JP4333688B2 - キャピラリアレイ装置 - Google Patents

Description

本発明は、ＤＮＡや蛋白質などの試料を分離分析するキャピラリアレイ電気泳動装置，電気泳動装置に組み込まれるキャピラリアレイ、及び該キャピラリアレイの製造方法に関するものである。

複数のキャピラリを組み合わせてキャピラリアレイ装置を構成し、各キャピラリに電気泳動媒体と分析または分離すべき試料を供給，泳動させて、対象となる試料を分離，分析などに利用する技術はよく知られている。また、蛍光物質で標識されたＤＮＡ，蛋白質などの試料をキャピラリに供給する技術は、米国特許第５３６６６０８号，第5529679号,第５５１６４０９号，第５７３０８５０号，第５７９０７２７号，第５５８２７０５号，第５４３９５７８号，第５２７４２４０号などに記載されている。分離，分析のスループットの観点からすると、平板ゲルを用いた電気泳動法よりもマルチキャピラリを用いた方が多くの利点がある。特開平９−９６６２３号公報にキャピラリアレイ電気泳動装置が記載されている。

図２はキャピラリアレイ装置の説明図である。１本１本のキャピラリ１は、外径が0.1〜０.７mm 、内径が０.０２〜０.５mmで、外被はポリイミド樹脂コーティングされている。キャピラリ自体は石英パイプであり複数本（数本から数１０本が一般的である）のキャピラリを配列してキャピラリアレイ装置を構成する。キャピラリアレイ装置は、蛍光標識されたＤＮＡサンプル等が入った試料容器から電気泳動でキャピラリにサンプルを取り込むロードヘッダ４，複数のキャピラリを整列配置するためのセパレータ１６，ロードヘッダ４のサンプル番号順にキャピラリ１を配列固定する検知部（ウインドウユニット）５，複数本のキャピラリを束ねて接着したキャピラリヘッド１７を備える。ロードヘッダ４には、キャピラリに泳動電圧を印加するための中空電極２０が設けられている。検知部（ウインドウユニット）５は、整列保持した複数のキャピラリに光照射するための開口とキャピラリから発せられた発光を取り出すための開口とを備える。尚、本発明にかかる検知部５は、複数のキャピラリのレーザ光照射部（試料から蛍光を生じさせるためのレーザ光がキャピラリを通過する部分）を並列に保持できる機能を備えれば十分である。

図３は電気泳動システムを示す概略図である。図２に示したキャピラリアレイ装置は、ロードヘッダ４から突出した中空電極２０及びキャピラリ１の試料注入端が蛍光標識されたＤＮＡサンプルを入れた試料容器２を複数入れたサンプルトレイ３に浸漬され、他端のキャピラリヘッド１７は緩衝液１３が入った緩衝液容器１４に耐圧気密で取り付けられる。緩衝液容器１４とロードヘッダ４には高電圧電源１５から１５ｋＶ前後の高電圧印加され、緩衝液容器からキャピラリ内に入れた緩衝液により試料容器の試料が電気泳動されて試料を分離する。

レーザ光源６は、ミラー７，ビームスプリッタ８，集光レンズ９等からなる励起光学系によって検知部（ウインドウユニット）５に励起光を照射する。励起光照射によってキャピラリ中を泳動している試料から発せられる信号光である蛍光１０は、検出レンズ系１１を介してＣＣＤカメラ１２で検出される。検出された信号は、信号処理演算装置２１で演算処理される。

図示の例の電気泳動システムは、電気泳動するＤＮＡや蛋白質の入ったキャピラリアレイ装置の両側面からレーザ光を照射し、キャピラリのレンズ作用によってレーザ光を集光させることにより全てのキャピラリに励起光を照射し、各キャピラリからの蛍光を検出光学系によって検出する。

ロードヘッダ４の目的は試料をサンプリングするほかに、試料と緩衝液容器１４間に高電圧を印加するための試料容器側の中空電極２０となっている。図４は従来のロードヘッダの構造を示す図で、１６本のキャピラリ１はそれぞれステンレススチール（以下、SUSと記す）の細いパイプからなる中空電極２０に差し込まれ、試料側先端は中空電極よりわずかに出ていてエポキシ系の接着剤２７で固定されている。１６本の中空電極２０は予め図５に示すようにはんだ付け雇２２に接続板２３とともに厳しい公差で整列セットされ、はんだ２４で接続板２３に接合されている。ＳＵＳパイプ電極を使用する理由は、分離分析する試料や試薬が腐食性であるためである。

接合された中空電極２０と接続板２３はプラスチックのホルダー２５に組み込まれ、フタ２６をホルダー２５に超音波接合して固定される。その後、ホルダー２５と中空電極
２０は気密と固定をするため接着剤２７で外側から接着され、ロードヘッダは完成する。キャピラリ１は、抜け防止のためと高電圧のリクが無いようにフタ２６に接着剤２７で封止される。接続板２３の一部は９０°曲げられてホルダー２５に設けた開口から高電圧接触子（図には記されていない）が接続できる構造となっている。

なお、キャピラリアレイ装置は数１０回使用すると所望の特性が得られなくなるため廃棄処分される消耗品である。

米国特許第５３６６６０８号 米国特許第５５２９６７９号 米国特許第５５１６４０９号 米国特許第５７３０８５０号 米国特許第５７９０７２７号 米国特許第５５８２７０５号 米国特許第５４３９５７８号 米国特許第５２７４２４０号 特開平９−９６６２３号公報

以上述べた従来のロードヘッダには下記のような問題があった。
（１）ロードヘッダ組み立て時に接着や接合などの作業が多く、製作に時間を要し、コスト高である。
（２）接着や接合などの作業は作業者の技量，作業条件や環境の影響を受け易く信頼性が悪い。
（３）接続板とＳＵＳの電極のはんだ付作業では強酸のフラックスを使用するため、イオン性の不純物となり、電気泳動が損なわれる。したがって、細い電極の内外は高品質の洗浄が必要である。

本発明は、キャピラリアレイ装置に試料を取り込み、電気泳動のための高電圧を印加するキャピラリアレイ装置のロードヘッダを安価でクリンに製造可能な構造とすること、また、長期的にも信頼性のある構造とすることを目的とする。

本発明の一態様においては、キャピラリアレイ装置のロードヘッダに設けられる複数の電極と接続板との電気接続方法を、はんだを使用しない、ばね接触とすることで前記目的を達成する。また、接着作業を少なくするため、プラスチックのホルダーと電極を一体モールドで成形し、信頼性を高める。さらに、接触部の信頼性を高めるため、接触部を接着剤または導電性接着剤でカバーして大気から接触部を遮断することで接触部表面に電気抵抗の大きい酸化被膜が発生しないようにする。

すなわち、本発明によるキャピラリアレイ装置は、複数のキャピラリと、複数のキャピラリを長さ方向の途中で整列保持し当該整列保持した複数のキャピラリに光照射するための開口とキャピラリから発せられた発光を取り出すための開口とを備えるウインドウユニットと、試料注入端において複数のキャピラリ及び電極を保持するロードヘッダと、他方の端部において複数のキャピラリを束ねて保持するキャピラリヘッドとを含むキャピラリアレイ装置において、ロードヘッダは、ホルダーと、ホルダーに固定された複数の中空電極と、中空電極の外側面にばね接触した導電性の接続板とを備え、複数のキャピラリはそれぞれ対応する中空電極を通り先端が当該中空電極から露出していることを特徴とする。

中空電極及び接続板は耐食性の高いＳＵＳ３０４又はＳＵＳ３１６などのオーステナイト系ステンレス鋼とするのが好ましい。

接続板と中空電極とは、中空電極の外側面と接続板のエッジとで電気接続させ接触面圧を高めるのが好ましい。

また、接続板は、各中空電極の周囲に対称に設けられた複数の爪状ばねによって中空電極の外側面にばね接触させるのが好ましい。

接続板の複数の爪状ばねの内接円を中空電極の外径より小さく（７０〜８５％程度が良い）設定し、接続板を中空電極の上端から差し込んで組み立てるのが好ましい。

中空電極の外側面と接続板の爪状ばねとの接触面圧は５〜１０ＭＰａであることが好ましい。

接続板の材質は、金属，導電性ゴム板，導電性プラスチック等とすることができる。

中空電極はホルダーに一体モールド成形するのが好ましい。

また、接続板と中空電極とのばね接触部を大気から遮断するようにしてもよい。具体的には、ばね接触部に接着剤を塗布することで大気から遮断することができる。接着剤は導電性接着剤としてもよい。導電性接着剤の導電性物質はニッケル粒子が好ましい。また、接着剤はエポキシ系接着剤が好ましい。

本発明の他の態様は、キャピラリイの試料注入端と同時に試料に浸される複数の中空電極と電気接続する導電性の接続板が、その体積弾性力により中空電極と密着するキャピラリアレイ電気泳動装置及びキャピラリアレイである。好適には、中空電極は弾力性に富む接続板に形成された孔を貫通して固定される。これにより、接続板に中空電極を差し込むことで両者を固定することができ、また、中空電極と接続板との接触面が圧着されるため、接触抵抗値を小さくすることができる。

本発明の他の態様は、複数の中空電極が固定されたホルダーとフタとの間に弾性力を有する接続板を配置し、ホルダーとフタを挟むことによりロードヘッダを作成する方法である。これにより、中空電極と接続板を電気的に接続し、ホルダーとフタを接合してロードヘッダを作成することができる。好適には、ロードヘッダ完成時に、ホルダーとフタが中空電極と接続板との近傍の接続板を圧縮する様にロードヘッダを設計する。これにより、中空電極と接続板の圧着力をより大きくすることができる。

本発明によると、分離能がよく、製作が容易で、信頼性の高いキャピラリアレイ、及びキャピラリアレイを備えた電気泳動装置を得ることができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。

図６に、ばねの締付力で中空電極と接続板の電気接続をしたロードヘッダ構造の一例を示す。図６（ａ）はロードヘッダの正面断面図、図６（ｂ）はフタを外してみた上面図、図６（ｃ）は側断面図である。

図７は、図６に示したロードヘッダに組み込まれる接続板の形状を示す図である。図７（ａ）は接続板の上面図、図７（ｂ）は正面図、図７（ｃ）は側面図である。

図６から判るように、ホルダー２５には２列に１６本の中空電極２０が接着剤２７で精度良く接着固定されており、２列の中空電極間に図７に示す接続板２３が押し込まれている。接続板２３の幅ｗは２列の中空電極２０間の内法より１０％程度広く作り、端をＵ字状に曲げた接触部２８と中空電極２０間にばね力が発生し、所望の接触面圧が得られる。ホルダー２５に固定された２列の中空電極２０の間に接続板２３を押し込んだ後でフタ
２６を接合し、フタ２６に設けたキャピラリガイド孔２９からキャピラリ１を中空電極
２０に差し込みロードヘッダを組み立てる。以上によりはんだを使用しないロードヘッダ構造が得られる。

しかし、この構造では次の問題があることが判った。
（１）接続板２３のばね力で中空電極２０が外側に曲げられ、フタ２６を接合するとフタに設けたキャピラリガイド孔２９と中空電極の芯ずれが生じ、キャピラリが中空電極に通せないことがある。
（２）２列の中空電極２０間内法のばらつきにより接触面圧がばらつき、湿度試験や振動試験で接触抵抗が大きく変化する。

図１に、以上の問題を解決した好適なロードヘッダの一例を示す。図１（ａ）はロードヘッダの断面図を示し、図１（ｂ）は側断面図、図１（ｃ）は接続板の要部を示す上面図、図１（ｄ）は図１（ｃ）のｄ−ｄ断面図である。

ホルダー２５と電極用のオーステナイト系の中空電極２０をインジェクションモールドすることによって、中空電極２０をホルダー２５に一体モールド成形して組み込んだ。これによりホルダー２５と中空電極２０との接着作業を省略することができる。インジェクションモールドでは、ホルダーを製作する金型の上型と下型に中空電極が入る穴が加工してあり、金型に中空電極をセットした状態で樹脂を圧入して一体成形する。この場合、電極表面が汚れているとホルダーから中空電極が抜けやすくなるため、使用する電極は充分洗浄して使用することが大事である。樹脂の注入圧力は４０〜６０ＭＰａで、使用する樹脂の種類により金型の温度は変わる。このようにして製作した中空電極２０とホルダー
２５は寸法精度が良く、従来法では接着後に電極の曲がりを補修していたが、一体成型品では補修が不要となり、原価低減の効果が一層大きい。

また、接続板２３は図１（ｃ）に示すように各電極の周囲に複数の爪３０を対称に配置して接触部とし、中空電極２０を曲げる力が発生しないようにした。接続板２３の材質は、ばね力を大きくするために、また腐食耐性を高めるため、中空電極２０と同じオーステナイト系のＳＵＳ板とした。

以下詳細に接続板の取付方法を説明する。中空電極２０を一体モールド成形したホルダー２５の上に接続板２３を乗せ、１６本の中空電極２０の内径と接触部の芯を合わせる。

図８は、この時の接触部上面の拡大図、すなわち図１（ｃ）のＡ部拡大図である。図８中の一点鎖線の円は、４個の爪３０の内接円３１である。爪３０の内接円は中空電極２０の外径に比べて２０％程度小さくして、組み込んだ後のばね性が得られるようにしている。

また、図９は、中空電極２０と接続板２３との接触部の拡大側面図、すなわち図１(ａ)のＢ部拡大図である。

接続板２３は矢印の方向に押し込まれて中空電極の外周面を爪３０がこすりながら組み込まれる。この時、両者の表面にある不動態被膜が破れて金属同志の接続となる。なお、接続板２３はプレス加工で図９の矢印方向に打抜いて作られ、爪部３０の断面は図からも判るように下側にエッジができ接触面圧が大きくなるようにしている。爪３０の数は接触部の大きさや加工方法にもよるが３〜６個が適当である。この時の接触面圧は５〜１０
ＭＰａで、これを越えると中空電極２０の変形につながり、中空電極２０にキャピラリ１が入らなくなる。接触抵抗は０.０５Ω から数Ωが得られ、腐食性のガス試験や湿度試験などの環境試験でも殆ど変わることが無いことを確認した。図８では爪の先端が直角になっているが、実用的には０.２Ｒ 程度の丸みが有っても接触抵抗に差が無いことを確認した。

なお、中空電極２０の側面と接続板２３の爪３０の接触面圧Ｐは、爪３０が中空電極
２０を押す力をＦ，接触部面積をＳとして、下式で求められる。

Ｐ＝Ｆ／Ｓ
ここで、接触部面積Ｓは０.５〜１.０×１０^-4cm² 程度であり、力Ｆは爪３０の曲がり角度と力の関係を応力解析すると、爪３０の材料をステンレスの０.２mm 厚さの板で、θが１２〜１５度に曲がるように爪３０の長さと中空電極の径を選ぶと、図１０に示すように、Ｆとして４５〜６５グラムが得られた。この時の接触圧Ｐは４.４ＭＰａ〜１２.７
ＭＰａとなり、内数として５〜１０ＭＰａであれば良いことになる。

接続板２３の別の材質として、導電性ゴムや導電性プラスチック等の非金属材料でも良い。この場合は接触部形状は、円や多角形でも良い。また、接触抵抗は数Ωから数１０
ｋΩが許容されるように設計されると実用的である。

図１１は、導電性ゴムを用いて作製した接続板２３の例を示す図である。導電性ゴムは、厚さが０.５〜１.０mmのゴム材に炭素粉や金属粉を混入して導電性を与えたもので、中空電極の外径の１／４〜３／４程度の内接円となるように爪部の孔をあけたもので、中空電極２０の上から矢印のように押し込む。中空電極の上部がフレア状であり、開口部の径が円柱部の径より２０〜３０％大きい場合も、ゴムは復元力が大きいため、バネと同じく接続板を保持する効果が得られる。爪部に設けた割り溝３３は、接続板を差し込みやすいように設けたものである。ゴム剤としてはＮＲ，ＮＢＲやＥＰＤＭゴムが良い。また、ゴムのばね性を増すため硬度を７０以上とすると接触圧も大きく得られる。

図１２は、導電性プラスチックを使用して作った接続板２３の例を示す図である。導電性プラスチックは厚さ０.１mm 前後のものが一般的に使用されている。材質はポリアセチレン，金属粉混入プラスチック，金属メッキフィルムや金属蒸着フィルムであっても良く、図には、円孔の内側に接触爪３０を複数個設けた例を示している。円孔でなく、切込みだけでも電気接続が可能である。

このように、導電性ゴムや導電性プラスチック等の非金属材料で接続板２３を作ると、爪の変形が大きくても塑性変形が少なく安定した特性が得られる。また、安価な抜型で作製できるという利点もある。

キャピラリアレイ装置がより厳しい環境や輸送条件で使用される場合や、構造上適切な接触面圧が得られない場合には、中空電極２０と接続板２３の爪３０のＳＵＳ接触部の界面に不動態被膜が生じないように酸化性の大気や水分から接触部を遮断するのが望ましい。これにより接触抵抗は安定に保持できる。

具体的には、図１３に示すように、中空電極２０と接続板２３の爪３０のＳＵＳ接触部の界面に接着剤２７を塗布して硬化させ、酸化性の大気や水分から接触部を遮断する。これにより不動態被膜の発生や不動態被膜の増大を阻止することができ、安定した接触抵抗が保たれる。また、接触部が接着剤２７で固定されるため効果は倍増する。なお、一般的に接着剤は絶縁体であるが、安心のためには接着剤に導電性粒子を混ぜた導電性接着剤
２７を使用すればよい。導電性粒子としてはニッケルなどが良い。接着剤としては安価で強度が大きく、耐水性の良いエポキシ系接着剤が最適である。

本実施例は、弾力性のある接続板を中空電極が貫通し、接続板の体積弾性力で中空電極が接続板に圧着されているロードヘッダ、及びその製造方法である。以下、図１４〜図
１８を参照に本実施例を説明する。

本実施例のロードヘッダを図１４（ａ）〜（ｄ）に示す。（ａ）は断面図を示し、(ｂ)は側断面図、（ｃ）は接続板を示し、（ｄ）は図１４（ａ）のＡについての詳細図を示す。

ロードヘッダは、９６本の中空電極２０と、９６本の中空電極と接合し、中空電極に高電圧を印加するための電気泳動装置の高電圧接触子と接続される接続板２３と、中空電極２０を８×１２のマトリックス状に配置し、その内部に接続板を包含するプラスチック製のホルダー２５と、ホルダー２５に超音波で接合して固定されるフタ２６から構成され、中空電極２０に高電圧を印加するための高電圧端子用プラグ１０１と、ロードヘッダを電気泳動装置に嵌合接続するための凹状のガイド１０２を備える。

このロードヘッダを電気泳動装置本体に取り付ける際は、ガイド１０２を電気泳動装置本体の凸状レールに嵌めて連結する。また、高電圧端子用プラグ１０１に電気泳動装置の高電圧接触子を差し込み、中空電極２０に電気泳動のための高電圧を印加できる状態とする。ここで、高電圧端子用プラグ１０１は、ホルダー２５に形成された開口であり、接続板２３に形成されたタグ１３３をロードヘッダの外部に露出させている。

９６本のキャピラリ１は、それぞれステンレススチールの細いパイプからなる中空電極２０に差し込まれ、試料側先端は中空電極よりわずかに出ていてエポキシ系の接着剤２７で固定されている。ＳＵＳパイプ中空電極を使用する理由は分離分析する試料や試薬が腐食性であるためである。

接続板２３は、図１４（ｃ）に図示するように板状の部材であり、中空電極２０を貫通させるための貫通穴（差込位置）１３１が８×１２のマトリックス状に形成され、ホルダー２５に設けられたガイドピン１２８と嵌め合わさりホルダー２５と接続板２３の位置ズレを防止する穴１３０と、高電圧接触子と接続するタグ１３３を備えている。接続板の材質は、弾力性と導電性がある部材であり、好適には導電性ゴムである。

図１４（ｄ）に示すように、中空電極２０は、弾力性のある接続板２３に設けられた穴（差込位置）１３１を貫通し、中空電極が穴１３１を押し広げることによる接続部材の弾性力により結合している。より具体的には、中空電極２０の外形面と接続板の穴（差込位置）１３１の内面とが密着し、接続板２３の弾性力（体積弾性力）により結合の度合が増している。このため、中空電極と接続板の接触抵抗値が小さくなり、各中空電極２０と接続板との接触抵抗率が均一になるため、各キャピラリごとの分離能を一定に担保することができる。また、各中空電極と接続板とのはんだ付けが不要となる。

中空電極とホルダーの固定は、ホルダーに形成された、中空電極の外形より大きい孔に中空電極を差し込み、その隙間に接着剤２７を充填して行われる。接着剤がホルダー上面から反対側の下面にまで達するようにすると、前記隙間が接着剤により確実に塞がれる。一般に狭い隙間に入り込んだ液体の除去は毛細管現象のため難しく、狭い隙間に隙間に入り込んだ試料はコンタミネーションの要因となるが、本実施例ではホルダーと中空電極との間に隙間が存在しないため、コンタミネーションを回避できる。

図１５（ａ），（ｂ）に、接続板の体積弾性力により中空電極に加わる力の状態を示す。図１５（ａ）に示すように、中空電極は対向する接続板の体積弾性力（Ｆ１，Ｆ２）により挟持されることにより保持される。特に、中空電極の全外側面が接続板と接触する場合、中空電極は全ての方向から弾性力をうけるため、どの方向から中空電極に負荷が加えられても中空電極を元の状態に戻そうとする復元力が生じる。特に中空電極の一断面が円である場合は、復元力（弾性力）が全方向から均等に加わるため、復元性が増す。

接続板の一部であるタグ１３３は、折り曲げられている。これは、タグの高電圧接触子との接触面を、ロードヘッダの電気泳動装置への取り付け方向と直角にすることで、高電圧接触子の取り付け機構を簡略化するためである。また、高電圧接触子はタグと直接接触する。金属等の導電性部材を介して間接的に接続する場合に比べ、導電性部材間の接触抵抗値の個体差の問題が回避できるためである。本実施例において、中空電極は、接続板のみを介して高電圧接触子と電気的に接続されるため、上記接触抵抗値の固体差の問題を回避でき、キャピラリ間のみならず、キャピラリアレイ間の分離能の均一化を図ることができる。

以下、図１６〜図１８を参照して、本実施例にかかるロードヘッダの作成方法を説明する。

図１６（ａ）に示すように、中空電極を接着したホルダーの上に接続板を乗せ、ホルダーに設けられた凸状のガイドピン１２８と接続板の穴１３０を合致させることで、中空電極の中心と接続板の差込位置１３１の中心を揃える。ここで、ゴムシート端部のタグ133は、あらかじめホルダーの溝１３４の形状に沿って折り曲げられて、挿入される。また、中空電極は、ガイドに設けられた中空電極挿入用穴に差し込まれ、その先端を置き台136
により固定され、中空電極と中空電極挿入穴の隙間を樹脂で充填することで、ホルダーに接着される。これにより、９６本の中空電極先端の位置合わせを高精度に行うことができる。

また、中空電極の先端部は、図１６（ｂ）に示すように、端部から離れるに従い開口が段段と小さくなるフレア形状をしている。先端の開口が大きいため、中空電極にキャピラリを挿入する作業が容易となる。特に、中空電極を接続板に差し込み、フタをホルダーに超音波で固着した後に、９６本のキャピラリをフタと中空電極に容易に挿入することができる。フタに設けられたキャピラリの通過穴と中空電極との距離が小さく、前記通過穴より中空電極先端の開口が大きいためである。

次に図１７（ａ）に示すように、接続板上の９６ヶ所の差込位置に順に中空状で穴のあいた中空電極挿入雇１３５を覆い被せる。接続板は差込前にφ０.５mm程度の針で突き破られているため、中空電極を所定の位置にスムーズに挿入できる構造となっている。尚、中空電極２０を挿入する前の貫通穴は、接続板の弾性力により閉じていることが好ましい。そうすることにより、中空電極２０と接続板の接触圧が増大するためである。差込位置周囲の接続板を矢印の方向（中空電極の長手方向）に押し込むことにより、中空電極の差込位置周囲に負荷が生じ、中空電極が接続板を突き破る。これにより、中空電極が接続板に密着した状態となる。

図１７（ｂ）は、中空電極挿入雇１３５の差込口の形状（ｃ）を示す。差込口はドーナツ形状であり、その内径は中空電極外形より若干大きい程度が好ましい。内径が小さいと差し込みが面倒になり作業効率が悪化し、内径が大きいと中空電極付近の接続板がめくれてしまうためである。

また、図１８に示すように、中空電極と接続板の上部に接着剤２７を塗布して硬化させる。接着剤は、強度，耐水性が良く安価なエポキシ系接着剤が最適である。これにより、酸化性の大気や水分から接触部が遮断されるため、不動態皮膜の発生や増大を阻止でき、接触抵抗の劣化を抑制することができる。また、中空電極と接続板の接触圧を増大することができる。特に、氷点下となる飛行機の貨物室を利用して空輸される場合等、キャピラリイアレイが過酷な環境下で輸送・保管される際の性能低下を防止できる。

なお、接着剤２７として導電性粒子を混ぜた導電性接着剤を使用すれば、中空電極と接続板との接触抵抗をより低減することができる。導電性粒子としては、銀，ニッケル、及びカーボンなどが好適である。

本実施例によれば、中空電極と接続板との接触抵抗値を低減することができるため、高電圧電源の安定性に起因するキャピラリ中の試料に印加される電気泳動電圧の変動を小さくできる。また、各中空電極と接続板の接触状態を同一の状態とできる。従って、電気泳動装置の分離能を向上できる。

また、中空電極と接続板の電気的接続を非常に容易に行うことができる。

本実施例は、ロードヘッダ生産工程における接続板の穴に中空電極を挿入する作業とホルダーにフタを超音波で接合する作業を一度に実施する方法である。以下、図１９，図
２０を参照して本実施例の内容を説明する。尚、図１９（ａ）は超音波接合前の状態、図１９（ｂ）は接合後の状態、図１９（ｃ）は図１９(ｂ)のＤに示した接合後の中空電極近傍の詳細、図２０は生産のフローをそれぞれ示す。

先ず、実施例２と同様の方法で、ホルダー２５に９６本の中空電極２０を固定する。

次に、図１９（ａ）に示すとおり、接続板２３とフタ２６を、９６本（１２行８列）の中空電極が接着剤で精度よく固定されたホルダーの上に、接続板２３，フタ２６の順に重ね合わせ配置する。この時、接続板２３の穴１３０とフタ２６に設けた合わせ溝１３７は、ホルダー２５に設けられた複数個のガイドボス１３８に合致させておく。これにより、ホルダー２５，接続板２３及びフタ２６の位置ズレを防止することができる。この状態では接続板の穴は中空電極に差し込まれていない。

そして、超音波を発するホーン１４０でフタ２６に負荷をかける。フタ２６に設けた円周状のリブ１３９が接続板２３の穴１３１の周囲を押して中空電極２０を接続板２３に突き差し、接続板２３はホルダー２５と接触する位置に移動する。

最後に、円環状のリブ１３９が接続板２３の穴１３１の周囲をさらに押し込むことでホルダーとフタが接触し、その直後、図１９（ｂ）に示すように、ホルダー２５とフタ２６は超音波で接合される。以上により、フタとホルダーを挟み込む動作のみで、９６本の中空電極を接続板に貫通させることができる。

図２１（ａ）〜（ｃ）に、以上の方法により作成されたロードヘッダを示す。図２２
（ａ）はロードヘッダの部分断面詳細図、図２２（ｂ）は部分断面側面図、図２１（ｃ）は図２１（ａ）のＥについての詳細図である。本実施例において、リブ１３９とホルダー２５と接続板２３を所定の寸法とすることにより、リブ１３９が中空電極と接続板２３との圧着力を増大させるロードヘッダを製造することができる。図１９（ｃ）を参照して説明すると、円環状のリブ１３９が中空電極周囲の接続板を圧縮し、接続板２３に中空電極長手方向への力（Ｆ）を加えるため、中空電極周囲の接続板が圧縮される。これにより、接続板２３がリブ１３９から離れる方向に押し出されるため、中空電極２０に加わる体積弾性力（Ｆ′）が増加する。従って、中空電極２０と接続板２３の圧着力が増大し、接触抵抗を減少させることができる。このように、ロードヘッダが中空電極と接続板との接触面の近傍を圧縮する機構を備えると、前記接触面の接触抵抗値を減少させることができる。

また、例えばリブ１３９が円管状である場合等、リブの１断面が凹形状であり、接続板の圧縮部分（前記リブによって圧縮された接続板の部分）に挟まれた領域に中空電極が存在すると、中空電極への対向する体積弾性力がほぼ均等に増大するため、キャピラリの生産が容易になる。ここで、「近傍」とは接続板２３の圧縮により、体積弾性力の増加が認められる範囲を意味する。

以上の生産方法において、ホルダー，接続板及びフタの形状が所定条件を満たすと、ホルダーにフタをスムーズに差し込み、かつ、接続板を圧縮することができる。以下、その条件式（１）〜（４）を、図１９（ａ），（ｂ）に示す距離ａ〜ｆに基づいて説明する。

ここで、距離ａ〜ｆは以下の意味で用いられる。
ａ；超音波接合前の接続板上面から、超音波接合後の接続板上面までの距離。
ｂ；超音波接合前の接続板上面から、超音波接合後の接続板下面までの距離。
ｃ；超音波接合後の接続板装着部下面からガイドボスの先端までの距離。
ｄ；超音波接合前の状態において、ホルダーとフタとが相対する部分の距離。
ｅ；超音波接合後の接続板装着部下面から、フタに設けられた合わせ溝が挿入する溝の 最深面までの距離。
ｆ；合わせ溝の深さ。
ｔ；接続板の厚さ。
［条件式（１）；ｂ−ａ≦ｔ］
この条件式は、最終組み立て後における接続板の圧縮後の寸法条件を示す。この条件を充たすとき、超音波接合後のリブ１３９は、接続板２３に接しているか、または、接続板２３を圧縮している。一方、この条件を充たさないと、超音波接合後のリブ１３９は、接続板２３と離れてしまう。
［条件式（２）；ａ≦ｄ］
この条件式は、ホルダーとフタを超音波で接合する寸法条件を示す。この条件を充たすとき、ホルダーとフタを接合することができるが、この条件を充たさないと、ホルダーとフタの間に隙間が生じて接合することができない。
［条件式（３）；ｃ＞ａ＋ｔ］
この条件式は、ガイドボスを合わせ溝で位置決めする寸法条件を示す。この条件を充たすとき、超音波接合前にガイドボス先端が接続板から突出しているため、ガイドボスを合わせ溝に連結することができ、ホルダーとフタの位置ズレを防止することができる。
［条件式（４）；ｃ＋ｆ＞ｅ］
この条件式は、ガイドボスの長さを決める寸法条件を示す。この条件を充たさないとき、ガイドボスと合わせ溝が接触するため、ホルダーとフタを接合することができない。

本実施例では、ホルダーに凸状のガイドボス１３８が設けられ、フタに凹状の合わせ溝１３７が設けられ、接続板の穴の内径をガイドボス１３８の外形とほぼ同一にすることで、位置ズレ防止機構を構成している。しかし、位置ズレ防止機構の構成はこれのみに限定されるものではなく、図２２（ａ），図２２（ｂ）を参照に、その変形例の一例を示す。

図２２（ａ）は、ホルダーにボスの中央部が凹んだ形状の合わせ溝を設け、フタにそれと合致するガイドボスを設けた位置ズレ防止機構を有するロードヘッダの断面図を示す。

この時の必要条件は、次のようになる。

［条件式（１）；ｂ−ａ≦ｔ］
［条件式（２）；ａ≦ｄ］
［条件式（３）；ｇ＞ａ＋ｔ］
［条件式（４）；ｈ＋ｉ＞ｊ］
また、図２２（ｂ）は、フタにボスの中央部が凹んだ形状のあわせ溝を設け、接続板の穴とを合致させたロードヘッダの断面図を示す。この時接続板の穴径は合わせ溝よりも
０.５mm程度小さくすると外れ防止となる。

この時、ホルダーにフタをスムーズに差し込むための条件式は、次のようになる。

［条件式（１）；ｂ−ａ≦ｔ］
［条件式（２）；ａ≦ｄ］
［条件式（３）；ｋ＞ａ＋ｔ］
［条件式（４）；ｌ＋ｋ＜ｅ］
ここで、図２２（ａ），（ｂ）に示すｇ〜ｌは、以下の意味で用いられる。
ｇ；超音波で接合後の接続板装着部下面から合わせ溝の先端までの距離。
ｈ；ガイドボスの長さ。
ｉ；合わせ溝の溝深さ。
ｊ；合わせ溝の最深面からガイドボス根元までの距離。
ｋ；合わせ溝の溝深さ。
ｌ；超音波で接合後の接続板装着部下面からガイドボスの先端までの距離。
ｔ；接続板の厚さ。

また、図示しないが、接続板が中空電極やリブと接する個所に凹状窪部を設けてもよい。このように、ホルダー，接続板、及びフタの少なくとも一つが、これら部材相互間の、中空電極の長手方向と垂直な方向への相対的移動を防止することで、中空電極と接続板を電気的に接続し、ホルダーとフタを接合することができる。特に、９６本の中空電極と接続板をほぼ均一な状態で接続することができるため、電気泳動装置の分離能を担保することができる。

本実施例により、ホルダーとフタとの挟みにより、中空電極が接続板と体積弾性力により接触するロードヘッダを備えたキャピラリアレイを生産することができる。また、好適には、中空電極周囲の接続板が圧縮されているキャピラリアレイを生産することができる。

本発明によるロードヘッダの一例を示す図。 キャピラリアレイ装置の説明図。 電気泳動システムを示す概略図。 従来のロードヘッダの構造を示す図。 従来装置を説明する図。 ばねの締付力で電極と接続板の電気接続をしたロードヘッダ構造の一例を示す図。 接続板の形状を示す図。 接触部上面の拡大図。 電極と接続板との接触部の側面図。 爪の曲げ角度と爪が電極を押す力の関係を示す図。 導電性ゴムを用いて作製した接続板の例を示す図。 導電性プラスチックを使用して作った接続板の例を示す図。 接続板と電極との接触部を雰囲気から遮断する例を示す図。 実施例２にかかるロードヘッダを示す図。 接続板が中空電極に及ぼす力を表した図。 実施例２にかかるロードヘッダの生産方法を示す図。 実施例２にかかるロードヘッダの生産方法を示す図。 中空電極と接続板との接着剤による固定を示す図。 実施例３にかかるロードヘッダの生産方法を示す図。 実施例３にかかるロードヘッダの生産方法のフロー図。 実施例３にかかるロードヘッダを示す図。 実施例３にかかるロードヘッダの生産方法の変形例を示す図。

符号の説明

１…キャピラリ、２…試料容器、３…サンプルトレイ、４…ロードヘッダ、５…検知部、６…レーザ光源、７…ミラー、８…ビームスプリッタ、９…集光レンズ、１０…蛍光、１１…検出レンズ系、１２…ＣＣＤカメラ、１３…緩衝液、１４…緩衝液容器、１５…高電圧電源、１６…セパレータ、１７…キャピラリヘッド、２０…中空電極、２１…信号処理演算装置、２２…はんだ付け雇、２３…接続板、２４…はんだ、２５…ホルダー、２６…フタ、２７…接着剤、２８…接触部、２９…キャピラリガイド孔、３０…爪、３１…内接円、１０１…高電圧端子用プラグ、１０２…ガイド、１２８…ガイドピン、１２９…フレア形状、１３０…接続板の穴、１３１…差込位置、１３２…導電性接着剤、１３３…タグ、１３４…ホルダーの溝、１３５…中空電極挿入雇、１３６…置き台、１３７…合わせ溝、１３８…ガイドボス、１３９…リブ、１４０…ホーン。

Claims (21)

1. 複数本のキャピラリと、
   光が照射される複数本のキャピラリの一部を保持する検知部材と、
   試料注入端における複数本のキャピラリと複数本の中空電極を保持する試料注入端保持部材と、
   前記複数のキャピラリにおける他方の端部を保持する他端部保持部材とを含むキャピラリアレイであって、
   試料注入端保持部材が、複数本の中空電極を保持するホルダーを含み、
   中空電極の中にキャピラリが挿入され、
   中空電極が導電性接続部材と接続し、
   中空電極はホルダーに一体モールド形成されていることを特徴とするキャピラリアレイ。
2. 請求項１記載のキャピラリアレイであって、
   前記中空電極が、オーステナイト系ステンレス鋼からなることを特徴とするキャピラリアレイ。
3. 請求項１記載のキャピラリアレイであって、
   前記導電性接続部材が導電性接続板であることを特徴とするキャピラリアレイ。
4. 請求項１記載のキャピラリアレイであって、
   前記導電性接続部材は、各中空電極の周囲に対称に設けられた複数の爪状ばねによって前記中空電極の外側面にばね接触していることを特徴とするキャピラリアレイ。
5. 請求項１記載のキャピラリアレイであって、
   前記導電性接続部材を前記中空電極の上端から差し込んで組み立てていること特徴とするキャピラリアレイ。
6. 請求項１記載のキャピラリアレイであって、
   前記導電性接続部材は、各中空電極の周囲に対称に設けられた複数の爪状ばねによって前記中空電極の外側面に接触しており、
   前記中空電極の外側面と前記導電性接続部材の爪状ばねとの接触面圧が５〜１０ＭＰａであることを特徴とするキャピラリアレイ。
7. 請求項１記載のキャピラリアレイであって、
   前記導電性接続部材は、各中空電極の周囲に対称に設けられた複数の爪状ばねによって前記中空電極の外側面にばね接触しており、
   前記中空電極と前記導電性接続部材の爪状ばねとの接触部の界面に接着剤を塗布して硬化させたことを特徴とするキャピラリアレイ。
8. 複数本のキャピラリと、光が照射される複数本のキャピラリの一部を保持する検知部材と、試料注入端における複数本のキャピラリと複数本の中空電極を保持する試料注入端保持部材と、前記複数のキャピラリにおける他方の端部を保持する他端部保持部材とを含むキャピラリアレイと、
   前記複数本のキャピラリ内の試料を電気泳動できる電源と、
   前記検知部材に光を照射できる励起光学系と、
   試料から発せられる光を検出できる検出レンズ系とを含む電気泳動装置であって、
   試料注入端保持部材が、複数本の中空電極を保持するホルダーを含み、
   中空電極の中にキャピラリが挿入され、
   中空電極が導電性接続部材と接続し、
   中空電極はホルダーに一体モールド形成されていることを特徴とする電気泳動装置。
9. 請求項８記載の電気泳動装置であって、
   前記中空電極が、オーステナイト系ステンレス鋼からなることを特徴とする電気泳動装置。
10. 請求項８記載の電気泳動装置であって、
    前記導電性接続部材が導電性接続板であることを特徴とする電気泳動装置。
11. 請求項８記載の電気泳動装置であって、
    前記導電性接続部材は、各中空電極の周囲に対称に設けられた複数の爪状ばねによって前記中空電極の外側面にばね接触していることを特徴とする電気泳動装置。
12. 請求項８記載の電気泳動装置であって、
    前記導電性接続部材を前記中空電極の上端から差し込んで組み立てていること特徴とする電気泳動装置。
13. 請求項８記載の電気泳動装置であって、
    前記導電性接続部材は、各中空電極の周囲に対称に設けられた複数の爪状ばねによって前記中空電極の外側面に接触しており、
    前記中空電極の外側面と前記導電性接続部材の爪状ばねとの接触面圧が５〜１０ＭＰａであることを特徴とする電気泳動装置。
14. 請求項８記載の電気泳動装置であって、
    前記導電性接続部材は、各中空電極の周囲に対称に設けられた複数の爪状ばねによって前記中空電極の外側面にばね接触しており、
    前記中空電極と前記導電性接続部材の爪状ばねとの接触部の界面に接着剤を塗布して硬化させたことを特徴とする電気泳動装置。
15. キャピラリアレイにおける試料注入端保持部材の製造方法であって、
    試料注入端保持部材のホルターと中空電極とを一体モールド形成し、
    中空電極の端部から導電性接続部材を差し込み、
    中空電極の中にキャピラリを挿入する製造方法。
16. 請求項１５記載の製造方法であって、
    前記中空電極が、オーステナイト系ステンレス鋼からなることを特徴とする製造方法。
17. 請求項１５記載の製造方法であって、
    前記導電性接続部材が導電性接続板であることを特徴とする製造方法。
18. 請求項１５記載の製造方法であって、
    前記導電性接続部材は、各中空電極の周囲に対称に設けられた複数の爪状ばねによって前記中空電極の外側面に接触していることを特徴とする製造方法。
19. 請求項１５記載の製造方法であって、
    試料注入端と反対側の端部から前記導電性接続部材を中空電極に差し込んでいることを特徴とする製造方法。
20. 請求項１５記載の製造方法であって、
    前記導電性接続部材は、各中空電極の周囲に対称に設けられた複数の爪状ばねによって前記中空電極の外側面に接触し、
    前記中空電極の外側面と前記導電性接続部材の爪状ばねとの接触面圧が５〜１０ＭＰａであることを特徴とする製造方法。
21. 請求項１５記載の製造方法であって、
    前記導電性接続部材は、各中空電極の周囲に対称に設けられた複数の爪状ばねによって前記中空電極の外側面にばね接触し、
    前記中空電極と前記導電性接続部材の爪状ばねとの接触部に接着剤を塗布して硬化させることを特徴とする製造方法。
    

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