動させるために光源５１と接続された光源駆動回路５８とを有する。光源５１から出射した光がマイクロチップ（１５，１７）及び分離流路１６に照射可能なように、上蓋１４のマイクロチップ（１５，１７）の分離流路１６の上方に位置する箇所には、上面から下面へ貫通するスリット状の開口部１８が上部光学的経路として設けられている。光源５１を出射した光は、励起フィルタ５２を透過し、オープンＸＹステージ６ａの第２ステージ光学窓６２２ｃ、第１ステージ光学窓６１２ｃ、ステージベース光学窓６０２ｃ、開口部１８を順に通過し、上部光学的経路としての開口部１８の下方に配置されたマイクロチップ（１５，１７）のカバープレート１５を透過して、マイクロチップ（１５，１７）、分離流路１６及び分離流路１６を電気泳動する被測定物質に光が照射される。

マイクロチップ（１５，１７）の下方に配置された検出光学系５ｂは、マイクロチップ（１５，１７）の下方において、ＸＹステージ６の上に設置され、保持基板２１のマイクロチップ（１５，１７）の分離流路１６の下方にスリット状に設けられた光学的経路形成手段２２の下方に配置されたダイクロイックミラー５３と、ダイクロイックミラー５３で反射した光が透過する吸収フィルタ５４と、吸収フィルタ５４を介して、マイクロチップ（１５，１７）から出射した蛍光若しくは透過光を検出する検出器５５と、検出器５５を駆動させるために検出器５５と接続された検出器駆動回路５９とを有する。検出器５５は、図１において説明したように、光電子増倍菅や半導体検出器等が採用可能である。検出光学系５ｂのダイクロイックミラー５３を省略して、マイクロチップ（１５，１７）の分離流路１６から出射した蛍光若しくは透過光を、直接バンドパスフィルタ５４を介して検出器５５に入射されるような光学配置でも構わない。オープンＸＹステージ６ａ及びＸＹステージ６は互いに、ＸＹステージ駆動回路６４により、タイミング、相対的位置を同期させて駆動される。尚、図１４とは逆に、電気泳動装置２の下方にマイクロチップ（１５，１７）及び分離流路１６に光を照射する照射光学系５ａを設け、電気泳動装置２の上方にマイクロチップ（１５，１７）及び分離流路１６からの蛍光若しくは透過光を測定する検出光学系５ｂを設けるようにしてもよい。

図１５に示すように、第６の実施の形態に係る電気泳動装置２の上蓋１４は、透明材料からなるマイクロチップ（１５，１７）の上方から、マイクロチップ（１５，１７）及び分離流路１６に紫外線等の光を照射し、透過光若しくは蛍光を検出するために、上蓋１４の上面から下面へ垂直方向に貫通するスリット状の開口部１８を上部光学的経路として有する。開口部１８は、広範な種類の被測定物質について有効泳動長を調節できるように、分離流路１６の長手方向と同程度の長さを持ち、流路幅より大きな幅を持つほぼ矩形（長方形）のスリットである。上部光学的経路としての開口部１８を通過した光は、マイクロチップ（１５，１７）及び分離流路１６を透過し保持基板２１に設けられた上面から下面へ貫通する光学的経路形成手段２２を通過する。開口部１８及び分離流路１６は光学的経路形成手段２２に対応するように設置される。

第６の実施の形態に係る電気泳動システムの構造の他の部分の説明は、第１〜第５の実施の形態に係る電気泳動システムの構造の説明と同様であるので、重複する説明を省略する。有効泳動長の変更、泳動分離、解析の動作説明は第１の実施の形態に係る電気泳動システムの動作説明と同一であるので、重複した説明を省略する。

本発明の第６の実施の形態に係る電気泳動システムにおいては、第１〜第５の実施の形態に係る電気泳動システムと同様に、ＭＥＭＳ技術によりマイクロチップ（１５，１７）の表面にミクロンオーダーのマイクロチャネルを形成して、分離流路１６を構成しているので機械的強度を十分に強くでき、キャピラリー電気泳動法のように、強度を得るためのキャピラリーの外壁へのコーティングは不要である。

本発明の第６の実施の形態に係る電気泳動システムにおいては、あらゆる分離媒体に対して有効泳動長を設定できるように、マイクロチップ（１５，１７）に設けられた分離流路１６の上方に上部光学的経路としての開口部１８を、下方に光学的経路形成手段２２を設けており照射光学系５ａからマイクロチップ（１５，１７）及び分離流路１６、マイクチップ（１５，１７）及び分離流路１６から検出光学系５ｂまでの間に光学的に阻害がないので、マイクロチップ（１５，１７）を取り替えることなく、有効泳動長を自由に変更して使用できる。即ち、第６の実施の形態に係る電気泳動システムにおいては、一度保持基板２１にセットしたマイクロチップ（１５，１７）に対して、上方に照射光学系５ａをオープンＸＹステージ６ａの上に、下方に検出光学系５ｂをＸＹステージ６の上に設置し、照射光学系５ａ及び検出光学系５ｂの検出用の機構を可動にして、マイクロチップ（１５，１７）及び分離流路１６の光学的な検出を行い、有効泳動長を自動的に変更することにより、異なる条件下での電気泳動が、簡単且つ短時間で実施できる。

（第７の実施の形態）
図１４及び図１５に示す第６の実施の形態に係る電気泳動システムの構成は例示であり、例えば、図１６に示すように、照射光学系５ａ及び検出光学系５ｂを固定し、照射光学系５ａ及び検出光学系５ｂの中間部に、オープンＸＹステージ６ａの上に設置された電気泳動装置２を移動可能に配置するようにしてもよい。 即ち、図１６に示す本発明の第７の実施の形態に係る電気泳動システムにおいては、オープンＸＹステージ６ａの上に設置された電気泳動装置２の上方にマイクロチップ（１５，１７）の分離流路１６に光を照射する照射光学系５ａと、電気泳動装置２の下方にマイクロチップ（１５，１７）及び分離流路１６からの蛍光若しくは透過光を測定する検出光学系５ｂを備える点が、第６の実施の形態に係る電気泳動システムとは異なる。

図１６に示す第７の実施の形態に係る電気泳動システムにおいては、照射光学系５ａは、オープンＸＹステージ６ａの上に設置された電気泳動装置２の上方から電気泳動装置２のマイクロチップ（１５，１７）及びマイクロチップ（１５，１７）の分離流路１６に向かって下方に光を照射する光源５１と、光源５１の下方において、光源５１から出射した光がマイクロチップ（１５，１７）及び分離流路１６に向かって進む光路中に設けられた励起フィルタ５２と、光源５１を駆動させるために光源５１と接続された光源駆動回路５８とを有する。光源５１から出射した光がマイクロチップ（１５，１７）及び分離流路１６に照射可能なように、上蓋１４のマイクロチップ（１５，１７）の分離流路１６の上方に位置する箇所には、上面から下面へ貫通する開口部１８が上部光学的経路として設けられている。光源５１を出射した光は、励起フィルタ５２を透過し、開口部１８を通過し、開口部１８の下方に配置されたマイクロチップ（１５，１７）のカバープレート１５を透過して、マイクロチップ（１５，１７）及び分離流路１６に光が照射される。マイクロチップ（１５，１７）及び分離流路１６から出射される透過光若しくは蛍光は、光学的経路形成手段２２、オープンＸＹステージ６ａの第２ステージ光学窓６２２、第１ステージ光学窓６１２、ステージベース光学窓６０２を順に通過し、検出光学系５ｂへ向かって入射される。

検出光学系５ｂは、保持基板２１のマイクロチップ（１５，１７）の分離流路１６の下方の位置に設けられた光学的経路形成手段２２の下方に配置されたダイクロイックミラー５３と、ダイクロイックミラー５３で反射した光が透過する吸収フィルタ５４と、吸収フィルタ５４を介して、マイクロチップ（１５，１７）から出射した蛍光若しくは透過光を検出する検出器５５と、検出器５５を駆動させるために検出器５５と接続された検出器駆動回路５９とを有する。検出器５５は、図１において説明したように、光電子増倍菅や半導体検出器等が採用可能である。検出光学系５ｂのダイクロイックミラー５３を省略して、マイクロチップ（１５，１７）の分離流路１６から出射した蛍光若しくは透過光を、直接バンドパスフィルタ５４を介して検出器５５に入射されるような光学配置でも構わない。

第７の実施の形態に係る電気泳動システムにおいては、照射光学系５ａ及び検出光学系５ｂを固定して、電気泳動装置２をＸＹステージ６によって移動し、電気泳動装置２の上方から電気泳動装置２に光を照射する照射光学系５ａと、電気泳動装置２の下方において、マイクロチップ（１５，１７）及び分離流路１６からの蛍光若しくは透過光を測定する検出光学系５ｂを備え、照射光学系５ａから検出光学系５ｂに至る光路が、電気泳動装置２を移動しても光学的に阻害がないように構成されているので、分離開始位置となる導入用リザーバ１２_iの位置から分離流路１６の光学的検出位置までの距離を任意に選択できる。よって、本発明の第７の実施の形態に係る電気泳動システムによれば、広範な種類の被測定物質に対して有効泳動長を自在に設定でき、有効泳動長を自動的に変更することができる。

尚、図１６とは逆に、電気泳動装置２の下方にマイクロチップ（１５，１７）及び分離流路１６に光を照射する照射光学系５ａを設け、電気泳動装置２の上方にマイクロチップ（１５，１７）及び分離流路１６からの蛍光若しくは透過光を測定する検出光学系５ｂを設けるようにしてもよい。

（その他の実施の形態）
上記のように、本発明は第１〜第７の実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面は本発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。

第１〜第７の実施の形態の説明においては、保持基板２１に設けられた貫通口である光学的経路形成手段２２について説明したが、光学的な検出を行うための機構は、貫通口に限定されるものではなく、既に第１の実施の形態において説明したとおり、光学的経路形成手段２２は、光学測定系５に対する光学的な阻害のないような構造（機構）であれば種々の構造（機構）が採用可能であり、例えば、保持基板２１を透明材料で構成し、保持基板２１の少なくとも一部を光学的経路形成手段２２として定義することも可能である。第４の実施の形態の説明において、透明材料からなる上蓋１４を用いることにより光学的な検出が可能であることについて説明したのも同様な趣旨である。

又、第６及び第７の実施の形態において、開口部１８の代わりに透明材料からなる上蓋１４を用いて上部光学的経路を実現するように構成してもよく、上蓋１４を用いずに上部光学的経路を実現するように構成してもよい。上蓋１４を用いないで上部光学的経路を形成する場合は、２つのリザーバ１２_i，１２_oは、それぞれ単独でマイクロチップ（１５，１７）の上面に貼り付けられることは勿論である。

このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。

１…制御解析装置
２…泳動装置
２…電気泳動装置
３…ＣＰＵ
４…圧送機構
５…光学測定系
５ａ…照射光学系
５ｂ…検出光学系
６…ＸＹステージ
６ａ…ＸＹステージ
１１_a，１１_b…電極
１２_i…導入用リザーバ
１２_o…排出用リザーバ
１４…上蓋
１５…カバープレート
１６…分離流路
１７…ベースプレート
１８…上部光学的経路
２１…保持基板
２２…光学的経路形成手段
２４…ヒータ駆動回路
３１…ポンプ制御手段
４１…ポンプ
４２…ポンプ駆動回路
５１…光源
５２…励起フィルタ
５３…ダイクロイックミラー
５４…吸収フィルタ
５４…直接バンドパスフィルタ
５５…検出器
５８…光源駆動回路
５９…検出器駆動回路
６０…泳動温度
６４…ＸＹステージ駆動回路
７１…電圧源
７２…電圧源駆動回路
８１…入力装置
８２…出力装置
８３…表示装置
８４…入出力制御部
８５…光学データ記憶部
８６…データ記憶装置
８７…プログラム記憶装置
３０１…ＸＹステージ制御手段
３０２…電圧源制御手段
３０３…ヒータ制御手段
３０４…ポンプ制御手段
３０５…検出器制御手段
３０６…光源制御手段
３０７…光学データ入力手段
３０８…流路判定手段
３０９…再処理命令手段
６０１，６０１ｃ…ステージベース
６０２，６０２ｃ…ステージベース光学窓
６１１，６１１ｃ…第１ステージ
６１２，６１２ｃ…第１ステージ光学窓
６１２ｃ…第１ステージ光学窓
６１３ａ，６１３ａｃ…第１ガイド
６１４，６１４ｃ…第１の直線運動駆動源
６１５…送りねじ
６２１，６２１ｃ…第２ステージ
６２２，６２２ｃ…第２ステージ光学窓
６２３ａ，６２３ａｃ…第２ガイド
６２４，６２４ｃ…第２の直線運動駆動機構

Claims (13)

1. 分離流路と該分離流路の両端に設けられた導入用液溜部及び排出用液溜部を有した透明材料からなるマイクロチップ、前記導入用液溜部に接続され前記分離流路に分離媒体を導入する導入用リザーバ、前記排出用液溜部に接続され前記分離流路から分離媒体を排出する排出用リザーバ、該導入用リザーバ及び排出用リザーバにそれぞれ挿入され、前記分離流路に電気泳動用の電圧を印加する一対の電極、前記マイクロチップを搭載し、前記分離流路の幅よりも広い幅を有し、前記分離流路の長手方向に伸延する光学的経路形成手段を少なくとも一部に有する保持基板を備えた電気泳動装置と、
   前記保持基板の下方に配置され、前記光学的経路形成手段を介して前記分離流路に導入された前記分離媒体からの反射光若しくは透過光を測定する光学測定系
   とを備え、
   前記光学的経路形成手段は、前記光学測定系の光路に対して阻害がなく、前記分離流路の長手方向に沿って、前記光学測定系を電気泳動装置に対し相対的に移動させることにより、前記導入用リザーバの位置から前記光学測定系の分離流路における検出位置までの距離を連続的に変化せることが可能であることを特徴とする電気泳動システム。
2. 前記光学的経路形成手段は、前記保持基板に設けられた開口部であることを特徴とする請求項１に記載の電気泳動システム。
3. 前記光学的経路形成手段は、少なくとも一部が透明材料からなる前記保持基板の前記透明材料からなる部分の少なくとも一部に定義された領域であることを特徴とする請求項１に記載の電気泳動システム。
4. 分離流路と該分離流路の両端に設けられた導入用液溜部及び排出用液溜部を有した透明材料からなるマイクロチップ、前記マイクロチップの上に配置され、前記導入用液溜部に接続され前記分離流路に分離媒体を導入する導入用リザーバ、前記マイクロチップの上に配置され、前記排出用液溜部に接続され前記分離流路から分離媒体を排出する排出用リザーバ、前記導入用リザーバ及び前記排出用リザーバにそれぞれ挿入され、前記分離流路に電気泳動用の電圧を印加する一対の電極、前記マイクロチップを搭載する保持基板を備えた電気泳動装置と、
   前記保持基板の上方に配置され、上部光学的経路を介して前記分離流路に導入された前記分離媒体からの反射光若しくは透過光を測定する光学測定系
   とを備え、
   前記上部光学的経路は、前記光学測定系の光路に対して阻害がない光学的経路であり、前記分離流路の長手方向に沿って、前記光学測定系を電気泳動装置に対し前記上部光学的経路を相対的に移動させることにより、前記導入用リザーバの位置から前記光学測定系の分離流路における検出位置までの距離を連続的に変化せることが可能であることを特徴とする電気泳動システム。
5. 前記導入用リザーバと前記排出用リザーバとを有し、前記マイクロチップの上を保護する上蓋を更に備え、
   前記上部光学的経路が、前記上蓋に設けられた開口部によって実現されることを特徴とする請求項４に記載の電気泳動システム。
6. 前記導入用リザーバと前記排出用リザーバとを有し、少なくとも一部が透明材料からなり、前記マイクロチップの上を保護する上蓋を更に備え、
   前記上部光学的経路が、前記透明材料からなる部分の少なくとも一部に定義された領域によって実現されることを特徴とする請求項４に記載の電気泳動システム。
7. 前記分離流路の長手方向に沿った第１の方向に前記光学測定系を電気泳動装置に対し相対的に移動させる第１の直線運動駆動機構と、
   前記第１の方向に直交する第２の方向に前記光学測定系を電気泳動装置に対し相対的に移動させる第２の直線運動駆動機構
   とを有するＸＹステージを更に備えることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の電気泳動システム。
8. 前記ＸＹステージの動作を制御するＸＹステージ制御手段と、
   前記光学測定系の動作を制御する光源制御手段及び検出器制御手段と、
   前記第２の方向に前記光学測定系を電気泳動装置に対し相対的に移動させながら、前記光学測定系を用いて、前記分離媒体が前記分離流路に注入される前の前記マイクロチップから発せられる蛍光強度の前記第２の方向移動距離依存性を取得し、該第２の方向移動距離依存性のデータから、前記分離流路の中心線の位置を決定する流路判定手段
   とを有する制御解析装置を更に備えることを特徴とする請求項７に記載の電気泳動システム。
9. 前記制御解析装置が、有効泳動長を自動的に変更し、前記有効泳動長の変更に合わせて分離媒体及び分離条件を決定するプログラムを格納したプログラム記憶装置を更に有することを特徴とする請求項８に記載の電気泳動システム。
10. 前記制御解析装置が、前記プログラムに従い、前記導入用リザーバの位置から前記光学測定系の分離流路における検出位置までの距離を自動的に変更することを特徴とする請求項９に記載の電気泳動システム。
11. 前記制御解析装置が、前記プログラムに従い、前記導入用リザーバの位置から前記光学測定系の分離流路における検出位置までの距離を自動的に変更するとともに、前記距離の変更に合わせて前記導入用リザーバに導入する分離媒体の種類の決定及び、前記電気泳動装置を用いた分離条件を決定することを特徴とする請求項９に記載の電気泳動システム。
12. 分離流路と該分離流路の両端に設けられた導入用液溜部及び排出用液溜部を有した透明材料からなるマイクロチップ、前記導入用液溜部に接続され前記分離流路に分離媒体を導入する導入用リザーバ、前記排出用液溜部に接続され前記分離流路から分離媒体を排出する排出用リザーバ、該導入用リザーバ及び排出用リザーバにそれぞれ挿入され、前記分離流路に電気泳動用の電圧を印加する一対の電極、前記マイクロチップを搭載し、前記分離流路の幅よりも広い幅を有し、前記分離流路の長手方向に伸延する光学的経路形成手段を少なくとも一部に有する保持基板を備えた電気泳動装置と、前記保持基板の下方に配置され、前記光学的経路形成手段を介して前記分離流路に導入された前記分離媒体からの反射光若しくは透過光を測定する光学測定系と、有効泳動長を自動的に変更し、前記有効泳動長の変更に合わせて分離媒体及び分離条件を決定するプログラムを格納したプログラム記憶装置を有する制御解析装置を備える電気泳動システムを用いた電気泳動方法であって、
    前記制御解析装置が、前記プログラムに従い、前記導入用リザーバの位置から前記光学測定系の分離流路における検出位置までの距離を自動的に変更するとともに、前記距離の変更に合わせて前記導入用リザーバに導入する分離媒体の種類の決定及び、前記電気泳動装置を用いた分離条件を決定することを特徴とする電気泳動方法。
13. 分離流路と該分離流路の両端に設けられた導入用液溜部及び排出用液溜部を有した透明材料からなるマイクロチップ、前記マイクロチップの上に配置され、前記導入用液溜部に接続され前記分離流路に分離媒体を導入する導入用リザーバ、前記マイクロチップの上に配置され、前記排出用液溜部に接続され前記分離流路から分離媒体を排出する排出用リザーバ、前記導入用リザーバ及び前記排出用リザーバにそれぞれ挿入され、前記分離流路に電気泳動用の電圧を印加する一対の電極、前記マイクロチップを搭載する保持基板を備えた電気泳動装置と、前記保持基板の上方に配置され、上部光学的経路を介して前記分離流路に導入された前記分離媒体からの反射光若しくは透過光を測定する光学測定系と、有効泳動長を自動的に変更し、前記有効泳動長の変更に合わせて分離媒体及び分離条件を決定するプログラムを格納したプログラム記憶装置を有する制御解析装置を備える電気泳動システムを用いた電気泳動方法であって、
    前記制御解析装置が、前記プログラムに従い、前記導入用リザーバの位置から前記光学測定系の分離流路における検出位置までの距離を自動的に変更するとともに、前記距離の変更に合わせて前記導入用リザーバに導入する分離媒体の種類の決定及び、前記電気泳動装置を用いた分離条件を決定することを特徴とする電気泳動方法。

Images