JP2013195240A - Capillary assembly - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、キャピラリー電気泳動装置に係り、特に電気泳動分離デバイスに関する。 The present invention relates to a capillary electrophoresis apparatus, and more particularly to an electrophoresis separation device.
極微量のタンパクや核酸などを分析する場合、従来から電気泳動装置が用いられ、その代表的なものとしてキャピラリー電気泳動装置がある。 In the case of analyzing a very small amount of protein or nucleic acid, an electrophoresis apparatus has been conventionally used, and a typical example is a capillary electrophoresis apparatus.
キャピラリー電気泳動装置は、内径が100μm以下のガラスキャピラリー(以下、単にキャピラリーともいう)内に分離媒体を充填し、一端側にサンプルを導入し、両端をバッファ液に接液させ、バッファ液を介して両端間に高電圧を印加して分析対象物をキャピラリー内で分離させるものである。また、キャピラリーまたは装置全体は、電気泳動におけるサンプルの泳動速度の高速化および分析時間の短縮を図るため温度調整される。 A capillary electrophoresis apparatus is filled with a separation medium in a glass capillary having an inner diameter of 100 μm or less (hereinafter also simply referred to as a capillary), a sample is introduced into one end, and both ends are brought into contact with a buffer solution. Then, a high voltage is applied between both ends to separate the analyte in the capillary. Further, the temperature of the capillary or the entire apparatus is adjusted in order to increase the migration speed of the sample in electrophoresis and shorten the analysis time.
図4に、従来のキャピラリー電気泳動装置41の概要を示す。キャピラリー44は、キャピラリー電気泳動装置41の温度調整ステージ48上に設置され、一端をアノードリザーバ42に固定し、もう一方のキャピラリー解放端44aを鉛直方向下向きにするため、湾曲部45を有する。アノードリザーバ42は、キャピラリー44に分離媒体を充填するための注入口43を有し、また注入口43はバッファ液または洗浄液の注入口でもあり、電極46(プラス電極)の挿入口も兼ねる。
FIG. 4 shows an outline of a conventional
キャピラリー解放端44aの鉛直下方に3軸ステージ52が配置され、3軸ステージ52上に搭載された分離媒体容器50、サンプル容器51、バッファ液容器53および洗浄液容器54それぞれの容器から、3軸ステージ52のXおよびY方向の移動により必要な容器を選定したのち、3軸ステージ52を鉛直上方(Z方向)に移動させることによりキャピラリー解放端44aに接液させる。電極47(マイナス電極)は、キャピラリー解放端44aがバッファ液に接液したときに同時に浸漬される。なお、電気泳動により分析された分析対象物を検出する検出器49は、アノードリザーバ42近傍のキャピラリー44に近接して設置される。
A
図5は、従来例として特許文献1に開示されたマイクロチャンネル型チップの構成の概要を示す。(a)は斜視図、(b)は分解斜視図、(c)は(a)のA−A位置での断面図である。特許文献1に開示されているマイクロチャンネル型チップは図4に示す従来例を改良するものとして考案されている。マイクロチャンネル型チップ61は、一対の透明板状の無機材料(例えばガラス、石英、シリコンなど)または樹脂からなる基材62、63およびキャピラリー64により構成される。
FIG. 5 shows an outline of the configuration of a microchannel chip disclosed in
上側の基材62の下面に、例えば半導体フォトリソグラフィー技術及びエッチング技術、マイクロマシニング技術、通常のマシニング技術又はレーザ加工技術により、キャピラリー64を配置するための溝67が形成される。基材62には溝67の両端位置にリザーバ65、66を構成する貫通穴が形成されている。溝67は、幅及び深さの寸法がキャピラリー64の外径、例えば500μmよりも数十μm大きく形成される。
A
マイクロチャンネル型チップ61は、キャピラリー64の両端がリザーバ65、66内に位置する状態でキャピラリー64を溝67内に固定し、両基材62、63を(a)及び(c)に示すように重ねて接合した状態で使用される。両基材62、63の接合及び溝67へのキャピラリー64の固定は、接着剤や水ガラスなどの塗布や、加熱による融着などにより行なう。
In the
次に、このマイクロチャンネル型チップ61を用いて電気泳動を行なうときの操作について説明する。
1)例えばシリンジを使った圧送により、いずれかのリザーバ65または66からキャピラリー64内にポリマーなどの分離媒体を充填する。
Next, operations when performing electrophoresis using the
1) A separation medium such as a polymer is filled into the
2)一方のリザーバ66からサンプルを注入した後、リザーバ65、66にバッファ液を収容する。その後、バッファ液に両電極を挿入し、バッファ液を介して両リザーバ65と66間に高電圧を印加し、キャピラリー64内で電気泳動によるサンプルの分離を行なう。
2) After injecting the sample from one of the
3)次に、例えば紫外線吸収や蛍光検出による光学的検出機構や電気化学的検出機構などの検出機構(図示せず)をキャピラリー64のリザーバ65側の所定位置(検出部位)に配置しておき、分離されたサンプルを順次検出する。
3) Next, for example, a detection mechanism (not shown) such as an optical detection mechanism or an electrochemical detection mechanism using ultraviolet absorption or fluorescence detection is disposed at a predetermined position (detection site) on the
図4に示す従来例では、カソード側のキャピラリー44からサンプルを導入するため、キャピラリー44が鉛直方向下向きに開放している。そのため、キャピラリー44全体の温度を高温に保つ温度調整機能をもったヒータをとりつけることができず、キャピラリー解放端44aを除いた範囲のキャピラリー部分しか温度調整できない。したがって、温度調整ができない部分(キャピラリー解放端44a)の存在が、サンプルの泳動速度の高速化や分析時間の短縮の障害となるため、キャピラリー解放端44aをなくすことが求められる。
In the conventional example shown in FIG. 4, since the sample is introduced from the
また、キャピラリー44全体を温度調整するために、装置全体を温度調整することでキャピラリー全体の温度を均一化することは可能であるが、大がかりになり、さらにサンプルの蒸発などの影響を防止する機構も必要となり、さらに大がかりになり、また高価になるため、安価な温度調整機構が求められる。
Further, in order to adjust the temperature of the
前記課題を解決するために、特許文献1には、図4に示す従来例の課題であるキャピラリー解放端をなくす方法が開示されているが、その方法にも以下に示す課題が存在する。
In order to solve the above-mentioned problem,
基材62の下面に、半導体フォトリソグラフィー技術及びエッチング技術、マイクロマシニング技術、通常のマシニング技術又はレーザ加工技術により、キャピラリー64を配置するための溝67を形成する必要があり、その製造加工費が高価である。
It is necessary to form a
両基材62と63の接合及び溝67へのキャピラリー64の固定は、接着剤や水ガラスなどの塗布や、加熱による融着などにより行なうが、キャピラリー64と溝67及び下側の基材63との間の隙間にサンプルやバッファ液等の液体が浸入すると除去するのが困難なため、キャピラリー64と溝67及び基材間の隙間を封止することが必要である。しかしながら、接着剤や水ガラスの量が少ない場合には空洞や隙間が発生し、また、その量が多すぎる場合には、リザーバに漏れ出したり、キャピラリーの穴を塞いだりする。そのため、その接着および封止作業は、難しく熟練を要する。
The joining of both
キャピラリーとヒータ間に介在する基材63の材質が樹脂の場合、熱伝導率が悪く、キャピラリーを所定の温度に加熱するのに時間がかかり、分析開始が遅くなる。また、両基材62、63の接合部に空洞や隙間が発生した場合、キャピラリー64の温度が不均一になる場合がある。
When the material of the
上記課題を解決するために、本発明は、内部に分離媒体が充填されるキャピラリーと、表面がむきだしの前記キャピラリーの両端に液体を貯留する貯留槽をもった2つのリザーバと、前記2つのリザーバを保持するフレームを備えたものである。 In order to solve the above problems, the present invention includes a capillary filled with a separation medium, two reservoirs having reservoirs for storing liquid at both ends of the capillary with exposed surfaces, and the two reservoirs It is provided with a frame for holding.
本発明は、前記2つのリザーバの材質が、樹脂または無機材料であることが好適である。 In the present invention, it is preferable that the material of the two reservoirs is a resin or an inorganic material.
本発明は、前記キャピラリーが、前記2つのリザーバに、接着またはフェルールによって固定されることが望ましい。 In the present invention, it is preferable that the capillary is fixed to the two reservoirs by adhesion or ferrule.
また、本発明は、前記フレームが、前記2つのリザーバ間の距離を一定に保持する保持手段を備えてもよい。 In the present invention, the frame may include holding means for holding a distance between the two reservoirs constant.
また、本発明は、前記キャピラリーおよび前記2つのリザーバの温度を調整する温度調整ステージを備えてもよい。 The present invention may further include a temperature adjustment stage for adjusting the temperatures of the capillary and the two reservoirs.
表面がむきだしのキャピラリーの両端を2つのリザーバに接続することによって、温度調整のできないキャピラリー解放端をなくすことができ、キャピラリーとその両端の2つのリザーバを同時に温度調節することが可能になった。 By connecting the two ends of a capillary with a bare surface to two reservoirs, it is possible to eliminate the capillary open end where temperature cannot be adjusted, and it is possible to adjust the temperature of the capillary and the two reservoirs at both ends simultaneously.
本発明のキャピラリー組立品は、キャピラリーがむき出しのため、キャピラリーを埋設する溝加工は不要であり、加工費が低減できる。またキャピラリーとリザーバの結合は、結合箇所における接着またはフェルールによる接続であるため、特に熟練を必要としない容易な作業である。 Since the capillary assembly of the present invention is exposed, the groove processing for embedding the capillary is unnecessary, and the processing cost can be reduced. Further, the connection between the capillary and the reservoir is an easy operation that does not require any skill because it is a connection by bonding or ferrule at the connection point.
さらに、キャピラリーを直に電気泳動装置内の温度調整ステージに接触させることにより、熱伝達を阻害する介在物が存在しないため、キャピラリーの温度調整は最短時間で確実に実施できる。 Furthermore, since there are no inclusions that hinder heat transfer by bringing the capillary directly into contact with the temperature adjustment stage in the electrophoresis apparatus, the temperature of the capillary can be reliably adjusted in the shortest time.
図1は、本発明における実施例であるキャピラリー組立品1の構成の概要を示したものである。図1の(a)に正面図、(b)に上面図を示す。キャピラリー組立品1は、キャピラリー4と、表面がむきだしのキャピラリー4の両端に接続されたアノードリザーバ2とカソードリザーバ3、およびフレーム14から構成される。
FIG. 1 shows an outline of the configuration of a
アノードリザーバ2およびカソードリザーバ3とキャピラリー4の接続部は接着剤11によって結合される。キャピラリー4は、ガラスキャピラリー9と、ガラスキャピラリー9の外周の被覆10から構成され、被覆10の一部は除去されサンプルの検出のための検出部4aを形成する。ガラスキャピラリー9の大きさは、外径φ0.5mm以下、内径φ0.1mm以下であり、例えば外径φ0.36mm、内径φ0.05mmである。また、被覆10の材質は、例えばポリイミドである。
The connecting portions of the
アノードリザーバ2は、キャピラリー4と連通する分離媒体充填穴7と、バッファ液または洗浄液を貯留する貯留槽5を有する。カソードリザーバ3は、キャピラリー4と連通するサンプルウェル8と、バッファ液または洗浄液を貯留する貯留槽6を有する。なお、アノードリザーバ2およびカソードリザーバ3は、樹脂または無機材料によって形成される。
The
次に、このキャピラリー組立品1を用いて電気泳動を行なうときの操作について説明する。
1)例えばシリンジ(図示せず)を使った圧送により、アノードリザーバ2の分離媒体充填穴7を介してキャピラリー4内にポリマーなどの分離媒体を充填する。充填後、余分な分離媒体を除去する。
Next, an operation when performing electrophoresis using the
1) The
2)次に、例えばサンプル用シリンジ(図示せず)を使って、カソードリザーバ3のサンプルウェル8にサンプルを注入した後、アノードリザーバ2およびカソードリザーバ3の貯留槽5および6にバッファ液を収容する。その後、バッファ液に両電極(図示せず)を挿入し、バッファ液を介して両リザーバ間に高電圧(約10kV程度)を印加し、キャピラリー4内で電気泳動によるサンプルの分離を行なう。
2) Next, after injecting the sample into the sample well 8 of the
3)次に、例えば紫外線吸収や蛍光検出による光学的な検出器(図示せず)により分離されたサンプルを順次検出する。
4)サンプルの検出による分析完了後、バッファ液を排出し、次に、例えばシリンジ(図示せず)を使って洗浄液を注入、洗浄および排出を行う。
これら上記の電気泳動分析に伴う作業は、オートサンプラやXYステージ(図示せず)等が用いられる。
3) Next, the separated samples are sequentially detected by an optical detector (not shown) by, for example, ultraviolet absorption or fluorescence detection.
4) After the analysis by sample detection is completed, the buffer solution is discharged, and then the cleaning solution is injected, cleaned, and discharged using, for example, a syringe (not shown).
An autosampler, an XY stage (not shown), or the like is used for the operations associated with the above-described electrophoretic analysis.
なお、アノードリザーバ2およびカソードリザーバ3は、電気泳動時にキャピラリー管内をとおして両端(アノードとカソード)間に約10kV程度の電圧差を発生させるため、キャピラリーの温度調整に使用される温度調整ステージとの絶縁を保つために必要な沿面距離が確保される。
The
カソードリザーバ3から検出部4aまでのキャピラリー4の直線距離、すなわち分離長を、標準分離長85mmにするため、外径50mmのアノードリザーバ2とカソードリザーバ3の中心間距離を135mmとする。なお、標準分離長85mmのキャピラリー組立品1は、DNAの解読長約300bases用として用いられる。アノードリザーバ2とカソードリザーバ3の中心間距離を135mmに保持するため、中心間距離135mmの位置に2つのリザーバが挿入される抜き穴14aおよび14bを有するフレーム14に2つのリザーバは接着固定される。
In order to set the linear distance of the capillary 4 from the
図2は、本発明における変形例のキャピラリー組立品21の構成の概要を示したものである。キャピラリー組立品21は、キャピラリー24と、表面がむきだしのキャピラリー24の両端に接続されたアノードリザーバ22とカソードリザーバ23、およびフレーム15から構成され、その接続部はフェルール32とねじ31によって結合される。なお、アノードリザーバ22とカソードリザーバ23は、フレーム15によって所定の中心間距離に接着固定される。
FIG. 2 shows an outline of the configuration of a
ねじ31をねじ込むにつれてフェルール32は奥に押し込まれ、アノードリザーバ22のテーパ部22aとフェルール32のテーパ部32aの接触面が強く押しあって接触し、さらにテーパ部32aの先端は内径側に縮小しキャピラリー24と密着することにより、キャピラリー24とアノードリザーバ22は密封固定される。キャピラリー24とカソードリザーバ23も同様に密封固定される。
As the
キャピラリー24は、ガラスキャピラリー29と、ガラスキャピラリー29の外周の被覆30から構成され、被覆30の一部は除去され分析物質の検出のための検出部24aを構成する。アノードリザーバ22は、キャピラリー24と連通する分離媒体充填穴27と、バッファ液または洗浄液を貯留する貯留槽25を有する。カソードリザーバ23は、キャピラリーと連通するサンプルウェル28と、バッファ液または洗浄液を貯留する貯留槽26を有する。なお、アノードリザーバ22およびカソードリザーバ23は、樹脂または無機材料によって形成される。
The capillary 24 includes a
図3に、本発明における他の変形例として温度調整ステージ17に搭載されたキャピラリー組立品1の構成の概要を示し、(a)に正面図、(b)にフレーム14を省略した上面図を示す。温度調整ステージ17は、アノードリザーバ2およびカソードリザーバ3が挿入される穴17aおよび17bを有する。また、穴17aおよび17bの深さは、アノードリザーバ2およびカソードリザーバ3が穴17aおよび17bに設置された時、キャピラリー4が温度調整ステージ17の上面に接触するように設定されているため、温度調整用ステージ17に設置されたキャピラリー組立品1は、全体が一様に温度調整される。
FIG. 3 shows an outline of the configuration of the
なお、電気泳動装置の構成品である温度調整ステージ17は、ヒータおよび温度センサ(図示せず)を備え、温度調整ステージ17の温度は、約60℃に設定、制御される。また、キャピラリー4内で電気泳動により分離されたサンプルを検出するために、例えば紫外線吸収や蛍光検出による光学的な検出器12が温度調整ステージ17に設置されている。
The
なお、図1から図5において、同一符号で表されているものは、同一物を表し、同じ機能を有するものである。また、キャピラリーは説明をより分かりやすくするため誇張して図示している。 In FIG. 1 to FIG. 5, the same reference numerals represent the same thing and have the same function. The capillaries are exaggerated for easy understanding.
1、21、 キャピラリー組立品
2、22、42 アノードリザーバ
3、23、 カソードリザーバ
4、24、44、64 キャピラリー
4a、24a 検出部
5、6、25、26 貯留槽
7、27 分離媒体充填孔
8、28 サンプルウェル
9、29 ガラスキャピラリー
10、30 被覆
11 接着剤
12、49 検出器
14、15 フレーム
14a、14b 抜き穴
17a、17b 穴
17、48 温度調整ステージ
22a、32a テーパ部
31 ねじ
32 フェルール
41 キャピラリー電気泳動装置
43 注入口
44a キャピラリー解放端
45 湾曲部
46、47 電極
50 分離媒体容器
51 サンプル容器
52 3軸ステージ
53 バッファ液容器
54 洗浄液容器
61 マイクロチャンネル型チップ
62、63 基材
65、66 リザーバ
67 溝
1, 21,
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