JP3599060B2 - Electrophoresis device - Google Patents

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本発明は、核酸、蛋白、糖等を分離分析する電気泳動装置に関し、特にDNA(核酸)等の検出、DNAの塩基配列の解析等に好適な電気泳動装置に関する。   The present invention relates to an electrophoresis apparatus for separating and analyzing nucleic acids, proteins, sugars, and the like, and more particularly to an electrophoresis apparatus suitable for detecting DNA (nucleic acid) and the like, analyzing the base sequence of DNA, and the like.

蛍光標識された試料を電気泳動により分子量分離し解析する電気泳動装置としては、例えば蛍光体を標識物にしたDNAの塩基配列決定装置がある。塩基配列決定方法は、周知のサンガー(Sanger)らのジデオキシ法による。分子量分離は、ポリアクリルアミドゲル等を使った電気泳動で行う。通常は2枚のガラス板の間に作成した平板上のポリアクリルアミドゲルを使用して電気泳動を行うが、近年、キャピラリー内にゲル(キャピラリーゲル)を作成して電気泳動を行うキャピラリーゲル電気泳動法が開発されている。キャピラリーゲル電気泳動法では、一般にキャピラリーの径が小さいためにゲルの体積当たりの表面積が大きく、ジュール熱の放散が容易であるため、高電圧を印加することができ、高速に分離することができ、有用な方法である。キャピラリーゲル電気泳動法の第1の従来例として、「ニュークレイック アシッド リサーチ」誌、第18巻、第1415〜1419頁(1990年)(Nucleic Acid Research、18、1415〜1419(1990))に記載の方法がある。図19に示すように、内径75μmのキャピラリーを使用し、9kVの高電圧を印加し、DNA断片等の高速及び高分離検出を図っている。この方法の検出部では、キャピラリーの軸とレーザ光の照射軸とを、垂直方向から25度程度傾斜させ、レーザ光をキャピラリーの中心部に直径約20μmに集光して照射し、生じる蛍光をバンドパス干渉フィルタ等で分光して検出している。なお、図19は上記従来例記載の装置図を基にわかりやすく書き直してある。さらに、第2の従来例として、「ジャーナル オブ クロマトグラフィー」誌、第516巻、第61〜67頁(1990年)(Journal of Chromatography、516、61〜67(1990))に、キャピラリーゲル電気泳動法によってDNAの塩基配列を決定する方法が記載されている。この方法では、内径が50μmのキャピラリーを使用してDNA断片を分子量分離している。本例での測定装置は基本的には「サイエンス」誌、第242巻、第562〜564頁(1988年)(Science、242、562〜564(1988))に記載されているものである。「サイエンス」誌記載の装置図に、判り易くするため、記載内容に基づいて、レーザ光源やシースフロー用のポンプ等を加えた装置構成を図20に示した。DNA断片の検出は、分子量分離された分離液を石英製フローチャンバー(内形250μm×250μm)に導き、EDTAを含むトリス−ほう酸緩衝液をシース液として液体クロマトグラフィー用ポンプによりフローさせてシースフロー状態にし、フローチャンバーのほぼ中心部を流れる分離液に対して、レーザ光を直径10μm程度に集光して照射し、分光フィルタ等を通してDNA断片からの蛍光を検出している。なお、第3の従来例である、1つの泳動路で塩基配列を決定する方法として、例えば「ネイチャー」誌、第321巻、第674〜679頁(1986年)(Nature、321、674〜679(1986))等に記載されているように、DNA断片の末端塩基の種類毎に、4種の異なる最大蛍光波長を有する蛍光体(フルオレセイン、4−クロロ−7−ニトロベンゾ−2−オキサ−1−ジアゾール(NBD)、テトラメチルローダミン、テキサスレッド(モレキュラプローブ社製品))で標識し、分子量順に泳動されてくる断片をレーザ光で励起して、4種のバンドパス干渉フィルタによって各々の蛍光を分離して蛍光検出し、塩基配列を決定する方法がある。このように、キャピラリーゲル電気泳動では、通常1本のキャピラリーのみを使用し計測をおこなっている。
「ニュークレイック アシッド リサーチ」誌、第18巻、第1415〜1419頁(1990年)(Nucleic Acid Research、18、1415〜1419(1990))
As an electrophoresis apparatus for separating and analyzing the molecular weight of a fluorescently labeled sample by electrophoresis, for example, there is an apparatus for determining the base sequence of DNA using a fluorescent substance as a label. The nucleotide sequence is determined by the well-known dideoxy method of Sanger et al. The molecular weight separation is performed by electrophoresis using a polyacrylamide gel or the like. Usually, electrophoresis is performed using a polyacrylamide gel on a flat plate created between two glass plates. In recent years, a capillary gel electrophoresis method in which a gel (capillary gel) is formed in a capillary and electrophoresed is used. Is being developed. Capillary gel electrophoresis generally has a large surface area per gel volume due to the small diameter of the capillary and easy dissipation of Joule heat, so high voltage can be applied and high-speed separation can be performed. Is a useful way. A first conventional example of capillary gel electrophoresis is described in "Nucleic Acid Research", Vol. 18, pp. 1415-1419 (1990) (Nucleic Acid Research, 18, 1415-1419 (1990)). There is a method described. As shown in FIG. 19, using a capillary having an inner diameter of 75 μm, a high voltage of 9 kV is applied to achieve high-speed and high-separation detection of DNA fragments and the like. In the detection unit of this method, the axis of the capillary and the irradiation axis of the laser light are inclined by about 25 degrees from the vertical direction, and the laser light is condensed and radiated to the center of the capillary to a diameter of about 20 μm, and the generated fluorescence is emitted. The spectrum is detected by a band-pass interference filter or the like. FIG. 19 is rewritten in an easy-to-understand manner based on the device diagram described in the above-mentioned conventional example. Further, as a second conventional example, Journal of Chromatography, Vol. 516, pp. 61-67 (1990) (Journal of Chromatography, 516, 61-67 (1990)), describes a capillary gel electrophoresis. A method for determining the base sequence of DNA by the method is described. In this method, DNA fragments are separated by molecular weight using a capillary having an inner diameter of 50 μm. The measuring apparatus in this example is basically the one described in "Science", Vol. 242, pp. 562-564 (1988) (Science, 242, 562-564 (1988)). FIG. 20 shows an apparatus configuration in which a laser light source, a pump for sheath flow, and the like are added based on the contents of the description for easy understanding in the apparatus diagram described in “Science” magazine. The DNA fragment is detected by introducing the separated solution from which the molecular weight has been separated into a quartz flow chamber (inner size 250 μm × 250 μm), and using a Tris-borate buffer solution containing EDTA as a sheath solution to flow by a liquid chromatography pump. In this state, the laser light is condensed to a diameter of about 10 μm to irradiate the separated liquid flowing substantially in the center of the flow chamber, and the fluorescence from the DNA fragments is detected through a spectral filter or the like. As a third conventional example, a method for determining a base sequence in one migration path is described in, for example, Nature, Vol. 321, pp. 674 to 679 (1986) (Nature, 321, 674 to 679). (1986)) and the like, a fluorophore (fluorescein, 4-chloro-7-nitrobenzo-2-oxa-1) having four different maximum fluorescence wavelengths for each type of terminal base of the DNA fragment. -Labeled with diazole (NBD), tetramethylrhodamine, Texas Red (Molecular Probe Co.), excite the fragments migrated in order of molecular weight with laser light, and fluoresce each with four kinds of bandpass interference filters. And then detecting the fluorescence to determine the base sequence. As described above, in capillary gel electrophoresis, measurement is usually performed using only one capillary.
"Nucleic Acid Research", Vol. 18, pp. 1415-1419 (1990) (Nucleic Acid Research, 18, 1415-1419 (1990))

キャピラリー電気泳動装置では、試料の微量化等に伴い、検出の高感度化が望まれている。さらに、処理能力の向上、例えば同時処理できる試料数の増大が望まれている。   In a capillary electrophoresis apparatus, with the miniaturization of samples and the like, higher sensitivity of detection is desired. Further, it is desired to improve the processing capacity, for example, to increase the number of samples that can be processed simultaneously.

一般に電気泳動状態での蛍光測定では、目的とする蛍光体自体からの蛍光の他に、背景光として、ゲルによる励起光の散乱光(レーリー散乱など)及び蛍光、ゲルの支持体つまりキャピラリーの内壁及び外壁での散乱光、あるいはキャピラリー自体からの蛍光が生じる。そのため、バックグラウンドレベルが高くなり、検出感度の低下を招くことになる。つまり、高感度な蛍光検出を達成するには、このような背景光をいかに除去するかが重要な課題となる。   In general, in fluorescence measurement in an electrophoretic state, in addition to the fluorescence from the intended phosphor itself, background light includes scattered light (eg, Rayleigh scattering) of excitation light by the gel, fluorescence, and the gel support, that is, the inner wall of the capillary. And scattered light on the outer wall or fluorescence from the capillary itself is generated. For this reason, the background level increases, and the detection sensitivity decreases. In other words, how to remove such background light is an important issue in achieving highly sensitive fluorescence detection.

また、処理能力を向上させるには、泳動速度をより速くすること、また泳動路であるキャピラリーを複数本同時に泳動し、計測することが必要であり、これらをいかに達成するかが重要な課題となる。   In order to improve the processing capacity, it is necessary to increase the migration speed and to simultaneously migrate and measure multiple capillaries, which are migration paths, and how to achieve these is an important issue. Become.

第1の従来例では、バンドパス干渉フィルタ等により励起光(散乱光)を除去し、蛍光成分を分離して検出する第1の対策と、キャピラリーの軸をレーザ光の照射軸と蛍光集光軸とを含む平面に対して垂直から25度程度傾斜させる第2の対策の2つの対策により、より高感度な蛍光検出を図っている。しかし第1の対策では、干渉フィルタの特性上散乱光を完全に除去することは困難である。加えて、ゲル及びガラス製チューブ自体からも微弱ながらも蛍光が生じることがあり、バンドパス干渉フィルタ等では十分に背景光を除去することは困難である。第2の対策では、キャピラリーを傾けることで、蛍光集光用レンズに入射する散乱光そのものを低減させることができ有効な方法であるが、キャピラリーは断面が円形でありその径が小さいために散乱光強度が大きいこと、さらに散乱光はすくなからず全方向に放射されること、加えてゲル及びガラス製チューブ自体からの蛍光を低減することはキャピラリーを傾けることではできないこと等から、背景光を十分に除去することは困難である。以上の観点から、背景光の除去が十分とはいえず蛍光を高感度に検出することは難しい。なお、本従来例はキャピラリーが1本であり、複数の試料の同時処理の方法については記載も示唆もされてもいない。単純に図19の装置を複数使用することが考えられるが、レーザ光源や検出器、光学部品等も複数個必要であり、装置が大きく高価になり現実的ではない。さらに、キャピラリーを複数本並べて単一のレーザ光で全てのキャピラリーを照射することも考えられうるが、レーザ光等の光をキャピラリーに照射すると、キャピラリーの断面が円形であるためその界面で光の屈折・散乱が生じ、キャピラリーを通過する光は広く拡散するため、この構成を達成することは現実的にできない。つまり、キャピラリーが1本の場合は問題ないが、複数本のキャピラリーを連続的に照射する場合、キャピラリーを通過する度に次のキャピラリーに照射される光強度が極端に弱くなり、蛍光測定が困難になる。以上のことから、本従来例を複数の試料の同時処理に適用し、処理能力の向上させることは困難である。   In the first conventional example, a first countermeasure for removing excitation light (scattered light) by a band-pass interference filter or the like and separating and detecting a fluorescent component, and setting the axis of the capillary to the laser light irradiation axis and the fluorescence condensing With the two measures of the second measure of inclining about 25 degrees from the perpendicular to the plane including the axis, more highly sensitive fluorescence detection is achieved. However, with the first measure, it is difficult to completely remove scattered light due to the characteristics of the interference filter. In addition, fluorescence may be generated from the gel and the glass tube itself, though weakly, and it is difficult to sufficiently remove background light with a band-pass interference filter or the like. The second measure is an effective method that can reduce the scattered light itself incident on the fluorescence focusing lens by tilting the capillary. However, the capillary has a circular cross section and its diameter is small, so it is an effective method. Sufficient background light is required because the light intensity is high, scattered light is emitted in all directions without being reduced, and in addition, it is not possible to reduce the fluorescence from the gel and the glass tube itself by tilting the capillary. Is difficult to remove. From the above viewpoints, it cannot be said that background light is sufficiently removed, and it is difficult to detect fluorescence with high sensitivity. In this conventional example, the number of capillaries is one, and there is no description or suggestion of a method for simultaneous processing of a plurality of samples. Although it is conceivable to simply use a plurality of devices shown in FIG. 19, a plurality of laser light sources, detectors, optical components, and the like are required, and the devices are large and expensive, which is not practical. Furthermore, it is conceivable to arrange a plurality of capillaries and irradiate all the capillaries with a single laser beam.However, when irradiating the capillaries with laser light or the like, the cross-section of the capillaries is circular, so that the light at the interface is Since the refraction and scattering occur and the light passing through the capillary is widely diffused, it is practically impossible to achieve this configuration. In other words, there is no problem in the case of one capillary, but when continuously irradiating a plurality of capillaries, the intensity of light irradiated to the next capillary becomes extremely weak each time it passes through the capillary, making it difficult to measure fluorescence. become. From the above, it is difficult to apply the present conventional example to simultaneous processing of a plurality of samples to improve the processing capability.

第2の従来例は、キャピラリーゲル電気泳動でキャピラリー及びゲルによる散乱光を効果的に除去できる方法である。つまり、キャピラリーゲル端をシースフローチャンバーのサンプル注入口とすることで、キャピラリーゲル外に試料液を導出させ、シースフロー下で蛍光測定を行うため、キャピラリーの界面での散乱光並びにゲルからの散乱光及び蛍光の発生がなくなる。また、シースフローチャンバーでは、試料液はそのほぼ中心を層流状態で流れ、シースフローチャンバーの内壁と接触しないため、シースフローチャンバーからの散乱光と試料からの蛍光とを空間的に分離することができ、蛍光強度を高感度に検出することができる。しかし、シースフローを形成するために、トリス−ほう酸緩衝液をシース液として液体クロマトグラフィー用ポンプ等でシースフローチャンバー内に一定流量で常時フローさせる必要がある。そのため、装置的に高価で、複雑になる等の問題がある。また、シースフローチャンバーは、シース液注入部が太く、シースフロー部である蛍光測定部が細いという複雑な形状であり、シースフローチャンバーの製作が難しく、高価である。さらに第1の従来例と同様に、本従来例では複数の試料の同時処理については記載も示唆もされていない。単純に図20の装置を複数使用することは装置が大きく高価になり現実的ではない。また、複数のシースフローチャンバーを使用し、各シースフローチャンバーにキャピラリーを配置し、単一のレーザ光を照射することも考えられうる。この場合、レーザ光はキャピラリーを照射しないため、キャピラリーによる光の屈折・散乱がない。しかし、各キャピラリー毎にシースフローチャンバーがあるため、キャピラリーとキャピラリーとの間隔を空間的に狭めることは困難であり、その結果シースフローチャンバー部が大きくなってしまい、複数のシースフローチャンバーを使用すると、装置が大型化し、高価になるという問題がある。さらに複数のシースフローチャンバー内を流れる試料液束の全てを同一の条件で照射するには、レーザ光を細く絞ることができない。なぜなら、レーザ光の焦点深度は照射スポットサイズと関連し、照射スポットサイズが小さくなるとその焦点深度は浅くなるのに対し、複数のシースフローチャンバー内を流れる試料液束間の間隔が広いためである。以上のことから、本従来例を複数の試料の同時処理に適用し、処理能力の向上させることは困難である。   The second conventional example is a method capable of effectively removing light scattered by a capillary and a gel by capillary gel electrophoresis. In other words, by using the end of the capillary gel as the sample inlet of the sheath flow chamber, the sample solution is led out of the capillary gel, and the fluorescence is measured under the sheath flow, so that the scattered light at the interface of the capillary and the scattering from the gel Light and fluorescence are eliminated. In the sheath flow chamber, the sample liquid flows in a laminar flow at almost the center thereof and does not contact the inner wall of the sheath flow chamber. Therefore, the scattered light from the sheath flow chamber and the fluorescence from the sample are spatially separated. And the fluorescence intensity can be detected with high sensitivity. However, in order to form a sheath flow, it is necessary to constantly flow at a constant flow rate into a sheath flow chamber by a liquid chromatography pump or the like using a Tris-borate buffer solution as a sheath solution. Therefore, there are problems that the apparatus is expensive and complicated. Further, the sheath flow chamber has a complicated shape in which the sheath liquid injection part is thick and the fluorescence measurement part, which is the sheath flow part, is thin, and it is difficult and expensive to manufacture the sheath flow chamber. Further, similarly to the first conventional example, the present conventional example does not describe or suggest simultaneous processing of a plurality of samples. It is not practical to simply use a plurality of the devices in FIG. 20 because the devices are large and expensive. It is also conceivable to use a plurality of sheath flow chambers, arrange capillaries in each sheath flow chamber, and irradiate a single laser beam. In this case, since the laser beam does not irradiate the capillary, there is no refraction / scattering of light by the capillary. However, since there is a sheath flow chamber for each capillary, it is difficult to spatially narrow the space between the capillaries and the capillaries.As a result, the sheath flow chamber becomes large, and when using a plurality of sheath flow chambers, However, there is a problem that the apparatus becomes large and expensive. Furthermore, in order to irradiate all of the sample liquid bundles flowing through a plurality of sheath flow chambers under the same condition, the laser beam cannot be narrowed down. This is because the depth of focus of the laser beam is related to the irradiation spot size, and the smaller the irradiation spot size is, the smaller the depth of focus is, while the distance between the sample liquid fluxes flowing through the plurality of sheath flow chambers is wide. . From the above, it is difficult to apply the present conventional example to simultaneous processing of a plurality of samples to improve the processing capability.

本発明の目的は、上記した従来技術の問題点を解決し、電気泳動により分離される試料の蛍光測定または光吸収測定を高感度で簡便に行うことのできる電気泳動装置、及び、複数の試料の同時処理を簡便に行うことのできる電気泳動装置を提供することにある。また、本発明の目的は、DNA塩基配列計測に好適で、操作性・安全性がよく、高感度で高スループットの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 of the prior art, and to easily and easily perform a fluorescence measurement or a light absorption measurement of a sample separated by electrophoresis with high sensitivity, and a plurality of samples. An object of the present invention is to provide an electrophoresis apparatus which can easily perform the simultaneous processing of the electrophoresis. Another object of the present invention is to provide a high-sensitivity, high-throughput electrophoresis apparatus which is suitable for DNA base sequence measurement, has good operability and safety, and has high sensitivity.

上記目的を達成するために、電源によって電圧を印加された陰極電極槽と陽極電極槽の間に設けた試料分離部がキャピラリーから成る泳動路である電気泳動装置において、(1)それぞれの一端がそれぞれ陰極電極槽または陽極電極槽に接続された1対または複数対のキャピラリーのそれぞれの他端を光学セル中にその軸をほぼ一致させ一定の間隙を保持して対向させて配置して光学セルを貫通する泳動路を形成し、外部から光学セル内にシース液を注入して流し、試料分離部である上流側の泳動路のキャピラリー端から泳動される試料をシースフロー状態にして対向するキャピラリーに導き、この間隙部を光学検出部とし、光学検出部に光源から光照射して試料を検出するように、あるいは、(2)一端が電極槽に浸されている複数のキャピラリーを光学セル中に終端させ、外部から光学セル内にシース液を注入して流すことにより、各キャピラリーを泳動する試料をシースフロー状態で光学セル中をフローさせ、シースフロー部を光学検出部とし、光学検出部に光源から光照射して試料を検出するように電気泳動装置を構成する。また、(3)一端が電極槽に浸されている複数本のキャピラリーの他端を光学セル内に適当な間隔をもって一直線上に並ぶように保持し固定し、光学セル内に水溶液から成るシース液を流し込み、各キャピラリーの末端の近傍及びその下部にシースフローを形成させて、各キャピラリーを泳動する試料をシースフロー状態で光学セル中をフローさせ、注入したシース液を光学セルから排出し、励起光源部の光を、光学セル内の一直線上に並んだ複数本のキャピラリーの末端の直下部に、上記の直線にほぼ並行に照射し、各々のキャピラリーから泳動流出する試料から蛍光を生じさせ、生じる複数の蛍光の像を各々分割し、分割された像が各々異なる波長域の光成分を有するように、分割手段の前部または後部に分光フィルタを各々配置し、分割した像を結像させ、結像した像を検知する電気泳動装置を構成する。   In order to achieve the above object, in an electrophoresis apparatus in which a sample separation unit provided between a cathode electrode tank and an anode electrode tank to which a voltage is applied by a power supply is a migration path composed of a capillary, (1) one end of each is provided. The other end of each of one or a plurality of pairs of capillaries connected to the cathode electrode tank or the anode electrode tank is arranged in the optical cell so that their axes are substantially aligned and opposed to each other with a certain gap therebetween. A sheath solution is injected into the optical cell from the outside, flows through the capillary, and the sample to be migrated from the capillary end of the upstream migration path, which is the sample separation section, is placed in a sheath flow state and the opposite capillary is used. The gap is used as an optical detector, and the optical detector is irradiated with light from a light source to detect a sample, or (2) a plurality of caps having one end immersed in an electrode bath. By terminating the rally in the optical cell and injecting and flowing a sheath liquid from the outside into the optical cell, the sample for migrating each capillary is caused to flow through the optical cell in a sheath flow state, and the sheath flow section is detected by the optical detection section. Then, the electrophoresis apparatus is configured to detect the sample by irradiating the optical detection unit with light from a light source. (3) The other ends of a plurality of capillaries, one end of which is immersed in the electrode bath, are held and fixed in the optical cell so as to be aligned in a straight line at an appropriate interval, and the sheath liquid composed of an aqueous solution is placed in the optical cell. , A sheath flow is formed near and below the end of each capillary, and a sample for migrating each capillary is caused to flow through the optical cell in a sheath flow state, and the injected sheath liquid is discharged from the optical cell and excited. The light of the light source unit is radiated almost in parallel to the straight line just below the ends of a plurality of capillaries arranged on a straight line in the optical cell, and fluorescence is generated from a sample that migrates and flows out of each capillary, Each of the plurality of generated fluorescence images is divided, and a spectral filter is arranged at the front or the rear of the dividing means so that the divided images have light components in different wavelength ranges, respectively. It is imaged to the image, constituting the electrophoresis apparatus for detecting the formed image.

なお、(1)の構成において、複数のキャピラリー対によって形成される複数の光学検出部を光学セル中に配置する。さらに、複数本のキャピラリー対による複数の光学検出部が一直線上に位置するように複数のキャピラリー対を光学セル中に整列して配置し、全ての光学検出部を同時に照射するように励起光をこの直線に沿って照射し、上記複数の光学検出部で同時に蛍光測定を行ない、(2)の構成において、複数のキャピラリーによって形成される複数の光学検出部を一直線上に位置するように前記複数のキャピラリーを光学セル中に整列して配置し、全ての光学検出部を同時に照射するように励起光を上記直線に沿って照射して各キャピラリーを泳動する試料から発せられる蛍光を同時に検出する。   In the configuration (1), a plurality of optical detectors formed by a plurality of capillary pairs are arranged in an optical cell. Furthermore, a plurality of capillary pairs are arranged and arranged in an optical cell so that a plurality of optical detection units by a plurality of capillary pairs are located on a straight line, and excitation light is applied so as to simultaneously irradiate all the optical detection units. Irradiation is performed along this straight line, and fluorescence measurement is performed simultaneously by the plurality of optical detection units. In the configuration of (2), the plurality of optical detection units formed by the plurality of capillaries are positioned so as to be located on a straight line. Are arranged in an optical cell, and excitation light is irradiated along the above-mentioned straight line so as to simultaneously irradiate all the optical detection units, and simultaneously, fluorescence emitted from a sample which migrates each capillary is detected.

また(3)の構成では、(1)と同様に、泳動分離用のキャピラリーと同数または同数以上で、泳動分離用のキャピラリーと同じの間隔をもってその端を一直線上に保持し、泳動分離用のキャピラリー末端とレーザ光照射軸とを含む平面内の近傍に配置した中空キャピラリーを介して光学セルから水溶液を排出する構造としてもよい。各々のキャピラリーを泳動する複数の試料からの像を、多面体のプリズムを用いて分割する構造とする。像を4つに分割してそれぞれを同時に検出する構造としてもよい。複数本のキャピラリーを各々泳動する試料からの蛍光像または各々分割された蛍光像は、同時に検出器に結像させ、その強度を同時に計測する。試料から発光する蛍光等は、レンズで集光した後、分割し、結像させる構成とし、また、円筒レンズで一方向を集光した後、分割し、結像させて検出してもよい。   In the configuration of (3), similarly to (1), the ends are held in a straight line with the same number or more than the number of capillaries for electrophoretic separation and at the same interval as the capillaries for electrophoretic separation. The structure may be such that the aqueous solution is discharged from the optical cell via a hollow capillary arranged near a plane including the end of the capillary and the laser beam irradiation axis. The structure is such that images from a plurality of samples migrating each capillary are divided using a polyhedral prism. A structure in which an image is divided into four and each is detected simultaneously may be adopted. A fluorescence image from a sample in which a plurality of capillaries are migrated or a divided fluorescence image is simultaneously formed on a detector, and the intensity is simultaneously measured. Fluorescence or the like emitted from the sample may be collected by a lens, divided, and imaged. Alternatively, the light may be collected in one direction by a cylindrical lens, divided, imaged, and detected.

また、(1)および(2)および(3)の構成において、以下のように各部を構成してもよい。試料分離部はキャピラリーゲルで構成し、シース液はキャピラリー内部の緩衝液と同等の成分とし、また、試料の変性剤を含ませることもできる。また、複数本のキャピラリーを保持する手段と、光学セルとが脱着可能であるようにし、光学セル内部に、キャピラリー保持具を指定した位置に保持するための挿入ガイドを設けることもできる。光学セル内部への水溶液の注入は、水溶液を含むシース液容器を光学セルの外部に設け、その液面を光学セルより排した液の面より高い位置に配置し、落差により行うこと、または、上部が開放している光学セルを使用し、光学セル内部に水溶液を流し込む手段が、水溶液を含むシース液容器を光学セルの外部に設け、その液面を光学セル内の排水口より高い位置に配置し、落差により行ってもよい。光学セル内の液面がほぼ一定に成るように制御する機構を設けることもできる。これは、光学セルの上部が開放しており、光学セル内の液面を検知する機構と、液面の低下時にシース液容器内の水溶液をバルブを介して補給する機構によって構成できる。光学検出部では試料の蛍光または光吸収を測定する。また、励起光源部をレーザ装置とし、また少なくとも2種類のレーザ装置とし、これらのレーザ光を同軸にして1本にしてもよい。生じる蛍光などの像は、二次元検出器によって検出できる。また、複数本のキャピラリーの各々への試料の注入は同時に行う。泳動下流側の電極はシース液の排出される容器内だけでなく、光学セル内部、またはシース液容器内部とすることもできる。この泳動下流側の電極はその電位が0V(接地)、またはその絶対値が他方の泳動上流側の電位の絶対値に比べて小さい値とする。また、試料が泳動される下流側の電極槽内に溜る水溶液の液面がほぼ一定になるようにし、槽に過剰の水溶液を排する機構を設けてもよい。さらに、多数本のキャピラリーを泳動する試料から発する蛍光の両端の長さの二次元検出器の受光サイズに対する比が3以下、つまり全体としての像倍率が1/3倍以上とする。また隣合うキャピラリーとの間隔がキャピラリーサイズの10倍以下とするのが望ましい。電気泳動では、試料が泳動される下流側の電極の数が1個で、試料の注入側の電極の数が泳動分離用キャピラリーの本数に一致する構造とするのが望ましい。さらに、泳動分離用のキャピラリー内部を流れる電流値をキャピラリー毎に測定し、表示する機構を設ける。その電流値はそれぞれ2値化して表示してもよい。また、泳動分離用キャピラリーには、少なくとも光学セル内部に保持される側の端近傍の内面をシラン化処理し、ゲルを充填することで、少なくとも光学セル内部に保持される側の端近傍のゲルをキャピラリー内壁と化学的に結合させてもよい。   In the configurations of (1), (2), and (3), each unit may be configured as follows. The sample separation section is composed of a capillary gel, the sheath liquid has the same components as the buffer inside the capillary, and may also contain a sample denaturant. Further, the means for holding a plurality of capillaries and the optical cell may be detachable, and an insertion guide for holding the capillary holder at a designated position may be provided inside the optical cell. For the injection of the aqueous solution into the optical cell, a sheath liquid container containing the aqueous solution is provided outside the optical cell, the liquid surface is arranged at a position higher than the surface of the liquid discharged from the optical cell, or by dropping, or Using an optical cell whose upper part is open, means for pouring an aqueous solution into the optical cell is provided with a sheath liquid container containing the aqueous solution outside the optical cell, and the liquid level is higher than a drain port in the optical cell. It may be arranged and performed by head. A mechanism for controlling the liquid level in the optical cell to be substantially constant may be provided. This can be configured by a mechanism in which the upper part of the optical cell is open and a liquid level in the optical cell is detected, and a mechanism for replenishing the aqueous solution in the sheath liquid container via a valve when the liquid level is lowered. The optical detector measures the fluorescence or light absorption of the sample. Further, the excitation light source unit may be a laser device, or at least two types of laser devices, and these laser beams may be coaxial to one. The resulting image such as fluorescence can be detected by a two-dimensional detector. The injection of the sample into each of the plurality of capillaries is performed simultaneously. The electrode on the downstream side of the electrophoresis may be not only in the container from which the sheath liquid is discharged, but also in the optical cell or the sheath liquid container. The potential of this downstream electrode is 0 V (ground) or its absolute value is smaller than the absolute value of the other upstream potential. Further, a mechanism may be provided in which the liquid surface of the aqueous solution remaining in the electrode tank on the downstream side on which the sample is electrophoresed is made substantially constant, and an excessive aqueous solution is discharged to the tank. Further, the ratio of the length of both ends of the fluorescence emitted from the sample that migrates a large number of capillaries to the light receiving size of the two-dimensional detector is 3 or less, that is, the overall image magnification is 1/3 or more. Further, it is desirable that the distance between adjacent capillaries is 10 times or less the capillary size. In the electrophoresis, it is preferable that the number of electrodes on the downstream side where the sample is electrophoresed is one and the number of electrodes on the injection side of the sample matches the number of the capillaries for electrophoresis separation. Further, a mechanism for measuring and displaying a current value flowing through the inside of the capillary for electrophoretic separation for each capillary is provided. The current value may be binarized and displayed. Also, the capillary for electrophoresis separation is subjected to a silanization treatment on the inner surface at least near the end held inside the optical cell and filled with gel, so that at least the gel near the end held inside the optical cell is filled. May be chemically bonded to the inner wall of the capillary.

電気泳動装置の構成(1)または(3)では、それぞれの一端がそれぞれ陰極電極槽または陽極電極槽に接続された1対または複数対のキャピラリーのそれぞれの他端を光学セル中にその軸をほぼ一致させ一定の間隙を保持して対向させて配置するので、光学セルの一部を貫通する泳動路を形成できる。外部から光学セル内にシース液を注入して流すので、試料分離部である上流側の泳動路のキャピラリー端から泳動される試料をシースフロー状態にして対向するキャピラリーに導くことができ、上流側のキャピラリーと下流側のキャピラリーとを連続的に試料が電気泳動することができ、しかも上流側のキャピラリーと下流側のキャピラリーとの軸上の間隙部のみに試料を確実に電気泳動させることができる。この間隙部を光学検出部とし、光源から光学検出部への光照射をキャピラリーの無い液中で行なうことができ、試料の蛍光または光吸収等の光学計測を行うことができる。これにより、キャピラリーまたはキャピラリーゲルによる散乱光及び蛍光の発生を回避することができ、高感度な蛍光または光吸収計測が可能となる。このように、複数のキャピラリーを光学セル中に軸をほぼ一致させ一定の間隙を保持して対向させることにより、試料分離部である上流側のキャピラリーと、光学検出部である間隙部とを簡便に構成することができる。しかも下流側に対となるキャピラリーを配置することで、試料の泳動路を正確に規定することができ、光源から光照射を容易にかつ確実にすることができ、また蛍光等の受光をも容易にかつ確実にすることができる。また、シース液及び試料液は下流側のキャピラリー内部のみを通って光学セル外部に流出するが、キャピラリーはその径が小さいため、光学セルに注入するシース液の流量を少なくすることができ、シース液量の低減が可能となる。シース液の流量は光学セルの寸法によらず、キャピラリーの内径によって規定されるため、通常のシースフローチャンバーのようにシース液の注入部の内部の断面積を太くし、シースフロー部の断面積を細くするような形状に光学セルを調整する必要がなく、角形の光学セルを使用できるので、光学セルを容易に、しかも安価に作製することができる。このように、複数のキャピラリー対によって形成される複数の光学検出部を光学セル中に近接して配置することができ、装置の小型化が達成できる。光学セルも1個、シースフローを形成させる配管も1個で済むため安価に、しかも容易に装置を構成できる。また各キャピラリーから泳動される試料は、光学検出部を通過する際に、各キャピラリー毎にシースフロー状態となり、シース液の流れはすべて同じ条件となるため、そのフロー速度等のシースフロー状態は各キャピラリー毎に均一になり、光学検出の精度を向上させることができる。光学セルの内部は、複数のキャピラリー対を保持するため、その断面積が大きくなるが、シース液等は下流側の各キャピラリーを通って流れ出るため、シース液が流れる実効的な断面積はキャピラリーの内径面積の総和となり、光学セル自体の断面積に比べて微小になる。そのため、シース液の流量は少なくて済み、シース液量の低減が可能となり、装置の小型化を図ることができる。   In the configuration (1) or (3) of the electrophoresis apparatus, one end of each of one or more pairs of capillaries connected to the cathode or anode electrode tank is connected to the other end of the capillary in the optical cell. Since they are arranged so as to face each other while maintaining a substantially constant gap and a certain gap, it is possible to form an electrophoresis path penetrating a part of the optical cell. Since the sheath liquid is injected into the optical cell from the outside and flows, the sample to be migrated from the capillary end of the upstream migration path, which is the sample separation section, can be put into the sheath flow state and guided to the opposing capillary. The sample can be electrophoresed continuously between the capillary at the downstream side and the capillary at the downstream side, and the sample can be reliably electrophoresed only at the axial gap between the upstream side capillary and the downstream side capillary. . The gap is used as an optical detection section, and light irradiation from the light source to the optical detection section can be performed in a liquid without a capillary, and optical measurement such as fluorescence or light absorption of the sample can be performed. Thereby, generation of scattered light and fluorescence due to the capillary or the capillary gel can be avoided, and highly sensitive fluorescence or light absorption measurement can be performed. In this way, by allowing a plurality of capillaries to face each other with their axes substantially aligned in the optical cell and maintaining a constant gap, the upstream capillary serving as the sample separation section and the gap section serving as the optical detection section can be easily formed. Can be configured. In addition, by disposing a pair of capillaries on the downstream side, the migration path of the sample can be accurately defined, light irradiation from the light source can be easily and reliably performed, and light reception such as fluorescence can be easily performed. And reliably. In addition, the sheath liquid and the sample liquid flow out of the optical cell only through the inside of the capillary on the downstream side.However, since the diameter of the capillary is small, the flow rate of the sheath liquid to be injected into the optical cell can be reduced, and the sheath liquid can be reduced. The amount of liquid can be reduced. Since the flow rate of the sheath liquid is determined by the inner diameter of the capillary irrespective of the dimensions of the optical cell, the cross-sectional area inside the injection portion of the sheath liquid is increased as in a normal sheath flow chamber, and the cross-sectional area of the sheath flow section is increased. It is not necessary to adjust the optical cell to a shape that makes the optical cell thinner, and a rectangular optical cell can be used, so that the optical cell can be manufactured easily and at low cost. As described above, a plurality of optical detectors formed by a plurality of capillary pairs can be arranged close to each other in an optical cell, and the size of the device can be reduced. Since only one optical cell and one pipe for forming the sheath flow are required, the apparatus can be configured at low cost and easily. In addition, the sample migrated from each capillary enters a sheath flow state for each capillary when passing through the optical detection unit, and the flow of the sheath liquid is all under the same conditions. It becomes uniform for each capillary, and the accuracy of optical detection can be improved. Since the inside of the optical cell holds a plurality of capillary pairs, its cross-sectional area becomes large, but since the sheath liquid and the like flows out through each downstream capillary, the effective cross-sectional area through which the sheath liquid flows is determined by the capillary. This is the sum of the inner diameter areas, which is smaller than the cross-sectional area of the optical cell itself. Therefore, the flow rate of the sheath liquid can be reduced, the amount of the sheath liquid can be reduced, and the size of the apparatus can be reduced.

1個の光学セル中に、複数の光学検出部を一直線上に位置するように複数のキャピラリー対を整列して配置し、励起光をこの直線に沿って照射するので、全ての光学検出部を同時に照射することができ、複数の光学検出部での蛍光測定を同時に行うことができる。また、複数の光学検出部が互いに液体を介して連結するため、励起光がキャピラリー等による光散乱を受けずに各光学検出部を照射することができ、励起光を効率良く各光学検出部に導くことができ、高精度に蛍光を検出することができる。なお、光の検出器として2次元のTVカメラ等を使用すれば、複数の光学検出部の蛍光像を同時に受光することができる。1個の光学セル中に、複数の光学検出部を一直線上に位置するように複数のキャピラリー対を整列して配置し、複数のキャピラリー対の間隔を近接させることができ、装置を小型に、安価に構成することができるだけではなく、上記の直線上の両端の光学検出部間の長さを短くすることができる。両端の光学検出部間の長さが短くなれば、励起光をレンズ等で細く絞っても、すべての光学検出部をほぼ同等の光ビーム径で照射することができる。例えば、レーザ光を焦点位置で100μm径程度に絞ったとき、その前後約10mm程度に渡ってレーザ光径が100μm程度になる。外径200μmで内径100μmのキャピラリーを400μm毎に並べると、焦点の前後約10mm程度の内側に50本程度配置することができ、これらを同等の光ビーム径・光ビーム強度で照射することができる。これより、励起光を細く絞った状態で各光学検出部を光照射でき、蛍光強度を増大させることができ、高感度に試料を検出することができる。   In one optical cell, a plurality of capillary pairs are arranged and arranged so that a plurality of optical detection units are located on a straight line, and the excitation light is irradiated along this straight line. Irradiation can be performed at the same time, and fluorescence measurement by a plurality of optical detection units can be performed simultaneously. In addition, since the plurality of optical detection units are connected to each other via the liquid, the excitation light can irradiate each optical detection unit without being subjected to light scattering by a capillary or the like, and the excitation light can be efficiently transmitted to each optical detection unit. The fluorescence can be detected with high precision. If a two-dimensional TV camera or the like is used as a light detector, it is possible to simultaneously receive the fluorescence images of a plurality of optical detection units. In one optical cell, a plurality of capillary pairs are arranged and arranged so that a plurality of optical detection units are located on a straight line, and a distance between the plurality of capillary pairs can be reduced, so that the apparatus can be reduced in size. Not only can the configuration be inexpensive, but also the length between the optical detection units at both ends on the straight line can be reduced. If the length between the optical detection units at both ends is short, even if the excitation light is narrowed down by a lens or the like, all the optical detection units can be irradiated with almost the same light beam diameter. For example, when the laser light is focused to a diameter of about 100 μm at the focal position, the diameter of the laser light becomes about 100 μm over about 10 mm before and after the focus. When capillaries having an outer diameter of 200 μm and an inner diameter of 100 μm are arranged every 400 μm, about 50 can be arranged inside about 10 mm before and after the focal point, and these can be irradiated with the same light beam diameter and light beam intensity. . Accordingly, each optical detection unit can be irradiated with light while the excitation light is narrowed down, the fluorescence intensity can be increased, and the sample can be detected with high sensitivity.

なお、試料分離部をキャピラリーゲルで構成して容易に分子量分離ができる。
また、下流側のキャピラリーを中空のキャピラリーとし、シース液等を効率良く流すことができる。下流側にはキャピラリーそのものではなくても同等の動作を行いうるもの、例えば平板に上部キャピラリー数に相当する孔や溝を形成させたものを使用できる。シース液を、キャピラリー内部の緩衝液と同等の成分とすることで、間隙部つまり光学検出部での電気の流れを確保することができ、試料の電気泳動を可能にする。さらに、キャピラリー内部と外部の緩衝液の組成が同等であるため、キャピラリー内部の緩衝液が光学セル内部に流れでて組成が変動することを防ぐことができ、電気泳動での試料の分離能を損なわない。また、試料が一本鎖のDNA等の場合には、シース液に変性剤を含ませることもできる。この場合、試料DNAが間隙部つまり光学検出部を泳動する際に再結合することを防ぐことができ、測定精度が向上する。キャピラリー内部に閉じ込めたの変性剤が光学セル内へ漏れでる可能性が少なくなり、電気泳動での試料の分離能を損なわない。
It should be noted that the molecular weight can be easily separated by forming the sample separation section with a capillary gel.
In addition, the downstream capillary is a hollow capillary, so that the sheath liquid or the like can flow efficiently. On the downstream side, a device capable of performing the same operation without using the capillary itself, for example, a device in which holes or grooves corresponding to the number of upper capillaries are formed on a flat plate can be used. By making the sheath liquid a component equivalent to the buffer solution inside the capillary, it is possible to secure the flow of electricity in the gap, that is, in the optical detection unit, and to enable electrophoresis of the sample. Furthermore, since the composition of the buffer inside the capillary is the same as that of the buffer outside, it is possible to prevent the buffer inside the capillary from flowing inside the optical cell and fluctuate the composition, and to improve the separation ability of the sample by electrophoresis. Do not spoil. When the sample is single-stranded DNA or the like, a denaturing agent can be included in the sheath liquid. In this case, it is possible to prevent the sample DNA from being recombined when migrating through the gap, that is, the optical detection unit, and the measurement accuracy is improved. The possibility that the denaturant confined inside the capillary leaks into the optical cell is reduced, and the resolution of the sample in electrophoresis is not impaired.

また、シース液の光学セルへの注入は、シース液容器内のシース液の液面を下流側電極槽内の液面よりも高い位置に配置することで、落差により簡便にシース液をフローさせることができ、シース液を機械的にフローさせる必要が無く、簡便で安価な装置構成となる。さらに、ポンプ等を使用する場合に発生する脈流が無くなるため、安定したシースフローが可能になり測定精度が高まる。なお、シース液の流量は、シース液容器内のシース液の液面と下流側電極槽内の液面の落差を変えることで容易に調整することができる。光学セルは、キャピラリーを取り付けた際に密封される形状の他、上部が開放している形状のセルを使用するとキャピラリー保持具の取付けが簡便にできる。このとき、シース液容器の液面を光学セル内の排水口より高い位置に配置することで、前述と同様の効果が得られる。また、光学セル内の液面を検知する機構と、液面の低下時にシース液容器内の水溶液をバルブを介して補給する機構を設け、光学セル内の液面がほぼ一定になるように制御し、脈流の少ない安定したシースフローが達成でき、簡便で安価に装置を構成できる。   In addition, when the sheath liquid is injected into the optical cell, the liquid level of the sheath liquid in the sheath liquid container is arranged at a position higher than the liquid level in the downstream electrode tank, so that the sheath liquid flows easily due to a head drop. Therefore, there is no need to mechanically flow the sheath liquid, and a simple and inexpensive device configuration is obtained. Further, since a pulsating flow generated when a pump or the like is used is eliminated, a stable sheath flow is enabled, and measurement accuracy is improved. The flow rate of the sheath liquid can be easily adjusted by changing the head of the sheath liquid in the sheath liquid container and the liquid level in the downstream electrode tank. The optical cell can be easily attached to the capillary holder by using a cell having an open top in addition to a shape that is sealed when the capillary is attached. At this time, the same effect as described above can be obtained by arranging the liquid level of the sheath liquid container at a position higher than the drain port in the optical cell. In addition, a mechanism for detecting the liquid level in the optical cell and a mechanism for replenishing the aqueous solution in the sheath liquid container via a valve when the liquid level is lowered are provided so that the liquid level in the optical cell is almost constant. In addition, a stable sheath flow with little pulsation can be achieved, and the device can be configured simply and inexpensively.

光学検出部では、試料の蛍光または光吸収のどちらでも測定することができる。なお、間隙部の間隙距離は特に規定されないが、0.1mmから3mm程度とするのが好ましい。一般に、間隙部の間隙距離を短くすればするほど試料が間隙空間を泳動しやすくなるため、基本的に間隙長は短い方が好ましい。しかしながら、装置を組立てる上で、間隙長が短すぎるとその調整が難しくなるため、通常現実的には0.1mm以上が好ましい。ただし、0.1mm以下に設定することも可能であって、その限界は、間隙部でのレーザ光等の励起光束の幅により決定される。また逆に、間隙部の間隙距離を長くすると、試料が拡散しやすくなる。
間隙長が3mm程度であれば、試料が正常に泳動することを確認した。つまり、間隙長を0.1mmから3mm程度とすることで、試料を簡便に効率よく電気泳動させることができる。また、キャピラリー対を光学セル内部に保持し電気泳動させることにより、試料はキャピラリーとキャピラリーとを結ぶ線上を泳動し、光学セル内面と接触しないため、試料のセル内面への吸着、及びセル内面からの散乱光の影響を除去することができ、検出感度の向上を図ることができる。
The optical detector can measure either fluorescence or light absorption of the sample. The gap distance of the gap is not particularly limited, but is preferably about 0.1 mm to 3 mm. In general, the shorter the gap distance of the gap, the more easily the sample migrates in the gap space. Therefore, basically, the gap length is preferably shorter. However, when assembling the apparatus, if the gap length is too short, it becomes difficult to adjust the gap length. However, it can be set to 0.1 mm or less, and its limit is determined by the width of the excitation light beam such as laser light in the gap. Conversely, when the gap distance of the gap is increased, the sample is easily diffused.
When the gap length was about 3 mm, it was confirmed that the sample migrated normally. That is, by setting the gap length to be about 0.1 mm to 3 mm, the sample can be easily and efficiently electrophoresed. Also, by holding the capillary pair inside the optical cell and performing electrophoresis, the sample migrates on the line connecting the capillary and the capillary, and does not contact the inner surface of the optical cell, so that the sample is adsorbed on the inner surface of the cell and from the inner surface of the cell. Can be removed and the detection sensitivity can be improved.

また各々のキャピラリーを泳動する複数の試料からの像を、多面体のプリズム等を用いて分割し、それぞれが異なる波長域の光成分を通すように分光フィルタを用い、1試料から複数の情報を容易に得ることができる。特に、像をDNAの塩基種の数である4つに分割すれば、それぞれの塩基種に対し別々の蛍光体で標識しDNA塩基配列を効率よく決定できる。   In addition, images from multiple samples migrating each capillary are divided using a polyhedral prism or the like, and a spectral filter is used to pass light components in different wavelength ranges. Can be obtained. In particular, if the image is divided into four, which is the number of base types of DNA, each base type is labeled with a different fluorescent substance, and the DNA base sequence can be determined efficiently.

複数本のキャピラリーを各々泳動する試料からの蛍光像または各々分割された蛍光像は、同時に二次元検出器に結像させその強度を同時に計測することで、キャピラリーの本数に選らずに高速に計測することが可能になる。   Fluorescence images from a sample migrating multiple capillaries or split fluorescence images are simultaneously formed on a two-dimensional detector and their intensities are measured at the same time, enabling high-speed measurement regardless of the number of capillaries. It becomes possible to do.

また、光学セル内部に、キャピラリー保持具を指定した位置に保持するための挿入ガイドを設け、複数本のキャピラリーと光学セルとが脱着可能とすることでキャピラリーの取付け、取扱等の操作性が向上する。   In addition, an insertion guide is provided inside the optical cell to hold the capillary holder at the specified position, and multiple capillaries and the optical cell can be attached and detached, improving operability in mounting and handling the capillary. I do.

また、励起光源部をレーザ装置とし、また少なくとも2種類のレーザ装置とし、これらのレーザ光を同軸にして1本にして照射することで、DNA断片への励起を効率良く行うことができる。   In addition, a laser device is used as the excitation light source unit, and at least two types of laser devices are used, and these laser beams are coaxially irradiated with one laser beam, so that the DNA fragments can be efficiently excited.

泳動分離用の複数本のキャピラリーの本数に等しい電極を設け、複数の試料液に各々キャピラリーと電極を浸し、同時に電圧を印加して複数本のキャピラリーの各々への試料の注入を同時に行うことにより、試料の注入が容易に、かつ一度の操作でできることになり、従来のように1本単位で行う場合に比較して、時間の短縮、操作性の向上が図れ、さらに、泳動分離用のキャピラリー内部を流れる電流値をキャピラリー毎に測定することが可能になる。キャピラリー内部を流れる電流値は、キャピラリーの状態を知るのに有効であり、例えば、ゲルの破損等による分離の不良をあらかじめ予測できる。電流値の表示は、2値化のレベルを任意に設定し、電流値を2値化して通常の泳動電流以下のときにランプが点灯するように表示するので、キャピラリーゲルの破損等がモニタでき、ゲルキャピラリーの交換、再計測を行う必要性を効率よく判断でき使い勝手の向上が図れる。   By providing electrodes equal in number to a plurality of capillaries for electrophoretic separation, immersing the capillaries and electrodes in a plurality of sample solutions, simultaneously applying a voltage and simultaneously injecting a sample into each of the plurality of capillaries. In addition, the sample injection can be performed easily and by one operation, which can shorten the time and improve the operability as compared with the conventional case where the sample is injected one by one, and further, the capillary for electrophoretic separation. The value of the current flowing inside can be measured for each capillary. The value of the current flowing through the inside of the capillary is effective for knowing the state of the capillary, and for example, it is possible to predict in advance a failure in separation due to breakage of the gel or the like. The current value can be displayed by setting the binarization level arbitrarily and displaying the lamp so that the lamp is turned on when the current value is binarized and the current is lower than the normal electrophoresis current, so that damage to the capillary gel can be monitored. It is possible to efficiently judge the necessity of exchanging and remeasurement of the gel capillary, thereby improving the usability.

さらに、光学セル内部に保持する隣合うキャピラリーとの間隔がキャピラリーサイズの10倍以下とし、検出する蛍光像の全体としての像倍率を1/3倍以上とすることで、平板ゲル方式と比べ受光立体角を増大させることかでき、同じ量の蛍光体に対する検出感度の向上が図れる。   Furthermore, the distance between adjacent capillaries held in the optical cell is set to 10 times or less of the capillary size, and the overall image magnification of the fluorescent image to be detected is set to 1/3 times or more. The solid angle can be increased, and the detection sensitivity for the same amount of phosphor can be improved.

電気泳動装置の構成(2)または(3)の一部の構成では、一端が電極槽に浸されている複数のキャピラリーを光学セル中に終端させ、外部から光学セル内にシース液を注入して流すことにより、各キャピラリーを泳動する試料が各々シースフロー状態で光学セル中をフローすることになり、シースフロー部を光学検出部とし、電気泳動装置の構成(1)と同様にして、各々のキャピラリーを泳動する試料を別々に測定することができ、電気泳動装置の構成(1)と同様の作用を得る。電気泳動装置の構成(1)に関して説明した関連するその他作用は、電気泳動装置の構成(2)についても同様である。   In a part of the configuration (2) or (3) of the electrophoresis apparatus, a plurality of capillaries, one ends of which are immersed in the electrode tank, are terminated in the optical cell, and a sheath liquid is injected into the optical cell from outside. As a result, the sample that migrates through each capillary flows through the optical cell in a sheath flow state, and the sheath flow portion is used as an optical detection portion. Can be separately measured, and the same operation as that of the configuration (1) of the electrophoresis apparatus can be obtained. Other related operations described with respect to the configuration (1) of the electrophoresis apparatus are similar to the configuration (2) of the electrophoresis apparatus.

本発明によれば、光学測定をキャピラリーゲル等の試料分離部の外で行うことにより、背景光等の影響の少ない高感度な蛍光または光吸収計測が可能な電気泳動装置が実現できる。また、複数の試料を同時に泳動し、同時に計測することのできる簡便な電気泳動装置が実現できる。また、操作性・安全性が高く高スループットでDNAの塩基配列決定が可能な装置が実現できる。   According to the present invention, an electrophoresis apparatus capable of performing highly sensitive fluorescence or light absorption measurement with little influence of background light or the like can be realized by performing optical measurement outside a sample separation unit such as a capillary gel. Further, a simple electrophoresis apparatus capable of simultaneously migrating a plurality of samples and measuring at the same time can be realized. In addition, an apparatus that has high operability and safety and can determine the base sequence of DNA at high throughput can be realized.

以下、実施例により本発明をより詳細に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples.

〔実施例1〕
本実施例では、蛍光標識したDNA断片を電気泳動により分子量分離し、蛍光によって検出を行う。標識用の蛍光体として、フルオレセイン・イソチオシアネート(FITC)を使用する場合について説明する。試料である蛍光標識したDNA断片としては、DNA断片の一部に蛍光体で標識したもの等が使用できる。
例えば、周知のサンガー(Sanger)らのジデオキシ法により、蛍光標識したプライマーを使い、DNAポリメラーゼ反応を行うことで調製する。つまり、プライマーとして、FITCが結合したプライマー(標識プライマー)を使用し鋳型の一本鎖DNAに標識プライマーを加えてアニールし、一本鎖DNAに標識プライマーを結合させる。次にdATP、dTTP、dCTP、dGTP及びddATPを加え、DNAポリメラーゼ反応を行わせる。以上の操作で、末端がAの種々の長さの蛍光標識DNA断片を得る。これを試料とする。
[Example 1]
In the present embodiment, a fluorescently labeled DNA fragment is subjected to molecular weight separation by electrophoresis, and detection is performed by fluorescence. The case where fluorescein isothiocyanate (FITC) is used as the fluorescent substance for labeling will be described. As the fluorescently labeled DNA fragment as a sample, a DNA fragment in which a part of the DNA fragment is labeled with a fluorescent substance can be used.
For example, it is prepared by performing a DNA polymerase reaction using a fluorescently labeled primer by the well-known dideoxy method of Sanger et al. That is, a primer (labeled primer) to which FITC is bound is used as a primer, the labeled primer is added to the single-stranded DNA of the template and annealed, and the labeled primer is bound to the single-stranded DNA. Next, dATP, dTTP, dCTP, dGTP and ddATP are added, and a DNA polymerase reaction is performed. Through the above operation, fluorescently labeled DNA fragments having various lengths of A at the end are obtained. This is used as a sample.

まず、装置構成について説明する。図1に、本実施例の電気泳動装置の電気泳動部及びレーザ光照射系の構成図を示す。図2に、電気泳動装置の蛍光検出系の構成図を示す。電気泳動装置は試料分離部となるキャピラリーを20本並べて、複数の試料を同時に計測する構成とする。試料分離部として、20本のシリカ製のキャピラリー1a、1b、1c、1d……、1tを使用する。これらは各々内径100μm、外径375μm、長さ40cmのシリカ製の同じキャピラリーとする。さらにそれらと同じ内外径を有する長さ10cmの20本のシリカ製のキャピラリー2a、2b、2c、2d、……、2tを使用する。キャピラリー1a〜1tには、変性剤の尿素を含むポリアクリルアミドゲルを充填したキャピラリーゲルを作成する。まず、キャピラリー内部を洗浄し、シランカップリング処理する。次いで、脱気した3.84%のアクリルアミド、0.16%のビスアクリルアミド、7Mの尿素、2mMのEDTAを含むトリス、ほう酸緩衝液にテトラメチルエチレンジアミン、過硫酸アンモニュウム溶液を加えキャピラリーに注入して重合させ、アクリルアミドゲルを作成する。キャピラリーはシランカップリング処理されているため、アクリルアミドゲルとキャピラリーとは化学的に結合しており、泳動時にキャピラリーからゲルがはみでることがない。   First, the device configuration will be described. FIG. 1 shows a configuration diagram of an electrophoresis section and a laser beam irradiation system of the electrophoresis apparatus of the present embodiment. FIG. 2 shows a configuration diagram of a fluorescence detection system of the electrophoresis apparatus. The electrophoresis apparatus has a configuration in which 20 capillaries serving as a sample separation unit are arranged and a plurality of samples are simultaneously measured. As the sample separation unit, 20 silica capillaries 1a, 1b, 1c, 1d..., 1t are used. These are the same capillary made of silica having an inner diameter of 100 μm, an outer diameter of 375 μm, and a length of 40 cm. Further, 20 silica capillaries 2a, 2b, 2c, 2d,..., 2t having a length of 10 cm and the same inner and outer diameters are used. For the capillaries 1a to 1t, a capillary gel filled with a polyacrylamide gel containing urea as a denaturant is prepared. First, the inside of the capillary is washed and subjected to a silane coupling treatment. Next, tetramethylethylenediamine and ammonium persulfate solution were added to the degassed 3.84% acrylamide, 0.16% bisacrylamide, 7 M urea, Tris containing 2 mM EDTA, and borate buffer, and the mixture was injected into the capillary. Polymerize to make acrylamide gel. Since the capillaries have been subjected to silane coupling treatment, the acrylamide gel and the capillaries are chemically bonded, and the gel does not protrude from the capillaries during electrophoresis.

キャピラリー2a〜2tは、それらの内面が正の電荷を有するように処理する。まず、キャピラリーに3−(2−アミノエチルアミノプロピル)トリメトキシシラン溶液を注入して反応させ、110℃で熱処理して、キャピラリー内面をアミノシラン化して正の電荷を有するようにする。このようにすることでキャピラリー2a〜2tの各々の内部の電気浸透流の向きが負極から正極の向きになり、アクリルアミドゲルを充填したキャピラリー1a〜1tでの試料の泳動方向(負極→正極)と、キャピラリー2での試料の移動方向(負極→正極)が一致し、試料の泳動を確実にすることができる。以上のキャピラリー1a〜1t及び2a〜2tのそれぞれの一端を、光学セル内部に対向させて、一定の間隙を保持するように固定し、試料を光学的に検出する。ここでは蛍光により試料を検出するため、光学セルとして蛍光セルを使用する。つまり、上記キャピラリー1a〜1t及び2a〜2tのそれぞれの一端を角形の石英製蛍光セル4(外形:幅36mm×奥行4.5mm×長さ3mm、内形:幅30mm×奥行2mm×長さ3mm、:幅は図の横方向(キャピラリー1a→1tの並び方向)、奥行は図の紙面に対して垂直方向、長さは図の縦方向(各キャピラリーの1→2の試料泳動方向))内部に配置する。配置方法は、キャピラリー1aとキャピラリー2aとが同軸になるように、しかも、1mmの長さの間隙部3aを形成して対向させる。キャピラリー1bと2b、1cと2c、1dと2d……、1tと2tも同様に、各々同様の間隙部3b、3c、3d……、3tとを形成するように配置する。キャピラリーの光学セル内への固定は、ふっ素樹脂、例えば四ふっ化エチレン樹脂製の平板状のブロックに0.6mm間隔で20箇所の垂直孔を設けたマルチキャピラリー保持具5a及び5bを使用する。つまり、マルチキャピラリー保持具5aの20箇所の垂直孔に1本ずつキャピラリー1a〜1tを差し込み、またマルチキャピラリー保持具5bの20箇所の垂直孔に1本ずつキャピラリー2a〜2tを差し込み、キャピラリー1aと2a、1bと2b、1cと2c、1dと2d……、1tと2tとがそれぞれ同軸になるようにマルチキャピラリー保持具5aと5bを蛍光セル4の上部と下部に密着させて固定する。さらに間隙部3a〜3tを光学検出部、ここでは蛍光検出部とするため、各々の間隙部3a〜3tが1直線上に整列するように、石英製蛍光セル4内でのキャピラリー1a〜1t及び2a〜2tの長さ等を調整する。なお、キャピラリー1a〜1t及びキャピラリー2a〜2tのそれぞれの他端は、緩衝液(トリス、ほう酸、EDTA、尿素を含む緩衝液)を入れた陰極側電極槽6及び陽極側電極槽7に浸す。蛍光セル4には、その内部をシース液で満たすためのシース液注入口8が設けられており、四ふっ化エチレン樹脂製のチューブ9を介してシース液容器10内のシース液11が注入できる構造としている。シース液には、トリス、ほう酸、EDTA、尿素を含む緩衝液を使用し、キャピラリー1a〜1tのキャピラリーゲル内の緩衝液と同じ成分とし、キャピラリーゲルの構成成分の蛍光セル4内への漏れ出しを防止するようにする。   The capillaries 2a to 2t are processed so that their inner surfaces have a positive charge. First, a 3- (2-aminoethylaminopropyl) trimethoxysilane solution is injected into the capillary to cause a reaction, and heat treatment is performed at 110 ° C. to convert the inner surface of the capillary to aminosilane to have a positive charge. By doing so, the direction of the electroosmotic flow inside each of the capillaries 2a to 2t changes from the negative electrode to the positive electrode, and the electrophoresis direction of the sample in the capillaries 1a to 1t filled with acrylamide gel (negative electrode → positive electrode) The moving direction (negative electrode → positive electrode) of the sample in the capillary 2 coincides, and the migration of the sample can be ensured. One end of each of the capillaries 1a to 1t and 2a to 2t is opposed to the inside of the optical cell and fixed so as to maintain a certain gap, and the sample is optically detected. Here, a fluorescent cell is used as an optical cell to detect a sample by fluorescence. That is, one end of each of the capillaries 1a to 1t and 2a to 2t is connected to a square fluorescent cell 4 made of quartz (outer size: width 36 mm × depth 4.5 mm × length 3 mm, inner shape: width 30 mm × depth 2 mm × length 3 mm). , Inside: width is the horizontal direction of the figure (the direction of the capillary 1a → 1t arrangement), depth is the direction perpendicular to the plane of the figure, and length is the vertical direction of the figure (the sample migration direction of 1 → 2 of each capillary). To place. The arrangement method is such that the capillary 1a and the capillary 2a are opposed to each other so as to be coaxial with each other, and the gap 3a having a length of 1 mm is formed. Similarly, the capillaries 1b and 2b, 1c and 2c, 1d and 2d,..., 1t and 2t are arranged so as to form the same gaps 3b, 3c, 3d,. The capillaries are fixed in the optical cell using multi-capillary holders 5a and 5b having 20 vertical holes at 0.6 mm intervals in a flat block made of a fluororesin, for example, an ethylene tetrafluoride resin. That is, the capillaries 1a to 1t are inserted one by one into the 20 vertical holes of the multi-capillary holder 5a, and the capillaries 2a to 2t are inserted one by one into the 20 vertical holes of the multi-capillary holder 5b. The multi-capillary holders 5a and 5b are fixed in close contact with the upper and lower portions of the fluorescent cell 4 so that 2a, 1b and 2b, 1c and 2c, 1d and 2d are coaxial with each other. Further, since the gaps 3a to 3t are used as an optical detection unit, here, a fluorescence detection unit, the capillaries 1a to 1t and the capillaries 1a to 1t in the quartz fluorescent cell 4 are arranged so that the gaps 3a to 3t are aligned on one straight line. Adjust the length and the like of 2a to 2t. The other end of each of the capillaries 1a to 1t and the capillaries 2a to 2t is immersed in the cathode-side electrode bath 6 and the anode-side electrode bath 7 containing a buffer solution (a buffer solution containing Tris, boric acid, EDTA, and urea). The fluorescent cell 4 is provided with a sheath liquid inlet 8 for filling the inside thereof with a sheath liquid, and the sheath liquid 11 in the sheath liquid container 10 can be injected through a tube 9 made of tetrafluoroethylene resin. It has a structure. A buffer solution containing Tris, boric acid, EDTA, and urea is used as the sheath solution, and has the same components as the buffer solution in the capillary gels of the capillaries 1a to 1t, and the components of the capillary gel leak into the fluorescent cell 4. To prevent

また、キャピラリー1a〜1t及びキャピラリー2a〜2tを内部に配置した状態の蛍光セル4内を、シース液で満たし、シース液容器10内のシース液11の液面を陽極側電極槽7内の緩衝液の液面より高く配置することで、シース液はキャピラリー2a〜2tを通って陽極側電極槽7内に流れる。この状態では、蛍光セル4内及びキャピラリー2a〜2tの内部がシース液つまり緩衝液で満たされ、またキャピラリー1a〜1tもキャピラリーゲルで満ちており、陰極側電極槽6と陽極側電極槽7の間に直流高電圧電源12により直流電圧を印加することで、例えばキャピラリー1aと間隙部3aとキャピラリー2aを貫くように電流が流れ、試料を電気泳動させることができる。また、シース液容器10内のシース液11の液面を陽極側電極槽7内の緩衝液の液面より高く配置することで、キャピラリー2a〜2tの内部をシース液が流れでることになり、各々のキャピラリー2a〜2tの上部、即ち間隙部3a〜3tの各々を中心とした流れが生じる。そこでキャピラリー1a〜1tから泳動されてくる試料は、キャピラリー2a〜2tの上部の流れに沿って、各々間隙部3a〜3tをシースフロー状態で通過し、各々のキャピラリーに導かれ、陽極側電極槽7側に泳動される。キャピラリー2a〜2tはその内部が正の電荷を有するように処理しており、キャピラリー2a〜2t内の電気浸透流はキャピラリー1a〜1tから陽極側電極槽7の方向になり、間隙部への液の逆流が無く、シース液を安定に陽極側電極槽7方向に流すことができ、特にシース液の流量が少ない場合でも安定にシース液を陽極側電極槽7方向に流すことができる。   Further, the inside of the fluorescent cell 4 in which the capillaries 1a to 1t and the capillaries 2a to 2t are arranged is filled with the sheath liquid, and the liquid surface of the sheath liquid 11 in the sheath liquid container 10 is buffered in the anode electrode tank 7. By disposing the sheath liquid higher than the liquid surface, the sheath liquid flows into the anode-side electrode tank 7 through the capillaries 2a to 2t. In this state, the inside of the fluorescent cell 4 and the inside of the capillaries 2a to 2t are filled with the sheath liquid, that is, the buffer solution, and the capillaries 1a to 1t are also filled with the capillary gel. By applying a DC voltage from the DC high-voltage power supply 12 to the gap, a current flows through the capillary 1a, the gap 3a, and the capillary 2a, for example, and the sample can be electrophoresed. Further, by arranging the liquid level of the sheath liquid 11 in the sheath liquid container 10 higher than the liquid level of the buffer solution in the anode-side electrode tank 7, the sheath liquid flows inside the capillaries 2a to 2t, A flow occurs at the upper part of each of the capillaries 2a to 2t, that is, each of the gaps 3a to 3t. Then, the sample electrophoresed from the capillaries 1a to 1t passes through the gaps 3a to 3t in a sheath flow state along the flow above the capillaries 2a to 2t, is led to each capillary, and is supplied to the anode side electrode tank. Electrophoresed on the 7 side. The capillaries 2a to 2t are treated so that the inside thereof has a positive charge, and the electroosmotic flow in the capillaries 2a to 2t flows from the capillaries 1a to 1t toward the anode-side electrode tank 7, and the liquid flows into the gap. And the sheath liquid can flow stably in the direction of the anode-side electrode tank 7, and in particular, even when the flow rate of the sheath liquid is small, the sheath liquid can flow stably in the direction of the anode-side electrode tank 7.

電気泳動は、陰極側電極槽6と陽極側電極槽7の間に直流高電圧電源12により直流電圧を印加することで行う。電圧印加により、キャピラリー1aとキャピラリー2aを流れる電流は主に間隙部3aを中心に流れ、同様にキャピラリー1bと2b、1cと2c、1dと2d……、1tと2tを流れる電流は主に各々間隙部3b、3c、3d……、3tを中心に流れる。さらに上述のように、キャピラリー1a〜1tから泳動されてくる試料は、キャピラリー2a〜2tの上部の流れに沿って、各々間隙部3a〜3tをシースフロー状態で通過し、各々のキャピラリーに導かれる。つまり、各々のキャピラリー及び間隙部を泳動する試料は、隣の間隙部を泳動する試料と接触せずに泳動し、各々の間隙部を泳動する試料を分離して蛍光計測することができる。また、試料は蛍光セル4の内面にも接触しないため、蛍光セルへの試料の吸着の影響が無く、また蛍光セル面での散乱光をスリット等で空間的に除去することができ、高感度な蛍光測定が可能になる。
試料である蛍光標識DNA断片の導入は、陰極側のキャピラリー1aの端を一時的に試料液に浸し、試料液と陽極側電極槽7の間に6kVの電圧を20秒間程度印加することで行う。その後キャピラリーの端を元の陰極側電極槽6に戻す。この操作をキャピラリー1b〜1tの各々について行い、キャピラリー1a〜1tのキャピラリーゲル内に試料を注入する。なお、試料の注入は、上記のように1本ずつ順番に行っても良いし、またキャピラリー1a〜1tをそれぞれ試料液に浸し、同時に電圧を印加することで行っても良い。試料の電気泳動による分子量分離は、陰極側電極槽6と陽極側電極槽7の間に6kVの直流電圧を印加して行う。キャピラリー1a〜1tの各々に注入された試料は、各々キャピラリー1a〜1tのキャピラリーゲル内を陰極側から陽極側に向かって分子量分離されつつ泳動され、各々間隙部3a〜3tを通過する。間隙部3a〜3tを通過する試料の検出は、標識用の蛍光体であるFITCを励起するために波長488nmのアルゴンレーザ光を使用し、レーザ光が、1直線上に整列させた間隙部3a〜3tを同時に、またほぼ同じ条件で照射するようにレーザ光軸を調整して照射し、発する蛍光を計測することで行う。つまり、アルゴンレーザ光源20の波長488nmのレーザ光21をレンズ22により絞って照射し、間隙部3a〜3tを通過する蛍光標識DNA断片を励起する。ビーム径が約0.7mmのレーザ光を使用し、焦点距離が100mmのレンズ22を使用し、間隙部3a〜3tの中間に焦点を合わせる。この場合、焦点でのレーザ光のスポットサイズは150μm程度で、その焦点深度は約20mmである。間隙部3aから間隙部3tまでの距離は、キャピラリー1aからキャピラリー1tまでの距離に等しく、本例の場合0.6mm×19つまり約12mmである。つまり、レーザ光は間隙部3a〜3tの20箇所をほぼ同一のスポットサイズで照射しており、またそのスポットサイズがキャピラリーゲルの太さ(100μm)とほぼ同等となる。以上のように、レーザ光のスポットサイズをキャピラリーゲルの太さとほぼ同等の大きさにでき、また全ての間隙部をほぼ同一のスポットサイズで照射するように、光源とレンズ系を選定することにより、間隙部3a〜3tを泳動する蛍光標識DNA断片を均一にしかも効率良く励起することができる。
The electrophoresis is performed by applying a DC voltage between the cathode-side electrode tank 6 and the anode-side electrode tank 7 by the DC high-voltage power supply 12. Due to the voltage application, the current flowing through the capillary 1a and the capillary 2a mainly flows through the gap 3a, and similarly, the current flowing through the capillaries 1b and 2b, 1c and 2c, 1d and 2d,. Flow around the gaps 3b, 3c, 3d,..., 3t. Furthermore, as described above, the sample migrated from the capillaries 1a to 1t passes through the gaps 3a to 3t in a sheath flow state along the flow above the capillaries 2a to 2t, and is guided to each capillary. . In other words, the sample migrating in each of the capillaries and gaps can migrate without contacting the sample migrating in the adjacent gap, and the sample migrating in each gap can be separated and subjected to fluorescence measurement. Further, since the sample does not come into contact with the inner surface of the fluorescent cell 4, there is no influence of the adsorption of the sample on the fluorescent cell, and the scattered light on the fluorescent cell surface can be spatially removed by a slit or the like. Fluorescence measurement becomes possible.
The introduction of the fluorescent-labeled DNA fragment as a sample is performed by temporarily immersing the end of the capillary 1a on the cathode side in the sample solution and applying a voltage of 6 kV for about 20 seconds between the sample solution and the anode-side electrode tank 7. . Then, the end of the capillary is returned to the original cathode-side electrode tank 6. This operation is performed for each of the capillaries 1b to 1t, and the sample is injected into the capillary gel of the capillaries 1a to 1t. The injection of the sample may be performed one by one as described above, or may be performed by immersing the capillaries 1a to 1t in the sample solution and applying a voltage at the same time. The molecular weight separation of the sample by electrophoresis is performed by applying a DC voltage of 6 kV between the cathode-side electrode tank 6 and the anode-side electrode tank 7. The sample injected into each of the capillaries 1a to 1t migrates in the capillary gel of each of the capillaries 1a to 1t while being separated in molecular weight from the cathode side to the anode side, and passes through the gaps 3a to 3t, respectively. For the detection of the sample passing through the gaps 3a to 3t, an argon laser beam having a wavelength of 488 nm is used to excite FITC, which is a fluorescent substance for labeling, and the gaps 3a in which the laser beams are aligned in a straight line. The irradiation is performed by adjusting the laser optical axis so as to irradiate 〜3t simultaneously and under substantially the same conditions, and measuring the emitted fluorescence. In other words, the laser beam 21 having a wavelength of 488 nm from the argon laser light source 20 is squeezed and irradiated by the lens 22 to excite the fluorescently labeled DNA fragments passing through the gaps 3a to 3t. A laser beam having a beam diameter of about 0.7 mm is used, and a lens 22 having a focal length of 100 mm is used to focus on the middle of the gaps 3a to 3t. In this case, the spot size of the laser beam at the focal point is about 150 μm, and the focal depth is about 20 mm. The distance from the gap 3a to the gap 3t is equal to the distance from the capillary 1a to the capillary 1t, and is 0.6 mm × 19, that is, about 12 mm in this example. In other words, the laser light irradiates 20 places in the gaps 3a to 3t with substantially the same spot size, and the spot size becomes substantially equal to the thickness (100 μm) of the capillary gel. As described above, by selecting the light source and the lens system so that the spot size of the laser beam can be made approximately equal to the thickness of the capillary gel, and all the gaps can be irradiated with almost the same spot size. In addition, it is possible to uniformly and efficiently excite the fluorescently labeled DNA fragments that migrate through the gaps 3a to 3t.

間隙部3a〜3tを泳動する蛍光標識DNA断片からの蛍光はレーザ光照射方向と垂直方向から検出する。その構成図を図2に示した。DNA断片から発せられた蛍光30は、干渉フィルタ32で散乱光などの背景光等を除去し、レンズ33で、CCDカメラ等の二次元検出器34に結像する。二次元検出器34はコントローラ35により制御されて間隙部3a〜3tの蛍光像を検出し、コンピュータ等のデータ処理装置36で各間隙部3a〜3t毎の蛍光強度の時間変化を連続的に、しかも全ての間隙部を同時に計測し、それらの結果をモニタ37に表示し、プリンタ38に出力し、またメモリ39に保存する。これにより、1a〜1tの各キャピラリー毎に分子量分離された泳動パターンを同時にかつ連続的に測定することができる。なお、本例の場合、間隙部の蛍光像は一次元上に並ぶため、CCDカメラのようなや二次元検出器のかわりに、ホトダイオードアレイ等の一次元検出器をも使用することができる。また干渉フィルタ32には、FITCからの蛍光を効果的に検出するために、500nm〜540nmの波長域を通過するバンドパス干渉フィルタを使用する。また、間隙部3a〜3tの像が二次元検出器の受光面に全て結像するように、レンズ33の像倍率を設定する。本実施例では間隙部は基本的に緩衝液であるため、レーザ光は、キャピラリー等の散乱を受けずに間隙部を伝播する。そのため、複数のキャピラリーを泳動する試料を同時に、均質に、効率的に光照射することができる。また、キャピラリーやキャピラリーゲルによる散乱光や蛍光などの背景光を大幅に低減することができ、高感度に蛍光を検出することが可能になる。背景光の低減効果としては、例えば間隙部を形成させることなく、被覆を除去したキャピラリーそのものにレーザ光を照射して蛍光検出する場合と比べて、本実施例のように間隙部で蛍光計測を行うと、検出される背景光強度が1/10程度以下になり、より低濃度の試料を検出できるようになる。また、複数の間隙部を1直線上に整列させることで、すべての間隙部を同時にしかも簡単にレーザ光で照射することができ、簡便な装置構成とすることができる。また、複数のキャピラリー対を1個の光学セルに保持できることにより、光学セルが1個で済み、シース液の注入に要する配管も1系統で済む。またシースフローは間隙部近傍でのみ生じるため、各間隙部での流速はすべての間隙部でほぼ同等となり、間隙部間での再現性が高い。そのため、泳動路間のバラツキが少なく、また、光学セルも本実施例のように単純な構造の光学セルで十分であり、通常のシースフローチャンバのように複雑な形状の光学セルを使用する必要が無く、全体的に、簡便な装置構成となる。本実施例では、隣合うキャピラリー間の間隔は0.6mmに設定した。このようにキャピラリー対を一定の間隙を保持して対向させることにより、試料の泳動する位置を規定することができ、複数のキャピラリー(及び間隙部)を近接して配置することができ、光学セルを小型化することが可能である。また、このことにより、レーザ光をより細く絞って間隙部を照射することも可能になる。また逆に、同じ光学セル内により多くのキャピラリー対を保持することができるようになる。本実施例によれば、分子量分離部が従来と同様のキャピラリーゲルであるため、分子量分離特性を損なうことなく、高感度に試料を検出することができる。   Fluorescence from the fluorescence-labeled DNA fragment migrating in the gaps 3a to 3t is detected in a direction perpendicular to the laser light irradiation direction. The configuration diagram is shown in FIG. The fluorescence 30 emitted from the DNA fragment removes background light such as scattered light with an interference filter 32 and forms an image on a two-dimensional detector 34 such as a CCD camera with a lens 33. The two-dimensional detector 34 is controlled by the controller 35 to detect the fluorescence images of the gaps 3a to 3t, and the data processing device 36 such as a computer continuously changes the fluorescence intensity of each of the gaps 3a to 3t with time. In addition, all the gaps are measured simultaneously, and the results are displayed on the monitor 37, output to the printer 38, and stored in the memory 39. As a result, it is possible to simultaneously and continuously measure the migration patterns of which the molecular weight has been separated for each of the capillaries 1a to 1t. In the case of this example, since the fluorescent images in the gap are arranged one-dimensionally, a one-dimensional detector such as a photodiode array can be used instead of a CCD camera or a two-dimensional detector. As the interference filter 32, a band-pass interference filter that passes a wavelength range of 500 nm to 540 nm is used to effectively detect the fluorescence from FITC. Further, the image magnification of the lens 33 is set so that the images of the gaps 3a to 3t are all formed on the light receiving surface of the two-dimensional detector. In this embodiment, since the gap is basically a buffer solution, the laser light propagates through the gap without being scattered by the capillary or the like. Therefore, it is possible to uniformly and efficiently irradiate a sample, which migrates a plurality of capillaries, with light at the same time. In addition, background light such as light scattered by a capillary or a capillary gel or fluorescence can be significantly reduced, and fluorescence can be detected with high sensitivity. As the effect of reducing the background light, for example, the fluorescence measurement is performed in the gap as in the present embodiment, as compared with the case where the capillary itself from which the coating is removed is irradiated with laser light to detect the fluorescence without forming the gap. Then, the intensity of the background light to be detected is reduced to about 1/10 or less, and a sample having a lower concentration can be detected. In addition, by aligning a plurality of gaps on one straight line, all gaps can be simultaneously and easily irradiated with laser light, and a simple device configuration can be realized. In addition, since a plurality of capillary pairs can be held in one optical cell, only one optical cell is required, and only one pipe is required for injecting the sheath liquid. In addition, since the sheath flow occurs only in the vicinity of the gap, the flow velocity in each gap is almost equal in all the gaps, and the reproducibility between the gaps is high. Therefore, there is little variation between electrophoresis paths, and the optical cell having a simple structure as in this embodiment is sufficient, and it is necessary to use an optical cell having a complicated shape like an ordinary sheath flow chamber. And a simple device configuration as a whole. In this embodiment, the interval between adjacent capillaries was set to 0.6 mm. By thus opposing the capillary pairs while maintaining a certain gap, the position where the sample migrates can be defined, and a plurality of capillaries (and gaps) can be arranged close to each other. Can be reduced in size. This also makes it possible to irradiate the gap with a narrower laser beam. Conversely, more capillary pairs can be held in the same optical cell. According to the present example, the sample can be detected with high sensitivity without impairing the molecular weight separation characteristics, because the molecular weight separation section is the same capillary gel as the conventional one.

また、本実施例によれば、液体クロマトグラフィ用ポンプ等の機械的手段を使用せずに緩衝液をフローさせることができるため、装置構成が簡便になり、安価になる。また、ポンプ等を使用する場合に生じる脈流が無いため、シース液の流れが安定になり、流速の変動が少なくなり、間隙部を流れる試料の蛍光強度の変動が抑えられ、測定精度を高めることができる。なお、シース液の流量はシース液容器内のシース液の液面と泳動下流側の陽極側電極槽内の緩衝液の液面との落差を変えることで容易に調整することができる。また、泳動下流側のキャピラリーの内径を変えることでも調整することができる。なお、液体クロマトグラフィ用ポンプ等の機械的手段によりシース液をフローさせることも基本的に可能である。この場合、流量が直接設定できるという利点がある。しかし、ポンプの脈流により蛍光強度が変動しやすくなるため、データ処理において平滑化等の処理を十分に行う必要がある。   Further, according to the present embodiment, the buffer solution can be caused to flow without using a mechanical means such as a liquid chromatography pump or the like, so that the device configuration is simplified and the cost is reduced. In addition, since there is no pulsating flow generated when a pump or the like is used, the flow of the sheath liquid is stabilized, the fluctuation of the flow velocity is reduced, the fluctuation of the fluorescence intensity of the sample flowing in the gap is suppressed, and the measurement accuracy is improved. be able to. The flow rate of the sheath liquid can be easily adjusted by changing the drop between the liquid level of the sheath liquid in the sheath liquid container and the liquid level of the buffer solution in the anode-side electrode tank downstream of the electrophoresis. It can also be adjusted by changing the inner diameter of the capillary on the downstream side of the electrophoresis. It is basically possible to flow the sheath liquid by a mechanical means such as a pump for liquid chromatography. In this case, there is an advantage that the flow rate can be set directly. However, since the fluorescence intensity tends to fluctuate due to the pulsating flow of the pump, it is necessary to sufficiently perform processing such as smoothing in data processing.

光学セル内部のシース液は、下流側のキャピラリー2a〜2tを通りセル外に流れ出る。キャピラリーは一般にその内径が細いため、そこを流れる流量は一般に少なくなる。そのため、シース液の液量が低減でき操作性が向上する。また、本実施例では、キャピラリー2a〜2tの内部が正の電荷を有するように処理して、キャピラリー2a〜2t内の電気浸透流の向きをキャピラリー1a〜1tから陽極側電極槽7の方向になるようにして、間隙部へのキャピラリー2a〜2tからの液の逆流が無いようにした。このことより、特にシース液の流量が少ない場合でも安定にシース液を陽極側電極槽7方向に流すことができる。なお、キャピラリー2a〜2tの内径が大きい場合等のようにシース液の間隙部での流速が大きい場合には、電気浸透流の効果が小さくなるため、必ずしもキャピラリー2a〜2tの内面の処理を施す必要はない。本実施例では、シース液及び陽極側電極槽、陰極側電極槽内の緩衝液には、トリス、ほう酸、EDTA、尿素を含む緩衝液を使用し、キャピラリーゲルの緩衝液と同じ成分とした。このことにより、キャピラリーゲルの構成成分が蛍光セル4内または電極槽へ漏れ出ることかなくなり、キャピラリーゲルの再使用を含めより安定で分離能の良い電気泳動を続けることができる。なお、DNAの変性剤である尿素を含まない状態の緩衝液を使用することもできる。この場合は、キャピラリーゲル内の尿素が時間とともにキャピラリーゲルから電極槽や蛍光セル内に漏れ出る可能性が有り、繰返しの使用回数が多少減少するが、尿素を含む緩衝液の場合と同様の泳動が可能である。   The sheath liquid inside the optical cell flows out of the cell through the downstream capillaries 2a to 2t. Because capillaries generally have small internal diameters, the flow through them is generally small. Therefore, the amount of the sheath liquid can be reduced, and the operability is improved. In this embodiment, the inside of the capillaries 2a to 2t is treated so as to have a positive charge, and the direction of the electroosmotic flow in the capillaries 2a to 2t is changed from the capillaries 1a to 1t toward the anode-side electrode tank 7. In this way, there was no backflow of liquid from the capillaries 2a to 2t to the gap. Accordingly, the sheath liquid can be stably flowed toward the anode-side electrode tank 7 even when the flow rate of the sheath liquid is small. Note that when the flow velocity of the sheath liquid in the gap is large, such as when the inner diameter of the capillaries 2a to 2t is large, the effect of the electroosmotic flow is reduced, so that the inner surfaces of the capillaries 2a to 2t are necessarily treated. No need. In this example, a buffer solution containing Tris, boric acid, EDTA, and urea was used as the sheath solution and the buffer solution in the anode-side electrode bath and the cathode-side electrode bath, and had the same components as the buffer solution of the capillary gel. This prevents the constituent components of the capillary gel from leaking into the fluorescent cell 4 or into the electrode tank, so that the electrophoresis can be continued more stably and with good resolution including reuse of the capillary gel. A buffer containing no urea as a DNA denaturant can be used. In this case, the urea in the capillary gel may leak out of the capillary gel into the electrode tank or the fluorescent cell over time, and the number of times of repeated use is slightly reduced. Is possible.

なお、使用するレーザ装置及び蛍光体は、アルゴンレーザ及びFITCに限られるものではなく、任意の蛍光体及び適当なレーザ装置が使用できる。本実施例では、DNA断片の測定を例にして説明したが、蛋白、糖等の分析にも当然のことながら使用できる。また、本実施例では2本とも同じ内径のキャピラリーを使用したが、異なる内径のキャピラリーの組合せも可能である。例えば、上流側のキャピラリーの内径より下流側のキャピラリーの内径を細くすれば、上流側のキャピラリー端から泳動される試料が下流側のキャピラリーに導入される時に絞られるため、試料液の濃度が高くなり、より高感度に検出することができるようにもできる。また上流側のキャピラリーの内径より下流側のキャピラリーの内径を太くすれば、上流側のキャピラリー端から泳動される試料をより容易にかつ確実に下流側のキャピラリーに導びくこともできる。さらに、本実施例によれば、励起光をキャピラリー部を透過させることなく試料からの蛍光を測定できることから、キャピラリーが透明である必要はない。つまりキャピラリーの被覆を除去する必要がないため、取り扱いが容易になる。さらに四ふっ化エチレン樹脂や三ふっ化塩化エチレン樹脂などの不透明なふっ素樹脂製のキャピラリー等種々の材質のキャピラリーを使用することも可能となる。ふっ素樹脂製のキャピラリーは試料の吸着が少ないため、表面処理等の処理操作が不必要であり、また破損がないため、操作性が向上する。また耐薬品性に優れるので、幅広いpH範囲の溶媒を使用することが可能になる。なお、本実施例では、複数のキャピラリー対の場合について説明したが、1つのキャピラリー対だけの場合も同様に、泳動し、蛍光検出し、試料の分離パターンを測定することが可能である。この場合は、光検出器として光電子増倍管等が使用できる。   The laser device and the phosphor used are not limited to the argon laser and FITC, but any phosphor and an appropriate laser device can be used. In the present embodiment, the measurement of DNA fragments has been described as an example, but the present invention can naturally be used for analysis of proteins, sugars, and the like. In this embodiment, both capillaries having the same inner diameter are used, but a combination of capillaries having different inner diameters is also possible. For example, if the inner diameter of the capillary on the downstream side is made smaller than the inner diameter of the capillary on the upstream side, the sample migrated from the end of the upstream capillary is squeezed when introduced into the downstream capillary, so that the concentration of the sample liquid is high. That is, it is possible to detect with higher sensitivity. If the inner diameter of the capillary on the downstream side is made larger than the inner diameter of the capillary on the upstream side, the sample migrated from the end of the capillary on the upstream side can be more easily and reliably guided to the capillary on the downstream side. Furthermore, according to the present embodiment, since the fluorescence from the sample can be measured without transmitting the excitation light through the capillary portion, the capillary does not need to be transparent. That is, since it is not necessary to remove the coating of the capillary, the handling becomes easy. Furthermore, capillaries of various materials such as capillaries made of opaque fluororesin such as ethylene tetrafluoride resin and ethylene trifluoride chloride resin can be used. Since the fluororesin capillary does not adsorb any sample, a treatment operation such as a surface treatment is unnecessary, and the operability is improved because there is no breakage. In addition, since it has excellent chemical resistance, it is possible to use a solvent having a wide pH range. In the present embodiment, the case of a plurality of capillary pairs has been described. However, also in the case of only one capillary pair, it is possible to migrate, detect fluorescence, and measure the sample separation pattern in the same manner. In this case, a photomultiplier tube or the like can be used as the photodetector.

〔実施例2〕
次に、実施例1の装置を使用し、DNAの塩基配列を決定する方法について説明する。周知のサンガー(Sanger)らのジデオキシ法により、蛍光標識したプライマーを使い、DNAポリメラーゼ反応を行って蛍光標識DNA断片を調製する。プライマーとして、FITCが結合したプライマー(標識プライマー)を使用する。まず、一本鎖DNAに標識プライマーを加え、アニール(2本鎖形成)して、一本鎖DNAに標識プライマーを結合させる。この反応液を4分割し、それぞれにA、C、G、Tに対応したDNAポリメラーゼ反応を行わせる。つまり、標識プライマーの結合した一本鎖DNAに4種のデオキシヌクレオチド三りん酸(dATP、dTTP、dCTP、dGTP)とターミネータとなるddATPを加えポリメラーゼ反応を行わせる。この反応により、末端がAの種々の長さの蛍光標識DNA断片を得る。同様の反応をC、G、Tについても行う。上述のようにして得られる4つのA、C、G、Tの反応液を、キャピラリー1a〜1tのうちの4本例えばキャピラリー1a、1b、1c、1dのそれぞれに注入する。注入法は実施例1と同様で、A反応液を1aに、C反応液を1bに、G反応液を1cに、T反応液を1dに注入する。注入後約6kVの電圧を印加することで電気泳動させる。波長488nmのアルゴンレーザ光を励起光として、各ギャップ3a〜3dでの蛍光強度の時間変化を測定する。DNA断片は分子量の小さい順に泳動されることから、蛍光ピークの生じたギャップ位置を時間順に解析することで塩基配列が解析できる。
[Example 2]
Next, a method for determining the base sequence of DNA using the apparatus of Example 1 will be described. A fluorescently labeled DNA fragment is prepared by performing a DNA polymerase reaction using a fluorescently labeled primer by the well-known Sanger et al. Dideoxy method. As the primer, a primer to which FITC is bound (labeled primer) is used. First, a labeled primer is added to the single-stranded DNA and annealed (double-stranded formation) to bind the labeled primer to the single-stranded DNA. This reaction solution is divided into four parts, and DNA polymerase reactions corresponding to A, C, G, and T are respectively performed. That is, four kinds of deoxynucleotide triphosphates (dATP, dTTP, dCTP, dGTP) and ddATP serving as a terminator are added to the single-stranded DNA to which the labeled primer is bound, and a polymerase reaction is performed. By this reaction, fluorescently-labeled DNA fragments having various lengths of A at the end are obtained. Similar reactions are performed for C, G, and T. The four reaction solutions of A, C, G, and T obtained as described above are injected into four of the capillaries 1a to 1t, for example, the capillaries 1a, 1b, 1c, and 1d, respectively. The injection method is the same as in Example 1, and the A reaction liquid is injected into 1a, the C reaction liquid into 1b, the G reaction liquid into 1c, and the T reaction liquid into 1d. Electrophoresis is performed by applying a voltage of about 6 kV after the injection. Using the argon laser light having a wavelength of 488 nm as the excitation light, the time change of the fluorescence intensity in each of the gaps 3a to 3d is measured. Since DNA fragments are electrophoresed in ascending order of molecular weight, the base sequence can be analyzed by analyzing the gap positions where fluorescent peaks occur in chronological order.

実施例1の装置は、試料を注入できるキャピラリーを20本有している。上記のDNA塩基配列決定方法によれば、同時に5種類のDNA試料の塩基配列を決定することができる。光学セル内に保持するキャピラリー対の数を増やせばより多くのDNA試料の塩基配列を決定することもできる。なお、本実施例では、蛍光体としてFITCの1種を使用している。しかし、同時に2種以上の蛍光体からの蛍光を検出することも可能である。その場合には、例えば周知のように図2において干渉フィルタ32、レンズ33、検出器34からなる光検出装置の組を蛍光体の数に一致する数だけ設け、それぞれが別々の波長域の蛍光を検出するようにしてもよいし、または、レンズ33の後に分散プリズムを配置して分光し、それをカメラ等の二次元検出器に結像させて受光し、泳動路毎及び波長毎に蛍光強度を測定し、泳動路毎及び蛍光体毎の蛍光強度を算定するようにしてもよい。   The apparatus of the first embodiment has 20 capillaries into which a sample can be injected. According to the above DNA base sequence determination method, the base sequences of five types of DNA samples can be determined simultaneously. By increasing the number of capillary pairs held in the optical cell, the base sequence of more DNA samples can be determined. In this embodiment, one kind of FITC is used as the phosphor. However, it is also possible to detect the fluorescence from two or more kinds of phosphors at the same time. In that case, as is well known, for example, as shown in FIG. 2, a set of photodetectors including the interference filter 32, the lens 33, and the detector 34 is provided in a number corresponding to the number of phosphors, and each of the photodetectors has a different wavelength range. Alternatively, a dispersing prism may be disposed after the lens 33 to separate the light, form an image on a two-dimensional detector such as a camera, receive the light, and emit fluorescent light for each migration path and for each wavelength. The intensity may be measured to calculate the fluorescence intensity for each migration path and each phosphor.

上記のように、複数の蛍光体を同時に測定できる装置構成とした場合も、DNAの塩基配列を決定することができる。つまり、末端塩基の種類毎に、異なる蛍光体で標識したプライマーを使用し、それぞれDNAポリメラーゼ反応を行わせた後、反応液を混合し、電気泳動させる。そして、間隙部空間を通過するDNA断片の蛍光を検出し、そのときの蛍光体の種類を識別することで塩基種が同定でき、塩基配列が決定できる。なお、蛍光体の種類の識別は、4種の蛍光体の蛍光極大波長での蛍光強度を比較する等により決定することができる。この場合は、1対のキャピラリーと間隙部で構成される泳動路で、DNA試料の塩基配列を決定することができる。つまり図1のように複数の泳動路を有する場合、複数のDNA試料の塩基配列を同時に決定することが可能になる。   As described above, the base sequence of DNA can be determined even when the apparatus is configured to measure a plurality of fluorescent substances simultaneously. That is, for each type of terminal base, a primer labeled with a different fluorescent substance is used, and after each DNA polymerase reaction is performed, the reaction solution is mixed and subjected to electrophoresis. Then, the fluorescence of the DNA fragment passing through the gap space is detected, and the type of the fluorescent substance at that time is identified, whereby the base type can be identified and the base sequence can be determined. The type of the phosphor can be identified by comparing the fluorescence intensities of the four types of phosphors at the maximum fluorescence wavelength. In this case, the base sequence of the DNA sample can be determined by a migration path composed of a pair of capillaries and a gap. That is, when a plurality of migration paths are provided as shown in FIG. 1, it is possible to simultaneously determine the base sequences of a plurality of DNA samples.

〔実施例3〕
上記第1の実施例及び第2に実施例では、蛍光測定により試料を検出する装置について説明したが、吸光度の測定、透過光強度の測定などの光吸収測定の場合も同様に装置を構成することができる。図3に、光吸収測定の場合の電気泳動装置の光照射系・検出系の部分の構成図を示す。電気泳動部分は、実施例1の図1と同様の構成とする。試料、例えばDNAの制限酵素切断断片の導入は実施例1と同様に行い、分子量分離するための泳動も実施例1と同様に行う。間隙部3a〜3tを通過するDNA断片に対して、キセノンランプやD2ランプ等の光源50の光をモノクロメータ51を通し、レンズ52で集光し、間隙部3a〜3tを照射する。照射する光波長は試料の吸収波長に設定するのが通常であり、例えばDNA断片に対しては、260nm程度が適当である。DNA断片により光吸収を受け透過した光は、再びレンズ53で集光されてホトダイオードアレイ等の一次元センサ54で検出する。一次元センサ54は一次元センサ用のコントローラ55により動作が制御され、コンピュータ等のデータ処理装置56で各間隙部毎の泳動パターン等が測定され、それらの結果はモニタ57に表示、プリンタ58に出力され、またメモリ59に保存される。本実施例では、間隙部をキャピラリー間に設け、キャピラリー部を分子量分離部、間隙部空間を吸光度を測定する光学検出部と分けることで、照射光は光散乱の極めて少ないシース液中を透過するため、キャピラリーやゲル等で散乱されることなく試料を効率よく照射することができ、高精度な吸光度測定が可能になる。具体的には、本実施例のように間隙部に光を入射させた時の透過光強度(試料が通過しない場合で受光用のレンズの開口数が0.19の場合)を1とすると、従来のようにキャピラリーを透過させる場合はその透過光強度が0.6程度に低下する。これはキャピラリー自体及び電気泳動で分子量分離させるための媒体であるポリアクリルアミドゲル等のゲルが光の散乱体であるため、その部分で入射光が散乱され、その結果透過光が減少するためである。透過光強度が低下することはその分だけ光検出器等のS/Nが低下することを意味し、測定精度が低下する。また、従来の場合はキャピラリーの表面等で散乱や反射した光もその一部が検出されてしまうが、これらの光は試料を照射することなく(試料による吸収を受けずに)直接検出器に入射する。このような試料の存在にかかわらずに検出される光成分があると、微小な光強度変化が測定しにくくなり、つまり精度の高い吸光度測定が困難になる。なお、本実施例では、モノクロメータ51を通した光を、レンズにより間隙部部に集光して照射しているが、集光せずにほぼ平行光として照射し、間隙部を通過した光のみを空間的に分離してその光強度を測定することでも同様に測定が可能である。
[Example 3]
In the above-described first and second embodiments, the apparatus for detecting a sample by fluorescence measurement has been described. However, the apparatus is similarly configured for light absorption measurement such as measurement of absorbance and measurement of transmitted light intensity. be able to. FIG. 3 shows a configuration diagram of a light irradiation system and a detection system of the electrophoresis apparatus in the case of light absorption measurement. The electrophoresis part has the same configuration as that of FIG. The introduction of a sample, for example, a restriction fragment of DNA is performed in the same manner as in Example 1, and the electrophoresis for separating the molecular weight is performed in the same manner as in Example 1. Light from a light source 50 such as a xenon lamp or a D2 lamp is passed through a monochromator 51 to a DNA fragment passing through the gaps 3a to 3t and condensed by a lens 52 to irradiate the gaps 3a to 3t. The irradiation light wavelength is usually set to the absorption wavelength of the sample. For example, about 260 nm is appropriate for a DNA fragment. The light that has been absorbed and transmitted by the DNA fragments is collected again by the lens 53 and detected by the one-dimensional sensor 54 such as a photodiode array. The operation of the one-dimensional sensor 54 is controlled by a controller 55 for the one-dimensional sensor, and a migration pattern or the like for each gap is measured by a data processing device 56 such as a computer. The results are displayed on a monitor 57 and displayed on a printer 58. It is output and stored in the memory 59. In the present embodiment, the gap is provided between the capillaries, the capillary is divided into the molecular weight separation section, and the gap space is separated from the optical detection section for measuring the absorbance, so that the irradiation light passes through the sheath liquid with extremely little light scattering. Therefore, it is possible to efficiently irradiate the sample without being scattered by the capillary, the gel, or the like, and it becomes possible to measure the absorbance with high accuracy. Specifically, assuming that the transmitted light intensity when the light is made to enter the gap as in the present embodiment (when the sample does not pass and the numerical aperture of the light receiving lens is 0.19) is 1, When the light is transmitted through the capillary as in the conventional case, the transmitted light intensity is reduced to about 0.6. This is because the capillary itself and a gel such as polyacrylamide gel, which is a medium for separating the molecular weight by electrophoresis, are scatterers of light, so that incident light is scattered at that part, and as a result, transmitted light is reduced. . Decreasing the transmitted light intensity means that the S / N of the photodetector and the like is correspondingly reduced, and the measurement accuracy is reduced. In addition, in the conventional case, a part of the light scattered or reflected on the surface of the capillary or the like is also detected, but such light is directly applied to the detector without irradiating the sample (without being absorbed by the sample). Incident. If there is a light component detected irrespective of the presence of such a sample, it becomes difficult to measure a minute change in light intensity, that is, it becomes difficult to measure the absorbance with high accuracy. In this embodiment, the light that has passed through the monochromator 51 is condensed and radiated to the gap by the lens. It is also possible to measure the light intensity by spatially separating only the light intensity.

〔実施例4〕
上記第1から第3の実施例では、キャピラリー対により間隙部を形成したが、間隙部はキャピラリー対のみによって形成されるものではない。例えば、分子量分離部を上記実施例と同じくキャピラリーとし、このキャピラリー端と細孔を有した平板とで間隙部を形成することもできる。図4に間隙部の構成図を示す。実施例1と同様に、分子量分離部である20本のキャピラリー1a〜1tをマルチキャピラリー保持具5aに保持し、蛍光セル60に固定する。蛍光セル60の反対側には内径200μmの細孔61a〜61tを有する平板62を固定する。キャピラリー1a〜1tの各々と対向する位置に細孔61a〜61tを設けることで、間隙部が形成され、シース液を流すことで各々のキャピラリーから泳動される試料を対応する細孔に導くことができる。なお、平板62の下には、液溜め63を配置し、細孔から流れ入る溶液を一旦溜め、チューブ64を介して電極槽65に導く。電気泳動は電極槽65ともう一方の電極槽(図示せず)に電圧を印加することで、実施例1と同様に行うことができる。レーザ光の照射、蛍光検出等も同様である。
[Example 4]
In the first to third embodiments, the gap is formed by the pair of capillaries, but the gap is not formed only by the pair of capillaries. For example, a capillary may be used as the molecular weight separating portion as in the above embodiment, and a gap may be formed between the capillary end and a flat plate having pores. FIG. 4 shows a configuration diagram of the gap. As in the first embodiment, the 20 capillaries 1a to 1t, which are the molecular weight separating sections, are held in the multi-capillary holder 5a and fixed to the fluorescent cell 60. On the opposite side of the fluorescent cell 60, a flat plate 62 having pores 61a to 61t having an inner diameter of 200 μm is fixed. By providing the pores 61a to 61t at positions opposed to the capillaries 1a to 1t, a gap is formed, and a sample migrated from each capillary can be guided to the corresponding pore by flowing the sheath liquid. it can. In addition, a liquid reservoir 63 is disposed below the flat plate 62 to temporarily store the solution flowing through the pores and guide the solution to the electrode tank 65 via the tube 64. Electrophoresis can be performed in the same manner as in Example 1 by applying a voltage to the electrode tank 65 and the other electrode tank (not shown). The same applies to laser light irradiation, fluorescence detection, and the like.

〔実施例5〕
実施例1に対して、下流側のキャピラリーを使用せずに、上流側のキャピラリーのみを使用し、シース液を流して泳動する方式を構築することもできる。図5に電気泳動装置の電気泳動部の構成図を示す。実施例1と同様にキャピラリー1a〜1tのそれぞれの一端を、光学セル4内部に各々の先端をそろえて保持する。キャピラリーの光学セル内への固定は、ふっ素樹脂、例えば四ふっ化エチレン樹脂製の平板状のブロックに0.6mm間隔で20箇所の垂直孔を設けたマルチキャピラリー保持具5aを使用する。つまり、マルチキャピラリー保持具5aの20箇所の垂直孔に1本ずつキャピラリー1a〜1tを差し込み、マルチキャピラリー保持具5aを蛍光セル4の上部に密着させて固定する。蛍光セル4の下部はシール板70と四ふっ化エチレン樹脂製のチューブ71を接続し、チューブ71端を陽極側電極槽7内に浸し、シース液が流れるように、また、電気泳動が可能なようにする。蛍光セル4には、その内部をシース液で満たすためのシース液注入口8が設けられており、四ふっ化エチレン樹脂製チューブ9を介してシース液容器10内のシース液11が注入できる構造とする。また、シース液容器10内のシース液11の液面を陽極側電極槽7内の緩衝液の液面より高く配置することで、キャピラリー1a〜1tから泳動されてくる試料をシース液に包んで蛍光セル4内を流すことができる。これらの溶液は最終的に陽極側電極槽7側に導かれる。電気泳動は、陰極側電極槽6と陽極側電極槽7の間に直流高電圧電源12により直流電圧を印加することで行う。各々のキャピラリーを泳動され出る試料は、キャピラリーの直下では、他のキャピラリーを泳動する試料と接触せずに光学セル内を泳動し、最終的に陽極側電極槽7に泳動される。試料の検出は蛍光セル4内のキャピラリー端より500μm下流側の部分をレーザ光照射して蛍光を受光する。受光系は実施例1と同様の構成で行う。本実施例では、基本的にシースフローの形成方法の部分において実施例1と異なる。本実施例では、光学セル内部の全体をシース液が層流状態で流れる。そのため、光学セル内部の位置によってシース液の流速が多少異なり、また、試料の泳動する路が変化しやすいという不安定性がある。しかし、感度、装置構成の簡便性等において実施例1とほぼ同様の効果が得られる。
[Example 5]
In contrast to the first embodiment, it is also possible to construct a system in which only the upstream capillary is used, and the sheath liquid is flowed and electrophoresed, without using the downstream capillary. FIG. 5 shows a configuration diagram of an electrophoresis unit of the electrophoresis apparatus. As in the first embodiment, one end of each of the capillaries 1a to 1t is held inside the optical cell 4 with their respective tips aligned. For fixing the capillaries in the optical cell, a multi-capillary holder 5a having 20 vertical holes provided at 0.6 mm intervals in a flat block made of a fluororesin, for example, an ethylene tetrafluoride resin, is used. That is, the capillaries 1a to 1t are inserted one by one into the 20 vertical holes of the multi-capillary holder 5a, and the multi-capillary holder 5a is fixed to the upper part of the fluorescent cell 4 in close contact. The lower part of the fluorescent cell 4 is connected to a seal plate 70 and a tube 71 made of ethylene tetrafluoride resin, and the end of the tube 71 is immersed in the anode-side electrode tank 7 so that the sheath liquid flows and electrophoresis is possible. To do. The fluorescent cell 4 is provided with a sheath liquid inlet 8 for filling the inside thereof with a sheath liquid, and a structure in which the sheath liquid 11 in the sheath liquid container 10 can be injected through a tube 9 made of tetrafluoroethylene resin. And Further, by disposing the liquid surface of the sheath liquid 11 in the sheath liquid container 10 higher than the liquid surface of the buffer solution in the anode-side electrode tank 7, the sample migrated from the capillaries 1a to 1t is wrapped in the sheath liquid. The inside of the fluorescent cell 4 can flow. These solutions are finally led to the anode-side electrode tank 7 side. The electrophoresis is performed by applying a DC voltage between the cathode-side electrode tank 6 and the anode-side electrode tank 7 by the DC high-voltage power supply 12. The sample that has migrated through each capillary migrates in the optical cell immediately below the capillary without contacting the sample that migrates with another capillary, and finally migrates to the anode-side electrode tank 7. The sample is detected by irradiating a portion of the fluorescent cell 4 downstream of the capillary end with a laser beam of 500 μm to receive fluorescence. The light receiving system has the same configuration as that of the first embodiment. This embodiment is basically different from the first embodiment in a part of a method of forming a sheath flow. In the present embodiment, the sheath liquid flows in a laminar state throughout the optical cell. Therefore, there is an instability that the flow velocity of the sheath liquid is slightly different depending on the position inside the optical cell, and that the path on which the sample migrates is easily changed. However, almost the same effects as in the first embodiment can be obtained in sensitivity, simplicity of the device configuration, and the like.

〔実施例6〕
実施例1記載の装置において、下流側キャピラリーを複数の溝を有する平板として、間隙部を形成することもできる。図6に複数の溝を有する平板の斜視図を示す。図ではキャピラリー4本に対応するように4つの溝を有する場合を図示した。蛍光セルの内部の形状に一致する平板80の片面に4つの溝81a、81b、81c、81dを形成させる。溝の形状は分子量分離用のキャピラリーの大きさに対応させ、例えば、幅300μm、深さ600μmとする。また、溝と溝との間隔は1mmとする。なお、これらの間隔、溝の形状は自由に変更しうる。図7に、上記平板を使った電気泳動装置の電気泳動部の蛍光セル部分の断面図の斜視図を示す。蛍光セル84は、セル内部が幅20mm、奥行3mm、長さ40mmであり、(石英)ガラスの板厚が2mmの上下端が開いているフローセル型のものを使用する。また図は蛍光セルの手前側のガラス部を除いた状態を示す。この蛍光セル84内部に平板80を密着させてはめ込み、溝81a、81b、81c、81dと蛍光セルのガラスとで形成される4つの流路を形成させる。また、内径100μm、外形200のキャピラリー(実施例1と同様にして内部にゲルを作製する)82a、82b、82c、82dをマルチキャピラリー保持具83により蛍光セル84内部に固定する。キャピラリー同志の間隔は1mmとして溝と溝との間隔に一致させ、また各々の溝の中央部にキャピラリーの軸がくるように調整する。これらはマルチキャピラリー保持具83に設ける孔等の位置を調整することで対応できる。また、キャピラリー82a、82b、82c、82dの蛍光セル内部での端を揃え、各キャピラリー端と平板80とが1mm程度離れるように調整して蛍光セル内部に固定する。なお、蛍光セルの下部を陽極電極槽内の緩衝液と接触させるようにすることで電気泳動を可能にする。また、実施例4または実施例5と同様にチューブを介して電極槽と接続させることも可能である。蛍光セル84には、その内部をシース液で満たすためのシース液注入口85が設けられており、四ふっ化エチレン樹脂製チューブ86を介してシース液容器87内のシース液88が注入できる構造とする。また、シース液容器87内のシース液88の液面を陽極側電極槽内の緩衝液の液面より高く配置することで、キャピラリー82a〜82dから泳動されてくる試料をシース液に包んで蛍光セル84内を流し、各々溝81a〜81dを通して陽極側電極槽に導くことができる。
電気泳動、レーザ光照射、蛍光検出は、実施例1で説明したのと同様に行うことで、複数のキャピラリーの各々で分離される試料を、同時に効率良く検出することができる。本実施例では、下流側をキャピラリーではなく、溝を形成した平板により構成した。そのため、各々の溝の端面を容易に揃えることができ調整が容易になる。また、平板を石英ガラスなどとすれば、レーザ光が乱反射して平板にあたってもその部分から蛍光が生じることが無く、蛍光測定が容易になる。
[Example 6]
In the apparatus described in the first embodiment, the gap may be formed by using the downstream capillary as a flat plate having a plurality of grooves. FIG. 6 shows a perspective view of a flat plate having a plurality of grooves. The figure shows a case where four grooves are provided so as to correspond to four capillaries. Four grooves 81a, 81b, 81c and 81d are formed on one side of a flat plate 80 which matches the internal shape of the fluorescent cell. The shape of the groove corresponds to the size of the capillary for molecular weight separation, and is, for example, 300 μm in width and 600 μm in depth. The distance between the grooves is 1 mm. In addition, these intervals and the shapes of the grooves can be freely changed. FIG. 7 shows a perspective view of a cross-sectional view of a fluorescent cell portion of an electrophoresis section of an electrophoresis apparatus using the above-mentioned flat plate. The fluorescent cell 84 is of a flow cell type in which the inside of the cell is 20 mm wide, 3 mm deep, and 40 mm long, and the (quartz) glass plate thickness is 2 mm and the upper and lower ends are open. The figure shows a state in which the glass part on the near side of the fluorescent cell is removed. The flat plate 80 is closely fitted into the inside of the fluorescent cell 84 to form four flow paths formed by the grooves 81a, 81b, 81c, 81d and the glass of the fluorescent cell. In addition, capillaries 82 a, 82 b, 82 c, and 82 d having an inner diameter of 100 μm and an outer shape 200 (in which gel is prepared in the same manner as in Example 1) are fixed inside the fluorescent cell 84 by the multi-capillary holder 83. The distance between the capillaries is set to 1 mm so as to match the distance between the grooves, and the capillaries are adjusted so that the axes of the capillaries are at the center of each groove. These can be dealt with by adjusting the positions of holes and the like provided in the multi-capillary holder 83. The ends of the capillaries 82a, 82b, 82c, and 82d inside the fluorescent cell are aligned, and each capillary end is adjusted to be separated from the flat plate 80 by about 1 mm and fixed inside the fluorescent cell. Electrophoresis is enabled by bringing the lower part of the fluorescent cell into contact with the buffer solution in the anode electrode tank. Further, similarly to the fourth or fifth embodiment, it is also possible to connect to the electrode tank via a tube. The fluorescent cell 84 is provided with a sheath liquid inlet 85 for filling the inside thereof with a sheath liquid, and a structure in which the sheath liquid 88 in the sheath liquid container 87 can be injected through a tube 86 made of tetrafluoroethylene resin. And In addition, by arranging the liquid level of the sheath liquid 88 in the sheath liquid container 87 higher than the liquid level of the buffer solution in the anode-side electrode tank, the sample migrated from the capillaries 82a to 82d is wrapped in the sheath liquid and the fluorescent It can flow in the cell 84 and be guided to the anode-side electrode tank through the grooves 81a to 81d, respectively.
By performing electrophoresis, laser beam irradiation, and fluorescence detection in the same manner as described in Example 1, samples separated by each of the multiple capillaries can be efficiently detected simultaneously. In this embodiment, the downstream side is formed by a flat plate having a groove instead of a capillary. Therefore, the end faces of the respective grooves can be easily aligned, and adjustment can be facilitated. Further, if the flat plate is made of quartz glass or the like, the laser light is irregularly reflected, and even when the flat plate hits the flat plate, no fluorescence is generated from the portion, and the fluorescence measurement becomes easy.

〔実施例7〕
ゲル充填キャピラリーアレイを使ったDNAの塩基配列を決定する装置及び方法について説明する。実施例2と同様の方法により、DNAシーケンシング用の試料(蛍光標識DNA断片)を調製する。1本の泳動路(ゲルキャピラリー)で4つの塩基種を識別するために、A、C、G、T断片毎に異なる蛍光体を標識したプライマーを使用する。A断片には、蛍光極大波長が約550nmの蛍光体を標識したプライマー(プライマーAと略記)を結合させた。同様にC、G、T断片には、蛍光極大波長が各々約520、575、605nmの蛍光体を標識したプライマー(各々プライマーC、プライマーG、プライマーTと略記)を結合させた。これらの断片群は最終的に単一容器にいれて混合し、エタノール沈殿処理の後、脱イオン化ホルムアミド(1/100量のトリス緩衝液を含む)に溶解させた。ゲルキャピラリーへの注入前には、90℃で2分間加熱して熱変性させて断片を1本鎖にし、その後すぐに氷冷し、注入操作に使用した。なお、蛍光標識をプライマーにではなく、ターミネータにして試料を調製してもよい。
[Example 7]
An apparatus and a method for determining a DNA base sequence using a gel-filled capillary array will be described. In the same manner as in Example 2, a sample for DNA sequencing (fluorescently labeled DNA fragment) is prepared. In order to distinguish four base species in one migration path (gel capillary), a primer labeled with a different fluorescent substance for each of the A, C, G, and T fragments is used. A primer (abbreviated as primer A) labeled with a fluorescent substance having a maximum fluorescence wavelength of about 550 nm was bound to the fragment A. Similarly, to the C, G, and T fragments, primers (abbreviated as primer C, primer G, and primer T, respectively) labeled with fluorescent substances having fluorescence maximum wavelengths of about 520, 575, and 605 nm, respectively, were bound. These fragment groups were finally mixed in a single container, and after ethanol precipitation, dissolved in deionized formamide (containing 1/100 volume of Tris buffer). Before injection into the gel capillary, the fragment was heat-denatured by heating at 90 ° C. for 2 minutes to form a single strand, and then immediately cooled on ice and used for the injection operation. The sample may be prepared using a fluorescent label as a terminator instead of a primer.

次に測定装置について説明する。図8はキャピラリーアレイを構成するためのサブアレイの構成図をであり、図9は図8のサブアレイを複数個組み合わせた本実施例のキャピラリーアレイの構成図をしめす。さらに、図10はキャピラリーアレイを使ったDNA塩基配列決定装置の構成図、図11は試料注入部の拡大断面図、図12はDNA塩基配列決定装置の泳動電流計測・表示部の構成図、図13は光学セル部近傍の構成を示すための光学セル断面を含む説明図、図14は蛍光検出・色分離部の原理構成図、図15は2次元検出器で得られる蛍光像のイメージ図、図16は使用した蛍光標識プライマーの蛍光特性と分光フィルタの透過特性図、図17は1本のゲルキャピラリーを泳動する試料から発する蛍光信号強度の時間波形の1例(生データ)、図18は解析して得られたA、C、G、T断片毎の時間波形である。   Next, the measuring device will be described. FIG. 8 is a configuration diagram of a sub-array for forming a capillary array, and FIG. 9 is a configuration diagram of a capillary array of the present embodiment in which a plurality of the sub-arrays of FIG. 8 are combined. 10 is a configuration diagram of a DNA base sequence determination device using a capillary array, FIG. 11 is an enlarged cross-sectional view of a sample injection unit, and FIG. 12 is a configuration diagram of a migration current measurement / display unit of the DNA base sequence determination device. 13 is an explanatory diagram including an optical cell cross section for showing a configuration in the vicinity of the optical cell unit, FIG. 14 is a principle configuration diagram of a fluorescence detection / color separation unit, and FIG. 15 is an image diagram of a fluorescence image obtained by a two-dimensional detector. 16 is a diagram showing the fluorescence characteristics of the fluorescently labeled primers used and the transmission characteristics of the spectral filter, FIG. 17 is an example of a time waveform of the fluorescence signal intensity emitted from a sample in which one gel capillary is migrated (raw data), and FIG. 5 is a time waveform for each of the A, C, G, and T fragments obtained.

内部にゲルを充填したキャピラリーを96本用い、一端を1直線状に並べた並べたキャピラリーアレイを作製した。96本を1つの保持具でアレイ状に組立てると、組立が複雑になり、またキャピラリーの交換が難しくなるため、キャピラリー8本単位のサブアレイを形成し、このサブアレイを12組並べて96本のキャピラリーアレイを構成した。図8に示すように、長さがわずか異なる8本のキャピラリー90を同一平面上に並べ、キャピラリーの中心間の間隔が、一端が9mm間隔、他端が0.5mm間隔になるようにキャピラリー保持具91及び92でそれぞれ固定し、それらの端の位置を揃える。9mm間隔に固定されたキャピラリー端90aは試料注入側端であり、反対側の90bは光学検出側端である。
このサブアレイは図9のように12組組み合わされ、キャピラリーアレイ107が構成される。12個のキャピラリー保持具91は同一平面上に12列に並べるようにエリア・アレイ保持具93で固定し、他端のキャピラリー保持具92は12個が順番に1直線上に並ぶようにリニア・アレイ保持具214で固定する。その結果キャピラリー端90aは同一平面上に8本12列の格子状に並び、90b側は96本のキャピラリー端が1直線上に並ぶ。図9では1列目のサブアレイについてのみキャピラリー90をつなげて示した。2〜12列目のサブアレイについては途中のキャピラリーは省略してある。3〜11列目についてはサブアレイそのものを省略したが、1列目、2列目、12列目のサブアレイの間に順番に配置してある。使用したキャピラリーは内径0.1mm、外径0.2mm、長さ約35cmのものを使用し、実施例1と同様にその内部にアクリルアミドゲルを充填して使用した。ゲル濃度は9%T((アクリルアミド+ビスアクリルアミド)の全溶液量に対する比率)、0%C(ビスアクリルアミドの(アクリルアミド+ビスアクリルアミド)に対する比率)とした。本実施例のキャピラリーアレイ107の使用により、96試料の同時解析が可能になる。
Using 96 capillaries filled with gel, a capillary array was prepared in which one end was arranged in a straight line. Assembling 96 pieces into an array with one holder complicates assembly and makes it difficult to replace the capillaries. Therefore, a sub-array of eight capillaries is formed, and 12 sets of these sub-arrays are arranged to form a 96-capillary array. Was configured. As shown in FIG. 8, eight capillaries 90 having slightly different lengths are arranged on the same plane, and the capillaries are held so that the interval between the centers of the capillaries is 9 mm at one end and 0.5 mm at the other end. Fix them with tools 91 and 92, respectively, and align their ends. The capillary ends 90a fixed at intervals of 9 mm are sample injection side ends, and the opposite side 90b is an optical detection side end.
As shown in FIG. 9, 12 sub-arrays are combined to form a capillary array 107. The twelve capillary holders 91 are fixed by the area array holder 93 so as to be arranged in 12 rows on the same plane, and the other capillary holders 92 at the other end are linearly arranged so that the twelve capillary holders are sequentially arranged on one straight line. It is fixed with the array holder 214. As a result, the capillary ends 90a are arranged in a grid of eight lines and 12 rows on the same plane, and 96 capillary ends are arranged on one straight line on the 90b side. In FIG. 9, the capillaries 90 are connected only for the subarray in the first row. Capillaries in the middle of the subarrays in the second to twelfth columns are omitted. Although the subarrays themselves are omitted from the third to eleventh columns, they are arranged in order between the first, second, and twelfth subarrays. The capillary used had an inner diameter of 0.1 mm, an outer diameter of 0.2 mm, and a length of about 35 cm, and was filled with acrylamide gel as in Example 1 and used. The gel concentration was 9% T (ratio to the total amount of (acrylamide + bisacrylamide) solution) and 0% C (ratio of bisacrylamide to (acrylamide + bisacrylamide)). The use of the capillary array 107 of this embodiment enables simultaneous analysis of 96 samples.

図10は、DNA塩基配列決定装置の構成図である。キャピラリーアレイ107は、格子状に並んだ端を96穴のウエルを有するマイクロプレート様の上部個別電極槽104の緩衝液(または、試料液)に挿入する。なお、図では、キャピラリーアレイ107と上部個別電極槽104との接続状態は図示していないが、これは図11において説明する。なお、図では、わかりやすくするために、キャピラリーの本数を96本から20本に少なくして表示した。直線状に並べたキャピラリーアレイ107の他端は光学セル103の内部に固定される。光学セル103にはシース液容器105からシース液(緩衝液)をチューブ122とバルブ121を介して注入し、キャピラリーアレイ107の下部に配置した中空のキャピラリーアレイ108内部を通って下部電極槽106に排出される。キャピラリーアレイ107と中空のキャピラリーアレイ108とは、それぞれの端を対向させ、2mm離して固定されている。試料を励起するための光源として、2種のレーザ装置を使用した。1つは波長488nmのアルゴンレーザ装置101であり、もう1つは波長532nmのYAGレーザ装置102であり、これらをミラー109とダイクロイックミラー110によりアルゴンレーザ光111とYAGレーザ光112を同軸にして、1本のレーザ光113となるようにして、光学セル103にレンズ(図示せず)で絞って照射した。蛍光標識された試料から生じる蛍光は、集光レンズ114、4種の分光フィルタ115a〜d、像分割プリズム116、結像レンズ117により、2次元検出器118に結像させ、各試料のDNA断片からの蛍光強度の時間波形をデータ処理ユニット119で解析する構成とした。   FIG. 10 is a block diagram of the DNA base sequencer. The ends of the capillary array 107 arranged in a lattice are inserted into the buffer solution (or sample solution) of the upper individual electrode tank 104 having a 96-well shape and having the shape of a microplate. In the figure, the connection state between the capillary array 107 and the upper individual electrode tank 104 is not shown, but this will be described with reference to FIG. In the figure, the number of capillaries is reduced from 96 to 20 for easy understanding. The other end of the linearly arranged capillary array 107 is fixed inside the optical cell 103. A sheath liquid (buffer solution) is injected into the optical cell 103 from a sheath liquid container 105 via a tube 122 and a valve 121, and passes through a hollow capillary array 108 disposed below a capillary array 107 to a lower electrode tank 106. Is discharged. The ends of the capillary array 107 and the hollow capillary array 108 are opposed to each other and are fixed at a distance of 2 mm. Two types of laser devices were used as light sources for exciting the sample. One is an argon laser device 101 having a wavelength of 488 nm, and the other is a YAG laser device 102 having a wavelength of 532 nm. These components are made coaxial with an argon laser beam 111 and a YAG laser beam 112 by a mirror 109 and a dichroic mirror 110. The optical cell 103 was squeezed and irradiated with a lens (not shown) so as to become one laser beam 113. Fluorescence generated from the fluorescently labeled sample is imaged on a two-dimensional detector 118 by a condenser lens 114, four kinds of spectral filters 115a to 115d, an image splitting prism 116, and an imaging lens 117, and a DNA fragment of each sample is formed. The data processing unit 119 analyzes the time waveform of the fluorescence intensity from the data.

キャピラリーアレイ107への試料の注入について、図11(試料注入部/上部電極槽の拡大断面図)により説明する。図11は、12個の中の1個のキャピラリー保持具91に保持されるキャピラリーを含む面の断面図を示す。8穴×12列(合計96穴)の容器様凹み104a、104b…を有する上部個別電極槽104を使用する。例えば、96穴のV底ウエルのマイクロプレートや96個のサンプリングチューブを8個×12列の格子状に9mm間隔に配置したものが使用できる。キャピラリーアレイ107の間隔は上部個別電極槽104の形状に合致させる必要がある。また容器様凹み104a、104b…を各々上部電極槽とするため、96本の白金電極120a、120b…を、容器様凹みに対応したキャピラリーアレイ107端と同様に、電極保持板120により、8本×12列の格子状に配置して固定した。また、電極保持板120には、それぞれの白金電極の近傍にはキャピラリーを通すための孔252a、252b…が設けてある。試料240は凹み104a、104b…の内部に入れる。上部個別電極槽104の上部に電極保持板120をスペーサ250をはさんで重ね、さらにエリア・アレイ保持具93をスペーサ251をはさんで重ねる構造とする。個々のキャピラリー107a、107b…は電極保持板120の孔252a、252b…を貫いて試料液240に浸り、同様に個々のキャピラリー別に白金電極120a、120b…も試料液240に浸る。これらの電極と下部電極槽106内の電極との間にほぼ同時に電圧を印加して試料240中のDNA断片をキャピラリー内に注入する。電圧は、100〜200V/cmの電界強度となるようにし、数秒〜10秒程度印加する。例えば5kVで10秒間印加する。試料注入後は、上部個別電極槽104を取外し、代わりに緩衝液の入った別の上部個別電極槽104をセットし、100〜400V/cmの電界強度、例えば7kVを印加して泳動を続けることで、分子量分離が行われる。この構成により、96試料を同時に注入し、次いで96試料を同時に電気泳動できる。また、試料の注入は、電極保持板120とエリア・アレイ保持具93つまりキャピラリーアレイ107を重ねるだけで済み、従来の平板ゲルの場合のようにピペッティングにより1試料ずつ手操作で行う必要が無くなり、操作性を大幅に向上させることができる。   The injection of the sample into the capillary array 107 will be described with reference to FIG. 11 (an enlarged cross-sectional view of the sample injection part / upper electrode tank). FIG. 11 is a cross-sectional view of a surface including a capillary held by one of the twelve capillary holders 91. An upper individual electrode tank 104 having container-like recesses 104a, 104b,... Of 8 holes × 12 rows (96 holes in total) is used. For example, a 96-well microplate with V-bottom wells or 96 sampling tubes arranged in a grid of 8 × 12 rows at 9 mm intervals can be used. The distance between the capillary arrays 107 needs to match the shape of the upper individual electrode tank 104. In addition, since the container-like recesses 104a, 104b,... Each serve as an upper electrode tank, 96 platinum electrodes 120a, 120b... Are formed by the electrode holding plate 120 in the same manner as the end of the capillary array 107 corresponding to the container-like recesses. It was arranged and fixed in a grid of × 12 rows. The electrode holding plate 120 is provided with holes 252a, 252b,... For passing capillaries near each platinum electrode. The sample 240 is put in the recesses 104a, 104b,. The electrode holding plate 120 is stacked on the upper part of the upper individual electrode tank 104 with the spacer 250 interposed therebetween, and the area / array holder 93 is stacked with the spacer 251 interposed therebetween. Each of the capillaries 107a, 107b,... Penetrates through the holes 252a, 252b,... Of the electrode holding plate 120 and is immersed in the sample liquid 240. Similarly, the platinum electrodes 120a, 120b,. A voltage is applied almost simultaneously between these electrodes and the electrodes in the lower electrode tank 106 to inject the DNA fragments in the sample 240 into the capillary. The voltage is set to an electric field intensity of 100 to 200 V / cm and applied for several seconds to 10 seconds. For example, a voltage of 5 kV is applied for 10 seconds. After the sample is injected, the upper individual electrode tank 104 is removed, and another upper individual electrode tank 104 containing a buffer solution is set instead, and electrophoresis is continued by applying an electric field strength of 100 to 400 V / cm, for example, 7 kV. Then, the molecular weight separation is performed. With this configuration, 96 samples can be simultaneously injected, and then 96 samples can be electrophoresed simultaneously. Further, the sample injection is only required to overlap the electrode holding plate 120 with the area array holder 93, that is, the capillary array 107, and there is no need to manually perform one sample at a time by pipetting as in the case of the conventional flat gel. Therefore, the operability can be greatly improved.

なお、電界印加時には、図12に示すように個々のキャピラリーを流れる電流値を個別に同時に連続的に計測し、表示する機構を設けた。上部個別電極槽104内の電極(120a、120b…)と下部電極槽106内の白金電極209には泳動電源133により電圧が印加される。電極120aと泳動電源133の間に10kΩ程度の抵抗131と電圧計132を図12のように結線する。電流は電極209→バッファー液245→キャピラリーアレイ108→光学セル部→キャピラリーアレイ107の個々のキャピラリー107a→容器様凹み104a内のバッファー液246→電極120a→抵抗131→端子260とながれる。なお、キャピラリー107aとキャピラリーアレイ108の間には光学セル部等があるが図12では省略した。電圧計132の値によりキャピラリーを流れる電流値を換算し、その電流値を二値化手段により二値化して電流表示パネル140に伝送する。端子261、262も、図12では省略したが、同様にそれぞれ電極120b、120cに接続し、キャピラリー107b、107cをながれる電流値を二値化して電流表示パネル140に伝送する。以下キャピラリーアレイ107の全てのキャピラリーについても同様である。端子270は最後の96本目の端子である。電流表示パネル140には8個×12列の表示ランプ140a、140b…が配置され、それぞれキャピラリー107a、107b…の電流値を表示する。なお、抵抗131はキャピラリーゲルの抵抗値に比べて十分小さい抵抗値のものを選ぶ。通常、100kΩ以下であれば問題はない。また二値化のレベルは適当に調整できるようにする。通常泳動電流は、印加電圧、キャピラリー長などにより異なるが、0.01mA程度である。ゲルが破損したりすると電流が流れなくなったり、小さくなったりする。そこで、例えば0.003mA以下になったときに表示ランプが点灯するようすると、ゲルの破損などの異常をキャピラリー単位で認識することができる。その結果、異常のあるキャピラリーに対す測定結果の解析を中止するなどの処置を施すことができる。また、本例では、8本単位にキャピラリーをサブアレイ化しており、破損したキャピラリーのあるユニットのみを交換することができ、キャピラリーアレイを有効に使用し続けることができる。このように操作性がよく経済的な装置構成となる。   At the time of electric field application, as shown in FIG. 12, a mechanism was provided for simultaneously and continuously measuring current values flowing through individual capillaries individually and continuously. A voltage is applied to the electrodes (120a, 120b ...) in the upper individual electrode tank 104 and the platinum electrode 209 in the lower electrode tank 106 by the migration power supply 133. A resistor 131 of about 10 kΩ and a voltmeter 132 are connected between the electrode 120a and the migration power supply 133 as shown in FIG. The current flows from the electrode 209 → the buffer solution 245 → the capillary array 108 → the optical cell section → the individual capillaries 107a of the capillary array 107 → the buffer solution 246 in the container-like recess 104a → the electrode 120a → the resistor 131 → the terminal 260. Note that an optical cell portion and the like are provided between the capillary 107a and the capillary array 108, but are omitted in FIG. The current value flowing through the capillary is converted based on the value of the voltmeter 132, and the current value is binarized by the binarization means and transmitted to the current display panel 140. 12, the terminals 261 and 262 are also connected to the electrodes 120b and 120c, respectively, and binarize the current flowing through the capillaries 107b and 107c and transmit the binarized current to the current display panel 140. Hereinafter, the same applies to all capillaries of the capillary array 107. The terminal 270 is the last 96th terminal. .. Are arranged on the current display panel 140 to display the current values of the capillaries 107a, 107b,. The resistor 131 has a resistance value sufficiently smaller than the resistance value of the capillary gel. Usually, there is no problem if it is 100 kΩ or less. The level of binarization can be adjusted appropriately. Normally, the electrophoresis current varies depending on the applied voltage, the capillary length, and the like, but is about 0.01 mA. If the gel breaks, the current will stop flowing or will decrease. Therefore, for example, if the display lamp is turned on when the voltage becomes 0.003 mA or less, abnormality such as gel breakage can be recognized in units of capillaries. As a result, it is possible to take measures such as stopping the analysis of the measurement result for the capillary having an abnormality. In this example, the capillaries are sub-arrayed in units of eight, so that only the unit having the damaged capillary can be replaced, and the capillary array can be used effectively. Thus, the operability is good and an economical device configuration is obtained.

次に、光学セル部近傍の構造を図13により説明する。光学セル103は、箱状の形状であり、筐体201、アレイガイド202及び205、シース液注入口203、光学窓204及び206などから構成される。なお、図13が記載される紙面の前面及び後面にも筐体や光学窓があるが、図では省略した。また、筐体201、光学窓204及び206の部分は断面を示した。光学セル103の上部は開放しており、この部分からリニア・アレイ保持具214に固定されているキャピラリーアレイ107を、アレイガイド202及び205に沿って光学セル内に挿入し、固定する。光学セル103にはシース液容器105からシース液(緩衝液)がチューブ122とバルブ121を介して注入され、実施例1と同様に、セル内でシースフローを形成し、キャピラリーアレイ107の下部に配置した中空のキャピラリーアレイ108内部を通って下部電極槽106に排出される。光学セル103は上部に開放しており、シース液容器のシース液の液面230とセル内に流れ込んだシース液の液面231は連動しており、この高さと下部電極槽106の液面の高さの差等によってシース液がセル内をフローすることになる。
中空のキャピラリーアレイ108は、実施例1と同様の内面処理をほどこした内径0.2mm、外径0.35mm、長さ3cmのものを使用し、リニア・アレイ保持具215によって、0.5mm間隔に均等に並べ、光学セル103内部のキャピラリーアレイ107端と2mm離し、キャピラリーアレイ107と108のそれぞれのキャピラリー同士の端が対向するように固定した。中空のキャピラリーアレイ108及びリニア・アレイ保持具215は光学セル103に固定され、水漏れなどの無いようにシールされている。また光学セル103と下部電極槽106は気密性よく密着させ、その内部に溜る液は排出口210からバルブ211、チューブ212を介して廃液容器213に捨てられる。つまり排出口210の高さを超える液は排されることになり、下部電極槽106内の液面の高さは、ほぼ一定となるため。そのため、シース液が流れ込んできても落差はあまり変化せず、シースフローが安定に形成される。またバルブ211を閉じると、下部電極槽106内がシース液で満ちるため、シース液の流れがとめることができ、シース液を有効に使用することができるようになる。特に、測定を終了し、次の測定まで時間が空くときに、この機構は必要になる。本例では、液面230と231がほぼ一致するが、例えば、液面231の液面センサを設け、液面の減少に応じてバルブ121を開閉する機構をもうけてもよい。この場合、シース液容器105を光学セルよりも高い位置に配置することができ、装置構成が容易になる。
Next, the structure near the optical cell unit will be described with reference to FIG. The optical cell 103 has a box shape and includes a housing 201, array guides 202 and 205, a sheath liquid inlet 203, optical windows 204 and 206, and the like. Although a housing and an optical window are also provided on the front surface and the rear surface of the paper in which FIG. 13 is described, they are omitted in the drawing. The sections of the housing 201 and the optical windows 204 and 206 are shown in cross section. The upper part of the optical cell 103 is open, and the capillary array 107 fixed to the linear array holder 214 is inserted into the optical cell along the array guides 202 and 205 and fixed from this part. A sheath liquid (buffer solution) is injected into the optical cell 103 from the sheath liquid container 105 via the tube 122 and the valve 121, and a sheath flow is formed in the cell as in the first embodiment, and the sheath liquid is formed below the capillary array 107. It is discharged to the lower electrode tank 106 through the inside of the arranged hollow capillary array 108. The optical cell 103 is open to the upper part, and the liquid level 230 of the sheath liquid in the sheath liquid container and the liquid level 231 of the sheath liquid flowing into the cell are linked, and the height and the liquid level of the lower electrode tank 106 are adjusted. The sheath liquid flows in the cell due to a difference in height or the like.
The hollow capillary array 108 having an inner surface of 0.2 mm, an outer diameter of 0.35 mm, and a length of 3 cm which has been subjected to the same inner surface treatment as that of the first embodiment is used. The capillary array 107 inside the optical cell 103 was fixed at a distance of 2 mm from the end of the capillary array 107 so that the ends of the capillaries of the capillary arrays 107 and 108 face each other. The hollow capillary array 108 and the linear array holder 215 are fixed to the optical cell 103 and sealed so as not to leak water. Further, the optical cell 103 and the lower electrode tank 106 are closely adhered to each other with good airtightness, and the liquid remaining in the optical cell 103 is discarded from a discharge port 210 to a waste liquid container 213 via a valve 211 and a tube 212. That is, the liquid exceeding the height of the discharge port 210 is discharged, and the height of the liquid surface in the lower electrode tank 106 is substantially constant. Therefore, even if the sheath liquid flows, the head does not change so much, and the sheath flow is formed stably. When the valve 211 is closed, the inside of the lower electrode tank 106 is filled with the sheath liquid, so that the flow of the sheath liquid can be stopped and the sheath liquid can be used effectively. In particular, this mechanism is required when a measurement is completed and time is left until the next measurement. In this example, the liquid levels 230 and 231 almost coincide with each other. However, for example, a liquid level sensor for the liquid level 231 may be provided, and a mechanism for opening and closing the valve 121 in response to a decrease in the liquid level may be provided. In this case, the sheath liquid container 105 can be arranged at a position higher than the optical cell, and the configuration of the apparatus is simplified.

下部電極槽106には電圧印加用の白金電極209、その端子台208が設けられておる。ゲルキャピラリーを使う場合、白金電極209には(反対側の電極に対して)正の電圧を印加する。例えば白金電極120aに0V、白金電極209に7kVというような印加も可能だが、白金電極120aに−7kV、白金電極209に0V(接地)という電圧印加が安全性を確保するため望ましい。これは、シース液全体が白金電極209の電圧とほぼ同電位になり、電極209が高電圧状態になると、シース液容器内、光学セル内、廃液容器内のシース液がすべて高電圧になり、漏水等による感電、漏電、絶縁破壊の危険性が増すからである。電極209に0V(接地)の場合は、試料側が負高電圧になるが、緩衝液のフローなどは無いため、漏水などが無く、感電、漏電を容易に防ぐことができるため、装置構成が容易にできるようになる。また、光学セルの筐体201としてステンレスなどの金属を使用することも容易になり、加工性がよくなり、安価に光学セルを作製することかできる。なお、電極209は本例のように中空のキャピラリーアレイ108の下部に配置したが、光学セル内またはシース液容器内に配置してもよく、同様の効果がある。   The lower electrode tank 106 is provided with a platinum electrode 209 for voltage application and a terminal block 208 thereof. When using a gel capillary, a positive voltage is applied to the platinum electrode 209 (relative to the opposite electrode). For example, it is possible to apply 0 V to the platinum electrode 120 a and 7 kV to the platinum electrode 209. However, it is desirable to apply a voltage of −7 kV to the platinum electrode 120 a and 0 V (ground) to the platinum electrode 209 to ensure safety. This is because the entire sheath liquid has substantially the same potential as the voltage of the platinum electrode 209, and when the electrode 209 is in a high voltage state, the sheath liquid in the sheath liquid container, the optical cell, and the waste liquid container all have a high voltage, This is because the risk of electric shock, electric leakage, and insulation breakdown due to water leakage or the like increases. When the voltage of the electrode 209 is 0 V (ground), the sample side has a negative high voltage. However, since there is no flow of a buffer solution, there is no water leakage, and electric shock and electric leakage can be easily prevented. Will be able to In addition, it is easy to use a metal such as stainless steel as the housing 201 of the optical cell, the workability is improved, and the optical cell can be manufactured at low cost. Although the electrode 209 is disposed below the hollow capillary array 108 as in this example, it may be disposed in an optical cell or a sheath liquid container, and has the same effect.

レーザ光113は光学窓204または206をとおって光学セル内に入射し、実施例1と同様にシースフロー状態で泳動するDNA断片を励起し、蛍光を生じさせる。蛍光発光点220は、図のようにキャピラリーのほぼ直下に点状に発生する。ことになる。これらの像は紙面の垂直方向から光学窓(図示していない)を通して検出する。なお、レーザ光113はレンズにより、絞って照射するが、焦点距離が約150mmのレンズを使用することで、キャピラリーアレイの幅(本例の場合約50mm)全体に渡って均一に照射することができる。また、レーザ光は同軸にしないで照射することも可能であるが、同軸にした場合、2本のレーザ光が同一個所を照射するので、それぞれのレーザで励起されるDNA断片の泳動距離が一定にできるので泳動時間のずれがなくなり、解析精度が向上する。
また、両方のレーザ光波長に吸収のある蛍光体の場合、同軸にすると、励起光強度が実質的に増大するので検出感度が向上する。なお、1本のみのレーザでも測定は可能である。
The laser beam 113 enters the optical cell through the optical window 204 or 206, and excites a DNA fragment that migrates in a sheath flow state as in the first embodiment to generate fluorescence. The fluorescent light emitting point 220 occurs in a dot shape almost immediately below the capillary as shown in the figure. Will be. These images are detected through an optical window (not shown) from a direction perpendicular to the paper surface. The laser beam 113 is focused and radiated by a lens. However, by using a lens having a focal length of about 150 mm, the laser beam 113 can be uniformly radiated over the entire width of the capillary array (about 50 mm in this example). it can. It is also possible to irradiate the laser beam without being coaxial, but when coaxial, the two laser beams irradiate the same spot, so that the migration distance of the DNA fragment excited by each laser is constant. As a result, there is no shift in the migration time, and the analysis accuracy is improved.
In the case of a phosphor that absorbs at both laser light wavelengths, coaxial arrangement substantially increases the excitation light intensity, thereby improving detection sensitivity. The measurement can be performed with only one laser.

蛍光像の検出について、図14により説明する。蛍光発光点220から発する蛍光は、集光レンズ114により集光し、像分割プリズム116により4つに分割し、結像レンズ117により、それぞれ結像(221a〜b)させる。この際、4種の分光フィルタ115a〜dを像分割プリズムの前面(または後面)に配置することで、それぞれ分割された光が別々の波長成分となるようにできる。これは1つの蛍光発光点220について説明したが、すべての発光点についても同様であり、しかもこれら分割が同時に行われる。つまり、レーザ光走査や検出器の機械的走査をする場合のように時間分割されることはなく、蛍光強度の測定間隔が長くなることはなく高速に計測できる。リアルタイムで連続的に計測することも可能である。また、像分割プリズムの前に集光レンズを配置することで蛍光の集光効率が向上し、検出感度の向上が図れる。また集光レンズの代わりに円筒レンズを使うことも可能である。この場合、1方向のみの光を集光するので通常の凸レンズを使う場合に比べて効率は約半分になるが、使わない場合に比べ大幅に検出感度を向上できる。また像分割プリズムを使う場合、蛍光発光位置がずれると分割される像の強度の比率が大きく変動する。平板ゲルを使う場合は、ゲルの発熱などにより、ゲルに入射したレーザ光が曲がって蛍光発光位置がずれ、測定精度が低下しやすいという問題があるが、本実施例の場合、レーザ光は水溶液中を通るのでレーザ光は曲がることなく一定位置を照射するので従来に比べ測定精度が向上する。   The detection of the fluorescent image will be described with reference to FIG. Fluorescence emitted from the fluorescent light emission point 220 is condensed by the condenser lens 114, divided into four by the image dividing prism 116, and formed into respective images (221a and 221b) by the imaging lens 117. At this time, by arranging the four types of spectral filters 115a to 115d on the front surface (or the rear surface) of the image splitting prism, it is possible to make the split light beams have different wavelength components. Although this has been described for one fluorescent light emitting point 220, the same applies to all light emitting points, and these divisions are performed simultaneously. That is, time division is not performed as in the case of laser light scanning or mechanical scanning of the detector, and measurement can be performed at high speed without increasing the fluorescence intensity measurement interval. It is also possible to measure continuously in real time. Further, by arranging a condenser lens in front of the image splitting prism, the efficiency of condensing the fluorescence is improved, and the detection sensitivity can be improved. It is also possible to use a cylindrical lens instead of the condenser lens. In this case, since the light is condensed in only one direction, the efficiency is reduced to about half as compared with the case where a normal convex lens is used. When an image splitting prism is used, if the fluorescence emission position is shifted, the ratio of the intensity of the split image greatly changes. In the case of using a flat gel, there is a problem that the laser light incident on the gel is bent due to heat generation of the gel and the fluorescence emission position is shifted, and the measurement accuracy is easily lowered. Since it passes through the inside, the laser beam irradiates a fixed position without bending, so that the measurement accuracy is improved as compared with the related art.

また、光学セル内では、キャピラリーが密に配置されるので、96泳動レーンという多数の場合でも、その配置の両端の間隔は5cm程度以下となる。そのため、像分割プリズムの前に集光レンズや円筒レンズなどの集光素子を使用することができ、蛍光をより高感度に検出できる。従来の平板ゲルの場合には、24泳動レーンでも、その両端の泳動レーンの間隔は30cm程度であり、像分割プリズムの前に集光レンズを置く場合、直径30cmのレンズが必要になるなどの理由で現実的に困難である。   Further, since the capillaries are densely arranged in the optical cell, even in a large number of 96 migration lanes, the distance between both ends of the arrangement is about 5 cm or less. Therefore, a light-collecting element such as a light-collecting lens or a cylindrical lens can be used before the image splitting prism, and the fluorescence can be detected with higher sensitivity. In the case of a conventional flat gel, the spacing between the migration lanes at both ends is about 30 cm even in the 24 migration lanes, and when a condenser lens is placed in front of the image splitting prism, a lens with a diameter of 30 cm is required. Realistically difficult for a reason.

本実施例では、キャピラリーアレイの幅が約50mmに対して、2次元検出器の受光素子の幅が約27mmのものを使用した。全体としての像倍率は約1/2であり、平板ゲル方式の場合は1/10程度になるのに比べて集光効率がよい。
さらに、キャピラリーアレイを20から30本程度と少ない場合は、等倍の拡大率になり、集光効率が向上し、より高感度化する。集光効率の低下を防ぐため、キャピラリーアレイでのキャピラリー同士の間隔はキャピラリー径の10倍程度以下とするのが望ましい。
In the present embodiment, a two-dimensional detector having a width of about 27 mm was used for a capillary array having a width of about 50 mm. The image magnification as a whole is about 、, and in the case of the flat-plate gel method, the light-collecting efficiency is better than about 1/10.
Further, when the number of the capillary arrays is as small as about 20 to 30, the magnification becomes the same magnification, the light collection efficiency is improved, and the sensitivity is further improved. In order to prevent a reduction in light-collecting efficiency, it is desirable that the distance between the capillaries in the capillary array be about 10 times or less the capillary diameter.

図15は実際に得られる2次元検出器上での蛍光像のイメージ図であり、20本のキャピラリーアレイの場合である。図の横方向は、キャピラリーアレイ(配列)方向であり、縦方向は(色)分割方向である。96本の場合も同様に、横に96個、縦に4個の蛍光像が得られる。このようにキャピラリーアレイを泳動するすべての試料を、同時に、各々4(色)分割して計測できる。そこで4種の分光フィルタ115a〜dをプライマーA、プライマーC、プライマーG、プライマーTの蛍光を透過するように調整することにより、プライマーA、プライマーC、プライマーG、プライマーTを識別して計測できる。   FIG. 15 is an image diagram of a fluorescent image actually obtained on a two-dimensional detector, in the case of a 20-capillary array. The horizontal direction in the figure is the capillary array (arrangement) direction, and the vertical direction is the (color) division direction. Similarly, in the case of 96 fluorescent images, 96 fluorescent images in the horizontal direction and 4 fluorescent images in the vertical direction are obtained. In this way, all the samples that migrate through the capillary array can be simultaneously measured in four (color) divisions. Therefore, by adjusting the four types of spectral filters 115a to 115d so as to transmit the fluorescence of the primers A, C, G, and T, it is possible to identify and measure the primers A, C, G, and T. .

図16は蛍光標識プライマーの蛍光特性と分光フィルタの透過特性図であり、このようにそれぞれの蛍光標識プライマーの蛍光極大波長付近に最大透過率を有する分光フィルタ(但し、励起レーザ光の波長を透過しないようにする)を使用し、計測を行う。   FIG. 16 is a graph showing the fluorescence characteristics of the fluorescent-labeled primers and the transmission characteristics of the spectral filters. Thus, the spectral filters having the maximum transmittance near the maximum fluorescence wavelength of each fluorescent-labeled primer (however, the wavelength of the excitation laser light is transmitted) Measurement).

図17はキャピラリーアレイのうちの1本のゲルキャピラリーを泳動する試料から発する蛍光信号強度の時間波形の実測値である。上から分光フィルタ115a、b、c、dを透過した蛍光強度の時間波形である。このように1試料/1キャピラリーから4種の蛍光情報を同時に得ることができる。ただし、図16からわかるように、蛍光標識プライマーの蛍光はブロードであり、4種の蛍光標識プライマーの蛍光が重なり合っている。そのため、図17の波形は、単一の蛍光標識プライマーの信号ではなく複数の蛍光標識プライマーの蛍光の和として観測されている。例えば、IaはプライマーTの蛍光に、プライマーG、プライマーA、プライマーCの蛍光成分が混ざったものである。Ib、Ic、Idについても同様である。蛍光標識プライマーの蛍光特性と分光フィルタの透過特性と検出器の感度特性を基にこれらの影響を補正すると、図18のように上からプライマーT、プライマーG、プライマーA、プライマーC単独の蛍光強度の時間波形が得られる。これはそれぞれT、G、A、C断片の泳動スペクトルとなり、この波形から通常の方法により、DNAの塩基配列が決定できる。   FIG. 17 shows measured values of the time waveform of the intensity of the fluorescent signal emitted from a sample in which one gel capillary in the capillary array is migrated. It is a time waveform of the fluorescence intensity transmitted through the spectral filters 115a, b, c, and d from above. In this way, four types of fluorescence information can be obtained simultaneously from one sample / one capillary. However, as can be seen from FIG. 16, the fluorescence of the fluorescent-labeled primer is broad, and the fluorescence of the four fluorescent-labeled primers overlap. Therefore, the waveform in FIG. 17 is observed not as a signal of a single fluorescently labeled primer but as a sum of fluorescence of a plurality of fluorescently labeled primers. For example, Ia is a mixture of the fluorescence of the primer T and the fluorescent components of the primer G, the primer A, and the primer C. The same applies to Ib, Ic, and Id. When these effects are corrected based on the fluorescence characteristics of the fluorescent-labeled primer, the transmission characteristics of the spectral filter, and the sensitivity characteristics of the detector, the fluorescence intensities of the primers T, G, A, and C alone from the top as shown in FIG. Is obtained. These become the electrophoretic spectra of the T, G, A, and C fragments, respectively, from which the base sequence of the DNA can be determined by a usual method.

本実施例では、塩基配列決定を96試料同時に行うことができ、高スループット化達成できる。具体的には、泳動速度が200塩基/時間程度であり、全体としてスループットは、20k塩基/時間と平板ゲルを使用する従来法に比較して10倍以上の高スループット化が達成できる。   In this example, the base sequence can be determined simultaneously for 96 samples, and high throughput can be achieved. Specifically, the electrophoresis speed is about 200 bases / hour, and the overall throughput is 20 k bases / hour, which is 10 times or more higher than that of the conventional method using a plate gel.

また本実施例についても実施例1に関し記載した同様の効果がある。また、上記光学セルを実施例1または実施例4〜6に記載の構造の光学セルとしても上記とほぼ同様にDNAの塩基配列決定のための計測をすることができ、また実施例1または実施例4〜6に関し記載した同様の効果がある。   This embodiment also has the same effect as that described in the first embodiment. Also, when the optical cell is an optical cell having the structure described in Example 1 or Examples 4 to 6, measurement for DNA base sequence determination can be performed in substantially the same manner as described above. Similar effects as described for Examples 4-6 are obtained.

また本実施例では4分割プリズムを使用したが、2分割プリズムを使用し、特開平5−118991号公報に記載の方法に従って塩基種を識別することにより、DNAの塩基配列が決定できる。   In this embodiment, a four-piece prism is used. However, a two-piece prism is used, and the base type of the DNA can be determined by identifying the base type according to the method described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-118991.

なお、本実施例では、実施例1と同様にキャピラリーアレイのキャピラリーはその内面をシランカップリング処理し、ゲルをキャピラリー内壁に化学的に結合させた。この処理はキャピラリー内壁全面に行なう必要はなく、一部、つまり光学セル側の端近傍のみでもよい。これによって光学セル内部のシース液へのゲルのはみ出しを同様に防ぐことができ、かつ処理が簡単になり、しかもゲルが安定に調製できる。またゲルには界面活性剤等を添加してもよい。これらのことは、先に説明した実施例1〜6についても同様に適用できる。   In this example, as in Example 1, the capillaries of the capillary array were subjected to silane coupling treatment on the inner surface, and the gel was chemically bonded to the inner wall of the capillary. This process need not be performed on the entire inner wall of the capillary, but may be performed only on a part, that is, only near the end on the optical cell side. This can similarly prevent the gel from protruding into the sheath liquid inside the optical cell, simplify the processing, and stably prepare the gel. Further, a surfactant or the like may be added to the gel. These can be similarly applied to the first to sixth embodiments described above.

本発明の第1の実施例の電気泳動装置の電気泳動部及びレーザ光照射系の構成図。FIG. 2 is a configuration diagram of an electrophoresis unit and a laser beam irradiation system of the electrophoresis apparatus according to the first embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施例の電気泳動装置の蛍光検出系の構成図。FIG. 2 is a configuration diagram of a fluorescence detection system of the electrophoresis apparatus according to the first embodiment of the present invention. 本発明の第3の実施例の電気泳動装置の光照射系・検出系の部分の構成図。FIG. 9 is a configuration diagram of a light irradiation system / detection system of an electrophoresis apparatus according to a third embodiment of the present invention. 本発明の第4の実施例の電気泳動装置の間隙部付近の構成図。FIG. 9 is a configuration diagram near a gap of an electrophoresis apparatus according to a fourth embodiment of the present invention. 本発明の第5の実施例の電気泳動装置の電気泳動部の構成図。FIG. 13 is a configuration diagram of an electrophoresis unit of an electrophoresis apparatus according to a fifth embodiment of the present invention. 本発明の第6の実施例の複数の溝を有する平板の斜視図。FIG. 14 is a perspective view of a flat plate having a plurality of grooves according to a sixth embodiment of the present invention. 本発明の第6の実施例の電気泳動装置の電気泳動部の蛍光セル部分を示す図。FIG. 14 is a diagram illustrating a fluorescent cell part of an electrophoresis unit of an electrophoresis apparatus according to a sixth embodiment of the present invention. 本発明の第7の実施例で使用するキャピラリーのサブアレイの構成図。FIG. 14 is a configuration diagram of a subarray of a capillary used in a seventh embodiment of the present invention. 本発明の第7の実施例で使用するキャピラリーアレイの構成図。FIG. 17 is a configuration diagram of a capillary array used in a seventh embodiment of the present invention. 本発明の第7の実施例の電気泳動装置の構成図。FIG. 13 is a configuration diagram of an electrophoresis apparatus according to a seventh embodiment of the present invention. 本発明の第7の実施例における試料注入部/上部電極槽の拡大断面図。FIG. 14 is an enlarged sectional view of a sample injection part / upper electrode tank according to a seventh embodiment of the present invention. 本発明の第7の実施例の電気泳動装置における泳動電流計測・表示部の構成図。FIG. 17 is a configuration diagram of a migration current measurement / display unit in an electrophoresis apparatus according to a seventh embodiment of the present invention. 本発明の第7の実施例の電気泳動装置における光学セル部の近傍の構成を示す一部断面を含む説明図。FIG. 13 is an explanatory diagram including a partial cross section showing a configuration near an optical cell unit in an electrophoresis apparatus according to a seventh embodiment of the present invention. 本発明の第7の実施例の電気泳動装置における蛍光検出・色分離部の原理構成図。FIG. 14 is a diagram illustrating the principle of a configuration of a fluorescence detection / color separation unit in an electrophoresis apparatus according to a seventh embodiment of the present invention. 本発明の第7の実施例の電気泳動装置における2次元検出器で得られる蛍光像のイメージ図。FIG. 19 is an image diagram of a fluorescent image obtained by a two-dimensional detector in the electrophoresis apparatus according to the seventh embodiment of the present invention. 本発明の第7の実施例で使用した蛍光標識プライマーの蛍光特性と分光フィルタの透過特性図。FIG. 19 is a diagram showing the fluorescence characteristics of the fluorescent-labeled primer used in the seventh embodiment of the present invention and the transmission characteristics of the spectral filter. 本発明の第7の実施例による1本のゲルキャピラリーを泳動する試料から発する蛍光信号強度の時間波形の測定データの一例を示す図。FIG. 14 is a diagram showing an example of measured data of a time waveform of the intensity of a fluorescence signal emitted from a sample in which one gel capillary migrates according to a seventh embodiment of the present invention. 図17のデータを解析して得られたA、C、G、T断片に対する時間波形。18 is a time waveform for A, C, G, and T fragments obtained by analyzing the data in FIG. 従来例のキャピラリー電気泳動装置の蛍光測定部の構成図。FIG. 3 is a configuration diagram of a fluorescence measurement unit of a conventional capillary electrophoresis apparatus. 従来例のキャピラリー電気泳動装置のシースフローキュベットを使用した蛍光測定部の構成図。FIG. 4 is a configuration diagram of a fluorescence measurement unit using a sheath flow cuvette of a conventional capillary electrophoresis apparatus.

符号の説明Explanation of reference numerals

1a、1b、1c、1d〜、1t…キャピラリー、2a、2b、2c、2d〜、2t…キャピラリー、4…蛍光セル、3a、3b、3c、3d〜、3t…間隙部、5a及び5b…マルチキャピラリー保持具、6…陰極側電極槽、7…陽極側電極槽、8…シース液注入口、9…四ふっ化エチレン樹脂製のチューブ、10…シース液容器、11…シース液、12…直流高電圧電源、20…アルゴンレーザ光源、21…レーザ光、22…レンズ、30…蛍光、32…干渉フィルタ、33…レンズ、34…二次元検出器、35…コントローラ、36…データ処理装置、37…モニタ、38…プリンタ、39…メモリ、50…光源、51…モノクロメータ、52…レンズ、53…レンズ、54…一次元センサ、55…一次元センサ用のコントローラ、56…データ処理装置、57…モニタ、58…プリンタ、59…メモリ、60…蛍光セル、61a〜61t…細孔、62…平板、63…液溜め、64…チューブ、65…電極槽、70…シール板、71…チューブ、80…平板、81a、81b、81c、81d…溝、84…蛍光セル、82a、82b、82c、82d…キャピラリー、83…マルチキャピラリー保持具、85…シース液注入口、86…チューブ、87…シース液容器、88…シース液、90…キャピラリー、90a、90b…キャピラリー端、91、92…キャピラリー保持具、93…エリア・アレイ保持具、107…キャピラリーアレイ、214…リニア・アレイ保持具、101…アルゴンレーザ装置、102…YAGレーザ装置、103…光学セル、104…上部個別電極槽、104a、104b〜…容器様凹み、105…シース液容器、106…下部電極槽、107…キャピラリーアレイ、107a、107b〜…キャピラリー、108…中空のキャピラリーアレイ、109…ミラー、110…ダイクロイックミラー、111…アルゴンレーザ光、112…YAGレーザ光、113…レーザ光、114…集光レンズ、115a〜d…分光フィルタ、116…像分割プリズム、117…結像レンズ、118…2次元検出器、119…データ処理ユニット、120…電極保持板、120a、120b…白金電極、121…バルブ、122…チューブ、131…抵抗、132…電圧計、133…泳動電源、140…電流表示パネル、140a、140b〜…表示ランプ、201…筐体、202、205…アレイガイド、203…シース液注入口、204、206…光学窓、208…端子台、209…白金電極、210…排出口、211…バルブ、212…チューブ、213…廃液容器、214…リニア・アレイ保持具、215…リニア・アレイ保持具、220…蛍光発光点、221a〜221d…結像、230…シース液容器のシース液の液面、231…セル内に流れ込んだシース液の液面、240…試料、245、246…バッファー液、250、251…スペーサ、252、253…孔、260、261、262、270…端子。

1a, 1b, 1c, 1d to 1t: Capillary, 2a, 2b, 2c, 2d to 2t: Capillary, 4: Fluorescent cell, 3a, 3b, 3c, 3d to 3t: Gap, 5a and 5b: Multi Capillary holder, 6 ... Cathode side electrode tank, 7 ... Anode side electrode tank, 8 ... Sheath liquid inlet, 9 ... Tube made of ethylene tetrafluoride resin, 10 ... Sheath liquid container, 11 ... Sheath liquid, 12 ... DC High voltage power supply, 20 ... Argon laser light source, 21 ... Laser light, 22 ... Lens, 30 ... Fluorescence, 32 ... Interference filter, 33 ... Lens, 34 ... Two-dimensional detector, 35 ... Controller, 36 ... Data processing device, 37 ... Monitor, 38 ... Printer, 39 ... Memory, 50 ... Light source, 51 ... Monochromator, 52 ... Lens, 53 ... Lens, 54 ... One-dimensional sensor, 55 ... One-dimensional sensor controller, 5 ... Data processing device, 57 ... Monitor, 58 ... Printer, 59 ... Memory, 60 ... Fluorescent cell, 61a-61t ... Pore, 62 ... Plate, 63 ... Liquid reservoir, 64 ... Tube, 65 ... Electrode tank, 70 ... Seal Plate, 71: Tube, 80: Flat plate, 81a, 81b, 81c, 81d: Groove, 84: Fluorescent cell, 82a, 82b, 82c, 82d: Capillary, 83: Multi-capillary holder, 85: Sheath liquid inlet, 86 ... tube, 87 ... sheath liquid container, 88 ... sheath liquid, 90 ... capillary, 90a, 90b ... capillary end, 91, 92 ... capillary holder, 93 ... area array holder, 107 ... capillary array, 214 ... linear Array holder, 101: argon laser device, 102: YAG laser device, 103: optical cell, 104: upper individual electrode Vessels, 104a, 104b ~ ... container-like recess, 105 ... sheath liquid container, 106 ... lower electrode vessel, 107 ... capillary array, 107a, 107b ~ ... capillary, 108 ... hollow capillary array, 109 ... mirror, 110 ... dichroic mirror 111, argon laser light, 112, YAG laser light, 113, laser light, 114, condenser lens, 115a-d, spectral filter, 116, image splitting prism, 117, imaging lens, 118, two-dimensional detector, 119: data processing unit, 120: electrode holding plate, 120a, 120b: platinum electrode, 121: valve, 122: tube, 131: resistor, 132: voltmeter, 133: electrophoresis power supply, 140: current display panel, 140a, 140b ~ ... Indication lamp, 201 ... Housing, 202, 205 ... Array guide 203, sheath liquid inlet, 204, 206 optical window, 208 terminal block, 209 platinum electrode, 210 outlet, 211 valve, 212 tube, 213 waste liquid container, 214 linear array holder 215: Linear array holder, 220: Fluorescence emission point, 221a to 221d: Image formation, 230: Liquid surface of sheath liquid in sheath liquid container, 231: Liquid surface of sheath liquid flowing into cell, 240: Sample 245, 246: buffer solution, 250, 251: spacer, 252, 253: hole, 260, 261, 262, 270: terminal.

Claims (2)

試料を電気泳動分離する複数のキャピラリーと、
前記複数のキャピラリーの泳動終端側の末端近傍に、複数の細孔を有する平板とを有し、
前記複数の細孔は、前記複数のキャピラリーの泳動終端側の末端と対向する位置に設けられていることことを特徴とする電気泳動装置。
A plurality of capillaries for electrophoretically separating the sample,
Near the end of the plurality of capillaries on the migration termination side, a flat plate having a plurality of pores,
The electrophoresis apparatus according to claim 1, wherein the plurality of pores are provided at positions facing ends of the plurality of capillaries on a migration end side.
前記泳動終端側の末端と、前記平板との間の隙間部には、前記試料を前記細孔に導くシース液が流れるように構成されていることを特徴とする請求項1記載の電気泳動装置。   2. The electrophoresis apparatus according to claim 1, wherein a sheath liquid for guiding the sample to the pores flows in a gap between the end on the migration termination side and the flat plate. .
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