JP2017507343A - キャピラリー電気泳動システムのためのキャピラリーアレイカートリッジ - Google Patents

Abstract

本開示は、一部の実施形態において、キャピラリー電気泳動アッセイを行うための装置に関する。本装置は、アノード端部及びカソード端部を含むキャピラリーアレイを備えることができ、このキャピラリーアレイは、分離媒体とアノード緩衝液とを収容するように構成されるリザーバを更に備えるハウジング内に提供される。本システムはまた、試料をキャピラリーアレイのカソード端部に送達するように構成される注入機構と、温度制御域とを備えてもよく、ここで、温度制御域は、ハウジングの内部の温度を制御するように構成される。【選択図】図３

Description

本開示は、複数キャピラリーの電気泳動装置及びその構成要素に関する。本開示は、更に、複数キャピラリーの電気泳動装置の複数の構成要素を収容するように設計される、構造体及び機構に関する。

キャピラリー電気泳動デバイスには、一般に、ある特定の主要な構成要素が提供され、これらには、例えば、キャピラリーアレイ、媒体をキャピラリーに提供するための分離媒体供給源、試料注入機構、光学検出器要素、電極、キャピラリーの一方の端部のアノード緩衝液供給源、及びキャピラリーの他方の端部のカソード緩衝液供給源が挙げられる。キャピラリー電気泳動デバイスには、一般に、前述の構成要素のうちの多くのものの温度を制御するための様々な加熱構成要素及び域も提供される。これらの構成要素のうちの多くのものの温度を制御することにより、結果の質を高めることができる。

キャピラリー電気泳動デバイスの主要な構成要素を提供し、同時にこれらの構成要素のうちの多くのものを制御するために、現在のキャピラリー電気泳動デバイスは、これらの構成要素を収容するために複数の構造体が使用されており、これらの構造体を一緒に接続または連結させて、機能的なキャピラリー電気泳動デバイスが提供される。複数の構造体を用いることには不利な点がある。例えば、相互接続された構造体のそれぞれが、専用の温度制御機構を必要とし、そのため独立した温度制御域を設けることになる可能性がある。その結果、これらの域のそれぞれが、関連する個別の制御機構を必要とすることになる。この複数構造体の設計により、装置内の全体的な構成要素数が増加し、温度制御スキームが複雑なものとなり、非常に多くの構成要素が関与することに起因して構成要素の不具合の可能性が増加する。図１は、１つのそのような設計を示しており、複数の温度制御域ＴＣＭ０〜ＴＣＭ５が示されている。

複数の相互接続される構造体を使用することはまた、ユーザにとって使いやすくもない。例えば、分離媒体（本明細書では以降「ポリマー」と称する）供給源をキャピラリーアレイに取り付けることは、複雑であり得、また毎回アレイをポリマー供給源に着脱するときに気泡または他のアーチファクトを取り込む危険性がある。更に、緩衝液供給源をアレイに取り付ける必要があるのは、通常、製造業者ではなくユーザであり、キャピラリーアレイの寿命の間、何度もそれを行う必要がある。

したがって、相互に接続される構造体の数を減らして必要となる加熱域の数を減らし、ユーザが構造体を扱うことを減らし、構成要素の故障の可能性を減らし、気泡及び他のアーチファクトが装置に入ることを減らす、キャピラリー電気泳動装置を提供することが望ましい。

本開示は、一部の実施形態において、キャピラリー電気泳動アッセイを行うための装置に関する。本装置は、アノード端部及びカソード端部を含むキャピラリーアレイを備えることができ、このキャピラリーアレイは、分離媒体とアノード緩衝液とを収容するように構成されるリザーバを更に備えるハウジング内に提供される。本システムはまた、試料をキャピラリーアレイのカソード端部に送達するように構成される注入機構と、温度制御域とを備えてもよく、ここで、温度制御域は、ハウジングの内部の温度を制御するように構成される。代替として、注入機構は、Ｔ字型注入、界面動電注入、及びピペット注入からなる群から選択されてもよい。代替として、キャピラリーアレイは、平坦であってもよい。代替として、キャピラリーアレイには、単一の屈曲部が含まれてもよい。代替として、ハウジングは、垂直に配置されてもよい。代替として、ハウジングは、水平に配置されてもよい。代替として、注入機構は、ハウジングに載置されてもよい。代替として、ハウジングは、硬質シェルハウジングであってもよい。代替として、ハウジングは、可撓性ポリマーハウジングであってもよい。

代替的な実施形態において、ハウジングは更に、上部プレートと底部プレートとを備える。底部プレートは、キャピラリーアレイを収容するように構成される複数の溝を備え得る。

本開示の別の実施形態において、キャピラリー電気泳動アッセイを行うための装置が提供される。この装置は、アノード端部を含むキャピラリーアレイを備えることができ、このキャピラリーアレイは、分離媒体とアノード緩衝液とを収容するように構成されるリザーバを更に備えるハウジング内に提供される。本装置はまた、試料をキャピラリーアレイに送達するように構成される注入機構と、温度制御域とを備えてもよく、ここで、温度制御域は、ハウジングの内部の温度を制御するように構成される。代替として、キャピラリーアレイは、カソード端部を更に備えてもよい。カソード端部は、ハウジングの外側に提供されてもよく、またキャピラリーアレイに試料を送達するように構成されてもよい。

別の実施形態では、試料の生物学的分析を行うための方法が提供される。本方法は、キャピラリーカートリッジ、緩衝液供給源、電極、注入機構、及び注入先端部を備える、生物学を行うための生物学的分析デバイスを提供することを含み、カートリッジはキャピラリーアレイと、ポリマー供給源と、注入体積空間とを備え、電極はアノード端部とカソード端部とを有する。本方法は、ポリマー供給源からキャピラリーアレイにポリマーを充填して、アレイを満たすことを更に含んでもよい。本方法は、電極を作動させて、注入先端部から注入体積空間に試料を引き込むことを更に含んでもよい。本方法は、電極を停止させることを更に含んでもよい。本方法は、注入先端部を緩衝液供給源に挿入することを更に含んでもよい。本方法は、試料の生物学的分析を行うことを更に含んでもよい。

代替として、注入機構は、界面動電注入機構であってもよい。代替として、注入体積空間は、キャピラリーアレイの試料注入端部に隣接していてもよい。代替として、電極カソード端部は、キャピラリーアレイの試料注入側に隣接していてもよい。代替として、電極アノード端部は、キャピラリーアレイのポリマー注入側に隣接していてもよい。

構造体が複数あるキャピラリー電気泳動デバイスを示し、複数の温度制御域ＴＣＭ０〜ＴＣＭ５が示されている。 従来的なキャピラリー電気泳動装置の一部分の概略図を示す。 本開示の実施形態による、カートリッジの概略図を示す。 本開示の様々な実施形態による、キャピラリーアレイカートリッジ設計を示す。 図５Ａ〜５Ｃは、本開示の様々な実施形態による、キャピラリーアレイ設計を示す。 本開示の様々な実施形態による、水平型キャピラリーアレイカートリッジの概略的な内部の側面図及び上面図を示す。 図７Ａ〜７Ｄは、本開示の様々な実施形態による、外側硬質シェルを有する図６の水平型キャピラリーアレイカートリッジの別の図を示す。 本開示の様々な実施形態による、垂直型キャピラリーアレイカートリッジの概略的な内部の側面図及び前面図を示す。 図９Ａ〜９Ｃは、本開示の様々な実施形態による、外部硬質シェルを有する図８の垂直型キャピラリーアレイカートリッジの別の図を示す。 本開示の様々な実施形態による、水平型キャピラリーカートリッジの内部の図を示す。 図１１Ａ〜１１Ｃは、本開示の様々な実施形態による、図１０の水平型キャピラリーアレイカートリッジの別の図を示す。 図１２Ａ〜１２Ｃは、本開示の様々な実施形態による、底部プレートに設置された図１１Ａ〜１１Ｃの硬質シェル水平型キャピラリーアレイカートリッジを示す。 本開示の様々な実施形態による、垂直型キャピラリーアレイカートリッジの概略的な内部の図を示す。 図１４Ａ〜１４Ｃは、本開示の様々な実施形態による、図１３の垂直型キャピラリーアレイカートリッジの別の図を示す。 図１５及び１６は、本開示の様々な実施形態による、可撓性消耗デバイスを示す。 図１５及び１６は、本開示の様々な実施形態による、可撓性消耗デバイスを示す。 本開示の様々な実施形態による、キャピラリーアレイカートリッジに組み込まれたピペット注入機構を示す。 図１８及び１９は、本開示の様々な実施形態による、キャピラリーアレイカートリッジに組み込まれたＴ字型注入機構を示す。 図１８及び１９は、本開示の様々な実施形態による、キャピラリーアレイカートリッジに組み込まれたＴ字型注入機構を示す。 図２０及び２１は、本開示の様々な実施形態による、キャピラリーアレイカートリッジに組み込まれた界面動電注入（ＥＫ）機構を示す。 図２０及び２１は、本開示の様々な実施形態による、キャピラリーアレイカートリッジに組み込まれた界面動電注入（ＥＫ）機構を示す。 本開示の様々な実施形態による、例示的なキャピラリー電気泳動の作業フローを示す。 図２３Ａ〜２３Ｄは、本開示の実施形態による、キャピラリーカートリッジに組み込まれたＥＫ機構の別の図を示す。

本発明の更に完全な理解を提供するために、下記の説明では、特定の構成、パラメータ、例といった、多数の特定の詳細について述べる。しかしながら、このような説明は本発明の範囲の制限として意図されるものではなく、例示的な実施形態のより良好な説明を提供することが意図されることを認識されたい。

本明細書に記載される方法、装置、及びシステムが、生物学的分析システム等、様々な種類のシステム、機器、及び機械で実装され得ることを理解されたい。例えば、様々な実施形態が、複数の試料にキャピラリー電気泳動（ＣＥ）を実施する機器、システム、または機械において実装され得る。

図２は、従来的なキャピラリー電気泳動装置１００の一部分の簡単な概略図を提供する。具体的には、図２は、キャピラリーアレイアセンブリ１１０、電極構成要素（アノード１１２及びカソード１１４を含む）、ポリマー供給源１１６、緩衝液供給源１１８、及びポリマー導入機構１２０（シリンジポンプとして示される）を示している。示されるように、キャピラリーアレイアセンブリ１１０をポリマー／緩衝液構造体１３０に接続するために、連結器１２２が提供され、ポリマー／緩衝液構造体には、ポリマー供給源１１６、緩衝液供給源１１８、アノード１１２、及びシリンジポンプ１２０が含まれる。提供されるように、温度制御域１４０は、中に含まれるキャピラリーアレイアセンブリ１１０及びカソード１１４のみを制御する。したがって、ポリマー供給源１１６及び送達経路１３２には追加の温度制御が必要である。更に、ユーザは、キャピラリーアレイアセンブリをポリマー／緩衝液構造体１３０に連結させる必要がある。

図３を参照すると、ある特定の実施形態において、キャピラリーアレイ２０２、カソード２０４、電極スリーブ２０６、ポリマー／緩衝液供給源２０８、及びポリマー導入機構２１０（シリンジポンプとして示される）を備える、カートリッジ２００の簡単な概略図が示されている。こうすることで、キャピラリーのカソード端部を、カートリッジの外側に提供することができる。カソードキャピラリー端部２１２が、試料（キャピラリーへの試料の充填のため）（示されない）から緩衝液（カソード端部から緩衝液への挿入のため）へと移動することができるように、これが存在している。

キャピラリーアレイ２０２、カソード２０４、ポリマー／緩衝液供給源２０６、及びポリマー導入機構２１０を単一のカートリッジ２００に入れることには、多くの利点がある。例えば、このような単一のカートリッジ２００は、ポリマーをアノード緩衝液として用いることで緩衝液を排除し、このポリマー／緩衝液パッケージ２０８をカートリッジに適合するような小さな体積で提供し、したがって使用率の低いものとする事が可能となる。ポリマー／緩衝液リザーバ２０８は、有利なことに、カートリッジの製造時にアレイ２０２に載置することができるため、顧客は、カートリッジ全体をキャピラリー電気泳動装置に導入するだけでよい。あるいは、カートリッジは、顧客が、カートリッジを閉じて設置する前に、一度だけポリマー／緩衝液リザーバ２０８をアレイ２０２に一度取り付ければよいように設計されてもよく、結果として、これら２つは、アレイ及びポリマーの寿命の間は組み合わされたままとなる。これら及び他の利点は、更に詳細に考察される。

カートリッジの特定の要素及び関連する利点が、以下に続く。

図４は、様々な実施形態によるキャピラリーアレイカートリッジの設計を示す。図４は、例として、キャピラリーアレイ４０２及びホルダカートリッジ４０４を備える、キャピラリーアレイが４つあるカートリッジ４００を示す。ホルダカートリッジは、長方形として示されているが、キャピラリーアレイを十分に収容する任意の設計を有してもよい。キャピラリーアレイは、ホルダから独立して組み立てられ得る。ホルダカートリッジは、試料注入端部４１０、検出器領域４０６、及び高圧ポリマー注入端部４１４が形成されるように、カートリッジアセンブリ内でのアレイの個々のキャピラリー形状を誘導する。キャピラリーは、キャピラリーの幅に対応するホルダの底部プレート（後述）にある溝（後述）に嵌め込むことによって、正しい位置に保つことができる。ホルダは、例えば、耐熱性で低蛍光性のプラスチック、アルミナ、セラミック、またはガラスといった、非導電性材料で構成され得る。

図４はまた、それぞれ、試料注入部４１０（スリーブ電極４１２に隣接）及び反対側のポリマー高圧充填端部４１４（高圧嵌合コネクタ４０８に隣接）で、カートリッジから突出しているキャピラリーアレイ４０２を示す。図４のカートリッジは、平坦な長方形状を有し、例えば、試料がマイクロプレートに並べられたチューブに存在する状態で垂直配置で動作し得、試料は、カートリッジの下から、示されているカートリッジの試料注入端部から突出しているキャピラリー／電極の直線状アレイを通じて注入される。

図４のカートリッジ設計にはまた、（注入から検出の）等しい分離距離Ｘを維持するために、末端ではないキャピラリーの経路にわずかなスイベル（示されない）がもたらされる。示されるカートリッジの試料注入端部４１４でのキャピラリー間の距離Ｘは、試料を保持するマイクロプレートの種類に依存するように構成され得る。例えば、標準的な３８４ウェルの試料マイクロプレートについては、試料注入部におけるキャピラリー間の距離は、４．５ｍｍ（標準的な３８４ウェルのマイクロプレート形式に適合可能）であり、検出器及びポリマーゲルブロック圧力端部では最も密である（キャピラリーの中心間でおよそ０．３６０ｍｍ）であり得る。ここでも、いずれの端部においてもキャピラリー間の距離は、多少なりとも試料プレートの形式及び寸法に依存し得る。しかしながら、いずれの端部における距離も、更には、例えば、カートリッジの設計及び寸法、キャピラリーの数、及び検出器領域に依存する場合がある。

図５Ａ〜５Ｃは、様々な実施形態によるキャピラリーアレイ５００を示す。キャピラリーアレイは、注入針の形状をしたステンレス鋼の電極に個別に嵌合して界面動電による試料注入を行うことができる（以下により詳細に考察される）、複数の四角形をした可撓性溶融石英キャピラリー５０２を備える。個々のキャピラリーの注入端部は、界面動電による試料注入のための注入電極として作用するステンレス鋼スリーブの内腔に接着してもよい。これにより、試料を繰り返し同時に注入することが可能となる。ポリマーゲルブロックにおいて、キャピラリーアレイ５００の高圧端部は、高圧の長方形コネクタ５０４（図５Ａを参照されたい）の内部に固定されるリボンに成形され、ポリマーをポリマーゲルブロックから高圧部を介してアレイへと篩過させる粘性溶液の導入が可能となる。アレイアセンブリの全てのキャピラリーは、注入電極からゲルブロック嵌合部のキャピラリーの端部までを測定すると、ほぼ同じ長さである。例えば、全長１０ｃｍのキャピラリーは、注入から検出のキャピラリーアレイの長さ８ｃｍに対応し得る。

再び図４のホルダカートリッジ４０４を参照して、ホルダカートリッジは、裏側に底部プレート５０６を有する平坦な長方形の配置を有し得る（図５Ｂを参照されたい）。底部プレートには、配列決定するフラグメントのポリマーゲル分離に必要な温度の達成及び代替として一本鎖高次構造多型分析（ＳＳＣＰ）等の周囲温度以下での分離の支持を行うように設計される、温度制御できる加熱器／冷却器が設置されてもよい。底部プレートは、より最適な光学的視野を可能にするように、薄い上部プレートまたはカートリッジプレート５０８（図５Ｂを参照されたい）と比較して、厚い場合がある。

カートリッジ４０４は、９６、３８４、及び１５３６ウェルのマイクロタイタープレートを含むがこれらに限定されない、任意の標準的なマイクロプレートから注入を行うことができる。例えば、注入端部におけるキャピラリー間のピッチは、標準的な３８４ウェルプレート（例えば、４．５ｍｍピッチ）または１５３６ウェルプレート（例えば、２．２ｍｍピッチ）に適合するように構成され得る。

カートリッジの全幅は、キャピラリーピッチと同様、例えば、要因の中でもとりわけ、アレイのキャピラリー数及び試料プレートの形式によって決定され得る。ここでも、標準的な３８４ウェルのマイクロプレートについては、各キャピラリーの距離は、標準的な４．５ｍｍのピッチで保たれ、４キャピラリーのカートリッジは、例えば、最低でも、おおよそ４×４．５＝１８ｍｍの幅となり得る。カートリッジの長さは、実質的に、キャピラリーの長さにより決定される。例えば、８ｃｍの分離距離アレイのカートリッジは、突出する端部を考慮して、おおよそ１０ｃｍの長さとなり得る。

図４のカートリッジ４０４には平坦な光インターフェースが存在するため、屈折率整合液は検出に必要ではない。更に、図５Ｂの上部プレート５０８に切り出されたノッチにより、検出システムが検出領域４０６においてキャピラリーリボンに直接的に光アクセスすることが可能となり得る。

再び図４のカートリッジ４０４を参照すると、機器のポリマー／緩衝液構造体（図２及び３のポリマー／緩衝液構造体を参照されたい）が、カートリッジから突出する高圧コネクタノズル４０８を介してカートリッジのポリマー端部４１４に接続され得る。垂直配置の場合、動作中のカートリッジの上部と底部との間の動水圧は、アノードリザーバにつながるポリマー／緩衝液構造体に取り付けられたラインを用いてバランスを保つことができ、これは、電気泳動中はカソード緩衝液リザーバと同じ高さである。

図５Ｃを参照すると、カートリッジは、キャピラリー経路を誘導する溝５１０を含んで製造され得る。これらの溝は、例えば、マイクロマシニング、エッチング、またはエンボス加工といった標準的なマイクロ流体チップ技術によって、底部プレート５０６に切り込まれ、キャピラリーアレイをはめ込んだ後、上部プレートで封止（結合）され得る。あるいは、キャピラリー経路を構成するチャネル切欠き部を有する接着層を、底部プレート５０６（例えば、ガラス製底部プレート）と上部プレート５０８との間に挟み、同じキャピラリー経路効果を達成してもよい。

様々な実施形態による、図４及び５に示されるカートリッジの構成要素及び設計は、多数の利点を有する。１つの利点は、キャピラリーアレイ５００のアセンブリが、モジュール組立品４０４であり、カートリッジホルダの製造業者から分離できることである。別の利点としては、カートリッジは、より高密度の試料チューブ形式での使用が可能であり、そのため、より小さな試料サイズ、より小型の設計、より小さな設置面積の試料トレイ、及び結果としてより小さなキャピラリー電気泳動装置を可能にすることである。

垂直配置または水平配置に関わらず、平坦なカートリッジ設計は、適切な試料注入機構（例えば、以下により詳細に考察される、ピペット注入、Ｔ字型注入、及び界面動電注入）と組み合わせると、アレイのカソード端部が試料、チューブ、またはウェルプレートに浸り得るようにするのに必要とされる注入から検出の領域に、過剰なキャピラリー屈曲部または湾曲経路が排除される。キャピラリーの屈曲部は、帯域分散の増加をもたらし得、そのため、結果の品質に影響を及ぼし得る。試料を取り込むためにキャピラリーが湾曲している設計ですら、その目的での単一の屈曲部の使用は、依然として利点を有し得る。更に、硬質シェルのカートリッジに湾曲部を組み込むことにより、有利なことに、顧客がキャピラリーを屈曲させる必要性を防ぐことができる。

平坦なキャピラリーまたはチャネルはまた、アノード緩衝液とカソード緩衝液との間の任意の高さの相違を排除することができる。高さの相違は、帯域の広範化につながるポリマーの吸い上げを引き起こし得、これも、結果の品質に影響を及ぼし得る。

続いての図６〜１４は、カートリッジの更なる実施形態を示し、これらには、埋込み型ポリマー／緩衝液構造体（例えば、リザーバ）が更に含まれる。

図６は、様々な実施形態による、水平型キャピラリーアレイカートリッジ６００の概略的な内部の側面図及び上面図を示す。カートリッジは、キャピラリーアレイ６０２及びポリマー／緩衝液リザーバ６０４を備え、ここで、ポリマーは、キャピラリー及びアノード緩衝液の両方のためのポリマーとして機能し得る。カートリッジには、注入から検出までの領域内に単一の屈曲部６０６が含まれており、充填のために試料注入部／カソード端部６０８が試料供給源６１０にアクセスすることが可能となっている。キャピラリー洗浄剤（例えば、水）及び電気泳動のための緩衝液のアクセスもまた、可能となり得る。カートリッジは、その設計により、キャピラリー経路の少なくとも８０％の温度制御を提供する。

図７Ａ〜７Ｄは、外側硬質シェル７０２を有する図６の水平型キャピラリーアレイカートリッジ６００の別の図を示す。図７Ａは、カートリッジシェル７０２を有し、カソード側のキャピラリー端部７０４が露出されている、水平型キャピラリーアレイカートリッジ６００の斜視図である。図７Ｂは、透明なカートリッジシェル７０６を有する斜視図である。図７Ｃは、透明なカートリッジシェル７０６の上面図である。図７Ｄは、透明なカートリッジシェル７０６の側面図である。

図８は、様々な実施形態による、垂直型キャピラリーアレイカートリッジ８００の概略的な内部の側面図及び前面図を示す。カートリッジは、キャピラリーアレイ８０２及びポリマー／緩衝液リザーバ８０４を備え、ここで、ポリマーは、キャピラリー及びアノード緩衝液の両方のためのポリマーとして機能し得る。カートリッジには、注入から検出までの領域内に単一の屈曲部８０６が含まれており、光学検出領域８０８の配置を可能にし、同時に充填のために試料注入部／カソード端部８１０の試料供給源８１２へのアクセスを提供する。キャピラリー洗浄剤（例えば、水）及び電気泳動のための緩衝液のアクセスもまた、可能となり得る。カートリッジは、その設計により、キャピラリー経路の少なくとも８０％の温度制御を提供する。

図９Ａ〜９Ｃは、外側硬質シェルを有する図８の垂直型キャピラリーアレイカートリッジ８００の別の図を示す。図９Ａは、透明なカートリッジシェル８１４を有し、９６ウェルのマイクロプレート８２０のウェルに隣接する試料注入部／カソードキャピラリー端部８１０が露出している、垂直型キャピラリーアレイカートリッジの斜視図である。図９Ｂは、透明なカートリッジシェル８１４を用いた前面図である。図９Ｃは、透明なカートリッジシェル８１４の側面図である。

図１０は、様々な実施形態による、水平型キャピラリーアレイカートリッジ１０００の概略内面図を示す。カートリッジは、キャピラリーアレイ１０１０及びポリマー／緩衝液リザーバ１０２０を備え、ここで、ポリマーは、キャピラリー及びアノード緩衝液の両方のためのポリマーとして機能し得る。カートリッジには、平坦なキャピラリー経路（側面図を参照されたい）が含まれており、更に、充填のために試料注入部／カソード端部１０３０の試料供給源１０４０へのアクセスを提供する。キャピラリー洗浄剤（例えば、水）及び電気泳動のための緩衝液のアクセスもまた、可能となる。試料にアクセスするために注入から検出の領域に屈曲部を有さない平坦なキャピラリー経路を提供することで、カートリッジは、垂直配向を有する試料ウェルプレートから試料にアクセスすることができる。カートリッジは、その設計により、キャピラリー経路の少なくとも８０％の温度制御を提供する。

図１１Ａ〜１１Ｃは、キャピラリーの露出した試料注入部／カソード端部１０３０を保護するための外側硬質シェル及びケーシングを有する、図１０の水平型キャピラリーアレイカートリッジ１０００の別の図を示す。図１１Ａは、カートリッジシェル１０５０を有する水平型キャピラリーアレイカートリッジの斜視図である。図１１Ｂは、透明なカートリッジシェル１０６０を用いた前面図である。図１１Ｃは、透明なカートリッジシェル１０６０の側面図である。

図１２Ａ〜１２Ｃは、底部プレート１０７０に設置された図１１Ａ〜１１Ｃの硬質シェル水平型キャピラリーアレイカートリッジ１０００を示す。図１２Ａは、底部プレート１０７０との位置合わせ前の水平型キャピラリーアレイカートリッジ１０００の斜視図である。図１２Ｂは、底部プレートに取り付けた後の水平型キャピラリーアレイカートリッジの斜視図である。図１２Ｃは、９６ウェルのマイクロプレート１０８０にアクセスしている、組み合わせたカートリッジ／底部プレートの斜視図である。

図１３は、様々な実施形態による、垂直型キャピラリーアレイカートリッジ１３００の概略内面図を示す。カートリッジは、キャピラリーアレイ１３１０及びポリマー／緩衝液リザーバ１３２０を備え、ここで、ポリマーは、キャピラリー及びアノード緩衝液の両方のためのポリマーとして機能し得る。カートリッジには、平坦なキャピラリー経路（側面図を参照されたい）が含まれており、更に、充填のために試料注入部／カソード端部１３３０の試料供給源１３４０へのアクセスを提供する。キャピラリー洗浄剤（例えば、水）及び電気泳動のための緩衝液のアクセスもまた、可能となる。試料にアクセスするために注入から検出の領域に屈曲部を有さない平坦なキャピラリー経路を提供することで、カートリッジは、カートリッジの下の試料ウェルプレートから試料にアクセスすることができる。カートリッジは、その設計により、キャピラリー経路の少なくとも８０％の温度制御を提供する。垂直型キャピラリーアレイカートリッジについては、重力に起因してポリマーがキャピラリーを下向きに流れないようにするために、圧力制御機構（示されない）をキャピラリーアレイの上部に使用して、圧力ヘッドを防ぐことができる。

図１４Ａ〜１４Ｃは、外側硬質シェルを有し、試料注入部／カソードキャピラリー端部１３３０が露出した、図１３の垂直型キャピラリーアレイカートリッジ１３００の別の図を示す。図１４Ａは、カートリッジシェル１３５０を有し、９６ウェルのマイクロプレート１３６０のウェルに隣接する試料注入部／カソードキャピラリー端部１３３０が露出した、垂直型キャピラリーアレイカートリッジ１３００の斜視図である。図１４Ｂは、透明なカートリッジシェル１３７０を有する斜視図である。図１４Ｃは、透明なカートリッジシェル１３７０の前面図である。

そのようなキャピラリーアレイ／ポリマー供給源が組み合わされたカートリッジ設計により、上述の利点を提供する以外にも、有利なことに、ポリマーをアノード緩衝液として使用することによって緩衝液を排除し、このポリマー／緩衝液パッケージをカートリッジに収まるような小さな体積で提供し、したがって使用率の低い品目とすることが可能となる。カートリッジにポリマー／緩衝液リザーバを含める別の利点は、カートリッジの製造時点でアレイに取り付けられている場合、顧客は、カートリッジ全体をキャピラリー電気泳動装置に設置するだけでよい。さらなる利点は、顧客がカートリッジを閉じてそれを設置する前に一度だけポリマー／緩衝液リザーバをアレイに取り付けるだけでよいように設計されている場合ですら、カートリッジは、個々の部品ではなくカートリッジ全体を一度に置き換えることができるように、アレイ及びポリマーの両方の寿命の間、使用される。なおも更に、組み合わせたカートリッジは、有利なことに、キャピラリー及びポリマー／緩衝液に単一の温度制御域を提供し、この温度制御域は、複数構成要素／複数域を有するデバイスよりも容易に制御される。更に、これにより、より高い割合のキャピラリー経路の温度制御が可能となり、それによってポリマーが一定温度に保たれる。

図１５及び１６は、様々な実施形態による、キャピラリー電気泳動装置におけるハウジングのための、複数のキャピラリーを収容する可撓性消耗デバイスを示す。図１５は、流体ポート１５３０から、試料注入部／カソードキャピラリー端部１５２０を包囲する鋼チューブコネクタ１５４０（後述）（キャピラリー長さの離間した部分に平行である）へと延在するキャピラリー長さを有するキャピラリーアレイ１５１０を伴う、平坦な可撓性消耗デバイス１５００を示す。この平坦な形状は、ユーザに出荷されたときの形状であるか、またはキャピラリー電気泳動装置に装填されたときの最終形状であり得る。流体ポート１５３０は、ポリマーへのアクセスを提供する。光アクセスのために検出ウインドウ１５５０が提供される。キャピラリー電気泳動装置との位置合わせのために位置整合特徴部１５６０が提供される。界面動電による試料充填及び電気泳動の実施のために、埋込み型高電圧接点１５７０及び鋼チューブ終端部１５４０が提供される。この消耗部品は、必要な可撓性を提供し、同時に柔軟な用途に所望される柔軟性を提供するために、熱伝導性の電気絶縁性可撓性ポリマー１５８０から作製されてもよい。

図１６は、関連するキャピラリー電気泳動装置の設計に適合する特定の必要とされる形状を満たすように湾曲している、装填済みの湾曲された可撓性消耗デバイス１６００の例を示す。図１６の事例では、試料注入部／カソードキャピラリー端部１６２０は、垂直方向の試料充填が可能となるように屈曲している。

図１５及び１６に示されるもの等、対応するパッケージで提供される可撓性の消耗デバイスは、有利なことに、より嵩高い配設をもたらすことなく、複数の要望を満たす。この消耗部品は、ユーザの好みに合うように操作する能力に基づいて、図６〜１４に示されるキャピラリーの配置（ならびに他の変化形）の任意のものを想定したものであり得る。更に、薄型の設計及び使用される材料に基づいて、この消耗部品は、熱分布ならびに電気絶縁にも十分に適している。更に、消耗部品の適合性により、静水圧差を回避するための水平部分と試料注入のための垂直部分の両方を有することが可能となる。なおも更に、成形された構造体は、取り付けられたポリマー／緩衝液供給源を収容するように拡張され、前述された組み合わせのカートリッジによって得られる利点の多くを有する、組み合わせの可撓性消耗部品設計を提供することができる。

図１７は、様々な実施形態による、水平型キャピラリーアレイカートリッジ１７００に組み込まれたピペット注入機構１７１０の例を示す。カートリッジは、ピペット注入機構と共に、ピペット注入機構を清浄するための搭載型サービスステーション１７２０、ピペット注入機構の保管場所、及び電気泳動中に使用するための緩衝液の保管場所を含む。ピペット注入機構は、遠隔位置１７９０において、試料供給源１７３０へのアクセスを可能にすることができる。カートリッジから遠隔でのキャピラリー洗浄剤（例えば、水）及び緩衝液のアクセスもまた、可能となり得る。ピペット注入機構１７１０は、例えば、容積移送式ポンプを含む、任意の機械式ポンプ機構１７４０を使用して、中に含まれている内容物を引き出し、注入することができる。ピペット内容物への遠隔アクセスを提供することで、試料注入部／カソードキャピラリー端部１７５０は、カートリッジ１７００の外側に露出されない。これにより、注入−検出域からのキャピラリーアレイ１７６０の経路の完全な温度制御が可能となる。図１７のカートリッジ１７００はまた、光アクセス１７７０及びポリマー／緩衝液リザーバ１７８０も含む。

図１８は、様々な実施形態による、水平型キャピラリーアレイカートリッジ１８００に組み込まれたＴ字型注入機構１８１０の例を示す。キャピラリーアレイカートリッジ１８００はまた、キャピラリーアレイ１８２０、ポリマー／緩衝液リザーバ１８３０も含む。光学検出領域１８４０、試料注入部／カソードキャピラリー端部１８５０、及びキャップ注入部／先端部１８６０。

図１９は、Ｔ字型注入機構１８１０をより詳細に示す。Ｔ字型注入機構は、試料注入部／カソードキャピラリー端部１８５０に隣接する注入デバイス１９１０、試料注入部／カソードキャピラリー端部に隣接する注入キャピラリー１９２０（電気泳動では任意選択）、電極１９３０、ならびに注入デバイス１９１０、試料注入部／カソードキャピラリー端部１８５０、注入キャピラリー１９２０、及び電極１９３０に交差する注入体積空間１９４０を備え得る。Ｔ字型注入機構は、更に、試料体積が変化したときにとそれを感知するためのフィードバック機構（図示されない）を更に含んでもよい。注入デバイスは、電気泳動を行うために、注入用キャピラリーと共に、必要に応じて試料、キャピラリー洗浄剤（例えば、水）、または緩衝液にアクセスする（図１８の要素１８７０を参照されたい）。Ｔ字型注入機構は、試料注入部／カソードキャピラリー端部１８５０を環境に曝すことなく、カートリッジ１８００に隣接する試料、キャピラリー洗浄剤（例えば、水）、及び緩衝液にアクセスすることが可能となり得る。Ｔ字型注入機構は、例えば、真空ポンプまたはシリンジポンプを含む、任意のポンプ機構を使用して、中に含まれる内容物を引き出し、注入することができる。Ｔ字型注入機構の構成は、したがって、注入−検出域からのキャピラリー経路の完全な温度制御を可能にする。

図２０は、様々な実施形態による、水平型キャピラリーアレイカートリッジ２０００に組み込まれた界面動電注入（ＥＫ）機構２０１０の例を示す。キャピラリーアレイカートリッジ２０００は、キャピラリーアレイ２０２０，ポリマー／緩衝液リザーバ２０３０、光学検出領域２０４０、試料注入部／カソードキャピラリー端部２０５０、及びキャピラリー注入部／先端部２０６０を含む。

図２１は、ＥＫ機構２０１０をより詳細に示す。ＥＫ機構は、試料注入部／カソードキャピラリー端部２０５０に隣接する注入キャピラリー２１１０（電気泳動では任意選択）、アノード注入のための電極２１２０、電気機械的コネクタ２１３０（例えば、ＭＥＭコネクタ）、ならびに試料注入部／カソードキャピラリー端部２０５０、注入キャピラリー２１１０、及び電極２１２０に交差する注入体積空間２１４０を備え得る。アノード注入電極は、電気泳動を行うために、注入用キャピラリーと共に、必要に応じて試料、緩衝液、またはキャピラリー洗浄剤（例えば、水）にアクセスする（図２０の要素２０７０を参照されたい）。ＥＫ機構は、試料注入部／カソードキャピラリー端部２０５０を環境に曝すことなく、カートリッジ２０００に隣接する試料、キャピラリー洗浄剤（例えば、水）、及び緩衝液にアクセスすることが可能となり得る。ＥＫ機構の構成は、したがって、注入−検出域からのキャピラリー経路の完全な温度制御を可能にする。

図２２は、様々な実施形態による、ＥＫ機構を使用したキャピラリー電気泳動（ＣＥ）作業フロー２２００の例を示す。この例では、図２０及び２１のＥＫ機構の特徴部が、参照のためだけに使用される。ステップ２２１０で開始して、ＣＥ実行のために、ポリマーがキャピラリーアレイ２０２０に再充填され、ＣＥシステムが準備される。アレイをポリマーで満たした後、ＥＫ機構の注入体積空間２１４０に充填するために、試料２０７０の準備を行う。ステップ２２２０において、カソード及びアノード注入電極を作動させて、キャピラリーアレイ２０２０の試料注入部／カソードキャピラリー端部２０５０に隣接する注入体積空間２１４０へと試料を引き上げる。十分な試料体積を空間２１４０に充填した後、アノード注入電極２１２０を、ステップ２２３０で停止させる。電極を停止させた後、注入キャピラリー先端部２０６０を、ステップ２２４０において、緩衝溶液２０７０へと挿入する。この時点で、ＣＥ実行が開始され得る（ステップ２２５０）。

図２３Ａ〜２３Ｄは、様々な実施形態による、外側硬質シェルを有し、注入キャピラリー端部が露出した、水平型キャピラリーアレイカートリッジ２３００に組み込まれたＥＫ機構２０１０の別の図を示す。図２３Ａは、カートリッジシェル２３１０を有し、注入キャピラリー端部２３２０が露出した、水平型キャピラリーアレイカートリッジ２３００の斜視図である。図２３Ｂは、透明なカートリッジシェル２３４０を有する斜視図である。図２４Ｃは、透明なカートリッジシェル２３４０の上面図である。図２４Ｄは、透明なカートリッジシェル２３４０の前面図である。

記載される注入方法いずれも水平型キャピラリーアレイカートリッジを用いて例証されているが、記載される注入方法はいずれも、形状、設計、剛性、または可撓性にかかわらず、記載されるキャピラリーアレイカートリッジ設計のいずれとも互換可能であることに留意されたい。更に、図６〜１４のカートリッジ設計はいずれも硬質シェルケーシングと共に示されているが、これらのカートリッジ設計はいずれも、軟質シェルケーシング及び可撓性ポリマー鋳造物を含むがこれらに限定されない任意の他の企図されるケーシングに収容されてもよい。

本発明の様々な実施形態が、上述されている。これらの実施形態が、制限ではなく、例示目的で提示されているにすぎないことを理解されたい。当業者であれば、上述の実施形態の形式及び細部における様々な変更が、特許請求の範囲に定められる本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなくなされ得ることを理解するであろう。したがって、本発明の広さ及び範囲は、上述の例示的な実施形態のいずれかに限定されるものではなく、以下の特許請求の範囲及びそれらの同等物によってのみ定められるものとする。

Claims (22)

1. キャピラリー電気泳動アッセイを行うための装置であって、
   アノード端部及びカソード端部を含み、分離媒体とアノード緩衝液とを収容するように構成されるリザーバを更に備えるハウジング内に提供される、キャピラリーアレイと、
   前記キャピラリーアレイの前記カソード端部に試料を送達するように構成される、注入機構と、
   前記ハウジングの内部の温度を制御するように構成される、温度制御域と、を備える、装置。
2. 前記注入機構が、Ｔ字型注入、界面動電注入、及びピペット注入からなる群から選択される、請求項１に記載の装置。
3. 前記キャピラリーアレイが、平坦である、請求項１及び２に記載の装置。
4. 前記キャピラリーアレイが、単一の屈曲部を含む、請求項１〜３のいずれかに記載の装置。
5. 前記ハウジングが、垂直に配置される、請求項１〜４のいずれかに記載の装置。
6. 前記ハウジングが、水平に配置される、請求項１〜５のいずれかに記載の装置。
7. 前記注入機構が、前記ハウジングに載置される、請求項１〜６のいずれかに記載の装置。
8. 前記ハウジングが、硬質シェルハウジングである、請求項１〜７のいずれかに記載の装置。
9. 前記ハウジングが、可撓性ポリマーハウジングである、請求項１〜８のいずれかに記載の装置。
10. 前記ハウジングが、上部プレート及び底部プレートを更に備える、請求項１〜９のいずれかに記載の装置。
11. 前記底部プレートが、前記キャピラリーアレイを収容するように構成される複数の溝を備える、請求項１０に記載の装置。
12. キャピラリー電気泳動アッセイを行うための装置であって、
    アノード端部を含み、分離媒体とアノード緩衝液とを収容するように構成されるリザーバを更に備えるハウジング内に提供される、キャピラリーアレイと、
    前記キャピラリーアレイに試料を送達するように構成される、注入機構と、
    前記ハウジングの内部の温度を制御するように構成される、温度制御域と、を備える、装置。
13. 前記キャピラリーアレイが、カソード端部を更に備える、請求項１２に記載の装置。
14. 前記カソード端部が、前記ハウジングの外側に提供され、かつ前記キャピラリーアレイに試料を送達するように構成される、請求項１３に記載の装置。
15. 試料の生物学的分析を行うための方法であって、
    キャピラリーアレイと、ポリマー供給源と、注入体積空間とを備えるキャピラリーカートリッジ、緩衝液供給源、電極、注入機構、及び注入先端部を備える、生物学を行うための生物学的分析デバイスを提供することであって、前記電極がアノード端部とカソード端部とを有する、提供することと、
    前記ポリマー供給源から前記キャピラリーアレイにポリマーを充填して、前記アレイを満たすことと、
    前記電極を作動させて、前記注入先端部から前記注入体積空間に試料を引き込むことと、
    前記電極を停止させることと、
    前記注入先端部を前記緩衝液供給源に挿入することと、
    前記試料の前記生物学的分析を行うことと、を含む、方法。
16. 前記注入機構が、界面動電注入機構である、請求項１５に記載の方法。
17. 前記注入体積空間が、前記キャピラリーアレイの試料注入端部に隣接している、請求項１５及び１６に記載の方法。
18. 前記電極のカソード端部が、前記キャピラリーアレイの試料注入側に隣接している、請求項１５〜１７のいずれかに記載の方法。
19. 前記電極のアノード端部が、前記キャピラリーアレイのポリマー注入側に隣接している、請求項１５〜１８のいずれかに記載の方法。
20. 前記緩衝液供給源が、アノード緩衝液供給源である、請求項１５〜１９のいずれかに記載の方法。
21. 前記ポリマー供給源が、更に、カソード緩衝液供給源である、請求項１５〜２０のいずれかに記載の方法。
22. 前記生物学的分析デバイスが、キャピラリー電気泳動デバイスである、請求項１５〜２１のいずれかに記載の方法。

Images