JP2020038233A - Capillary electrophoresis device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はキャピラリを用いる電気泳動装置に係り、特にその小型化と放電リスクの低減技術に関する。 The present invention relates to an electrophoresis apparatus using a capillary, and more particularly to a technique for reducing the size and reducing the risk of discharge.
近年、DNA解析は研究用途から病院等の臨床分野へと急速に適用範囲が広がっている。DNA解析の手段として、電気泳動によりサンプルのDNAフラグメントを分離する方法があり、犯罪捜査や血縁関係の判定、疾患診断に使用されている。 In recent years, the application range of DNA analysis has rapidly expanded from research use to clinical fields such as hospitals. As a means of DNA analysis, there is a method of separating a DNA fragment of a sample by electrophoresis, which is used for criminal investigation, determination of blood relation, and diagnosis of disease.
キャピラリ電気泳動は、分離媒体を充填したキャピラリを一定温度に保ち、高電圧をかけることで、帯電したDNAを塩基長ごとに分離する。キャピラリに励起光を照射し、キャピラリ内を通過するDNAの蛍光色素標識から発光される蛍光を検出することで、サンプルの塩基配列を読み取る事ができる。 In capillary electrophoresis, charged DNA is separated for each base length by applying a high voltage to a capillary filled with a separation medium at a constant temperature. The base sequence of the sample can be read by irradiating the capillary with excitation light and detecting the fluorescence emitted from the fluorescent dye label of the DNA passing through the capillary.
近年では様々なユーザの多様化に伴い、要望も多様化している。その一つに装置の小型化があり、もう一つにDNA解析の結果をできるだけ早く得ることが挙げられる。 In recent years, demands have been diversified with the diversification of various users. One is miniaturization of the device, and the other is to obtain the results of DNA analysis as soon as possible.
装置の小型化に関しては、装置内部の余剰スペースを積極的に省き、装置そのものを小型化する事が考えられる。キャピラリの陰極端の近傍に電位差を有する導電性部品が存在すると、キャピラリ以外の近傍部品に放電が起きる可能性が生じる。そこで、従来のキャピラリ電気泳動装置では、放電を回避するためにキャピラリの陰極端近くに導電性部品を配置しないような設計が為されてきた。しかしながら、装置を小型化すれば不可避的にキャピラリの陰極端と導電性部品は近接して配置する事になり、放電の可能性が高まる。 As for the miniaturization of the apparatus, it is conceivable to actively reduce the excess space inside the apparatus and reduce the size of the apparatus itself. If a conductive component having a potential difference exists near the cathode end of the capillary, there is a possibility that a discharge may occur in nearby components other than the capillary. Therefore, in a conventional capillary electrophoresis apparatus, a design has been made such that a conductive component is not disposed near the cathode end of the capillary in order to avoid discharge. However, if the device is miniaturized, the cathode end of the capillary and the conductive component are inevitably arranged close to each other, and the possibility of discharge increases.
これは特許文献1でも触れられている課題であり、特許文献1ではキャピラリの陰極端近くに導電性部品が配置されていても、キャピラリの電極から導電性部品までの空間距離、及び沿面距離が大きくなるような構造が開示されている。
This is a problem that is also mentioned in
一方、DNA解析の高速化に関しては、電気泳動を開始するに至るまでの所要時間を短縮する方法と、電気泳動速度そのものを早める方法が考えられる。特許文献2では、キャピラリとキャピラリを表面に配置する支持体、キャピラリと直接接触する温度制御用ヒータ、光学系、高圧電源から成る電気泳動装置が開示されている。このキャピラリを直接ヒータに接触させる構造により、電気泳動分析時に所定温度まで昇温する時間を短縮することができる。 On the other hand, with regard to speeding up the DNA analysis, a method of shortening the time required to start electrophoresis and a method of increasing the electrophoresis speed itself are conceivable. Patent Literature 2 discloses an electrophoresis apparatus including a capillary, a support on which the capillary is arranged on the surface, a temperature control heater that directly contacts the capillary, an optical system, and a high-voltage power supply. With the structure in which the capillary is brought into direct contact with the heater, the time required to raise the temperature to a predetermined temperature during electrophoretic analysis can be reduced.
特許文献2はキャピラリ電気泳動を開始するに至るまでの所要時間を短縮する事で解析結果を早める有効な手段である。また、キャピラリ電気泳動を高速化して解析結果を早める方法としては、例えば、キャピラリへの印加電圧を高圧化することも、そのひとつである。しかしながら、印加電圧を高圧化すれば、上述した電位差はより一層に高まることになり、これもキャピラリ以外近傍部品に放電が起きる可能性が生じる。 Patent Document 2 is an effective means for shortening the time required until capillary electrophoresis is started, thereby speeding up the analysis result. In addition, as one of the methods for speeding up the capillary electrophoresis to accelerate the analysis result, for example, increasing the voltage applied to the capillary is one of the methods. However, if the applied voltage is increased, the above-mentioned potential difference is further increased, and this may also cause a possibility that electric discharge occurs in components other than the capillary.
前述のとおり、キャピラリ電気泳動装置の小型化、DNA解析の高速化の要望を実現するにあたり、両者共に共通する課題として、放電現象への対策が挙げられる。キャピラリへの印加電圧を高圧化すれば、近傍部品への放電リスクも伴って増大する。これを軽減する為には、高電圧部から近傍の導電性部品までの空間距離や沿面距離を大きく取らなければならないが、単純に距離をとれば、その分だけ装置内部容量が増大し、装置の小型化と相反する。 As described above, in realizing the demand for downsizing the capillary electrophoresis apparatus and increasing the speed of DNA analysis, measures common to both of them include measures against a discharge phenomenon. If the voltage applied to the capillary is increased, the risk of discharge to nearby components also increases. To reduce this, it is necessary to increase the spatial distance and creepage distance from the high voltage part to the nearby conductive parts, but simply increasing the distance increases the internal capacity of the device, Conflicts with the miniaturization of
沿面距離を大きくとる方法としては、沿面距離に該当し得る部品を複雑な形状に加工し、表面積を大きくする方法も良く使われる。単純な面形状で済むところにも凹凸をつける事で、沿面距離を稼ぐ方法である。しかしながら、部品表面の切削痕、成形痕などの有無や、装置内の雰囲気温度、湿度の状態に因っても放電リスクは増減する。また、トラッキングと呼ばれる現象により、一度放電が起こった場所は放電経路として再発し易い状態になってしまう事もあり、構成部品の複雑化のみで放電対策を行うことは困難である。 As a method of increasing the creepage distance, a method of processing a part corresponding to the creepage distance into a complicated shape to increase the surface area is often used. This is a method of increasing the creepage distance by providing irregularities even where a simple surface shape is sufficient. However, the risk of discharge increases or decreases depending on the presence or absence of cutting traces, molding traces, and the like on the surface of the component, and the state of the ambient temperature and humidity in the apparatus. Also, due to a phenomenon called tracking, a place where a discharge has occurred once may easily become a state of recurrence as a discharge path, and it is difficult to take measures against the discharge only by complicating the components.
また単純に距離を取る以外、空間を塞ぐ事で絶縁する方法も使われる。キャピラリの電極を空間的に外部と遮断して取り付けられるならば、高電圧部を含む空間を遮断する事も容易である。しかしながら、キャピラリが消耗品であり、一定回数の電気泳動を行った後に交換しなければならない部品であるため、キャピラリ電極もまた、交換するユーザがアクセスし得る空間内に存在しなければならず、空間的な遮断も困難である。 In addition to simply keeping the distance, a method of insulating by closing the space is also used. If the electrodes of the capillary are spatially shielded from the outside, it is easy to block the space including the high voltage part. However, since the capillary is a consumable and a component that must be replaced after performing a certain number of electrophoresis, the capillary electrode must also be in a space accessible to the replacing user, Spatial isolation is also difficult.
本発明の目的は、上記の課題を解決し、沿面距離や空間距離を十分にとれない部品構成においても、放電リスクを減少させたキャピラリ電気泳動装置を提供することにある。 An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems and to provide a capillary electrophoresis apparatus in which a discharge risk is reduced even in a component configuration in which a creepage distance and a space distance cannot be sufficiently obtained.
上記の目的を達成するため、本発明においては、キャピラリを有し、電気泳動によりサンプルを分析する電気泳動装置において、熱源であるヒータと、少なくとも一部が金属からなる導電部材とを有し、前記導電部材は、接地部位と接触され、かつ絶縁処理されていることを特徴とする電気泳動装置を提供する。 To achieve the above object, in the present invention, an electrophoresis apparatus that has a capillary and analyzes a sample by electrophoresis has a heater as a heat source and a conductive member at least partially made of a metal, An electrophoretic device is provided, wherein the conductive member is in contact with a ground portion and is insulated.
本発明によれば、沿面距離や空間距離を十分にとれない部品構成において、放電リスクを減少させたキャピラリ電気泳動装置を提供できる。 According to the present invention, it is possible to provide a capillary electrophoresis apparatus in which a discharge risk is reduced in a component configuration in which a creepage distance and a space distance cannot be sufficiently obtained.
以下、図面に従い、本発明の種々の実施例を説明する。種々の実施例を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付した。 Hereinafter, various embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In all the drawings for describing various embodiments, components having the same function are denoted by the same reference numerals.
実施例1は、沿面距離や空間距離を十分にとれない部品構成に於いても、放電リスクを減少させたキャピラリ電気泳動装置の実施例である。すなわち実施例1は、キャピラリを用いて電気泳動によりサンプルを分析するキャピラリ電気泳動装置であって、キャピラリを加熱するヒータと、キャピラリ電極を保持し、高電圧部と接続する電極ホルダと、少なくとも一部が金属から成り、低電位に接地された導電部材とを備え、電極ホルダと導電部材間は構造体で接しており、構造体は絶縁部材である構成の電気泳動装置の実施例である。以下、図1〜図9を用いて実施例1を説明する。
図1に、実施例1に係るキャピラリ電気泳動装置の一構成例を示す。本装置は、装置上部にある照射検出/恒温槽ユニット40と、装置下部にあるオートサンプラーユニット20の二つのユニットに大きく分けることが出来る。
FIG. 1 illustrates a configuration example of the capillary electrophoresis apparatus according to the first embodiment. The present apparatus can be roughly divided into two units, an irradiation detection / constant
注入機構であるオートサンプラーユニット20には、サンプラーベース21の上にY軸駆動体23が搭載され、Y軸に駆動を行うことが出来る。Y軸駆動体23にはZ軸駆動体24が搭載され、Z軸に駆動を行うことが出来る。Z軸駆動体24の上にはサンプルトレイ25が搭載され、サンプルトレイ25の上に、泳動媒体容器28、陽極側緩衝液容器29、陰極側緩衝液容器33、サンプル容器26をユーザがセットする。サンプル容器26は、サンプルトレイ25上に搭載されたX軸駆動体22の上にセットされ、サンプルトレイ25上でサンプル容器26のみがX軸に駆動することが出来る。Z軸駆動体24には送液機構27も搭載される。この送液機構27は泳動媒体容器28の下方に配置される。
In an
照射検出/恒温槽ユニット40には、恒温槽である恒温槽ユニット41、恒温槽ドア43があり、中を一定の温度に保つことが出来る。恒温槽ユニット41の後方には検出部である照射検出ユニット42が搭載され、電気泳動時の検出を行うことが出来る。恒温槽ユニット41の中に、後で詳述するキャピラリカートリッジをユーザがセットし、恒温槽ユニット41にてキャピラリを恒温に保ちながら電気泳動を行い、照射検出ユニット42にて検出を行う。また、恒温槽ユニット41には、電気泳動のための高電圧印加時にGNDに落とすための電極(陽極)44も搭載されてある。恒温槽ユニット41は後で説明するキャピラリカートリッジの取り付け面50を備えている。
The irradiation detection / constant
上記のように、キャピラリカートリッジは恒温槽ユニット41に固定される。泳動媒体容器28、陽極側緩衝液容器29、陰極側緩衝液容器33、サンプル容器26は、オートサンプラーユニット20にてYZ軸に駆動することができ、サンプル容器26のみ、さらにX軸に駆動することが出来る。固定されたキャピラリカートリッジのキャピラリに、泳動媒体容器28、陽極側緩衝液容器29、陰極側緩衝液容器33、サンプル容器26が、オートサンプラーユニット20の動きで任意の位置に自動で接続することが出来る。
As described above, the capillary cartridge is fixed to the
図2に、図1に示したキャピラリ電気泳動装置を上面から見た図を示す。サンプルトレイ25上にセットされた陽極側緩衝液容器29には、陽極側洗浄槽30、陽極側電気泳動用緩衝液槽31、陽極側サンプル導入用緩衝液槽32がある。また、陰極側緩衝液容器33には、廃液槽34、陰極側洗浄槽35、陰極側電気泳動用緩衝液槽36がある。
FIG. 2 shows a diagram of the capillary electrophoresis apparatus shown in FIG. 1 as viewed from above. The anode-side
泳動媒体容器28、陽極側緩衝液容器29、陰極側緩衝液容器33、サンプル容器26は図2のような位置関係に配置される。これにより、恒温槽ユニット41内のキャピラリカートリッジのキャピラリ02との接続の際の陽極側-陰極側の位置関係は、「泳動媒体容器28−廃液槽34」、「陽極側洗浄槽30−陰極側洗浄槽35」、「陽極側電気泳動用緩衝液槽31−陰極側電気泳動用緩衝液槽36」、「陽極側サンプル導入用緩衝液槽32−サンプル容器26」となる。
The
図3に、図2に示したキャピラリ電気泳動装置のA−A断面図を示す。泳動媒体容器28はサンプルトレイ25にセットされる。また、送液機構27は、送液機構27に内蔵されたプランジャが、泳動媒体容器28の下方になるように配置される。
FIG. 3 is a cross-sectional view of the capillary electrophoresis apparatus shown in FIG. The
電気泳動の際、図3における右側がキャピラリ02の陰極側となり、左側が陽極側となる。オートサンプラーユニット20が図2に示した「陽極側電気泳動用緩衝液槽31-陰極側電気泳動用緩衝液槽36」の位置に移動し、電極(陰極)08側のキャピラリ02に高電圧がかかり、陰極側緩衝液容器33、陽極側緩衝液容器29を介し、電極(陽極)44にてGNDに流すことで電気泳動を行う。なお、サンプルトレイ25の位置を固定して、照射検出/恒温槽ユニット40を可動にする装置構造にしても良い。
In electrophoresis, the right side in FIG. 3 is the cathode side of the capillary 02, and the left side is the anode side. The
図4に、本実施例におけるキャピラリカートリッジの一構成の概略図を示す。キャピラリカートリッジ01は、キャピラリ02、支持体03、放熱体04、電極ホルダ05、検出部06、キャピラリヘッド07、電極(陰極)08、掴持部である把手09から構成されている。また、電極(陰極)08は、直接支持体03に固定された構造でも良い。なお、同図において、キャピラリカートリッジ01は、図4の手前側から把手09を備える支持体03、放熱体04、及びキャピラリ02の順に配置されている。
FIG. 4 shows a schematic diagram of one configuration of the capillary cartridge in the present embodiment. The
キャピラリヘッド07は、キャピラリ02の端部であり、キャピラリ02を束ねて保持するとともに、泳動媒体を充填する注入端または排出端である。本実施例では、キャピラリカートリッジ01を電気泳動装置に取り付ける際に、キャピラリヘッド07と泳動媒体が貯蔵されている容器とを接続することで、注入端として機能する。キャピラリヘッド07は、電気泳動装置に撓んだ状態で設置される。
The
図5には、図4に示した本実施例におけるキャピラリカートリッジ01の分解図を示す。放熱体04は、放熱体04の粘着性やタック性、あるいは化学的な接着や物理的な取り付け機構等により支持体03に貼りつけられている。また、キャピラリ02は、電極ホルダ05と検出部06が支持体03に取り付けられることで、一体構造となる。電極ホルダ05は、電極(陰極)08を保持しており、電極ホルダ05に形成された電極ホルダ固定ピン10を支持体03の電極ホルダ固定穴11に通すことで支持体03に固定される構造になっている。また、支持体03は検出部06を固定する検出部固定枠12を備えており、検出部06は、支持体03に形成された検出部固定枠12にはめこむことで支持体03に固定される。
FIG. 5 is an exploded view of the
キャピラリ02は、遮光及び強度を保持するための被覆が施された侠流路であり、例えばポリイミド被覆の施された内径約50μm程度の石英ガラス管である。この管に泳動媒体を充填して試料を泳動分離する泳動路となる。キャピラリ02と放熱体04が密着していることで、高電圧印加時にキャピラリ02から発生する熱を放熱体04により支持体03側へと逃がすことができ、キャピラリ02内部の温度上昇を防ぐことができる。
The capillary 02 is a circular channel provided with a coating for maintaining light shielding and strength, and is, for example, a quartz glass tube having an inner diameter of about 50 μm and a polyimide coating. This tube is filled with an electrophoresis medium to provide an electrophoresis path for electrophoretically separating a sample. Since the capillary 02 and the
電極(陰極)08は、キャピラリ02の本数に対応して存在し、電圧をかけることで、帯電した試料をキャピラリ02内に導入し、分子サイズごとに泳動分離を行うことができ
る。電極(陰極)08は、例えば内径0.1〜0.5mm程度のステンレスパイプであり、この中にキャピラリ02が挿入されている。
The electrodes (cathodes) 08 are provided corresponding to the number of the
検出部06は、キャピラリ02の中間部に位置し、キャピラリ02が平面状に一定の精度で配列されている。検出部06はキャピラリ02内を通過する試料の蛍光を検出する箇所であり、装置の検出系の位置と高精度に位置合わせを行う必要がある。
The
図6に、本実施例のキャピラリカートリッジ01の取り付けの詳細図の一例を示す。同図上段に取り付け前、下段に恒温槽ユニット41に取り付け後の状態を示した。電気泳動装置の恒温槽ユニット41側の取り付け面50に、検出部06の位置決めピン13を取り付け、支持体03の位置決め穴14に通して押し込むと、検出部06がクリップ51により仮固定される。このとき同時に、取り付ける装置の恒温槽ユニット41側のテーパー形状の電極ホルダ位置決めピン15が、支持体03の電極ホルダ位置決め穴16に自動的に入るため、一つの動作でキャピラリカートリッジ01が恒温槽ユニット41に仮固定される。なお、電極ホルダ位置決めピン15と電極ホルダ位置決め穴16は取り付け場所が逆であっても良い。すなわち、電極ホルダ05と支持体03は、一方に設けられた電極ホルダ位置決めピンを他方に設けられた電極ホルダ位置決め穴に通すことにより固定することができる。
FIG. 6 shows an example of a detailed view of the attachment of the
図7に、本実施例のキャピラリ電気泳動装置における放電リスクを低減したキャピラリ02近傍の一構成例を示す。恒温槽ベース67にはヒータアセンブリ60が取り付けられている。なお、同図においては、理解しやすくするため、ヒータアセンブリ60は恒温槽ベース67から離して図示してある。以下、同様である。
FIG. 7 shows a configuration example of the vicinity of the capillary 02 in the capillary electrophoresis apparatus according to the present embodiment in which the risk of discharge is reduced. The
ヒータアセンブリ60は、断熱材61、抵抗加熱ヒータ62、導電部材63、絶縁部材からなる構造体を構成する放熱ゴム64から成り、これらは接着、溶着、ネジ止めなどの方法で互いに固定されている。本実施例では、抵抗加熱ヒータ62が発生させた熱は、導電部材63と放熱ゴム64を通してキャピラリカートリッジ01のキャピラリ02に伝熱され、キャピラリ02を加熱する。また、抵抗加熱ヒータ62の熱を発散させないよう、ヒータアセンブリ60の恒温槽ベース67側には断熱材61が取り付けられている。
The
放熱ゴム64は抵抗加熱ヒータ62から発生した熱を効率よくキャピラリ02に伝える事が必要である為、伝熱性が優れる事が望ましい。また、接触するキャピラリ02を破損させないために柔らかい素材である事が望ましい。
Since the
抵抗加熱ヒータ62の温度制御は、ヒータアセンブリ60に取り付けられたサーミスタなどの温度感知センサで行う。図示を省略したサーミスタの取り付け位置は、断熱材61、抵抗加熱ヒータ62、導電部材63、放熱ゴム64のいずれでもよいが、放熱ゴム64の上が望ましい。
The temperature of the
導電部材63には低電位部位が接触する。低電位部位は一般的にアースやGND(グランド)と呼ばれるものであり、装置の電源と繋がる事で、仮想的なゼロ電位を持つ。本実施例では導電部材63に接触する低電位部位としてアース板66が恒温槽ベース67に取り付けられている。このアース板66は断熱材61、抵抗加熱ヒータ62の面を避けて導電部材63に接地される。低電位部位の形状として、アース板の代わりにアース線や装置のフレームを介したフレームGNDなどの形状を取っても良い。
A low-potential portion contacts the
図8に、本実施例における導電部材63の形状の一具体例として面取り加工70を施した構造を示す。導電部材63は少なくとも一部に金属を含む導電性に優れた部材である。例えばアルミニウム、鉄、真鍮、ステンレスなどの一枚の金属板である事は好ましい例の
一つである。他にも、金属粉や金属フィラーを混ぜた樹脂板、エラストマーなどでも良い。さらに、抵抗加熱ヒータ62や放熱ゴム64に蒸着する形の金属面や金属シート、金属薄膜などでも良い。
FIG. 8 shows a structure in which
導電部材63は、上述したようにゼロ電位を持つアース板66に接地することで同様にゼロ電位を持つ。導電部材63がゼロ電位を持つ事で、近傍部品の電位を下げる効果と、高電圧がかかる部位に対して電位が落ちる先を定める機能を持つため、これを満たす形状であればどのような形状でも良い。省スペースを実現するために一枚板の形状であることは好ましい例のひとつである。但し、電界集中を避けるため、可能な限り鋭角な形状を避け、エッジがある部分は面取り加工70などをして放電リスクを低減する事が望ましい。図8の具体例は、ヒータアセンブリ60の形状に沿った板形状を取り、また面取り加工70を行って電界集中を避けた一例である。
The
図9に図8に示した導電部材63に絶縁処理を施す場合の例を示した。導電部材63に対して直接放電が起きないよう、導電部材63は絶縁されていることが望ましい。例えばポリイミドシートや絶縁性のエラストマー、樹脂などで導電部材63全体が包み込まれている事は、好ましい例の一つである。
FIG. 9 shows an example in which the
図9には高電圧部との距離に比例して絶縁部材の厚みを変え、最適な絶縁処理を施す工夫を行った一具体例を示す。導電部材63の上部は高電圧部との距離が最も離れている為に1枚の絶縁材80が巻かれており、中部は上部よりも厚く2枚の絶縁材81が巻かれており、最も高電圧部との距離が近い下部は最も厚く3枚の絶縁材82が巻かれている。ポリイミドシートに代表される絶縁材は一般に高価であり、また厚みが増せば熱伝導率が低下することから、本構成によって全体に一様な厚みの絶縁材を貼り付けるよりも低コスト、かつ熱伝導率の低下を抑えた機能を実現できる。また、絶縁材の巻き数を変更するのではなく、一枚の絶縁材において絶縁性能と熱伝導率にグラデーションを付けても良い。コストや熱伝導率の低下が許容範囲内であるならば、全体に一様な厚みの絶縁材を貼り付けることが可能であることは言うまでもない。但し、いずれの場合にも、導電部材63がアース板66に接地する機能を設けた形で絶縁処理を施すことは必要である。また、導電部材63と十分に沿面距離を取れるよう、恒温槽ベース67と導電部材63の接する面がせり出していても良い。
FIG. 9 shows a specific example in which the thickness of the insulating member is changed in proportion to the distance from the high-voltage portion, and a method for performing an optimal insulating process is performed. The upper part of the
本実施例の構成において、図7の恒温槽ベース67の内部に、図8や図9に示した導電部材63が内包されたキャピラリ電気泳動装置で電気泳動を開始すると、電極プラグ65を通して、電極ホルダ05内の高電圧部に高電圧がかかる。放電現象は電位差により発生するため、このとき放電が起きるのはゼロ電位を持つアース板66または導電部材63に対してである。しかしながら、本実施例の構成では導電部材63と恒温槽ベース67は導電部材63の下辺で接しており、恒温槽ベース67と電極ホルダ05は電極プラグ65を包み込む形で接している。
In the configuration of the present embodiment, when the electrophoresis is started by the capillary electrophoresis apparatus in which the
このとき、恒温槽ベース67と電極ホルダ05は絶縁部材であるため、複数の絶縁された構造体により、高電圧部とゼロ電位である低電圧部が接している構成である。すると、高電圧がかかる部位から恒温槽ベース67を誘電体として、ゼロ電位である導電部材63まで、電位は緩やかに下がる。低電位部位であるアース板66に接地された導電部材63は、アース板66と同じく装置の仮想的なゼロ電位を持つ。一般的に高電圧がかかる部位とその近傍では高い電位が発生するが、導電部材63とゼロ電位を持つ導電部材63の近傍に位置される部品は電位が低下するため、電極プラグ65や電極ホルダ05の高電圧部から導電部材63以外への放電が発生しない構成である。
At this time, since the
ここで、導電部材63は、構造的に大きければ大きいほど、導電部材63の近傍部品の
電位も低下させやすい。例えば導電部材63の面積が、例えば、電極ホルダにより保持されるキャピラリ電極により高電圧が印加される部材の面積よりも大きい事は、近傍部位への放電を抑える効果を大きくする要因のひとつである。
Here, as the
実施例2は、沿面距離や空間距離を十分にとれない部品構成に於いても、放電リスクを減少させたキャピラリ電気泳動装置の他の実施例である。 Embodiment 2 Embodiment 2 is another embodiment of the capillary electrophoresis apparatus in which the discharge risk is reduced even in a component configuration in which a creepage distance and a space distance cannot be sufficiently obtained.
図10に示す通り、図7で示した実施例1とは同じ構成部材を備えるが、ヒータアセンブリ60に含まれる導電面と抵抗加熱ヒータ62の順序が異なっている。すなわち、断熱材61に導電部材63が隣接して配置され、続いて抵抗加熱ヒータ62が配置される。これは抵抗加熱ヒータ62と導電部材63の導電面を入れ替えることにより、導電部材63の導電面と恒温槽ベース67の距離を近づけ、抵抗加熱ヒータ62を介在したときよりも導電部材63の導電面と恒温槽ベース67の電位を近づける構成である。本実施例の構成とすることで、恒温槽ベース67とその近傍部品の電位をさらに低下させることが期待できる。また、導電部材63に対して直接放電が起きないよう、導電部材63に絶縁対策が施されていることは、実施例1と同様である。
As shown in FIG. 10, the same components as those in the first embodiment shown in FIG. 7 are provided, but the order of the conductive surface and the
実施例1と実施例2に示す通り、性能を向上させるために構成する部品の順序が入れ換わること、またそれに伴う形状の変化があることがある。 As shown in the first embodiment and the second embodiment, the order of the components configured to improve the performance may be changed, and the shape may be changed accordingly.
実施例3は、沿面距離や空間距離を十分にとれない部品構成に於いても、放電リスクを減少させたキャピラリ電気泳動装置において、さらに保温機能を持たせた構成の実施例である。すなわち、実施例3はキャピラリを用いて電気泳動によりサンプルを分析するキャピラリ電気泳動装置であって、キャピラリを加熱するヒータと、キャピラリ電極を保持し、高電圧部と接続した電極ホルダと、少なくとも一部が金属から成り、かつ低電位に接地された導電性蓄熱板とを備え、電極ホルダと導電性蓄熱板間は構造体で接しており、それら構造体は絶縁部材である構成のキャピラリ電気泳動装置の実施例である。 The third embodiment is an embodiment of a configuration in which a heat retention function is further provided in a capillary electrophoresis apparatus in which a discharge risk is reduced even in a component configuration in which a creepage distance and a space distance cannot be sufficiently obtained. That is, Example 3 is a capillary electrophoresis apparatus for analyzing a sample by electrophoresis using a capillary, and includes at least one heater for heating the capillary, an electrode holder for holding the capillary electrode and connected to the high-voltage section. Capillary electrophoresis in which a part is made of metal and has a conductive heat storage plate grounded to a low potential, and the electrode holder and the conductive heat storage plate are in contact with each other by a structure, and the structure is an insulating member. It is an Example of an apparatus.
図11に示す本実施例においては、図7で示した実施例のうち、導電部材63の代わりに導電性蓄熱板90を用いることにより、蓄熱の機能も持たせている。この導電部材である導電性蓄熱板90は少なくとも一部に金属を含む導電性に優れた部材であり、かつ熱容量を大きくしたものである。例えば1.0mm〜10.0mmほどの厚みを持たせたアルミニウム、鉄、真鍮、ステンレスなどの一枚の金属板である事は、導電性、熱容量からも好ましい例のひとつである。他にも、金属粉や金属フィラーを混ぜた樹脂板、エラストマーのうち、熱容量が高いものが好ましい。この導電性蓄熱板90に対して直接放電が起きないよう、絶縁対策が施されていることは、実施例1の導電部材63と同様である。また、導電性蓄熱板90と電極ホルダ05間は、絶縁部材からなる構造体として放熱ゴム64で接していることも実施例1と同様である。
In the present embodiment shown in FIG. 11, a heat storage function is also provided by using a conductive
導電性蓄熱板90を用いる本実施例の構成では、例えばキャピラリカートリッジ01を交換する際に、ユーザが恒温槽ドア43を開閉したとしても容易に温度が低下しない効果が得られる。これは導電部材である導電性蓄熱板90が放電リスクを下げる機能の他に、高い熱容量により抵抗加熱ヒータ62から発生する熱を十分に蓄熱する機能を持つためである。
In the configuration of the present embodiment using the conductive
本実施例の構成に基づく実際の検証結果と共に、本実施例の効果を図13〜図16を用いて説明する。 The effect of the present embodiment, together with the actual verification results based on the configuration of the present embodiment, will be described with reference to FIGS.
まず図13は高電圧印加部である電極ホルダ05の周囲に浮遊金属が一切なく、電極ホルダ05が接する絶縁された構造体が全て誘電体として機能する理想状態の一つを示すグラフである。横軸は距離、縦軸は電位を示しており、-20kVが印加される電極ホルダ05の位置の距離xをゼロとする。このとき、同図上段に示すように、-20kVから0kVまでが緩やかに電位を落とし、放電はまったく起こらない。
First, FIG. 13 is a graph showing one of the ideal states in which there is no floating metal around the
図14の右側に、本実施例の図11のキャピラリ近傍の構成から導電性蓄熱板90を除いて電気泳動試験を行ったときの結果を示す。同図に示すように、装置の印加電圧を0kVから-20kVまで段階的に印加したのに対し、装置電源の電流値とキャピラリ電流値が共に大きく揺れている。装置電源からもキャピラリからも、18kV付近から大きく放電が起こっている。これは、内部の導電性蓄熱板90が存在しない為にできた10mm程度の隙間において、高電圧印加部である電極ホルダ05から放電が起こっていることが解る。
The right side of FIG. 14 shows the result of an electrophoresis test performed by removing the conductive
図14の左側に、この時に起こった現象を電位、電界の観点から予想した一例を示す。隙間を通して電界の集中が起こり、空気の耐圧を突破するため、放電が起こる。この時、電位は急激に低下している。 The left side of FIG. 14 shows an example in which the phenomenon that occurred at this time was predicted from the viewpoint of the potential and the electric field. The electric field is concentrated through the gap and breaks the pressure resistance of air, so that electric discharge occurs. At this time, the potential drops sharply.
次に、図15の右側には、導電性蓄熱板90、電極ホルダ05を備え、その間の絶縁された構造体と導電性蓄熱板90の間に、1mm以下の隙間を設けた状態で、電気泳動試験を行った時の結果を示す。図14に比べて極端な電流値の揺れは起こらなくなったものの、代わりに低電圧環境下においても微小な電流値の揺れが断続的に起こり、また-19kV、-20kV電圧印加時には大きな電流値の揺れが起こっている。
Next, on the right side of FIG. 15, a conductive
図15の左側は、この時に起こった現象を電位、電界の観点から予想した一例である。導電性蓄熱板90がゼロ電位を持つため、電位はここに向かって落ちるが、絶縁されているため放電には至らない。また、1mm以下の微小な隙間で電界集中が起こるが、大きな放電現象には至らない。但し、隙間が1mm以下と図14で示した例よりも微小であるため、断続的な電流値の揺れが起こる。また、-19kV以上の高電圧を印加した際には、最終的に放電に至る。
The left side of FIG. 15 is an example in which the phenomenon that occurred at this time is predicted from the viewpoint of the potential and the electric field. Since the conductive
最後に、図16の右側は、本実施例の構造で電気泳動試験を行った時の結果である。図15で設けた隙間を排し、導電性蓄熱板90と電極ホルダ05は、絶縁された単一若しくは複数の構造体によって隙間なく、連続的に接している。装置電源、キャピラリ共に電流値の揺れは殆ど見られない。
Finally, the right side of FIG. 16 shows the results when an electrophoresis test was performed using the structure of this example. The gap provided in FIG. 15 is eliminated, and the conductive
図16の左側はこの時に起こった現象を電位、電界の観点から予想した一例である。導電性蓄熱板90がゼロ電位を持つため、電位はここに向かって落ちるが、絶縁されているため放電には至らない。また、隙間が無い為に導電性蓄熱板90を過ぎてからも絶縁部材である構造体が誘電体となって、緩やかに電位が低下する。
The left side of FIG. 16 is an example in which the phenomenon that occurred at this time was predicted from the viewpoint of the potential and the electric field. Since the conductive
実施例4は、沿面距離や空間距離を十分にとれない部品構成に於いても、放電リスクを減少させたキャピラリ電気泳動装置において、さらに保温機能を持たせた別の構成の実施例である。すなわち、実施例4はキャピラリ電気泳動装置において、キャピラリを加熱するヒータと、非導電性蓄熱板と、キャピラリ電極を保持し、高電圧部と接続した電極ホルダと、少なくとも一部が金属から成り、かつ低電位に接地された導電部材とを備え、電極ホルダと導電部材間は絶縁部材である構造体で接している構成の電気泳動装置の実施例である。 Fourth Embodiment A fourth embodiment is another embodiment in which the capillary electrophoresis apparatus in which the risk of discharge is reduced is further provided with a heat retaining function even in a component configuration in which a creepage distance and a space distance cannot be sufficiently obtained. That is, Example 4 is a capillary electrophoresis apparatus, in which a heater for heating a capillary, a non-conductive heat storage plate, an electrode holder that holds a capillary electrode and is connected to a high-voltage part, and at least a part of which is made of metal, This is an embodiment of an electrophoresis apparatus having a configuration in which a conductive member grounded to a low potential is provided, and the electrode holder and the conductive member are in contact with each other by a structure serving as an insulating member.
図12に示す通り、図11で示した構造のうち、蓄熱の機能を持たせた導電性蓄熱板9
0を非導電性蓄熱板100とし、更に導電面として導電部材63を貼り付ける構成である。非導電性蓄熱板100として、例えば1.0mm〜10.0mmほどの厚みを持たせたアルミナ、ガラス板などの一枚の非導電性蓄熱板を用いることは、熱容量から好ましい例の一つである。この非導電性蓄熱板100に貼りつけられる導電部材63としては、先の実施例で挙げられたアルミニウム、鉄、真鍮、ステンレスなどの一枚の金属板、金属粉や金属フィラーを混ぜた樹脂板、エラストマー、蒸着する形の金属面や金属シート、金属薄膜などが挙げられる。本実施例においても、導電部材63に直接放電が起きないよう、導電部材63は絶縁されている事が望ましい。
As shown in FIG. 12, of the structure shown in FIG. 11, a conductive heat storage plate 9 having a heat storage function is provided.
0 is a non-conductive
また、図12においては抵抗加熱ヒータ62と非導電性蓄熱板100の間に導電部材63の導電面が挟まれているが、抵抗加熱ヒータ62と導電性蓄熱板90を組み合わせた非導電性ヒータ、例えば一般的にセラミックヒータやガラスヒータと呼ばれるものに、上記の導電部材63を貼り付け、また直接放電が起きないよう絶縁されている事が望ましい。
In FIG. 12, the conductive surface of the
以上詳述した本発明によれば、一般的にはアースやグランドと呼ばれる低電位と接地した、少なくとも一部が金属から成る導電部材は、ほぼゼロ電位と考える事ができる。この導電部材と絶縁部材で接する部品は、絶縁部材が誘電体として機能するため、電位差があっても電位差を緩やかに落とす事ができる。 According to the present invention described in detail above, a conductive member that is at least partially made of metal and is grounded to a low potential generally called a ground or a ground can be considered to have a substantially zero potential. Since the insulating member functions as a dielectric, the potential difference can be gradually reduced even if there is a potential difference in a component that is in contact with the conductive member by the insulating member.
キャピラリ電極を保持する電極ホルダは、高電圧部と接続するため、高い電位を持つ。よって、この電極ホルダと導電部材が絶縁部材によって接していれば、キャピラリに電極を介して高電圧を印加した際にも緩やかに電位を落とす事ができる。 The electrode holder that holds the capillary electrode has a high potential to connect to the high voltage section. Therefore, when the electrode holder and the conductive member are in contact with each other by the insulating member, the potential can be gradually decreased even when a high voltage is applied to the capillary via the electrode.
例えば電極ホルダと低電位の構造体の間に十分な沿面距離や空間距離があると、この間に放電は起こらない。小型化のために十分な距離を取れない場合、絶縁部材を入れる事が考えられるが、この絶縁部材と電極ホルダまたは低電位体の間に空隙があると、この空隙で放電が起こる。これは絶縁部材を誘電体として、この誘電体の中では電位勾配が緩やかに落ちるが、絶縁部材と空隙の間の電位勾配は何も入れない時よりも急勾配になる為、放電が起こり易くなってしまうためである。よって、電極ホルダと導電部材は、単一もしくは複数の絶縁部材によって、空隙が存在することなく連続的に接していることが望ましい。 For example, if there is a sufficient creepage distance or space distance between the electrode holder and the low-potential structure, no discharge occurs during this time. If a sufficient distance cannot be secured for miniaturization, it is conceivable to insert an insulating member. However, if there is a gap between the insulating member and the electrode holder or the low-potential body, discharge occurs in this gap. This uses an insulating member as a dielectric, and the potential gradient gradually drops in this dielectric, but the potential gradient between the insulating member and the air gap becomes steeper than when nothing is inserted, so discharge tends to occur. It is because it becomes. Therefore, it is desirable that the electrode holder and the conductive member are continuously contacted by a single or a plurality of insulating members without any gap.
また、構造体が絶縁部材でないと、誘電体としての性質を持たないため、電位差を緩やかに落とす機能を持たない。よって、構造体は単一もしくは複数の層からなる絶縁部材で構成する。 In addition, if the structure is not an insulating member, it does not have a property as a dielectric, and thus does not have a function of gradually reducing the potential difference. Therefore, the structure is composed of an insulating member composed of a single layer or a plurality of layers.
さらに、例えば導電部材が単純な金属板や蒸着された金属面であって、アースまたはグランドに接していない場合、空中に浮遊する金属であるので、電位差は落ちず一定に保たれるのみである。また、導電部材が存在しないと、高電圧部の高い電位は落ちる先が定まらない。すると、近傍部品の表面状態や、駆動による距離の変化によって、放電したり放電箇所が変わったりする。これらの事から、本発明の少なくとも一部が金属からなり、かつ低電位に接地された導電部材、低電位と接地した金属を含む面が存在しなければ放電対策が困難となる。 Furthermore, for example, when the conductive member is a simple metal plate or a vapor-deposited metal surface and is not in contact with the ground or the ground, it is a metal floating in the air, so that the potential difference does not drop and is only kept constant. . Further, if the conductive member does not exist, the destination where the high potential of the high voltage portion falls is not determined. Then, the discharge or the discharge location changes depending on the surface condition of the nearby component or a change in the distance due to driving. From these facts, it is difficult to take countermeasures against discharge unless at least a part of the present invention is made of metal and there is no conductive member grounded to a low potential and a surface containing a metal grounded to a low potential.
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明のより良い理解のために詳細に説明したのであり、必ずしも説明の全ての構成を備えるものに限定されものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることが可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and includes various modifications. For example, the above-described embodiments have been described in detail for better understanding of the present invention, and are not necessarily limited to those having all the configurations described. Further, a part of the configuration of one embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of one embodiment can be added to the configuration of another embodiment. Also, for a part of the configuration of each embodiment, it is possible to add, delete, or replace another configuration.
01:キャピラリカートリッジ,02:キャピラリ,03:支持体,04:放熱体,05:電極ホルダ,06:検出部,07:キャピラリヘッド,08:電極(陰極),09:把手,10:電極ホルダ固定ピン,11:電極ホルダ固定穴,12:検出部固定枠,13:検出部位置決めピン,14:位置決め穴,15:電極ホルダ位置決めピン,16:電極ホルダ位置決め穴,20:オートサンプラーユニット,21:サンプラーベース,22:X軸駆動体,23:Y軸駆動体,24:Z軸駆動体,25:サンプルトレイ,26:サンプル容器,27:送液機構,28:泳動媒体容器,29:陽極側緩衝液容器,30:陽極側洗浄槽,31:陽極側電気泳動用緩衝液槽,32:陽極側サンプル導入用緩衝液槽,33:陰極側緩衝液容器,34:廃液槽,35:陰極側洗浄槽,36:陰極側電気泳動用緩衝液槽,40:照射検出/恒温槽ユニット,41:恒温槽ユニット,42:照射検出ユニット,43:恒温槽ドア,44:電極(陽極),50:取り付け面,51:クリップ,60:ヒータアセンブリ,61:断熱材,62:抵抗加熱ヒータ,63:導電部材,64:放熱ゴム,65:電極プラグ,66:アース板,67:恒温槽ベース,70:面取り加工,80:1枚の絶縁材,81:2枚の絶縁材,82:3枚の絶縁材,90:導電性蓄熱板,100:非導電性蓄熱板 01: Capillary cartridge, 02: Capillary, 03: Support, 04: Heat radiator, 05: Electrode holder, 06: Detector, 07: Capillary head, 08: Electrode (cathode), 09: Handle, 10: Electrode holder fixed Pin, 11: Electrode holder fixing hole, 12: Detection unit fixing frame, 13: Detection unit positioning pin, 14: Positioning hole, 15: Electrode holder positioning pin, 16: Electrode holder positioning hole, 20: Autosampler unit, 21: Sampler base, 22: X-axis drive, 23: Y-axis drive, 24: Z-axis drive, 25: sample tray, 26: sample container, 27: liquid transfer mechanism, 28: electrophoresis medium container, 29: anode side Buffer solution container, 30: anode side washing tank, 31: anode side electrophoresis buffer solution tank, 32: anode side sample introduction buffer solution tank, 33: cathode side buffer solution container, 34: Liquid tank, 35: Cathode side washing tank, 36: Cathode side electrophoresis buffer tank, 40: Irradiation detection / constant temperature bath unit, 41: Constant temperature bath unit, 42: Irradiation detection unit, 43: Constant temperature bath door, 44: Electrode (anode), 50: mounting surface, 51: clip, 60: heater assembly, 61: heat insulating material, 62: resistance heater, 63: conductive member, 64: heat radiation rubber, 65: electrode plug, 66: ground plate, 67: constant temperature bath base, 70: chamfering, 80: one insulating material, 81: two insulating materials, 82: three insulating materials, 90: conductive heat storage plate, 100: non-conductive heat storage plate
Claims (9)
熱源であるヒータと、
少なくとも一部が金属からなる導電部材と、を備え、
前記導電部材は、接地部位と接触され、かつ絶縁処理されている
ことを特徴とする電気泳動装置。 In an electrophoresis apparatus having a capillary and analyzing a sample by electrophoresis,
A heater as a heat source;
And a conductive member at least partially made of metal,
The electrophoretic device according to claim 1, wherein the conductive member is in contact with a ground portion and is insulated.
前記導電部材と前記キャピラリとの間に、絶縁部材からなる構造体を有する
ことを特徴とする電気泳動装置。 The electrophoretic device according to claim 1,
An electrophoretic device comprising a structure made of an insulating member between the conductive member and the capillary.
前記構造体は、放熱ゴムである
ことを特徴とする電気泳動装置。 The electrophoretic device according to claim 2,
An electrophoresis apparatus, wherein the structure is a heat radiation rubber.
前記導電部材は、面取りが施されている
ことを特徴とする電気泳動装置。 The electrophoresis apparatus according to any one of claims 1 to 3,
An electrophoretic device, wherein the conductive member is chamfered.
電極プラグが接続される高電圧部を有し、
前記導電部材の絶縁処理は、高電圧部からの距離に応じて段階的に施される
ことを特徴とする電気泳動装置。 The electrophoretic device according to claim 4,
A high voltage portion to which the electrode plug is connected,
The electrophoresis apparatus according to claim 1, wherein the insulating treatment of the conductive member is performed stepwise according to a distance from a high voltage part.
前記ヒータと、前記導電部材とが取り付けられ、かつ絶縁部材からなる恒温槽ベースと、
電極プラグが接続される高電圧部と、を有し、
前記恒温槽ベースは、前記導電部材と前記高電圧部との間に位置する
ことを特徴とする電気泳動装置。 The electrophoresis apparatus according to any one of claims 1 to 4,
The heater and the thermostatic bath base to which the conductive member is attached and made of an insulating member,
A high voltage portion to which the electrode plug is connected,
The electrophoresis apparatus, wherein the thermostat base is located between the conductive member and the high-voltage section.
電極プラグが接続される高電圧部を有し、
前記導電部材と前記高電圧部は、単一もしくは複数の層から構成される、絶縁部材からなる構造体を介して接している
ことを特徴とする電気泳動装置。 The electrophoresis apparatus according to any one of claims 1 to 4,
A high voltage portion to which the electrode plug is connected,
An electrophoretic device, wherein the conductive member and the high voltage portion are in contact with each other via a structure made of an insulating member, which is composed of a single layer or a plurality of layers.
前記ヒータと、前記導電部材とが取り付けられる恒温槽ベースを有し、
前記恒温槽ベースと前記導電部材との間に位置し、かつ恒温槽ベースと接触する断熱材を有することを特徴とする電気泳動装置。 The electrophoretic device according to claim 1,
The heater has a constant temperature bath base to which the conductive member is attached,
An electrophoresis apparatus comprising a heat insulating material located between the constant temperature bath base and the conductive member and in contact with the constant temperature bath base.
前記導電部材は、1.0〜10mmの厚みを有する金属板である
ことを特徴とする電気泳動装置。 The electrophoretic device according to claim 1,
The electrophoretic device according to claim 1, wherein the conductive member is a metal plate having a thickness of 1.0 to 10 mm.
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