JP2018004557A - マイクロチップ電気泳動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】マイクロチップ電気泳動装置の構成を簡略化する。【解決手段】マイクロチップ電気泳動装置１は、内部に電気泳動により試料を分離するための分離用流路を少なくとも含む流路を備え、その流路の各端部にそれぞれ開口したリザーバを有するマイクロチップ５を保持するチップ保持部７と、チップ５のリザーバに液体を分注するための分注プローブ８を支持するプローブ支持体１２と、プローブ支持体１２を移動させるプローブ移動機構１００と、チップ５のリザーバ内の液体を吸引するための吸引ノズルを支持するノズル支持体１７と、プローブ支持体１２又はノズル支持体１７のいずれか一方の支持体を移動させる移動機構と、を備え、プローブ支持体１２とノズル支持体１７は着脱可能に接続された状態で移動機構によって両支持体が同時に移動される。【選択図】図４

Description

本発明は、マイクロチップ電気泳動装置に関するものである。

マイクロチップ電気泳動では、板状部材の内部に分離用流路を含む流路を有する電気泳動用のマイクロチップ（以下、チップとも言う）が使用される。チップの分離用流路に導入された例えばＤＮＡ、ＲＮＡ又はタンパク質などの試料は、分離用流路の両端間に電圧が印加されて分離用流路内で電気泳動されることによって分離して検出される。

マイクロチップは、例えば、一対の板状部材を用い、流路を内側にして貼り合わせて形成される。マイクロチップ電気泳動は、高速に核酸やタンパク質などを分離検出できる手法であるが、ランニングコストをできるだけ抑えるためには１度に多検体を処理するか、チップを繰り返し再利用することが好ましい。利便性を損なうことなくチップを繰り返し再利用するためには、チップの分析前準備（チップの洗浄、分離バッファの充填）、サンプル分注、電気泳動、分析後の後処理（サンプルや分離バッファの吸引除去、チップの洗浄）を全自動で繰り返す必要があり、複雑な機構が必要である（特許文献１参照。）。

特許第４３７５０３１号公報

本発明は、マイクロチップ電気泳動装置の構成を簡略化することを目的とするものである。

本発明に係るマイクロチップ電気泳動装置の実施形態は、内部に電気泳動により試料を分離するための分離用流路を少なくとも含む流路を備え、上記流路の各端部にそれぞれ開口したリザーバを有するマイクロチップを保持するチップ保持部と、上記リザーバに液体を分注するための分注プローブを支持するプローブ支持体と、上記リザーバ内の液体を吸引するための吸引ノズルを支持するノズル支持体と、上記プローブ支持体又はノズル支持体のいずれか一方の支持体を移動させる移動機構と、を備え、プローブ支持体とノズル支持体は着脱可能に接続された状態で移動機構によって両支持体が同時に移動されるものである。

本発明に係るマイクロチップ電気泳動装置の実施形態は、ノズル支持体とプローブ支持体とが着脱可能に接続され、いずれか一方の支持体を移動させる移動機構によって、両支持体が接続された状態で同時に移動されるように構成されているので、各支持体を移動させるためのそれぞれの駆動装置を備えている必要がなく、一方の支持体を移動させるための移動機構によって両支持体を移動させることができる。これにより、構成を簡略化することができる。

マイクロチップ電気泳動装置の一実施形態における制御部に関する部分を概略的に示すブロック図である。 同実施形態の模式的な斜視図である。 同実施形態の模式的な平面図である。 同実施形態の動作を説明するための、一部断面を含む模式的な側面図である。 マイクロチップの一例を示す図であり、（Ａ）と（Ｂ）はマイクロチップを構成する透明板状部材を示す平面図、（Ｃ）はマイクロチップの正面図である。 同マイクロチップの具体的な一例を示す平面図である。 チップが搭載された状態のチップ保持部を示す概略的な平面図である。 カバーを示す概略的な平面図である。 同実施形態の動作を工程順に説明するための概略的な斜視図である。 同実施形態の続きの動作を工程順に説明するための概略的な斜視図である。 同実施形態のさらに続きの動作を工程順に説明するための概略的な斜視図である。 同実施形態のさらに続きの動作を工程順に説明するための概略的な斜視図である。 同実施形態のさらに続きの動作を工程順に説明するための概略的な斜視図である。 加圧送液部とチップの接続状態を模式的に一部断面で示した側面図である。

本発明のマイクロチップ電気泳動装置の実施形態において、上記プローブ支持体又は上記ノズル支持体のいずれか一方の支持体は鉛直下方へ伸びるように設けられたピンを備え、上記両支持体がそのピンを介して接続されるようになっていてもよい。

上記実施形態の好ましい態様として、上記ピンは上記プローブ支持体に設けられたプレパンチピンであり、上記ノズル支持体にそのプレパンチピンの先端部が挿入される穴が設けられ、プレパンチピンがその穴に挿入されることによって上記両支持体が接続されるように構成されている態様を挙げることができる。マイクロチップ電気泳動装置に設置されるサンプル容器はサンプルの収容部分が例えばアルミニウム製や樹脂製の保護シートで覆われていることがある。そこで、マイクロチップ電気泳動装置には、保護シートに穴を開けるためのプレパンチピンが設けられることがある。この実施形態では、プローブ支持体に支持されるプレパンチピンを用いてプローブ支持体とノズル支持体が接続されるので、簡単な構成でプローブ支持体とノズル支持体を接続できる。なお、プローブ支持体とノズル支持体を接続する方法は、プレパンチピンを用いる方法に限定されず、例えばプローブ支持体に設けられた突起部又は凹部と、それに嵌め合わされるノズル支持体に設けられた凹部又は突起部を用いるなど、どのような方法であってもよい。

また、本発明のマイクロチップ電気泳動装置の実施形態において、例えば、ノズル支持体の移動方向を案内するノズル案内機構をさらに備え、上記プローブ移動機構は、互いに直交して鉛直方向を含む３軸方向に上記プローブ支持体を移動自在に支持するプローブ支持機構と、上記プローブ支持体を上記３軸方向に移動させるための駆動装置を備え、上記ノズル案内機構は、上記３軸方向のうち上記鉛直方向を含む２軸方向に上記ノズル支持体を移動自在に支持するノズル支持機構を備えているようにしてもよい。これにより、簡単な構成でプローブ移動機構とノズル案内機構を実現できる。ここで、鉛直方向とは厳密に鉛直な方向のみならず、おおよそ鉛直な方向も含む。なお、プローブ移動機構及びノズル案内機構の構成はこれらに限定されない。例えば、プローブ移動機構は、垂直又は水平多関節ロボットなど、プローブ支持体を三次元に自在に移動できるものであってもよい。また、ノズル案内機構は、例えば、ノズル支持体を直線に沿って案内するものに限定されず、曲線に沿って案内するものであってもよい。

以下、図面を用いてマイクロチップ電気泳動装置の一実施形態について説明する。
図１はマイクロチップ電気泳動装置の一実施形態における制御部に関する部分を概略的に示すブロック図である。図２は、この実施形態の模式的な斜視図である。図３は、この実施形態の模式的な平面図である。図４は、この実施形態の動作を説明するための、一部断面を含む模式的な側面図である。

マイクロチップ電気泳動装置１は、大まかに、分注プローブ部２と液面検知部３とシリンジポンプ部４を有する分注プローブ機構６、チップ保持部７、加圧送液部１６と吸引ポンプ部１８を有する吸引ノズル機構１９、電圧印加部２４、検出部３１及び制御部３８を備えている。

チップ保持部７に例えば１つのチップ５（マイクロチップ）が保持されている。チップ５に対向してカバー２６が配置されている。カバー２６はネジ２７によってチップ保持部７に着脱可能に取り付けられている。チップ５については後述する。

分注プローブ機構６は、チップ５のリザーバへの分離バッファや試薬、試料の分注や、洗浄液の供給、分離バッファや試薬の残量の検知などを行うものである。分注プローブ機構６の分注プローブ部２は、分注プローブ８と、プレパンチピン１１と、プローブ支持体１２と、プローブ移動機構１００を備えている。

分注プローブ８はプローブ支持体１２に支持されている。プレパンチピン１１は係脱可能にプローブ支持体１２に支持される。プレパンチピン１１をプローブ支持体１２に支持する機構については後述する。

プローブ移動機構１００はプローブ支持体１２を移動させるものである。例えば、プローブ移動機構１００は、互いに直交して鉛直方向（Ｚ軸）を含む３軸方向（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）にプローブ支持体１２を三次元移動させるものである。

図３及び図４に示すように、プローブ移動機構１００は、上記３軸方向にプローブ支持体１２を移動自在に支持するためのプローブ支持機構１１０，１２０，１３０と、プローブ支持体１２を上記３軸方向に移動させるためのモーター１１１，１２１，１３１（駆動装置）を備えている。

プローブ支持機構１１０は、Ｘ軸方向に延びるレール１１２と、レール１１２に沿って移動するスライダー１１３と、レール１１２に平行に配置されたシャフト１１４と、シャフト１１４に沿って移動するブッシュ１１５と、スライダー１１３上に直立配置されたアーム１１６と、ブッシュ１１５上に直立配置されたアーム１１７を備えている。レール１１２とシャフト１１４はベース面３００に対して位置固定されている。

モーター１１１、レール１１２及びスライダー１１３はベルト駆動方式の直動案内機構を構成する。アーム１１６と１１７は、プローブ支持機構１２０のレール１２２とシャフト１２４を介して連結されている。モーター１１１の駆動によってスライダー１１３、ブッシュ１１５及びアーム１１６，１１７がＸ軸方向に移動される。なお、プローブ支持機構１１０は、アーム１１６，１１７をボールねじ駆動又はラックアンドピニオン駆動方式等で移動させる構成であってもよい。

プローブ支持機構１２０は、Ｙ軸方向に延びるレール１２２と、レール１２２に沿って移動するスライダー１２３と、レール１２２に平行に配置されたシャフト１２４と、シャフト１２４に沿って移動するブッシュ１２５と、スライダー１２３及びブッシュ１２５に連結されたＺマウント１２６を備えている。レール１２２及びシャフト１２４の一端側はプローブ支持機構１１０のアーム１１６にそれぞれ支持され、他端側はアーム１１７にそれぞれ支持されている。

モーター１２１、レール１２２及びスライダー１２３はベルト駆動方式の直動案内機構を構成する。モーター１２１の駆動によってスライダー１２３、ブッシュ１２５及びＺマウント１２６がＹ軸方向に移動される。なお、プローブ支持機構１２０は、Ｚマウント１２６をボールねじ駆動又はラックアンドピニオン駆動方式等で移動させる構成であってもよい。

プローブ支持機構１３０は、Ｚ軸方向に沿って配置されたネジ軸１３２と、ネジ軸１３２に沿って移動するナットを含む可動体１３３を備えている。ネジ軸１３２はＺマウント１２６に回転可能に軸支されている。可動体１３３にプローブ支持体１２が取り付けられている。

また、Ｚマウント１２６には、モーター１３１と、モーター１３１の回転軸に接続されたプーリー１３４と、ネジ軸１３２の上端に接続されたプーリー１３５と、プーリー１３４の回転をプーリー１３５に伝達するベルト１３６が設置されている。

モーター１３１の駆動によって可動体１３３及びプローブ支持体１２がＺ軸方向に移動される。Ｚマウント１２６は、例えばシャフト１１４の中心軸の高さ位置をＺマウント基準１２７とし、Ｚマウント基準１２７の高さ位置を基準として高さ位置調整される。なお、プローブ支持機構１３０は、プローブ支持体１２をベルト駆動方式で移動させる構成であってもよい。

プローブ支持体１２に分注プローブ８が支持されている。分注プローブ８は、圧縮コイルばね１４１が縮むことによって上下動可能にプローブ支持体１２に支持されている。

プローブ支持体１２には、プレパンチピン１１がプレパンチシャフト１４２、シャフトカバー１４３及び係止機構１４４を介して係脱可能に支持される。プレパンチシャフト１４２の上端側はパイプ状のシャフトカバー１４３内に摺動可能に配置されている。

シャフトカバー１４３は、係止機構１４４によってプローブ支持体１２とＺマウント１２６のいずれかに係脱可能に係止される。例えば、係止機構１４４は、本体がシャフトカバー１４３に取り付けられており、本体に移動可能に取り付けられた係止部材をプローブ支持体１２又はＺマウント１２６に係脱可能に接続することにより、シャフトカバー１４３をプローブ支持体１２とＺマウント１２６のいずれかに係止する。

プレパンチシャフト１４２の上端側に、サンプル有無検知に用いられるセンサドグ１４５が固定されている。センサドグ１４５は、シャフトカバー１４３の上端面と接触することにより、プレパンチシャフト１４２の下方側への移動範囲を制限する機能を有する。

プレパンチシャフト１４２の下端側は圧縮コイルばね１４６内に配置されている。圧縮コイルばね１４６の復元力により、圧縮コイルばね１４６の下端面がプレパンチピン１１の上端面に接触し、圧縮コイルばね１４６の上端面がシャフトカバー１４３の下端面に接触し、プレパンチシャフト１４２の上端側に固定されたセンサドグ１４５がシャフトカバー１４３の上端面に接触している。係止機構１４４によってプローブ支持体１２とシャフトカバー１４３が同時に下降し、プレパンチピン１１がサンプルチューブ上端部又は保護シートに接触すると、圧縮コイルばね１４６が縮むことにより、プレパンチピン１１がシャフトカバー１４３に対して上下動し、サンプル有無検知センサ１５０で認識される。

また、プレパンチシャフト１４２には、プレパンチピン１１とシャフトカバー１４３の間の位置に、プレパンチシャフト１４２の上方側への移動範囲を制限するためのストッパ１４７が固定して取り付けられている。ストッパ１４７は、圧縮コイルばね１４６と接触して移動が妨げられないようにして、圧縮コイルばね１４６内に配置されている。なお、係止機構１４４内にプレパンチシャフト１４２の上端部が接触するストッパを設けてもよい。

また、プローブ支持体１２にはサンプル有無検知センサ１４８が設けられている。サンプル有無検知センサ１４８は、センサドグ１４５の一部分が配置されるスリットを備え、そのスリット内にセンサドグ１４５の一部分が位置しているか否かを例えば光学的に又は磁界の変化によって検出する。なお、サンプル有無検知センサは、センサドグ４５及びサンプル有無検知センサ１４８を用いた構成に限定されず、例えばプレパンチピン１１へのショック検知が可能なショックセンサなどであってもよい。

図２に示されるように、分注プローブ機構６は、例えば、計量ポンプ部４と、開閉バルブ９ａ，９ｂと、洗浄液容器１０も備えている。分注プローブ８は開閉バルブ９ａを介して計量ポンプ４に接続されている。洗浄液容器１０は開閉バルブ９ｂを介して計量ポンプ４に接続されている。洗浄液容器１０は洗浄液を収容している。洗浄液は例えば純水である。

また、分注プローブ機構６は、図１に示されるように、分離バッファや試薬の残量を検知するための液面検知部３を備えている。液面検知部３は、例えば、分注プローブ８全体の静電容量変化に基づいて液面を検知するセンサを備えている。

次に吸引ノズル機構１９について説明する。吸引ノズル機構１９は、チップ５のリザーバ内の分離バッファ、試料又は洗浄液の吸引除去と、チップ５の流路内への洗浄液や分離バッファの加圧送液を行うものである。

吸引ノズル機構１９は、加圧送液部１６と、チップ５のリザーバに対応して設けられた吸引ノズル２２−１〜２２−４と、加圧送液部１６及び吸引ノズル２２−１〜２２−４を保持するノズル支持体１７と、ノズル支持体１７の移動方向を案内するノズル案内機構２００を備えている。

図１４も参照して説明すると、加圧送液部１６はエアーシリンダ１６１を備え、チップ５に対向する面に設けられた吐出口１６２から空気を吸引及び吐出する。
吸引ノズル２２−１〜２２−４は吸引ポンプ部１８に設けられたポンプにそれぞれ接続されている。

ノズル案内機構２００は、例えば、鉛直方向（Ｚ軸）を含む２軸方向（Ｙ軸、Ｚ軸）にプローブ支持体１２を移動自在に支持するノズル支持機構２１０，２２０を備えている。

ノズル支持機構２１０は、Ｙ軸方向に延びるレール２１１と、レール２１１に沿って移動するスライダー２１２と、レール２１１に平行に配置されたシャフト２１３と、シャフト２１３に沿って移動するブッシュ２１４と、スライダー２１２とブッシュ２１４を連結するテーブル２１５を備えている。レール２１１とシャフト２１３はベース面３００に対して位置固定されている。

ノズル支持機構２２０は、テーブル２１５上に直立配置された２本のシャフト２２１と、シャフト２２１に沿って移動するブッシュ２２２を備えている。ブッシュ２２２にノズル支持体１７が取り付けられている。シャフト２２１の上端側にストッパ２２３が固定されている。

テーブル２１５とブッシュ２２２の間には、シャフト２２１の外周に沿って圧縮コイルばね２２４が配置されている。圧縮コイルばね２２４の復元力により、圧縮コイルばね２２４の下端面がテーブル２１５の上面に接触し、圧縮コイルばね２２４の上端面がブッシュ２２２の下端面に接触し、ブッシュ２２２の上端面がストッパ２２３に接触している。圧縮コイルばね２２４が縮むことにより、ノズル支持体１７がテーブル２１５に対して上下動する。

ノズル支持体１７の上面に、プレパンチピン１１の先端が嵌め込まれる穴４０１が設けられている。
吸引ノズル２２−１〜２２−４は、圧縮コイルばね４０２が縮むことによってノズル支持体１７に対して先端位置がそれぞれノズル支持体１７側へ移動できるようにして、ノズル支持体１７に保持されている。なお、図４では吸引ノズル２２−１のみを図示しているが、吸引ノズル２２−２〜２２−４も吸引ノズル２２−１と同様に、先端位置がノズル支持体１７側へ移動できるようになっている。

図２及び図３に示されるように、マイクロチップ電気泳動装置１には、分注プローブ８を洗浄するためのプローブ洗浄部１４と、吸引ノズル２２−１〜２２−４を洗浄するためのノズル洗浄部２８が設けられている。プローブ洗浄部１４とノズル洗浄部２８には洗浄液が供給される。

分注プローブ８の移動範囲内に、試料を収容した例えば９６穴のウェルプレート１３が配置される。また、分注プローブ８の移動範囲内に設けられた試薬配置部１５に試薬や分離バッファを収容した容器が配置される。なお、試薬や分離バッファはウェルプレート１３の穴に収容されてもよい。

電圧印加部２４は、チップ５の流路端のそれぞれに所定の電圧を印加するものである。
検出部３１は、チップ５内の分離用流路で分離された試料成分を例えば蛍光検出する。検出部３１は、例えば、分離用流路の一部に励起光を照射するＬＥＤ（発光ダイオード）３０と、分離用流路を移動する試料成分がＬＥＤ３０からの励起光により励起されて発生した蛍光を受光する光ファイバ３２を備えている。

また、検出部３１は、光ファイバ３２からの蛍光から励起光成分を除去して蛍光成分のみを透過させるフィルタ３４を介して蛍光を受光する光電子増倍管３６を備えている。なお、励起光の光源としては、ＬＥＤに限らず、例えばＬＤ（レーザダイオード）を用いてもよい。

制御部３８は、分注プローブ機構６、吸引ノズル機構１９、電圧印加部２４及び検出部３１の動作を制御する。制御部３８は、例えば、ＣＰＵ（中央演算処理装置）や記憶装置などを搭載したマイコンによって実現される。制御部３８はマイクロチップ電気泳動装置１の外部に設けられたコンピュータ４０に接続されている。

コンピュータ４０は例えばパーソナルコンピュータ（ＰＣ）や専用のコンピュータによって実現される。コンピュータ４０は、マイクロチップ電気泳動装置１の動作を指示したり、検出部３１が得たデータを取り込んで処理したりするための外部制御装置である。

図５と図６はチップ５の一例を示したものである。なお、本発明の実施形態におけるチップ（マイクロチップ）は、内部に形成された流路と流路端にそれぞれ開口したリザーバを有するチップを指しており、必ずしもサイズの小さいものに限定される意味ではない。

図５に示されるように、チップ５は、例えば一対の透明基板５１，５２からなる。透明基板５１，５２は例えば石英ガラスその他のガラス基板や樹脂基板で形成されている。

一方の基板５２の表面に、（Ｂ）に示されるように、互いに交差する泳動用キャピラリ溝５４，５５が形成されている。他方の基板５１には、（Ａ）に示されるように、その溝５４，５５の端に対応する位置にリザーバ５３−１〜５３−４としての貫通孔が形成されている。（Ｃ）に示されるように、両基板５１，５２が重ねられて接合されてチップ５が形成される。キャピラリ溝５４，５５によって、チップ５内に、試料の電気泳動分離用の分離用流路５５と、分離用流路５５に試料を導入するための試料導入流路５４が形成される。

チップ５は基本的には図５に示したものであるが、取扱いを容易にするために、図６に示されるように、電圧を印加するための電極端子を予めチップ上に形成したものを使用する。図６はチップ５の平面図を示したものである。

４つのリザーバ５３−１〜５３−４は流路５４，５５に電圧を印加するためのポートでもある。ポート＃１と＃２は試料導入流路５４の両端に位置するポートである。ポート＃３と＃４は分離用流路５５の両端に位置するポートである。

各ポートに電圧を印加するために、各ポートを構成するリザーバ５３−１〜５３−４の内壁面からチップ５の表面にわたって電極パターン５６−１〜５６−４が形成されている。電極パターン５６−１〜５６−４は電圧印加部２４（図２を参照。）に接続されるようになっている。

チップ５の取り扱いを容易にするために、チップ５の３辺の周縁部は、平面視が略Ｕ字型の樹脂製のチップフレーム５７に保持されている。

図７と図８を参照してチップ保持部とカバーについて説明する。図７は、チップが搭載された状態のチップ保持部を示す概略的な平面図である。図８は、カバーを示す概略的な平面図である。

図７に示されているように、チップ保持部７は、チップ５を保持するためのチップホルダ７１と凹部７４を備えている。チップ保持部７の対角の２ヶ所にカバー２６を固定するためのネジ穴７２が設けられている。図６に示されるように、カバー２６の対角の２ヶ所にもネジ２７を貫通させる穴６２が設けられている。

また、チップ保持部７は、吸引ノズル２２−４が挿入される逃げ穴７３を備えている。逃げ穴７３は、Ｙ軸方向（図２を参照）でチップ５の保持位置からずれた位置に設けられている。

カバー２６は、例えば樹脂製であり、チップ５のリザーバ５３−１〜５３−４に対応する位置に貫通孔６４−１〜６４−４を備えている。また、カバー２６は、チップ保持部７の逃げ穴７３に対応する位置に、吸引ノズル２２−４が挿入される貫通孔からなる逃げ穴６３を備えている。

貫通孔６４−１〜６４−３及び逃げ穴６３の内径は、吸引ノズル２２−１〜２２−４を挿入可能な大きさである。また、貫通孔６４−４の内径は、加圧送液部１６を挿入可能な大きさである。

カバー２６の裏面側に、チップ５の電極パターン５６−１〜５６−４と電気的に接続される電極６６−１〜６６−４が設けられている。電極６６−１〜６６−４は電気配線によって端子接続部６７に接続されている。端子接続部６７は電圧印加部２４（図２を参照。）に接続される。

図４を参照して、プレパンチピン１１、分注プローブ８、吸引ノズル２２−１の移動例を説明する。

プレパンチピン１１は、ウェルプレート１３（サンプル容器）のサンプル収容部分を覆っている保護シート１３ａに対する穴開けや、サンプル有無検知、ノズル支持体１７の移動などに使用される。

保護シート１３ａに対する穴開け動作では、まず、プローブ移動機構１００のモーター１１１及び１２１が駆動されて、プレパンチピン１１がウェルプレート１３の穴開け対象のサンプル容器の上方に配置されるようにＺマウント１２６が移動される。シャフトカバー１４３が係止機構１４４によってプローブ支持体１２に係止されている状態で、モーター１３１が駆動されて、プローブ支持体１２とともに、プレパンチピン１１、プレパンチシャフト１４２、シャフトカバー１４３、係止機構１４４、センサドグ１４５及びサンプル有無検知センサ１４８が下降される。

プレパンチピン１１の先端が保護シート１３ａに接触し、さらにプローブ支持体１２が下降されると、圧縮コイルばね１４６が縮み、プローブ支持体１２、シャフトカバー１４３及びサンプル有無検知センサ１４８がウェルプレート１３に接近される。このとき、ウェルプレート１３に対するプレパンチピン１１、プレパンチシャフト１４２及びセンサドグ１４５の位置（高さ位置）は変化しない。これにより、センサドグ１４５がプローブ支持体１２及びサンプル有無検知センサ１４８に対して押し上げられてサンプル有無検知センサ１４８のスリットから離れ、保護シート１３ａの存在（サンプルが有ること）が検知される。

さらにプローブ支持体１２が下降されると、圧縮コイルばね１４６がさらに縮み、プレパンチシャフト１４２に固定されたストッパ１４７がシャフトカバー１４３に接触し、プレパンチシャフト１４２及びプレパンチピン１１が下降されて保護シート１３ａに貫通穴が形成される。貫通穴の形成後、プローブ支持体１２が上昇され、次の穴開け対象のサンプル容器の上方にプレパンチピン１１が移動され、保護シート１３ａの穴開け及びサンプル有無検知が行われる。

なお、プレパンチピン１１が下降される位置にサンプル容器や保護シート１３ａが配置されていない場合や、保護シート１３ａにすでに貫通穴が開けられている場合には、プレパンチピン１１、プレパンチシャフト１４２及びセンサ部材１４５がプローブ支持体１２、シャフトカバー１４３及びサンプル有無検知センサ１４８に対して押し上げられることはなく、センサ部材１４５はサンプル有無検知センサ１４８のスリットに配置されたままである。これにより、その位置にはサンプルが無いことが検知される。

次にノズル支持体１７の移動について説明する。
ノズル支持体１７の移動動作では、まず、モーター１１１及び１２１が駆動されて、プレパンチピン１１がノズル支持体１７の穴４０１の上方に配置されるようにＺマウント１２６が移動される。シャフトカバー１４３が係止機構１４４によってプローブ支持体１２に係止されている状態でモーター１３１が駆動されて、プローブ支持体１２とともにプレパンチピン１１等が下降される。

プレパンチピン１１の先端が穴４０１内に挿入される。これにより、ノズル支持体１７は、プレパンチピン１１、プレパンチシャフト１４２、シャフトカバー１４３及び係止機構１４４を介してプローブ支持体１２に接続される。

このとき、ストッパ１４７がシャフトカバー１４３に接触しない程度にプローブ支持体１２を下降させてもよいし、ストッパ１４７がシャフトカバー１４３に接触する程度にプローブ支持体１２を下降させてもよい。ただし、ストッパ１４７をシャフトカバー１４３に接触させる場合、プローブ支持体１２が圧縮コイルばね１４６の復元力によって下降することがないように、圧縮コイルばね１４６の復元力と圧縮コイルばね２２４の復元力が選定される。

プレパンチピン１１の先端が穴４０１内に挿入されてノズル支持体１７がプローブ支持体１２に接続されている状態でプローブ移動機構１００のモーター１１１が駆動されてＺマウント１２６がＹ軸方向に移動される。それにともなってプローブ支持体１２及びノズル支持体１７がＹ軸方向に移動されてノズル支持体１７が所望の位置に配置される。例えば、チップ５の上に吸引ノズル２２−１〜２２−３及び加圧送液部１６が配置され、吸引ノズル２２−４が逃げ穴７３上に配置されるように、Ｚマウント１２６及びノズル支持体１７が移動される。

ノズル支持体１７がプローブ支持体１２に接続されている状態でプローブ移動機構１００のモーター１３１が駆動されてプローブ支持体１２とともにプレパンチピン１１等が下降され、ノズル支持体１７が押し下げられ、ノズル支持体１７とともに吸引ノズル２２−１〜２２−４及び加圧送液部１６が所定量だけ下降される。このとき、ノズル支持体１７を正確な量だけ下降させるために、ストッパ１４７がシャフトカバー１４３に接触された状態が維持されるように圧縮コイルばね１４６の復元力と圧縮コイルばね２２４の復元力が選定されることが好ましい。

ノズル支持体１７が下降された状態で所望の処理が行われた後、モーター１３１が駆動されてプローブ支持体１２が所定量だけ上昇されることにより、圧縮コイルばね２２４の復元力によってノズル支持体１７が上昇する。その後、モーター１２１が駆動されてプローブ支持体１２及びノズル支持体１７がＹ軸方向に移動される。

このように、吸引ノズル２２−１〜２２−４及び加圧送液部１６はノズル支持体１７がプローブ支持体１２に着脱可能に接続された状態でプローブ移動機構１００の駆動によって移動されるので、マイクロチップ電気泳動装置１はノズル支持体１７を移動させるための専用の駆動装置を備えていない。これにより、吸引ノズル２２−１〜２２−４を例えば水平方向（Ｙ軸方向）及び鉛直方向（Ｚ軸方向）で移動させるための駆動軸が不要になり、マイクロチップ電気泳動装置１の構成を簡略化及び小型化することができる。

また、Ｚマウント１２６の位置決め精度（分注プローブ８のＸＹＺ軸方向の位置決め）がそのまま吸引ノズル２２−１〜２２−４の位置決め精度になるので、吸引ノズル２２−１〜２２−４を移動させるための駆動軸が設けられている場合と比較して、位置決め調整が容易になる。

次に分注プローブ８の移動について説明する。
分注プローブ８は、サンプルや試薬、分離バッファの吸引及び分注や、洗浄液の分注などに使用される。分注プローブ８が使用される際、まず、プローブ移動機構１００のモーター１１１及び１２１が駆動されて、分注プローブ８が所望の位置、例えばウェルプレート１３の目的のサンプル容器の上方に配置されるようにＺマウント１２６が移動される。

シャフトカバー１４３が係止機構１４４によってＺマウント１２６に係止されている状態でモーター１３１が駆動されて、プローブ支持体１２とともに分注プローブ８が降下される。このとき、プレパンチピン１１、プレパンチシャフト１４２、シャフトカバー１４３等は下降されない。このように、分注プローブ８は、プレパンチピン１１等に妨げられることなく、所望の位置に下降される。分注プローブ８が、ウェルプレート１３のサンプル容器の底に接触された後、さらにプローブ支持体12が下降されると、圧縮コイルばね１４１が縮み、センサードグ１５０がチップ有無検知／サンプル容器底付検知センサ１５０のスリットから離れ、サンプル容器の底位置が検知される。これにより、サンプル容器内の微量サンプルを確実に吸引することが可能になる。

図９から図１３を参照して、マイクロチップ電気泳動装置１の動作について説明する。マイクロチップ電気泳動装置１において、チップ５は移動されずにチップ保持部７に固定された状態で繰り返し使用されるものである。ここで説明する動作は、前回の分析で使用されたチップを洗浄し、流路及び各リザーバに分離バッファを充填し、その後試料を分注して電気泳動を行って分析を行う一連の工程である。これらの動作はマイクロチップ電気泳動装置１の制御部３８による制御によって行われる。なお、図９から図１３において、カバー２６の図示は省略されている。また、図９から図１３において、加圧送液部１６の図示は説明が必要な場合を除いて省略されている。また、図９〜図１３の（Ａ）〜（Ｕ）は、以下に説明する工程（Ａ）〜（Ｕ）に対応している。

（Ａ）は１つのチップ５を示している。チップ５は図５及び図６に示されたものと同等である。分離用流路５５と試料導入流路５４が交差するように設けられ、各流路５４，５５の端部にリザーバ５３−１〜５３−４が形成されている。ここで、チップ５は前の試料の分析が終了した状態であり、流路及び各リザーバには分離バッファや試料溶液が残っている。また、流路５５内の分離バッファに、分離された試料が残っている。

（Ｂ）まず、試料収容用のリザーバ５３−１に収容されている試料溶液を除去するために、ノズル支持体１７がチップ５の上に移動された後に下降されて、吸引ノズル２２−１が貫通孔６４−１（図８を参照。）を介してリザーバ５３−１に挿入される。上述のように、吸引ノズル２２−１〜２２−４の移動は、ノズル支持体１７がプローブ支持体１２に着脱可能に接続された状態でプローブ移動機構１００のモーター１２１，１３１が駆動されて行われる。

また、図２に示されるように、吸引ノズル２２−１の長さは吸引ノズル２２−２，２２−３よりも長くなっている。また、吸引ノズル２２−４の長さは吸引ノズル２２−１よりも長くなっている。また、加圧送液部１６の下端面は吸引ノズル２２−２，２２−３の先端よりもノズル支持体１２側に配置されている。さらに、吸引ノズル２２−１〜２２−４及び加圧送液部１６は、吸引ノズル２２−１〜２２−３及び加圧送液部１６がリザーバ５３−１〜５３−４（貫通孔６４−１〜６４−４）の上方に配置されたときに、吸引ノズル２２−４が逃げ穴６３，７３（図７及び図８も参照。）の上方に配置されるように、ノズル支持体１７に保持されている。

このような吸引ノズル２２−１〜２２−４及び加圧送液部１６の構成により、吸引ノズル２２−１の先端がリザーバ５３−１に挿入されてリザーバ５３−１の底部に押しつけられ、吸引ノズル２２−２，２２−３の先端がリザーバ５３−２，５３−３には挿入されておらず、かつ、吸引ノズル２２−４の先端が逃げ穴６３，７３に挿入されている状態を形成できる。また、加圧送液部１６の下端面はチップ５に接触していない。

その状態で、吸引ポンプ部１８（図２を参照。）が動作されることにより、リザーバ５３−１内の分離バッファが吸引ノズル２２−１を介して吸引除去される。このとき、吸引ポンプ部１８において、例えば吸引ノズル２２−１に接続されているポンプのみが動作される。

なお、この状態で、吸引ノズル２２−２，２２−３及び加圧送液部１６の先端は貫通孔６４−２，６４−３，６４−４（図８を参照。）の内部に位置していてもよいし、貫通孔６４−２，６４−３，６４−４の上方に配置されていてもよい。

また、逃げ穴７３に挿入された吸引ノズル２２−４の先端は、逃げ穴７３の底に接触していてもよいし、接触していなくてもよい。ただし、吸引ノズル２２−４の先端の汚染を考慮すると、吸引ノズル２２−４の先端は逃げ穴７３の底に接触しないことが好ましい。また、逃げ穴７３は底を有するものであってもよいし、貫通孔であってもよい。

（Ｃ）吸引ノズル２２−１〜２２−４がノズル洗浄部２８に移動されて少なくとも吸引ノズル２２−１が洗浄された後、分注プローブ８が貫通孔６４−１（図８を参照。）を介してリザーバ５３−１に挿入される。そして、リザーバ５３−１に分注プローブ８から所定量の洗浄液が供給される。分注プローブ８からの洗浄液の供給は、図２を参照して説明すると、開閉バルブ９ａを閉じ、開閉バルブ９ｂを開いた状態で計量ポンプ４を吸引動作させて計量ポンプ４内に洗浄液容器１０から洗浄液を吸引した後、開閉バルブ９ｂを閉じ、開閉バルブ９ａを開いた状態に切り替えて、計量ポンプ４を吐出動作させることにより行われる。

（Ｄ）分注プローブ８が移動された後、再びリザーバ５３−１に吸引ノズル２２−１が挿入され、洗浄液が吸引除去される。
（Ｅ）リザーバ５３−１に分注プローブ８から再び洗浄液が供給される。

（Ｆ）吸引ノズル２２−１〜２２−３が貫通孔６４−１〜６４−３（図８を参照。）を介してリザーバ５３−１〜５３−３に挿入される。ノズル支持体１７が下降されて吸引ノズル２２−１の先端がリザーバ５３−１の底に接触して押し付けられた後、さらにノズル支持体１７が下降されて吸引ノズル２２−２，２２−３の先端がリザーバ５３−２，５３−３の底に接触して押し付けられる。また、吸引ノズル２２−４は逃げ穴６３，７３に挿入される。このとき、加圧送液部１６の下端面は、チップ５とは間隔をもって配置されてもよいし、チップ５に接触していてもよい。

吸引ポンプ部１８が動作されて、リザーバ５３−１内の洗浄液とリザーバ５３−２，５３−３内の分離バッファが吸引ノズル２２−１〜２２−３を介して吸引除去される。このとき、吸引ポンプ部１８において、例えば吸引ノズル２２−１〜２２−３に接続されているポンプのみが動作される。

（Ｇ）ノズル支持体１７が移動されて、吸引ノズル２２−４が貫通孔６４−４（図８を参照。）を介してリザーバ５３−４に挿入され、吸引ノズル２２−４の先端がリザーバ５３−４の底に押し付けられる。このとき、吸引ノズル２２−１〜２２−３はリザーバ５３−１〜５３−３には挿入されない。吸引ノズル２２−１〜２２−３及び加圧送液部１６の先端は、カバー２６の上方に配置されてもよいし、カバー２６に逃げ穴を別途設けてその逃げ穴に挿入されるようにしてもよい。

リザーバ５３−４に吸引ノズル２２−４が挿入された状態で、吸引ポンプ部１８が動作されてリザーバ５３−４内の分離バッファが吸引ノズル２２−４を介して吸引除去される。このとき、吸引ポンプ部１８において、例えば吸引ノズル２２−４に接続されているポンプのみが動作される。

（Ｈ）リザーバ５３−４に分注プローブ８から所定量の洗浄液が供給される。
（Ｉ）ノズル支持体１７が移動されて、吸引ノズル２２−１〜２２−３がリザーバ５３−１〜５３−３に挿入され、加圧送液部１６の下端面がリザーバ５３−４の周囲のチップ５表面に接触される。加圧送液部１６からリザーバ５３−４に空気を加圧供給し、リザーバ５３−４内の洗浄液を流路５４，５５内に加圧送液して、流路５４，５５内を洗浄する。流路５４，５５内の液体はリザーバ５３−１〜５３−３に押し出される。また、流路５４，５５内に供給された洗浄液は、リザーバ５３−４の容量に対して過剰量の空気が加圧送液部１６からリザーバ５３−４に加圧供給されることによって流路５４，５５内からリザーバ５３−１〜５３−３に押し出される。リザーバ５３−１〜５３−３に押し出された液体は吸引ノズル２２−１〜２２−３を介して吸引除去される。

図１４は加圧送液部１６とチップ５の接続状態を模式的に一部断面で示した側面図である。
加圧送液部１６はシリンジポンプ１６１を備えており、下端面に設けられた吐出口１６２から空気を吸引及び吐出する。加圧送液部１６の下端面に、リザーバ５３−４の周囲を囲んでチップ５の表面に密着される、弾性体からなる気密保持部材、例えばＯリング１６３が設けられている。また、加圧送液部１６は、圧縮コイルばね４０３が縮むことによってノズル支持体１７に対して下端面位置がノズル支持体１７側へ移動可能なようにしてノズル支持体１７に保持されている。

加圧送液部１６の下端面がチップ５のリザーバ５３−４の周囲に押し付けられることにより、チップ５の流路５５に対して加圧送液部１６のシリンジポンプ１６１が気密を保って取り付けられる。なお、加圧送液部１６の下端面がチップ５とは間隔をもっている状態でＯリング１６３がチップ５に押し付けられることにより、加圧送液部１６とチップ５の間の気密を確保することも可能である。

上記工程（Ｈ）と（Ｉ）の動作又は上記工程（Ｇ）から（Ｉ）の動作が複数回、例えば１２回繰り返されてチップ５の流路５４，５５内及びリザーバ５３−１〜５３−４内が洗浄される。

（Ｊ）流路５４，５５内及びリザーバ５３−１〜５３−４内が洗浄された後、リザーバ５３−４内に吸引ノズル２２−４が挿入されて、リザーバ５３−４内に残存する洗浄液が吸引除去される。

（Ｋ）分注プローブ８内に分離バッファが吸引された後、リザーバ５３−４に分注プローブ８が挿入される。分注プローブ８から所定量の分離バッファが吐出されてリザーバ５３−４内に分注される。

（Ｌ）上記工程（Ｉ）と同様に、吸引ノズル２２−１〜２２−３がリザーバ５３−１〜５３−３に挿入され、加圧送液部１６の下端面がリザーバ５３−４の周囲のチップ５表面に接触される。加圧送液部１６からリザーバ５３−４に空気が加圧供給され、リザーバ５３−４内の分離バッファが流路５４，５５内に加圧送液されて充填される。過剰量の分離バッファはリザーバ５３−１〜５３−３に流出し、吸引ノズル２２−１〜２２−３を介して吸引除去される。流路５４，５５内に分離バッファが充填されるように、加圧送液部１６からリザーバ５３−４に加圧供給される空気量が調節される。

（Ｍ）流路５４，５５内に分離バッファが充填された後、リザーバ５３−４に吸引ノズル２２−４が挿入され、リザーバ５３−４内に残っている分離バッファが吸引除去される。これにより流路５４，５５内にのみ分離バッファが残っている状態となる。

（Ｎ）〜（Ｑ）分注プローブ８によりリザーバ５３−１〜５３−４に所定量の分離バッファが順次分注される。なお、リザーバ５３−１〜５３−４に分離バッファが分注される順序は、工程（Ｎ）〜（Ｑ）の順序に限定されず、特に限定されない。

（Ｒ）電圧印加部２４によって電極パターン５６−１〜５６−４及び電極６６−１〜６６−４（図２、図６及び図８を参照。）を介してリザーバ５３−１〜５３−４に所定のテスト用電圧が印加されて、泳動テストが行なわれる。この泳動テストでは、例えば、電極パターン間の電流値を検出することにより流路にゴミや気泡が混入していないかどうかが確認される。ここでテスト用電圧は、試料を分離するための泳動電圧と同じであってもよいが、それよりも低電圧としてもよい。

この泳動テスト工程で流路への分離バッファの充填が正常に行なわれたと判定されたときは、試料を注入して分析を行なうために次の工程（Ｓ）へ進む。また、流路への分離バッファの充填が正常に行なわれたと判定されなかったときは、流路への分離バッファの充填をやり直すために工程（Ｊ）に戻る。

例えば、流路５４，５５への分離バッファの充填のやり直しを許容する回数を予め設定しておく。その回数だけ分離バッファの充填のやり直しを行なっても流路５４，５５への分離バッファの充填が正常に行なわれたと判定されないときは、そのチップ５をチップ保持部７から取り外し、別のチップ５に交換する。分離バッファの充填のやり直しを許容する回数は特に限定されるものではないが、例えば２回又は３回が適当である。

（Ｓ）試料収容用のリザーバ５３−１に吸引ノズル２２−１が挿入され、リザーバ５３−１内の分離バッファが吸引除去される。

（Ｔ）リザーバ５３−１に分注プローブ８から所定量の試料溶液が分注される。試料溶液の分注量は、チップ５ごとに設定された量である。

（Ｕ）電圧印加部２４によって電極パターン５６−１〜５６−４及び電極６６−１〜６６−４（図２、図６及び図８を参照。）を介してリザーバ５３−１〜５３−４に所定の試料導入用の電圧が印加されて、試料が流路５４と５５の交差位置（図６を参照。）へ導かれる。その後、印加電圧が所定の泳動分離用の電圧に切り換えられて、試料がリザーバ５３−４側に向かって分離用流路５５内へ導かれ、分離用流路５５内で分離される。分離された試料は検出部３１（図２を参照。）によって検出される。

以上、本発明の一実施形態を説明したが、実施形態における構成、配置、数値、材料等は一例であり、本発明はこれに限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲内で種々の変更が可能である。

例えば、ノズル支持体１７とプローブ支持体１２を着脱可能に接続する方法は、プレパンチピン１１を用いる方法に限定されず、どのような方法であってもよい。例えば、ノズル支持体１７に突起部又は凹部が設けられ、それに嵌め合わされる凹部又は突起部がプローブ支持体１２に設けられ、その突起部と凹部を用いてノズル支持体１７とプローブ支持体１２が着脱可能に接続されてもよい。

また、上記実施形態では、１つのチップ５がマイクロチップ電気泳動装置１に配置されているが、１つのマイクロチップ電気泳動装置に配置されるチップ数は２つ以上であってもよい。複数のチップが１つのマイクロチップ電気泳動装置に配置される場合、それらのチップは、ノズル案内機構によって案内されるノズル支持体の移動方向に沿って配置される。

また、本発明の実施形態のマイクロチップ電気泳動装置で用いられるチップは、図５や図６に示された構成に限定されず、内部に電気泳動により試料を分離するための分離用流路を少なくとも含む流路を備え、上記流路の各端部にそれぞれ開口したリザーバを有するチップであればよい。例えば、チップは、チップ５に対して試料導入流路５４及びリザーバ５４−１，５４−２が設けられていない構成であってもよい。

１ マイクロチップ電気泳動装置
５ チップ（マイクロチップ）
７ チップ保持部
８ 分注プローブ
１２ プローブ支持体
１１ プレパンチピン
１７ ノズル支持体
２２−１〜２２−４ 吸引ノズル
５３−１〜５３−４ リザーバ
５４ 流路
５５ 分離用流路
１００ プローブ移動機構
１１０，１２０，１３０ プローブ支持機構
１１１，１２１，１３１ 駆動装置
２００ ノズル案内機構
２１０，２２０ ノズル支持機構

Claims (4)

1. 内部に電気泳動により試料を分離するための分離用流路を少なくとも含む流路を備え、前記流路の各端部にそれぞれ開口したリザーバを有するマイクロチップを保持するチップ保持部と、
   前記リザーバに液体を分注するための分注プローブを支持するプローブ支持体と、
   前記リザーバ内の液体を吸引するための吸引ノズルを支持するノズル支持体と、
   前記プローブ支持体又は前記ノズル支持体のいずれか一方の支持体を移動させる移動機構と、を備え、
   前記プローブ支持体と前記ノズル支持体は着脱可能に接続された状態で前記移動機構によって前記両支持体が同時に移動されるマイクロチップ電気泳動装置。
2. 前記プローブ支持体又は前記ノズル支持体のいずれか一方の支持体は鉛直下方へ伸びるように設けられたピンを備え、前記両支持体が前記ピンを介して接続される請求項１に記載のマイクロチップ電気泳動装置。
3. 前記ピンは前記プローブ支持体に設けられたプレパンチピンであり、前記ノズル支持体に前記プレパンチピンの先端部が挿入される穴が設けられ、前記プレパンチピンが前記穴に挿入されることによって前記両支持体が接続されるように構成されている請求項２に記載のマイクロチップ電気泳動装置。
4. 前記ノズル支持体の移動方向を案内するノズル案内機構をさらに備え、
   前記プローブ移動機構は、互いに直交して鉛直方向を含む３軸方向に前記プローブ支持体を移動自在に支持するプローブ支持機構と、前記プローブ支持体を前記３軸方向に移動させるための駆動装置を備え、
   前記ノズル案内機構は、前記３軸方向のうち前記鉛直方向を含む２軸方向に前記ノズル支持体を移動自在に支持するノズル支持機構を備えている請求項３に記載のマイクロチップ電気泳動装置。

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