JP3979830B2 - マルチキャピラリー電気泳動装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、試料と分離媒体とが充填されている複数本のキャピラリーからなるマルチキャピラリーアレイを有するマルチキャピラリー電気泳動装置に関し、より詳細には、マルチキャピラリー電気泳動装置における検査の測定ばらつきを低減することができる装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、キャピラリーに高分子ゲルやポリマー溶液などの電気泳動媒体（分離媒体）を充填したキャピラリー電気泳動装置が開発されている（特開平６−１３８０３７号公報）。キャピラリー電気泳動装置は、従来から用いられてきた平板型電気泳動装置に比べて熱放散性が高く、より高い電圧を印加することができるため、高速で電気泳動を行うことができるという利点がある。
【０００３】
図１１に、一般的なキャピラリー型電気泳動装置の概略構造を示す。
図１１に示すように、キャピラリー型電気泳動装置Ｂは、キャピラリー部１０３と、恒温槽１０５と検出部１０７と、バッファー容器１１１とを有している。
キャピラリー部１０３は、複数本のキャピラリー１０３ａにより形成されている。バッファー容器１１１中はバッファー液１１１ａで満たされている。
キャピラリー１０３ａ中には試料と、試料を分離するための分離媒体とが充填されている。キャピラリー１０３ａの一端１０３ｂは、バッファー液１１１ａ中に浸されている。キャピラリー１０３ａの他端１０３ｃも例えばバッファー液中に浸っている。
【０００４】
検出部１０７は、キャピラリー１０３ａを保持するための保持部１０７ｂにより保持されている。保持部１０７ｂと蓋体１０８とにより検出部１０７が収容される。キャピラリー１０３ａの一端１０３ｂと他端１０３ｃとの間に高電圧を印加化することにより、試料が分離媒体中を電気泳動する。電気泳動により分離された試料は、検出部１０７において光学的手段により検出される。保持部１０７ｂには光学的手段により励起された蛍光を取り出すための窓部１０７ｃが設けられている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
キャピラリー電気泳動装置において、キャピラリー１０３ａの両端１０３ｂ−１０３ｃ間に高電圧を印加するとジュール熱が発生する。特に、局所的な温度上昇により分離媒体液中に溶けている空気が気泡となり、分離媒体の抵抗を高くする。分離媒体が高抵抗化すると電気泳動速度が低下し、試料の分離能が悪くなるなどの悪影響をもたらす。一般的に、キャピラリー１０３ａ内での局所的な熱の発生を防止するために、キャピラリー１０３ａを恒温槽１０５内に入れることにより一定の温度に保った状態で電気泳動を行う手法が広く行われている。
【０００６】
ところが、実際にはキャピラリーをその全長にわたって恒温槽内に入れるのは困難である。例えば、試料を導入するための試料導入部を形成する一端１０３ｂや試料を光学的手段により検査するための検出部１０７は、恒温槽１０５内には入れられていない。
【０００７】
試料導入部１０３ｂから試料を導入するためのメンテナンスが必要になるため、試料導入部１０３ｂは、恒温槽内には入れにくい。加えて、電気泳動中においては、キャピラリー１０３ａの一端１０３ｂ・１０３ｃを電気泳動用のバッファー液１１１ａ中に浸している。従って、一端１０３ｂ・１０３ｃと検出部１０７近傍とに関しては、キャピラリーの中央部（電気泳動部）と一緒の恒温槽１０５内に入れることが難しかった。
【０００８】
複数本のキャピラリーを有するマルチキャピラリー装置においては、キャピラリーの管径方向における分離媒体の温度が、複数のキャピラリーの間でばらつきやすい。特に、複数のキャピラリーのうち周辺部に配置されたキャピラリーと中心部に配置されたキャピラリーとでは温度が異なることが多い。周辺部に配置されたキャピラリーは外気などの影響をより受けやすいためと考えられる。
また、試料導入部１０３ｂ及び被検出部１０３ｄと恒温槽１０５内の電気泳動部とで、キャピラリー内部の分離媒体に温度差が生じやすく、泳動時間がばらつくなどの悪影響が出るおそれもある。
【０００９】
検出部１０７に対して、例えばレーザー光を出射させる発光部とともに、被検出部１０３ｄに照射されたレーザー光を受光するためのＣＣＤ固体撮像素子（或いはそれを備えたＣＣＤカメラ）とが配置されている。ＣＣＤ固体撮像素子は熱の影響により熱ノイズが増加する。熱ノイズを低減するために、検出部１０７の近傍に配置されるＣＣＤ固体撮像素子は、できるだけ低温に保つ必要がある。このため、検出部１０７とＣＣＤ固体撮像素子とを、恒温槽１０５内に入れるのは好ましくない。
【００１０】
従って、検出部１０７においても、複数本のキャピラリーにおいて、キャピラリーの管径方向における分離媒体の温度にばらつきが生じやすい。
また、恒温槽１０５により一定に保たれていた電気泳動部における分離媒体の温度は、実際には検出部１０７付近で急に低くなる。キャピラリーの延在方向に関しても、温度ばらつきが存在すると、泳動時間がばらつくなどの悪影響が出るおそれもある。
【００１１】
本発明の目的は、複数のキャピラリーを有するマルチキャピラリーアレイを備えたマルチキャピラリー電気泳動装置におけるキャピラリー間の温度ばらつき、特に管径方向の温度ばらつきを低減し、泳動時間のばらつきなどに起因して生じる検査上の誤差を低減することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の一観点によれば、試料を分離するための分離媒体が充填され、一端に試料導入部があり、該試料導入部から離れた位置に分離された前記試料に依存する情報を取得する検出部を有するマルチキャピラリーアレイと、前記試料導入部と前記検出部とを含む通電路に電圧を加える電圧印加機構と、前記マルチキャピラリーアレイから前記試料導入部を除いた部分の一部又は全体を収容する恒温槽と、前記試料導入部を浸す第１バッファー液を収容する第１バッファー容器と、該第１バッファー液の温度を調整する第１温度制御機構とを有するマルチキャピラリー電気泳動装置が提供される。
【００１３】
本発明の他の観点によれば、試料を分離するための分離媒体が充填され、一端に試料導入部があり、該試料導入部から離れた位置に分離された前記試料に依存する情報を取得する検出部とを有するマルチキャピラリーアレイと、前記試料導入部と前記検出部とを含む通電路に電圧を印加する電圧印加機構と、前記マルチキャピラリーアレイから前記検出部を除いた一部又は全体を収容する恒温槽と、前記検出部の温度を調整する第２温度制御機構とを有するマルチキャピラリー電気泳動装置が提供される。
【００１４】
また、試料を分離するための分離媒体が充填され、一端に試料導入部があり、該試料導入部から離れた位置に分離された前記試料に依存する情報を取得する検出部とを有するマルチキャピラリーアレイと、前記試料導入部と前記検出部とを含む通電路に電圧を加える電圧印加機構と、前記マルチキャピラリーアレイから前記試料導入部と前記検出部とを除いた部分の一部又は全体を収容する恒温槽と、前記試料導入部を浸す第１バッファー液を収容する第１バッファー容器と、 該第１バッファー液の温度を調整する第１温度制御機構と、前記検出部の温度を調整する第２温度制御機構とを有するマルチキャピラリー電気泳動装置が提供される。
温度制御機構によりキャピラリーの温度を調整することにより、特に複数本のキャピラリー間の管径方向の電気泳動時間のばらつきを低減することができ、複数の試料に関してより正確な分析が可能となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
発明者は、マルチキャピラリー型電気泳動装置に関して、鋭意実験・検討を加えた結果、導入部を浸すバッファー液を例えばヒーターなどにより温度制御することにより、複数本のキャピラリーを備えるマルチキャピラリーアレイにおけるキャピラリー間の検査結果のばらつきを低減できることを発見した。
【００１６】
さらに、試料の検出を行う検出部、特に検査対象となるキャピラリーの被検出部近傍の温度を制御することによっても、複数本のキャピラリーに関する検出結果のばらつきを低減できることを発見した。
以下、図１から図９までを参照して、本発明の一実施の形態によるキャピラリー型電気泳動装置ついて説明する。
【００１７】
図１は、本発明の一実施の形態によるマルチキャピラリー電気泳動装置の全体構造を示す図である。
図１に示すように、本発明の一実施の形態によるキャピラリー型電気泳動装置Ａは、恒温槽５の収容部ＣＳ内に収容された複数本のキャピラリー３ａからなるマルチキャピラリーアレイ３を有する。マルチキャピラリーアレイ３は、キャピラリー３ａを複数本、例えば１６本有している。
【００１８】
キャピラリー３ａ中には、予め、ＤＮＡ分子などのサンプルが含まれている試料４ａと、試料４ａ内のＤＮＡ分子を分離するための媒体となる分離媒体４ｂとが充填されている。分離媒体４ｂはゲル状のポリマーなどにより構成されている（図２（ｃ））。
【００１９】
試料４ａに含まれるＤＮＡ断片試料は、例えばサンガー反応を用いてプライマー又はターミネータを蛍光物質で標識することにより識別ができるようになっている。蛍光物質で標識されたＤＮＡ断片試料は、後述する光学的手段により識別することができる。
【００２０】
キャピラリー３ａの一端は、恒温槽５の底部から出て検査前に試料４ａを導入するための導入部３ｂを構成している。導入部３ｂは、第１バッファー液１１ａに浸されている。第１バッファー液１１ａは第１バッファー容器１１内に入っている。導入部３ｂには第１電極６ａが取り付けられている。
【００２１】
一方、キャピラリー３ａの他端は、恒温槽５の側部から出て、試料４ａに依存する情報を取得するための検出部１を経て、複数本のキャピラリー３ａがキャピラリー固定部３５においてまとめられてキャピラリーの終端部３ｄを形成している。終端部３ｄは、上部ゲルブロック３４と接続する。上部ゲルブロック３４に対して、第２のバッファー液１５ａが充填される第２のバッファー容器１５と、ゲル（分離媒体）３４ｃが充填されるゲル貯蔵容器２５と、シリンジ３１とが接続されている。
尚、破線で示すように、上部ゲルブロック３４と第２のバッファー容器１５とシリンジ３１との少なくともいずれかを収容する第２恒温槽ＲＨを設けても良い。
【００２２】
本実施の形態によるマルチキャピラリー電気泳動装置Ａは、一般的なマルチキャピラリー電気泳動装置に備えられている恒温槽５によりキャピラリー３ａの温度を制御する温度制御機構ＴＣＭ０の他に、第１から第５までの温度制御機構ＴＣＭ１からＴＣＭ５のうち少なくとも１つの温度制御機構を備えている。
以下、本実施の形態によるマルチキャピラリー電気泳動装置Ａに関して、上記温度制御機構を中心に説明する。
【００２３】
図１から図３までを参照して第１の温度制御機構について説明する。キャピラリー３ａの試料導入部３ｂの端部は、第１バッファー液１１ａに浸されている。第１バッファー液１１ａは、第１バッファー容器１１内に充填されている。図２（ａ）に示すように、試料導入部３ｂ側の電極である第１電極６ａは、金属板６ａ−２にＳＵＳ製のチューブ６ａ−１を圧入することにより形成されている。図２（ｂ）に示すように、試料導入部３ｂをＳＵＳ製のチューブ６ａ−１に通し、試料導入部３ｂと第１電極６ａとを一体化している。図示しない装置側の電極を介して直流電源２１（図１）の正極と第１電極６ａとが接続されている。試料導入部３ｂをＳＵＳ製のチューブ６ａ−１に通した状態で、第１電極６ａを樹脂製のカバーＰＣ内に収容する。尚、図２（ｃ）に示すように、キャピラリー３ａ内には分離媒体４ｂが充填され、試料導入部３ｂ付近に試料４ａが入れられている。
【００２４】
図１及び図３（ａ）に示すように、試料導入部３ｂと第１電極６ａとは、第１バッファー容器１１内に充填されている第１バッファー液１１ａに浸されている。第１バッファー液１１ａは、例えばＴＢＥ（トリス（ヒドロキシメチルアミノメタン）、ほう酸、ＥＤＴＡ混液）、ＴＡＰＳ（Ｎ−トリス（ヒドロキシメチル）メチル−３−アミノプロバンスルホン酸）などにより調整されている。
第１バッファー容器１１は、上部に開口を有するアダプタＡＤ内に収容される。アダプタＡＤは、その内側の底面上にラバーヒーター１２ｂが敷かれている。
【００２５】
ラバーヒーター１２ｂとアダプタＡＤとはシリコンゴムＳＧにより目止め防水がなされている。アダプタＡＤの外側の底面１２ｂ’に開口部１２ｃが形成されている。開口部１２ｃから露出するラバーヒーター１２ｂの裏面にサーミスタ（温度モニタ）ＴＭが取り付けられ、サーミスタＴＭからる第１ケーブルＣＢ１が出ている。さらに、ラバーヒーター１２ｂの裏面にヒーター用電源ＰＳと、ヒューズＦＳとに接続される第２のケーブルＣＢ２が出ている。
【００２６】
ラバーヒーター１２ｂを用いるとラバーヒーター１２ｂと接する第１バッファー容器１１の面内温度を均一にすることが可能である。さらに、ラバーヒーター１２ｂを用いると、放電現象を抑制することが可能になる。
【００２７】
ラバーヒーター１２ｂを敷いたアダプタＡＤ上に第１バッファー容器１１を載せる構造をとることにより、ヒーターの取り替えなどのメンテナンス作業が簡単になる。
尚、ラバーヒーター１２ｂは第１バッファー容器１１に接するように配置されているが、この接するという文言は、単に物理的かつ直接的に両者が接している構成に限定されるものではなく、例えば間接的に接していても良い。すなわち、両者の間に例えば熱伝導性の良いシートなどを挟んでいても良い。要するに、熱力学的に接続されていることを意味する。
【００２８】
上記第１温度制御機構ＴＣＭ１により、複数の試料導入部３ｂ内の分離媒体４ｂの温度差を小さくすることが出来る。
次に検査部１の温度を制御する第２の温度制御機構ＴＣＭ２について、図４及び図５を参照して説明する。
【００２９】
図４（ａ）から（ｃ）までに示すように、複数本のキャピラリー３ａからなるマルチキャピラリー３は、例えばガラス板により形成されるキャピラリー支持部７７と押さえ部材７８との間に挟まれるようにして支持されている。キャピラリー３ａの外周面は、例えばポリイミドなどの遮光性樹脂５１ａにより被覆されている。キャピラリー支持部７７と押さえ部材７８との間に、キャピラリー３ａの外周面に遮光性樹脂５１ａが被覆されていない領域を設ける。この領域にレーザー光Ｌを照射する。この領域を被検出部３ｃと称する。押さえ部材７８のうち被検出部３ｃを含む領域には、開口部７８ａが形成されている。試料にレーザー光を照射した際に発生する励起光Ｋが開口部７８ａを通って外部に放射される。これらの構造を総称して検出部と称する。
尚、キャピラリー３ａの上下両方向からレーザー光Ｌを照射することによりキャピラリー３ａに照射されるレーザー光Ｌの位置による強度のばらつきを低減できる。
【００３０】
図５（ａ）から図５（ｃ）までに示すように、上記キャピラリー支持部７７と押さえ部材７８とその間において支持されるマルチキャピラリー３とは、収容部７内に収容される。収容部７は、本体部７ａと蓋部７ｂとからなる。本体部７ａと蓋部７ｂとは、ヒンジＨＧを中心軸として回動可能となっている。
【００３１】
本体部７ａは、その中央付近に形成されキャピラリー支持部７７と押さえ部材７８とを収容できる第１収容部７ａ−３と、それに連なり、両側に延びる第１溝部７ａ−１と第２溝部７ａ−２と、第２溝部７ａ−２と連なり本体部の側面から突出する突出部７ａ−４とを有している。第１溝部７ａ−１と第２溝部７ａ−２と第１突出部７ａ−４とはマルチキャピラリー３を配置できる平坦面を有している。第１収容部７ａ−３は、上記平坦面よりも深い凹部を形成している。凹部には、本体部７ａを貫通する開口部７ａ−５が形成されている。
【００３２】
一方、蓋部７ｂには、第１収容部７ａ−３に対応する位置に、スプリング部材ＳＰが設けられている。スプリング部材ＳＰは、蓋部７ｂを閉めた際に、キャピラリー支持部７７を押圧することにより、マルチキャピラリーアレイ３を強く支持する。スプリング部材ＳＰの両側には、第１溝部７ａ−１及び第２溝部７ａ−２と対応する位置に、それぞれの溝部と係合する第１凸部７ｂ−１及び第２凸部７ｂ−２とが形成されている。第１突出部７ａ−４と対応する位置に第２凸部７ｂ−２から延びる第２突出部７ｂ−３が形成されている。
蓋部７ｂを閉めた場合には、第１突出部７ａ−４と第２突出部７ｂ−３とにより形成された突出部が、上部ゲルブロック３４（図１）に形成されている凹部３５’内に収容されて、収容部７と上部ゲルブロック３４とが接続できる。
【００３３】
図５（ｂ）は、第１収容部７ａ−３内にキャピラリー支持部７７と押さえ部材７８とを収容するとともに、第１収容部７ａ−３及び第１溝部７ａ−１と第２溝部７ａ−２とに、マルチキャピラリーアレイ３を収容した様子を示している。尚、本体部７ａの上下には、レーザー光を出射するレーザー装置６１が配置される。本体部７ａには、被検出部３ｃ（図４（ｂ））に対応する位置にレーザー光Ｌを到達させるための第１貫通孔７ｃ−１と第２貫通孔７ｃ−２とが形成されている。
【００３４】
レーザー装置６１からレーザー光Ｌを出射すると、被検出部３ｃ内の試料４ａにレーザー光Ｌが照射され、励起光Ｋを発する。励起光Ｋは、開口部７ａ−５から出射し、受光素子、例えばＣＣＤ光電変換素子７３を備えたＣＣＤカメラ７１により検知される。
【００３５】
検出部１の近傍に設けられる第２の温度制御機構ＴＣＭ２は、例えば、第１溝部７ａ−１と第２溝部７ａ−２との蓋部７ｂと対向する表面にそれぞれ貼付された第１のラバーヒーター８ｂ−１及び第２のラバーヒーター８ｂ−２と、第１凸部７ｂ−１と第２凸部７ｂ−２の本体部７ａ及びその対向面にそれぞれ貼付された第３のラバーヒーター８ａ−１と第４のラバーヒーター８ａ−２とのうち少なくともいずれかを含む。さらに、第１収容部７ａ−３の近傍に設けられた温度モニタ８ｃが設けられる。各ラバーヒーターの代わりに熱伝導シートを貼付しても良いし、ラバーヒーターと熱伝導シートとを重ねて貼付しても良い。
【００３６】
尚、蓋部７ｂを閉めた際に、蓋部７ｂと本体部７ａとを固定ねじＦＳにより固定しても良い。尚、検出部１の近傍とは、検出部１に対して直接又は間接に温度制御が可能な範囲内を指す。例えば、収容部７の外周面にヒーターを配置しても良い。
【００３７】
第２の温度制御機構ＭＣ２により、検出部１におけるマルチキャピラリーアレイ内のそれぞれのキャピラリー間の分離媒体の温度差を低減できる。
第３の温度制御機構について図６を参照して説明する。恒温槽５内のキャピラリー収容部ＣＳ内のマルチキャピラリー３は、恒温槽５から検出部１に連なっている。恒温槽５内の検出部１側の側部（出口）には開口が形成されている。恒温槽５の本体部５ａに凹部５ａ−１を、蓋部５ｂに凹部５ａ−１と係合する凸部５ｂ−１を形成する。蓋部５ｂを閉めた際に形成される凹部５ａ−１と凸部５ｂ−１との間の隙間をマルチキャピラリーアレイ３が通る。
【００３８】
第３の温度制御機構は、凹部５ａ−１と凸部５ｂ−１との対向面にそれぞれ貼付されたラバーヒーターＨＳ１及びＨＳ２と、その近傍に設けられた温度モニタＨＳ’を含む。尚、ラバーヒーターは、凹部５ａ−１と凸部５ｂ−１との対向面のいずれか一方に貼付しても良い。また、ラバーヒーターの代わりに熱伝導シートを貼付しても良いし、両者を重ねて貼付しても良い。
第３の温度制御機構ＴＭＣ３により、恒温槽５から検出部１へ向かうマルチキャピラリーアレイ内のそれぞれのキャピラリーの分離媒体の温度差を低減できる。
【００３９】
次に、第４及び第５の温度制御機構について図７を参照して説明する。
上部ゲルブロック３４は、例えばアクリル製のブロックである。上部ゲルブロック３４に対して、シリンジ３１とゲル貯蔵容器２５と第２バッファ容器１５とが接続されている。上部ゲルブロック３４内に、第１から第５までの流路３１ａから３１ｅが形成されている。
【００４０】
ゲル貯蔵容器２５内には新しいゲル３４ｃが充填されている。ゲル貯蔵容器２５は、第１管部３４ｂを介して第２流路３１ｂの端部と接続されている。第１管部３４ｂの先端と第２流路３１ｂとの間には、ゲル貯蔵容器２５から上部ゲルブロック３４に向かう方向へのゲルの流れのみを許容する第１バルブ（逆止弁）Ｖ１が設けられている。
【００４１】
シリンジ３１と上部ゲルブロック３４とが接続部３１’により接続される。ピンバルブＰＶを閉じ、シリンジ３１のプランジャを引き減圧すると、ゲル貯蔵容器２５内の新しいゲル３４ｃが、第１管部３４ｂ、第２流路３１ｂ、第１流路３１ａを経由してシリンジ３１内に充填される。ピンバルブＰＶを閉じ、シリンジ３１のプランジャを加圧すると第１流路３１ａ、第３流路３１ｃ、第４流路３１ｄを経由して、シリンジ３１内に吸収されたゲルをキャピラリー３ａ内に注入することができる。このゲルがキャピラリー３ａ内において分離媒体４ｂとして機能する。なお、検査後の分離媒体４ｂは、上記の方法で新しいゲルを充填することでキャピラリー試料導入部３ｂよりキャピラリー３ａ外に押し出すことができる。
【００４２】
上部ゲルブロック３４内の第５流路３１ｅと下部ゲルブロック１５ｃ内の第６流路１５ｅとの間には、両者を繋ぐ第２管部１５ｂが設けられている。下部ゲルブロック１５ｃは、下方に突出する突出部１５ｃ’を有している。下部ゲルブロック１５ｃには、第６流路１５ｅの末端口１５ｄを開閉するピンバルブＰＶが取り付けられている。ピンバルブＰＶの先端は、突出部１５ｃ’内に達している。分離媒体４ｂは上部ゲルブロック３４内の第５流路３１ｅ、第２管部１５ｂ、下部ゲルブロック１５ｃの第６流路１５ｅ内に充填されている。第２バッファー液１５ａが第２バッファー容器１５内に入っている。第２バッファー容器１５には、バッファー液でなく、例えば代わりに分離媒体４ｂを入れてもよい。分離媒体４ｂと第２バッファー液１５ａとは、第６流路１５ｅの末端口１５ｄで接している。
【００４３】
電気泳動を行う場合には、ピンバルブＰＶを引き抜く方向に（図面の上方）移動させる。第２電極６ｂの先端部６ｂ’は、接地されている。ピンバルブＰＶを開にすると、第１電極６ａと第２電極６ｂとの間に、第１電極６ａからキャピラリー試料導入部３ｂ間のバッッファー液１１ａ、キャピラリー試料導入部３ｂからキャピラリー３ａ内、キャピラリー終端部３ｄ、上部ゲルブロック３４の第５流路、第２管部１５ｂ、下部ゲルブロック１５ｃの第６流路１５ｅに充填された分離媒体４ｂ、さらに第６流路１５ｅの末端口１５ｄから第２電極６ｂまでは第２バッファー液１５ａから成る通電路が形成される。したがって、ピンバルブＰＶを開にし、第１電極６ａと第２電極６ｂとの間に直流電源２１（図１）により電圧を印加することにより、上記した通電路の両端間（正確には通電路内に充填された分離媒体およびその両端のバッファー液）にも電圧を印加することができる。このようにして、キャピラリー３ａ内に充填された分離媒体４ｂに電流を流すことができる。
【００４４】
バルブが開となり、分離媒体４ｂは、孔部１５ｂ’と孔部１５ｂ’’とを通って装置側の電極まで満たされる。従って、キャピラリー３ａ内に充填された分離媒体４ｂに電流を流すことができる。
キャピラリー３ａ内にゲルを充填する場合には、ピンバルブＰＶを押し込む。ピンバルブＰＶによりキャピラリー３ａと装置側の電極との間の分離媒体による通電路を閉にする。この際には、シリンジ３１を用いて、分離媒体をゲル貯蔵容器２５からキャピラリー３ａ内に注入することができる。
【００４５】
ここで、第４の温度制御機構ＴＣＭ４として、第２管部１５ｂの外側面に配置されたラバーヒーター３６と、ラバーヒーター３６の開口部から露出した第２管部１５ｂの外表面に取り付けられた温度モニタ３６ｂを用いる。或いは、第２バッファー容器１５の外表面に貼付されたラバーヒーターＨＴとラバーヒーターＨＴの開口部から露出する第２バッファー容器１５の露出面に貼付された温度モニタＨＴ’を設けても良い。両方を設けても良い。上部ゲルブロック３４の外表面又は内部にヒーターを設けても良い。
【００４６】
尚、第１バッファー液１１ａと第２バッファー液１５ａとは、例えばＴＢＥ（トリス（ヒドロキシメチルアミノメタン）、ほう酸、ＥＤＴＡ混液）、ＴＡＰＳ（Ｎ−トリス（ヒドロキシメチル）メチル−３−アミノプロバンスルホン酸）などにより調整されている。第２管部も同様のバッファー液１５ａ中に浸されている。
【００４７】
バッファー液１１ａ・１５ａは、バッファー容器１１・１５中に充填されている。第１電極６ａ及び第２電極６ｂも、それぞれバッファー液１１ａ、バッファー液１５ａ中に浸っている。バッファー液１１ａ・１５ａにより、キャピラリー３ａに高電圧を印加した際に生じる放電を防止し、電気泳動をスムーズに行わせることができる。
また、図７において、第２バッファ液１５ａの上面は、第６流路の末端口１５ｄよりも上方に位置している。従って、下部ゲルブロック１５ｃの突出部１５ｃ’は、第２バッファ液１５ａ内に少なくとも一部が浸されている。
【００４８】
第４の温度制御機構ＴＣＭ４により、第２バッファー容器近傍におけるマルチキャピラリーアレイ内のそれぞれのキャピラリーの分離媒体の温度差を低減できる。
次に第５の温度制御機構について図１を参照して説明する。第５の温度制御機構ＴＣＭ５は、上部ゲルブロック３４と、第２バッファー液１５ａと、第２管路１５ｂとのうちの少なくとも１つの温度を調整する。好ましくは、第２恒温槽ＲＨとその中に取り付けられた温度モニタＲＨ’である。
【００４９】
第５の温度制御機構ＴＣＭ５により、上部ゲルブロック３４と、第２バッファー液１５ａと、第２管路１５ｂとのうちの少なくとも１つの領域におけるマルチキャピラリーアレイ内のそれぞれのキャピラリーの分離媒体の温度差を低減できる。
【００５０】
次に、電気泳動装置Ａに設けられた温度調節機能について図８を参照して説明する。
まず、全体の温度制御、例えばＰＩＤ制御を行うための温度制御部２６が設けられている。温度制御部２６は、キャピラリー電気泳動装置Ａ内における温度制御を一括して行う。
【００５１】
前述のように、恒温槽５内には、恒温槽５内の温度をモニタする温度モニタ３１が設けられている。温度モニタ３１が制御部２６に信号Ｓ１を送り、それに基づいて恒温槽５内の温度を制御する制御信号Ｓ２を送ることにより基本的な温度制御機構ＴＭＣ０を構成する。
【００５２】
第１の温度制御機構ＴＭＣ１は、ラバーヒーター１２ｂと温度モニタ１２ｄとを含む。温度モニタ１２ｄが制御部２６に信号Ｓ３を送り、それに基づいて、制御部２６は、ラバーヒーター１２ｂを介して第１バッファー液１１ａの温度を制御する制御信号Ｓ４を送る。
【００５３】
第２の温度制御機構ＴＭＣ２は、ラバーヒーター８ａ−１、８ａ−２及びラバーヒーター８ｂ−１、８ｂ−２と温度モニタ８ｃとを含む。温度モニタ８ｃが制御部２６に信号Ｓ５を送り、それに基づいて、制御部２６は、各ラバーヒーターを介して検出部１近傍（キャピラリー被検出部３ｃ内）の分離媒体４ｂの温度を制御する制御信号Ｓ６を送る。
【００５４】
第３の温度制御機構ＴＭＣ３は、ラバーヒーターＨＳ１，２と温度モニタＨＳ’とを含む。温度モニタＨＳ’が制御部２６に信号Ｓ７を送り、それに基づいて、制御部２６は、ラバーヒーターＨＳ１，２を介して恒温槽５の出口付近の温度を制御する制御信号Ｓ８を送る。
【００５５】
第４の温度制御機構ＴＭＣ４は、ヒーター３６と温度モニタ３６ｂとを含むとともに、第２バッファー容器１５の外周面に接するヒーターHTと温度モニタHT’とを含む。温度モニタ３６ｂと温度モニタHT’とから制御部２６に信号Ｓ９を送り、それに基づいて、制御部２６は、ヒーター３６、ＨＴを介して上部ゲルブロック３４近傍の分離媒体４ｂの温度を制御する制御信号Ｓ１０を送る。
【００５６】
第５の温度制御機構ＴＭＣ５は、恒温槽RHと恒温槽RH内に設けられた温度モニタRH’とを含む。温度モニタＲＨ’が制御部２６に信号Ｓ１１を送り、それに基づいて、制御部２６は、恒温槽ＲＨの温度を制御する制御信号Ｓ１２を送る。
【００５７】
尚、ラバーヒーター１２ｂは、第１バッファー容器１１の底面に接して設けられているが、第１バッファー容器１１の外側の側面に設けても良い。ラバーヒーター１２ｂは、底面又は側面のうちのいずれか一方に取り付けても良いし、両方に取り付けても良い。さらに、第１バッファー容器１１をヒーター上に載せて温度制御を行っても良い。
【００５８】
温度制御部２６は、温度モニタからそれぞれ制御部２６に送られる信号Ｓ１、Ｓ３、Ｓ５、Ｓ７、Ｓ９及びＳ１１とに基づいて、恒温槽又はヒーターに対して温度制御信号Ｓ２、Ｓ４、Ｓ６、Ｓ８、Ｓ１０及びＳ１２を送信することにより各部分ごとの温度制御を行う。温度モニタとしては、例えば白金抵抗体や熱電対を用いることができる。
【００５９】
前述のように、温度制御法としては、例えばＰＩＤ（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ ｐｌｕｓ ｉｎｔｅｇｒａｌ ｐｌｕｓ ｄｅｒｉｖａｔｉｏｎ）法を用いることもできる。すなわち、温度モニタからの検出出力を、ヒーターやペルチェ素子などにフィードバックする方法を用いることができる。
【００６０】
温度制御は、複数本のキャピラリー３ａの管径方向の温度（端部からの長さが同じ位置におけるキャピラリー内の分離媒体の温度）差が小さくなるように制御する。例えば、恒温槽５に取り付けられた温度モニタ３１により測定された温度と、その他の部分との温度差が小さくなる方向に制御すると、管径方向の温度差も小さくなる傾向にある。
【００６１】
以下、上記のマルチキャピラリー型電気泳動装置Ａの使用方法（試料の検査方法）について簡単に説明する。
まず、シリンジ３１を用いて、キャピラリー３ａ内に分離媒体４ｂを充填する。例えば１６本のキャピラリー３ａを用いる。次いで、試料導入部３ｂ側から、塩基の長さの異なる複数種のＤＮＡ分子（ＤＮＡ断片試料）を含む試料４ａをキャピラリー３ａ内に充填されている分離媒体４ｂ中に導入する。試料導入部３ｂを、第１バッファー容器１１内に充填されている第１バッファー液１１ａに浸す。温度制御部２６により、複数本のキャピラリー３ａ間の温度差が小さくなるようにＰＩＤ制御を行う。
【００６２】
第１から第５までの温度制御機構のうち少なくともいずれかを用いることにより、複数本のキャピラリー３ａの管径方向の温度差が小さくなるように温度制御を行う。温度制御を継続したまま、高圧直流電源２１により第１電極６ａ（陰極）と第２電極６ｂ（陽極）との間に、例えば１０ｋＶから２０ｋＶ程度の高電圧を印加する。
【００６３】
ＤＮＡ分子は負に帯電しているため、第２電極６ｂ側に向けて移動（電気泳動）する。塩基の長さによりＤＮＡ分子の電気泳動速度に差異を生じる。塩基の長さが短い分子ほど電気泳動速度が速くなり、被検出部３ｃに到達するまでに要する時間が短くなる。被検出部３ｃに到達した試料（ＤＮＡ分子）に対して、レーザー光Ｌが照射されると、ＤＮＡ分子に付されている識別標識が励起されて蛍光を発する。蛍光はＣＣＤカメラ７１に設けられている受光素子（ＣＣＤ固体撮像素子）７３により光電変換される。ＣＣＤカメラ７１により得られた電気信号からＤＮＡ分子の識別が可能なため、ＤＮＡの種類を識別することができる。すなわち、ＤＮＡ断片を含む試料を電気泳動させ、電気泳動の途中で試料からの蛍光を検出することにより塩基配列を決定するＤＮＡ塩基配列解析を行うことができる。
前述のように、検査後の分離媒体４ｂと試料４ａとは、経路３１ｅを通って外部に排出することができる。１回の検査ごとに、分離媒体４ｂを交換し、新しい分離媒体４ｂを用いた新たな検査を行うのが好ましい。
【００６４】
図９に、キャピラリー３ａを１６本用い、これらに同じ試料を入れ同条件で同時に電気泳動を行った場合の電気泳動時間の標準偏差を示す。図９は、第１バッファー容器１１と検出部１とにそれぞれ第１の温度調節機構ＴＣＭ１と第２の温度制御機構ＴＣＭ２とを取り付けた場合の実験結果である。
【００６５】
第１バッファー容器１１と検出部１とのいずれにも温度制御機構を設けない場合（一般的な電気泳動装置）の、１６本のキャピラリー３ａ間の電気泳動時間の標準偏差は、０.６２程度である。一方、第１の温度制御機構ＴＣＭ１のみを設けた場合の、１６本のキャピラリー３ａ間の電気泳動時間の標準偏差は０.１６程度である。第２の温度制御機構ＴＣＭ２のみを設けた場合の、１６本のキャピラリー３ａ間の電気泳動時間の標準偏差は、０.１３程度である。尚、第１の温度制御機構ＴＣＭ１と第２の温度制御機構ＴＣＭ２の両方を設けた場合の１６本のキャピラリー３ａ間の電気泳動時間の標準偏差は、０.１３程度である。
これらの結果より、第１バッファー容器１１又は検出部１のいずれかに温度制御機構を設けて温度制御を行うことにより、１６本のキャピラリー間における電気泳動時間の差を小さくすることができることがわかる。
【００６６】
次に、本発明の一実施の形態の変形例によるマルチキャピラリー型電気泳動装置について、図１０を参照して説明する。図１０は、マルチキャピラリー型電気泳動装置のうち検出部１の構造を示す断面図である。
図１０に示すように、本変形例によるマルチキャピラリー型電気泳動装置の検出部１にも、キャピラリー３ａを挟んでキャピラリー支持部７７と反対側に、押さえ板７８とその外側面の少なくとも一部を覆うＡｌなどの良熱伝導体７ｄとが設けられている。良熱伝導体７ｄの外周面に接してペルチェ素子８１が取り付けられている。その他の構成は、前述のマルチキャピラリー型電気泳動装置と同様である。ペルチェ素子８１は、直流電源９１に接続されている。より詳細には、ペルチェ素子８１は、ｎ型半導体層８１ａと、ｐ型半導体層８１ｂと、ｎ型半導体層８１ａの一表面に形成され出力電圧を変化させることができる可変直流電源９１の負極と接続される電極８１ｄと、ｐ型半導体層８１ｂの一表面に形成され可変直流電源９１の正極と接続される電極８１ｃと、ｎ型半導体層８１ａ及びｐ型半導体層８１ｂのそれぞれの一表面と反対側の表面に形成され、両半導体層８１ａ及び８１ｂに共通の共通電極８１ｅとを有している。
【００６７】
一方、ＣＣＤ固体撮像素子７３に接して良熱伝導体７５が形成されている。ＣＣＤ固体撮像素子７３と共通電極８１ｅとの間は、良熱伝導体７５により熱交換が行われるようになっている。良熱伝導体７５にも温度モニタが取り付けられている。温度モニタにより測定された温度に基づく電気信号は、制御部２６（図１）に向けて送信される。制御部２６は、電気信号に基づき、可変直流電源９１に向けて、印加電圧を決めるための制御信号を送信する。
【００６８】
例えば、温度モニタ８ａ’により測定された温度が低すぎる場合には、制御部２６は、可変直流電源９１に対して、ペルチェ素子８１に印加する電圧を大きくするための信号を送信する。ペルチェ素子８１に印加する電圧を大きくすると、電極８１ｃ及び電極８１ｄ側の温度が高くなる。従って、キャピラリー３ａの温度が上がる。一方、電極８１ｅの温度は低くなるので、良熱伝導体７５を介してＣＣＤ固体撮像素子７３を冷却することができる。ＣＣＤ固体撮像素子７３のノイズを低減することができる。
以上、実施の形態に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。その他、種々の変更、改良、組み合わせが可能なことは当業者に自明であろう。
【００６９】
【発明の効果】
本発明のマルチキャピラリー電気泳動装置によれば、複数本のキャピラリーの、管径方向の電気泳動速度のばらつきを抑制することができる。
従って、マルチキャピラリー電気泳動装置を用いた場合に、試料の検査をより正確に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態によるマルチキャピラリー電気泳動装置の全体構造を示す図である。併せて、第５温度制御機構の構造を示す。
【図２】図２（ａ）及び図２（ｂ）は、本発明の一実施の形態によるマルチキャピラリー電気泳動装置のうち第１電極の構造を示す図であり、図２（ｃ）は、第１電極内に挿入された試料導入部付近のキャピラリーの構造を示す図である。
【図３】図３（ａ）及び図３（ｂ）は、本発明の一実施の形態によるマルチキャピラリー電気泳動装置のうち第１バッファー容器と、その中に入れられた第１バッファー液を温度制御する第１温度制御機構の構造を示す図である。
【図４】図４（ａ）から図４（ｃ）までは、本発明の一実施の形態によるマルチキャピラリー電気泳動装置のうち検出部の構造を示す図である。
【図５】図５（ａ）から図５（ｃ）までは、本発明の一実施の形態によるマルチキャピラリー電気泳動装置のうち検出部を収容する収容部と、検出部の温度制御を行う第２温度制御機構の構造を示す図である。併せて、光学手段の配置を示す。
【図６】図６（ａ）及び図６（ｂ）は、本発明の一実施の形態によるマルチキャピラリー電気泳動装置のうち恒温槽の出口付近のキャピラリー間を温度制御する第３の温度制御機構の構造を示す図である。
【図７】図７（ａ）は、本発明の一実施の形態によるマルチキャピラリー電気泳動装置のうちゲルブロックと第２バッファー液を充填する第２バッファー容器及び両者を接続する管路を含む構造を示す図であり、特に管路と第２バッファー容器を温度制御する第４温度制御機構の構造を示す図である。図７（ｂ）は、第２バッファー容器の蓋部の側面図である。
【図８】本発明の一実施の形態によるマルチキャピラリー電気泳動装置の制御部と各温度制御機構との関係を示す図である。
【図９】本発明の一実施の形態によるマルチキャピラリー電気泳動装置を用いた場合の、キャピラリー間の電気泳動時間の標準偏差を示す図である。
【図１０】本発明の位置実施の形態の変形例によるマルチキャピラリー電気泳動装置の検出部の構造を示す図である。
【図１１】一般的なマルチキャピラリー電気泳動装置の概略構造を示す図である。
【符号の説明】
Ａ…キャピラリー電気泳動装置、ＴＭＣ１〜ＴＭＣ５…第１〜第５温度制御機構、１…検出部、３…マルチキャピラリーアレイ、３ａ…キャピラリー、３ｂ…試料導入部、３ｃ…被検出部、３ｄ…終端部、４ａ…試料、４ｂ…分離媒体、５…恒温槽、６ａ…第１電極、６ｂ…第２電極、７…（検出部の）収容部、７ａ…本体部、７ｂ…蓋部、１１…第１バッファー容器、１１ａ…第１バッファー液、１５…第２バッファー容器、１５ａ…第２バッファー液、２１…直流高圧電源、３４…ゲルブロック、６１…レーザー装置、７３…ＣＣＤ固体撮像素子、７７…キャピラリー支持部。
【発明の属する技術分野】
本発明は、試料と分離媒体とが充填されている複数本のキャピラリーからなるマルチキャピラリーアレイを有するマルチキャピラリー電気泳動装置に関し、より詳細には、マルチキャピラリー電気泳動装置における検査の測定ばらつきを低減することができる装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、キャピラリーに高分子ゲルやポリマー溶液などの電気泳動媒体（分離媒体）を充填したキャピラリー電気泳動装置が開発されている（特開平６−１３８０３７号公報）。キャピラリー電気泳動装置は、従来から用いられてきた平板型電気泳動装置に比べて熱放散性が高く、より高い電圧を印加することができるため、高速で電気泳動を行うことができるという利点がある。
【０００３】
図１１に、一般的なキャピラリー型電気泳動装置の概略構造を示す。
図１１に示すように、キャピラリー型電気泳動装置Ｂは、キャピラリー部１０３と、恒温槽１０５と検出部１０７と、バッファー容器１１１とを有している。
キャピラリー部１０３は、複数本のキャピラリー１０３ａにより形成されている。バッファー容器１１１中はバッファー液１１１ａで満たされている。
キャピラリー１０３ａ中には試料と、試料を分離するための分離媒体とが充填されている。キャピラリー１０３ａの一端１０３ｂは、バッファー液１１１ａ中に浸されている。キャピラリー１０３ａの他端１０３ｃも例えばバッファー液中に浸っている。
【０００４】
検出部１０７は、キャピラリー１０３ａを保持するための保持部１０７ｂにより保持されている。保持部１０７ｂと蓋体１０８とにより検出部１０７が収容される。キャピラリー１０３ａの一端１０３ｂと他端１０３ｃとの間に高電圧を印加化することにより、試料が分離媒体中を電気泳動する。電気泳動により分離された試料は、検出部１０７において光学的手段により検出される。保持部１０７ｂには光学的手段により励起された蛍光を取り出すための窓部１０７ｃが設けられている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
キャピラリー電気泳動装置において、キャピラリー１０３ａの両端１０３ｂ−１０３ｃ間に高電圧を印加するとジュール熱が発生する。特に、局所的な温度上昇により分離媒体液中に溶けている空気が気泡となり、分離媒体の抵抗を高くする。分離媒体が高抵抗化すると電気泳動速度が低下し、試料の分離能が悪くなるなどの悪影響をもたらす。一般的に、キャピラリー１０３ａ内での局所的な熱の発生を防止するために、キャピラリー１０３ａを恒温槽１０５内に入れることにより一定の温度に保った状態で電気泳動を行う手法が広く行われている。
【０００６】
ところが、実際にはキャピラリーをその全長にわたって恒温槽内に入れるのは困難である。例えば、試料を導入するための試料導入部を形成する一端１０３ｂや試料を光学的手段により検査するための検出部１０７は、恒温槽１０５内には入れられていない。
【０００７】
試料導入部１０３ｂから試料を導入するためのメンテナンスが必要になるため、試料導入部１０３ｂは、恒温槽内には入れにくい。加えて、電気泳動中においては、キャピラリー１０３ａの一端１０３ｂ・１０３ｃを電気泳動用のバッファー液１１１ａ中に浸している。従って、一端１０３ｂ・１０３ｃと検出部１０７近傍とに関しては、キャピラリーの中央部（電気泳動部）と一緒の恒温槽１０５内に入れることが難しかった。
【０００８】
複数本のキャピラリーを有するマルチキャピラリー装置においては、キャピラリーの管径方向における分離媒体の温度が、複数のキャピラリーの間でばらつきやすい。特に、複数のキャピラリーのうち周辺部に配置されたキャピラリーと中心部に配置されたキャピラリーとでは温度が異なることが多い。周辺部に配置されたキャピラリーは外気などの影響をより受けやすいためと考えられる。
また、試料導入部１０３ｂ及び被検出部１０３ｄと恒温槽１０５内の電気泳動部とで、キャピラリー内部の分離媒体に温度差が生じやすく、泳動時間がばらつくなどの悪影響が出るおそれもある。
【０００９】
検出部１０７に対して、例えばレーザー光を出射させる発光部とともに、被検出部１０３ｄに照射されたレーザー光を受光するためのＣＣＤ固体撮像素子（或いはそれを備えたＣＣＤカメラ）とが配置されている。ＣＣＤ固体撮像素子は熱の影響により熱ノイズが増加する。熱ノイズを低減するために、検出部１０７の近傍に配置されるＣＣＤ固体撮像素子は、できるだけ低温に保つ必要がある。このため、検出部１０７とＣＣＤ固体撮像素子とを、恒温槽１０５内に入れるのは好ましくない。
【００１０】
従って、検出部１０７においても、複数本のキャピラリーにおいて、キャピラリーの管径方向における分離媒体の温度にばらつきが生じやすい。
また、恒温槽１０５により一定に保たれていた電気泳動部における分離媒体の温度は、実際には検出部１０７付近で急に低くなる。キャピラリーの延在方向に関しても、温度ばらつきが存在すると、泳動時間がばらつくなどの悪影響が出るおそれもある。
【００１１】
本発明の目的は、複数のキャピラリーを有するマルチキャピラリーアレイを備えたマルチキャピラリー電気泳動装置におけるキャピラリー間の温度ばらつき、特に管径方向の温度ばらつきを低減し、泳動時間のばらつきなどに起因して生じる検査上の誤差を低減することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の一観点によれば、試料を分離するための分離媒体が充填され、一端に試料導入部があり、該試料導入部から離れた位置に分離された前記試料に依存する情報を取得する検出部を有するマルチキャピラリーアレイと、前記試料導入部と前記検出部とを含む通電路に電圧を加える電圧印加機構と、前記マルチキャピラリーアレイから前記試料導入部を除いた部分の一部又は全体を収容する恒温槽と、前記試料導入部を浸す第１バッファー液を収容する第１バッファー容器と、該第１バッファー液の温度を調整する第１温度制御機構とを有するマルチキャピラリー電気泳動装置が提供される。
【００１３】
本発明の他の観点によれば、試料を分離するための分離媒体が充填され、一端に試料導入部があり、該試料導入部から離れた位置に分離された前記試料に依存する情報を取得する検出部とを有するマルチキャピラリーアレイと、前記試料導入部と前記検出部とを含む通電路に電圧を印加する電圧印加機構と、前記マルチキャピラリーアレイから前記検出部を除いた一部又は全体を収容する恒温槽と、前記検出部の温度を調整する第２温度制御機構とを有するマルチキャピラリー電気泳動装置が提供される。
【００１４】
また、試料を分離するための分離媒体が充填され、一端に試料導入部があり、該試料導入部から離れた位置に分離された前記試料に依存する情報を取得する検出部とを有するマルチキャピラリーアレイと、前記試料導入部と前記検出部とを含む通電路に電圧を加える電圧印加機構と、前記マルチキャピラリーアレイから前記試料導入部と前記検出部とを除いた部分の一部又は全体を収容する恒温槽と、前記試料導入部を浸す第１バッファー液を収容する第１バッファー容器と、 該第１バッファー液の温度を調整する第１温度制御機構と、前記検出部の温度を調整する第２温度制御機構とを有するマルチキャピラリー電気泳動装置が提供される。
温度制御機構によりキャピラリーの温度を調整することにより、特に複数本のキャピラリー間の管径方向の電気泳動時間のばらつきを低減することができ、複数の試料に関してより正確な分析が可能となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
発明者は、マルチキャピラリー型電気泳動装置に関して、鋭意実験・検討を加えた結果、導入部を浸すバッファー液を例えばヒーターなどにより温度制御することにより、複数本のキャピラリーを備えるマルチキャピラリーアレイにおけるキャピラリー間の検査結果のばらつきを低減できることを発見した。
【００１６】
さらに、試料の検出を行う検出部、特に検査対象となるキャピラリーの被検出部近傍の温度を制御することによっても、複数本のキャピラリーに関する検出結果のばらつきを低減できることを発見した。
以下、図１から図９までを参照して、本発明の一実施の形態によるキャピラリー型電気泳動装置ついて説明する。
【００１７】
図１は、本発明の一実施の形態によるマルチキャピラリー電気泳動装置の全体構造を示す図である。
図１に示すように、本発明の一実施の形態によるキャピラリー型電気泳動装置Ａは、恒温槽５の収容部ＣＳ内に収容された複数本のキャピラリー３ａからなるマルチキャピラリーアレイ３を有する。マルチキャピラリーアレイ３は、キャピラリー３ａを複数本、例えば１６本有している。
【００１８】
キャピラリー３ａ中には、予め、ＤＮＡ分子などのサンプルが含まれている試料４ａと、試料４ａ内のＤＮＡ分子を分離するための媒体となる分離媒体４ｂとが充填されている。分離媒体４ｂはゲル状のポリマーなどにより構成されている（図２（ｃ））。
【００１９】
試料４ａに含まれるＤＮＡ断片試料は、例えばサンガー反応を用いてプライマー又はターミネータを蛍光物質で標識することにより識別ができるようになっている。蛍光物質で標識されたＤＮＡ断片試料は、後述する光学的手段により識別することができる。
【００２０】
キャピラリー３ａの一端は、恒温槽５の底部から出て検査前に試料４ａを導入するための導入部３ｂを構成している。導入部３ｂは、第１バッファー液１１ａに浸されている。第１バッファー液１１ａは第１バッファー容器１１内に入っている。導入部３ｂには第１電極６ａが取り付けられている。
【００２１】
一方、キャピラリー３ａの他端は、恒温槽５の側部から出て、試料４ａに依存する情報を取得するための検出部１を経て、複数本のキャピラリー３ａがキャピラリー固定部３５においてまとめられてキャピラリーの終端部３ｄを形成している。終端部３ｄは、上部ゲルブロック３４と接続する。上部ゲルブロック３４に対して、第２のバッファー液１５ａが充填される第２のバッファー容器１５と、ゲル（分離媒体）３４ｃが充填されるゲル貯蔵容器２５と、シリンジ３１とが接続されている。
尚、破線で示すように、上部ゲルブロック３４と第２のバッファー容器１５とシリンジ３１との少なくともいずれかを収容する第２恒温槽ＲＨを設けても良い。
【００２２】
本実施の形態によるマルチキャピラリー電気泳動装置Ａは、一般的なマルチキャピラリー電気泳動装置に備えられている恒温槽５によりキャピラリー３ａの温度を制御する温度制御機構ＴＣＭ０の他に、第１から第５までの温度制御機構ＴＣＭ１からＴＣＭ５のうち少なくとも１つの温度制御機構を備えている。
以下、本実施の形態によるマルチキャピラリー電気泳動装置Ａに関して、上記温度制御機構を中心に説明する。
【００２３】
図１から図３までを参照して第１の温度制御機構について説明する。キャピラリー３ａの試料導入部３ｂの端部は、第１バッファー液１１ａに浸されている。第１バッファー液１１ａは、第１バッファー容器１１内に充填されている。図２（ａ）に示すように、試料導入部３ｂ側の電極である第１電極６ａは、金属板６ａ−２にＳＵＳ製のチューブ６ａ−１を圧入することにより形成されている。図２（ｂ）に示すように、試料導入部３ｂをＳＵＳ製のチューブ６ａ−１に通し、試料導入部３ｂと第１電極６ａとを一体化している。図示しない装置側の電極を介して直流電源２１（図１）の正極と第１電極６ａとが接続されている。試料導入部３ｂをＳＵＳ製のチューブ６ａ−１に通した状態で、第１電極６ａを樹脂製のカバーＰＣ内に収容する。尚、図２（ｃ）に示すように、キャピラリー３ａ内には分離媒体４ｂが充填され、試料導入部３ｂ付近に試料４ａが入れられている。
【００２４】
図１及び図３（ａ）に示すように、試料導入部３ｂと第１電極６ａとは、第１バッファー容器１１内に充填されている第１バッファー液１１ａに浸されている。第１バッファー液１１ａは、例えばＴＢＥ（トリス（ヒドロキシメチルアミノメタン）、ほう酸、ＥＤＴＡ混液）、ＴＡＰＳ（Ｎ−トリス（ヒドロキシメチル）メチル−３−アミノプロバンスルホン酸）などにより調整されている。
第１バッファー容器１１は、上部に開口を有するアダプタＡＤ内に収容される。アダプタＡＤは、その内側の底面上にラバーヒーター１２ｂが敷かれている。
【００２５】
ラバーヒーター１２ｂとアダプタＡＤとはシリコンゴムＳＧにより目止め防水がなされている。アダプタＡＤの外側の底面１２ｂ’に開口部１２ｃが形成されている。開口部１２ｃから露出するラバーヒーター１２ｂの裏面にサーミスタ（温度モニタ）ＴＭが取り付けられ、サーミスタＴＭからる第１ケーブルＣＢ１が出ている。さらに、ラバーヒーター１２ｂの裏面にヒーター用電源ＰＳと、ヒューズＦＳとに接続される第２のケーブルＣＢ２が出ている。
【００２６】
ラバーヒーター１２ｂを用いるとラバーヒーター１２ｂと接する第１バッファー容器１１の面内温度を均一にすることが可能である。さらに、ラバーヒーター１２ｂを用いると、放電現象を抑制することが可能になる。
【００２７】
ラバーヒーター１２ｂを敷いたアダプタＡＤ上に第１バッファー容器１１を載せる構造をとることにより、ヒーターの取り替えなどのメンテナンス作業が簡単になる。
尚、ラバーヒーター１２ｂは第１バッファー容器１１に接するように配置されているが、この接するという文言は、単に物理的かつ直接的に両者が接している構成に限定されるものではなく、例えば間接的に接していても良い。すなわち、両者の間に例えば熱伝導性の良いシートなどを挟んでいても良い。要するに、熱力学的に接続されていることを意味する。
【００２８】
上記第１温度制御機構ＴＣＭ１により、複数の試料導入部３ｂ内の分離媒体４ｂの温度差を小さくすることが出来る。
次に検査部１の温度を制御する第２の温度制御機構ＴＣＭ２について、図４及び図５を参照して説明する。
【００２９】
図４（ａ）から（ｃ）までに示すように、複数本のキャピラリー３ａからなるマルチキャピラリー３は、例えばガラス板により形成されるキャピラリー支持部７７と押さえ部材７８との間に挟まれるようにして支持されている。キャピラリー３ａの外周面は、例えばポリイミドなどの遮光性樹脂５１ａにより被覆されている。キャピラリー支持部７７と押さえ部材７８との間に、キャピラリー３ａの外周面に遮光性樹脂５１ａが被覆されていない領域を設ける。この領域にレーザー光Ｌを照射する。この領域を被検出部３ｃと称する。押さえ部材７８のうち被検出部３ｃを含む領域には、開口部７８ａが形成されている。試料にレーザー光を照射した際に発生する励起光Ｋが開口部７８ａを通って外部に放射される。これらの構造を総称して検出部と称する。
尚、キャピラリー３ａの上下両方向からレーザー光Ｌを照射することによりキャピラリー３ａに照射されるレーザー光Ｌの位置による強度のばらつきを低減できる。
【００３０】
図５（ａ）から図５（ｃ）までに示すように、上記キャピラリー支持部７７と押さえ部材７８とその間において支持されるマルチキャピラリー３とは、収容部７内に収容される。収容部７は、本体部７ａと蓋部７ｂとからなる。本体部７ａと蓋部７ｂとは、ヒンジＨＧを中心軸として回動可能となっている。
【００３１】
本体部７ａは、その中央付近に形成されキャピラリー支持部７７と押さえ部材７８とを収容できる第１収容部７ａ−３と、それに連なり、両側に延びる第１溝部７ａ−１と第２溝部７ａ−２と、第２溝部７ａ−２と連なり本体部の側面から突出する突出部７ａ−４とを有している。第１溝部７ａ−１と第２溝部７ａ−２と第１突出部７ａ−４とはマルチキャピラリー３を配置できる平坦面を有している。第１収容部７ａ−３は、上記平坦面よりも深い凹部を形成している。凹部には、本体部７ａを貫通する開口部７ａ−５が形成されている。
【００３２】
一方、蓋部７ｂには、第１収容部７ａ−３に対応する位置に、スプリング部材ＳＰが設けられている。スプリング部材ＳＰは、蓋部７ｂを閉めた際に、キャピラリー支持部７７を押圧することにより、マルチキャピラリーアレイ３を強く支持する。スプリング部材ＳＰの両側には、第１溝部７ａ−１及び第２溝部７ａ−２と対応する位置に、それぞれの溝部と係合する第１凸部７ｂ−１及び第２凸部７ｂ−２とが形成されている。第１突出部７ａ−４と対応する位置に第２凸部７ｂ−２から延びる第２突出部７ｂ−３が形成されている。
蓋部７ｂを閉めた場合には、第１突出部７ａ−４と第２突出部７ｂ−３とにより形成された突出部が、上部ゲルブロック３４（図１）に形成されている凹部３５’内に収容されて、収容部７と上部ゲルブロック３４とが接続できる。
【００３３】
図５（ｂ）は、第１収容部７ａ−３内にキャピラリー支持部７７と押さえ部材７８とを収容するとともに、第１収容部７ａ−３及び第１溝部７ａ−１と第２溝部７ａ−２とに、マルチキャピラリーアレイ３を収容した様子を示している。尚、本体部７ａの上下には、レーザー光を出射するレーザー装置６１が配置される。本体部７ａには、被検出部３ｃ（図４（ｂ））に対応する位置にレーザー光Ｌを到達させるための第１貫通孔７ｃ−１と第２貫通孔７ｃ−２とが形成されている。
【００３４】
レーザー装置６１からレーザー光Ｌを出射すると、被検出部３ｃ内の試料４ａにレーザー光Ｌが照射され、励起光Ｋを発する。励起光Ｋは、開口部７ａ−５から出射し、受光素子、例えばＣＣＤ光電変換素子７３を備えたＣＣＤカメラ７１により検知される。
【００３５】
検出部１の近傍に設けられる第２の温度制御機構ＴＣＭ２は、例えば、第１溝部７ａ−１と第２溝部７ａ−２との蓋部７ｂと対向する表面にそれぞれ貼付された第１のラバーヒーター８ｂ−１及び第２のラバーヒーター８ｂ−２と、第１凸部７ｂ−１と第２凸部７ｂ−２の本体部７ａ及びその対向面にそれぞれ貼付された第３のラバーヒーター８ａ−１と第４のラバーヒーター８ａ−２とのうち少なくともいずれかを含む。さらに、第１収容部７ａ−３の近傍に設けられた温度モニタ８ｃが設けられる。各ラバーヒーターの代わりに熱伝導シートを貼付しても良いし、ラバーヒーターと熱伝導シートとを重ねて貼付しても良い。
【００３６】
尚、蓋部７ｂを閉めた際に、蓋部７ｂと本体部７ａとを固定ねじＦＳにより固定しても良い。尚、検出部１の近傍とは、検出部１に対して直接又は間接に温度制御が可能な範囲内を指す。例えば、収容部７の外周面にヒーターを配置しても良い。
【００３７】
第２の温度制御機構ＭＣ２により、検出部１におけるマルチキャピラリーアレイ内のそれぞれのキャピラリー間の分離媒体の温度差を低減できる。
第３の温度制御機構について図６を参照して説明する。恒温槽５内のキャピラリー収容部ＣＳ内のマルチキャピラリー３は、恒温槽５から検出部１に連なっている。恒温槽５内の検出部１側の側部（出口）には開口が形成されている。恒温槽５の本体部５ａに凹部５ａ−１を、蓋部５ｂに凹部５ａ−１と係合する凸部５ｂ−１を形成する。蓋部５ｂを閉めた際に形成される凹部５ａ−１と凸部５ｂ−１との間の隙間をマルチキャピラリーアレイ３が通る。
【００３８】
第３の温度制御機構は、凹部５ａ−１と凸部５ｂ−１との対向面にそれぞれ貼付されたラバーヒーターＨＳ１及びＨＳ２と、その近傍に設けられた温度モニタＨＳ’を含む。尚、ラバーヒーターは、凹部５ａ−１と凸部５ｂ−１との対向面のいずれか一方に貼付しても良い。また、ラバーヒーターの代わりに熱伝導シートを貼付しても良いし、両者を重ねて貼付しても良い。
第３の温度制御機構ＴＭＣ３により、恒温槽５から検出部１へ向かうマルチキャピラリーアレイ内のそれぞれのキャピラリーの分離媒体の温度差を低減できる。
【００３９】
次に、第４及び第５の温度制御機構について図７を参照して説明する。
上部ゲルブロック３４は、例えばアクリル製のブロックである。上部ゲルブロック３４に対して、シリンジ３１とゲル貯蔵容器２５と第２バッファ容器１５とが接続されている。上部ゲルブロック３４内に、第１から第５までの流路３１ａから３１ｅが形成されている。
【００４０】
ゲル貯蔵容器２５内には新しいゲル３４ｃが充填されている。ゲル貯蔵容器２５は、第１管部３４ｂを介して第２流路３１ｂの端部と接続されている。第１管部３４ｂの先端と第２流路３１ｂとの間には、ゲル貯蔵容器２５から上部ゲルブロック３４に向かう方向へのゲルの流れのみを許容する第１バルブ（逆止弁）Ｖ１が設けられている。
【００４１】
シリンジ３１と上部ゲルブロック３４とが接続部３１’により接続される。ピンバルブＰＶを閉じ、シリンジ３１のプランジャを引き減圧すると、ゲル貯蔵容器２５内の新しいゲル３４ｃが、第１管部３４ｂ、第２流路３１ｂ、第１流路３１ａを経由してシリンジ３１内に充填される。ピンバルブＰＶを閉じ、シリンジ３１のプランジャを加圧すると第１流路３１ａ、第３流路３１ｃ、第４流路３１ｄを経由して、シリンジ３１内に吸収されたゲルをキャピラリー３ａ内に注入することができる。このゲルがキャピラリー３ａ内において分離媒体４ｂとして機能する。なお、検査後の分離媒体４ｂは、上記の方法で新しいゲルを充填することでキャピラリー試料導入部３ｂよりキャピラリー３ａ外に押し出すことができる。
【００４２】
上部ゲルブロック３４内の第５流路３１ｅと下部ゲルブロック１５ｃ内の第６流路１５ｅとの間には、両者を繋ぐ第２管部１５ｂが設けられている。下部ゲルブロック１５ｃは、下方に突出する突出部１５ｃ’を有している。下部ゲルブロック１５ｃには、第６流路１５ｅの末端口１５ｄを開閉するピンバルブＰＶが取り付けられている。ピンバルブＰＶの先端は、突出部１５ｃ’内に達している。分離媒体４ｂは上部ゲルブロック３４内の第５流路３１ｅ、第２管部１５ｂ、下部ゲルブロック１５ｃの第６流路１５ｅ内に充填されている。第２バッファー液１５ａが第２バッファー容器１５内に入っている。第２バッファー容器１５には、バッファー液でなく、例えば代わりに分離媒体４ｂを入れてもよい。分離媒体４ｂと第２バッファー液１５ａとは、第６流路１５ｅの末端口１５ｄで接している。
【００４３】
電気泳動を行う場合には、ピンバルブＰＶを引き抜く方向に（図面の上方）移動させる。第２電極６ｂの先端部６ｂ’は、接地されている。ピンバルブＰＶを開にすると、第１電極６ａと第２電極６ｂとの間に、第１電極６ａからキャピラリー試料導入部３ｂ間のバッッファー液１１ａ、キャピラリー試料導入部３ｂからキャピラリー３ａ内、キャピラリー終端部３ｄ、上部ゲルブロック３４の第５流路、第２管部１５ｂ、下部ゲルブロック１５ｃの第６流路１５ｅに充填された分離媒体４ｂ、さらに第６流路１５ｅの末端口１５ｄから第２電極６ｂまでは第２バッファー液１５ａから成る通電路が形成される。したがって、ピンバルブＰＶを開にし、第１電極６ａと第２電極６ｂとの間に直流電源２１（図１）により電圧を印加することにより、上記した通電路の両端間（正確には通電路内に充填された分離媒体およびその両端のバッファー液）にも電圧を印加することができる。このようにして、キャピラリー３ａ内に充填された分離媒体４ｂに電流を流すことができる。
【００４４】
バルブが開となり、分離媒体４ｂは、孔部１５ｂ’と孔部１５ｂ’’とを通って装置側の電極まで満たされる。従って、キャピラリー３ａ内に充填された分離媒体４ｂに電流を流すことができる。
キャピラリー３ａ内にゲルを充填する場合には、ピンバルブＰＶを押し込む。ピンバルブＰＶによりキャピラリー３ａと装置側の電極との間の分離媒体による通電路を閉にする。この際には、シリンジ３１を用いて、分離媒体をゲル貯蔵容器２５からキャピラリー３ａ内に注入することができる。
【００４５】
ここで、第４の温度制御機構ＴＣＭ４として、第２管部１５ｂの外側面に配置されたラバーヒーター３６と、ラバーヒーター３６の開口部から露出した第２管部１５ｂの外表面に取り付けられた温度モニタ３６ｂを用いる。或いは、第２バッファー容器１５の外表面に貼付されたラバーヒーターＨＴとラバーヒーターＨＴの開口部から露出する第２バッファー容器１５の露出面に貼付された温度モニタＨＴ’を設けても良い。両方を設けても良い。上部ゲルブロック３４の外表面又は内部にヒーターを設けても良い。
【００４６】
尚、第１バッファー液１１ａと第２バッファー液１５ａとは、例えばＴＢＥ（トリス（ヒドロキシメチルアミノメタン）、ほう酸、ＥＤＴＡ混液）、ＴＡＰＳ（Ｎ−トリス（ヒドロキシメチル）メチル−３−アミノプロバンスルホン酸）などにより調整されている。第２管部も同様のバッファー液１５ａ中に浸されている。
【００４７】
バッファー液１１ａ・１５ａは、バッファー容器１１・１５中に充填されている。第１電極６ａ及び第２電極６ｂも、それぞれバッファー液１１ａ、バッファー液１５ａ中に浸っている。バッファー液１１ａ・１５ａにより、キャピラリー３ａに高電圧を印加した際に生じる放電を防止し、電気泳動をスムーズに行わせることができる。
また、図７において、第２バッファ液１５ａの上面は、第６流路の末端口１５ｄよりも上方に位置している。従って、下部ゲルブロック１５ｃの突出部１５ｃ’は、第２バッファ液１５ａ内に少なくとも一部が浸されている。
【００４８】
第４の温度制御機構ＴＣＭ４により、第２バッファー容器近傍におけるマルチキャピラリーアレイ内のそれぞれのキャピラリーの分離媒体の温度差を低減できる。
次に第５の温度制御機構について図１を参照して説明する。第５の温度制御機構ＴＣＭ５は、上部ゲルブロック３４と、第２バッファー液１５ａと、第２管路１５ｂとのうちの少なくとも１つの温度を調整する。好ましくは、第２恒温槽ＲＨとその中に取り付けられた温度モニタＲＨ’である。
【００４９】
第５の温度制御機構ＴＣＭ５により、上部ゲルブロック３４と、第２バッファー液１５ａと、第２管路１５ｂとのうちの少なくとも１つの領域におけるマルチキャピラリーアレイ内のそれぞれのキャピラリーの分離媒体の温度差を低減できる。
【００５０】
次に、電気泳動装置Ａに設けられた温度調節機能について図８を参照して説明する。
まず、全体の温度制御、例えばＰＩＤ制御を行うための温度制御部２６が設けられている。温度制御部２６は、キャピラリー電気泳動装置Ａ内における温度制御を一括して行う。
【００５１】
前述のように、恒温槽５内には、恒温槽５内の温度をモニタする温度モニタ３１が設けられている。温度モニタ３１が制御部２６に信号Ｓ１を送り、それに基づいて恒温槽５内の温度を制御する制御信号Ｓ２を送ることにより基本的な温度制御機構ＴＭＣ０を構成する。
【００５２】
第１の温度制御機構ＴＭＣ１は、ラバーヒーター１２ｂと温度モニタ１２ｄとを含む。温度モニタ１２ｄが制御部２６に信号Ｓ３を送り、それに基づいて、制御部２６は、ラバーヒーター１２ｂを介して第１バッファー液１１ａの温度を制御する制御信号Ｓ４を送る。
【００５３】
第２の温度制御機構ＴＭＣ２は、ラバーヒーター８ａ−１、８ａ−２及びラバーヒーター８ｂ−１、８ｂ−２と温度モニタ８ｃとを含む。温度モニタ８ｃが制御部２６に信号Ｓ５を送り、それに基づいて、制御部２６は、各ラバーヒーターを介して検出部１近傍（キャピラリー被検出部３ｃ内）の分離媒体４ｂの温度を制御する制御信号Ｓ６を送る。
【００５４】
第３の温度制御機構ＴＭＣ３は、ラバーヒーターＨＳ１，２と温度モニタＨＳ’とを含む。温度モニタＨＳ’が制御部２６に信号Ｓ７を送り、それに基づいて、制御部２６は、ラバーヒーターＨＳ１，２を介して恒温槽５の出口付近の温度を制御する制御信号Ｓ８を送る。
【００５５】
第４の温度制御機構ＴＭＣ４は、ヒーター３６と温度モニタ３６ｂとを含むとともに、第２バッファー容器１５の外周面に接するヒーターHTと温度モニタHT’とを含む。温度モニタ３６ｂと温度モニタHT’とから制御部２６に信号Ｓ９を送り、それに基づいて、制御部２６は、ヒーター３６、ＨＴを介して上部ゲルブロック３４近傍の分離媒体４ｂの温度を制御する制御信号Ｓ１０を送る。
【００５６】
第５の温度制御機構ＴＭＣ５は、恒温槽RHと恒温槽RH内に設けられた温度モニタRH’とを含む。温度モニタＲＨ’が制御部２６に信号Ｓ１１を送り、それに基づいて、制御部２６は、恒温槽ＲＨの温度を制御する制御信号Ｓ１２を送る。
【００５７】
尚、ラバーヒーター１２ｂは、第１バッファー容器１１の底面に接して設けられているが、第１バッファー容器１１の外側の側面に設けても良い。ラバーヒーター１２ｂは、底面又は側面のうちのいずれか一方に取り付けても良いし、両方に取り付けても良い。さらに、第１バッファー容器１１をヒーター上に載せて温度制御を行っても良い。
【００５８】
温度制御部２６は、温度モニタからそれぞれ制御部２６に送られる信号Ｓ１、Ｓ３、Ｓ５、Ｓ７、Ｓ９及びＳ１１とに基づいて、恒温槽又はヒーターに対して温度制御信号Ｓ２、Ｓ４、Ｓ６、Ｓ８、Ｓ１０及びＳ１２を送信することにより各部分ごとの温度制御を行う。温度モニタとしては、例えば白金抵抗体や熱電対を用いることができる。
【００５９】
前述のように、温度制御法としては、例えばＰＩＤ（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ ｐｌｕｓ ｉｎｔｅｇｒａｌ ｐｌｕｓ ｄｅｒｉｖａｔｉｏｎ）法を用いることもできる。すなわち、温度モニタからの検出出力を、ヒーターやペルチェ素子などにフィードバックする方法を用いることができる。
【００６０】
温度制御は、複数本のキャピラリー３ａの管径方向の温度（端部からの長さが同じ位置におけるキャピラリー内の分離媒体の温度）差が小さくなるように制御する。例えば、恒温槽５に取り付けられた温度モニタ３１により測定された温度と、その他の部分との温度差が小さくなる方向に制御すると、管径方向の温度差も小さくなる傾向にある。
【００６１】
以下、上記のマルチキャピラリー型電気泳動装置Ａの使用方法（試料の検査方法）について簡単に説明する。
まず、シリンジ３１を用いて、キャピラリー３ａ内に分離媒体４ｂを充填する。例えば１６本のキャピラリー３ａを用いる。次いで、試料導入部３ｂ側から、塩基の長さの異なる複数種のＤＮＡ分子（ＤＮＡ断片試料）を含む試料４ａをキャピラリー３ａ内に充填されている分離媒体４ｂ中に導入する。試料導入部３ｂを、第１バッファー容器１１内に充填されている第１バッファー液１１ａに浸す。温度制御部２６により、複数本のキャピラリー３ａ間の温度差が小さくなるようにＰＩＤ制御を行う。
【００６２】
第１から第５までの温度制御機構のうち少なくともいずれかを用いることにより、複数本のキャピラリー３ａの管径方向の温度差が小さくなるように温度制御を行う。温度制御を継続したまま、高圧直流電源２１により第１電極６ａ（陰極）と第２電極６ｂ（陽極）との間に、例えば１０ｋＶから２０ｋＶ程度の高電圧を印加する。
【００６３】
ＤＮＡ分子は負に帯電しているため、第２電極６ｂ側に向けて移動（電気泳動）する。塩基の長さによりＤＮＡ分子の電気泳動速度に差異を生じる。塩基の長さが短い分子ほど電気泳動速度が速くなり、被検出部３ｃに到達するまでに要する時間が短くなる。被検出部３ｃに到達した試料（ＤＮＡ分子）に対して、レーザー光Ｌが照射されると、ＤＮＡ分子に付されている識別標識が励起されて蛍光を発する。蛍光はＣＣＤカメラ７１に設けられている受光素子（ＣＣＤ固体撮像素子）７３により光電変換される。ＣＣＤカメラ７１により得られた電気信号からＤＮＡ分子の識別が可能なため、ＤＮＡの種類を識別することができる。すなわち、ＤＮＡ断片を含む試料を電気泳動させ、電気泳動の途中で試料からの蛍光を検出することにより塩基配列を決定するＤＮＡ塩基配列解析を行うことができる。
前述のように、検査後の分離媒体４ｂと試料４ａとは、経路３１ｅを通って外部に排出することができる。１回の検査ごとに、分離媒体４ｂを交換し、新しい分離媒体４ｂを用いた新たな検査を行うのが好ましい。
【００６４】
図９に、キャピラリー３ａを１６本用い、これらに同じ試料を入れ同条件で同時に電気泳動を行った場合の電気泳動時間の標準偏差を示す。図９は、第１バッファー容器１１と検出部１とにそれぞれ第１の温度調節機構ＴＣＭ１と第２の温度制御機構ＴＣＭ２とを取り付けた場合の実験結果である。
【００６５】
第１バッファー容器１１と検出部１とのいずれにも温度制御機構を設けない場合（一般的な電気泳動装置）の、１６本のキャピラリー３ａ間の電気泳動時間の標準偏差は、０.６２程度である。一方、第１の温度制御機構ＴＣＭ１のみを設けた場合の、１６本のキャピラリー３ａ間の電気泳動時間の標準偏差は０.１６程度である。第２の温度制御機構ＴＣＭ２のみを設けた場合の、１６本のキャピラリー３ａ間の電気泳動時間の標準偏差は、０.１３程度である。尚、第１の温度制御機構ＴＣＭ１と第２の温度制御機構ＴＣＭ２の両方を設けた場合の１６本のキャピラリー３ａ間の電気泳動時間の標準偏差は、０.１３程度である。
これらの結果より、第１バッファー容器１１又は検出部１のいずれかに温度制御機構を設けて温度制御を行うことにより、１６本のキャピラリー間における電気泳動時間の差を小さくすることができることがわかる。
【００６６】
次に、本発明の一実施の形態の変形例によるマルチキャピラリー型電気泳動装置について、図１０を参照して説明する。図１０は、マルチキャピラリー型電気泳動装置のうち検出部１の構造を示す断面図である。
図１０に示すように、本変形例によるマルチキャピラリー型電気泳動装置の検出部１にも、キャピラリー３ａを挟んでキャピラリー支持部７７と反対側に、押さえ板７８とその外側面の少なくとも一部を覆うＡｌなどの良熱伝導体７ｄとが設けられている。良熱伝導体７ｄの外周面に接してペルチェ素子８１が取り付けられている。その他の構成は、前述のマルチキャピラリー型電気泳動装置と同様である。ペルチェ素子８１は、直流電源９１に接続されている。より詳細には、ペルチェ素子８１は、ｎ型半導体層８１ａと、ｐ型半導体層８１ｂと、ｎ型半導体層８１ａの一表面に形成され出力電圧を変化させることができる可変直流電源９１の負極と接続される電極８１ｄと、ｐ型半導体層８１ｂの一表面に形成され可変直流電源９１の正極と接続される電極８１ｃと、ｎ型半導体層８１ａ及びｐ型半導体層８１ｂのそれぞれの一表面と反対側の表面に形成され、両半導体層８１ａ及び８１ｂに共通の共通電極８１ｅとを有している。
【００６７】
一方、ＣＣＤ固体撮像素子７３に接して良熱伝導体７５が形成されている。ＣＣＤ固体撮像素子７３と共通電極８１ｅとの間は、良熱伝導体７５により熱交換が行われるようになっている。良熱伝導体７５にも温度モニタが取り付けられている。温度モニタにより測定された温度に基づく電気信号は、制御部２６（図１）に向けて送信される。制御部２６は、電気信号に基づき、可変直流電源９１に向けて、印加電圧を決めるための制御信号を送信する。
【００６８】
例えば、温度モニタ８ａ’により測定された温度が低すぎる場合には、制御部２６は、可変直流電源９１に対して、ペルチェ素子８１に印加する電圧を大きくするための信号を送信する。ペルチェ素子８１に印加する電圧を大きくすると、電極８１ｃ及び電極８１ｄ側の温度が高くなる。従って、キャピラリー３ａの温度が上がる。一方、電極８１ｅの温度は低くなるので、良熱伝導体７５を介してＣＣＤ固体撮像素子７３を冷却することができる。ＣＣＤ固体撮像素子７３のノイズを低減することができる。
以上、実施の形態に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。その他、種々の変更、改良、組み合わせが可能なことは当業者に自明であろう。
【００６９】
【発明の効果】
本発明のマルチキャピラリー電気泳動装置によれば、複数本のキャピラリーの、管径方向の電気泳動速度のばらつきを抑制することができる。
従って、マルチキャピラリー電気泳動装置を用いた場合に、試料の検査をより正確に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態によるマルチキャピラリー電気泳動装置の全体構造を示す図である。併せて、第５温度制御機構の構造を示す。
【図２】図２（ａ）及び図２（ｂ）は、本発明の一実施の形態によるマルチキャピラリー電気泳動装置のうち第１電極の構造を示す図であり、図２（ｃ）は、第１電極内に挿入された試料導入部付近のキャピラリーの構造を示す図である。
【図３】図３（ａ）及び図３（ｂ）は、本発明の一実施の形態によるマルチキャピラリー電気泳動装置のうち第１バッファー容器と、その中に入れられた第１バッファー液を温度制御する第１温度制御機構の構造を示す図である。
【図４】図４（ａ）から図４（ｃ）までは、本発明の一実施の形態によるマルチキャピラリー電気泳動装置のうち検出部の構造を示す図である。
【図５】図５（ａ）から図５（ｃ）までは、本発明の一実施の形態によるマルチキャピラリー電気泳動装置のうち検出部を収容する収容部と、検出部の温度制御を行う第２温度制御機構の構造を示す図である。併せて、光学手段の配置を示す。
【図６】図６（ａ）及び図６（ｂ）は、本発明の一実施の形態によるマルチキャピラリー電気泳動装置のうち恒温槽の出口付近のキャピラリー間を温度制御する第３の温度制御機構の構造を示す図である。
【図７】図７（ａ）は、本発明の一実施の形態によるマルチキャピラリー電気泳動装置のうちゲルブロックと第２バッファー液を充填する第２バッファー容器及び両者を接続する管路を含む構造を示す図であり、特に管路と第２バッファー容器を温度制御する第４温度制御機構の構造を示す図である。図７（ｂ）は、第２バッファー容器の蓋部の側面図である。
【図８】本発明の一実施の形態によるマルチキャピラリー電気泳動装置の制御部と各温度制御機構との関係を示す図である。
【図９】本発明の一実施の形態によるマルチキャピラリー電気泳動装置を用いた場合の、キャピラリー間の電気泳動時間の標準偏差を示す図である。
【図１０】本発明の位置実施の形態の変形例によるマルチキャピラリー電気泳動装置の検出部の構造を示す図である。
【図１１】一般的なマルチキャピラリー電気泳動装置の概略構造を示す図である。
【符号の説明】
Ａ…キャピラリー電気泳動装置、ＴＭＣ１〜ＴＭＣ５…第１〜第５温度制御機構、１…検出部、３…マルチキャピラリーアレイ、３ａ…キャピラリー、３ｂ…試料導入部、３ｃ…被検出部、３ｄ…終端部、４ａ…試料、４ｂ…分離媒体、５…恒温槽、６ａ…第１電極、６ｂ…第２電極、７…（検出部の）収容部、７ａ…本体部、７ｂ…蓋部、１１…第１バッファー容器、１１ａ…第１バッファー液、１５…第２バッファー容器、１５ａ…第２バッファー液、２１…直流高圧電源、３４…ゲルブロック、６１…レーザー装置、７３…ＣＣＤ固体撮像素子、７７…キャピラリー支持部。
Claims (12)
- 試料を分離するための分離媒体が充填され、一端に試料導入部があり、該試料導入部から離れた位置に分離された前記試料に依存する情報を取得する検出部を有するマルチキャピラリーアレイと、前記試料導入部と前記検出部とを含む通電路に電圧を加える電圧印加機構と、前記マルチキャピラリーアレイから前記試料導入部を除いた部分の一部又は全体を収容する恒温槽と、前記試料導入部を浸す第１バッファー液を収容する第１バッファー容器と、該第１バッファー液の温度を調整する第１温度制御機構と、を有し、前記恒温槽に収容されていない前記試料導入部が管径方向に周辺部と中心部とが存在するように配置されているマルチキャピラリー電気泳動装置。
- 請求項１記載のマルチキャピラリー電気泳動装置において、前記第１温度制御機構が前記第１バッファー容器と接するラバーヒーターを含むことを特徴とするマルチキャピラリー電気泳動装置。
- さらに、前記検出部の温度を調整する第２温度制御機構を有する請求項１又は２に記載のマルチキャピラリー電気泳動装置。
- 請求項３に記載のマルチキャピラリー電気泳動装置において、前記第２温度制御機構が前記検出部の近傍に配置されたヒーターを含むことを特徴とするマルチキャピラリー電気泳動装置。
- 試料を分離するための分離媒体が充填され、一端に試料導入部があり、該試料導入部から離れた位置に分離された前記試料に依存する情報を取得する検出部を有するマルチキャピラリーアレイと、前記試料導入部と前記検出部とを含む通電路に電圧を加える電圧印加機構と、前記マルチキャピラリーアレイから前記試料導入部と前記検出部とを除いた部分の一部又は全体を収容する恒温槽と、前記試料導入部を浸す第１バッファー液を収容する第１バッファー容器と、該第１バッファー液の温度を調整する第１温度制御機構と、前記検出部の温度を調整する第２温度制御機構と、を有し、前記恒温槽に収容されていない前記試料導入部が管径方向に周辺部と中心部とが存在するように配置されているマルチキャピラリー電気泳動装置。
- 請求項５に記載のマルチキャピラリー電気泳動装置において、前記第１温度制御機構が前記第１バッファー液を加熱する第１ヒーターと前記第１バッファー液の温度を測定する第１センサーとを含み、前記第２温度制御機構が前記検出部を加熱する第２ヒーターと前記検出部の温度を測定する第２センサーとを含むことを特徴とするマルチキャピラリー電気泳動装置。
- さらに、前記恒温槽内であって、該恒温槽の前記検出部側の出口近傍の温度を調節する第３温度制御機構を備える請求項１から６までのいずれか１項に記載のマルチキャピラリー電気泳動装置。
- さらに、前記恒温槽の外部に配置され、前記キャピラリーアレイに前記分離媒体を充填するためのゲルブロックと、該ゲルブロックの温度を調節する第４温度制御機構とを有することを特徴とする請求項１から７までのいずれか１項に記載のマルチキャピラリー電気泳動装置。
- 前記マルチキャピラリーアレイと繋がれ、前記分離媒体が充填される流路と、該流路の温度を制御する第４温度制御機構とを有することを特徴とする請求項１から７までのいずれか１項に記載のマルチキャピラリー電気泳動装置。
- さらに、前記マルチキャピラリーアレイと繋がれ、前記分離媒体が充填される流路と、該流路が浸された第２バッファー液を収容する第２バッファー容器と、前記第２バッファー液の温度を制御する第５温度制御機構とを有することを特徴とする請求項１から９までのいずれか１項に記載のマルチキャピラリー電気泳動装置。
- 請求項１０に記載のマルチキャピラリー電気泳動装置において、前記第５温度調節機構が前記第２バッファー容器に接するヒーターを含むことを特徴とするマルチキャピラリー電気泳動装置。
- 請求項１から１１までのいずれか１項に記載のマルチキャピラリー電気泳動装置において、前記検出部は前記試料にレーザー光を照射することで発生する励起光を受光する受光部と、該受光部を冷却又は前記検出部を加熱する発熱冷却素子を有していることを特徴とするマルチキャピラリー電気泳動装置。
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