JP4138767B2 - 鞘流れキュベットおよび交換可能毛細管アレイを含む多チャンネル毛細管電気泳動装置 - Google Patents
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Description
本発明は、生化学分析に有用な装置および方法に関する。さらに具体的には、本発明は、複数の試料を同時に分析するための高度に自動化された毛細管電気泳動装置、およびこのような装置を使用する方法に関する。
毛細管電気泳動(CE)は、強力な分析的分離法であり、これは、本来的に高解像度であるが典型的には労働集約的な電気泳動法に対して、速さ、定量化、再現性および自動化をもたらす(例えば、Capillary Electrophoresis Theory and Practice,Grossmann and Colburn著、Academic Press(1992))。初期の毛細管電気泳動システムは、単一の毛細管チューブだけを使用していたのに対して、処理能力を増大させるために、多毛細管システムが開発された(例えば、Mathiesら、米国特許第5,247,240号;Dovichi and Zhang、米国特許第5,439,578号;Kambara、米国特許第5,516,406号;Takahashiら、Anal.Chem.,66:1021〜1026(1994))。このような多毛細管CEシステムは、大規模DNA配列決定計画で使用するのに、特に魅力的である。
本発明は、鞘流れ検出キュベットを含む多チャンネル毛細管電気泳動デバイスという本発明者の発見に関し、ここで、使用者は、毛細管アレイを容易に交換でき、ここで、新鮮な分離媒体および/または毛細管洗浄液を圧力下で毛細管チューブに導入し得る。
(項目1) 多チャンネル毛細管電気泳動装置であって、以下:
複数の毛細管を含み、各毛細管は、毛細管出口、および該毛細管出口を支持するための出口支持体を有する、毛細管アレイアセンブリ;
受容スロット、間隙領域および検出ゾーンを規定する、キュベットであって;
ここで、該受容スロットは、該出口支持体を取り外し可能に受容するように、適応されている;
ここで、該出口支持体を該受容スロットに挿入するとき、該毛細管出口は、該間隙領域にて、該検出ゾーンに近接して位置しており、そして該出口支持体および該受容スロットにより、流れチャンネルが形成されて、該流れチャンネルが該間隙領域と流体連絡するようにされている、キュベット;および
前部配管ブロックであって、該間隙を通って該該毛細管出口から該検出ゾーンまで物質を下流に運搬するのに充分な流体流れを供給するために、該流れチャンネルと流体連絡している、前部配管ブロック、
を含む、装置。
(項目2) 前記毛細管が、別個の毛細管チューブの形状である、項目1に記載の装置。
(項目3) 前記別個の毛細管チューブが、円筒形断面を有する、項目2に記載の装置。
(項目4) 前記毛細管の内部半径が、20〜200μmである、項目1に記載の装置。
(項目5) 前記毛細管アレイアセンブリが、20個と200個の間の毛細管を含む、項目1に記載の装置。
(項目6) さらに、入口支持体を含む、項目1に記載の装置。
(項目7) 前記入口支持体が、本体、位置合わせ機構、および複数の毛細管整列溝を含む、項目6に記載の装置。
(項目8) 前記毛細管整列溝が、V形溝である、項目7に記載の装置。
(項目9) 前記整列溝が、9mmの整数の分数であるピッチを有する、項目7に記載の装置。
(項目10) 前記毛細管入口が、複数段形状で配列されている、項目7に記載の装置。
(項目11) 前記毛細管が、ポッティング材料と共に、前記入口支持体に嵌め込まれる、項目7に記載の装置。
(項目12) 前記出口支持体が、支持面を有するプラットホームを含む、項目1に記載の装置。
(項目13) 前記支持面が、その上に位置づけた毛細管整列溝を有する、項目12に記載の装置。
(項目14) 前記毛細管整列溝が、V形溝である、項目13に記載の装置。
(項目15) 前記毛細管出口が、直線状アレイで配列されている、項目1に記載の装置。
(項目16) 前記プラットホームが、さらに、2個またはそれ以上の案内レールを含む、項目12に記載の装置。
(項目17) 前記案内レールの少なくとも1面が、その上に位置している1個またはそれ以上の屈曲機構を含む、項目16に記載の装置。
(項目18) 前記案内レールが、面取機構を含む、項目16に記載の装置。
(項目19) 前記プラットホームが、第一部分および第二部分に分割されており、該第一および第二部分が、前記毛細管により接続するようにされている、項目12に記載の装置。
(項目20) 前記検出ゾーンと光学連絡した検出器をさらに含む、項目1に記載の装置。
(項目21) 前記検出器が、光電子増倍管、光ダイオードまたは電荷結合素子である、項目20に記載の装置。
(項目22) 前記検出ゾーンが、前記毛細管出口から約20μmと2000μmの間に配置されている、項目1に記載の装置。
(項目23) 前記検出ゾーンが、前記毛細管出口から約100μmと500μmの間で位置している、項目22に記載の装置。
(項目24) 前記検出ゾーンを限局している前記キュベットの壁が、実質的に光を透過するウィンドウを備える、項目1に記載の装置。
(項目25) 前記キュベットが、ガラス、石英または溶融シリカから形成される、項目1に記載の装置。
(項目26) 前記キュベットが、溶融シリカから形成される、項目1に記載の装置。
(項目27) 前記キュベットと熱接触して位置しているヒーターをさらに含む、項目1に記載の装置。
(項目28) 前記キュベットが、クランピングブロックに取り付けられている、項目1に記載の装置。
(項目29) 前記クランピングブロックが、以下:
前記キュベットの第一外面と接触するためにある、第一支持体;
該キュベットの第二外面と接触するためにある、第二支持体;および
クランプであって、該クランプは、該第一支持体および該第二支持体を、該キュベットの該第一および第二外面に押し付けるためにある、クランプ、
を備える、項目28に記載の装置。
(項目30) 前記第一支持体および/または前記第二支持体が、ウィンドウを備える、項目29に記載の装置。
(項目31) 前記前部配管ブロックが、入口ポート、入口チャンネル、前部プレナム、出口チャンネルおよび出口ポートを含む、項目1に記載の装置。
(項目32) 前記間隙領域と流体連絡した後部配管ブロックをさらに含む、項目1に記載の装置。
(項目33) 前記後部配管ブロックが、後部プレナム、後部プレナム出口チャンネル、廃棄物バルブポート、セキ、廃棄物チャンネル、充填チャンネルおよび充填ポートを含む、項目32に記載の装置。
(項目34) 前記セキが、前記毛細管チューブの入口および出口末端間で実質的に圧力低下がないような高さを有する、項目33に記載の装置。
(項目35) さらに、前記廃棄物バルブポートおよび前記セキと流体連絡した電極レザバを備える、項目33に記載の装置。
(項目36) さらに、前記電極レザバに位置している電極を含む、項目35に記載の装置。
(項目37) 毛細管アレイアセンブリを備える型の多チャンネル毛細管電気泳動装置であって、該毛細管アレイアセンブリは、複数の毛細管を備え、各毛細管は、毛細管出口、および該毛細管出口を支持するための出口支持体を有し、該装置は、以下;
受容スロット、間隙領域および検出ゾーンを規定するキュベットであって;
ここで、該受容スロットは、該出口支持体を取り外し可能に受容するように、適応されている;
ここで、該出口支持体を該受容スロットに挿入するとき、該毛細管出口は、該間隙領域にて、該検出ゾーンに近接して位置しており、そして該出口支持体および該受容スロットにより、流れチャンネルが形成されて、該流れチャンネルが該間隙領域と流体連絡するようにされている、キュベット
を備える、装置。
(項目38) キュベットを備える型の多チャンネル毛細管電気泳動装置であって、該キュベットは、受容スロット、間隙領域および検出ゾーンを規定し、ここで、該受容スロットは、毛細管アレイを取り外し可能に受容するように、適応されており、該装置は、以下:
毛細管アレイアセンブリであって、該毛細管アレイアセンブリは、複数の毛細管を含み、各毛細管は、毛細管出口、および該毛細管出口を支持するための出口支持体を有し、ここで、該出口支持体を該受容スロットに挿入するとき、該毛細管出口は、該間隙領域にて、該検出ゾーンに近接して位置しており、そして該出口支持体および該受容スロットにより、流れチャンネルが形成されて、該流れチャンネルが該間隙領域と流体連絡するようにされている、毛細管アセンブリ、
を備える、装置。
今ここで、本発明のいくつかの好ましい実施態様を詳細に言及するが、それらの例は、添付の図面で図示している。本発明は、これらの好ましい実施態様と関連して記述されているものの、本発明をこれらの実施態様に限定する意図ではないことが理解できる。反対に、本発明は、添付の請求の範囲で規定された本発明の範囲内に含まれ得る代替物、改良および等価物を包含すると解釈される。
I.定義
他に述べられない限り、本明細書中で使用する以下の用語および語句は、以下の意味を有するものと解釈される。
II.毛細管アレイアセンブリ
本発明の毛細管アレイアセンブリは、自動化多チャンネル毛細管電気泳動システムにおいて、毛細管電気泳動チューブのアレイを配列するための手段を提供する。さらに特定すると、この毛細管アレイアセンブリは、(1)この毛細管アレイが、簡単に、この毛細管電気泳動システムから除去されかつそこに導入できるようにし(例えば、毛細管チューブの交換を容易にするため)、(2)これらの毛細管チューブと鞘流れ検出システムとの間の界面を提供し、(3)その毛細管出口と光検出システムとの整列を容易にし、そして(4)その毛細管入口と試料レザバとの整列を行う。
本発明の毛細管は、電気泳動を実行するのに適当な容量の分離媒体を支持できるチューブまたはチャンネルまたは他の構造体である。毛細管の形状は、広く変わり得、そして円形、長方形または正方形の断面を備えたチューブ、チャンネル、溝、プレートなどを含み、そして広範囲の周知技術により製作され得る。本発明で使用する毛細管の重要な特徴は、その毛細管管腔の表面:容量比(surface−to−volume ratio)である。この比の値が高いと、電気泳動中に分離媒体で発生するジュール熱が効率的に散逸できるようになる。好ましくは、約0.4〜0.04μm-1の範囲の比が使用される。これらの比の値は、内径が約10μm〜約100μmの範囲の円形断面を備えた管状毛細管の表面:容量比に相当する。
本発明の毛細管アレイアセンブリの入口支持体は、その毛細管入口を、分析する試料を含有する試料レザバと位置合わせして配置するのに役立つ。このような位置合わせは、その毛細管アレイの各毛細管への効果的かつ再現可能に試料注入を行うのに必要である。
本発明の出口支持体は、多数の重要な機能を果たし、これには、(1)これらの毛細管出口を光検出システムに対して整列すること、(2)鞘流体が試料物質を毛細管出口から鞘流れストリームに運ぶように、これらの毛細管出口を鞘流れ流体送達システムと整列すること、(3)この毛細管アレイの毛細管チューブと鞘流れ流体送達システムとの間で、圧密シールを形成すること、および(4)使用者がこれらの毛細管を容易に交換できる機構を提供することが挙げられる。
II.キュベットアセンブリ
本発明のキュベットアセンブリは、鞘流れ検出セルを提供し、これは、この毛細管アレイアセンブリの出口支持体と呼応して作動し、この毛細管アレイを容易に除去および挿入させる。具体的には、このキュベットアセンブリは、(1)複数の毛細管電気泳動チューブの出口から溶出している物質を最小限の光散乱または他の光学的な非理想的性質で同時光学測定する検出ゾーン、(2)鞘流体を供給するための手段を含む鞘流れセル、(3)例えば、これらの毛細管チューブの内部を洗浄するため、および/または新鮮な電気泳動分離媒体を毛細管チューブに導入するために、高圧下にて、これらの毛細管出口に流体を導入するための手段、および(4)この毛細管アレイアセンブリをキュベットアセンブリに取り外し可能に取り付けるための手段を提供する。
本発明の好ましい実施態様のキュベット180は、図11〜13で示している。キュベット180は、本体185、出口支持体15のプラットホーム80を受容しかつ流れチャンネル140および145をそれと共に協同して形成するための受容スロット190、およびその中で光学測定を実行するための間隙領域195を含む。
本発明の好ましい実施態様の別の重要な局面では、このキュベットの外壁は、クランピングブロックで支持される。このクランピングブロックの目的は、このキュベット内で高い圧力があることに帰因するキュベットの外面の撓みおよび/または反りを防止するために、このような外面を拘束することにある。このような撓みおよび/または反りは、このキュベット内で、例えば、角部において、引張り応力(これは、このキュベットの機械的な故障を引き起こし得る)を生じるおそれがあるので、不都合である。
好ましい実施態様のキュベットアセンブリの別の重要な局面では、このキュベットアセンブリは、(1)そのキュベットを通る鞘流体の流れを制御するため、および(2)毛細管アレイ構成する毛細管チューブの出口に流体(例えば、これらの毛細管チューブおよび/または新鮮な分離媒体を洗浄するための溶液)を向けるために、配管ブロックを含む。この配管ブロックは、キュベット180の受容スロット190および間隙領域195と流体連絡するように、位置している。
IV.追加機構
本発明の電気泳動装置はまた、もちろん、毛細管電気泳動プロセスを行うのに必要な他の要素(例えば、これらの毛細管入口と電気連絡した電極、これらの毛細管の管腔内で電場を生じるために電極に接続された電源、必要に応じて、この装置の機能を制御しかつデータ収集および分析のためのコンピューター、このキュベット内の試料を検出するための検出器、およびこれらの毛細管チューブおよびキュベットの温度を制御するための温度制御デバイス)を含む。操作可能な毛細管電気泳動デバイスのこれらの機構および他の機構の詳細は、かなり多数の入手可能な文献(例えば、Capillary Electrophoresis Theory and Practice,Grossman and Colburn著、Academic Press(1992))で見られ得る。
Claims (38)
- 毛細管アレイアセンブリであって、以下:
複数の毛細管であって、各々の毛細管が入口末端および出口末端を有する、毛細管;
該毛細管の該入口末端に取付けられる入口支持体であって、ここで、該入口支持体が、本体、位置合わせ機構、および複数の毛細管整列溝を備える、入口支持体;ならびに
該毛細管の該出口末端に取付けられる出口支持体であって、ここで、該出口支持体が、i)支持面を有するプラットホームであって、該支持面が、その上に位置付けられる毛細管整列溝を有する、プラットホーム、およびii)2個またはそれ以上の案内レール、を備える、出口支持体、
を備える、毛細管アレイアセンブリ。 - 前記毛細管が、別個の毛細管チューブの形態である、請求項1に記載のアセンブリ。
- 前記別個の毛細管チューブが、円筒形断面を有する、請求項2に記載のアセンブリ。
- 前記毛細管の内部半径が、20〜200μmである、請求項1に記載のアセンブリ。
- 前記毛細管アレイアセンブリが、20個と200個との間の毛細管を備える、請求項1に記載のアセンブリ。
- 前記毛細管整列溝が、V形溝である、請求項1に記載のアセンブリ。
- 前記整列溝が、9mm/nの値のセットから選択されるピッチを有し、ここでnは0より大きな整数である、請求項1に記載のアセンブリ。
- 前記毛細管入口が、複数段形状で配列されている、請求項1に記載のアセンブリ。
- 前記毛細管が、ポッティング材料と共に、前記入口支持体に嵌め込まれる、請求項1に記載のアセンブリ。
- 前記毛細管整列溝が、V形溝である、請求項1に記載のアセンブリ。
- 前記毛細管出口が、直線状アレイで配列されている、請求項1に記載のアセンブリ。
- 前記案内レールの少なくとも1面が、その上に位置している1個以上の屈曲機構を備える、請求項1に記載のアセンブリ。
- 前記案内レールが、面取機構を備える、請求項1に記載のアセンブリ。
- 前記プラットホームが、第一部分および第二部分に分割されており、該第一および第二部分が、前記毛細管により接続されている、請求項1に記載のアセンブリ。
- 毛細管アレイアセンブリであって、以下:
複数の毛細管であって、各々の毛細管が入口末端および出口末端を有する、毛細管;
該毛細管の該入口末端の近位に取付けられる入口支持体であって、ここで、該入口支持体が、本体、および位置合わせ機構を備える、入口支持体;ならびに
該毛細管の該出口末端の近位に取付けられる出口支持体であって、ここで、該出口支持体が、支持面を有するプラットホーム、および2個またはそれ以上の案内レールを備える、出口支持体;
を備え、ここで、該毛細管入口が、複数段形状で配列されている、毛細管アレイアセンブリ。 - 前記出口支持体の前記支持面が、そこに位置される毛細管整列溝を備える、請求項15に記載のアセンブリ。
- 前記出口支持体が、前記毛細管に固定して取り付けられる、請求項15に記載のアセンブリ。
- 前記入口支持体が、複数の毛細管整列溝をさらに備える、請求項15に記載のアセンブリ。
- 前記入口支持体が、前記毛細管に固定して取り付けられる、請求項15に記載のアセンブリ。
- さらに接着剤を備え、ここで、該接着剤が、前記入口支持体を前記毛細管に固定して取り付ける、請求項19に記載のアセンブリ。
- 前記毛細管入口が、該毛細管入口が前記入口支持体の前記本体から離れて吊るされるように、該入口支持体中に位置される、請求項15に記載のアセンブリ。
- 毛細管アレイアセンブリであって、以下:
複数の毛細管であって、各々の毛細管が入口末端および出口末端を有する、毛細管;
該毛細管の該入口末端の近位に取付けられる入口支持体であって、ここで、該入口支持体が、本体、および位置合わせ機構を備える、入口支持体;ならびに
該毛細管の該出口末端の近位に取付けられる出口支持体であって、ここで、該出口支持体が、i)支持面を有するプラットホームであって、該支持面が、その上に位置付けられる毛細管整列溝を有する、プラットホーム、およびii)2個またはそれ以上の案内レール、を備える、出口支持体;
を備える、毛細管アレイアセンブリ。 - 前記入口支持体が、前記毛細管に固定して取り付けられる、請求項22に記載のアセンブリ。
- さらに接着剤を備え、ここで、該接着剤が前記入口支持体を前記毛細管に固定して取り付ける、請求項23に記載のアセンブリ。
- 前記出口支持体が、前記毛細管に固定して取り付けられる、請求項22に記載のアセンブリ。
- 前記毛細管入口が、複数段形状で配列されている、請求項22に記載のアセンブリ。
- 毛細管アレイアセンブリであって、以下:
複数の毛細管であって、各々の毛細管が入口末端および出口末端を有する、毛細管;
該毛細管の該入口末端の近位に取付けられる入口支持体であって、ここで、該入口支持体が、本体、および位置合わせ機構を備える、入口支持体;ならびに
該毛細管の該出口末端の近位に取付けられる出口支持体であって、ここで、該出口支持体が、プラットホーム、および少なくとも1つの案内レールを備える、出口支持体;
を備え、ここで、該毛細管入口が、互いに隣接して配置される2つの直線状アレイに配列され、該アレイの該毛細管入口が互いに関して分枝される、毛細管アレイアセンブリ。 - 1つ以上の案内ピンを備えるキュベットアセンブリと共に使用するために適応される毛細管アレイアセンブリであって、該毛細管アレイアセンブリは、以下:
複数の毛細管であって、各々の毛細管が入口末端および出口末端を有する、毛細管;
該毛細管の該入口末端の近位に取付けられる入口支持体;および
該毛細管の該出口末端の近位に取付けられる出口支持体;
を備え、ここで、該出口支持体は、該キュベットアセンブリの該案内ピンを受け入れるように構成される1つ以上の案内穴を備える基部を備え、これによって該出口支持体が、該キュベットアセンブリに対して位置決めされ得る、毛細管アレイアセンブリ。 - 前記入口支持体が、本体、および少なくとも1つの位置合わせ機構を備える、請求項28に記載のアセンブリ。
- 前記基部が、前記出口支持体を前記キュベットアセンブリにしっかりと取付けるように適応される1つ以上のファスナーをさらに備える、請求項28に記載のアセンブリ。
- 毛細管アレイアセンブリであって、以下:
複数の毛細管であって、各々の毛細管が入口末端および出口末端を有する、毛細管;
該毛細管の該入口末端を支持する入口支持体であって、ここで、該入口支持体が、本体、位置合わせ機構、および該入口支持体の該本体に対して規定され、かつ固定された位置に該毛細管入口を保持する手段を備える、入口支持体;ならびに
該毛細管の該出口末端を支持する出口支持体であって、ここで、該出口支持体が、支持面を有するプラットホーム、少なくとも1つの案内レール、ならびに該プラットフォームおよび互いに対して、該毛細管出口を位置決めするための手段を備える、出口支持体、
を備える、毛細管アレイアセンブリ。 - 前記毛細管入口を保持する手段が接着剤を備える、請求項31に記載のアセンブリ。
- 前記毛細管入口を保持する手段が整列溝を備える、請求項31に記載のアセンブリ。
- 前記毛細管出口を位置決めするための手段が接着剤を備える、請求項31に記載のアセンブリ。
- 前記毛細管出口を位置決めするための手段が、前記支持面上に位置付けられる整列溝を備える、請求項31に記載のアセンブリ。
- 1つ以上の案内ピンを備えるキュベットアセンブリと共に使用するために適応される請求項31に記載のアセンブリであって、ここで、前記出口支持体が、基部をさらに備え、該基部が、該出口支持体を該キュベットアセンブリに対して位置決めする手段を備える、アセンブリ。
- 前記出口支持体を位置決めする前記手段が、前記基部に形成される1つ以上の案内穴を備え、該案内穴の各々が、前記キュベットアセンブリの前記1つ以上の案内ピンのそれぞれ1つを受け入れるように構成される、請求項36に記載のアセンブリ。
- キュベットアセンブリと共に使用するために適応される請求項31に記載のアセンブリであって、ここで、前記出口支持体が基部をさらに備え、該基部が、該出口支持体を該キュベットアセンブリにしっかりと取付ける手段および、該キュベットアセンブリと該出口支持体との間に圧密シールを作製する手段を備える、アセンブリ。
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