JP3744310B2 - 電気泳動装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、生体関連物質や化学物質などの試料を分離・分析するための電気泳動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
生体関連物質や化学物質などの試料を分離し高感度に検出するための電気泳動装置としては、特開平５−２２３７７８号公報記載の電気泳動装置がある。この装置は、泳動路としてキャピラリーを採用したキャピラリー電気泳動装置で、特に微量な試料でも高感度に検出できるよう試料を濃縮する構造を備えているのが特徴である。すなわち泳動路を、試料が注入される第一の泳動路、この試料が濃縮される試料濃縮部、及びこの濃縮された試料が泳動分離される第二の泳動路とで分岐することなく構成し、前記第一の泳動路と前記試料濃縮部と前記第二の泳動路を順次連結させている。第一の泳動路で試料を導入後、第二の泳動路で試料を分離・分析する前に、試料濃縮部で試料を濃縮することで、分離・分析時の試料濃度を高め、高感度検出を達成しようとしている。
【０００３】
また、特開平４−１２７０４９号公報には、１つのキャピラリー中で試料を一方側方向に電圧を加えて電気泳動を利用して濃縮し、濃縮に用いた電極の極性を逆に切り替えてキャピラリー中を電気泳動させて測定する装置が開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
特開平５−２２３７７８号公報の装置では、試料の導入及び分離・分析時の泳動に使用する泳動液に加えて、第一の泳動路に予め導入してある泳動液を、試料濃縮のたびに消費することになり、濃縮しない場合に比べて、少なくとも第一の泳動路に予め導入してある泳動液の分は、泳動液を多く消費することになる。さらに、試料の導入及び分離・分析の時間に加えて、試料濃縮時に第一の泳動路を通過させる時間が必要となり、濃縮しない場合に比べて、少なくとも試料濃縮時に第一の泳動路を通過させる時間の分は、試料導入から分析終了までの時間が長くかかる。
【０００５】
また、特開平４−１２７０４９号公報では、キャピラリー全体を濃縮部として用いて、電極付近に濃縮された試料が濃縮にばらつきが生じたり、同じキャピラリーを用いて電気泳動により分析する構成としているため、やはり泳動液を大量に必要とする。また、試料の量も多く必要となる。
【０００６】
本発明の目的は、上記課題のうち少なくとも一つを解決することにより、電気泳動により分離される試料を高感度に検出できる電気泳動装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、泳動液導入部と、試料液導入部と、泳動流路と、廃棄部とを備え、泳動液導入部と試料液導入部との間に試料濃縮部を設け、泳動液と試料液をそれぞれ分注するためのノズルを濃縮のための電気泳動の電極として用いる構成とした。
【０００８】
また、試料を濃縮する際に試料濃縮部に電場を印加する２本の電極のうちのどちらか一方を、試料を分離する際の泳動流路内に電場を印加する電極として使用する構成とした。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１〜図３を参照して、本発明による電気泳動装置の一実施例を説明する。
【００１０】
図１は本発明による電気泳動装置の全体構成図、図２は泳動流路の断面図、図３は試料濃縮部の詳細図である。図１において図１（a）は電気泳動装置１の上面図、図１（b）は側面図である。
【００１１】
ルーチン分析基板２０は回転軸２５に対して回転可能に保持され、内部には複数の泳動流路２１（破線で図示）を備えている。緊急分析部３は複数の緊急分析基板３０を搬送機構３５で移動可能に保持している。ルーチン分析基板２０は、1枚の円板上に泳動流路２１を複数個形成しており、多数の試料を分析するのに便利である。例えば定期検診などの、まとまった数の分析時に使用できる。一方緊急分析部３は、泳動流路３１（破線で図示）を内部に備えた緊急分析基板３０を一つづつ装着することができ、突発的に発生する分析に便利である。電気泳動装置１は、ルーチン分析基板２０及び緊急分析部３の両方を備えていてもよく、或いはいずれか一方だけを備えていてもよい。
【００１２】
それぞれの泳動流路２１、３１には、外部と連通する試料導入部２２、３２、泳動液導入部２３、３３、廃棄部２４、３４が設けてある。
【００１３】
オペレータは、ルーチン分析基板２０或いは緊急分析基板３０或いはその両方を電気泳動装置１にセットし、電気泳動が可能なように予め被検出物質を泳動液で薄めた試料５１を試料容器５０に、泳動液７１を泳動液容器７０に、必要に応じてセットする。オペレータが装置の運転を開始させると、泳動液分注器６１、６２が、泳動液７１の位置に移動し、ポンプ（図示せず）で泳動液分注ノズル６３、６４内に泳動液７１を吸引する。次に泳動液分注ノズル６３、６４は泳動液導入部２３、３３或いは試料導入部２２、３２に移動し、ポンプ（図示していない）を動作させて泳動液分注ノズル６３、６４から泳動液を泳動流路２１、３１内に吐出する。泳動流路２１、３１は、流路断面の幅が最大でも１ｍｍ程度のものを使用し、そのため泳動液は毛細管現象で泳動流路２１、３１を廃棄部２４、３４まで満たす。
【００１４】
次に、試料分注器４１、４２が試料５１の位置に移動し、電源１０１で試料分注ノズル４３、４４と試料容器５０との間に電場を印加することにより試料分注ノズル４３、４４内に試料を電気泳動させ、試料を導入する。尚、試料５１の試料分注ノズル４３、４４内への導入については、電場を印加する代わりに、泳動液の分注同様ポンプで吸引してもよい。試料を試料分注ノズル４３、４４内へ導入した後、試料分注器４１、４２を試料導入部２２、３２に移動させると共に、泳動液分注器６１、６２を泳動液導入部２３、３３に移動する。そして、電源１０１（破線で図示）で試料分注ノズル４３、４４と泳動液分注ノズル６３、６４との間に電場を印加することにより試料を試料分注ノズル４３、４４内から電気泳動により、試料を泳動流路２１、３１内に導入する。尚、試料の泳動流路２１、３１内への導入については、電場を印加する代わりに、ポンプ（図示せず）で吐出してもよい。
【００１５】
次に泳動流路２１、３１に導入された試料の移動について、図２の泳動流路断面図で説明する。図２（a）は泳動流路の縦断面図、図２（b）は図２（a）中におけるI-I線に沿った断面図である。
【００１６】
ルーチン分析基板２０及び緊急分析基板３０は流路基板４０１と導入カバー４０２で構成される。図２では、ルーチン分析基板２０の泳動流路２１を示しているが、試料導入部２２、泳動液導入部２３、廃棄部２４、試料分注ノズル４３、泳動液分注ノズル６３、廃液吸引器８１を、試料導入部３２、泳動液導入部３３、廃棄部３４、試料分注ノズル４４、泳動液分注ノズル６４、廃液吸引器８２に置き換えれば、緊急分析基板３０の泳動流路３１を示す。以下の説明は、ルーチン分析基板２０の泳動流路２１だけでなく緊急分析基板３０の泳動流路３１についても同様である。
【００１７】
泳動流路２１は、泳動液用流路３１１と分離用流路３１２及びその間の濃縮部３１３で構成される。更に濃縮部３１３は、泳動方向分離部３１４と、泳動流路より幅の広い部分の側方に設けた側方分離部３１６及び試料溜３１５で構成される。泳動方向分離部３１４と側方分離部３１６は、泳動液中の低分子イオンは通過できるが、高分子である試料は通過できない程度の細い溝からなるフィルタで構成する。これらの分離部３１４、３１６は、エッチングや放電加工等で図のような台形形状に流路基板４０１に一体で成形してある。また、泳動方向或いは側方いずれかの分離部だけでもよく、両方あってもよい。これらの分離部は流路基板と一体でなく、透析等で使用する膜を貼り付けてもよい。
【００１８】
試料は試料分注ノズル４３により試料導入部２２から試料溜３１５に導入される。この時、泳動液分注ノズル６３は、泳動液導入部２３から泳動液用流路３１１に挿入されており、試料分注ノズル４３と泳動液分注ノズル６３との間に電源１０１で電場を印加する。試料溜３１５の試料は泳動液分注ノズル６３側に電気泳動するが、分離部３１４、３１６があるため、泳動液のみ泳動液用流路３１１側に移動し、被検出物質は試料溜３１５に留まり、試料溜３１５内で被検出物質が濃縮される。
【００１９】
次に、試料分注ノズル４３と泳動液分注ノズル６３との間の電場印加を止めると、試料の導入が停止し、試料溜３１５には濃縮された被検出物質が残る。ここで、分離用ノズル８３を廃棄部２４から分離用流路３１２に挿入し、泳動液分注ノズル６３（又は試料分注ノズル４３）と分離用ノズル８３との間に電源１０１で電場を印加すると、試料溜３１５の濃縮された被検出物質は、分離用流路３１２内の泳動液中を分離用ノズル８３側へと電気泳動する。被検出物質は分子量や荷電状態等で泳動速度が各成分毎に異なるため、分離用流路３１２の分離用ノズル手前に検出位置を定め、検出位置を通過する各成分からの信号を時系列的に検出すれば、予めキャリブレーションしておいた被検出物質中の各成分の泳動速度と比較することで、各成分を同定することができる。
【００２０】
上記実施例で泳動時に試料分注ノズルを用いて分離ノズルとの間で電場を形成することもできることを示したが、できれば泳動液分注ノズルと分離用ノズルとで電場を形成するする方が分離性能が良い。
【００２１】
図１の電気泳動装置１では、検出器９１、９２で、各成分からの信号を検出する。即ち、検出器９１、９２を泳動流路２１、３１の所定の検出位置に移動させ、照射部９３、９４より励起光を泳動流路２１、３１の検出位置に照射する。被検出物質の検出したい成分に特異的に結合する蛍光分子を結合させておけば、その成分が検出位置を通過したときに励起光を受けて蛍光を発する。この蛍光信号を、受光部９５、９６で検出することにより、目的の成分を検出することができる。或いはＤＮＡの塩基配列を決定する場合には、４種類の塩基に特異的に結合するプローブにそれぞれ波長の異なる蛍光分子を修飾しておけば、受光部９５、９６で検出された蛍光波長の時系列データは、４種類の塩基配列に対応する。
【００２２】
このように、被測定物の検出が終了すると分離用ノズル８３を用いて試料液と泳動液を吸引して、廃棄吸引器８１を回転させ図示していない廃棄部に混合液を排出する。
【００２３】
図１の実施例では、ルーチン分析基板２０と緊急分析基板３０それぞれに分注ノズルや分離用ノズル、検出器を備えているが、ルーチン分析基板２０と緊急分析基板３０で分注ノズル、分離用ノズル、検出器を共用してもよい。
【００２４】
本発明によれば、試料の導入時に試料中の被検出物質の濃度を高めることができるので、低濃度の試料に対しても高感度に検出することができる。特に本発明では、試料分離時に電場を印加するために使用する２本の電極、即ち泳動液分注ノズル６３と分離用ノズル８３との間の流路に、試料導入部２２を設け、濃縮部３１３までの距離を短くすることにより、泳動液の消費量を低減し、濃縮に費やす時間を短縮している。図１〜図３の実施例では、試料導入部２２が濃縮部３１３に接しているため、濃縮しない場合に比べて、濃縮することによる泳動液の消費量増加分は、試料溜３１５に予め導入してあった量のみであり、導入する試料より少ない程度である。
【００２５】
濃縮にかかる時間は、濃縮しない場合に比べて、試料が試料溜３１５を通過する時間のみが余計にかかるだけであるから、ほとんど変わらない。例えば特開平５−２２３７７８号公報記載の電気泳動装置等では、試料を濃縮する過程で消費する泳動液の量は導入する試料の約６０倍である。本発明では、濃縮過程で消費する泳動液量は、導入する試料の量より少ないので、前記従来例に比べ、濃縮過程での泳動液消費量は６０分の１以下で済む。また濃縮にかかる時間は、前記泳動液を電気泳動させるのに必要な時間であるから、本発明は従来例に比べ６０分の１以下の時間で濃縮が可能である。
【００２６】
図４に、本発明の別の実施例を示す。図１、図２の実施例では、ルーチン分析基板２０の複数の泳動流路２１はそれぞれ独立しているが、図４に示すように、廃棄部２４を各泳動流路２１で共用してもよい。図４において、図（a）はルーチン分析基板２０の上面図、図（b）は図（a）中の線I-Iに沿った断面図である。ルーチン分析基板２０内の泳動流路２１は、全て中央の廃棄部２４に連通している。廃棄部２４は図１の実施例より大きく、全ての泳動流路２１で泳動してくる試料と泳動液を回収できる。
【００２７】
本実施例では廃棄部２４を共有することにより、ルーチン分析基板の小型化、低コスト化を図りながら、少ない泳動液消費量で短時間に試料を濃縮することができる。
【００２８】
図５に、本発明の他の実施例を示す。図１、図２の実施例では、ルーチン分析基板２０で試料を電気泳動分離する際、分離用ノズル８３を電極として分離用流路に電場を印加しているが、図５に示すように、分離用ノズル８３に代えて分離用電極２６を泳動流路２１の内周側に設けてもよい。図５において、図（a）はルーチン分析基板２０の上面図、図（b）は図（a）中の線I-Iに沿った断面図である。分離用電極２６はリング状に設けてあり、全ての泳動流路に共有できる。
【００２９】
図５の実施例では分離用電極２６をルーチン分析基板２０に固定することにより、分離に際して、分離用ノズル８３を動作させることが不要となり操作が簡単になる。また、少ない泳動液消費量で短時間に試料を濃縮することができる。
【００３０】
【発明の効果】
本発明によれば、少ない泳動液消費量で短時間に試料の濃縮が可能となるので、低濃度の試料に対しても高感度に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による電気泳動装置の全体構成図である。
【図２】本発明による泳動流路の断面図である。
【図３】本発明による濃縮部の詳細図である。
【図４】本発明によるルーチン分析基板の構成図である。
【図５】本発明によるルーチン分析基板の構成図である。
【符号の説明】
２０…ルーチン分析基板、３０…緊急分析基板、２１、３１…泳動流路、３１３…濃縮部、３１４…泳動方向分離部、３１６…側方分離部。

Claims (3)

1. 試料を電気泳動させて分離する泳動流路を備えた電気泳動装置において、泳動液導入部、試料導入部、分離用流路、廃棄部が直線状に順に配置され、前記泳動流路が有する試料濃縮部と前記試料導入部とを、前記泳動流路の前記泳動液導入部と前記分離用流路の間に配置し、前記試料濃縮部を前記分離用流路の試料導入部側端部に位置させ、前記試料導入部に、試料を供給する試料分注ノズルを、前記泳動液導入部に、泳動液を供給する泳動液分注ノズルを、前記廃棄部に、試料液と泳動液を吸引する分離ノズルをそれぞれ挿入して設け、前記試料分注ノズルと前記泳動液分注ノズルに電圧を印加して泳動液導入部側に試料を電気泳動させて濃縮し、前記試料分注ノズルまたは泳動液分注ノズルのいずれかと前記分離ノズルとを用いて前記試料濃縮部で濃縮された試料中の被検出物質を電気泳動させ、分離用流路に設定した検出位置からの信号で試料の成分を同定することを特徴とする電気泳動装置。
2. 請求項１記載の電気泳動装置において、前記試料導入部と前記泳動液導入部間にフィルタを設けたことを特徴とする電気泳動装置。
3. 試料を電気泳動させて分離する泳動流路を備えた電気泳動装置において、泳動液導入部、試料導入部、電気泳動路、廃棄部の順に配置され、前記試料導入部に試料を供給する試料分注ノズルと、前記泳動液導入部に泳動液を供給する泳動液分注ノズルを挿入し、夫々のノズルに電圧を印加して泳動液導入部側に電気泳動することにより、試料を濃縮することを特徴とする電気泳動装置。

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