JP2019083627A

JP2019083627A - 電気泳動装置用の電源装置、電気泳動装置、及び電気泳動装置用の電源制御方法

Info

Publication number: JP2019083627A
Application number: JP2017209702A
Authority: JP
Inventors: 千明宮本; Chiaki Miyamoto
Original assignee: Arkray Inc
Current assignee: Arkray Inc
Priority date: 2017-10-30
Filing date: 2017-10-30
Publication date: 2019-05-30
Anticipated expiration: 2037-10-30
Also published as: JP6856495B2

Abstract

【課題】小電流で、印加する電圧の大きさの精度を高精度とすることができる、電気泳動装置用の電源装置、電気泳動装置、及び電気泳動装置用の電源制御方法を提供する。【解決手段】電源装置２０は、電圧を生成するインバータトランス回路５４と、生成された電圧を増幅して出力するＣＣＷ回路５６と、キャピラリー４に対してＣＣＷ回路５６から出力された電圧を印加するための所定間隔離れた第１出力端子７０及び第１入力端子８０の端子対からなる電極対と、電極対によってマイクロチップ２に印加された実印加電圧の大きさに応じた電流モニタ信号と、マイクロチップ２に印加したと想定される想定電圧の大きさに応じた電流制御信号とが入力され、実印加電圧の大きさと想定電圧の大きさとを比較し、実印加電圧の大きさと、想定電圧の大きさとが一致するように、インバータトランス回路５４が生成する電圧の大きさを補正する入力制御回路５０と、を備える。【選択図】図３

Description

本開示は、電気泳動装置用の電源装置、電気泳動装置、及び電気泳動装置用の電源制御方法に関する。

従来から、電源装置から供給される電圧を測定具に印加することにより、測定具に所定の大きさの電流を流して測定を行う、測定装置が知られている。このような測定装置に用いられる電源として、例えば、特許文献１には、電気泳動装置用の電源装置が記載されている。

特開２００２−１７４６２３号公報

上記測定装置では、測定具に所定の大きさの電流を流して測定を行うが、測定具に対して、電源装置から印加する電圧の精度が低く、測定具に所定の大きさの電流が流れない場合があった。例えば、特許文献１に記載の電源装置では、測定具の変動などにより、電流値の大きさの電流が測定具に流れない場合があった。

一方、電源装置から印加する電圧の精度を高精度にしょうとすると、要する電流が大電流となり、また、電源装置自身が大型化する傾向があった。

本開示は、小電流で、印加する電圧の大きさの精度を高精度とすることができる、電気泳動装置用の電源装置、電気泳動装置、及び電気泳動装置用の電源制御方法を提供することを目的とする。

本開示の第１の態様の電気泳動装置用の電源装置は、キャピラリーを有する測定具を用いる電気泳動装置用の電源装置において、電圧を生成する生成部と、前記生成部で生成された電圧を増幅して出力するコッククロフト・ウォルトン回路と、前記キャピラリーに対して前記コッククロフト・ウォルトン回路から出力された電圧を印加するための所定間隔離れた第１端子及び第２端子からなる電極対と、前記電極対によって前記測定具に印加された実印加電圧の大きさに応じた信号と、前記測定具に印加したと想定される想定電圧の大きさに応じた信号とが入力され、前記実印加電圧の大きさと前記想定電圧の大きさとを比較する比較回路と、前記比較回路の比較結果に基づいて、前記実印加電圧の大きさと、前記想定電圧の大きさとが一致するように、前記生成部が生成する電圧の大きさを補正する補正部と、を備える。

本開示の第２の態様の電気泳動装置用の電源装置は、第１の態様の電気泳動装置用の電源装置において、前記測定具に印加された前記実印加電圧の大きさを導出する導出部、をさらに備える。

本開示の第３の態様の電気泳動装置用の電源装置は、第２の態様の電気泳動装置用の電源装置において、前記導出部は、前記測定具に対して、前記コッククロフト・ウォルトン回路から出力された電圧が印加されたことにより、前記測定具に流れた電流の大きさに基づいて、前記実印加電圧の大きさを導出する。

本開示の第４の態様の電気泳動装置用の電源装置は、第１の態様から第３の態様のいずれか１態様の電気泳動装置用の電源装置において、前記生成部は、入力電圧を昇圧して出力するインバータトランス回路であり、前記補正部は、前記生成部に入力される前記入力電圧を補正する。

本開示の第５の態様の電気泳動装置用の電源装置は、第１の態様から第４の態様のいずれか１態様の電気泳動装置用の電源装置において、前記コッククロフト・ウォルトン回路の出力と、前記第１端子との間に設けられた第１抵抗素子と、前記第２端子と、グランドとの間に設けられ、前記第１抵抗素子よりも抵抗値が低い第２抵抗素子と、をさらに備え、前記第２端子と前記第２抵抗素子との間のノードに、前記比較回路の入力が接続されている。

本開示の第６の態様の電気泳動装置用の電源装置は、第５の態様の電気泳動装置用の電源装置において、前記コッククロフト・ウォルトン回路と、前記第１端子との間に、前記第１抵抗素子を有するローパスフィルタをさらに備えた。

本開示の第７の態様の電気泳動装置用の電源装置は、第１の態様から第６の態様のいずれか１態様の電気泳動装置用の電源装置において、前記測定具は、試料が泳動する前記キャピラリーを備えたディスポーザブルタイプのチップである。

本開示の第８の態様の電気泳動装置用の電源装置は、第１の態様から第７の態様のいずれか１態様の電気泳動装置用の電源装置において、前記測定具に印加される前記実印加電圧の大きさを測定する測定部をさらに備えた。

本開示の第９の態様の電気泳動装置は、第１の態様から第８の態様のいずれか１態様の電気泳動装置用の電源装置と、前記想定電圧の大きさを記憶する記憶部と、前記記憶部に記憶された前記想定電圧の大きさに応じた信号を前記比較回路に入力させる制御を行う制御部と、を備える。

本開示の第１０の態様の電気泳動装置は、第８の態様の電気泳動装置用の電源装置と、前記電気泳動装置用の電源装置の測定部の測定結果に基づき、測定具に印加される前記実印加電圧の異常を検出する検出部と、を備える。

本開示の第１１の態様の電気泳動装置用の電源制御方法は、キャピラリーを有する測定具を用いる電気泳動装置用の電源制御方法において、生成部により、測定具に所定の大きさの電流を流すための電圧を生成し、生成された電圧を、コッククロフト・ウォルトン回路により増幅して出力し、前記キャピラリーに対して前記コッククロフト・ウォルトン回路から出力された実印加電圧を印加するための所定間隔離れた第１端子及び第２端子からなる電極対によって前記測定具に印加された前記実印加電圧の大きさに応じた信号と、前記測定具に印加したと想定される想定電圧の大きさに応じた信号とが入力される比較回路によって、前記実印加電圧の大きさと前記想定電圧の大きさとを比較し、比較結果に基づいて、前記実印加電圧の大きさと、前記想定電圧の大きさとが一致するように、前記生成部が生成する電圧の大きさを補正する、処理を含む。

本開示によれば、小電流で、印加する電圧の大きさの精度を高精度とすることができる、という効果を有する。

実施形態の電気泳動装置の一例の構成を示す構成図である。実施形態の電源装置の構成の一例の概略を表すブロック図である。実施形態の電源装置の構成の一例を表す回路図である。実施形態の電源装置の動作の流れの一例を示すフローチャートである。

以下、図面を参照して本開示の技術を実施するための形態例を詳細に説明する。

図１には、本実施形態の電気泳動装置１の一例の概略を表した構成図を示す。図１に示すように、本実施形態の電気泳動装置1は、制御部１０、電源装置２０、導入側電極２２、排出側電極２４、及び分析部２６を備える。本実施形態の電気泳動装置１は、マイクロチップ２のキャピラリー４を泳動する試料４０に対して、キャピラリー電気泳動法を用いた測定（分析）を行う装置である。本実施形態のマイクロチップ２が本開示の測定具の一例であり、より具体的には、マイクロチップ２のキャピラリー４に充填された試料４０、泳動液４４、または希釈液（泳動液４４を含む）によって希釈された試料４２等の溶液を含んだ状態のマイクロチップ２、すなわち、十分に電流が流れる状態のマイクロチップ２が本開示の測定具の一例である。ただし、十分に電流が流れる状態であれば溶液を含んでいない状態のマイクロチップ２で本開示の技術を実施してもよい。

マイクロチップ２は、１回あるいは特定回数の分析を終えた後に廃棄されることが意図されたディスポーザブルタイプのチップであり、例えば、シリカ等により形成される。図１に示すように本実施形態のマイクロチップ２は、分離流路であるキャピラリー４、導入槽６、及び排出槽８を有する。導入槽６は、キャピラリー電気泳動法においていわゆるバッファとして機能する泳動液４４、及び分析の対象である試料４０が導入される槽である。泳動液４４としては、例えば、１００ｍＭりんご酸−アルギニンバッファ（ｐＨ５．０）＋１．５％コンドロイチン硫酸Ｃナトリウム等が挙げられる。試料４０は、例えば、血液等である。

キャピラリー４は、キャピラリー電気泳動法を用いた分析が行われる場である。キャピラリー４の寸法の一例を挙げると、断面の形状が直径２５μｍ〜１００μｍの円形、または辺の長さが２５μｍ〜１００μｍの矩形であることが好ましく、長さが３０ｍｍ程度であることが好ましいが、特に限定されるものではない。

排出槽８は、キャピラリー４に対してキャピラリー電気泳動法における流動下流側に位置している。排出槽８には、例えば、図示を省略した排出ノズルが取り付けられる。この排出ノズルは、図示を省略した吸引ポンプによって分析が終了した試料４０及び泳動液４４を排出するためのものである。

詳細を後述する電源装置２０は、キャピラリー電気泳動法に必要な電圧を発生するためのものであり、例えば、１．５ｋＶ程度の電圧を発生する。図１に示すように、本実施形態の電源装置２０は、第１出力端子７０及び第１入力端子８０を備える。本実施形態の第１出力端子７０が本開示の第１端子の一例であり、第１入力端子８０が本開示の第２端子の一例である。また、第１出力端子７０及び第１入力端子８０の端子対が本開示の電極対の一例である。

第１出力端子７０には、導入側電極２２が接続されており、第１入力端子８０には、排出側電極２４が接続されている。すなわち、本実施形態の導入側電極２２も第１出力端子７０と共に本開示の第１端子の一例であり、本実施形態の排出側電極２４も第１入力端子８０と共に本開示の第２端子の一例であり、導入側電極２２及び排出側電極２４の電極対が本開示の電極対の一例である。導入側電極２２及び排出側電極２４は、例えば、断面の直径が０．８ｍｍ〜１．０ｍｍのＣｕからなる棒状の電極である。導入側電極２２は、導入槽６に浸漬され、排出側電極２４は、排出槽８に浸漬され、前記キャピラリー４に対して電圧が印加される。なお、導入側電極２２及び排出側電極２４は、前記キャピラリー４に対して電圧が印加され、マイクロチップ２のキャピラリー４に充填された試料４０を泳動できるのであれば、マイクロチップ２のいずれの箇所と接続してもよい。好ましい接続位置は、導入槽６および排出槽８のように、キャピラリー２を挟んだ位置である。

本実施形態の分析部２６は、例えば、吸光度の測定を実行するものであり、図１に示すように、発光部２８、光源部３０、受光部３２、及び検出部３４を含む。光源部３０は、吸光度測定に用いられる光を発生するためのものであり、例えば、レーザー素子（図示省略）を備える。例えば、血液中のヘモグロビンＡ１ｃ等のヘモグロビン種の濃度を分析する場合、光源部３０は、波長が４１５ｎｍの光を発生するが、特に限定されるものではなく、分析対象に応じた波長の光を発生するものであればよい。発光部２８は、例えば、光ファイバーを介して光源部３０と接続されており、光源部３０からの光をキャピラリー４の一部に向けて照射光として照射する。受光部３２は、キャピラリー４からの光を受光する部位であり、例えば、光ファイバーを介して検出部３４と接続されている。検出部３４は、受光部３２が受けた光を検出する。

制御部１０は、電気泳動装置１の各部の動作を制御するためのものであり、電気泳動装置１による分析を実現するための一連の制御を行う。制御部１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）等の記憶部１１（図２参照）、及び入出力インターフェース等を含む。このような制御部１０としては、例えば、いわゆるマイクロプロセッサ等が挙げられる。

電気泳動装置１により測定（分析）を行う場合、まず、導入ノズル４６から導入槽６へと泳動液４４が導入される。この泳動液４４は、導入槽６、キャピラリー４、及び排出槽８を満たす。ついで、試料容器４２に蓄えられた血液等の試料４０が導入ノズル４６に所定量、導入される。なお、分析のために、試料４０の希釈が必要な場合、図示を省略した希釈手段によって希釈された試料４０が用いられる。電源装置２０から導入側電極２２及び排出側電極２４に電圧が印加されると、試料４０の分離が始まる。試料４０に電圧が印加されている時間が経過するに従い、例えば、ヘモグロビンＡ１ｃ等の特定の成分が他の成分から分離される。この分離された特定成分がキャピラリー４を排出槽８に向かって移動する。移動の際に発光部２８及び受光部３２に挟まれたキャピラリー４の部分を特定成分が通過すると、照射光の一部が特定成分によって吸収される。そして、吸収されなかった光が透過光として検出部３４により、測定され、さらに照射光と透過光に基づく吸光度測定の原理によってその濃度（透過量）が検出される。

次に、本実施形態の電源装置２０の詳細について説明する。図２には、本実施形態の電源装置２０の構成の一例の概略を表すブロック図を示す。また、図３には、本実施形態の電源装置２０の構成の一例を表す回路図を示す。

図２及び図３に示すように、本実施形態の電源装置２０は、入力制御回路５０、イネーブル回路５２、インバータトランス回路５４、ＣＣＷ（Cockcroft-Walton circuit）回路５６、出力短絡保護回路５８、過電圧保護回路６０、電流検出回路６２、及び電圧検出回路６４を備える。また、本実施形態の電源装置２０は、第１出力端子７０、第１入力端子８０を備えており、上述したように、第１出力端子７０及び第１入力端子８０を介して、マイクロチップ２と接続される。また、本実施形態の電源装置２０は、第２出力端子７２、第３出力端子７４、第２入力端子８２、第３入力端子８４、及び第４入力端子８６を備えており、これらの端子を介して、制御部１０と接続される。

本実施形態の電源装置２０は、制御部１０から第２入力端子８２を介して入力されるイネーブル信号に応じて、マイクロチップ２に、測定に必要な所定の大きさの電流を流すための電圧（以下、「印加電圧」という）を生成する機能を有する。また、本実施形態の電源装置２０は、試料４０をキャピラリー４で電気泳動するための電圧印加の初期過程で、マイクロチップ２に印加したと想定される想定電圧（詳細後述）の大きさに応じた電流制御信号の大きさとに基づいて、インバータトランス回路５４の入力電圧を補正する機能を有する。

イネーブル回路５２は、制御部１０から第２入力端子８２を介して入力されるイネーブル信号に応じて、インバータトランス回路５４の一次側への電圧の入力状態（オン／オフ）を制御する。図３に示すように、本実施形態のイネーブル回路５２は、抵抗素子Ｒ１、〜Ｒ３、及びｎｐｎ型のバイポーラトランジスタであるトランジスタＴｒ１、及びＰチャネル型のＭＯＳＦＥＴ（metal-oxide-semiconductor field-effect transistor）であるトランジスタＴｒ２を有している。

図３に示すように、エミッタ接地型のトランジスタＴｒ１のベースと第２入力端子８２とは抵抗素子Ｒ１を介して接続されており、抵抗素子Ｒ１とトランジスタＴｒ１のベースとの間のノードは、トランジスタＴｒ１のエミッタと接続されている。また、トランジスタＴｒ１のコレクタとトランジスタＴｒ２のゲートとは接続されており、トランジスタＴｒ２のソースとゲートとの間に抵抗素子Ｒ３が接続されている。

入力制御回路５０は、第３入力端子８４を介して入力される電流モニタ信号（詳細後述）の大きさと、第４入力端子８６を介して入力される電流制御信号（詳細後述）とを比較し、電流モニタ信号の大きさと電流制御信号の大きさとが一致するように、インバータトランス回路５４に入力される入力電圧の大きさを制御する。本実施形態の入力制御回路５０が、本開示の比較回路及び補正部の一例である。

図３に示すように、入力制御回路５０は、オペアンプＡｐ１、Ａｐ２、抵抗素子Ｒ４〜Ｒ１３、容量素子Ｃ１、Ｃ２、ｎｐｎ型のバイポーラトランジスタであるトランジスタＴｒ３、Ｔｒ５、及びＮチャネル型のＭＯＳＦＥＴであるトランジスタＴｒ４を有している。オペアンプＡｐ１の非反転入力端子は、第４入力端子８６に接続されており、第４入力端子８６を介して電流制御信号が入力される。オペアンプＡｐ１の反転入力端子と出力とは接続されており、オペアンプＡｐ１の出力は、抵抗素子Ｒ９を介してオペアンプＡｐ２の非反転入力端子に接続されている。

オペアンプＡｐ２は、反転増幅回路であり、オペアンプＡｐ２の反転入力端子と出力とは、並列に接続された抵抗素子Ｒ１０及び容量素子Ｃ１を介して接続されている。また、オペアンプＡｐ２の反転入力端子は、抵抗素子Ｒ８を介して第３入力端子８４と接続されており、第３入力端子８４を介して電流モニタ信号が入力される。さらに、オペアンプＡｐ２の出力とトランジスタＴｒ５のベースとは、抵抗素子Ｒ１１を介して接続されている。トランジスタＴｒ５のエミッタは、直列に接続されたコンデンサＣ２及び抵抗素子Ｒ１３を介して接地されている。また、トランジスタＴｒ５のベースとエミッタとは、抵抗素子Ｒ１２を介して接続されている。さらに、トランジスタＴｒ５のコレクタと、イネーブル回路５２のトランジスタＴｒ２のドレインとは接続されている。

エミッタ接地型のトランジスタＴｒ３のベースと、第２入力端子８２とは抵抗素子Ｒ４を介して接続されており、抵抗素子Ｒ４とトランジスタＴｒ３のベースとの間のノードは、トランジスタＴｒ３のエミッタと接続されている。また、トランジスタＴｒ３のコレクタは、抵抗素子Ｒ６を介して駆動電圧Ｖｃｃの供給源と接続され、かつトランジスタＴｒ４のゲートと接続されている。トランジスタＴｒ２のソースとゲートとの間に抵抗素子Ｒ３が接続されている。トランジスタＴｒ４のドレインは、抵抗素子Ｒ９とオペアンプＡｐ２の非反転入力端子との間のノードに接続されており、ソースは、抵抗素子Ｒ７とグランドとの間に接続されている。抵抗素子Ｒ７は、オペアンプＡｐ２の非反転入力端子とグランドとの間に設けられている。

インバータトランス回路５４の一次側の電圧の入力には、入力制御回路５０が接続されており、入力制御回路５０から入力された直流（ＤＣ）の入力電圧を昇圧し、昇圧した交流（ＡＣ）の電圧を出力する。本実施形態のインバータトランス回路５４が、本開示の生成部の一例である。

ＣＣＷ回路５６は、インバータトランス回路５４から出力された電圧を増幅し、また直流電圧に整流して出力する。図３に示すように、本実施形態のＣＣＷ回路５６は、容量素子Ｃ３からＣ８、及びダイオードＤ１からＤ６を有する、３段のＣＣＷ回路であり、入力された電圧のピーク入力電圧の６倍の大きさの電圧が出力される。この電圧が後述する実印加電圧となる。

図３に示すように、容量素子Ｃ３、Ｃ５、Ｃ７は直列に接続されており、容量素子Ｃ４、Ｃ６、Ｃ８も直列に接続されている。ダイオードＤ１のアノードは容量素子Ｃ４とインバータトランス回路５４との間のノードに接続されており、カソードは容量素子Ｃ３と容量素子Ｃ５との間のノードに接続されている。ダイオードＤ２のアノードは、容量素子Ｃ４と容量素子Ｃ６との間のノードに接続されており、カソードは、容量素子Ｃ３と容量素子Ｃ５との間のノードに接続されている。ダイオードＤ３のアノードは、容量素子Ｃ４と容量素子Ｃ６との間のノードに接続されており、カソードは、容量素子Ｃ５と容量素子Ｃ７との間のノードに接続されている。ダイオードＤ４のアノードは、容量素子Ｃ５と容量素子Ｃ７との間のノードに接続されており、カソードは、容量素子Ｃ６と容量素子Ｃ８との間のノードに接続されている。ダイオードＤ５のアノードは、容量素子Ｃ６と容量素子Ｃ８との間のノードに接続されており、カソードは、容量素子Ｃ７に接続されている。ダイオードＤ６のアノードは容量素子Ｃ７に接続されており、カソードは容量素子Ｃ８に接続されている。

出力短絡保護回路５８は、第１出力端子７０と第１入力端子８０とがショート（短絡）した場合に、電流検出回路６２のオペアンプＡｐ４に高電圧が印加されるのを抑制する。そのため、図３に示すように、本実施形態の出力短絡保護回路５８は、直列に接続された抵抗素子Ｒ２０〜Ｒ２３を備える。本実施形態の抵抗素子Ｒ２０からＲ２３が、本開示の第１抵抗素子の一例である。また、本実施形態の出力短絡保護回路５８は、ＣＣＷ回路５６により除去しきれなかったノイズを低減するためのローパスフィルタとしても機能する。そのため、図３に示すように本実施形態の出力短絡保護回路５８は、ＲＣローパスフィルタとして構成されており、容量素子Ｃ１０〜Ｃ１２を備える。

出力短絡保護回路５８から出力された電圧が第１出力端子７０を介してマイクロチップ２に印加される。この電圧が、「電極対によって測定具に印加された実印加電圧」の一例である。

過電圧保護回路６０は、ＣＣＷ回路５６の出力電圧をモニタし、出力電圧の大きさが所定の大きさ（詳細後述）以上になった場合に、インバータトランス回路５４の一次側に入力される電流を遮断することにより、出力電圧が過電圧となることを抑制する。

図３に示すように、本実施形態の過電圧保護回路６０は、オペアンプＡｐ３、抵抗素子Ｒ１４〜Ｒ１７、容量素子Ｃ９、ｎｐｎ型のバイポーラトランジスタであるトランジスタＴｒ６、及びＮチャネル型のＭＯＳＦＥＴであるトランジスタＴｒ７を有している。オペアンプＡｐ３の反転入力端子には、直列に接続された抵抗素子Ｒ１８及び抵抗素子Ｒ１９により分圧されたＣＣＷ回路５６の出力電圧が入力される。なお、本実施形態では、抵抗素子Ｒ１８の抵抗値を高く、抵抗素子Ｒ１９の抵抗値を低く（少なくとも抵抗素子Ｒ１８より低く）することにより、オペアンプＡｐ３の非反転入力端子に入力される電圧の電圧値をより低くしている。具体例として、抵抗素子Ｒ１８の抵抗値としては１００ＭΩ、抵抗素子Ｒ１９の抵抗値としては１００ｋΩを採用することができる。

オペアンプＡｐ３の非反転入力端子には、直列に接続された抵抗素子Ｒ１４及びＲ１５、及び容量素子Ｃ９により、駆動電圧Ｖｃｃを分圧した電圧が入力される。この駆動電圧Ｖｃｃを分圧した電圧の大きさは、上記所定の大きさと同じ大きさである。オペアンプＡｐ３の出力は、抵抗素子Ｒ１６を介して、エミッタ接地型のトランジスタＴｒ６のコレクタ及びトランジスタＴｒ７のゲートに接続されている。トランジスタＴｒ６のベースは抵抗素子Ｒ１７を介して接地されており、また、トランジスタＴｒ７のソースと接続されている。トランジスタＴｒ６及び抵抗素子Ｒ１７は、インバータトランス回路５４の一次側に入力される電流を制御する電流制御回路として機能する。また、トランジスタＴｒ７のドレインは、インバータトランス回路５４の一次側のグランドに接続されている。

電流検出回路６２は、第１出力端子７０を介して印加電圧を印加したことにより、マイクロチップ２に流れた電流を測定し、測定した電流の大きさに基づいて導出された電流モニタ信号を第２出力端子７２を介して出力する。第２出力端子７２から出力された電流モニタ信号は、制御部１０を介して第３入力端子８４を介して入力制御回路５０に入力される。本実施形態の電流検出回路６２が、本開示の導出部の一例であり、電流モニタ信号が実印加電圧の大きさに応じた信号の一例である。

図３に示すように本実施形態の電流検出回路６２は、オペアンプＡｐ４、抵抗素子Ｒ２４〜Ｒ２６、及び容量素子Ｃ１３を有する。オペアンプＡｐ４の非反転入力端子には、第１入力端子８０及び抵抗素子Ｒ２４が接続されている。そのため、オペアンプＡｐ４の非反転入力端子に入力される電圧の大きさは、マイクロチップ２を流れた電流の大きさと、抵抗素子Ｒ２４の抵抗値とによって定まる。抵抗素子Ｒ２４の抵抗値は、例えば、マイクロチップ２に想定される負荷の大きさに応じて定められる。

なお、オペアンプＡｐ４の非反転入力端子に入力される電圧の大きさは、上述したように第１出力端子７０及び第２出力端子７２がショート（短絡）した場合、抵抗素子Ｒ２０〜Ｒ２３と、抵抗素子Ｒ２４とにより分圧された電圧となる。具体的には、ＣＣＷ回路５６から出力された電圧の大きさをＶ_ＣＣＷ、抵抗素子Ｒ２０〜Ｒ２３各々の抵抗値をＲ_２０〜Ｒ_２３、抵抗素子Ｒ２４の抵抗値をＲ_２４とすると、オペアンプＡｐ４の非反転入力端子に入力される電圧の大きさＶ_ｉｎは、下記（１）式で表される。

Ｖ_ｉｎ＝（Ｖ_ＣＣＷ／（Ｒ_２０＋Ｒ_２１＋Ｒ_２２＋Ｒ_２３＋Ｒ_２４））×Ｒ_２４・・・（１）

従って、オペアンプＡｐ４の非反転入力端子に入力される電圧の大きさは、印加電圧よりも、かなり小さくなるため、オペアンプＡｐ４の非反転入力端子に高電圧が印加されるのを抑制することができる。本実施形態の抵抗素子Ｒ２４が、本開示の第２抵抗素子の一例である。

また、オペアンプＡｐ４は、反転増幅回路であり、オペアンプＡｐ４の反転入力端子と出力とは、並列に接続された抵抗素子Ｒ２６及び容量素子Ｃ１３を介して接続されている。また、オペアンプＡｐ４の反転入力端子は、抵抗素子２５を介して接地されている。また、オペアンプＡｐ４の出力は第２出力端子７２に接続されている。

電圧検出回路６４は、出力短絡保護回路５８から出力された印加電圧を測定し、測定した電圧の大きさに基づいて導出された電圧モニタ信号を第３出力端子７４を介して出力する。第３出力端子７４から出力された電圧モニタ信号は、制御部１０に入力される。本実施形態の電圧検出回路６４が、本開示の測定部の一例であり、電圧モニタ信号が実印加電圧の大きさに応じた信号の一例である。

図３に示すように本実施形態の電圧検出回路６４は、オペアンプＡｐ５、抵抗素子Ｒ２７〜Ｒ３０、及び容量素子Ｃ１４を有する。オペアンプＡｐ５の非反転入力端子には、抵抗素子Ｒ２８を介して出力短絡保護回路５８（第１出力端子７０）に接続されており、また、抵抗素子Ｒ２７を介して接地されている。そのため、オペアンプＡｐ５の非反転入力端子には、ＣＣＷ回路５６から出力された電圧が抵抗素子Ｒ２０〜Ｒ２８によって分圧された電圧が入力される。オペアンプＡｐ５は、反転増幅回路であり、オペアンプＡｐ５の反転入力端子と出力とは、並列に接続された抵抗素子Ｒ３０及び容量素子Ｃ１４を介して接続されている。また、オペアンプＡｐ５の反転入力端子は、抵抗素子２９を介して接地されている。また、オペアンプＡｐ５の出力は第３出力端子７４に接続されている。

なお、過電圧保護回路６０及び電圧検出回路６４は、いずれもＣＣＷ回路５６から出力された電圧をモニタ（測定）する機能を有するが、電圧検出回路６４は、出力短絡保護回路５８を介している。そのため、過電圧保護回路６０及び電圧検出回路６４の各々に印加される電圧の大きさが異なるため、過電圧保護回路６０及び電圧検出回路６４の構成が異なっている。

次に、本実施形態の作用について説明する。
図４には、本実施形態の電源装置２０の動作の流れの一例を表したフローチャートを示す。本実施形態の電気泳動装置１では、試料４０をキャピラリー４で電気泳動するための電圧印加の初期過程で行われる。電気泳動装置１では、マイクロチップ２（試料４０）の測定を行う場合、制御部１０が、電源装置２０を駆動させるためのイネーブル信号を出力する。また、制御部１０の記憶部１１には、予めマイクロチップ２に所定の大きさの電流が流れたと想定し場合に生じる電圧（以下、「想定電圧」という）が記憶されており、想定電圧に応じた電流制御信号を出力する。

本実施形態の電源装置２０は、制御部１０から上記イネーブル信号が入力されると、図４に示した印加電圧を生成する動作を行う。

まず、ステップＳ１００でイネーブル回路５２は、入力されたイネーブル信号に応じてトランジスタＴｒ１がオン状態となるため、トランジスタＴｒ２がオン状態となり、駆動電圧Ｖｄｄが供給される。

次のステップＳ１０２でイネーブル回路５２は、インバータトランス回路５４へ入力電圧を出力する。具体的には、イネーブル信号に応じてトランジスタＴｒ３がオン状態となり、トランジスタＴｒ６がオフ状態となる。オペアンプＡｐ１には、第４入力端子８６を介して電流制御信号が入力される。オペアンプＡｐ２には、オペアンプＡｐ１から出力された電流制御信号と、第３入力端子８４を介して電流モニタ信号とが入力され、電流制御信号の大きさと電流モニタ信号の大きさとに応じた電圧がトランジスタＴｒ５のベースに出力される。これによった、トランジスタＴｒ５がオン状態となり、インバータトランス回路５４へ入力電圧が出力される。

なお、説明の便宜上、ステップＳ１００の後に、ステップＳ１０２の動作が行われているが、ステップＳ１００のイネーブル回路５２の動作、及びステップＳ１０２の入力制御回路５０の動作は、並行して行われるものである。なお、以下の各ステップにおいても、回路の動作とでしては並行して行われる動作について、説明の便宜上、順序を設けて記載している。

次のステップＳ１０４でインバータトランス回路５４は、入力電圧を昇圧した交流電圧を出力する。

次のステップＳ１０６でＣＣＷ回路５６は、インバータトランス回路５４から出力された昇圧電圧を増幅（図３に示した例では、６倍）して出力する。なお、上述したように、ＣＣＷ回路５６から出力された出力電圧の大きさが、印加電圧の大きさに応じた所定の大きさ以上になった場合は、インバータトランス回路５４の一次側に入力される電流を遮断する。

次のステップＳ１０８では、ＣＣＷ回路５６から出力された出力電圧を、出力短絡保護回路５８を介して、第１出力端子７０から印加電圧として出力する。

次のステップＳ１１０で電圧検出回路６４は、出力短絡保護回路５８から出力された電圧に応じた電圧モニタ信号を生成して第３出力端子７４を介して制御部１０へ出力する。なお、制御部１０は、第３出力端子７４を介して入力された電圧モニタ信号の大きさと、上記所定の大きさとを比較することにより、印加電圧の異常を検出してもよい。例えば、制御部１０は、電圧モニタ信号の大きさと、所定の大きさとを比較した比較結果に応じて、例えば、大きさの差が予め定められた閾値以上になった場合、何らかの異常が発生しているとみなし、外部に報知する等の処理を行ってもよい。この場合の制御部１０が、本開示の検出部の一例である。

一方、マイクロチップ２には、第１出力端子７０及び導入側電極２２と、第２出力端子７２及び排出側電極２４とにより、印加電圧が印加され、試料４０の測定が行われる。この際、マイクロチップ２（試料４０）には、実印加電圧に応じた電流が流れる。

そこで次のステップＳ１１２で電流検出回路６２は、マイクロチップ２を流れた電圧の大きさに応じた電流モニタ信号を生成して第２出力端子７２を介して、制御部１０に出力する。この電流モニタ信号は、制御部１０及び第１入力端子８０を介して、入力制御回路５０に入力される。

そこで、次のステップＳ１１４で入力制御回路５０のオペアンプＡｐ２は、入力された電流モニタ信号の大きさと、電流制御信号の大きさとを比較し、比較結果に基づいてインバータトランス回路５４の入力電圧を補正する。具体的には、入力制御回路５０のトランジスタＴｒ５は、電流モニタ信号の大きさと、電流制御信号の大きさとの差に応じた大きさの信号をトランジスタＴｒ５のベースに出力する。従って、トランジスタＴｒ５のベース−エミッタ間電圧Ｖ_ＢＥの大きさ、電流モニタ信号の大きさと、電流制御信号の大きさとの差に応じて変化し、その変化に応じて、入力制御回路５０から出力され、インバータトランス回路５４に入力される入力電圧の大きさが変化する。

この後、制御部１０から入力されるイネーブル信号によって、動作の停止を指示されるまで、再び上記ステップＳ１０４〜Ｓ１１４の各動作を繰り返す。これらの処理を繰り返しを行う際には、記憶部１１に記憶される想定電圧がステップの度に更新されていき、更新された想定電圧に応じた電流制御信号が次のステップで出力される。このように、ステップＳ１０４〜Ｓ１１４の各動作を繰り返し行うことにより、マイクロチップ２に想定電圧に応じた所定の大きさの電流が流れることになれば、ステップは完了する。その後、この所定の大きさの電流に対応した電圧がマイクロチップ２に印加され続け、試料４０をキャピラリー４で電気泳動することによって、例えば、血液中のヘモグロビンＡ１ｃ等の特定の成分を分析することができる。なお、この電気泳動中においてもステップＳ１０４〜Ｓ１１４の各動作を繰り返し行っていてもよい。

以上説明したように、上記実施形態の電源装置２０は、キャピラリー４を有するマイクロチップ２を用いる電気泳動装置用の電源装置１０において、電圧を生成するインバータトランス回路５４と、インバータトランス回路５４で生成された電圧を増幅して出力するＣＣＷ回路５６と、キャピラリー４に対してＣＣＷ回路５６から出力された電圧を印加するための所定間隔離れた第１出力端子７０及び第１入力端子８０の端子対からなる電極対と、第１出力端子７０及び第１入力端子８０によってマイクロチップ２に印加された実印加電圧の大きさに応じた電流モニタ信号と、マイクロチップ２に印加したと想定される想定電圧の大きさに応じた電流制御信号とが入力され、実印加電圧の大きさと想定電圧の大きさとを比較し、比較結果に基づいて、実印加電圧の大きさと、想定電圧の大きさとが一致するように、インバータトランス回路５４が生成する電圧の大きさを補正する入力制御回路５０と、を備える。

すなわち、本実施形態の電源装置２０は、入力制御回路５０が、マイクロチップ２に実際に流れた電流に基づく電流モニタ信号の大きさと、所定の大きさの電流がマイクロチップ２に流れた場合に、マイクロチップ２に印加したと想定される想定電圧の大きさに応じた電流制御信号の大きさとに基づいて、インバータトランス回路５４の入力電圧を補正する。従って、本実施形態の電源装置２０によれば、マイクロチップ２に、所定の大きさの電流を流すために印加する印加電圧の大きさの精度を高精度とすることができる。

測定具をディスポーザブルタイプのマイクロチップ２としており、負荷が一定ではないため、従来の電源装置を用いた場合、想定電圧の大きさと、実際にマイクロチップ２を流れた電流に基づいた実印加電圧の大きさとが一致しない場合がある。すなわち、測定具がディスポーザブルタイプのマイクロチップ２の場合、所定の大きさの電流がマイクロチップ２に流れない場合がある。このような場合に対しても、本実施形態の電源装置２０では、上述のように、マイクロチップ２によらず、所定の大きさの電流を流すことができる。換言すると、本実施形態の電源装置２０によれば、想定電圧の大きさと、実際にマイクロチップ２を流れた電流に基づいた実印加電圧の大きさとを一致させることができる場合がある。

また、本実施形態の電源装置２０では、インバータトランス回路５４から出力された昇圧電圧をＣＣＷ回路５６により増幅するため、大電流を要さず、比較的小電流で高電圧の印加電圧を得ることができる。

従って、本実施形態の電源装置２０によれば、小電流で、印加する電圧の大きさの精度を高精度とすることができる。また、本実施形態の電源装置２０によれば、上記のようにインバータトランス回路５４及びＣＣＷ回路５６を用いているため、電源装置２０が大型化するのを抑制し、かつ係るコストも抑制することができる。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されず、種々に変更することができることは言うまでもない。例えば、本実施形態の電源装置２０は、試料４０をキャピラリー４で電気泳動するための電圧印加の初期過程で、上述したようにインバータトランス回路５４の入力電圧を補正したが、入力電圧を補正するタイミングは当該形態に限定されない。入力電圧を補正するタイミングは、例えば、電気泳動を行うタイミングとは分け、電気泳動を行うよりも前のタイミングであってもよいが、入力電圧の補正が完了するまでに泳動が生じる場合があるため、上記実施形態のように初期過程のタイミングとすることが好ましい。

また例えば、上記実施形態の電源装置２０は、電気泳動装置１以外の測定装置や分析装置に適用してもよい。なお、上述したように、電源装置２０は、測定具の負荷がばらつく場合に適用することが好ましい。

また、電流検出回路６２は、想定電圧の大きさと、想定電圧に応じた電流の大きさとに基づき調整することで、より高精度に電流の大きさを行うことを可能とすることができる。

本明細書に記載された全ての文献、特許出願及び技術規格は、個々の文献、特許出願及び技術規格が参照により取り込まれることが具体的かつ個々に記された場合と同程度に、本明細書中に参照により取り込まれる。

１電気泳動装置
１０制御部
１１記憶部
２０電源装置
５０入力制御回路
５４インバータトランス回路
５６ＣＣＷ回路
５８出力短絡保護回路
６２電流検出回路
６４電圧検出回路
Ｒ１〜Ｒ３０抵抗素子

Claims

キャピラリーを有する測定具を用いる電気泳動装置用の電源装置において、
電圧を生成する生成部と、
前記生成部で生成された電圧を増幅して出力するコッククロフト・ウォルトン回路と、
前記キャピラリーに対して前記コッククロフト・ウォルトン回路から出力された電圧を印加するための所定間隔離れた第１端子及び第２端子からなる電極対と、
前記電極対によって前記測定具に印加された実印加電圧の大きさに応じた信号と、前記測定具に印加したと想定される想定電圧の大きさに応じた信号とが入力され、前記実印加電圧の大きさと前記想定電圧の大きさとを比較する比較回路と、
前記比較回路の比較結果に基づいて、前記実印加電圧の大きさと、前記想定電圧の大きさとが一致するように、前記生成部が生成する電圧の大きさを補正する補正部と、
を備えた電気泳動装置用の電源装置。
前記測定具に印加された前記実印加電圧の大きさを導出する導出部、をさらに備えた、
請求項１に記載の電気泳動用の電源装置。
前記導出部は、前記測定具に対して、前記コッククロフト・ウォルトン回路から出力された電圧が印加されたことにより、前記測定具に流れた電流の大きさに基づいて、前記実印加電圧の大きさを導出する、
請求項２に記載の電気泳動装置用の電源装置。
前記生成部は、入力電圧を昇圧して出力するインバータトランス回路であり、
前記補正部は、前記生成部に入力される前記入力電圧を補正する、
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の電気泳動装置用の電源装置。
前記コッククロフト・ウォルトン回路の出力と、前記第１端子との間に設けられた第１抵抗素子と、
前記第２端子と、グランドとの間に設けられ、前記第１抵抗素子よりも抵抗値が低い第２抵抗素子と、をさらに備え、
前記第２端子と前記第２抵抗素子との間のノードに、前記比較回路の入力が接続されている、
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の電気泳動装置用の電源装置。
前記コッククロフト・ウォルトン回路と、前記第１端子との間に、前記第１抵抗素子を有するローパスフィルタをさらに備えた、
請求項５に記載の電気泳動装置用の電源装置。
前記測定具は、試料が泳動する前記キャピラリーを備えたディスポーザブルタイプのチップである、
請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の電気泳動装置用の電源装置。
前記測定具に印加される前記実印加電圧の大きさを測定する測定部をさらに備えた、
請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の電気泳動装置用の電源装置。
請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の電気泳動装置用の電源装置と、
前記想定電圧の大きさを記憶する記憶部と、
前記記憶部に記憶された前記想定電圧の大きさに応じた信号を前記比較回路に入力させる制御を行う制御部と、
を備えた電気泳動装置。
請求項８に記載の電気泳動装置用の電源装置と、
前記電気泳動装置用の電源装置の測定部の測定結果に基づき、測定具に印加される前記実印加電圧の異常を検出する検出部と、
を備えた電気泳動装置。
キャピラリーを有する測定具を用いる電気泳動装置用の電源制御方法において、
生成部により、測定具に所定の大きさの電流を流すための電圧を生成し、
生成された電圧を、コッククロフト・ウォルトン回路により増幅して出力し、
前記キャピラリーに対して前記コッククロフト・ウォルトン回路から出力された実印加電圧を印加するための所定間隔離れた第１端子及び第２端子からなる電極対によって前記測定具に印加された前記実印加電圧の大きさに応じた信号と、前記測定具に印加したと想定される想定電圧の大きさに応じた信号とが入力される比較回路によって、前記実印加電圧の大きさと前記想定電圧の大きさとを比較し、
比較結果に基づいて、前記実印加電圧の大きさと、前記想定電圧の大きさとが一致するように、前記生成部が生成する電圧の大きさを補正する、
処理を含む電気泳動装置用の電源制御方法。