JP3456070B2 - Capillary array electrophoresis device - Google Patents

Capillary array electrophoresis device

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JP3456070B2
JP3456070B2 JP25240195A JP25240195A JP3456070B2 JP 3456070 B2 JP3456070 B2 JP 3456070B2 JP 25240195 A JP25240195 A JP 25240195A JP 25240195 A JP25240195 A JP 25240195A JP 3456070 B2 JP3456070 B2 JP 3456070B2
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capillary
capillaries
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fluorescence
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隆 穴沢
智 高橋
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Hitachi Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、DNA、RNA、
又は蛋白質等の分離分析装置に係る技術分野に属し、特
にDNA、RNAの塩基配列決定、あるいは個体の塩基
配列の多様性に基づく制限酵素断片の多型性の計測を行
なうキャピラリーアレイ電気泳動装置に係る技術分野に
属する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to DNA, RNA,
Alternatively, the present invention relates to a capillary array electrophoresis apparatus that belongs to the technical field relating to an apparatus for separating and analyzing proteins and the like, and particularly for determining the base sequences of DNA and RNA, or measuring the polymorphism of restriction enzyme fragments based on the diversity of individual base sequences. Belong to the technical field concerned.

【0002】[0002]

【従来の技術】DNA、RNA等の分析技術は、遺伝子
解析や遺伝子診断を含む医学、生物学の分野でますます
重要になってきている。特に最近、特にゲノム解析計画
に関連して、高速、高スループットのDNA解析装置の
開発が進んでいる。DNA解析では、蛍光標識された試
料をゲル電気泳動によって分子量分離し、試料にレーザ
を照射して蛍光標識から発する蛍光を検出し、検出され
る一連の信号を解析する。ゲル電気泳動では、0.3m
m程度の間隔に保持された2枚のガラス板の間で、アク
リルアミドを重合させた平板ゲルが広く使用されている
(スラブゲル電気泳動)。平板ゲルの上端(一端)の泳
動開始点に注入された試料は、平板ゲルの両端に印加さ
れた電界により分子量分離されながら下端(他端)方向
に泳動される。泳動開始点から一定距離の位置におい
て、平板ゲルの側面からレーザを照射して、全ての泳動
路を一度に照射し、レーザ照射部を通過する蛍光標識さ
れた試料の泳動分離された成分を励起する。レーザ照射
により発する蛍光の検出は、一定時間間隔で連続して周
期的に検出する。この検出結果を解析することによりD
NA塩基配列を決定している。
2. Description of the Related Art Analysis techniques for DNA, RNA, etc. are becoming more and more important in the fields of medicine and biology including gene analysis and gene diagnosis. In particular, recently, development of a high-speed, high-throughput DNA analysis device has been progressing, particularly in connection with a genome analysis project. In DNA analysis, a fluorescently labeled sample is subjected to gel electrophoresis to separate its molecular weight, the sample is irradiated with a laser to detect fluorescence emitted from the fluorescent label, and a series of detected signals is analyzed. 0.3m by gel electrophoresis
A flat gel in which acrylamide is polymerized between two glass plates held at an interval of about m is widely used (slab gel electrophoresis). The sample injected at the migration start point of the upper end (one end) of the slab gel is migrated toward the lower end (the other end) while the molecular weight is separated by the electric field applied to both ends of the slab gel. At a certain distance from the migration start point, laser is irradiated from the side of the flat gel to irradiate all migration paths at once, and excites the separated components of the fluorescently labeled sample passing through the laser irradiation part. To do. The fluorescence emitted by the laser irradiation is continuously and periodically detected at fixed time intervals. D by analyzing this detection result
The NA base sequence has been determined.

【0003】最近では平板ゲルに替わり、溶融石英製の
毛細管内にゲルを重合させたキャピラリーゲルが使用さ
れるようになった。キャピラリーゲル電気泳動は、上記
のスラブゲル電気泳動に比較して、大きな電界を加える
ことができ、高速、高分離が可能な方法として注目を集
めている(Analytical Chemistry
62、900(1990))。通常、キャピラリーゲ
ル電気泳動装置では、1本のキャピラリー管を用い、そ
の下端近傍のキャピラリー中をレーザ照射し、蛍光標識
された試料から発する蛍光を検出するオンカラム計測を
行なっている。キャピラリーの外表面全体はポリイミド
コーティングされているので、蛍光を検出する位置のコ
ーティングを除去してガラスを露出させておく(米国特
許5312535(May 17、1994))。この
ガラスが露出した位置に照射されるレーザにより、電気
泳動によってキャピラリー内部を泳動する蛍光標識され
た試料の泳動分離された成分が励起され蛍光を発する。
この蛍光を一定時間間隔で連続して周期的に検出し、解
析することによりDNA塩基配列を決定している。しか
し、上記のオンカラム計測装置では、レーザビームのキ
ャピラリー表面での屈折が大きいために、1度に1本の
キャピラリーしか使用できず、スループットが上がらな
いという難点があった。そこで最近、複数本のキャピラ
リーをアレイ化して、多くの試料を同時に高速分析する
高スループットなキャピラリーアレイゲル電気泳動装置
がいくつか報告されている。
Recently, instead of a flat gel, a capillary gel in which a gel is polymerized in a capillary tube made of fused silica has been used. Capillary gel electrophoresis has attracted attention as a method capable of applying a large electric field and capable of high speed and high separation as compared with the above slab gel electrophoresis (Analytical Chemistry).
62, 900 (1990)). Usually, in a capillary gel electrophoresis apparatus, one capillary tube is used, the inside of the capillary near the lower end of the capillary tube is irradiated with a laser, and on-column measurement is performed to detect fluorescence emitted from a fluorescence-labeled sample. Since the entire outer surface of the capillary is coated with polyimide, the coating at the position where fluorescence is detected is removed to expose the glass (US Pat. No. 5,312,535 (May 17, 1994)). By the laser applied to the position where the glass is exposed, the components separated by electrophoresis of the fluorescently labeled sample that migrates inside the capillary by electrophoresis are excited to emit fluorescence.
The DNA base sequence is determined by continuously detecting this fluorescence at regular time intervals and analyzing it. However, in the above-described on-column measuring device, since the refraction of the laser beam on the capillary surface is large, only one capillary can be used at a time, and the throughput cannot be increased. Therefore, recently, several high-throughput capillary array gel electrophoresis apparatuses have been reported which form a plurality of capillaries in an array and simultaneously analyze a large number of samples at high speed.

【0004】第1の報告例は、キャピラリーアレイスキ
ャン方式(Nature、359、167(199
2))であり、複数本のキャピラリーを1本づつ順番に
レーザ照射し、オンカラム蛍光計測するものである。こ
の装置では、レーザビームがキャピラリー中で最も絞ら
れる位置と、蛍光受光光学系に入射する光源位置とが一
致する共焦点構造が採用されており、1本づつのキャピ
ラリーを独立に計測できる。レーザ照射及び蛍光受光光
学系は固定し、キャピラリーアレイを保持したステージ
を1次元方向に移動させて、各キャピラリーを順番にレ
ーザ照射している。第2の報告例は、キャピラリーアレ
イシースフロー方式(Nature、361、565−
566(1993)、特開平06−138037号公
報)である。この装置では、キャピラリーアレイの下端
を緩衝液中に浸し、ゲル電気泳動によって分子量分離さ
れた試料の成分をそのまま緩衝液中に溶出させ、キャピ
ラリーの存在しない空間部分で、試料の成分から発する
蛍光を検出する、オフカラム計測(キャピラリーにレー
ザ照射して試料の成分を検出するオンカラム計測に対比
して、本願明細書では、キャピラリーの存在しない空間
にレーザ照射して試料の成分を検出する方式を、簡単の
ためオフカラム計測と呼ぶことにする。)を行なってい
る。
The first report example is a capillary array scan system (Nature, 359, 167 (199).
2)), in which a plurality of capillaries are sequentially irradiated with laser one by one, and on-column fluorescence measurement is performed. This device employs a confocal structure in which the position where the laser beam is most narrowed in the capillaries and the position of the light source that enters the fluorescence receiving optical system coincide, and one capillary can be measured independently. The laser irradiation and fluorescence receiving optical system are fixed, the stage holding the capillary array is moved in a one-dimensional direction, and each capillary is sequentially irradiated with laser. The second report example is a capillary array sheath flow method (Nature, 361, 565-).
566 (1993), Japanese Patent Laid-Open No. 06-138037). In this device, the lower end of the capillary array is immersed in a buffer solution, and the components of the sample whose molecular weight has been separated by gel electrophoresis are eluted as they are in the buffer solution, and the fluorescence emitted from the components of the sample is emitted in the space where no capillaries are present. Off-column measurement for detection (In contrast to on-column measurement in which a capillary is irradiated with a laser to detect a sample component, in the present specification, a method of irradiating a space in which no capillary is present with a laser to detect a sample component is simple. Therefore, we will call it off-column measurement.).

【0005】また、緩衝液を泳動方向にゆっくり流すこ
とによって、異なるキャピラリーゲルから溶出された分
離成分の緩衝液中での混合、あるいは1本のキャピラリ
ーゲル中で分離されていた異なる2つの成分の緩衝液中
での混合を防止している。キャピラリーアレイの出口近
傍で、キャピラリーが存在せず緩衝液が存在する空間部
分を、レーザ照射してキャピラリーの表面でのレーザビ
ームの散乱の問題を回避し、複数のキャピラリーから溶
出された成分を、実質的に一括して励起し、実質的に同
時に蛍光検出することが可能になっている。
Further, by slowly flowing the buffer solution in the migration direction, the separated components eluted from different capillary gels are mixed in the buffer solution, or two different components separated in one capillary gel are separated. Prevents mixing in buffer. In the vicinity of the exit of the capillary array, the space portion where there is no capillary and buffer solution is irradiated with laser to avoid the problem of laser beam scattering on the surface of the capillary, and the components eluted from multiple capillaries are It is possible to excite substantially all at once and detect fluorescence at substantially the same time.

【0006】第3の報告例では、複数のキャピラリーを
機械的にスキャンすることなく、複数のキャピラリーを
同時にオンカラム計測するために、単一のレーザ光源か
らのレーザ光をビームスプリッター等により分割して、
複数のキャピラリーのそれぞれに同時照射している(A
nalytical Chemistry 65、95
6(1993))。
In the third report example, laser light from a single laser light source is split by a beam splitter or the like in order to perform on-column measurement of a plurality of capillaries simultaneously without mechanically scanning a plurality of capillaries. ,
Irradiate multiple capillaries simultaneously (A
analytical Chemistry 65, 95
6 (1993)).

【0007】第4の報告例では、レーザ光をシリンドリ
カルレンズでキャピラリー配列方向に拡げて、複数のキ
ャピラリーに一括して照射している(Analytic
alChemistry 66、1424(199
4))。
In the fourth report example, the laser light is expanded by a cylindrical lens in the direction of the capillary arrangement, and a plurality of capillaries are collectively irradiated (Analytic).
alChemistry 66, 1424 (199
4)).

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】上記第1の報告例のキ
ャピラリーアレイスキャン方式では、蛍光計測をキャピ
ラリー1本づつ順番に行なうため、1本当たりの蛍光検
出に要する時間が、1本のキャピラリーを使用する通常
のオンカラム計測と比較して減少してしまう。n本のキ
ャピラリーアレイを使用する場合、通常のオンカラム計
測と比較して、1本当たりの蛍光検出に要する時間は最
大で1/n、実際には試料の分離成分が通過しないキャ
ピラリーのガラス部分もスキャンされるので1/n以下
になってしまう。この結果、蛍光検出感度が低下する問
題が生じる。即ち、n本のキャピラリーアレイを使用す
る場合に、1本のキャピラリーを使用する通常のオンカ
ラム計測と同等の蛍光検出感度を得るためには、通常の
オンカラム計測における蛍光を検出時間のn倍以上の時
間を要することになってしまう。
In the capillary array scanning method of the first report example, since the fluorescence measurement is performed in order for each capillary, the time required for detecting fluorescence per one capillary is reduced. It will be reduced compared to the usual on-column measurement used. When using n capillary arrays, the time required to detect fluorescence per line is 1 / n at the maximum, compared with the usual on-column measurement, and the glass part of the capillaries where the separated components of the sample do not actually pass through Since it is scanned, it becomes less than 1 / n. As a result, there arises a problem that the fluorescence detection sensitivity decreases. That is, when using n capillary arrays, in order to obtain fluorescence detection sensitivity equivalent to that of normal on-column measurement using one capillary, fluorescence in normal on-column measurement should be n times or more the detection time. It will take time.

【0009】また、1本のキャピラリー中で分離される
成分の電気泳動パターンの隣り合うピークの時間間隔
は、高速分析になるほど小さくなるが、この隣り合うピ
ークの時間間隔に対して、n本のキャピラリーアレイの
1回のスキャンに要する時間が無視できないほど大きく
なると、分離された成分の電気泳動パターンの分離能が
低下する問題が生じる。更に、本装置では、スキャンを
機械的に行なうためのステージ可動部を有しており、故
障が多発する構造となっている。
Further, the time interval between adjacent peaks of the electrophoretic pattern of the components separated in one capillary becomes smaller as the analysis becomes faster, but the time interval between adjacent peaks is n. If the time required for one scan of the capillary array becomes too long to be ignored, there arises a problem that the resolution of the electrophoretic pattern of the separated components decreases. Furthermore, the present apparatus has a stage movable portion for mechanically performing scanning, and has a structure in which many failures occur.

【0010】上記第2の報告例のキャピラリーアレイシ
ースフロー方式では、分子量分離された成分から得られ
る蛍光強度が、オンカラム蛍光計測の場合と比較して、
分子量が多きくなるほど小さくなってしまうという問題
がある。この問題は、次の理由により生じる。キャピラ
リーゲルの下端より緩衝液中に溶出さた分離成分が、緩
衝液中で拡散等によって混合しないようにするために
は、緩衝液を泳動方向に一定の速度以上で定常的に流す
必要がある。一方、キャピラリーゲル中を分子量分離さ
れながら泳動する試料成分の泳動速度は、その分子量が
多きいほど小さくなる。緩衝液のフロー速度に対して、
キャピラリーゲル中での試料成分の泳動速度が小さいほ
ど、その試料成分はキャピラリーゲルから緩衝液中に溶
出される際に、泳動方向に大きく引き伸ばされることに
なる。その結果、蛍光強度が小さくなり、計測感度が低
下する原因となる。
In the capillary array sheath flow system of the second reported example, the fluorescence intensity obtained from the components separated in molecular weight is compared with the case of on-column fluorescence measurement,
There is a problem that the molecular weight decreases as the molecular weight increases. This problem occurs for the following reasons. In order to prevent the separated components eluted from the lower end of the capillary gel into the buffer solution from mixing in the buffer solution due to diffusion or the like, it is necessary to constantly flow the buffer solution at a certain speed or more in the migration direction. . On the other hand, the migration rate of the sample component that migrates in the capillary gel while being separated by molecular weight decreases as the molecular weight increases. For the flow rate of the buffer,
The smaller the migration speed of the sample component in the capillary gel, the more the sample component is stretched in the migration direction when it is eluted from the capillary gel into the buffer solution. As a result, the fluorescence intensity becomes small, which causes a decrease in measurement sensitivity.

【0011】上記第3、第4の報告例では、キャピラリ
ー1本当たりに照射されるレーザ光強度が低下するた
め、電気泳動により分離される試料成分を感度よく検出
できないという問題がある。
In the third and fourth reported examples, since the intensity of the laser beam irradiated per capillary decreases, there is a problem that the sample components separated by electrophoresis cannot be detected with high sensitivity.

【0012】本発明の目的は上記した各種の問題を解決
するために、オンカラム蛍光計測を行ないながら、複数
のキャピラリーを機械的にスキャンせず、あるいはレー
ザをスキャンすることなく、複数のキャピラリーを実質
的に同時にレーザ照射して、複数のキャピラリー中の試
料成分から発する蛍光を、実質的に同時に一括して計測
できるキャピラリーアレイ電気泳動装置を提供すること
にある。
In order to solve the above-mentioned various problems, an object of the present invention is to perform a plurality of capillaries without mechanically scanning a plurality of capillaries or scanning a laser while performing on-column fluorescence measurement. The present invention aims to provide a capillary array electrophoresis apparatus capable of simultaneously and simultaneously irradiating laser light to simultaneously measure the fluorescence emitted from sample components in a plurality of capillaries substantially simultaneously.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】本発明のキャピラリーア
レイ電気泳動装置は、泳動する試料の成分を検出するた
めの複数のキャピラリーの少なくとも一部が平面状に配
列され、複数のキャピラリーにレーザ光を照射するキャ
ピラリーアレイ電気泳動装置において、(1)レーザ光
を、上記少なくとも一部が配列する平面に平行な方向か
ら、複数のキャピラリーに照射すること、(2)レーザ
光を、上記少なくとも一部が配列する平面の1つ又は2
つの側方より、上記平面に平行な方向から複数のキャピ
ラリーに照射すること、(3)キャピラリーの外半径、
内半径、キャピラリー外部の媒質の屈折率、キャピラリ
ーの材料の屈折率、キャピラリー内部の媒質の屈折率の
間に所定の関係を満足させて、上記レーザ光のキャピラ
リーによる屈折を十分小さくし、全てのキャピラリーに
十分な強度を有するレーザ光を照射すること、(4)キ
ャピラリーアレイ又はレーザ光のスキャンを行なうこと
なく、複数のキャピラリーにレーザ光を実質的に同時に
照射して、上記の各キャピラリー中を泳動する試料の成
分から発する蛍光を実質的に同時に検出するために、上
記レーザ光を、上記少なくとも一部が配列する平面の1
つ又は2つの側方より、前上平面に平行な方向から複数
のキャピラリーに照射すること、(5)キャピラリーア
レイ又は前記レーザ光のスキャンを行なうことなく、複
数のキャピラリーにレーザ光を実質的に同時に照射し
て、上記の各キャピラリー中を泳動する試料の成分から
発する蛍光を実質的に同時に検出するために、キャピラ
リーの外半径、内半径、前記キャピラリー外部の媒質の
屈折率、キャピラリーの材料の屈折率、キャピラリー内
部の媒質の屈折率の間に所定の関係を満足させて、レー
ザ光のキャピラリーによる屈折を十分小さくし、全ての
キャピラリーに十分な強度を有するレーザ光を照射する
こと、に特徴を有するキャピラリーアレイ電気泳動装置
である。
In a capillary array electrophoresis apparatus of the present invention, at least a part of a plurality of capillaries for detecting a component of a sample to be electrophoresed is arranged in a plane, and a laser beam is applied to the plurality of capillaries. In a capillary array electrophoresis apparatus for irradiating, (1) irradiating a plurality of capillaries with a laser beam from a direction parallel to a plane on which at least a part of the array is arranged; One or two of the arranging planes
Irradiating a plurality of capillaries from one side in a direction parallel to the plane, (3) outer radius of the capillaries,
By satisfying a predetermined relationship among the inner radius, the refractive index of the medium outside the capillary, the refractive index of the material of the capillary, and the refractive index of the medium inside the capillary, the refractive index of the laser light by the capillary is made sufficiently small, and Irradiating the capillaries with laser light having sufficient intensity, (4) Irradiating laser light onto a plurality of capillaries substantially simultaneously without scanning the capillary array or laser light, and In order to detect fluorescence emitted from the components of the sample to be migrated at substantially the same time, the laser light is applied to one of the planes on which the at least a part is arranged.
Irradiating a plurality of capillaries from a direction parallel to the front upper plane from one or two sides, and (5) substantially scanning the plurality of capillaries with laser light without scanning the capillary array or the laser light. Simultaneous irradiation, in order to detect the fluorescence emitted from the components of the sample that migrate in each of the above-mentioned capillaries substantially at the same time, the outer radius of the capillary, the inner radius, the refractive index of the medium outside the capillary, the material of the capillary The refractive index and the refractive index of the medium inside the capillaries satisfy a predetermined relationship to sufficiently reduce the refraction of the laser light by the capillaries and irradiate all the capillaries with laser light having sufficient intensity. And a capillary array electrophoresis apparatus having

【0014】さらに、本発明のキャピラリーアレイ電気
泳動装置は、上記特徴(1)から(5)に加えて、
(a)上記各キャピラリーのレーザ光が照射される部分
が透明であること、上記レーザ光が、少なくとも3つの
異なる屈折率をもつ媒質を透過すること、(b)上記レ
ーザ光が通過する各キャピラリーの外半径をR、内半径
をr、屈折率をn2とし、レーザ光が通過する各キャピ
ラリーの外部の媒質の屈折率をn1とし、レーザ光が通
過する各キャピラリーの内部の媒質の屈折率をn3とす
るとき、 (360/π)│sin-1{r/(2R)}−sin-1
{rn1/(2Rn2))}+sin-1{n1/(2
2))}−sin-1{n1/(2n3)}│≦6.2° なる関係を満たすこと、あるいは、(c)(360/
π)│sin-1{r/(2R)}−sin-1{rn1
(2Rn2))}+sin-1{n1/(2n2))}−s
in-1{n1/(2n3)}│≦1.2°なる関係を満た
すこと、(d)レーザ光の通過する各キャピラリーの外
部の媒質が、屈折率n1=1.33からn1=1.37の
範囲にある水又は緩衝液であり、上記外半径と上記内半
径の比R/rがR/r=2±0.2であり、レーザ光の
通過する各キャピラリーが、屈折率n2=1.46±
0.02である石英ガラスからなり、レーザ光が通過す
る各キャピラリーの内部の媒質の屈折率がn3=1.3
7±0.04であり、この媒質がアクリルアミドゲルか
らなること、(e)レーザ光の通過する各キャピラリー
の外部の媒質が、屈折率n1=1.33からn1=1.3
7の範囲にある水又は緩衝液であり、上記外半径と内半
径の比R/rがR/r=2±0.2であり、レーザ光の
通過する各キャピラリーが、屈折率n2=1.46±
0.02である石英ガラスからなり、レーザ光が通過す
る各キャピラリーの内部の媒質の屈折率がn3=1.4
0±0.04であり、この媒質がホルムアミドを混入さ
せたアクリルアミドゲルからなること、(f)レーザ光
の通過する各キャピラリーの外部の媒質が、屈折率n1
=1.00の空気であり、上記外半径と内半径の比R/
rがR/r=5±0.5であり、レーザ光の通過する各
キャピラリーが、屈折率n2=1.46±0.02であ
る石英ガラスからなり、レーザ光が通過する各キャピラ
リーの内部の媒質の屈折率がn3=1.37±0.04
であり、この媒質がアクリルアミドゲルからなること、
(g)レーザ光の通過する各キャピラリーの外部の媒質
が、屈折率n1=1.00の空気であり、上記外半径と
内半径の比R/rがR/r=3±0.3であり、レーザ
光の通過する各キャピラリーが、屈折率n2=1.60
±0.02であるガラスからなり、レーザ光が通過する
各キャピラリーの内部の媒質の屈折率がn3=1.37
±0.04であり、この媒質がアクリルアミドゲルから
なること、等にも特徴を有する。
Further, the capillary array electrophoresis apparatus of the present invention has the features (1) to (5) described above.
(A) The portion of each capillary irradiated with laser light is transparent, the laser light passes through at least three media having different refractive indices, and (b) each capillary through which the laser light passes. The outer radius is R, the inner radius is r, the refractive index is n 2 , the refractive index of the medium outside each capillary through which the laser light passes is n 1, and the refractive index of the medium inside each capillary through which the laser light passes when the rate as n 3, (360 / π) │sin -1 {r / (2R)} - sin -1
{Rn 1 / (2Rn 2 )) + sin −1 {n 1 / (2
n 2 ))}-sin −1 {n 1 / (2n 3 )} │ ≦ 6.2 °, or (c) (360 /
π) │sin -1 {r / ( 2R)} - sin -1 {rn 1 /
(2Rn 2 ))} + sin −1 {n 1 / (2n 2 ))} − s
in −1 {n 1 / (2n 3 )} │ ≦ 1.2 °, and (d) the medium outside the capillaries through which the laser beam passes has a refractive index n 1 = 1.33 to n. It is water or a buffer solution in the range of 1 = 1.37, the ratio R / r of the outer radius to the inner radius is R / r = 2 ± 0.2, and each capillary through which the laser beam passes is Refractive index n 2 = 1.46 ±
It is made of quartz glass of 0.02, and the refractive index of the medium inside each capillary through which the laser light passes is n 3 = 1.3.
7 ± 0.04, and this medium is made of acrylamide gel, and (e) the medium outside each capillary through which the laser light passes has a refractive index of n 1 = 1.33 to n 1 = 1.3.
Water or buffer solution in the range of 7, the ratio R / r of the outer radius to the inner radius is R / r = 2 ± 0.2, and each capillary through which the laser light passes has a refractive index n 2 = 1.46 ±
It is made of quartz glass of 0.02, and the refractive index of the medium inside each capillary through which the laser light passes is n 3 = 1.4.
0 ± 0.04, and the medium is made of acrylamide gel mixed with formamide, and (f) the medium outside each capillary through which the laser light passes has a refractive index n 1
= 1.00, the ratio of the outer radius to the inner radius is R /
r is R / r = 5 ± 0.5, and each capillary through which the laser light passes is made of silica glass having a refractive index n 2 = 1.46 ± 0.02. The refractive index of the internal medium is n 3 = 1.37 ± 0.04
And that this medium consists of acrylamide gel,
(G) The medium outside each capillary through which the laser light passes is air having a refractive index n 1 = 1.00, and the ratio R / r of the outer radius to the inner radius is R / r = 3 ± 0.3. And each capillary through which the laser light passes has a refractive index n 2 = 1.60.
It is made of glass of ± 0.02, and the refractive index of the medium inside each capillary through which the laser light passes is n 3 = 1.37.
It is ± 0.04, and is characterized in that this medium is made of acrylamide gel.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図を
参照して詳細に説明する。図1は、複数のキャピラリー
1(図1では、6本の例を示す)を同一平面上に配列
し、この平面と平行であり、試料成分の泳動方向とほぼ
直交する方向からレーザ2を照射して、複数のキャピラ
リーを実質的に同時に励起して、各キャピラリー中で分
離される試料成分をオンカラム計測して検出するキャピ
ラリーアレイ電気泳動装置の主要部分を示す。図1
(a)は、複数のキャピラリーアレイの平面図、図1
(b)は、その断面図である。レーザ2が照射される複
数のキャピラリーは、試料成分を分離するための分離用
キャピラリー、もしくは分離用キャピラリーに接続され
泳動分離された試料成分を検出するための計測用キャピ
ラリーのいずれかである。レーザ2が照射される複数の
キャピラリーが分離用キャピラリーである場合には、試
料の泳動開始点から所定の距離でレーザ2を照射する。
これらの各キャピラリーには、ゲルが充填されている。
本発明のキャピラリーアレイ電気泳動装置で泳動分析、
又は解析される試料は、蛍光標識されている複数の成分
を含んでいる。また、試料に含まれる成分自身が、レー
ザの照射により蛍光を発する性質をもっている場合に
は、蛍光標識は不要である。なお、図1を含め以下で参
照する各図では、泳動のための電界を印加するための、
電源、電極、電極及び電解液を収納する電極層等の各手
段、更に、キャピラリーゲル1の中を泳動する試料成分
からの蛍光を検出した後、これら検出信号を処理する演
算処理装置、演算処理結果の表示を行なう表示器、キャ
ピラリーアレイ電気泳動装置の各部を制御する制御装
置、レーザ光源等は省略してある。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In FIG. 1, a plurality of capillaries 1 (in FIG. 1, six examples are shown) are arranged on the same plane, and a laser 2 is irradiated from a direction parallel to this plane and substantially orthogonal to the migration direction of sample components. Then, the main part of the capillary array electrophoresis apparatus for exciting a plurality of capillaries substantially at the same time and measuring and detecting the sample components separated in each capillary is shown. Figure 1
(A) is a plan view of a plurality of capillary arrays, FIG.
(B) is the sectional view. The plurality of capillaries irradiated with the laser 2 are either separation capillaries for separating sample components or measurement capillaries connected to the separation capillaries for detecting sample components electrophoretically separated. When the plurality of capillaries irradiated with the laser 2 are separation capillaries, the laser 2 is irradiated at a predetermined distance from the migration start point of the sample.
Each of these capillaries is filled with gel.
Electrophoresis analysis by the capillary array electrophoresis apparatus of the present invention,
Alternatively, the sample to be analyzed contains a plurality of fluorescently labeled components. Further, when the component itself contained in the sample has a property of emitting fluorescence upon irradiation with laser, the fluorescent label is unnecessary. In addition, in each drawing referred to below including FIG. 1, in order to apply an electric field for migration,
Each unit such as a power source, an electrode, an electrode layer containing an electrode and an electrolytic solution, and further, after detecting fluorescence from a sample component migrating in the capillary gel 1, an arithmetic processing unit and an arithmetic processing for processing these detection signals. A display for displaying the results, a controller for controlling each part of the capillary array electrophoresis apparatus, a laser light source, etc. are omitted.

【0016】(第1の実施形態)本実施形態は、5本の
キャピラリーゲル電気泳動によるDNA塩基配列決定の
ための装置であり、その装置の基本構成を図2に示し
た。但し、図2には、5本のキャピラリーゲル1の中を
泳動する試料成分を検出する蛍光計測部分近傍のみを示
す。キャピラリーゲル1は、長さ50cm、外径0.2
mm(外半径、R=0.1mm)、内径0.1mm(内
半径、r=0.05mm)の溶融石英管(屈折率=1.
46)に、変性剤として7Mのウレアを含んだ4%T
(Totalmonomer concentrati
on)、5%C(Crosslinking mate
rial concentration)の濃度のアク
リルアミドを注入した後ゲル化させて調製した(屈折率
=1.37)。試料注入側のキャピラリー末端より30
cmの位置で、長さ10mmにわたり、各キャピラリー
のポリイミド被覆を除去してレーザ照射部とした。図2
のように、このキャピラリーゲル5本をそれぞれキャピ
ラリー軸を平行に保ち、0.2mmピッチに揃えてガラ
ス平面板3の上に固定して平面状に配列させた。図3に
示すように、キャピラリーゲルを取り巻く媒質は、空気
9である(屈折率=1.00)。
(First Embodiment) This embodiment is an apparatus for determining a DNA base sequence by electrophoresis of five capillary gels, and the basic configuration of the apparatus is shown in FIG. However, FIG. 2 shows only the vicinity of the fluorescence measurement portion for detecting the sample components that migrate in the five capillary gels 1. Capillary gel 1 has a length of 50 cm and an outer diameter of 0.2.
mm (outer radius, R = 0.1 mm), inner diameter 0.1 mm (inner radius, r = 0.05 mm) fused silica tube (refractive index = 1.
46), 4% T containing 7M urea as a modifier
(Totalmonomer concentrati
on), 5% C (Crosslinking material)
It was prepared by injecting acrylamide at a concentration of rial concentration and then gelling (refractive index = 1.37). 30 from the capillary end on the sample injection side
The polyimide coating of each capillary was removed at a position of cm over a length of 10 mm to form a laser irradiation part. Figure 2
As described above, the five capillary gels were kept parallel to each other, aligned at a pitch of 0.2 mm, fixed on the glass flat plate 3, and arranged in a plane. As shown in FIG. 3, the medium surrounding the capillary gel is air 9 (refractive index = 1.00).

【0017】図3は、蛍光計測部分のキャピラリー軸に
垂直な断面図であり、YAGレーザ(532nm、20
mW)、及びHe−Neレーザ(594nm、10m
W)を同軸にした後、ビーム2の径を0.1mmに絞
り、キャピラリーが配列する平面に平行であり、キャピ
ラリー軸にほぼ垂直な方向から入射させた(即ち、キャ
ピラリーアレイの側方からビーム2を入射させる)。蛍
光の計測は、キャピラリーゲルが配列する平面に対して
垂直方向からガラス平面板3を通して行なった。図3に
示すように、蛍光の計測は、ガラス平面板3の反対の側
から行なうこともできる 水平方向に幅0.8mmに、0.2mm間隔で1列に並
ぶ5個の蛍光発光点群を、図2に示す構成により、第1
カメラレンズ3でほぼ平行光束にし、像を垂直方向に4
つに分割する像分割プリズム及び4つの像を結ぶ光束に
対応させた4種の組み合わせフィルター5を透過させ、
第2カメラレンズ6で、2次元CCDカメラ7に結像さ
せた。なお、この蛍光選別法は特開平02−26993
6号公報に詳しく記されている。5×4=20個からな
る2次元状に展開された蛍光発光点群を、冷却型の2次
元CCDカメラ7に一度に露光させ計測した。この計測
は、露光時間1.0秒、データ取得間隔1.5秒で連続
的に行なった。
FIG. 3 is a cross-sectional view perpendicular to the capillary axis of the fluorescence measurement portion, showing a YAG laser (532 nm, 20).
mW), and He-Ne laser (594 nm, 10 m
W) was made coaxial, the diameter of the beam 2 was reduced to 0.1 mm, and the beam was made incident from a direction parallel to the plane in which the capillaries are arranged and substantially perpendicular to the capillary axis (that is, from the side of the capillary array). 2 is incident). The fluorescence was measured through the glass flat plate 3 from the direction perpendicular to the plane on which the capillary gel is arranged. As shown in FIG. 3, fluorescence can be measured from the opposite side of the glass flat plate 3, and a group of 5 fluorescent emission points arranged in a row at a width of 0.8 mm in the horizontal direction at intervals of 0.2 mm. With the configuration shown in FIG.
The camera lens 3 converts the light into almost parallel light beams, and the image is vertically changed to 4
The image dividing prism that divides the image into four and four types of combination filters 5 corresponding to the light flux that connects the four images are transmitted,
An image was formed on the two-dimensional CCD camera 7 by the second camera lens 6. Incidentally, this fluorescence selection method is disclosed in JP-A-02-26993.
This is described in detail in Japanese Patent No. Two-dimensionally developed fluorescent light emission point groups consisting of 5 × 4 = 20 pieces were exposed to a cooling type two-dimensional CCD camera 7 at one time and measured. This measurement was continuously performed with an exposure time of 1.0 second and a data acquisition interval of 1.5 seconds.

【0018】5種のDNA試料の塩基配列決定はサンガ
ー法に従って行なった。試料は5種ともに標準試料のM
13mp18である。調製されたDNA試料成分には、
末端塩基種C、G、A、Tに対応して4種の蛍光体Cy
3(極大発光波長565nm)、TRITC(極大発光
波長580nm)、Texas Red(極大発光波長
615nm)、Cy5(極大発光波長665nm)を標
識した。ここで、蛍光体Cy3、Cy5は、バイオロジ
カル・ディテクション・システム社(米国)より販売さ
れている蛍光体、TRITC、Texas Redはモ
レキュラー・プローブ社より販売されている蛍光体であ
る。これら4種の蛍光体から発する蛍光が、波長選別さ
れて2次元CCDカメラ7に結像されるように、4種の
組み合わせフィルター5を用いた。末端塩基種に対応し
た4種の反応物を試料種毎に混合した後、エタノール沈
殿によって10倍に濃縮して試料溶媒をホルムアミドに
置換した。5本のキャピラリーゲルのそれぞれの試料注
入端を、5種のDNA試料液中に対応させて浸し、キャ
ピラリーゲルの両端に100V/cm(3kV)の一定
電界強度を2秒間印加して試料注入を行なった。この結
果、5本のキャピラリーゲルのそれぞれの泳動開始点
に、異なるDNA試料が添加される。
The nucleotide sequences of the 5 DNA samples were determined according to the Sanger method. All five types of samples are standard samples, M
13 mp18. The prepared DNA sample components include
Four types of phosphors Cy corresponding to the terminal base species C, G, A and T
3 (maximum emission wavelength 565 nm), TRITC (maximum emission wavelength 580 nm), Texas Red (maximum emission wavelength 615 nm), and Cy5 (maximum emission wavelength 665 nm) were labeled. Here, the phosphors Cy3 and Cy5 are phosphors sold by Biological Detection System (USA), and TRITC and Texas Red are phosphors sold by Molecular Probes. Four kinds of combination filters 5 were used so that the fluorescence emitted from these four kinds of phosphors was wavelength-selected and imaged on the two-dimensional CCD camera 7. Four kinds of reaction products corresponding to the terminal base species were mixed for each sample species and then concentrated 10 times by ethanol precipitation to replace the sample solvent with formamide. Each sample injection end of each of the 5 capillary gels was dipped into 5 kinds of DNA sample solutions correspondingly, and a constant electric field strength of 100 V / cm (3 kV) was applied to both ends of the capillary gel for 2 seconds to inject the sample. I did. As a result, different DNA samples are added to the migration starting points of the five capillary gels.

【0019】電気泳動は一定電界強度100V/cm
(3kV)で約3時間行なった。2次元CCDカメラ7
で得られた4種の蛍光に対応する4種の信号の時間変化
をコンピュータで解析し、塩基配列決定を行なうことが
できたが、レーザ2が出射する側の2本のキャピラリー
からの蛍光強度は、レーザの入射する側のキャピラリー
より一桁近く低かった。
Electrophoresis has a constant electric field strength of 100 V / cm.
It was carried out at (3 kV) for about 3 hours. Two-dimensional CCD camera 7
It was possible to determine the base sequence by analyzing the time variation of the four types of signals corresponding to the four types of fluorescence obtained in step 4 above, but the fluorescence intensity from the two capillaries on the laser 2 emission side was determined. Was almost an order of magnitude lower than the capillary on the laser incident side.

【0020】(第2の実施形態)複数のキャピラリーに
対して、より効率の良い同時レーザ照射を実現するため
に、レーザ光の収束条件を検討し、最適条件下で計測を
行なった例を、以下に説明する。キャピラリーが円筒形
状であるため、各キャピラリーそのものがレンズ作用を
もち、照射されたレーザビームは1本目のキャピラリー
を透過する際に大きく屈折を受ける。屈折は全てのキャ
ピラリーで起こるので、各キャピラリーに到達し入射す
るレーザ光の強度は、ほぼ指数関数的に減少してしまう
ので、従って各キャピラリー中の試料成分から発する蛍
光の強度も、使用するキャピラリーの本数に応じて、ほ
ぼ指数関数的に減少してしまうことになる。
(Second Embodiment) In order to realize more efficient simultaneous laser irradiation for a plurality of capillaries, an example in which the focusing condition of laser light is examined and the measurement is performed under the optimum condition, This will be described below. Since the capillaries have a cylindrical shape, each capillary itself has a lens function, and the irradiated laser beam is largely refracted when passing through the first capillary. Since refraction occurs in all capillaries, the intensity of the laser light that reaches and enters each capillary decreases almost exponentially, and therefore the intensity of the fluorescence emitted from the sample component in each capillary is also used. It will decrease almost exponentially according to the number of.

【0021】図4は、外半径R(23)、内半径r(2
4)をもつキャピラリー断面図であり、キャピラリーの
軸から、距離x(10)だけ離れた位置に入射した無限
小幅のレーザビーム2の1本のキャピラリーによる屈折
の様子を示している。図4では、複数のキャピラリーの
各軸が配列するキャピラリー配列軸19上の、キャピラ
リーの軸Oをもつ1本のキャピラリーの断面を示し、他
の複数のキャピラリーは省略している。
FIG. 4 shows an outer radius R (23) and an inner radius r (2
FIG. 4 is a cross-sectional view of a capillary having 4), showing a state of refraction by one capillary of an infinitely small laser beam 2 incident at a position separated by a distance x (10) from the axis of the capillary. In FIG. 4, a cross section of one capillary having the axis O of the capillary on the capillary array axis 19 on which the axes of the plurality of capillaries are arranged is shown, and the other plurality of capillaries are omitted.

【0022】キャピラリー外部の媒質20の屈折率はn
1、キャピラリーの材料21の屈折率はn2、キャピラリ
ー内部の媒質22の屈折率はn3である。キャピラリー
に入射する前のレーザビームと、キャピラリーを透過後
のレーザビームとがなす角を屈折角Δθとすると、Δθ
は図4から、(数1)で与えられる。なお、θ1はキャ
ピラリー外部の媒質からキャピラリーへの入射角11、
θ2はキャピラリー外部の媒質からキャピラリーへの屈
折角12、θ3はキャピラリー材料からキャピラリー内
部の媒質への入射角13、θ4はキャピラリー材料から
キャピラリー内部の媒質への屈折角14、θ5はキャピ
ラリー内部の媒質からキャピラリー材料への入射角1
5、θ6はキャピラリー内部の媒質からキャピラリー材
料への屈折角16、θ7はキャピラリー材料からキャピ
ラリー外部の媒質への入射角17、θ8はキャピラリー
材料からキャピラリー外部の媒質への屈折角18であ
る。
The refractive index of the medium 20 outside the capillary is n
1 , the material 21 of the capillary has a refractive index of n 2 , and the medium 22 inside the capillary has a refractive index of n 3 . If the angle formed by the laser beam before entering the capillary and the laser beam after passing through the capillary is the refraction angle Δθ, then Δθ
Is given by (Equation 1) from FIG. Note that θ 1 is the incident angle 11 from the medium outside the capillary to the capillary,
θ 2 is the refraction angle 12 from the medium outside the capillary to the capillary, θ 3 is the incident angle 13 from the capillary material to the medium inside the capillary, θ 4 is the refraction angle 14 from the capillary material to the medium inside the capillary, and θ 5 is Incidence angle 1 from the medium inside the capillary to the capillary material
5, θ 6 is the angle of refraction 16 from the medium inside the capillary to the capillary material, θ 7 is the angle of incidence 17 from the capillary material to the medium outside the capillary, and θ 8 is the angle of refraction 18 from the capillary material to the medium outside the capillary. is there.

【0023】[0023]

【数1】 Δθ=(θ1−θ2)+(θ3−θ4)−(θ5−θ6)−(θ7−θ8) =2(θ1−θ2+θ3−θ4) …(数1) ここでθ1=θ8、θ2=θ7、θ3=θ6、θ4=θ5の関係
を用いた。図4に示すレーザビーム2のたどる光路の幾
何学的関係、及び異なる媒質の界面におけるSnell
の法則を用いると、(数1)から(数5)が成立し、
(数6)を得る。
[Formula 1] Δθ = (θ 1 −θ 2 ) + (θ 3 −θ 4 ) − (θ 5 −θ 6 ) − (θ 7 −θ 8 ) = 2 (θ 1 −θ 2 + θ 3 −θ 4 (Equation 1) Here, the relationship of θ 1 = θ 8 , θ 2 = θ 7 , θ 3 = θ 6 , and θ 4 = θ 5 was used. The geometrical relationship of the optical path followed by the laser beam 2 shown in FIG. 4 and Snell at the interface of different media
By using the law of (Equation 1) to (Equation 5),
(Equation 6) is obtained.

【0024】[0024]

【数2】 sinθ1=x/R …(数2)[Equation 2] sin θ 1 = x / R (Equation 2)

【0025】[0025]

【数3】 sinθ1/sinθ2=n2/n1 …(数3)Equation 3 sin θ 1 / sin θ 2 = n 2 / n 1 (Equation 3)

【0026】[0026]

【数4】 sinθ2/sinθ3=r/R …(数4)Equation 4 sin θ 2 / sin θ 3 = r / R (Equation 4)

【0027】[0027]

【数5】 sinθ3/sinθ4=n3/n2 …(数5)Equation 5 sin θ 3 / sin θ 4 = n 3 / n 2 (Equation 5)

【0028】[0028]

【数6】 Δθ=2{sin-1(x/R)−sin-1(xn1/(Rn2)) +sin-1(xn1/(rn2))−sin-1(xn1/(rn3))} …(数6) (数6)で与えられるΔθの大きさが十分に小さけれ
ば、レーザ光強度の減衰をより少なくして、図1から図
3に示す構成により、複数のキャピラリーに対して、よ
り効率の良い同時レーザ照射を実現し、各キャピラリー
を泳動する試料成分を実質的に同時に励起することがで
きる。
Δθ = 2 {sin −1 (x / R) −sin −1 (xn 1 / (Rn 2 )) + sin −1 (xn 1 / (rn 2 )) − sin −1 (xn 1 / ( rn 3 ))} (Equation 6) If the magnitude of Δθ given by (Equation 6) is sufficiently small, the attenuation of the laser light intensity is further reduced, and by the configuration shown in FIG. 1 to FIG. It is possible to realize more efficient simultaneous laser irradiation to the capillaries and to excite the sample components migrating in each capillary substantially at the same time.

【0029】通常、キャピラリーへのレーザ照射は、レ
ーザをキャピラリーの内径程度に絞って行なう。通常の
場合、レーザ強度は、レーザビームの中心軸を対称軸と
したガウス分布になっている。即ち、レーザビームの中
心軸がキャピラリーの中心軸に入射した場合、複数のキ
ャピラリーの中心軸が配列する配列軸から垂直な方向
に、キャピラリーの内半径のほぼ半分の距離の位置で、
レーザ強度はほぼ、上記ガウス分布の半価幅を与える強
度となる。そこで、簡単のためキャピラリーの配列軸1
9より内半径rの1/2の距離だけ離れた位置に入射し
たレーザビーム(即ち、x=r/2)のみに着目すると
(数6)は、
Usually, the laser irradiation to the capillaries is performed by narrowing the laser to the inner diameter of the capillaries. In the usual case, the laser intensity has a Gaussian distribution with the central axis of the laser beam as the axis of symmetry. That is, when the central axis of the laser beam is incident on the central axis of the capillaries, in the direction perpendicular to the array axis where the central axes of the plurality of capillaries are arrayed, at a position at a distance of approximately half the inner radius of the capillaries,
The laser intensity is almost the intensity that gives the full width at half maximum of the Gaussian distribution. Therefore, for the sake of simplicity, the alignment axis of the capillary 1
Focusing only on the laser beam (that is, x = r / 2) that is incident at a position ½ of the inner radius r from 9 (Equation 6),

【0030】[0030]

【数7】 │Δθ│=(360/π)│sin-1{x/(2R)} −sin-1{rn1/(2Rn2)}+sin-1{n1/(2n2)} −sin-1{n1/(2n3)}│ …(数7) と表わせる。[Equation 7] | Δθ | = (360 / π) | sin −1 {x / (2R)} −sin −1 {rn 1 / (2Rn 2 )} + sin −1 {n 1 / (2n 2 )} − sin −1 {n 1 / (2n 3 )} │ (Expression 7)

【0031】複数のキャピラリーの中を泳動する試料を
同時に励起するために、レーザビームが空間的にどの程
度広がるかを考える。はじめにレーザビームが入射する
1本目のキャピラリーから、N本先のキャピラリーの位
置で、キャピラリーの中心軸が配列する配列軸の方向と
垂直な方向への、レーザビームの変位は、近似的に、│
NRΔθ│により、与えられる。N本目のキャピラリー
でのレーザ強度が、1本目のキャピラリーでのレーザ強
度の(1/10)以上であることが、N本目のキャピラ
リーの中を泳動する試料を同時に励起するための、同時
励起条件であるとすると、この条件は上記の変位が、r
/2の{√(10)−1}倍以下であればよいと言い換
えることができる。即ち、(数8)が成立し、
Consider how spatially the laser beam spreads in order to simultaneously excite the sample that migrates in a plurality of capillaries. First, the displacement of the laser beam in the direction perpendicular to the direction of the array axis where the central axes of the capillaries are arrayed at the position of the Nth capillary from the first capillary on which the laser beam is incident is approximately |
It is given by NRΔθ│. The laser intensity in the Nth capillary is (1/10) or more of the laser intensity in the first capillary, so that simultaneous excitation conditions for simultaneously exciting the sample migrating in the Nth capillary , The above displacement is r
In other words, it can be restated that it is not more than {√ (10) -1} times / 2. That is, (Equation 8) holds,

【0032】[0032]

【数8】 │NRΔθ│≦{√(10)−1}r/2 …(数8) (数8)が、N本のキャピラリーの上記同時励起条件と
なる。
[Equation 8] | NRΔθ | ≦ {√ (10) -1} r / 2 (Equation 8) (Equation 8) is the above-mentioned simultaneous excitation condition of N capillaries.

【0033】ここで、同時に励起すべきキャピラリーの
本数を5本以上(N≧5)とする。キャピラリーの外形
と内径の比R/rは、通常R/r≧2であることを考え
ると、(数8)は│Δθ│≦6.2°となり、(数7)
から上記同時励起条件は(数9)と表わすことができ
る。
Here, the number of capillaries to be excited at the same time is set to 5 or more (N ≧ 5). Considering that the ratio R / r of the outer shape to the inner diameter of the capillary is usually R / r ≧ 2, (Equation 8) becomes | Δθ | ≦ 6.2 °, and (Equation 7)
Therefore, the simultaneous excitation condition can be expressed as (Equation 9).

【0034】[0034]

【数9】 (360/π)│sin-1{r/(2R)}−sin-1{rn1/(2Rn2)) } +sin-1{n1/(2n2))}−sin-1{n1/(2n3)}│≦6.2 ° …(数9) N本目のキャピラリーでのレザー強度が、1本目のキャ
ピラリーでのレザー強度の(1/2)以上であること
が、N本目のキャピラリーでの上記同時励起条件である
とすると、この条件は、(数8)と同様にして、(数1
0)となる。
Equation 9] (360 / π) │sin -1 { r / (2R)} - sin -1 {rn 1 / (2Rn 2))} + sin -1 {n 1 / (2n 2))} - sin - 1 {n 1 / (2n 3 )} │ ≦ 6.2 ° (Equation 9) The leather strength of the N-th capillary is (1/2) or more of the leather strength of the first capillary. , And the simultaneous excitation condition for the N-th capillary, this condition is the same as (Equation 8) and (Equation 1
0).

【0035】[0035]

【数10】 │NRΔθ│≦{√(2)−1}r/2 …(数10) N≧5、及びR/r≧2を考慮して、│Δθ│≦1.2
°となり(数7)から、上記同時励起条件は(数11)
と表わすことができる。
[Equation 10] | NRΔθ | ≦ {√ (2) -1} r / 2 (Equation 10) | Δθ | ≦ 1.2 in consideration of N ≧ 5 and R / r ≧ 2.
From (Equation 7), the above simultaneous excitation condition is (Equation 11)
Can be expressed as

【0036】[0036]

【数11】 (360/π)│sin-1{r/(2R)}−sin-1{rn1/(2Rn2)) } +sin-1{n1/(2n2))}−sin-1{n1/(2n3)}│≦1.2 ° …(数11) 図5は、|Δθ|の変化を(数7)を用いて計算した結
果であり、キャピラリーの外半径R=0.1mm、内半
径r=0.05mm、キャピラリーの材料を石英(n2
=1.46)と仮定し、キャピラリーの外部の媒質を空
気(n1=1.00)、水(n1=1.33)、及び石英
(n1=1.46)と仮定した場合の、キャピラリーの
外部の媒質の屈折率(n3)の変化に対する|Δθ|の
変化を、キャピラリーの外部の各媒質に関して示してい
る。アクリルアミドゲルの屈折率は1.37程度である
と見積もられる。
Equation 11] (360 / π) │sin -1 { r / (2R)} - sin -1 {rn 1 / (2Rn 2))} + sin -1 {n 1 / (2n 2))} - sin - 1 {n 1 / (2n 3 )} │ ≦ 1.2 ° (Equation 11) FIG. 5 is the result of calculating the change in | Δθ | using (Equation 7), and the outer radius R of the capillary is R = 0.1 mm, inner radius r = 0.05 mm, the material of the capillary is quartz (n 2
= 1.46) and the medium outside the capillary is air (n 1 = 1.00), water (n 1 = 1.33), and quartz (n 1 = 1.46). , Changes in | Δθ | with respect to changes in the refractive index (n 3 ) of the medium outside the capillary are shown for each medium outside the capillary. The refractive index of acrylamide gel is estimated to be about 1.37.

【0037】(第1の実施形態)の場合、n1=1.0
0(空気)、n3=1.37(アクリルアミドゲル)で
あるから、(数7)から|Δθ|=6.48°と計算さ
る。図5の結果から、キャピラリー外部の媒質を水で満
たせば(n1=1.33)、|Δθ|=1.26°とな
り、キャピラリーに入射する前のレーザビームと、キャ
ピラリーを透過後のレーザビームとがなす屈折角Δθが
小さくなり、より多くのキャピラリーの中を泳動する試
料成分からの蛍光を同時計測できる。キャピラリー外部
の媒質をキャピラリーと同じ材料、即ち石英ガラス(n
1=1.46)で満たした場合を想定すると、|Δθ|
=4.40°となるので、キャピラリー外部の媒質を水
とするほうがより有利である。
In the case of (first embodiment), n 1 = 1.0
Since 0 (air) and n 3 = 1.37 (acrylamide gel), | Δθ | = 6.48 ° is calculated from (Equation 7). From the results of FIG. 5, if the medium outside the capillary is filled with water (n 1 = 1.33), then | Δθ | = 1.26 °, and the laser beam before entering the capillary and the laser beam after passing through the capillary are obtained. The refraction angle Δθ formed by the beam becomes small, and the fluorescence from the sample component that migrates in more capillaries can be simultaneously measured. The medium outside the capillary is made of the same material as the capillary, namely quartz glass (n
Assuming that 1 = 1.46) is satisfied, | Δθ |
= 4.40 °, it is more advantageous to use water as the medium outside the capillary.

【0038】(数7)による解析から、屈折率が空気と
水の間の値をもつ媒質、具体的にはn1=1.28なる
媒質でキャピラリー外部を満たすことができれば、最も
|Δθ|を小さくすることができるが、実際にはそのよ
うな媒質は通常存在し得ないので、上記の条件では、キ
ャピラリー外部を水で満たすのが最も良い。ここで更に
|Δθ|を小さくするためには、図5から、アクリルア
ミドゲルの屈折率をn3=1.37からn3=1.40に
上昇させてやれば良いことがわかる。(数7)でn3
1.40とすれば|Δθ|=0.10°となり、かなり
屈折が小さくなる。アクリルアミドゲルの屈折率を上昇
させる方法としては、例えばホルムアミド(屈折率1.
45)を適当濃度混入させてやれば良い。ホルムアミド
はウレア同様変成剤であり、10%程度の混入は電気泳
動の分解能を上昇させる効果があり、20%以上の混入
は泳動速度を低下させてしまう欠点がある(Elect
rophoresis、13、484−486(199
2))。もっともアクリルアミドゲルの屈折率を1.3
7から1.40に上昇させるには、10%程度のホルム
アミドの混入で十分である。
From the analysis by (Equation 7), if the outside of the capillary can be filled with a medium having a refractive index between air and water, specifically, a medium with n 1 = 1.28, | Δθ | Can be small, but in practice such a medium cannot normally be present, so under the above conditions it is best to fill the outside of the capillary with water. Here further | [Delta] [theta] | for the reduced from 5, it is understood that it do it by increasing the refractive index of the acrylamide gel to n 3 = 1.40 from n 3 = 1.37. N 3 = in (Equation 7)
If it is 1.40, | Δθ | = 0.10 °, and the refraction becomes considerably small. As a method of increasing the refractive index of acrylamide gel, for example, formamide (refractive index 1.
45) may be mixed with an appropriate concentration. Formamide, like urea, is a denaturing agent, and a mixture of about 10% has an effect of increasing the resolution of electrophoresis, and a mixture of 20% or more has a drawback of decreasing the migration rate (Select).
Rhophoresis, 13, 484-486 (199
2)). However, the refractive index of acrylamide gel is 1.3
A 10% formamide incorporation is sufficient to increase from 7 to 1.40.

【0039】図6は、図5の結果を得る際に仮定した条
件のうち、キャピラリーの外半径をR=0.1mmから
R=0.25mmに変更した場合の、キャピラリーの外
部の媒質の屈折率(n3)の変化に対する|Δθ|の変
化を(数7)を用いて計算し、キャピラリーの外部の各
媒質に関して示している。図6と図5とを比較すると、
キャピラリーの内半径rはそのままにして外半径Rを
2.5倍に増大することで、n1=1.00、n1=1.
33の場合の曲線が、右側にシフトしているのがわか
る。その結果、アクリルアミドゲルの屈折率n3=1.
37に対して、キャピラリー外部を空気(n1=1.0
0)で満たしたとき、|Δθ|=0.87°と屈折が小
さくなり、より多数のキャピラリーの中を泳動する試料
成分からの蛍光を同時計測するに適当な条件であると判
断できる。
FIG. 6 shows the refraction of the medium outside the capillary when the outer radius of the capillary is changed from R = 0.1 mm to R = 0.25 mm among the conditions assumed when obtaining the result of FIG. The change in | Δθ | with respect to the change in the ratio (n 3 ) was calculated using (Equation 7), and is shown for each medium outside the capillary. Comparing FIG. 6 and FIG. 5,
By increasing the outer radius R by 2.5 times while keeping the inner radius r of the capillary, n 1 = 1.00, n 1 = 1.
It can be seen that the curve for 33 is shifted to the right. As a result, the refractive index of the acrylamide gel n 3 = 1.
37, the outside of the capillary is air (n 1 = 1.0
When 0) is satisfied, the refraction becomes as small as | Δθ | = 0.87 °, and it can be determined that the condition is appropriate for simultaneous measurement of fluorescence from sample components migrating in a larger number of capillaries.

【0040】図7は、キャピラリーの材料が屈折率n2
=1.46で、キャピラリー内部の媒質が屈折率n3
1.37からなるアクリルアミドゲルであるとき、キャ
ピラリー外部の媒質を、空気(屈折率n1=1.0
0)、仮想媒質(屈折率n1=1.28)、水(屈折率
1=1.33)とした場合に、キャピラリーの外径2
Rと内径2rの比R/rに対する│Δθ│の変化を、
(数7)を使用して計算した結果を示す。キャピラリー
外部の媒質が空気(屈折率n1=1.00)であると
き、R/rが約6.6のとき、│Δθ│は最小となり、
R/rの低下とともに│Δθ│は増大する。図5、図6
に示す結果と同様に、R/r=5では│Δθ│=0.8
7°、R/r=2では│Δθ│=6.48°となり、R
/r=5の場合の方が、より多くのキャピラリーを同時
に照射するに適した条件である。
FIG. 7 shows that the material of the capillary has a refractive index n 2
= 1.46, the medium inside the capillary has a refractive index n 3 =
When the acrylamide gel of 1.37 is used, the medium outside the capillary is set to air (refractive index n 1 = 1.0).
0), a virtual medium (refractive index n 1 = 1.28), and water (refractive index n 1 = 1.33), the outer diameter of the capillary is 2
The change of | Δθ | with respect to the ratio R / r of R and inner diameter 2r is
The result calculated using (Equation 7) is shown. When the medium outside the capillary is air (refractive index n 1 = 1.00), when R / r is about 6.6, | Δθ | becomes minimum,
| Δθ | increases as R / r decreases. 5 and 6
Similar to the result shown in, when R / r = 5, | Δθ | = 0.8
At 7 ° and R / r = 2, | Δθ | = 6.48 °, and R
The case of / r = 5 is a condition suitable for simultaneously irradiating more capillaries.

【0041】キャピラリー外部の媒質が水(屈折率n1
=1.33)であるとき、R/rが約1.4のとき、│
Δθ│は最小となり、R/rの増加とともに│Δθ│は
増大する。通常利用できるキャピラリーでは、2≦R/
r≦8であり、R/r=1.4を有するキャピラリーは
実際には使用できない。図5、図6に示す結果と同様
に、R/r=2では│Δθ│=1.26°、R/r=5
では│Δθ│=2.86°となり、R/r=2の場合の
方が、より多くのキャピラリーを同時に照射するに適し
た条件である。キャピラリー外部の媒質が仮想媒質(屈
折率n1=1.28)であるとき、R/r=2のとき、
│Δθ│は最小となるが、屈折率n1=1.28を有す
る媒質は、通常存在し得ないので、実際にはこのような
仮想媒質を使用ことはできない。
The medium outside the capillary is water (refractive index n 1
= 1.33), when R / r is about 1.4, |
Δθ | becomes the minimum, and | Δθ | increases as R / r increases. Normally available capillaries are 2 ≦ R /
Capillaries with r ≦ 8 and R / r = 1.4 are practically unusable. Similar to the results shown in FIGS. 5 and 6, when R / r = 2, | Δθ | = 1.26 °, R / r = 5
Then, | Δθ | = 2.86 °, and the case of R / r = 2 is a condition suitable for simultaneously irradiating more capillaries. When the medium outside the capillary is a virtual medium (refractive index n 1 = 1.28), when R / r = 2,
Although │Δθ│ is the minimum, a medium having a refractive index n 1 = 1.28 cannot normally exist, and thus such a virtual medium cannot be used in practice.

【0042】図8は、図5の結果を得る際に仮定した条
件のうち、キャピラリーの外半径をR=0.1mmから
R=0.15mmに、キャピラリーの材料の屈折率をn
2=1.46からn2=1.60に変更した場合の、キャ
ピラリーの外部の媒質の屈折率(n3)の変化に対する
|Δθ|の変化を(数7)を用いて計算し、キャピラリ
ーの外部の各媒質に関して示している。屈折率=1.6
0をもつ材料には、(株)オハラより発売されているP
HM53(ガラス品番)がある。図8の結果は図6の場
合と同様、アクリルアミドゲルの屈折率n3=1.37
に対して、キャピラリー外部を空気(n1=1.00)
で満たしたとき、|Δθ|=0.84°と屈折が小さく
なり、より多数のキャピラリーの中を泳動する試料成分
からの蛍光を同時計測するに適当な条件であると判断で
きる。
FIG. 8 shows the conditions assumed for obtaining the results shown in FIG. 5, in which the outer radius of the capillary is changed from R = 0.1 mm to R = 0.15 mm, and the refractive index of the material of the capillary is n.
The change in | Δθ | with respect to the change in the refractive index (n 3 ) of the medium outside the capillary when changing from 2 = 1.46 to n 2 = 1.60 is calculated using (Equation 7), and the capillary is calculated. Is shown for each medium outside. Refractive index = 1.6
For materials with 0, P sold by OHARA CORPORATION
There is HM53 (glass product number). Similar to the case of FIG. 6, the result of FIG. 8 shows the refractive index n 3 = 1.37 of the acrylamide gel.
In contrast, the outside of the capillary is air (n 1 = 1.00)
When the above condition is satisfied, the refractive index becomes as small as | Δθ | = 0.84 °, and it can be determined that the condition is suitable for simultaneously measuring the fluorescence from the sample components that migrate in a larger number of capillaries.

【0043】本実施形態では、5本のキャピラリーゲル
電気泳動によるDNA塩基配列決定を実施した。使用し
た装置は図2に示す装置の基本構成のうち、ガラス平面
板3の代わりに、蛍光計測用セル25を使用する(図
9)。キャピラリーゲルは、長さ50cm、外径0.2
mm(外半径、R=0.1mm)、内径0.1mm(内
半径、r=0.05mm)の溶融石英管(n2=1.4
6)に、変性剤として7Mのウレアを含んだ4%T(T
otal monomer concentratio
n)、5%C(Crosslinking mater
ial concentration)の濃度のアクリ
ルアミドを注入した後、ゲル化させて調製した(n3
1.37)。上記のR、r、n1、n2、n3の値を(数
7)に代入すると、|Δθ|=1.26°となる。本実
施形態ではキャピラリーゲルによる屈折が十分小さく、
5本以上のキャピラリー中を泳動する試料成分から発す
る蛍光の同時計測に適した条件となっている。試料注入
側のキャピラリー末端から30cmの位置で、長さ10
mmにわたり、各キャピラリーのポリイミド被覆を除去
してレーザ照射部とした。図9のように、このキャピラ
リーゲル5本を、0.2mmピッチに揃えて配列し、水
(n1=1.33)を満たした蛍光計測セル25内に固
定した。但し、図9はキャピラリーゲルの蛍光計測セル
25が配置される近傍のみを示した。
In this embodiment, DNA base sequence determination was carried out by electrophoresis of five capillary gels. The apparatus used uses a fluorescence measuring cell 25 in place of the glass flat plate 3 in the basic configuration of the apparatus shown in FIG. 2 (FIG. 9). Capillary gel has a length of 50 cm and an outer diameter of 0.2
mm (outer radius, R = 0.1 mm), inner diameter 0.1 mm (inner radius, r = 0.05 mm) fused silica tube (n 2 = 1.4)
In 6), 4% T containing 7 M urea as a modifier (T
total monomer concentratio
n), 5% C (Crosslinking material)
It was prepared by injecting acrylamide at a concentration of ial concentration and then gelling (n 3 =
1.37). Substituting the values of R, r, n 1 , n 2 and n 3 into (Equation 7) gives | Δθ | = 1.26 °. In this embodiment, the refraction by the capillary gel is sufficiently small,
The conditions are suitable for simultaneous measurement of fluorescence emitted from sample components that migrate in five or more capillaries. At a position 30 cm from the end of the capillary on the sample injection side, length 10
The polyimide coating of each capillary was removed over a range of mm to make a laser irradiation part. As shown in FIG. 9, the five capillary gels were arranged at a pitch of 0.2 mm and fixed in a fluorescence measurement cell 25 filled with water (n 1 = 1.33). However, FIG. 9 shows only the vicinity where the fluorescence measuring cell 25 of the capillary gel is arranged.

【0044】図10は、蛍光計測セル25の部分のキャ
ピラリー軸に垂直な断面図を示す。この断面図におい
て、少なくとも、レーザビームが入射、出射する側の面
(全面、又は入射、出射する部分のみでも良い)、及び
キャピラリー中を泳動する試料成分から発する蛍光を検
出する側の面(全面、又は各キャピラリー中から蛍光を
検出する複数の部分のみでも良い)は透明な材料から構
成される。蛍光計測セル25内には、各キャピラリーの
軸が平行に配置され、各キャピラリーの軸がほぼ同一面
となるように固定され、各キャピラリーの外部は水(n
1=1.33)で満たされている。(第1の実施形態)
で使用したと同様の2種のレーザを同軸にした後、ビー
ム径0.1mmに絞り、蛍光計測セル25の透明壁を介
して、各キャピラリーゲルの軸が配列する平面の側方よ
り入射させた。(第1の実施形態)では、蛍光の計測
は、キャピラリーゲルが配列する平面に対して垂直方向
からガラス平面板3を通して行なうのに対して、本実施
形態では、蛍光計測セル25の透明な材料から構成され
る部分から蛍光の計測を行なう。この点を除けば、蛍光
の計測のための構成、条件、蛍光の計測の方法は、(第
1の実施形態)と全く同一である。さらに、使用した5
種のDNA試料、標識蛍光体、泳動開始点への試料の添
加を含む電気泳動条件等も、(第1の実施形態)と全く
同一である。このようにして、電気泳動を約3時間行な
い、2次元CCDカメラで得られた4種の蛍光に対応す
る4種の信号の時間変化をコンピュータで解析し、5種
の試料のDNA塩基配列を決定した。
FIG. 10 is a sectional view of the fluorescence measuring cell 25, which is perpendicular to the capillary axis. In this cross-sectional view, at least the surface on the side where the laser beam enters and exits (the entire surface, or only the part where the laser beam enters and exits) and the surface on the side that detects the fluorescence emitted from the sample component that migrates in the capillary (the entire surface). , Or only a plurality of portions for detecting fluorescence from each capillary) may be made of a transparent material. In the fluorescence measuring cell 25, the axes of the capillaries are arranged in parallel, and the axes of the capillaries are fixed so that they are substantially flush with each other.
1 = 1.33). (First embodiment)
After making the same two kinds of lasers coaxial with those used in 1., the beam diameter was narrowed down to 0.1 mm and made to enter from the side of the plane where the axes of each capillary gel were arranged, through the transparent wall of the fluorescence measurement cell 25. It was In the first embodiment, the fluorescence measurement is performed through the glass flat plate 3 from the direction perpendicular to the plane in which the capillary gel is arranged, whereas in the present embodiment, the transparent material of the fluorescence measurement cell 25 is used. The fluorescence is measured from the part composed of. Except for this point, the configuration and conditions for measuring fluorescence and the method for measuring fluorescence are exactly the same as in the first embodiment. In addition, 5 used
The electrophoretic conditions including the addition of the seed DNA sample, the labeled fluorescent substance, the sample to the migration start point, and the like are exactly the same as those in the first embodiment. In this manner, electrophoresis was performed for about 3 hours, and the time changes of the four types of signals corresponding to the four types of fluorescence obtained by the two-dimensional CCD camera were analyzed by a computer, and the DNA base sequences of the five types of samples were analyzed. Were determined.

【0045】図11は、本実施形態で得られたDNAシ
ーケンス結果のうち、TexasRedで標識されたA
成分の電気泳動パターンを示す。図11は、泳動時間3
0分から60分の範囲の電気泳動パターンを示し、プラ
イマーから約130塩基長までのA成分のパターンを示
している(分析した試料は5種ともに標準試料のM13
mp18である)。図11の右欄に示す数字はキャピラ
リー番号を示し、番号1、2、3、4、5のキャピラリ
ー順にレーザビームが入射する。即ち、最上段のキャピ
ラリー1に、最初にレーザビームが入射し、次に次段の
キャピラリー2に、キャピラリー1を通過したレーザビ
ームが入射し、最後に、キャピラリー5に、キャピラリ
ー1から4を通過したレーザビームが入射する。図11
は、レーザビームが最初に入射するキャピラリー1から
遠ざかるキャピラリーの順に、電気泳動パターンを示し
ている。ピーク強度は、キャピラリー1から遠ざかるに
従い減少しているが、これはキャピラリーによるレーザ
の屈折が完全にゼロではないために生じている。キャピ
ラリー5のピーク強度は、キャピラリー1の1/3以下
になっているが、それでも十分に高いS/N(塩基長9
1に相当する位置で、S/N=734である)で泳動ピ
ーク検出が可能である。なお、キャピラリー1のピーク
におけるS/Nは、塩基長91に相当する位置で、S/
N=3300である。
FIG. 11 shows that among the DNA sequence results obtained in this embodiment, A labeled with Texas Red was used.
The electrophoretic pattern of the components is shown. Figure 11 shows migration time 3
The electrophoretic pattern in the range of 0 to 60 minutes is shown, and the pattern of the A component from the primer to about 130 bases long is shown (5 samples analyzed were M13 of the standard sample).
mp18). The numbers shown in the right column of FIG. 11 indicate capillary numbers, and the laser beam is incident in the order of capillaries number 1, 2, 3, 4, 5. That is, the laser beam first enters the uppermost capillary 1, then the laser beam that has passed through the capillary 1 enters the next capillary 2, and finally the capillary 5 passes through the capillaries 1 to 4. The laser beam is incident. Figure 11
Shows the electrophoretic pattern in the order of the capillaries that are separated from the capillary 1 on which the laser beam first enters. The peak intensity decreases with distance from the capillary 1, which is caused by the fact that the refraction of the laser by the capillary is not completely zero. The peak intensity of the capillary 5 is 1/3 or less that of the capillary 1, but the S / N (base length 9
At the position corresponding to 1, S / N = 734), the migration peak can be detected. The S / N at the peak of the capillary 1 is S / N at the position corresponding to the base length 91.
N = 3300.

【0046】他の蛍光体で標識された試料成分の電気泳
動パターンも同様に得られており、5本のキャピラリー
ゲルを使用する電気泳動により、断片を高感度に検出し
てDNA塩基配列決定を実現できた。なお、図11で
は、縦軸はそれぞれ、キャピラリー1の所定の塩基長の
ピークを1として規格化した相対蛍光強度を表してお
り、各キャピラリーから得る泳動パターンが、厳密に相
似形を示していない理由は、各キャピラリーの長さが厳
密に同一でないこと、各キャピラリーに充填されるゲル
の濃度が厳密に同一でないことによる(後で説明する図
13、図14においても同様である)。
Electrophoresis patterns of sample components labeled with other fluorophores were obtained in the same manner, and the fragments were detected with high sensitivity by electrophoresis using 5 capillary gels to determine the DNA base sequence. It was realized. In FIG. 11, the vertical axis represents the relative fluorescence intensity standardized with the peak of the predetermined base length of the capillary 1 as 1, and the migration patterns obtained from the respective capillaries do not show strictly similar shapes. The reason is that the capillaries do not have exactly the same length, and the gels filled in the capillaries do not have exactly the same concentration (the same applies to FIGS. 13 and 14 described later).

【0047】(第3の実施形態)本実施形態は、(第2
の実施形態)において、キャピラリーの本数を10本に
増やし、キャピラリーゲルを変性剤として7Mのウレア
を含んだ4%T(Total monomer con
centration)、5%C(Crosslink
ing material concentratio
n)の濃度のアクリルアミドに10%のホルムアミドを
添加して重合させて調製した実施形態である。キャピラ
リーゲルの組成を(第2の実施形態)と異ならせた結
果、アクリルアミドゲルの屈折率はn3=1.40まで
上昇した。これら以外の実験条件は(第2の実施形態)
と全く同一とした。(数7)から、|Δθ|=0.10
°と計算され、以下に説明する(第4の実施形態)と同
様に、キャピラリーによる屈折がより小さくなり、泳動
する試料成分から発する蛍光を高感度に計測でき、10
種の試料を10本のキャピラリーゲルを使用する電気泳
動により、DNA塩基配列決定を実現できた。
(Third Embodiment) This embodiment is based on (second embodiment).
Embodiment), the number of capillaries was increased to 10 and 4% T (Total monomer con) containing 7M urea was used as a denaturant for the capillary gel.
5% C (Crosslink)
ing material concentratio
It is an embodiment prepared by adding 10% formamide to acrylamide having a concentration of n) and polymerizing. As a result of making the composition of the capillary gel different from that of the second embodiment, the refractive index of the acrylamide gel increased to n 3 = 1.40. Experimental conditions other than these are (second embodiment)
Exactly the same as. From (Equation 7), | Δθ | = 0.10.
Is calculated, and as in the case of the fourth embodiment described below, the refraction by the capillaries becomes smaller, and the fluorescence emitted from the migrating sample component can be measured with high sensitivity.
DNA sequencing could be achieved by electrophoresing the seed samples using 10 capillary gels.

【0048】(第4の実施形態)本実施形態は、空気中
にキャピラリーを配置した実施形態である。図12は、
空気9中に配置される、ゲル8が充填される10本のキ
ャピラリー1に、レーザビーム2を照射して蛍光を計測
する部分のキャピラリー軸に垂直な断面図を示す。使用
するキャピラリーは、外径を0.5mm(外半径、R=
0.25mm)、内径を0.1mm(内半径、r=0.
05mm)とする溶融石英管(n2=1.46)とし、
10本のキャピラリー1の配列は、図12のようにガラ
ス平面板3上に0.5mmピッチで、図3と同様にし
て、各キャピラリー軸を平行に配置し各キャピラリー軸
がほぼ同一面を成すように固定した。本実施形態では、
蛍光計測セルは使用せず、キャピラリー外部の媒質は空
気(n1=1.00)とした。これら以外の実験条件は
(第2の実施形態)と全く同一とした。(数7)から、
|Δθ|=0.87°と計算され、キャピラリーによる
屈折が十分小さくなるので、この実験条件は、各キャピ
ラリーに照射されるレーザ光強度を大きく減衰させるこ
となしに、10本以上のキャピラリー中を泳動する試料
成分から発する蛍光を、同時に励起できる条件である。
図12に示すように、蛍光の検出は、ガラス平面板3の
側、あるいはガラス平面板3の反対側から行なう。
(Fourth Embodiment) This embodiment is an embodiment in which capillaries are arranged in the air. Figure 12
A cross-sectional view perpendicular to the capillary axis of a portion for irradiating a laser beam 2 to 10 capillaries 1 filled with gel 8 and arranged in air 9 to measure fluorescence is shown. The capillary used has an outer diameter of 0.5 mm (outer radius, R =
0.25 mm) and an inner diameter of 0.1 mm (inner radius, r = 0.
05 mm) fused quartz tube (n 2 = 1.46),
The arrangement of the ten capillaries 1 is 0.5 mm pitch on the glass flat plate 3 as shown in FIG. 12, and similarly to FIG. 3, the respective capillary axes are arranged in parallel so that the respective capillary axes form substantially the same plane. Fixed as. In this embodiment,
The fluorescence measurement cell was not used, and the medium outside the capillary was air (n 1 = 1.00). The experimental conditions other than these were exactly the same as those of the second embodiment. From (Equation 7),
Since | Δθ | = 0.87 ° is calculated and the refraction by the capillaries becomes sufficiently small, this experimental condition is that 10 or more capillaries can be used without significantly attenuating the laser light intensity applied to each capillary. This is a condition under which fluorescence emitted from the sample components that migrate can be simultaneously excited.
As shown in FIG. 12, fluorescence is detected from the glass flat plate 3 side or the opposite side of the glass flat plate 3.

【0049】図13、図14は本実施形態で得られたD
NAシーケンス結果のうち、Texas Redで標識
されたA成分の電気泳動パターンである。これは泳動時
間30分から60分の電気泳動パターンであり、プライ
マーから約120塩基長までのA成分のパターンを示し
ている(分析した試料は10種ともに標準試料のM13
mp18である)。図13、図14の右欄の数字は、図
11と同様にキャピラリー番号を示し、レーザビーム
は、各キャピラリーを、キャピラリー1、キャピラリー
2、…、キャピラリー10の順に照射する。縦軸の相対
蛍光強度の意味は図11と同じである。レーザビーム
は、最初にキャピラリー1に照射され、次いでキャピラ
リー1を通過したレーザビームがキャピラリー2に照射
され、…、キャピラリー1からキャピラリー9を通過し
たレーザビームがキャピラリー10に照射される。図1
3、図14は、レーザビームが最初に照射されるキャピ
ラリー1から遠ざかるキャピラリー2、3、…、10か
ら得られる電気泳動パターンを示しており、10本のキ
ャピラリーとも十分なS/N(塩基長91を与えるピー
クにおいてS/Nは、キャピラリー1で237、キャピ
ラリー4で237、キャピラリー7で110、キャピラ
リー10で142でありる(キャピラリー10でのS/
Nがキャピラリー7でのS/Nより大きいのは、測定の
ばらつきと考えられる))で蛍光を計測できた。他の蛍
光体で標識された試料成分の電気泳動パターンも図1
3、図14同様に得られており、10本のキャピラリー
ゲルを使用する電気泳動により、泳動する試料成分から
発する蛍光を高感度に計測でき、DNA塩基配列決定を
実現できた。
13 and 14 show D obtained in this embodiment.
It is the electrophoresis pattern of the A component labeled with Texas Red in the NA sequence results. This is an electrophoretic pattern of a migration time of 30 minutes to 60 minutes, and shows the pattern of the A component from the primer to about 120 bases in length (10 samples analyzed were M13 of the standard sample).
mp18). The numbers in the right columns of FIGS. 13 and 14 indicate the capillary numbers as in FIG. 11, and the laser beam irradiates the respective capillaries in the order of capillary 1, capillary 2, ..., Capillary 10. The meaning of the relative fluorescence intensity on the vertical axis is the same as in FIG. The laser beam is first irradiated onto the capillary 1, then the laser beam that has passed through the capillary 1 is irradiated onto the capillary 2, ..., And the laser beam that has passed through the capillary 9 from the capillary 1 is irradiated onto the capillary 10. Figure 1
3 and FIG. 14 show the electrophoretic patterns obtained from the capillaries 2, 3, ..., 10 which are moved away from the capillary 1 which is first irradiated with the laser beam, and 10 capillaries have sufficient S / N (base length). The S / N in the peak giving 91 is 237 in capillary 1, 237 in capillary 4, 110 in capillary 7, and 142 in capillary 10 (S / N in capillary 10
The reason why N is larger than S / N in the capillary 7 is considered to be variation in measurement)), and fluorescence could be measured. The electrophoretic patterns of sample components labeled with other fluorophores are also shown in FIG.
3, obtained in the same manner as in FIG. 14, the fluorescence emitted from the sample components to be electrophoresed can be measured with high sensitivity by electrophoresis using 10 capillary gels, and DNA base sequence determination can be realized.

【0050】(第5の実施形態)本実施形態では(第4
の実施形態)において、使用するキャピラリーの外径を
0.3mm(外半径、R=0.15mm)、内径を0.
1mm(内半径、r=0.05mm)とし、キャピラリ
ーの材料の屈折率はn2=1.60である。具体的には
キャピラリーの材料として、(株)オハラより発売され
ているPHM53(n2=1.60)を用いた。これら
以外の実験条件は、(第4の実施形態)と全く同一とし
た。(数7)から、|Δθ|=0.84°と計算され、
(第4の実施形態)における|Δθ|=0.87°より
もキャピラリーによる屈折がより小さくなる。従って、
レーザビームにより10本のキャピラリー中を泳動する
試料成分を実質的に同時に励起でき、10種の試料を1
本のキャピラリーゲルを使用する電気泳動により、泳動
する試料成分から発する蛍光を高感度に計測でき、DN
A塩基配列決定を実現できた。
(Fifth Embodiment) In the present embodiment, (fourth embodiment)
Embodiment), the outer diameter of the capillary used is 0.3 mm (outer radius, R = 0.15 mm), and the inner diameter is 0.
1 mm (inner radius, r = 0.05 mm), the refractive index of the material of the capillary is n 2 = 1.60. Specifically, PHM53 (n 2 = 1.60) sold by OHARA INC. Was used as the material of the capillary. The experimental conditions other than these were exactly the same as those in (Fourth Embodiment). From (Equation 7), | Δθ | = 0.84 ° is calculated,
The refraction by the capillary is smaller than that of | Δθ | = 0.87 ° in the fourth embodiment. Therefore,
A laser beam can excite sample components that migrate in 10 capillaries substantially at the same time, and 10 samples can
By using electrophoresis using a book capillary gel, fluorescence emitted from the sample components to be migrated can be measured with high sensitivity.
A sequencing could be realized.

【0051】(第6の実施形態)本実施形態では、図1
5に示すように、使用するキャピラリーは2種のキャピ
ラリーから構成され、各キャピラリーは異なる径寸法を
有している。使用するキャピラリー10本はそれぞれ、
電気泳動分離部分では、外径0.2mm(外半径、R=
0.1mm)、内径0.1mm(内半径、r=0.05
mm)の寸法を有するキャピラリー(分離用キャピラリ
ー27)、レーザビーム2を照射して蛍光を計測する部
分では、外径0.5mm(外半径、R=0.25m
m)、内径0.1mm(内半径、r=0.05mm)の
寸法を有するキャピラリー(計測キャピラリー28)か
ら構成される。図15に示すように、分離用キャピラリ
ー27と計測用キャピラリー28とを接続させて、図
3、図12と同様にして、ガラス平面上に0.5mmピ
ッチで、計測キャピラリー28の軸を平行に保ち、各計
測キャピラリー28の軸が平面を成すように、ガラス平
面板上に配列固定した。この時、10組の対向する分離
用キャピラリーと計測用キャピラリーの中心軸がそれぞ
れ一致するようにした。両キャピラリーの材料はいずれ
も石英(n2=1.46)であり、接続面は、予め研磨
してフラットにした。
(Sixth Embodiment) In this embodiment, FIG.
As shown in FIG. 5, the capillaries used are composed of two types of capillaries, and each capillary has a different diameter dimension. Each of the 10 capillaries used is
In the electrophoretic separation part, the outer diameter is 0.2 mm (outer radius, R =
0.1 mm), inner diameter 0.1 mm (inner radius, r = 0.05)
The outer diameter of the capillary (separation capillary 27) having a size of 0.5 mm and the portion for measuring the fluorescence by irradiating the laser beam 2 is 0.5 mm (outer radius, R = 0.25 m).
m) and an inner diameter of 0.1 mm (inner radius, r = 0.05 mm). As shown in FIG. 15, the separation capillaries 27 and the measurement capillaries 28 are connected to each other, and the axes of the measurement capillaries 28 are parallel to each other at a pitch of 0.5 mm on the glass plane in the same manner as in FIGS. 3 and 12. The measurement capillaries 28 were arranged and fixed on a flat glass plate so that the axes of the respective measurement capillaries 28 formed a flat surface. At this time, the central axes of the 10 sets of separation capillaries and the measurement capillaries facing each other were made to coincide with each other. The material for both capillaries was quartz (n 2 = 1.46), and the connecting surface was previously polished to be flat.

【0052】両キャピラリーには、変性剤として7Mの
ウレアを含んだ4%T(Totalmonomer c
oncentration)、5%C(Crossli
nking material concentrat
ion)の濃度のアクリルアミドを注入した後ゲル化さ
せた。キャピラリーの接続部分は電気的に断線しないよ
うに緩衝液に浸し、分離用キャピラリーを泳動し分離し
た試料成分が、そのまま対向する計測用キャピラリーを
泳動するようにした。
Both capillaries contained 4% T (Totalmonomer c) containing 7M urea as a denaturant.
oncentration), 5% C (Crossli
nking material concentrat
(ion) was injected and then gelled. The connecting portion of the capillary was immersed in a buffer solution so as not to be electrically disconnected, and the separation capillary was electrophoresed so that the separated sample components were electrophoresed on the opposing measurement capillary.

【0053】分離用キャピラリーは長さ25cm、計測
用キャピラリーは長さ15cmとした。但し、図15に
は両キャピラリーの接続部分付近のみを記した。分離用
キャピラリーと計測用キャピラリーの接続位置から5c
mの位置で、長さ10mmにわたり計測用キャピラリー
のポリイミド被覆を予め除去して、この位置に図15に
示したように、レーザビーム2を照射した。この時、泳
動距離は(25+5)cm=30cmとなる。これら以
外の実験条件は(第4の実施形態)と全く同一とした。
即ち、本実施形態での装置構成条件は、レーザのキャピ
ラリーによる屈折は十分に小さくして、各キャピラリー
に照射されるレーザ光強度を大きく減衰させることなし
に、10本のキャピラリーを泳動する試料成分を実質的
に同時に励起できる条件であり、10種の試料を10本
のキャピラリーゲルを使用する電気泳動により、泳動す
る試料成分から発する蛍光を高感度に計測でき、DNA
塩基配列決定を実現できた。なお、図15に図示してい
ないが、蛍光の検出は、ガラス平面板の側、もしくはガ
ラス平面板の反対側より行なう。
The separation capillary had a length of 25 cm, and the measurement capillary had a length of 15 cm. However, FIG. 15 shows only the vicinity of the connecting portion of both capillaries. 5c from the connecting position of the separation capillary and the measurement capillary
At position m, the polyimide coating of the measuring capillary was previously removed over a length of 10 mm, and the position was irradiated with the laser beam 2 as shown in FIG. At this time, the migration distance is (25 + 5) cm = 30 cm. The experimental conditions other than these were exactly the same as those of the fourth embodiment.
That is, the apparatus configuration conditions in the present embodiment are such that the refraction by the capillaries of the laser is sufficiently small, and the sample component that migrates 10 capillaries without significantly attenuating the laser light intensity applied to each capillary. Is a condition capable of being excited at substantially the same time, and the fluorescence emitted from the migrating sample components can be measured with high sensitivity by electrophoresis using 10 capillary gels of 10 types of samples.
The sequencing could be realized. Although not shown in FIG. 15, fluorescence is detected from the glass flat plate side or the opposite side of the glass flat plate.

【0054】一般にキャピラリーの価格は、外径が大き
く内径が小さいほど、即ち、肉厚になるほどガラスの体
積にほぼ比例して高価になる。即ち、本実施形態で用い
た分離用キャピラリーと計測用キャピラリーの単位長さ
当たりの価格は、後者のほうが8倍も高い。本実施形態
では、分離用キャピラリーと計測用キャピラリーの脱着
が可能なので、1つの試料に関する計測終了後に分離用
キャピラリーのみを交換して、次の試料に関する計測を
でき、コストを低減できる。このことは本実施形態のも
う一つの効果である。
Generally, the price of a capillary becomes higher as the outer diameter is larger and the inner diameter is smaller, that is, as the wall thickness is larger, in proportion to the volume of glass. That is, the price per unit length of the separation capillaries and the measurement capillaries used in the present embodiment is eight times higher. In this embodiment, since the separation capillary and the measurement capillary can be attached and detached, only the separation capillary can be exchanged after the measurement of one sample is completed, and the measurement of the next sample can be performed, and the cost can be reduced. This is another effect of this embodiment.

【0055】本実施形態で使用した、図15に示す各キ
ャピラリーが異なる径寸法をもつ2種のキャピラリーか
ら構成されるキャピラリーを、図10で説明した(第2
の実施形態)に適用しても、本実施形態とほぼ同様の結
果が得られることは言うまでもない。
The capillary used in the present embodiment, which is composed of two types of capillaries shown in FIG. 15 each having a different diameter, has been described with reference to FIG.
It is needless to say that the same result as that of the present embodiment can be obtained by applying the above-described embodiment.

【0056】(第7の実施形態)以上(第1の実施形
態)から(第6の実施形態)では、平面状に配列された
キャピラリーゲルの成す平面に平行に、1方向から各キ
ャピラリー軸を通るようにレーザビームを照射する構成
について説明したが、(第1の実施形態)から(第6の
実施形態)において、図16に示すように、2方向から
各キャピラリー軸を通るようにレーザビームを照射する
構成としても良い。図16(a)の構成は、レーザビー
ム2(単一波長のレーザ光、又は複数のレーザ光源から
の複数波長のレーザ光を混合して同軸にしたレーザ光で
も良い)を、半透明鏡29、及び30−1、30−2、
30−3により、分岐させて2方向から各キャピラリー
軸を通るようにレーザビームを照射する構成である。図
16(b)の構成は、2つのレーザビーム2−1、2−
2を、対向する2方向から複数のキャピラリーに照射す
るする構成であり、レーザビーム2−1、2−2はそれ
ぞれ単一波長のレーザ光、又は複数のレーザ光源からの
複数波長のレーザ光を混合して同軸にしたレーザ光でも
良い。図16(a)、(b)の構成では、(第1の実施
形態)から(第6の実施形態)において、各キャピラリ
ーに照射されるレーザ光の強度の不均一を、改善してよ
り一様な強度のレーザ光を各キャピラリーに照射するこ
とができる。この結果、より多数の本数を使用するキャ
ピラリーアレイ電気泳動が可能となる。なお、図16
(a)の構成では、分岐させて2方向から各キャピラリ
ー軸を通るようにレーザビームを照射するため、レーザ
光照射強度が減少するので、高出力のレーザ光源の使用
が望ましい。更に、(第1の実施形態)から(第6の実
施形態)に、図16(b)の構成を適用する際に、レー
ザビーム2−1が含む単数、又複数のレーザ光の波長
と、レーザビーム2−2が含む単数、又複数のレーザ光
の波長とが、同一となるように構成されても、異なるよ
うに構成されてもいずれでも構わない。
(Seventh Embodiment) In the above (first embodiment) to (sixth embodiment), each capillary axis is parallel to the plane formed by the planarly arranged capillary gels from one direction. The configuration of irradiating the laser beam so as to pass through has been described. However, in (First Embodiment) to (Sixth Embodiment), as shown in FIG. 16, the laser beam is passed through each capillary axis from two directions. It may be configured to irradiate. In the configuration of FIG. 16A, the laser beam 2 (a laser beam having a single wavelength or a laser beam obtained by mixing laser beams having a plurality of wavelengths from a plurality of laser light sources to be coaxial) may be used as a semitransparent mirror 29. , And 30-1, 30-2,
The configuration is such that the laser beam is radiated so as to pass through each capillary axis from two directions by 30-3. The configuration of FIG. 16B has two laser beams 2-1 and 2-
The laser beams 2-1 and 2-2 are laser beams having a single wavelength or laser beams having a plurality of wavelengths from a plurality of laser light sources, respectively. The laser light mixed and coaxial may be used. In the configurations of FIGS. 16A and 16B, in (First Embodiment) to (Sixth Embodiment), it is possible to further improve the nonuniformity of the intensity of the laser light with which each capillary is irradiated. It is possible to irradiate each capillary with laser light of such intensity. As a result, it becomes possible to perform capillary array electrophoresis using a larger number. Note that FIG.
In the configuration of (a), since the laser beam is branched so that the laser beam is irradiated from two directions so as to pass through each capillary axis, the irradiation intensity of the laser beam is reduced, so that it is desirable to use a high-power laser light source. Further, when the configuration of FIG. 16B is applied to (the first embodiment) to (the sixth embodiment), the wavelength of a single laser beam or a plurality of laser beams included in the laser beam 2-1 and The laser beam 2-2 may be configured to have the same wavelength or a plurality of wavelengths of laser light, or may have different wavelengths.

【0057】(第8の実施形態)以上(第1の実施形
態)から(第7の実施形態)では、全てアクリルアミド
ゲルを用いたが、もちろんこれ以外の分離用媒体を用い
ても良い。分離媒体として交換可能なものを用いて、キ
ャピラリーそのものは再利用しても良い。但し、それぞ
れ分離媒体の屈折率に応じて、例えば、(数7)に基づ
いて各媒質の屈折率、キャピラリーの径寸法の最適化を
行なうことが、複数のキャピラリー中を泳動する試料成
分から発する蛍光を高感度に効率的に同時計測する場合
に重要である。また(数7)から、|Δθ|はキャピラ
リーの外径2R、内径2rそれぞれ単独で決まるのでは
なく、|Δθ|は外径と内径の比R/rで決定される。
従って、以上に示した各実施形態について、異なる外径
2R、内径2rのキャピラリーを用いた場合でも、外径
と内径の比(R/r)が等しければ、ほぼ同様の効果を
得ることができる。
(Eighth Embodiment) In the above (first embodiment) to (seventh embodiment), acrylamide gel is used for all, but other separation medium may be used. The capillary itself may be reused by using a replaceable separation medium. However, optimization of the refractive index of each medium and the diameter dimension of the capillary based on, for example, (Equation 7) according to the refractive index of the separation medium is generated from the sample component that migrates in the plurality of capillaries. This is important for simultaneous high-sensitivity fluorescence measurements. Also, from (Equation 7), | Δθ | is not determined by the outer diameter 2R and the inner diameter 2r of the capillary independently, but | Δθ | is determined by the ratio R / r of the outer diameter to the inner diameter.
Therefore, in each of the above-described embodiments, even when the capillaries having different outer diameters 2R and inner diameters 2r are used, substantially the same effect can be obtained as long as the ratio of the outer diameter to the inner diameter (R / r) is equal. .

【0058】(第9の実施形態)以上(第1の実施形
態)から(第8の実施形態)では、複数のキャピラリー
ゲルを使用したが、単一のキャピラリーゲルを使用して
も良いことは言うまでもない。単一のキャピラリーゲル
を使用する場合にも、(数7)により与えれるキャピラ
リーゲルによる、レーザビームの屈折|Δθ|を最小化
して、試料成分が泳動するゲルにレーザビームを照射し
て、効率良く試料成分からの蛍光を検出することができ
る。
(Ninth Embodiment) In the above (first embodiment) to (eighth embodiment), a plurality of capillary gels are used, but a single capillary gel may be used. Needless to say. Even when a single capillary gel is used, the refraction | Δθ | of the laser beam due to the capillary gel given by (Equation 7) is minimized and the gel beam on which the sample component migrates is irradiated with the laser beam to improve efficiency. Fluorescence from the sample components can be detected well.

【0059】最後に簡単に本発明を要約すると、キャピ
ラリーアレイ電気泳動装置において、キャピラリーアレ
イ又はレーザ光のスキャンを行なうことなく、複数のキ
ャピラリーにレーザ光を実質的に同時に照射して、各キ
ャピラリー中を泳動する試料成分から発する蛍光を実質
的に同時に検出し、オンカラム蛍光計測を行なう。即
ち、複数のキャピラリーを一平面上に配列させ、配列平
面の1つ又は2つの側方よりレーザを、配列平面に平行
に照射する。キャピラリーの外半径、内半径、キャピラ
リー外部の媒質の屈折率、キャピラリーの材料の屈折
率、キャピラリー内部の媒質の屈折率の間に所定の関係
を満足させて、レーザのキャピラリーによる屈折を十分
に小さくし、全てのキャピラリーに十分な強度のレーザ
光を照射することにより、高感度、高速、高スループッ
トが簡便に実現する。
Finally, the present invention will be briefly summarized. In a capillary array electrophoresis apparatus, a plurality of capillaries are irradiated with laser light at substantially the same time without scanning the capillary array or laser light. On-column fluorescence measurement is performed by detecting fluorescence emitted from the sample component that migrates at substantially the same time. That is, a plurality of capillaries are arrayed on one plane, and a laser is irradiated from one or two sides of the array plane parallel to the array plane. The refractive index of the laser capillary is sufficiently small by satisfying a predetermined relationship among the outer radius of the capillary, the inner radius, the refractive index of the medium outside the capillary, the refractive index of the material of the capillary, and the refractive index of the medium inside the capillary. By irradiating all the capillaries with laser light of sufficient intensity, high sensitivity, high speed, and high throughput can be easily realized.

【0060】[0060]

【発明の効果】本発明によれば、キャピラリーアレイ電
気泳動装置において、キャピラリーアレイ又はレーザ光
のスキャンを行なうことなく、複数のキャピラリーにレ
ーザ光を実質的に同時に照射して、各キャピラリー中を
泳動する試料成分から発する蛍光を実質的に同時に検出
し、高感度、高速、高スループットな分析を簡便に達成
できるオンカラム蛍光計測を実現できる。
According to the present invention, in a capillary array electrophoresis apparatus, a plurality of capillaries are irradiated with laser light substantially at the same time without scanning the capillary array or laser light, and each capillary is electrophoresed. The fluorescence emitted from the sample components can be detected at substantially the same time, and on-column fluorescence measurement that can easily achieve highly sensitive, high-speed, and high-throughput analysis can be realized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の一実施形態であり、同一平面上に配列
される複数のキャピラリーにこの平面と平行で、試料成
分の泳動方向とほぼ直交する方向からレーザを照射する
キャピラリーアレイ電気泳動装置の主要部分を示す、
(a)複数のキャピラリーアレイの平面図、(b)その
断面図。
FIG. 1 is an embodiment of the present invention, in which a plurality of capillaries arranged on the same plane are irradiated with a laser beam in a direction parallel to the plane and substantially orthogonal to the migration direction of sample components. Shows the main part of
(A) The top view of a plurality of capillary arrays, (b) The sectional view.

【図2】本発明の第1の実施形態であり、5本のキャピ
ラリーゲルを使用する電気泳動によるDNA塩基配列決
定のための装置の基本構成を示す図。
FIG. 2 is a diagram showing a basic configuration of an apparatus for determining a DNA base sequence by electrophoresis using five capillary gels, which is the first embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第1の実施形態であり、キャピラリー
ゲルを取り巻く媒質を空気とする蛍光計測部分のキャピ
ラリー軸に垂直な断面図。
FIG. 3 is a first embodiment of the present invention, and is a cross-sectional view perpendicular to the capillary axis of a fluorescence measurement portion in which the medium surrounding the capillary gel is air.

【図4】本発明の第2の実施形態であり、外半径R、内
半径rをもつキャピラリー断面図であり、キャピラリー
の軸から、距離xだけ離れた位置に入射した無限小幅の
レーザビームの1本のキャピラリーによる屈折の様子を
示す図。
FIG. 4 is a second embodiment of the present invention, and is a cross-sectional view of a capillary having an outer radius R and an inner radius r, showing an infinitely small laser beam incident at a position separated by a distance x from the axis of the capillary. The figure which shows the mode of refraction by one capillary.

【図5】本発明の第2の実施形態であり、キャピラリー
の外半径、内半径、キャピラリー材料の屈折率、ゲルの
屈折率、及びキャピラリーの外部の媒質の屈折率と、キ
ャピラリーゲルによるレーザ光の屈折の大きさ|Δθ|
との関係−1を示す図。
FIG. 5 is a second embodiment of the present invention, in which the outer radius and inner radius of the capillary, the refractive index of the capillary material, the refractive index of the gel, the refractive index of the medium outside the capillary, and the laser light from the capillary gel are used. Refraction magnitude | Δθ |
And FIG.

【図6】図5の結果を得る際に仮定した条件のうち、キ
ャピラリーの外半径を変更した場合の、キャピラリーの
外部の媒質の屈折率の変化に対する|Δθ|の変化を、
キャピラリーの外部の各媒質に関して示す図。
FIG. 6 shows the change in | Δθ | with respect to the change in the refractive index of the medium outside the capillary when the outer radius of the capillary is changed, among the conditions assumed to obtain the results in FIG.
The figure shown about each medium outside a capillary.

【図7】キャピラリーの外半径と内半径の比、及びキャ
ピラリーの外部の媒質の屈折率を変更した場合の|Δθ
|の変化を示す図。
FIG. 7 shows | Δθ when the ratio of the outer radius to the inner radius of the capillary and the refractive index of the medium outside the capillary are changed.
The figure which shows the change of |.

【図8】図5の結果を得る際に仮定した条件のうち、キ
ャピラリーの外半径、及びキャピラリーの材料の屈折率
を変更した場合の、キャピラリーの外部の媒質の屈折率
の変化に対する|Δθ|の変化を、キャピラリーの外部
の各媒質に関して示す図。
8 is one of the conditions assumed to obtain the results in FIG. 5, where | Δθ | with respect to the change in the refractive index of the medium outside the capillary when the outer radius of the capillary and the refractive index of the material of the capillary are changed. FIG. 6 is a diagram showing changes in the above for each medium outside the capillary.

【図9】本発明の第2の実施形態であり、図2に示す装
置の基本構成のうち、ガラス平面板の代わりに、蛍光計
測用セルを使用するキャピラリーゲル電気泳動装置の構
成を示す図。
9 is a diagram showing a second embodiment of the present invention, showing a configuration of a capillary gel electrophoresis apparatus using a fluorescence measurement cell instead of a glass flat plate in the basic configuration of the apparatus shown in FIG. .

【図10】図9の蛍光計測セルの部分のキャピラリー軸
に垂直な断面図。
10 is a cross-sectional view of a portion of the fluorescence measurement cell of FIG. 9 which is perpendicular to the capillary axis.

【図11】本発明の第2の実施形態で得られたDNAシ
ーケンス結果のうち、TexasRedで標識されたA
成分の電気泳動パターンを示す図。
FIG. 11: A of Texas Red-labeled A out of the DNA sequencing results obtained in the second embodiment of the present invention.
The figure which shows the electrophoresis pattern of a component.

【図12】本発明の第4の実施形態であり、空気中に配
置される、ゲルが充填される10本のキャピラリーに、
レーザビームを照射して蛍光を計測する部分のキャピラ
リー軸に垂直な断面図。
FIG. 12 is a fourth embodiment of the present invention, in which 10 gel-filled capillaries placed in air are provided.
Sectional drawing which is perpendicular to the capillary axis of the portion where a laser beam is irradiated to measure fluorescence.

【図13】本発明の第4の実施形態において、得られた
DNAシーケンス結果のうち、Texas Redで標
識されたA成分の電気泳動パターンを示す図。
FIG. 13 is a diagram showing an electrophoretic pattern of a component A labeled with Texas Red in the obtained DNA sequencing results in the fourth embodiment of the present invention.

【図14】本発明の第4の実施形態において、得られた
DNAシーケンス結果のうち、Texas Redで標
識されたA成分の電気泳動パターンを示す図。
FIG. 14 is a diagram showing an electrophoresis pattern of a component A labeled with Texas Red in the obtained DNA sequencing results in the fourth embodiment of the present invention.

【図15】本発明の第6の実施形態であり、各キャピラ
リーが異なる径寸法をもつ2本のキャピラリーから構成
されるキャピラリーを使用するキャピラリー電気泳動装
置のレーザ照射部位を示す図。
FIG. 15 is a sixth embodiment of the present invention, and is a diagram showing a laser irradiation portion of a capillary electrophoresis apparatus using a capillary composed of two capillaries each having a different diameter dimension.

【図16】本発明の第7の実施形態であり、2方向から
各キャピラリー軸を通るようにレーザビームを照射する
構成を示し、(a)はレーザビームを半透明鏡によりレ
ーザビームを分岐させて2方向から各キャピラリー軸を
通るように照射する構成、(b)は2つのレーザビーム
を、対向する2方向から複数のキャピラリーに照射する
構成を示す図。
FIG. 16 is a seventh embodiment of the present invention, showing a configuration in which a laser beam is irradiated from two directions so as to pass through each capillary axis, and FIG. 16A shows a laser beam split by a semitransparent mirror. FIG. 3B is a diagram showing a configuration in which two capillaries are irradiated from two directions so as to pass through each capillary axis, and FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…キャピラリー、2、2−1、2−2…レーザ光、3
…ガラス平面板、4…第1レンズ、5…像分割プリズム
及び組み合わせフィルター、6…第2レンズ、7…2次
元CCDカメラ、8…アクリルアミドゲル、9…空気、
10…入射レーザのキャピラリー軸からのずれの距離
(x)、11…キャピラリー外部の媒質からキャピラリ
ーへの入射角(θ1)、12…キャピラリー外部の媒質
からキャピラリーへの屈折角(θ2)、13…キャピラ
リー材料からキャピラリー内部の媒質への入射角
(θ3)、14…キャピラリー材料からキャピラリー内
部の媒質への屈折角(θ4)、15…キャピラリー内部
の媒質からキャピラリー材料への入射角(θ5)、16
…キャピラリー内部の媒質からキャピラリー材料への屈
折角(θ6)、17…キャピラリー材料からキャピラリ
ー外部の媒質への入射角(θ7)、18…キャピラリー
材料からキャピラリー外部の媒質への屈折角(θ8)、
19…各キャピラリーの軸が配列するキャピラリー配列
軸、20…キャピラリー外部の媒質の屈折率(n1)、
21…キャピラリー材料の屈折率(n2)、22…キャ
ピラリー内部の媒質の屈折率(n3)、23…キャピラ
リーの外半径、24…キャピラリーの内半径、25…蛍
光計測用セル、26…水、27…分離用キャピラリー、
28…計測用キャピラリー、29−1、29−2、29
−3、29−4…半透明鏡。
1 ... Capillary 2, 2-1, 2-2 ... Laser light, 3
... Glass flat plate, 4 ... First lens, 5 ... Image splitting prism and combination filter, 6 ... Second lens, 7 ... Two-dimensional CCD camera, 8 ... Acrylamide gel, 9 ... Air,
10 ... Distance of deviation from the capillary axis of the incident laser (x), 11 ... Incidence angle (θ 1 ) from the medium outside the capillary to the capillary, 12 ... Refraction angle (θ 2 ) from the medium outside the capillary to the capillary, 13 ... Angle of incidence from the capillary material to the medium inside the capillary (θ 3 ), 14 ... Angle of refraction from the capillary material to the medium inside the capillary (θ 4 ), 15 ... Angle of incidence from the medium inside the capillary to the capillary material ( θ 5 ), 16
... refraction angle (θ 6 ) from the medium inside the capillary to the capillary material, 17 ... incidence angle (θ 7 ) from the capillary material to the medium outside the capillary, 18 ... refraction angle (θ from the capillary material to the medium outside the capillary) 8 ),
19 ... Capillary array axis in which the axes of the capillaries are arrayed, 20 ... Refractive index (n 1 ) of the medium outside the capillaries,
21 ... Refractive index of the capillary material (n 2 ), 22 ... Refractive index of the medium inside the capillary (n 3 ), 23 ... Outer radius of the capillary, 24 ... Inner radius of the capillary, 25 ... Fluorescence measuring cell, 26 ... Water , 27 ... Separation capillaries,
28 ... Measuring capillaries, 29-1, 29-2, 29
-3, 29-4 ... Semi-transparent mirror.

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平6−138037(JP,A) 特開 平7−20090(JP,A) 特開 平5−281134(JP,A) 特開 平5−60728(JP,A) 特開 平6−94617(JP,A) 特開 平6−294739(JP,A) 特開 昭63−231247(JP,A) 特開 平5−157733(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01N 27/447 G01N 21/64 Continuation of the front page (56) Reference JP-A-6-138037 (JP, A) JP-A-7-20090 (JP, A) JP-A-5-281134 (JP, A) JP-A-5-60728 (JP , A) JP-A-6-94617 (JP, A) JP-A-6-294739 (JP, A) JP-A-63-231247 (JP, A) JP-A-5-157733 (JP, A) (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) G01N 27/447 G01N 21/64

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】少なくとも一部が平面状に配列される複数
のキャピラリーと、平面状に配列される前記複数のキャ
ピラリーの各軸のなす平面に平行であり対向する2方向
から前記各キャピラリーの透明部分にレーザを照射する
手段と、前記各キャピラリーを泳動する試料の成分から
発する蛍光を検出する手段とを有することを特徴とする
キャピラリーアレイ電気泳動装置。
1. A plurality of capillaries, at least a part of which are arranged in a plane, and transparent of each of the capillaries, which are parallel to a plane formed by axes of the plurality of capillaries and are opposed to each other. A capillary array electrophoresis apparatus comprising: a unit for irradiating a portion with a laser; and a unit for detecting fluorescence emitted from a component of a sample that migrates through each of the capillaries.
【請求項2】請求項1に記載の電気泳動装置において、
前記レーザを2つに分岐させて、前記対向する2方向か
ら照射することを特徴とするキャピラリーアレイ電気泳
動装置。
2. The electrophoretic device according to claim 1, wherein
A capillary array electrophoresis apparatus, characterized in that the laser is branched into two and irradiated from the two opposite directions.
【請求項3】請求項1に記載の電気泳動装置において、
複数のレーザ光源からの複数波長のレーザ光を前記対向
する2方向から照射することを特徴とするキャピラリー
アレイ電気泳動装置。
3. The electrophoretic device according to claim 1, wherein
A capillary array electrophoretic device, characterized in that laser light having a plurality of wavelengths from a plurality of laser light sources is irradiated from the two facing directions.
【請求項4】 前記レーザが通過する前記キャピラリーの
外部の媒質が、空気であることを特徴とする請求項1乃
至3何れかに記載のキャピラリーアレイ電気泳動装置。
Wherein the medium outside of the capillary in which the laser to pass through, capillary array electrophoresis device according to any one of claims 1 to 3, characterized in that air.
【請求項5】 前記レーザが通過する前記キャピラリーの
外部の媒質は、その屈折率が1.00から1.33の範囲にある
ことを特徴とする請求項1乃至3何れかに記載のキャピ
ラリーアレイ電気泳動装置。
External medium of the capillary wherein said laser passes the capillary array electrophoretic device according to any one of claims 1 to 3, characterized in that its refractive index is in the range of 1.00 1.33.
【請求項6】 前記レーザが通過する前記キャピラリーの
外部の媒質は、その屈折率が1.28であることを特徴とす
る請求項1乃至3何れかに記載のキャピラリーアレイ電
気泳動装置。
6. The external medium of the capillary in which the laser passes may capillary array electrophoresis system according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the refractive index is 1.28.
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