JP4297922B2 - キャピラリ電気泳動装置 - Google Patents

Description

本発明は、キャピラリ電気泳動装置において電気泳動媒体を保管する技術に関する。

キャピラリ電気泳動装置は、従来から用いられてきた平板型電気泳動装置に比べて熱放散性が高く、高い電圧を印加することができるため、高速で電気泳動を行うことができる利点を有する。したがって、キャピラリ電気泳動装置はDNAやタンパクの解析をはじめ様々な分離分析測定に利用されている。

近年用いられているキャピラリ電気泳動装置の多くは、分離媒体であるポリマーの詰め替えを自動で行える機構を有している。米国アプライドバイオシステムズ社より、プリズム310、3100、3730（商品名）として販売されているDNAシーケンサでは、シリンジやポンプを用いてキャピラリへのポリマー充填を自動的に行う。

特開２００１−２４２１４０号公報 特開２００１−２８１２２１号公報

キャピラリ電気泳動装置では、分離媒体として非常に高価なポリマーが用いられる。ポリマーは、通常、ポリマーボトルに保存される。ポリマーをポンプに吸い上げるためのチューブは、ポリマーボトルの底まで延びている。ポリマーボトル内の底部のポリマーが先に使用され、液面近くのポリマーは最後まで残る。しかし、液面は空気に曝されているため、液面近くのポリマーは変質又は劣化している。

本願の発明者は、こうして、ポリマーボトルに最後に残るポリマーが変質又は劣化し、ポリマーの効率的な使用が妨げられていることを見出した。

本発明の目的は、ポリマー容器内のポリマーを効率的に使用することができるキャピラリ電気泳動装置を提供することにある。

本発明は、キャピラリに分離媒体を充填して電気泳動を行うキャピラリ電気泳動装置において、ポリマー容器内のポリマーを効率的に使用することができる機構に関する。本発明によるとポリマー容器内のポリマーは空気に接触していないため、ポリマーは酸化による劣化が防止される。

本発明によれば、ポリマー容器内のポリマーを効率的に使用することができる。

図１は本発明によるキャピラリ電気泳動装置の構成の一例を示す。本例のキャピラリ電気泳動装置は、ポンプユニット10、オートサンプラユニット20、照射・検出ユニット30、高圧電源ユニット40、及び、恒温槽ユニット50、を有する。

ポンプユニット10は、シリンジ101、ポリマーブロック102、逆止弁104、流路切替弁106、ポリマーボトル108、及び、バッファ容器109を有し、キャピラリにポリマーなどの分離媒体を充填する。バッファ容器109には陽極側電極402が設けられている。ポンプユニットの動作は、後に詳細に説明する。

キャピラリアレイ110の先端のキャピラリヘッド112に装着されたチューブ111は、ポリマーブロック102に接続され、キャピラリアレイ110の下端にはキャピラリサンプル導入端側電極401が設けられている。

オートサンプラユニット20は、サンプルを分注したサンプル容器201、溶解した電解質を含むバッファ液を収容するバッファリザーバ202、又は、キャピラリ先端を洗浄する洗浄水を入れた容器や廃液を入れた容器をキャピラリサンプル導入端204に搬送し、又は、そこから搬出するオートサンプラ203を有する。

照射・検出ユニット30は、励起光302をキャピラリ検出部301に照射するレーザやLEDなどの光源と、キャピラリ検出部301からの蛍光を検出する信号検出機構303を有する。高圧電源ユニット40は、キャピラリサンプル導入端側電極401と陽極側電極402の間に高電圧を印加する高圧電源403を有する。恒温槽ユニット50はキャピラリアレイ110を収容する恒温槽501を有する。

図２を参照して、本発明によるキャピラリ電気泳動装置の動作を説明する。ステップＳ201にて、オートサンプラ203によって廃液容器をキャピラリサンプル導入端204に運搬する。この廃液容器には、キャピラリより押し出された廃分離媒体を溶解するための水が収容されている。ステップＳ202にて、シリンジ101を操作し、使用済の分離媒体を廃液容器に押し出し、キャピラリに新しい分離媒体を注入する。

ステップＳ203にて、オートサンプラ203によって洗浄水容器をキャピラリサンプル導入端204に運搬し、キャピラリサンプル導入端204を洗浄する。ステップＳ204にて、バッファ容器をキャピラリサンプル導入端204に運搬する。ステップＳ205にて、サンプルを注入せずにキャピラリに電圧を印加して、予備泳動を行う。

ステップＳ206にて、オートサンプラ203によって洗浄水容器をキャピラリサンプル導入端204に運搬し、キャピラリサンプル導入端204を洗浄する。ステップＳ207にて、オートサンプラ203によってサンプル容器をキャピラリサンプル導入端204に運搬し、キャピラリサンプル導入端204をサンプル容器内のサンプル溶液に浸す。

ステップＳ208にて、キャピラリに電圧を印加して、サンプルを電気力学的にキャピラリ内に注入する。ステップＳ209にて、オートサンプラ203によって洗浄水容器をキャピラリサンプル導入端204に運搬し、キャピラリサンプル導入端204を洗浄する。ステップＳ210にて、バッファ容器をオートサンプラ203によりキャピラリサンプル導入端204に運搬する。ステップＳ211にて、泳動電圧をキャピラリに印加して、電気泳動を行う。

図３〜図５を参照して、ポンプユニットの動作を詳細に説明する。ポンプユニットは、内部に細管103が形成されたポリマーブロック102を有する。ポリマーブロック102の上端にはシリンジ101が接続されている。ポリマーブロック102の下端には管105、107が接続されている。管105は逆止弁104を有し、下端がポリマーボトル108に挿入されている。管107は、流路切替弁106を有し、下端がバッファ容器109に挿入されている。ポリマーブロック102の側端には、チューブ111が接続され、チューブ111にはキャピラリヘッド112が接続されている。シリンジ101、管105、107及びチューブ111は、ポリマーブロック102の細管103に接続されている。

本例では、ポリマーをキャピラリに充填するためにポリマーを吸引・吐出する手段としてシリンジ101を用いているが、ポンプなどの他のポリマー吸引・吐出手段を用いてもよい。また、流路切替弁106は、ピンバルブやロータリー型バルブなど、その形態は問わない。陽極の電極402がバッファ容器109内のバッファに浸っている。

図３は、流路切替弁106を閉じて、シリンジ101を吸引した状態を示す。ポリマーボトル108内のポリマーは、管105、逆止弁104及びポリマーブロック102内の細管103を経由してシリンジ101へ流れる。それによって、シリンジ101はポリマーによって充填される。

図４は、流路切替弁106を開けて、シリンジ101を押し出した状態を示す。シリンジ101内のポリマーは、ポリマーブロック102内の細管103及び流路切替弁106を経由してバッファ容器109へ流れる。ポリマーが、バッファ容器109へ流れることによって逆止弁104の吐出側が負圧になり、ポリマーボトル108内のポリマーが逆止弁104を経由してポリマーブロック102内の細管103に流れる。それによって、ポリマーブロック102内の細管103はポリマーによって充填され、気泡が除去される。

図５は、再び、流路切替弁106を閉じて、シリンジ101を押し出した状態を示す。シリンジ101内のポリマーは、ポリマーブロック102内の細管103を経由してチューブ111内に流れ、更に、キャピラリ内に流れる。流路切替弁106は閉じられているから、ポリマーがバッファ容器109に流れることはない。ポリマーが、キャピラリ内へ流れることによって逆止弁104の吐出側が負圧になり、ポリマーボトル108内のポリマーが逆止弁104を経由してポリマーブロック102内の細管103に流れる。

ポリマーが、キャピラリ内へ流れることによって、キャピラリ内の使用済ポリマーはキャピラリサンプル導入端より排出する。

本例では、シリンジ101側からポリマーブロック102内の細管103を加圧してキャピラリにポリマーを充填した。しかしながら、キャピラリにポリマーを充填する方法はこれに限定されるものではない。例えば、キャピラリのサンプル導入端204を新しいポリマーの入った容器を浸し、シリンジ101側からポリマーブロック102内の細管103を減圧することにより、キャピラリにポリマーを充填してもよい。

以下、図６〜図８を参照して本発明によるポリマー容器の例を説明する。本発明によるポリマー容器は、ポリマーボトル108の代わりに使用する。

図６を参照して本発明によるポリマー容器の第１の例を説明する。本例のポリマー容器60は、可撓性のある、好ましくは柔軟な、プラスチック製のバッグ状又は袋状に形成されている。プラスチックの代わりに、プラスチックに例えばアルミをラミネートして遮光性を高めた材料を用いてもよい。また、可撓性があれば他の材料であってもよい。ポリマー容器60の上部には口61が形成され、口61にキャップ62が装着されている。口61の外面はネジが形成されており、キャップ62のネジに係合する。

図６（ａ）に示すように、使用前の状態では、ポリマー容器60内には分離媒体であるポリマーが充填されている。ポリマー容器60内には、ポリマーのみが充填され、空気は封入されていない。即ち、ポリマー容器60内には、ポリマーが真空封入されている。使用時には、図６（ｂ）に示すように、キャップ62を外し、ポリマー吸引用のチューブ105を口61に挿入する。次に、チューブ105に付属している締結用キャップ63を、口61に係合させる。締結用キャップ63の内面には、口61のネジに係合するネジが形成されている。こうして、締結用キャップ63をポリマー容器60の上部には口61に係合させることにより、ポリマー容器60の内部は密閉される。

図３に示したように、ポンプが吸引モードになると、チューブ105によってポリマー容器60内が吸引される。それによってポリマー容器60の内部のポリマーがチューブ105に流出する。ポリマー容器60の内部のポリマーが減少すると、ポリマー容器60内の圧力が減少し、ポリマー容器60は大気圧によって潰れる。しかしながら、ポリマー容器60内に空気が流れ込むことはない。こうして、ポリマー容器60の内部のポリマーが全て吸引されるまで、ポリマー容器60は収縮し変形する。

本例では、ポリマー容器60内に空気が流れ込むことはないから、ポリマー容器60内のポリマーが酸化による劣化を起こすことがない。したがって、ポリマー容器60内のポリマーを最後まで使い切ることができる。こうして本発明によると、ポリマーを無駄にすることなく、効率的に使用することができる。

図７を参照して本発明によるポリマー容器の他の例を説明する。本例のポリマー容器60には、空気排出口71が形成され、空気排出口71にはキャップ72が装着されている。上述のようにポリマー容器60内に空気が混入することはない。しかしながら、誤って、ポリマー容器60内に空気が混入することがある。本例のポリマー容器では、このような場合にポリマー容器60内の空気を排出することができる。キャップ72を外し、ポリマー容器60を両側から手で押し込み、内部の空気を排出する。ポリマー容器60を手で押し込む代わりに、又は、ポリマー容器60を手で押し込みながら、キャップ72から人間の口によって吸引してもよい。ポリマー容器60から空気を排出する作業は、図７（ａ）に示す使用前であってもよいが、図７（ａ）に示す使用中であってもよい。

図８を参照して本発明によるポリマー容器の更に他の例を説明する。本例のポリマー容器80は、広口ビン80と蓋81を有し、蓋81には、ポリマー吸引用のチューブ105が貫通している。蓋81はゴム等の弾性材からなり、そこに形成された孔にチューブ105が貫通している。蓋81の孔の内径は、チューブ105の外径より僅かに小さい。従って、蓋81の孔とチューブ105の間に隙間は無く、広口ビン80の内部は密閉されている。

広口ビン80の内部にはポリマー90が充填され、ポリマー90の液面91には落し蓋92が設けられている。落し蓋92に形成された孔にチューブ105が貫通している。こうして本例では、ポリマー90の液面91は、落し蓋92によって覆われているから、空気に接触しない。従って、ポリマー90は酸化によって劣化することはいない。

尚、落し蓋92は、ポリマー90の液面91に浮かぶことができるように、ポリマーより比重が小さい材料によって形成される。落し蓋92は、ポリマー90と反応しない物質によって形成される。落し蓋92は、例えば、発泡材によって形成されてよい。

落とし蓋92はポリマー吸引用のチューブ105に取り付けられてよい。しかしながら、落とし蓋92は、広口ビン80に取り付けられてもよい。この場合、落とし蓋92はポリマーメーカーが出荷時にポリマー容器に装着してもよいが、ユーザが使用時にポリマー容器に装着してもよい。落とし蓋92は、使い捨てタイプでもよいが、繰り返し使用できるタイプでもよい。

ここでは、ポリマー90の液面91を覆うための落し蓋92を用いたが、落し蓋92の代わりに、ポリマー90と反応しない且つポリマー90より比重が小さい液状の樹脂を用いてもよい。

以上本発明の例を説明したが、本発明はこれらの例に限定されるものではなく特許請求の範囲に記載された発明の範囲にて様々な変更が可能であることは当業者に容易に理解されよう。

本発明によるキャピラリ電気泳動装置の一例を示す図である。 本発明によるキャピラリ電気泳動装置によるキャピラリ電気泳動の測定の流れを示す図である。 本発明によるキャピラリ電気泳動装置においてポリマーをキャピラリに充填する方法を説明するための説明図である。 本発明によるキャピラリ電気泳動装置においてポリマーをキャピラリに充填する方法を説明するための説明図である。 本発明によるキャピラリ電気泳動装置においてポリマーをキャピラリに充填する方法を説明するための説明図である。 本発明によるキャピラリ電気泳動装置のポリマー容器の第１の例を示す図である。 本発明によるキャピラリ電気泳動装置のポリマー容器の第２の例を示す図である。 本発明によるキャピラリ電気泳動装置のポリマー容器の第３の例を示す図である。

符号の説明

10…ポンプユニット、20…オートサンプラユニット、30…照射・検出ユニット、40…高圧電源ユニット、50…恒温槽ユニット、60…ポリマー容器、61…口、62…キャップ、63…締結用キャップ、71…空気排出口、72…キャップ、80…広口ビン、81…蓋、90…ポリマー、91…液面、92…落し蓋、101…シリンジ、102…ポリマーブロック、103…管、104…逆止弁、105…管、106…流路切替弁、107…管、108…ポリマーボトル、109…バッファ容器、110…キャピラリアレイ、111…チューブ、112…キャピラリヘッド、201…サンプル容器、202…バッファリザーバ、203…オートサンプラ、204…キャピラリサンプル導入端、301…キャピラリ検出部、302…励起光、303…信号検出機構、401…キャピラリサンプル導入端側電極、402…陽極側電極、403…高圧電源、501…恒温槽

Claims (10)

1. キャピラリと、該キャピラリに分離媒体を充填するためのポンプユニットと、励起光をキャピラリ検出部に照射する光源とキャピラリ検出部からの蛍光を検出する信号検出機構とを有する照射・検出ユニットと、キャピラリサンプル導入端側電極と陽極側電極の間に電圧を印加する電源ユニットと、を有し、上記ポンプユニットは上記分離媒体であるポリマーを収容するポリマー容器を有し、該ポリマー容器は口と該口に係合するキャップを有し可撓性のある材料によって形成された密閉容器であり、更に、上記ポリマー容器は、プラスチック材からなる袋状又はバッグ状に形成されていることを特徴とするキャピラリ電気泳動装置。
2. 請求項１に記載のキャピラリ電気泳動装置において、上記ポリマー容器には空気排出口と該空気排出口に係合するキャップが設けられていることを特徴とするキャピラリ電気泳動装置。
3. 請求項１に記載のキャピラリ電気泳動装置において、上記ポリマー容器の口にチューブが挿入されているとき、上記口は上記チューブが貫通している締結用キャップによって閉じられていることを特徴とするキャピラリ電気泳動装置。
4. キャピラリと、該キャピラリに分離媒体を充填するためのポンプユニットと、励起光をキャピラリ検出部に照射する光源とキャピラリ検出部からの蛍光を検出する信号検出機構とを有する照射・検出ユニットと、キャピラリサンプル導入端側電極と陽極側電極の間に電圧を印加する電源ユニットと、上記分離媒体であるポリマーを収容するポリマー容器と、を有するキャピラリ電気泳動装置であって、
   上記ポリマー容器が、可撓性のある材料によってバック状又は袋状に形成された密閉容器であり、該ポリマー容器の口が、上記ポンプユニットの管と係合されることにより、該ポリマー容器の内部が密閉されることを特徴とするキャピラリ電気泳動装置。
5. キャピラリと、該キャピラリに分離媒体を充填するためのポンプユニットと、励起光をキャピラリ検出部に照射する光源とキャピラリ検出部からの蛍光を検出する信号検出機構とを有する照射・検出ユニットと、キャピラリサンプル導入端側電極と陽極側電極の間に電圧を印加する電源ユニットと、上記分離媒体であるポリマーを収容するポリマー容器と、を有するキャピラリ電気泳動装置であって、
   上記ポリマー容器が、バック状又は袋状に形成された密閉容器であり、ポリマー吸引用のチューブが該ポリマー容器の口に挿入され、該ポリマー容器の内部が密閉されており、該チューブによってポリマー容器内が吸引され、上記ポリマー容器の内部のポリマーが全て吸引されるまで該ポリマー容器は収縮し変形できることを特徴とするキャピラリ電気泳動装置。
6. キャピラリと、該キャピラリにポリマーを充填するためにポリマーを吸引・吐出する手段と、励起光をキャピラリ検出部に照射する光源とキャピラリ検出部からの蛍光を検出する信号検出機構とを有する照射・検出ユニットと、キャピラリサンプル導入端側電極と陽極側電極の間に電圧を印加する電源ユニットと、上記ポリマーを収容するポリマー容器と、を有するキャピラリ電気泳動装置であって、
   上記ポリマー容器が、柔軟なプラスチック製のバック状又は袋状に形成された密閉容器であり、該ポリマー容器の口が、上記ポンプユニットの管と係合されることにより、該ポリマー容器の内部が密閉されることを特徴とするキャピラリ電気泳動装置。
7. キャピラリと、該キャピラリにポリマーを充填するためにポリマーを吸引・吐出する手段と、励起光をキャピラリ検出部に照射する光源とキャピラリ検出部からの蛍光を検出する信号検出機構とを有する照射・検出ユニットと、キャピラリサンプル導入端側電極と陽極側電極の間に電圧を印加する電源ユニットと、上記ポリマーを収容するポリマー容器と、を有するキャピラリ電気泳動装置であって、
   上記ポリマー容器が、バック状又は袋状に形成された密閉容器であり、該ポリマー容器の口が、上記ポンプユニットの管と係合されることにより、該ポリマー容器の内部が密閉されており、該ポリマー容器の内部のポリマーが減少すると、該ポリマー容器は大気圧によって潰れることを特徴とするキャピラリ電気泳動装置。
8. 請求項４、５又は７記載のキャピラリ電気泳動装置において、
   前記ポリマー容器はプラスチック材によって形成されていることを特徴とするキャピラリ電気泳動装置。
9. 請求項４〜７のいずれか一項記載のキャピラリ電気泳動装置において、
   上記ポリマー容器は、遮光性を高めるためにプラスチック材にアルミをラミネートしたものによって形成されていることを特徴とするキャピラリ電気泳動装置。
10. 請求項４〜７のいずれか一項記載のキャピラリ電気泳動装置において、
    上記ポリマー容器は、空気排出口を有することを特徴とするキャピラリ電気泳動装置。

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