JP4078324B2 - Electrophoresis apparatus and capillary array - Google Patents

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Description

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 detection of DNA (nucleic acid) and the like, analysis of DNA base sequence, 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))
An example of an electrophoresis apparatus for separating and analyzing a fluorescently labeled sample by molecular weight by electrophoresis is a DNA base sequence determination apparatus using a fluorescent substance as a label. The nucleotide sequence is determined by the well-known dideoxy method of Sanger et al. Molecular weight separation is performed by electrophoresis using a polyacrylamide gel or the like. Usually, electrophoresis is performed using a polyacrylamide gel formed on a flat plate formed between two glass plates. Recently, however, a capillary gel electrophoresis method in which a gel (capillary gel) is prepared in a capillary for electrophoresis is used. Has been developed. In capillary gel electrophoresis, since the capillary diameter is generally small, the surface area per volume of the gel is large, and Joule heat can be easily dissipated, so that a high voltage can be applied and high-speed separation can be achieved. Is a useful method. As a first conventional example of capillary gel electrophoresis, “Nuclideic Acid Research”, Vol. 18, pages 1415-1419 (1990) (Nucleic Acid Research, 18, 1415-1419 (1990)) There is a method described. As shown in FIG. 19, a capillary with an inner diameter of 75 μm is used, and 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 capillary axis and the laser beam irradiation axis are tilted by about 25 degrees from the vertical direction, and the laser beam is condensed and irradiated to the central part of the capillary at a diameter of about 20 μm. Spectral detection is performed using a bandpass interference filter or the like. Note that FIG. 19 has been rewritten in an easy-to-understand manner based on the device diagram described in the prior art. Furthermore, as a second conventional example, “Journal of Chromatography”, Vol. 516, pages 61-67 (1990) (Journal of Chromatography, 516, 61-67 (1990)), 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 described in “Science”, Vol. 242, pages 562-564 (1988) (Science, 242, 562-564 (1988)). FIG. 20 shows a device configuration in which a laser light source, a sheath flow pump, and the like are added to the device diagram described in “Science” for easy understanding. For detection of DNA fragments, the molecular weight-separated separation liquid is introduced into a quartz flow chamber (inner shape 250 μm × 250 μm), and tris-borate buffer containing EDTA is used as a sheath liquid to flow through a liquid chromatography pump. In this state, the laser beam is condensed and irradiated to the separation liquid flowing in the substantially central part of the flow chamber to a diameter of about 10 μm, and the fluorescence from the DNA fragment is detected through a spectral filter or the like. In addition, as a method for determining a base sequence in one migration path, which is a third conventional example, for example, “Nature”, Vol. 321, pages 674-679 (1986) (Nature, 321, 674-679). (1986)) and the like, for each type of terminal base of the DNA fragment, phosphors having four different maximum fluorescence wavelengths (fluorescein, 4-chloro-7-nitrobenzo-2-oxa-1). -Labeled with diazole (NBD), tetramethylrhodamine, Texas red (product of Molecular Probes)), the fragments migrated in order of molecular weight are excited with laser light, and each fluorescence is detected by four types of bandpass interference filters. There is a method in which the nucleotide sequence is determined by separating and detecting fluorescence. As described above, in capillary gel electrophoresis, measurement is usually performed using only one capillary.
“Nuclideic 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。   Capillary electrophoresis apparatuses are desired to have high detection sensitivity as the amount of sample is reduced. Furthermore, it is desired to improve the processing capability, for example, 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。   Generally, in fluorescence measurement in an electrophoretic state, in addition to fluorescence from the target phosphor itself, as background light, scattering light (ex. Rayleigh scattering) of excitation light from the gel and fluorescence, gel support, that is, the inner wall of the capillary And scattered light on the outer wall or fluorescence from the capillary itself. For this reason, the background level becomes high and the detection sensitivity is lowered. That is, in order to achieve highly sensitive fluorescence detection, how to remove such background light is an important issue.

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 throughput, it is necessary to increase the migration speed, and to simultaneously migrate and measure multiple capillaries as 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 the fluorescence component, and the capillary axis as the laser beam irradiation axis and the fluorescence condensing. Higher sensitivity fluorescence detection is achieved by two measures of the second measure that is inclined by about 25 degrees from the perpendicular to the plane including the axis. However, with the first countermeasure, 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 although it is weak, and it is difficult to sufficiently remove the background light with a band-pass interference filter or the like. The second countermeasure is an effective method that can reduce the scattered light incident on the fluorescent light collecting lens itself by tilting the capillary. However, since the capillary has a circular cross section and a small diameter, it is scattered. Because the light intensity is high, the scattered light is radiated in all directions, and the fluorescence from the gel and the glass tube itself cannot be reduced by tilting the capillary. It is difficult to remove. From the above viewpoint, it is difficult to detect fluorescence with high sensitivity because the background light is not sufficiently removed. In this conventional example, there is one capillary, and there is no description or suggestion of a method for simultaneously processing a plurality of samples. It is conceivable to simply use a plurality of the devices shown in FIG. 19, but a plurality of laser light sources, detectors, optical components and the like are required, which makes the device 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 the capillaries are irradiated with light such as a laser beam, the capillary has a circular cross section, so that light is transmitted at the interface. Refraction / scattering occurs, and light passing through the capillary diffuses widely, so this configuration cannot be practically achieved. In other words, there is no problem with a single capillary, but when multiple capillaries are continuously irradiated, the intensity of light irradiated to the next capillary is extremely weak every time it passes through the capillary, making it difficult to measure fluorescence. become. From the above, it is difficult to apply this conventional example to simultaneous processing of a plurality of samples and 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 the capillary and the 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 liquid is led out of the capillary gel and fluorescence measurement is performed under the sheath flow. Generation of light and fluorescence is eliminated. In the sheath flow chamber, the sample liquid flows almost in the center in a laminar flow state and does not come into contact with the inner wall of the sheath flow chamber, so that the scattered light from the sheath flow chamber and the fluorescence from the sample are separated spatially. And the fluorescence intensity can be detected with high sensitivity. However, in order to form a sheath flow, it is necessary to always flow the tris-borate buffer solution in the sheath flow chamber at a constant flow rate using a liquid chromatography pump or the like as a sheath solution. Therefore, there is a problem 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 as the sheath flow part is thin, and it is difficult to manufacture the sheath flow chamber and it is expensive. Further, as in the first conventional example, there is no description or suggestion about simultaneous processing of a plurality of samples in this conventional example. It is not practical to simply use a plurality of devices shown 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 light refraction / scattering by the capillary. However, since there is a sheath flow chamber for each capillary, it is difficult to spatially narrow the gap between the capillaries, and as a result, the sheath flow chamber becomes large, and when multiple sheath flow chambers are used There is a problem that the apparatus becomes large and expensive. Furthermore, in order to irradiate all the sample liquid bundles flowing in the plurality of sheath flow chambers under the same conditions, the laser beam cannot be narrowed down. This is because the focal depth of the laser beam is related to the irradiation spot size, and when the irradiation spot size becomes smaller, the focal depth becomes shallower, whereas the interval between the sample liquid bundles flowing in the plurality of sheath flow chambers is wider. . From the above, it is difficult to apply this conventional example to simultaneous processing of a plurality of samples and 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, an electrophoresis apparatus capable of easily performing fluorescence measurement or light absorption measurement of a sample separated by electrophoresis with high sensitivity, and a plurality of samples It is an object of the present invention to provide an electrophoresis apparatus that can easily perform the simultaneous processing. Another object of the present invention is to provide an electrophoresis apparatus that is suitable for DNA base sequence measurement, has good operability and safety, has high sensitivity, and has high throughput.

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 part provided between a cathode electrode tank and an anode electrode tank to which a voltage is applied by a power source is an electrophoresis path consisting of capillaries, (1) An optical cell in which the other end of each of a pair of capillaries or a plurality of capillaries connected to the cathode electrode tank or the anode electrode tank is arranged in the optical cell so as to face each other while maintaining a constant gap in the axis. Forming a migration path that passes through the capillary tube, injecting and flowing sheath liquid into the optical cell from the outside, and setting the sample to be migrated from the capillary end of the upstream migration path, which is the sample separation section, in a sheath flow state and facing the capillary In order to detect the sample by irradiating the optical detection unit with light from a light source, or (2) a plurality of cartridges whose one end is immersed in an electrode tank. The rally is terminated in the optical cell, and the sheath liquid is injected into the optical cell from the outside to flow, so that the sample migrating each capillary flows in the optical cell in the sheath flow state, and the sheath flow part is the optical detection part. The electrophoresis apparatus is configured to detect the sample by irradiating the optical detection unit with light from the light source. (3) The other end of a plurality of capillaries whose one ends are immersed in an electrode tank are held and fixed in an optical cell so as to be aligned in a straight line, and a sheath liquid made of an aqueous solution is placed in the optical cell. The sheath flow is formed in the vicinity of and under the end of each capillary, and the sample migrating through each capillary flows through the optical cell in the sheath flow state, and the injected sheath liquid is discharged from the optical cell and excited. The light from the light source part is irradiated almost directly in parallel with the straight line directly below the ends of the plurality of capillaries arranged in a straight line in the optical cell, and fluorescence is generated from the sample that flows out of each capillary, A plurality of generated fluorescent images are divided, and spectral filters are respectively arranged in front or rear of the dividing means so that the divided images have light components in different wavelength ranges. 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 detection units formed by a plurality of capillary pairs are arranged in an optical cell. In addition, a plurality of capillary pairs are arranged in an optical cell so that a plurality of optical detection units by a plurality of capillary pairs are positioned on a straight line, and excitation light is irradiated so as to irradiate all the optical detection units simultaneously. Irradiation is performed along this straight line, and fluorescence measurement is simultaneously performed by the plurality of optical detection units. In the configuration (2), the plurality of optical detection units formed by the plurality of capillaries are positioned on a straight line. The capillaries are arranged in an optical cell, and excitation light is irradiated along the straight line so as to irradiate all the optical detectors simultaneously, so that the fluorescence emitted from the sample migrating each capillary is simultaneously 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), as in (1), the ends are held in a straight line at the same number or more as the electrophoresis separation capillaries and at the same intervals as the electrophoresis separation capillaries. A structure in which the aqueous solution is discharged from the optical cell through a hollow capillary disposed in the vicinity of a plane including the capillary end and the laser beam irradiation axis may be employed. A structure is used in which images from a plurality of samples that migrate through each capillary are divided using a polyhedral prism. The image may be divided into four and each may be detected simultaneously. The fluorescence images from the samples respectively migrating through the plurality of capillaries or the divided fluorescence images are formed on the detector at the same time, and their intensities are measured simultaneously. Fluorescence emitted from a sample may be divided and imaged after being collected by a lens, or may be detected after being condensed and imaged in one direction by a cylindrical lens.

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 part is composed of a capillary gel, and the sheath liquid is made of the same component as the buffer solution inside the capillary, and can also contain a sample denaturing agent. Further, the means for holding a plurality of capillaries and the optical cell can be detachable, and an insertion guide for holding the capillary holder at a specified position can be provided inside the optical cell. The injection of the aqueous solution into the optical cell is performed by providing a sheath liquid container containing the aqueous solution outside the optical cell and placing the liquid surface at a position higher than the surface of the liquid drained from the optical cell, or Using an optical cell with an open top, the 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 the drainage port in the optical cell. It may be arranged and performed by a drop. 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 for detecting the liquid level in the optical cell, and a mechanism for supplying the aqueous solution in the sheath liquid container via a valve when the liquid level is lowered. The optical detection unit measures 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 coaxially combined into one. The resulting image such as fluorescence can be detected by a two-dimensional detector. In addition, the sample is injected into each of the plurality of capillaries simultaneously. The electrode on the downstream side of electrophoresis can be not only inside the container from which the sheath liquid is discharged, but also inside the optical cell or inside the sheath liquid container. The electrode on the downstream side of the migration has a potential of 0 V (ground), or the absolute value thereof is smaller than the absolute value of the potential on the other migration upstream side. Also, a mechanism may be provided in which the level of the aqueous solution accumulated in the electrode tank on the downstream side where the sample is migrated is made substantially constant, and the excess aqueous solution is drained into the tank. Further, the ratio of the length of both ends of the fluorescence emitted from the sample running through a plurality 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. In addition, it is desirable that the distance between adjacent capillaries is 10 times the capillary size or less. In electrophoresis, it is desirable to have a structure in which the number of electrodes on the downstream side on which the sample is migrated is one and the number of electrodes on the sample injection side matches the number of capillaries for electrophoresis separation. Furthermore, a mechanism is provided for measuring and displaying the value of the current flowing in the electrophoresis separation capillary for each capillary. The current values may be binarized and displayed. The electrophoresis separation capillary is silanized at least on the inner surface in the vicinity of the end held inside the optical cell and filled with a gel so that at least the gel in the vicinity of the end held in the optical cell. 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, the other end of one or more pairs of capillaries each having one end connected to the cathode electrode tank or the anode electrode tank is connected to the axis of the optical cell in the optical cell. Since they are arranged so as to be substantially coincident with each other while maintaining a certain gap, an electrophoresis path penetrating a part of the optical cell can be formed. Since the sheath liquid is injected into the optical cell from the outside and flowed, the sample migrated from the capillary end of the upstream migration path, which is the sample separation unit, can be guided to the opposing capillary in a sheath flow state. The sample can be continuously electrophoresed between the capillary and the downstream capillary, and the sample can be reliably electrophoresed only in the axial gap between the upstream capillary and the downstream capillary. . Using this gap as an optical detection unit, light irradiation from the light source to the optical detection unit 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 by the capillary or capillary gel can be avoided, and highly sensitive fluorescence or light absorption measurement can be performed. In this way, by aligning the plurality of capillaries in the optical cell so that the axes substantially coincide with each other while maintaining a certain gap, the capillary on the upstream side that is the sample separation part and the gap part that is the optical detection part can be easily provided. Can be configured. Moreover, by arranging a pair of capillaries on the downstream side, the sample migration path can be accurately defined, light irradiation from the light source can be made easily and reliably, and light such as fluorescence can be easily received. And can be sure. In addition, the sheath liquid and the sample liquid flow out of the optical cell only through the inside of the downstream capillary. However, since the capillary has a small diameter, the flow rate of the sheath liquid injected into the optical cell 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, regardless of the dimensions of the optical cell, the cross-sectional area inside the sheath liquid injection part is made thicker as in a normal sheath flow chamber, and the cross-sectional area of the sheath flow part is increased. Therefore, it is not necessary to adjust the optical cell so as to make it thinner, and a rectangular optical cell can be used. Therefore, the optical cell can be manufactured easily and inexpensively. In this way, a plurality of optical detection units formed by a plurality of capillary pairs can be arranged close to each other in the optical cell, and the apparatus can be reduced in size. Since only one optical cell and one pipe for forming the sheath flow are required, the apparatus can be configured easily and inexpensively. In addition, the sample migrated from each capillary is in a sheath flow state for each capillary when passing through the optical detection unit, and the flow of the sheath liquid is all 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, the cross-sectional area thereof becomes large. However, since the sheath liquid flows out through each capillary on the downstream side, the effective cross-sectional area through which the sheath liquid flows is The total inner diameter area 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 apparatus can be downsized.

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 pairs of capillaries are arranged in a line so that a plurality of optical detectors are positioned on a straight line, and excitation light is irradiated along this straight line. Irradiation can be performed simultaneously, and fluorescence measurement using a plurality of optical detection units can be performed simultaneously. In addition, since a plurality of optical detection units are connected to each other via a liquid, the excitation light can irradiate each optical detection unit without being scattered by a capillary or the like, and the excitation light can be efficiently applied to each optical detection unit. The fluorescence can be detected with high accuracy. If a two-dimensional TV camera or the like is used as the light detector, fluorescence images of a plurality of optical detection units can be received simultaneously. In a single optical cell, a plurality of capillary pairs are aligned and arranged so that a plurality of optical detectors are positioned in a straight line, and the intervals between the plurality of capillary pairs can be made close to each other. In addition to being able to be configured at low cost, the length between the optical detection units at both ends on the straight line can be shortened. If the length between the optical detection units at both ends is shortened, all the optical detection units can be irradiated with substantially the same light beam diameter even if the excitation light is narrowed down with a lens or the like. For example, when the laser beam is focused to about 100 μm in the focal position, the laser beam diameter is about 100 μm over about 10 mm before and after that. When capillaries having an outer diameter of 200 μm and an inner diameter of 100 μm are arranged every 400 μm, about 50 capillaries 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 with the excitation light 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。
In addition, the sample separation part is composed of a capillary gel, so that molecular weight separation can be easily performed.
In addition, the downstream capillary can be a hollow capillary, allowing sheath fluid or the like to flow efficiently. On the downstream side, not the capillaries themselves but those capable of performing the same operation, for example, a plate formed with holes and grooves corresponding to the number of upper capillaries can be used. By making the sheath liquid the same component as the buffer solution inside the capillary, it is possible to ensure the flow of electricity in the gap, that is, the optical detection section, and to enable electrophoresis of the sample. Furthermore, since the composition of the buffer solution inside the capillary is the same as that of the external buffer, it can be prevented that the buffer solution inside the capillary flows into the optical cell and the composition fluctuates. No damage. When the sample is single-stranded DNA or the like, a denaturant can be included in the sheath liquid. In this case, the sample DNA can be prevented from recombining when migrating through the gap portion, that is, the optical detection portion, and the measurement accuracy is improved. The possibility of the denaturant trapped inside the capillary leaking into the optical cell is reduced, and the sample separation ability 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, the sheath liquid is injected into the optical cell by allowing the sheath liquid to flow easily by a drop by disposing the liquid level of the sheath liquid in the sheath liquid container at a position higher than the liquid level in the downstream electrode tank. Therefore, it is not necessary to mechanically flow the sheath liquid, and the apparatus configuration is simple and inexpensive. Furthermore, since the pulsating flow generated when using a pump or the like is eliminated, a stable sheath flow is possible and the measurement accuracy is increased. 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 in the downstream electrode tank. The optical cell can be easily attached by using a cell having a shape that is sealed when a capillary is attached and a shape having an open top. At this time, the same effect as described above can be obtained by disposing the liquid level of the sheath liquid container at a position higher than the drain outlet in the optical cell. In addition, a mechanism that detects the liquid level in the optical cell and a mechanism that replenishes the aqueous solution in the sheath liquid container via a valve when the liquid level drops to control the liquid level in the optical cell to be almost constant. In addition, a stable sheath flow with little pulsating flow can be achieved, and the apparatus 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 detection unit can measure either fluorescence or light absorption of the sample. The gap distance of the gap is not particularly specified, but is preferably about 0.1 mm to 3 mm. In general, the shorter the gap distance of the gap portion, the easier it is for the sample to migrate in the gap space, so basically a shorter gap length is preferred. However, when assembling the apparatus, if the gap length is too short, it becomes difficult to adjust the gap length. However, it can also be set to 0.1 mm or less, and the limit is determined by the width of the excitation light beam such as laser light in the gap. Conversely, if the gap distance of the gap is increased, the sample is likely to diffuse.
If the gap length was about 3 mm, it was confirmed that the sample migrated normally. That is, by setting the gap length to about 0.1 mm to 3 mm, the sample can be simply and efficiently electrophoresed. Also, by holding the capillary pair inside the optical cell and performing electrophoresis, the sample migrates on the line connecting the capillaries and does not come into contact with the inner surface of the optical cell. The influence of the scattered light 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 that migrate through each capillary are divided using a polyhedral prism, etc., and a spectral filter is used so that each passes light components in different wavelength ranges. Can get to. In particular, if the image is divided into four, which is the number of DNA base species, each base species can be labeled with a separate phosphor to efficiently determine the DNA base sequence.

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。   Fluorescent images from samples that migrate through multiple capillaries or divided fluorescent images are simultaneously imaged on a two-dimensional detector, and the intensity is measured at the same time, allowing 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 in the specified position, and multiple capillaries and the optical cell can be attached and detached, improving the operability of attaching and handling capillaries. To 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。   Moreover, the excitation light source unit is a laser device, and at least two types of laser devices are used, and these laser beams are coaxially irradiated as one beam, so that the DNA fragment can be excited efficiently.

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 to the number of capillaries for electrophoretic separation, immersing the capillaries and electrodes in a plurality of sample solutions, and simultaneously applying a voltage to inject samples into each of the plurality of capillaries. The sample can be injected easily and in one operation, and the time can be shortened and the operability can be improved as compared with the case where it is performed in a single unit as in the prior art. The value of the current flowing through the inside can be measured for each capillary. The value of the current flowing inside the capillary is effective to know the state of the capillary, and for example, it is possible to predict in advance a separation failure due to gel breakage or the like. The current value can be displayed by arbitrarily setting the binarization level and binarizing the current value so that the lamp lights up when the current is below the normal electrophoresis current. In addition, it is possible to efficiently determine the necessity of exchanging and re-measuring gel capillaries, thereby improving 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 inside the optical cell is set to 10 times the capillary size or less, and the overall image magnification of the fluorescent image to be detected is set to 1/3 times or more, thereby receiving light compared to the plate gel method. 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 whose one ends are immersed in an electrode tank are terminated in the optical cell, and sheath liquid is injected into the optical cell from the outside. The sample to be migrated through each capillary flows through the optical cell in a sheath flow state, and the sheath flow part is used as an optical detection part, and in the same manner as in the configuration (1) of the electrophoresis apparatus, Samples that migrate through the capillaries can be separately measured, and the same effect as in the configuration (1) of the electrophoresis apparatus can be obtained. Other related operations described regarding the configuration (1) of the electrophoresis apparatus are the same as those of 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 electrophoretic apparatus capable of 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. In addition, a simple electrophoresis apparatus that can simultaneously migrate and measure a plurality of samples can be realized. In addition, it is possible to realize an apparatus that has high operability and safety and can determine the base sequence of DNA with high throughput.

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 this example, a fluorescently labeled DNA fragment is separated by molecular weight by electrophoresis and detected by fluorescence. The case where fluorescein isothiocyanate (FITC) is used as the fluorescent substance for labeling will be described. As a fluorescently labeled DNA fragment as a sample, a part of the DNA fragment 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 template single-stranded DNA 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. By the above operation, fluorescent-labeled DNA fragments having various lengths whose ends are A 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 apparatus configuration will be described. FIG. 1 shows a configuration diagram of an electrophoresis unit and a laser beam irradiation system of the electrophoresis apparatus of this 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 sample separation units are arranged to measure a plurality of samples simultaneously. Twenty silica capillaries 1a, 1b, 1c, 1d,..., 1t are used as the sample separation unit. These are the same capillaries made of silica each 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 the same inner and outer diameters and having a length of 10 cm are used. For the capillaries 1a to 1t, capillary gels filled with polyacrylamide gel containing urea as a denaturant are prepared. First, the inside of the capillary is washed and subjected to silane coupling treatment. Next, degassed 3.84% acrylamide, 0.16% bisacrylamide, 7M urea, Tris containing 2mM EDTA, tetramethylethylenediamine and ammonium persulfate solution were added to borate buffer and injected into the capillary. Polymerize to make an acrylamide gel. Since the capillary is silane-coupled, the acrylamide gel and the capillary are chemically bonded, and the gel does not protrude from the capillary 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. so that the capillary inner surface is aminosilanized to have a positive charge. In this way, the direction of electroosmotic flow in each of the capillaries 2a to 2t is changed from the negative electrode to the positive electrode, and the sample migration direction (negative electrode → positive electrode) in the capillaries 1a to 1t filled with acrylamide gel The moving direction of the sample in the capillary 2 (negative electrode → positive electrode) coincides, so that sample migration 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, since the sample is detected by fluorescence, a fluorescence cell is used as the optical cell. That is, one end of each of the capillaries 1a to 1t and 2a to 2t is connected to a rectangular quartz fluorescent cell 4 (outer shape: width 36 mm × depth 4.5 mm × length 3 mm, inner shape: width 30 mm × depth 2 mm × length 3 mm). ,: The width is the horizontal direction in the figure (capillary 1a → 1t arrangement direction), the depth is the vertical direction with respect to the paper surface of the figure, and the length is the vertical direction in the figure (the direction of sample migration 1 → 2 of each capillary)) To place. The arrangement method is such that the capillary 1a and the capillary 2a are coaxial with each other, and a gap portion 3a having a length of 1 mm is formed to face each other. Similarly, the capillaries 1b and 2b, 1c and 2c, 1d and 2d,..., 1t and 2t are arranged so as to form the same gap portions 3b, 3c, 3d. For fixing the capillaries in the optical cell, multicapillary holders 5a and 5b having 20 vertical holes at 0.6 mm intervals in a flat block made of a fluororesin, for example, ethylene tetrafluoride resin, are used. That is, one capillary 1a to 1t is inserted into 20 vertical holes of the multi-capillary holder 5a, and one capillary 2a to 2t is inserted into 20 vertical holes of the multi-capillary holder 5b. 2a, 1b and 2b, 1c and 2c, 1d and 2d..., 1t and 2t are fixed in close contact with the upper and lower portions of the fluorescent cell 4 so that the multicapillary holders 5a and 5b are coaxial. Further, since the gaps 3a to 3t are optical detection units, here, fluorescence detection units, the capillaries 1a to 1t in the quartz fluorescent cell 4 and the gaps 3a to 3t and the gaps 3a to 3t are aligned on a straight line. The lengths 2a to 2t are adjusted. The other ends of the capillaries 1a to 1t and capillaries 2a to 2t are immersed in a cathode side electrode tank 6 and an anode side electrode tank 7 containing a buffer solution (buffer solution containing Tris, boric acid, EDTA, and urea). The fluorescent cell 4 is provided with a sheath liquid injection port 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 ethylene tetrafluoride resin. It has a structure. As the sheath liquid, a buffer solution containing tris, boric acid, EDTA, and urea is used, and the same components as the buffer solution in the capillary gel of the capillaries 1a to 1t are used, and the constituent 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 1 a to 1 t and the capillaries 2 a to 2 t 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 side electrode tank 7. By disposing the liquid higher than the liquid level, 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, and the cathode side electrode tank 6 and the anode side electrode tank 7 By applying a direct current voltage between the direct current high voltage power supply 12 between them, for example, a current flows so as to penetrate the capillary 1a, the gap 3a and the capillary 2a, and the sample can be electrophoresed. In addition, by disposing the liquid level of the sheath liquid 11 in the sheath liquid container 10 higher than the liquid level of the buffer liquid in the anode-side electrode tank 7, the sheath liquid flows inside the capillaries 2a to 2t. A flow is generated around each of the capillaries 2a to 2t, that is, the gaps 3a to 3t. Therefore, the sample migrated from the capillaries 1a to 1t passes through the gaps 3a to 3t in a sheath flow state along the flow of the upper portions of the capillaries 2a to 2t, and is guided to the capillaries. 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 is directed from the capillaries 1a to 1t to the anode side electrode tank 7, and the liquid flowing into the gaps Therefore, even when the flow rate of the sheath liquid is small, the sheath liquid can be stably flowed 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。
Electrophoresis is performed by applying a DC voltage from a DC high voltage power source 12 between the cathode side electrode tank 6 and the anode side electrode tank 7. When a voltage is applied, the currents flowing through the capillaries 1a and 2a mainly flow around the gap 3a. Similarly, the currents flowing through the capillaries 1b and 2b, 1c and 2c, 1d and 2d,. The gaps 3b, 3c, 3d, ... flow around 3t. Further, 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 the capillaries. . That is, the sample that migrates in each capillary and the gap can be migrated without contacting the sample that migrates in the adjacent gap, and the sample that migrates in each gap can be separated to measure fluorescence. In addition, since the sample does not come into contact with the inner surface of the fluorescent cell 4, there is no influence of the sample adsorbing to the fluorescent cell, and the scattered light on the fluorescent cell surface can be spatially removed by a slit, etc. Fluorescence measurement becomes possible.
The fluorescently labeled DNA fragment as the sample is introduced by temporarily immersing the end of the cathode side capillary 1a in the sample solution and applying a voltage of 6 kV between the sample solution and the anode side electrode tank 7 for about 20 seconds. . Thereafter, 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 a sample is injected into the capillary gel of the capillaries 1a to 1t. Note that the sample may be injected one by one as described above, or by immersing the capillaries 1a to 1t in the sample solution and simultaneously applying a voltage. 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 is migrated in the capillary gels 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 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 gap 3a in which the laser beams are aligned on a straight line. The laser light axis is adjusted so as to irradiate .about.3t at the same time and under substantially the same conditions, and the emitted fluorescence is measured. That is, 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, a lens 22 having a focal length of 100 mm is used, and focusing is performed in 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 in this example is 0.6 mm × 19, that is, about 12 mm. That is, the laser light irradiates 20 portions of the gaps 3a to 3t with substantially the same spot size, and the spot size is almost 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 the same as the thickness of the capillary gel, and all the gaps are irradiated with almost the same spot size. The fluorescently labeled DNA fragments that migrate through the gaps 3a to 3t can be excited uniformly and efficiently.

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。   The fluorescence from the fluorescence-labeled DNA fragments that migrate through the gaps 3a to 3t is detected from the direction perpendicular to the laser beam 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 with a lens 33 on a two-dimensional detector 34 such as a CCD camera. 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 processor 36 such as a computer continuously changes the fluorescence intensity over time for each of the gaps 3a to 3t. 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. Thereby, it is possible to simultaneously and continuously measure the migration pattern separated by molecular weight for each capillary of 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. The interference filter 32 is a band-pass interference filter that passes through a wavelength range of 500 nm to 540 nm in order to effectively detect the fluorescence from FITC. Further, the image magnification of the lens 33 is set so that all the images of the gaps 3a to 3t are 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 a capillary or the like. Therefore, it is possible to irradiate the sample migrating a plurality of capillaries simultaneously, uniformly and efficiently. In addition, background light such as scattered light and fluorescence due to capillaries or capillary gel can be greatly reduced, and fluorescence can be detected with high sensitivity. As an effect of reducing the background light, for example, the fluorescence measurement is performed at the gap portion as in this embodiment, compared with the case where fluorescence is detected by irradiating the capillary itself with the coating removed without forming the gap portion. If it does, the detected background light intensity will be about 1/10 or less, and a sample with a lower concentration can be detected. Further, by aligning the plurality of gaps on a straight line, all the gaps can be simultaneously irradiated with laser light, and a simple apparatus configuration can be obtained. Further, since a plurality of capillary pairs can be held in one optical cell, only one optical cell is required, and only one system of piping is required for injecting sheath liquid. Further, since the sheath flow occurs only in the vicinity of the gaps, the flow velocity in each gap is almost the same in all the gaps, and the reproducibility between the gaps is high. Therefore, there is little variation between the migration paths, and an optical cell having a simple structure as in this embodiment is sufficient, and it is necessary to use an optical cell with a complicated shape like a normal sheath flow chamber. As a whole, the apparatus configuration is simple. In this example, the interval between adjacent capillaries was set to 0.6 mm. In this way, by facing the capillary pair 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 miniaturized. This also makes it possible to irradiate the gap portion by narrowing the laser beam more narrowly. Conversely, more capillary pairs can be held in the same optical cell. According to this embodiment, since the molecular weight separation unit is a capillary gel similar to the conventional one, the sample can be detected with high sensitivity without impairing the molecular weight separation characteristics.

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 flowed without using mechanical means such as a liquid chromatography pump, so that the apparatus configuration becomes simple and inexpensive. In addition, since there is no pulsating flow that occurs when using a pump, etc., the flow of the sheath liquid becomes stable, fluctuations in the flow velocity are reduced, fluctuations in the fluorescence intensity of the sample flowing through the gap are suppressed, and measurement accuracy is increased. 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 liquid in the anode side electrode tank on the downstream side of migration. 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 mechanical means such as a liquid chromatography pump. 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 the 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. Capillaries generally have a narrow inner diameter, so the flow rate through them is generally less. Therefore, the amount of sheath liquid can be reduced and operability is improved. Further, in this embodiment, the capillaries 2a to 2t are 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 to the anode side electrode tank 7. In this way, there was no back flow of the liquid from the capillaries 2a to 2t to the gap. Thus, even when the flow rate of the sheath liquid is small, the sheath liquid can flow stably toward the anode-side electrode tank 7. In addition, when the flow velocity in the gap portion of the sheath liquid is large, such as when the inner diameters of the capillaries 2a to 2t are large, the effect of the electroosmotic flow is reduced, so that the inner surfaces of the capillaries 2a to 2t are necessarily processed. There is 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 tank and the cathode side electrode tank, and the same components as the buffer solution of the capillary gel were used. As a result, the constituent components of the capillary gel do not leak into the fluorescent cell 4 or the electrode tank, and electrophoresis that is more stable and has good resolution can be continued including the reuse of the capillary gel. It is also possible to use a buffer solution that does not contain urea, which is a DNA denaturing agent. In this case, urea in the capillary gel may leak from the capillary gel into the electrode tank or fluorescent cell over time, and the number of repeated uses will be somewhat reduced, but the same migration as in the case of a buffer solution containing urea. 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。   Note that the laser device and phosphor used are not limited to argon laser and FITC, and any phosphor and appropriate laser device can be used. In this example, measurement of DNA fragments has been described as an example, but it can also be used for analysis of proteins, sugars and the like. In the present embodiment, both capillaries having the same inner diameter are used, but capillaries having different inner diameters can be combined. For example, if the inner diameter of the downstream capillary is made thinner than the inner diameter of the upstream capillary, the sample migrated from the upstream capillary end is throttled when introduced into the downstream capillary, so the concentration of the sample liquid is high. Therefore, it can be detected with higher sensitivity. Further, if the inner diameter of the downstream capillary is made larger than the inner diameter of the upstream capillary, the sample migrated from the upstream capillary end can be more easily and reliably guided to the downstream capillary. Furthermore, according to this embodiment, since the fluorescence from the sample can be measured without passing the excitation light through the capillary portion, the capillary need not be transparent. That is, since it is not necessary to remove the capillary coating, handling becomes easy. Furthermore, it is possible to use capillaries of various materials such as capillaries made of opaque fluororesin such as tetrafluoroethylene resin or trifluoride ethylene chloride resin. Since the fluororesin capillary has little sample adsorption, it does not require a processing operation such as a surface treatment and is not damaged, so that the operability is improved. Moreover, since it is excellent in chemical resistance, it becomes possible to use a solvent in a wide pH range. In the present embodiment, the case of a plurality of capillary pairs has been described. Similarly, when only one capillary pair is used, it is possible to migrate, detect fluorescence, and measure the separation pattern of the sample. 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 dideoxy method of Sanger et al. As a primer, a FITC-bound primer (labeled primer) is used. First, a labeled primer is added to the single-stranded DNA, annealed (double-stranded formation), and the labeled primer is bound to the single-stranded DNA. This reaction solution is divided into four, and DNA polymerase reactions corresponding to A, C, G, and T are performed on each. That is, four kinds of deoxynucleotide triphosphates (dATP, dTTP, dCTP, dGTP) and ddATP serving as a terminator are added to a single-stranded DNA to which a labeled primer is bound to cause a polymerase reaction. By this reaction, fluorescently labeled DNA fragments having various lengths A are obtained. The same reaction is performed for C, G, and T. The four A, C, G, and T reaction liquids obtained as described above are injected into four of the capillaries 1a to 1t, for example, the capillaries 1a, 1b, 1c, and 1d. The injection method is the same as in Example 1. The reaction solution A is injected into 1a, the reaction solution C into 1b, the reaction solution G into 1c, and the reaction solution T into 1d. After the injection, electrophoresis is performed by applying a voltage of about 6 kV. Using an argon laser beam having a wavelength of 488 nm as excitation light, the temporal change in fluorescence intensity in each of the gaps 3a to 3d is measured. Since DNA fragments are migrated in ascending order of molecular weight, the base sequence can be analyzed by analyzing the gap positions where the fluorescence peaks occur in time 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 Example 1 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. If the number of capillary pairs held in the optical cell is increased, the base sequences of more DNA samples can be determined. In this embodiment, one type of FITC is used as the phosphor. However, it is also possible to detect fluorescence from two or more phosphors at the same time. In that case, for example, as is well known, a set of photodetecting devices including the interference filter 32, the lens 33, and the detector 34 in FIG. Alternatively, a dispersive prism may be arranged after the lens 33 for spectroscopic analysis, imaged on a two-dimensional detector such as a camera, and received, and fluorescent for each migration path and each wavelength. The intensity may be measured, and the fluorescence intensity for each migration path and each phosphor may be calculated.

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 DNA base sequence can be determined even when the apparatus configuration is such that a plurality of phosphors can be measured simultaneously. That is, for each type of terminal base, a primer labeled with a different phosphor is used, and after each DNA polymerase reaction is performed, the reaction solution is mixed and electrophoresed. By detecting the fluorescence of the DNA fragment passing through the gap space and identifying the type of the phosphor at that time, the base type can be identified and the base sequence can be determined. The type of phosphor can be identified by comparing the fluorescence intensities of the four phosphors at the maximum fluorescence wavelength. In this case, the base sequence of the DNA sample can be determined by an electrophoresis 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, the base sequences of a plurality of DNA samples can be determined simultaneously.

〔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 first embodiment and the second embodiment, the apparatus for detecting a sample by fluorescence measurement has been described. However, the apparatus is similarly configured in the case of light absorption measurement such as measurement of absorbance and measurement of transmitted light intensity. be able to. FIG. 3 shows a configuration diagram of the light irradiation system / detection system portion of the electrophoresis apparatus in the case of light absorption measurement. The electrophoresis part has the same configuration as that of FIG. A sample, for example, a restriction enzyme-cleavage fragment of DNA is introduced in the same manner as in Example 1, and electrophoresis for molecular weight separation is also carried out in the same manner as in Example 1. Light from a light source 50 such as a xenon lamp or a D2 lamp passes through the monochromator 51 and is condensed by a lens 52 to irradiate the gaps 3a to 3t with respect to the DNA fragments passing through the gaps 3a to 3t. The light wavelength for irradiation is usually set to the absorption wavelength of the sample. For example, about 260 nm is appropriate for DNA fragments. The light that has been absorbed and transmitted by the DNA fragment is again collected by the lens 53 and detected by a 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. Is output and stored in the memory 59. In this embodiment, the gap is provided between the capillaries, the capillary is separated from the molecular weight separator, and the gap space is separated from the optical detector for measuring the absorbance, so that the irradiation light is transmitted through the sheath liquid with very little light scattering. Therefore, the sample can be efficiently irradiated without being scattered by a capillary, a gel, or the like, and highly accurate absorbance measurement can be performed. Specifically, if the transmitted light intensity (when the sample does not pass through and the numerical aperture of the light receiving lens is 0.19) when light is incident on the gap as in the present embodiment is 1, When the light is transmitted through the capillary as in the prior art, 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 molecular weight separation by electrophoresis, are light scatterers, so that incident light is scattered at that portion, resulting in a decrease in transmitted light. . Decreasing the transmitted light intensity means that the S / N of the photodetector or the like is reduced accordingly, 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 detected, but these lights are not directly irradiated to the sample (without being absorbed by the sample). Incident. If there is a light component that is detected regardless of the presence of such a sample, it is difficult to measure a minute change in light intensity, that is, it is difficult to measure the absorbance with high accuracy. In this embodiment, the light that has passed through the monochromator 51 is condensed and irradiated on the gap portion by the lens. However, the light that has passed through the gap portion is irradiated as almost parallel light without being condensed. It is possible to measure in the same way by spatially separating only the light and measuring 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 portion is formed by the capillary pair, but the gap portion is not formed only by the capillary pair. For example, the molecular weight separation part may be a capillary as in the above embodiment, and the gap part may be formed by this capillary end and a flat plate having a pore. FIG. 4 shows a configuration diagram of the gap. As in Example 1, the 20 capillaries 1a to 1t, which are molecular weight separators, are held by 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 facing each of the capillaries 1a to 1t, gaps are formed, and by flowing the sheath liquid, the sample migrated from each capillary can be guided to the corresponding pores. it can. A liquid reservoir 63 is disposed below the flat plate 62, and the solution flowing from the pores is temporarily stored and guided to the electrode tank 65 through 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 instead of the downstream capillary and the sheath liquid is allowed to flow for migration. FIG. 5 shows a configuration diagram of the electrophoresis unit of the electrophoresis apparatus. Similarly to the first embodiment, one end of each of the capillaries 1a to 1t is held in the optical cell 4 with the respective tips aligned. The capillary is fixed in the optical cell by using a multi-capillary holder 5a in which 20 vertical holes are provided at intervals of 0.6 mm in a flat block made of a fluorine resin, for example, ethylene tetrafluoride resin. That is, the capillaries 1 a to 1 t are inserted one by one into the 20 vertical holes of the multi-capillary holder 5 a, and the multi-capillary holder 5 a is brought into close contact with the upper portion of the fluorescent cell 4 and fixed. The lower part of the fluorescent cell 4 is connected to a seal plate 70 and a tube 71 made of ethylene tetrafluoride resin, so that 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. Like that. The fluorescent cell 4 is provided with a sheath liquid injection port 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 ethylene tetrafluoride resin. And In addition, by placing the liquid level of the sheath liquid 11 in the sheath liquid container 10 higher than the liquid level of the buffer liquid in the anode 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 be flowed. These solutions are finally led to the anode electrode tank 7 side. Electrophoresis is performed by applying a DC voltage from a DC high voltage power source 12 between the cathode side electrode tank 6 and the anode side electrode tank 7. Samples migrated through the capillaries migrate in the optical cell immediately below the capillaries without coming into contact with the samples migrating other capillaries, and finally migrate to the anode electrode tank 7. The sample is detected by irradiating a portion 500 μm downstream from the capillary end in the fluorescent cell 4 with laser light to receive the fluorescence. The light receiving system has the same configuration as in the first embodiment. The present embodiment is basically different from the first embodiment in the part of the sheath flow forming method. In this embodiment, the sheath liquid flows in a laminar flow state inside the optical cell. For this reason, the flow rate of the sheath liquid is somewhat different depending on the position inside the optical cell, and there is instability that the path along which the sample migrates easily changes. However, effects similar to those of the first embodiment can be obtained in terms of sensitivity, simplicity of the apparatus 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 downstream capillary can be formed as a flat plate having a plurality of grooves to form the gap. FIG. 6 shows a perspective view of a flat plate having a plurality of grooves. In the figure, a case where four grooves are provided so as to correspond to four capillaries is illustrated. Four grooves 81a, 81b, 81c, 81d are formed on one side of the flat plate 80 that 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 wide and 600 μm deep. The interval between the grooves is 1 mm. Note that these intervals and groove shapes can be freely changed. FIG. 7 is a perspective view of a cross-sectional view of the fluorescent cell portion of the electrophoresis part of the electrophoresis apparatus using the flat plate. The fluorescent cell 84 uses a flow cell type in which the inside of the cell is 20 mm wide, 3 mm deep, and 40 mm long, and the thickness of (quartz) glass is 2 mm and the upper and lower ends are open. The figure shows a state in which the glass portion on the front side of the fluorescent cell is removed. The flat plate 80 is fitted inside the fluorescent cell 84 so as to form four flow paths formed by the grooves 81a, 81b, 81c, 81d and the glass of the fluorescent cell. Also, capillaries 82a, 82b, 82c, and 82d having an inner diameter of 100 μm and an outer shape of 200 (a gel is produced in the same manner as in Example 1) are fixed inside the fluorescent cell 84 by the multicapillary holder 83. The interval between the capillaries is set to 1 mm so as to coincide with the interval between the grooves, and the capillary axis is adjusted to be at the center of each groove. These can be dealt with by adjusting the positions of holes or the like provided in the multi-capillary holder 83. Further, the ends of the capillaries 82a, 82b, 82c, and 82d inside the fluorescent cell are aligned, and the ends of the capillaries and the flat plate 80 are adjusted so as to be separated by about 1 mm and fixed inside the fluorescent cell. In addition, electrophoresis is enabled by making the lower part of a fluorescent cell contact the buffer solution in an anode electrode tank. Moreover, it is also possible to connect with an electrode tank through a tube similarly to Example 4 or Example 5. The fluorescent cell 84 is provided with a sheath liquid injection port 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 ethylene tetrafluoride resin. And Further, by placing the liquid surface of the sheath liquid 88 in the sheath liquid container 87 higher than the liquid surface of the buffer solution in the anode electrode tank, the sample migrated from the capillaries 82a to 82d is wrapped in the sheath liquid and fluorescent. It can flow in the cell 84 and can be led to the anode side electrode tank through the grooves 81a to 81d.
Electrophoresis, laser light irradiation, and fluorescence detection are performed in the same manner as described in Example 1, so that a sample separated by each of a plurality of capillaries can be detected efficiently at the same time. In this embodiment, the downstream side is not a capillary but a flat plate having grooves. Therefore, the end surfaces of the respective grooves can be easily aligned and adjustment is facilitated. Further, if the flat plate is made of quartz glass or the like, the laser light is irregularly reflected, and no fluorescence is generated from the portion even on the flat plate, thereby facilitating fluorescence measurement.

〔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 method for determining the base sequence of DNA using a gel-filled capillary array will be described. A sample for DNA sequencing (fluorescence-labeled DNA fragment) is prepared in the same manner as in Example 2. In order to distinguish four base species in one migration path (gel capillary), a primer labeled with a different phosphor 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 fluorescence maximum wavelength of about 550 nm was bound to the A fragment. Similarly, primers (abbreviated as “primer C”, “primer G”, and “primer T”, respectively) labeled with phosphors having fluorescence maximum wavelengths of about 520, 575, and 605 nm were bound to the C, G, and T fragments. These fragments were finally put in a single container, mixed, and after ethanol precipitation, dissolved in deionized formamide (containing 1/100 amount of Tris buffer). Prior to injection into the gel capillary, the fragments were heated to 90 ° C. for 2 minutes to be thermally denatured to make the fragments single-stranded, and then immediately cooled on ice and used for the injection operation. Note that 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 apparatus will be described. FIG. 8 is a block diagram of a subarray for constituting the capillary array, and FIG. 9 is a block diagram of the capillary array of this embodiment in which a plurality of subarrays of FIG. 8 are combined. 10 is a block diagram of a DNA base sequence determination apparatus using a capillary array, FIG. 11 is an enlarged cross-sectional view of a sample injection unit, and FIG. 12 is a block diagram of an electrophoretic current measurement / display unit of the DNA base sequence determination apparatus. 13 is an explanatory diagram including a cross section of the optical cell to show the configuration in the vicinity of the optical cell unit, FIG. 14 is a diagram illustrating the principle configuration of the fluorescence detection / color separation unit, and FIG. 16 shows the fluorescence characteristics of the fluorescently labeled primer used and the transmission characteristics of the spectral filter. FIG. 17 shows an example (raw data) of the time waveform of the fluorescence signal intensity emitted from the sample that migrates through one gel capillary. FIG. 18 shows the analysis. It is the time waveform for every A, C, G, and T fragment obtained in this way.

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 inside, 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 the assembly and makes it difficult to replace the capillaries. Therefore, a sub-array of 8 capillaries is formed, and 12 sets of these sub-arrays are arranged to form a 96-capillary array. 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 distance between the centers of the capillaries is 9 mm at one end and 0.5 mm at the other end. They are fixed with tools 91 and 92, respectively, and their ends are aligned. The capillary end 90a fixed at an interval of 9 mm is the sample injection side end, and the opposite 90b is the optical detection side end.
As shown in FIG. 9, twelve sets of subarrays are combined to form a capillary array 107. The twelve capillary holders 91 are fixed by an area array holder 93 so as to be arranged in 12 rows on the same plane, and the capillary holders 92 on the other end are linearly arranged so that twelve capillary holders 92 are arranged in a straight line in order. Fix with the array holder 214. As a result, the capillary ends 90a are arranged in a grid of 8 rows and 12 rows on the same plane, and 96 capillary ends are arranged on a straight line on the 90b side. FIG. 9 shows the capillaries 90 connected only to the subarray in the first row. The capillaries in the middle of the subarrays in the 2nd to 12th columns are omitted. Although the subarrays themselves are omitted for the 3rd to 11th columns, they are arranged in order between the 1st, 2nd, and 12th subarrays. The capillaries used had an inner diameter of 0.1 mm, an outer diameter of 0.2 mm, and a length of about 35 cm, and were filled with an acrylamide gel in the same manner as in Example 1. The gel concentration was 9% T (ratio of (acrylamide + bisacrylamide) to the total solution amount) and 0% C (ratio of bisacrylamide to (acrylamide + bisacrylamide)). By using the capillary array 107 of this embodiment, 96 samples can be analyzed simultaneously.

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 configuration diagram of a DNA base sequence determination apparatus. The capillary array 107 is inserted into the buffer solution (or sample solution) of the upper individual electrode tank 104 like a microplate having 96 wells at the ends arranged in a grid pattern. In the drawing, 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 capillary array 107 arranged in a straight line is fixed inside the optical cell 103. A sheath liquid (buffer solution) is injected into the optical cell 103 from the sheath liquid container 105 through the tube 122 and the valve 121, passes through the inside of the hollow capillary array 108 disposed under the capillary array 107, and enters the lower electrode tank 106. Discharged. The capillary array 107 and the hollow capillary array 108 are fixed with their ends facing each other and separated by 2 mm. Two types of laser devices were used as light sources for exciting the sample. One is an argon laser apparatus 101 having a wavelength of 488 nm, and the other is a YAG laser apparatus 102 having a wavelength of 532 nm. These are arranged such that an argon laser beam 111 and a YAG laser beam 112 are coaxially formed by a mirror 109 and a dichroic mirror 110. The optical cell 103 was irradiated with being squeezed with a lens (not shown) so as to become one laser beam 113. The fluorescence generated from the fluorescently labeled sample is imaged on the two-dimensional detector 118 by the condensing lens 114, the four types of spectral filters 115a to 115d, the image dividing prism 116, and the imaging lens 117, and DNA fragments of each sample. The data processing unit 119 analyzes the time waveform of the fluorescence intensity from.

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。   Sample injection into the capillary array 107 will be described with reference to FIG. 11 (sample injection portion / enlarged cross-sectional view of the 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. The upper individual electrode tank 104 having the container-like recesses 104a, 104b... In 8 holes × 12 rows (96 holes in total) is used. For example, a 96-well V-bottom well microplate or 96 sampling tubes arranged in a grid of 8 × 12 rows at 9 mm intervals can be used. The interval 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,... Serve as upper electrode tanks, the 96 platinum electrodes 120a, 120b,... Are formed by the electrode holding plate 120 in the same manner as the ends of the capillary array 107 corresponding to the container-like recesses. They were fixed in a grid of × 12 rows. Further, the electrode holding plate 120 is provided with holes 252a, 252b,... For passing capillaries in the vicinity of each platinum electrode. The sample 240 is placed inside the recesses 104a, 104b. The electrode holding plate 120 is stacked on the upper individual electrode tank 104 with the spacer 250 interposed therebetween, and the area array holder 93 is further stacked with the spacer 251 interposed therebetween. The individual capillaries 107a, 107b,... Penetrate the holes 252a, 252b,... Of the electrode holding plate 120 and are immersed in the sample liquid 240, and the platinum electrodes 120a, 120b,. A voltage is applied almost simultaneously between these electrodes and the electrode in the lower electrode chamber 106 to inject the DNA fragment in the sample 240 into the capillary. The voltage is set to an electric field strength of 100 to 200 V / cm, and is applied for several seconds to 10 seconds. For example, it is applied at 5 kV for 10 seconds. After sample injection, remove the upper individual electrode tank 104, set another upper individual electrode tank 104 containing a buffer solution, and continue electrophoresis by applying an electric field strength of 100 to 400 V / cm, for example, 7 kV. Thus, molecular weight separation is performed. With this configuration, 96 samples can be injected simultaneously, and then the 96 samples can be electrophoresed simultaneously. In addition, the injection of the sample only needs to overlap the electrode holding plate 120 and the area array holder 93, that is, the capillary array 107, and there is no need to manually perform each sample by pipetting as in the case of the conventional flat gel. 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。   In addition, when an electric field was applied, as shown in FIG. 12, a mechanism for measuring and displaying the current values flowing through the individual capillaries individually and simultaneously was provided. 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 source 133. A resistor 131 and a voltmeter 132 of about 10 kΩ are connected between the electrode 120a and the electrophoresis power supply 133 as shown in FIG. The current flows in the order of electrode 209 → buffer solution 245 → capillary array 108 → optical cell section → individual capillaries 107a of the capillary array 107 → buffer solution 246 in the container-like recess 104a → electrode 120a → resistance 131 → terminal 260. Although there is an optical cell portion between the capillary 107a and the capillary array 108, it is omitted in FIG. The current value flowing through the capillary is converted by the value of the voltmeter 132, and the current value is binarized by the binarization means and transmitted to the current display panel 140. Although not shown in FIG. 12, the terminals 261 and 262 are also connected to the electrodes 120b and 120c, respectively, and the current values flowing through the capillaries 107b and 107c are binarized and transmitted to the current display panel 140. The same applies to all the capillaries of the capillary array 107 below. Terminal 270 is the last 96th terminal. The current display panel 140 has 8 × 12 rows of display lamps 140a, 140b,..., And displays the current values of the capillaries 107a, 107b,. The resistor 131 has a resistance value that is sufficiently smaller than the resistance value of the capillary gel. Usually, there is no problem if it is 100 kΩ or less. The binarization level can be adjusted appropriately. The normal electrophoretic current is about 0.01 mA, although it varies depending on the applied voltage, capillary length, and the like. If the gel breaks, the current will stop flowing or become smaller. Therefore, for example, if the display lamp is turned on when the current becomes 0.003 mA or less, abnormalities 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. Further, in this example, the capillaries are sub-arrayed in units of eight, so that only a unit with a broken capillary can be replaced, and the capillary array can be used effectively. Thus, the operability is good and the apparatus configuration is economical.

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 in the vicinity of the optical cell portion 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 injection port 203, optical windows 204 and 206, and the like. In addition, although the housing | casing and the optical window are also in the front surface and back surface of the paper surface in which FIG. The casing 201 and the optical windows 204 and 206 are shown in cross section. The upper portion 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 from this portion and fixed. A sheath liquid (buffer solution) is injected into the optical cell 103 from the sheath liquid container 105 through the tube 122 and the valve 121, and a sheath flow is formed in the cell as in the first embodiment. 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 top, 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. The sheath liquid flows in the cell due to a difference in height or the like.
A hollow capillary array 108 having an inner diameter of 0.2 mm, an outer diameter of 0.35 mm, and a length of 3 cm subjected to the same inner surface treatment as in Example 1 is used, and the linear array holder 215 is arranged at intervals of 0.5 mm. The capillary arrays 107 and 108 were fixed 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 brought into close contact with each other with good airtightness, and the liquid accumulated in the optical cell 103 is discarded from the discharge port 210 to the waste liquid container 213 through the valve 211 and the tube 212. That is, the liquid exceeding the height of the discharge port 210 is drained, and the height of the liquid level in the lower electrode tank 106 is substantially constant. Therefore, even if the sheath liquid flows in, the drop does not change so much and the sheath flow is stably formed. Further, 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 necessary when a measurement is finished and time is available until the next measurement. In this example, the liquid levels 230 and 231 substantially coincide with each other. For example, a liquid level sensor for the liquid level 231 may be provided, and a mechanism for opening and closing the valve 121 according to the decrease in the liquid level may be provided. In this case, the sheath liquid container 105 can be disposed at a position higher than the optical cell, and the apparatus configuration is facilitated.

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 its terminal block 208. When a gel capillary is used, a positive voltage is applied to the platinum electrode 209 (relative to the opposite electrode). For example, it is possible to apply 0V to the platinum electrode 120a and 7kV to the platinum electrode 209, but it is desirable to apply a voltage of -7kV to the platinum electrode 120a and 0V (ground) to the platinum electrode 209 to ensure safety. This is because the sheath liquid as a whole has almost 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 are all at a high voltage, This is because there is an increased risk of electric shock, electric leakage and dielectric breakdown due to water leakage. When the electrode 209 is 0 V (grounded), the sample side becomes a negative high voltage, but since there is no flow of buffer solution, there is no water leakage, etc., and it is possible to easily prevent electric shocks and leakages, thus simplifying the device configuration. To be able to. In addition, it becomes easy to use a metal such as stainless steel as the casing 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 the optical cell or in the 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DN
A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.
In the same manner as above, DNA fragments that migrate in a sheath flow state are excited to generate fluorescence. As shown in the figure, the fluorescent light emission points 220 are generated in the form of dots almost directly under the capillaries . These images are detected through an optical window (not shown) from the direction perpendicular to the paper surface. The laser beam 113 is radiated while being focused by a lens. However, by using a lens having a focal length of about 150 mm, the laser beam 113 can be irradiated uniformly over the entire width of the capillary array (about 50 mm in this example). it can. Although it is possible to irradiate the laser beam without being coaxial, in the case where the laser beam is coaxial, two laser beams irradiate the same part, so that the DN excited by each laser is used.
Since the migration distance of the A fragment can be made constant, the migration time is eliminated, and the analysis accuracy is improved.
Further, in the case of a phosphor having absorption at both laser light wavelengths, when it is made coaxial, the excitation light intensity substantially increases, so that the detection sensitivity is improved. Note that measurement is possible 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 fluorescence image will be described with reference to FIG. The fluorescence emitted from the fluorescent light emitting point 220 is condensed by the condensing lens 114, divided into four by the image dividing prism 116, and imaged (221a-b) by the imaging lens 117, respectively. At this time, by arranging the four types of spectral filters 115a to 115d on the front surface (or rear surface) of the image dividing prism, it is possible to make the divided light components have different wavelength components. This has been described for one fluorescent light emission point 220, but the same applies to all light emission points, and these divisions are performed simultaneously. In other words, time division is not performed unlike in the case of laser beam scanning or mechanical scanning of the detector, and the measurement interval of fluorescence intensity is not lengthened and can be measured at high speed. It is also possible to measure continuously in real time. Further, by arranging a condensing lens in front of the image dividing prism, the fluorescence condensing efficiency 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 in only one direction is condensed, the efficiency is about half that in the case where a normal convex lens is used, but the detection sensitivity can be greatly improved as compared with the case where it is not used. In addition, when the image dividing prism is used, the intensity ratio of the divided image greatly fluctuates when the fluorescence emission position is shifted. When using a slab gel, there is a problem that the laser light incident on the gel is bent due to the heat generation of the gel and the fluorescence emission position is shifted, and the measurement accuracy is liable to decrease. In this example, the laser light is an aqueous solution. Since the laser beam irradiates a certain position without bending because it passes through, the measurement accuracy is improved as compared with the conventional case.

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。   In addition, since the capillaries are densely arranged in the optical cell, the distance between both ends of the arrangement is about 5 cm or less even in a large number of 96 electrophoresis lanes. Therefore, a condensing element such as a condensing lens or a cylindrical lens can be used in front of the image dividing prism, and fluorescence can be detected with higher sensitivity. In the case of a conventional slab gel, even in the case of 24 lanes, the distance between the lanes at both ends is about 30 cm. When a condenser lens is placed in front of the image dividing prism, a lens with a diameter of 30 cm is required. Really 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 this embodiment, a capillary array having a width of about 50 mm and a light receiving element of the two-dimensional detector having a width of about 27 mm was used. The image magnification as a whole is about 1/2, and in the case of the slab gel system, the light collection efficiency is better than about 1/10.
Furthermore, when the number of capillary arrays is as small as about 20 to 30, the enlargement ratio is the same, the light collection efficiency is improved, and the sensitivity is further increased. In order to prevent a reduction in the light collection efficiency, it is desirable that the distance between the capillaries in the capillary array be about 10 times the capillary diameter or less.

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 fluorescence image on a two-dimensional detector that is actually obtained, and is a case of 20 capillary arrays. 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, 96 fluorescent images are obtained horizontally and 4 fluorescent images are obtained. In this way, all samples that migrate through the capillary array can be simultaneously measured by dividing each sample into four (colors). Therefore, by adjusting the four types of spectral filters 115a to 115d so as to transmit the fluorescence of primer A, primer C, primer G, and primer T, primer A, primer C, primer G, and primer T can be identified and measured. .

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 fluorescently labeled primers and the transmission characteristics of the spectral filters. As described above, the spectral filters having the maximum transmittance near the fluorescence maximum wavelength of each fluorescently labeled primer (however, the wavelength of the excitation laser light is transmitted). To measure) and measure.

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 is an actual measurement value of the time waveform of the fluorescence signal intensity emitted from the sample that migrates through one gel capillary in the capillary array. It is a time waveform of the fluorescence intensity which permeate | transmitted the spectral filters 115a, b, c, and d from the top. Thus, 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 fluorescently labeled primer is broad, and the fluorescence of the four fluorescently labeled primers overlaps. Therefore, the waveform in FIG. 17 is observed as the sum of the fluorescence of a plurality of fluorescently labeled primers, not the signal of a single fluorescently labeled primer. For example, Ia is a mixture of the fluorescence of primer T and the fluorescence components of primer G, primer A, and primer C. The same applies to Ib, Ic, and Id. When these influences are corrected based on the fluorescence characteristics of the fluorescently labeled primer, the transmission characteristics of the spectral filter, and the sensitivity characteristics of the detector, the fluorescence intensities of primer T, primer G, primer A, and primer C alone from the top as shown in FIG. The time waveform is obtained. This becomes the migration spectrum of each of the T, G, A, and C fragments, and the base sequence of the DNA can be determined from this waveform by an ordinary 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, 96 samples can be determined simultaneously, and high throughput can be achieved. Specifically, the migration speed is about 200 bases / hour, and the overall throughput is 20 k bases / hour, which can achieve a high throughput of 10 times or more compared to the conventional method using a slab 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。   In addition, this embodiment has the same effect as described in connection with the first embodiment. In addition, the optical cell having the structure described in Example 1 or Examples 4 to 6 can be used for measuring the DNA base sequence in substantially the same manner as described above. There are similar effects as described for Examples 4-6.

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 quadrant prism is used. However, the base sequence of DNA can be determined by discriminating the base species according to the method described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-118991 using a bipartite prism.

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 capillary inner wall. This process does not need to be performed on the entire inner wall of the capillary, but may be performed only partially, that is, near the end on the optical cell side. As a result, the gel can be prevented from protruding into the sheath liquid inside the optical cell, the processing can be simplified, and the gel can be stably prepared. 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。The block diagram of the electrophoresis part and laser beam irradiation system of the electrophoresis apparatus of the 1st Example of this 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。The block diagram of the fluorescence detection system of the electrophoresis apparatus of the 1st Example of this 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。The block diagram of the part of the light irradiation system and the detection system of the electrophoresis apparatus of the 3rd Example of this 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。The block diagram of the gap | interval vicinity of the electrophoresis apparatus of the 4th Example of this 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。The block diagram of the electrophoresis part of the electrophoresis apparatus of the 5th Example of this 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。The perspective view of the flat plate which has the some groove | channel of the 6th Example of this 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。The figure which shows the fluorescence cell part of the electrophoresis part of the electrophoresis apparatus of the 6th Example of this 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。The block diagram of the subarray of the capillary used in the 7th Example of this 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。The block diagram of the capillary array used in the 7th Example of this invention. 本発明の第7の実施例の電気泳動装置の構成図。The block diagram of the electrophoresis apparatus of the 7th Example of this 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。The expanded sectional view of the sample injection | pouring part / upper electrode tank in the 7th Example of this 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。The block diagram of the electrophoretic current measurement and the display part in the electrophoresis apparatus of the 7th Example of this 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。Explanatory drawing including the partial cross section which shows the structure of the vicinity of the optical cell part in the electrophoresis apparatus of the 7th Example of this 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。The principle block diagram of the fluorescence detection and color separation part in the electrophoresis apparatus of the 7th Example of this 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。The image figure of the fluorescence image obtained with the two-dimensional detector in the electrophoresis apparatus of the 7th Example of this 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。The fluorescence characteristic of the fluorescent labeling primer used in the 7th Example of this invention, and the transmission characteristic figure of a 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。The figure which shows an example of the measurement data of the time waveform of the fluorescence signal intensity | strength emitted from the sample which migrates the one gel capillary by the 7th Example of this 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。The time waveform with respect to A, C, G, and T fragment obtained by analyzing the data of 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。The block diagram of the fluorescence measurement part of the capillary electrophoresis apparatus of a prior art example. 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。The block diagram of the fluorescence measurement part using the sheath flow cuvette of the capillary electrophoresis apparatus of a prior art example.

符号の説明Explanation of symbols

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 ... direct current High voltage power source, 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 ... Controller for one-dimensional sensor, 5 Data processing device 57 ... Monitor 58 ... Printer 59 ... Memory 60 ... Fluorescent cell 61a-61t ... Fine pore 62 ... Flat 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. Tanks, 104a, 104b, ..., container-like recesses, 105, sheath liquid container, 106, lower electrode tank, 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 ... Condensing lens, 115a-d ... Spectral filter, 116 ... Image division 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 ... Resistance, 132 ... Voltmeter, 133 ... Electrophoresis power supply, 140 ... Current display panel, 140a, 140b ... Display lamp, 201 ... Case, 202,205 ... Array guide DESCRIPTION OF SYMBOLS 203 ... Sheath liquid inlet, 204, 206 ... Optical window, 208 ... Terminal block, 209 ... Platinum electrode, 210 ... Discharge port, 211 ... Valve, 212 ... Tube, 213 ... Waste liquid container, 214 ... Linear array holder DESCRIPTION OF SYMBOLS 215 ... Linear array holder, 220 ... Fluorescence emission point, 221a-221d ... Imaging, 230 ... Sheath liquid level of sheath liquid container, 231 ... Sheath liquid level flowing into cell, 240 ... Sample 245, 246, buffer solution, 250, 251, spacer, 252, 253, hole, 260, 261, 262, 270, terminal.

Claims (15)

試料を電気泳動分離するための複数のキャピラリーと、
前記複数のキャピラリーの試料注入端近傍に設けられ、泳動される前記試料に電圧を印加する複数の電極と、
第1の部材とを有し、
前記複数のキャピラリーの試料注入端の各々に対して一の前記電極が設けられ、
一の前記キャピラリーと一の前記電極とからなる対の数と前記キャピラリーの数と前記電極の数とは等しく、前記第1の部材は複数の前記対を保持するものであることを特徴とする電気泳動装置。
A plurality of capillaries for electrophoretic separation of the sample;
A plurality of electrodes provided near a sample injection end of the plurality of capillaries and applying a voltage to the sample to be migrated;
Having a first member,
One electrode is provided for each of the sample injection ends of the plurality of capillaries,
The number of pairs of one capillary and one electrode, the number of capillaries, and the number of electrodes are equal, and the first member holds a plurality of the pairs. Electrophoresis device.
前記第1部材は複数の前記対を一定の間隔で保持することを特徴とする請求項1に記載の電気泳動装置。 Said first member electrophoretic device according to claim 1, characterized in that for holding a plurality of said pairs at regular intervals. 前記対は各々異なる前記試料に浸されることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の電気泳動装置。   The electrophoresis apparatus according to claim 1, wherein the pair is immersed in different samples. 前記対は各々同時に前記試料に浸されるものであることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1つに記載の電気泳動装置。 Electrophoretic device according to any one of claims 1 to 3, wherein the pair are those each are simultaneously immersed in the sample. 前記電極は各々同時に電圧を印加されるものであることを特徴する請求項1乃至請求項4のいずれか1つに記載の電気泳動装置。 The electrodes each electrophoretic device according to any one of claims 1 to 4, characterized in that to be simultaneously applying a voltage. 複数の容器部を具備する第2部材をさらに有し、前記異なる試料は前記複数の容器部の各々に収められることを特徴とする請求項3乃至請求項5のいずれか1つに記載の電気泳動装置。 A second member having a plurality of container part Furthermore, the different samples are electrically according to any one of claims 3 to 5, characterized in that it is contained in each of the plurality of container portions Electrophoresis device. 前記複数の容器部の各々の中心間の間隔と前記複数のキャピラリーの各々の中心間の間隔とが一致することを特徴とする請求項6に記載の電気泳動装置。   The electrophoretic device according to claim 6, wherein an interval between the centers of the plurality of container portions coincides with an interval between the centers of the plurality of capillaries. 前記電極に流れる電流を測定する手段をさらに有することを特徴とする請求項1乃至請求項7のいずれか1つに記載の電気泳動装置。 Electrophoretic device according to any one of claims 1 to 7, characterized in that it further comprises means for measuring the current flowing through the electrode. 複数のキャピラリーの試料注入端近傍に設けられる複数の電極の各々に電圧を印加して、蛍光標識された試料を前記キャピラリーへ注入する工程と、
前記電極に電圧を印加して前記試料を電気泳動する工程と、
前記蛍光標識から生じる蛍光を検出する工程とを有し、
前記電極は前記試料注入端の各々に対応して1つずつ設けられるものであり、一の前記キャピラリーと一の前記電極とが対をなし、複数の前記対を保持する第1部材によって保持されるものであり、前記対の数と前記キャピラリーの数と前記電極の数とは等しく、前記複数のキャピラリーでは各々異なる前記試料を電気泳動することを特徴とする電気泳動方法。
Applying a voltage to each of a plurality of electrodes provided in the vicinity of a sample injection end of a plurality of capillaries, and injecting a fluorescently labeled sample into the capillaries;
Applying a voltage to the electrode to electrophoresis the sample;
Detecting fluorescence generated from the fluorescent label,
The electrodes are provided one by one corresponding to each of the sample injection ends, and one capillary and one electrode form a pair, and are held by a first member that holds a plurality of the pairs. that is intended, equal to the number of the number of the capillaries and the number of the counter electrode, an electrophoretic method characterized by electrophoresing each different said samples in said plurality of capillaries.
前記注入する工程では、前記電極にほぼ同時に電圧を印加しかつほぼ同時に前記試料を前記キャピラリーに注入することを特徴とする請求項9に記載の電気泳動方法。   10. The electrophoresis method according to claim 9, wherein, in the injecting step, a voltage is applied to the electrode almost simultaneously and the sample is injected into the capillary almost simultaneously. 前記注入する工程の後に前記試料注入端を緩衝液に浸すことを特徴とする請求項9乃至請求項10のいずれか1つに記載の電気泳動方法。 Electrophoresis method according to any one of claims 9 to 10, characterized in that immersing the sample injection end after the step of said injection in a buffer. 前記電気泳動する工程では、前記電極にほぼ同時に電圧を印加しかつほぼ同時に前記複数のキャピラリーの各々で電気泳動を行うことを特徴とする請求項9乃至請求項11のいずれか1つに記載の電気泳動方法。 In the process of the electrophoresis according to substantially any one of claims 9 to 11 and performing electrophoresis by applying a voltage and substantially simultaneously in each of said plurality of capillaries simultaneously to the electrode Electrophoresis method. 前記電極へ電圧が印加されているときに前記電極に流れる電流値を測定することを特徴とする請求項9乃至請求項12のいずれか1つに記載の電気泳動方法。 Electrophoresis method according to any one of claims 9 to 12, characterized in that to measure the current flowing through the electrodes when the voltage to the electrode is applied. 試料を電気泳動分離するための複数のキャピラリーと、
前記複数のキャピラリーの試料注入端近傍に設けられる複数の電極と、
一の前記キャピラリーと一の前記電極とが対をなし、複数の前記対を保持する第1部材とを有し、
前記複数のキャピラリーの試料注入端の各々に対して一の前記電極が設けられ、前記対の数と前記キャピラリーの数と前記電極の数とは等しいことを特徴とするキャピラリーアレイ。
A plurality of capillaries for electrophoretic separation of the sample;
A plurality of electrodes provided near a sample injection end of the plurality of capillaries;
One capillary and one electrode form a pair, and have a first member holding a plurality of the pairs ,
One capillary electrode is provided for each of the sample injection ends of the plurality of capillaries, and the number of pairs, the number of capillaries, and the number of electrodes are equal.
前記第1部材は複数の前記対を一定の間隔で保持することを特徴とする請求項14に記載のキャピラリーアレイ。   The capillary array according to claim 14, wherein the first member holds a plurality of the pairs at a constant interval.
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