JP4357399B2 - Electrophoresis device - Google Patents

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Description

本発明は、核酸やタンパク質等を電気泳動により分離分析する技術に関し、例えば、キャピラリ電気泳動装置に関する。   The present invention relates to a technique for separating and analyzing nucleic acids, proteins and the like by electrophoresis, for example, a capillary electrophoresis apparatus.

例えば、特開平10−19846号公報に開示されているようなキャピラリ電気泳動装置は、DNAの塩基配列および塩基長の決定等を目的して、石英管およびそれを覆うポリマ被覆からなるキャピラリを用いた電気泳動装置である。石英キャピラリ中に充填されたポリアクリルアミド等の分離媒体に、測定対象であるDNAを含む試料を導入して、キャピラリの両端部に電圧を印加する。試料中のDNA合成物はキャピラリ内を電気泳動し、分子量の大きさ等によって分離されキャピラリ内にDNAバンドを生じる。各DNAバンドには蛍光色素が加えられており、レーザ光の照射によって発色し、これを蛍光計測手段で読み取り、DNAの配列を決定する。蛋白質の分離・分析も同様に行って、蛋白質の構成を調べることができる。   For example, a capillary electrophoresis apparatus as disclosed in JP-A-10-19846 uses a quartz tube and a capillary made of a polymer covering the same for the purpose of determining the DNA base sequence and base length. Electrophoretic apparatus. A sample containing DNA to be measured is introduced into a separation medium such as polyacrylamide packed in a quartz capillary, and a voltage is applied to both ends of the capillary. The DNA synthesis product in the sample is electrophoresed in the capillary and is separated according to the size of the molecular weight or the like to generate a DNA band in the capillary. A fluorescent dye is added to each DNA band, which develops color when irradiated with laser light, which is read by a fluorescence measuring means to determine the DNA sequence. Protein separation and analysis can be performed in the same manner to examine the structure of the protein.

特開平10−19846号公報では、レーザ光の照射による蛍光をキャピラリ内に伝搬させ、キャピラリ末端端面から取り出し、光検出器により検出している。上記公報以外にも、USP5,730,850、USP6,661,510、及びUSP6,613,212において、キャピラリの末端端面の像を検出器上に結像する電気泳動装置が開示されている。   In Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-19846, fluorescence caused by laser light irradiation is propagated into the capillary, taken out from the end face of the capillary, and detected by a photodetector. In addition to the above publications, USP 5,730,850, USP 6,661,510, and USP 6,613,212 disclose an electrophoresis apparatus that forms an image of the end face of a capillary on a detector.

特開平10−19846号公報JP-A-10-19846 USP5,730,850USP 5,730,850 USP6,661,510USP 6,661,510 USP6,613,212USP 6,613,212

2次元状に配置されたキャピラリ末端端面を、CCD等の2次元検出器の受光面に結像する末端検出法について、本願発明者が鋭意検討した結果、本願発明者は次の問題を見出した。   As a result of intensive investigations by the inventor of the present invention, an inventor of the present application has found the following problem with respect to an end detection method in which the end surface of the capillary arranged two-dimensionally is imaged on the light receiving surface of a two-dimensional detector such as a CCD .

キャピラリ末端端面を受光面に結像する際、2次元状に配置されたすべてのキャピラリ末端端面にフォーカスが合うように受光面の位置を合わせると、一つのキャピラリ末端から放出されるいくつかの波長成分は、カメラレンズの色収差が原因でフォーカスが合わなくなる。つまり、二次元検出器の位置をある特定波長の結像面にセットすると、それ以外の波長においてはフォーカスが合わない、すなわちピンぼけの状態となってしまう問題を、本発明者らは見出した。   When imaging the end face of the capillary on the light receiving surface, if the position of the light receiving surface is adjusted so that all the end faces of the capillary arranged in two dimensions are in focus, several wavelengths are emitted from one capillary end. The component is out of focus due to chromatic aberration of the camera lens. That is, the present inventors have found a problem that if the position of the two-dimensional detector is set on the imaging surface of a specific wavelength, the focus is not achieved at other wavelengths, that is, the image becomes out of focus.

本発明の目的は、キャピラリ末端端面から放出される複数の波長成分を、高感度で検出することに関する。   An object of the present invention relates to detecting a plurality of wavelength components emitted from a capillary end face with high sensitivity.

本発明は、2次元状に配置されたキャピラリ末端端面から放出される複数波長を2次元検出器により検出する電気泳動装置において、色収差補正機構を備えることに関する。例えば、複数のキャピラリ端の構成する平面を集光レンズの光軸に対して斜めとし、複数波長の結像面を同一面上とする。また、例えば、キャピラリ末端端面から放出される複数波長光を、複数波長に対応して厚さの異なる透明部材中を透過させ、複数波長の結像面を同一面上とする。   The present invention relates to the provision of a chromatic aberration correction mechanism in an electrophoretic apparatus that detects a plurality of wavelengths emitted from a capillary end face arranged in two dimensions by a two-dimensional detector. For example, a plane formed by a plurality of capillary ends is inclined with respect to the optical axis of the condenser lens, and an imaging plane having a plurality of wavelengths is on the same plane. In addition, for example, multiple wavelength light emitted from the end face of the capillary is transmitted through transparent members having different thicknesses corresponding to the multiple wavelengths, and the imaging surfaces of the multiple wavelengths are on the same plane.

本発明により、色収差の影響を低減でき、光検出感度を高め、クロストークを低下できる。   According to the present invention, the influence of chromatic aberration can be reduced, photodetection sensitivity can be increased, and crosstalk can be reduced.

以下、上記及びその他の本発明の新規な特徴と利益を、図面を参酌して説明する。ただし、図面はもっぱら解説のためのものであって、本発明の範囲を限定するものではない。   The above and other novel features and benefits of the present invention will be described below with reference to the drawings. However, the drawings are for explanation only, and do not limit the scope of the present invention.

図1に、電気泳動装置の概略斜視図を示す。図2に、キャピラリヘッドの概略斜視図を示す。図3に、ポリマ充填ブロック近傍の概略断面図を示す。図4に、分析手順の概略フロー図を示す。以下、これら図面を参照して、電気泳動装置の概略を示す。   FIG. 1 shows a schematic perspective view of the electrophoresis apparatus. FIG. 2 is a schematic perspective view of the capillary head. FIG. 3 shows a schematic sectional view in the vicinity of the polymer filling block. FIG. 4 shows a schematic flow diagram of the analysis procedure. The outline of the electrophoresis apparatus will be described below with reference to these drawings.

本実施例における電気泳動装置(以下、「本装置」)は、泳動媒体が充填された複数本のキャピラリを用い、各キャピラリに試料を導入し、試料中の試料成分を電気泳動分離し、分析する。例えば、DNA含有試料を複数サンプル同時に分析し、塩基配列を解析できる。本装置の基本的構成は、キャピラリアレイ,照射光学ユニット,検出光学ユニット,オートサンプラユニット,泳動媒体充填ユニット,電源ユニット、及び温度制御ユニットである。   The electrophoresis apparatus in the present embodiment (hereinafter referred to as “this apparatus”) uses a plurality of capillaries filled with an electrophoresis medium, introduces a sample into each capillary, and separates and analyzes the sample components in the sample. To do. For example, a base sequence can be analyzed by simultaneously analyzing a plurality of samples containing DNA. The basic configuration of this apparatus is a capillary array, an irradiation optical unit, a detection optical unit, an autosampler unit, an electrophoresis medium filling unit, a power supply unit, and a temperature control unit.

キャピラリアレイ101は、複数本のキャピラリ102より構成される着脱可能な交換部材であり、所定回数の分析により品質が劣化し、分離能が低下した際に、新品に交換される。また、測定手法を変更する場合、キャピラリ102の長さが異なるキャピラリアレイ101に交換することにより、キャピラリ102の長さを調節できる。キャピラリアレイ101は、試料をキャピラリ102内に導入する試料導入部104,泳動分離された試料に励起光を照射する照射部103,複数本のキャピラリを束ねるキャピラリヘッド107を有する。   The capillary array 101 is a detachable exchange member composed of a plurality of capillaries 102, and is exchanged for a new one when the quality deteriorates due to a predetermined number of analyzes and the separation performance decreases. When the measurement technique is changed, the length of the capillaries 102 can be adjusted by exchanging the capillaries 102 with capillaries 102 having different lengths. The capillary array 101 includes a sample introduction unit 104 that introduces a sample into the capillary 102, an irradiation unit 103 that irradiates the separated sample with excitation light, and a capillary head 107 that bundles a plurality of capillaries.

キャピラリ102は、内径数十〜数百ミクロン,外形数百ミクロンの細管であり、強度を向上させるために表面がコーティングされている。キャピラリ102の内部に泳動媒体を充填することにより、泳動路を形成する。泳動路の両端に電圧を印加することにより、試料を電気泳動分離できる。   The capillary 102 is a thin tube having an inner diameter of several tens to several hundreds of microns and an outer diameter of several hundreds of microns, and the surface is coated to improve the strength. The electrophoresis path is formed by filling the inside of the capillary 102 with the electrophoresis medium. By applying a voltage to both ends of the electrophoresis path, the sample can be electrophoretically separated.

本実施例では、キャピラリ102内にて生じた光が、その内部を伝播するように、外表面をフッ素コーティングした石英パイプを用いる。尚、試料導入部104から少し離れた照射部103では、キャピラリ102内の試料に、レーザ光112を効率的に照射する為に、フッ素被膜が除去されている。このキャピラリ102を複数本束ねて、キャピラリアレイ101を構成している。尚、キャピラリ102の本数は、例えば、384本,192本,96本,8本である。また、必要に応じ、キャピラリ102をポリイミドによりコーティングしても良い。   In this embodiment, a quartz pipe whose outer surface is coated with fluorine is used so that light generated in the capillary 102 propagates through the inside. In the irradiation unit 103 slightly away from the sample introduction unit 104, the fluorine coating is removed in order to efficiently irradiate the sample in the capillary 102 with the laser beam 112. A plurality of capillaries 102 are bundled to form a capillary array 101. The number of capillaries 102 is, for example, 384, 192, 96, and 8. If necessary, the capillary 102 may be coated with polyimide.

試料導入部104は、キャピラリ102の試料導入端105を、サンプル容器147のウェルに合わせて配置しており、各ウェルに保持された複数の試料を泳動路に導入できる。   The sample introduction unit 104 has the sample introduction end 105 of the capillary 102 arranged in alignment with the well of the sample container 147, and can introduce a plurality of samples held in each well into the migration path.

本実施例では、キャピラリ102の先端を中空電極106に挿入して試料導入端105を形成し、試料導入端105を24行16列に配置し、試料導入部104を構成している。試料導入端105において、キャピラリ102の先端は、中空電極106から少し突出した状態となっている。ステンレス製パイプから構成される中空電極106は、高圧電源162に電気的に接続されている。試料導入端105を試料に浸し、電圧を印加することにより、試料を電気泳動し、キャピラリ内に導入できる。尚、試料導入の方法は、電気泳動に限定されず、圧力や分注により試料を泳動路に導入してもよい。   In this embodiment, the sample introduction end 105 is formed by inserting the tip of the capillary 102 into the hollow electrode 106, and the sample introduction end 105 is arranged in 24 rows and 16 columns to constitute the sample introduction portion 104. At the sample introduction end 105, the tip of the capillary 102 protrudes slightly from the hollow electrode 106. The hollow electrode 106 composed of a stainless steel pipe is electrically connected to a high voltage power source 162. By immersing the sample introduction end 105 in the sample and applying a voltage, the sample can be electrophoresed and introduced into the capillary. The sample introduction method is not limited to electrophoresis, and the sample may be introduced into the electrophoresis path by pressure or dispensing.

照射部103は、励起光であるレーザ光122を、キャピラリ102に充填された泳動媒体に照射する箇所であり、電気泳動分離された試料成分に励起光を照射することができる。試料成分に標識された蛍光体は、試料成分に依存した波長の光を放出する。   The irradiation unit 103 is a part that irradiates the electrophoresis medium filled in the capillary 102 with the laser light 122 that is excitation light, and can irradiate the sample component subjected to electrophoretic separation with excitation light. The phosphor labeled on the sample component emits light having a wavelength depending on the sample component.

本実施例では、複数のキャピラリ102を複数の組に分け、複数のガラス基板上に複数のキャピラリ102をそれぞれ並べ、いくつかのキャピラリ配列を形成する。尚、キャピラリ配列の組数は、1組,2組,3組,4組等である。各ガラス基板上では、各キャピラリ102が互いに実質的に平行、かつガラス基板に実質的に平行に配列されている。また、各々のキャピラリ102におけるフッ素皮膜の除去部分が、一直線上に配列されている。ここでキャピラリ102が互いに実質的に平行、及びガラス基板に平行であるとは、精度誤差程度に収まる程度の平行度であることを指す。照射光学ユニットにより、各ガラス基盤の両側から照射された複数のレーザ光122は、複数のキャピラリ102におけるポリイミド皮膜除去部をそれぞれ伝播し、各キャピラリ102内の試料を同時に励起する。   In the present embodiment, a plurality of capillaries 102 are divided into a plurality of groups, and a plurality of capillaries 102 are arranged on a plurality of glass substrates to form several capillary arrays. In addition, the number of sets of capillary arrays is one set, two sets, three sets, four sets, and the like. On each glass substrate, the capillaries 102 are arranged substantially parallel to each other and substantially parallel to the glass substrate. In addition, the removed portions of the fluorine film in each capillary 102 are arranged in a straight line. Here, the fact that the capillaries 102 are substantially parallel to each other and parallel to the glass substrate means that the degree of parallelism is within a precision error. The plurality of laser beams 122 irradiated from both sides of each glass substrate by the irradiation optical unit propagate through the polyimide film removal portions in the plurality of capillaries 102, respectively, and excite the sample in each capillary 102 at the same time.

キャピラリヘッド107は、複数のキャピラリを束ねて保持し、装置本体と着脱することができる。図2に示すように、本実施例のキャピラリヘッド107は、キャピラリの終端部108をマトリックス状となるように保持している。照射部103において試料成分から生じた蛍光の一部は、キャピラリ102の内表面で全反射してキャピラリ102の内部を伝播し、終端部108から放出され、検出光学ユニットにより検出される。また、キャピラリヘッド107は、ポリマ充填ブロック152に耐圧気密で接続できる。そして、泳動媒体充填ユニットにより、終端部108より、キャピラリ102内に、新しい泳動媒体を充填することができる。尚、終端部108は、必要に応じ、96行4列,64行6列、または48行8列のマトリックス状に配列したり、単に一つに収束させてもよい。   The capillary head 107 holds a plurality of capillaries in a bundle and can be attached to and detached from the apparatus main body. As shown in FIG. 2, the capillary head 107 of the present embodiment holds the end portions 108 of the capillaries so as to form a matrix. A part of the fluorescence generated from the sample component in the irradiation unit 103 is totally reflected on the inner surface of the capillary 102 and propagates through the capillary 102, is emitted from the terminal unit 108, and is detected by the detection optical unit. Further, the capillary head 107 can be connected to the polymer filling block 152 in a pressure-resistant and airtight manner. Then, a new electrophoresis medium can be filled into the capillary 102 from the end portion 108 by the electrophoresis medium filling unit. Note that the termination units 108 may be arranged in a matrix of 96 rows and 4 columns, 64 rows and 6 columns, or 48 rows and 8 columns as needed, or may be simply converged into one.

照射光学ユニットは、キャピラリアレイ101の照射部103に、励起光であるレーザ光122を照射する機構である。本実施例の照射光学ユニットは、レーザ光源112,ビームスプリッタA124,ミラーA125,ビームスプリッタB126,ミラーB127、及び集光レンズ128を有する。   The irradiation optical unit is a mechanism that irradiates the irradiation unit 103 of the capillary array 101 with laser light 122 that is excitation light. The irradiation optical unit of this embodiment includes a laser light source 112, a beam splitter A124, a mirror A125, a beam splitter B126, a mirror B127, and a condenser lens 128.

レーザ光源112は、試料成分を励起する励起光であるレーザ光を発振することが出来る。ビームスプリッタA124とミラーA125は、照射部103のキャピラリ配列をその両側から照射可能とする為に、レーザ光122は二手に分ける。複数のビームスプリッタB126と、複数のミラーB127、および集光レンズ128は、複数のレーザ光122をそれぞれ調節し、光照射部103にレーザ光122を照射する。各キャピラリ配列に照射されたレーザ光122は、隣接するキャピラリ102に次々に伝播する。   The laser light source 112 can oscillate laser light that is excitation light for exciting sample components. The beam splitter A124 and the mirror A125 divide the laser beam 122 into two parts so that the capillary array of the irradiation unit 103 can be irradiated from both sides. The plurality of beam splitters B126, the plurality of mirrors B127, and the condenser lens 128 respectively adjust the plurality of laser beams 122 and irradiate the light irradiation unit 103 with the laser beams 122. Laser light 122 applied to each capillary array propagates to adjacent capillaries 102 one after another.

尚、レーザ光源112としては、液体レーザ,気体レーザ,半導体レーザを適宜使用でき、必要に応じLEDで代用しても良い。例えば、アルゴンイオンレーザであり、波長
488nm、及び514.5nm ,出力100mWのレーザ122を発振するマルチラインである。また、マルチラインのみならず、シングルラインでも良く、2種類以上のレーザ光源を組み合わせても良い。また、レーザ光122の波長は、532nmや633nmも適宜使用できる。さらに、キャピラリ配列の片側からのみレーザ光122を照射したり、時分割でレーザ光122を照射しても良い。
As the laser light source 112, a liquid laser, a gas laser, or a semiconductor laser can be used as appropriate, and an LED may be substituted if necessary. For example, an argon ion laser is a multi-line that oscillates a laser 122 with wavelengths of 488 nm and 514.5 nm and an output of 100 mW. In addition to a multiline, a single line may be used, or two or more types of laser light sources may be combined. Further, the wavelength of the laser beam 122 may be 532 nm or 633 nm as appropriate. Further, the laser beam 122 may be irradiated only from one side of the capillary array, or the laser beam 122 may be irradiated in a time division manner.

検出光学ユニット131は、試料成分から放出された光を検出する機構である。図3に示すように、本実施例の検出光学ユニット131は、第1カメラレンズ118,光学プリズム134,第2カメラレンズ135,2次元検出器136を含む。   The detection optical unit 131 is a mechanism for detecting light emitted from the sample component. As shown in FIG. 3, the detection optical unit 131 of this embodiment includes a first camera lens 118, an optical prism 134, a second camera lens 135, and a two-dimensional detector 136.

終端部108を有するキャピラリヘッド107の端面は、泳動媒体で満たされポリマ流路154を介し、無蛍光石英ガラス製の検出窓132に対面するように配置されている。終端部108から放出された光は、ポリマ流路154内の泳動媒体を透過し、検出窓132から放射され、第1カメラレンズ133に入射し、平行光束とされる。この平行光束は、光学プリズム134により波長分散され、第2カメラレンズ135により、CCDカメラである2次元検出器136上に結像される。そして、CCDカメラからの信号を、コンピュータにより演算処理して、試料を分析する。   The end face of the capillary head 107 having the end portion 108 is filled with the electrophoresis medium and disposed so as to face the detection window 132 made of non-fluorescent quartz glass through the polymer flow path 154. The light emitted from the end portion 108 passes through the migration medium in the polymer flow path 154, is radiated from the detection window 132, enters the first camera lens 133, and becomes a parallel light flux. The parallel light flux is wavelength-dispersed by the optical prism 134 and imaged on the two-dimensional detector 136 which is a CCD camera by the second camera lens 135. Then, the signal from the CCD camera is processed by a computer to analyze the sample.

尚、光学プリズム134に代えて、回折格子やフィルタを適宜組み合わせて波長分散手段を構成してもよい。また、2次元検出器136としては、一次元検出器,フォトマル,フォトダイオード等と、光学機構を適宜組み合わせて構成してもよい。   Instead of the optical prism 134, the wavelength dispersion means may be configured by appropriately combining diffraction gratings and filters. The two-dimensional detector 136 may be configured by appropriately combining a one-dimensional detector, a photomultiplier, a photodiode, and the like and an optical mechanism.

オートサンプラユニットは、サンプル容器147をはじめとする電気泳動分析に用いる各容器を、試料導入部104の直下等の所定位置に搬送し、保持する機構である。本実施例のオートサンプラユニットは、爪143を備えたロボットアーム142により、サンプル容器147,バッファ容器144,洗浄容器145、及び廃液容器146を搬送する。
ロボットアーム142は、各容器をその上に固定する爪143を備え、3次元的に移動できる。これにより、所定の場所に保管されている各容器を、試料導入部104の直下に搬送し、その場所にて各容器を所定時間保持し、所定の場所に返却できる。
The autosampler unit is a mechanism that transports and holds each container used for electrophoretic analysis including the sample container 147 to a predetermined position such as directly below the sample introduction unit 104. The autosampler unit of the present embodiment transports the sample container 147, the buffer container 144, the cleaning container 145, and the waste liquid container 146 by the robot arm 142 having the claws 143.
The robot arm 142 includes a claw 143 for fixing each container thereon, and can move three-dimensionally. As a result, each container stored in a predetermined place can be transported directly below the sample introduction unit 104, held at that place for a predetermined time, and returned to the predetermined place.

バッファ容器144は、試料導入端105を浸す緩衝液を保持する容器である。泳動分析時、緩衝液が試料導入端105を浸すように、バッファ溶液144は試料導入部104の直下に搬送される。また、装置待機中も、泳動分析時と同様に搬送され、試料導入端
105を緩衝液に浸し、キャピラリ102内の泳動媒体の乾燥を防止している。
The buffer container 144 is a container that holds a buffer solution that immerses the sample introduction end 105. During the migration analysis, the buffer solution 144 is transported directly below the sample introduction unit 104 so that the buffer solution immerses the sample introduction end 105. Further, during the standby state of the apparatus, the sample is transported in the same manner as in the electrophoresis analysis, and the sample introduction end 105 is immersed in a buffer solution to prevent the electrophoresis medium in the capillary 102 from being dried.

洗浄容器145は、試料導入端105を洗浄する洗浄液を保持する容器であり、泳動媒体充填,予備泳動、及び試料導入の後に試料導入部104の直下に搬送される。試料導入端105を、洗浄容器中の洗浄液に浸すことにより、試料導入端105を洗浄し、コンタミネーションを回避できる。   The cleaning container 145 is a container that holds a cleaning liquid for cleaning the sample introduction end 105, and is transported directly below the sample introduction unit 104 after loading of the electrophoresis medium, preliminary migration, and sample introduction. By immersing the sample introduction end 105 in the cleaning liquid in the cleaning container, the sample introduction end 105 can be cleaned and contamination can be avoided.

廃液容器146は、使用済の泳動媒体を保持する容器であり、泳動媒体充填時に試料導入部104の直下に搬送され、泳動媒体充填時に試料導入端105から排出される使用済の泳動媒体を受け止める。   The waste liquid container 146 is a container for holding a used electrophoresis medium, and receives the used electrophoresis medium that is transported directly below the sample introduction unit 104 when filling the electrophoresis medium and discharged from the sample introduction end 105 when filling the electrophoresis medium. .

サンプル容器147は、複数の微量試料を保持する容器であり、試料導入時に試料導入部104の直下に搬送される。本実施例では、数10μlの試料を保持できるウェルを
24行16列備えたサンプルプレートに、樹脂製のシートであるセプタを乗せ、それをホルダとクリップで挟むことにより、サンプル容器147を構成している。試料としては、例えば、4種類のヌクレオシド塩基分子を識別するように蛍光標識され、多数の適当な長さ(大きさ)の核酸を含む溶液である。セプタは、ウェルに対応する位置に通常は密閉状態の貫通孔を有しており、ウェル中の試料の蒸発を防止しつつ、試料導入時に試料導入端
105と試料の接触を可能としている。また、セプタ上面に保護フィルムを貼り付け、試料蒸発を防止することもできる。また、ホルダとクリップは、その間にサンプルプレートやセプタを挟み、一体化することにより、ロボットアーム142にて搬送可能なサンプル容器147を形成する。
The sample container 147 is a container that holds a plurality of trace samples, and is transported immediately below the sample introduction unit 104 when the sample is introduced. In this embodiment, a sample container 147 is configured by placing a septa, which is a resin sheet, on a sample plate having 24 rows and 16 columns of wells capable of holding a sample of several tens of μl, and sandwiching it with a holder and a clip. ing. The sample is, for example, a solution that is fluorescently labeled so as to identify four types of nucleoside base molecules and contains a large number of nucleic acids having an appropriate length (size). The septa usually have a sealed through hole at a position corresponding to the well, and the sample introduction end 105 and the sample can be contacted at the time of sample introduction while preventing the sample in the well from evaporating. Also, a protective film can be attached to the upper surface of the septa to prevent sample evaporation. In addition, the holder and the clip sandwich a sample plate and a septa between them, and are integrated to form a sample container 147 that can be transported by the robot arm 142.

図1及び図3に示す泳動媒体充填ユニットは、泳動媒体であるポリマをキャピラリ102内に充填する機構である。本実施例の泳動媒体充填ユニットは、ポリマ充填ブロック152,シリンジ153,チューブ155,電磁弁156とを含み、分析開始前に新しい泳動媒体をキャピラリ102内に自動的に充填できる。   The electrophoresis medium filling unit shown in FIGS. 1 and 3 is a mechanism for filling the capillary 102 with a polymer as the electrophoresis medium. The electrophoresis medium filling unit of this embodiment includes a polymer filling block 152, a syringe 153, a tube 155, and an electromagnetic valve 156, and can automatically fill the capillary 102 with a new electrophoresis medium before starting analysis.

ポリマ充填ブロック152は、ポリマ流路154と検出窓132を有し、シリンジ153とチューブ155に接続し、キャピラリヘッド110を着脱できる。キャピラリヘッド,110は、耐圧気密を維持しながらポリマ充填ブロック152に装着される。キャピラリヘッド107の終端部108は、検出窓132に対向するように配置され、終端部108と検出窓132に挟まれた領域はポリマ流路154の一部を形成する。ポリマ流路154は、泳動媒体により満たされたシリンジ153と、電磁弁156を備えたチューブ155と連通している。チューブ155の他端は、陽極バッファ容器163に保持された緩衝液に浸されている。キャピラリ102内に泳動媒体を充填する際には、試料導入部104の直下に廃液容器146を配置し、電磁弁156を閉じ、シリンジ153のプランジャを押す。これにより、シリンジ153内の泳動媒体が、ポリマ流路154を経由して、終端部108からキャピラリ102内に流入する。また、キャピラリ102内の使用済泳動媒体は、試料導入端105から排出され、廃液容器146にて受け止められる。   The polymer filling block 152 has a polymer flow path 154 and a detection window 132, is connected to the syringe 153 and the tube 155, and the capillary head 110 can be attached and detached. The capillary head 110 is mounted on the polymer filling block 152 while maintaining pressure and air tightness. The terminal portion 108 of the capillary head 107 is disposed so as to face the detection window 132, and a region sandwiched between the terminal portion 108 and the detection window 132 forms a part of the polymer flow path 154. The polymer flow path 154 communicates with a syringe 153 filled with a migration medium and a tube 155 provided with an electromagnetic valve 156. The other end of the tube 155 is immersed in a buffer solution held in the anode buffer container 163. When filling the capillary 102 with the electrophoresis medium, the waste liquid container 146 is disposed immediately below the sample introduction unit 104, the electromagnetic valve 156 is closed, and the plunger of the syringe 153 is pushed. As a result, the electrophoresis medium in the syringe 153 flows into the capillary 102 from the terminal end portion 108 via the polymer channel 154. Further, the used electrophoresis medium in the capillary 102 is discharged from the sample introduction end 105 and received by the waste liquid container 146.

電源ユニットは、キャピラリ102内の泳動媒体から構成される泳動路に電圧を印加する機構であり、試料を電気泳動できる。本実施例の電源ユニットは、中空電極106と陽極電極164に電気的接続され、15kV前後の高電圧を発生できる高圧電源162を含む。   The power supply unit is a mechanism that applies a voltage to the migration path composed of the migration medium in the capillary 102, and can electrophorese the sample. The power supply unit of this embodiment includes a high voltage power supply 162 that is electrically connected to the hollow electrode 106 and the anode electrode 164 and can generate a high voltage of around 15 kV.

試料導入時は、キャピラリ102,ポリマ流路154及びチューブ155の内部を泳動媒体で満たし、サンプル容器147のウェルに保持された試料に試料導入端105を浸し、電磁弁156を開く。これにより、中空電極106,ウェル中の試料、キャピラリ102,ポリマ流路154,チューブ155,陽極バッファ容器163内の緩衝液、及び陽極電極164からなる通電路が形成される。そして、中空電極106を負電位、陽極電極164を正電位として、この通電路にパルス電圧を印加する。これにより、ウェル内に存在する負に帯電する試料成分、例えばDNAが、試料導入端105から泳動路に導入される。   At the time of sample introduction, the inside of the capillary 102, the polymer channel 154 and the tube 155 is filled with the electrophoresis medium, the sample introduction end 105 is immersed in the sample held in the well of the sample container 147, and the electromagnetic valve 156 is opened. As a result, an energization path comprising the hollow electrode 106, the sample in the well, the capillary 102, the polymer flow path 154, the tube 155, the buffer solution in the anode buffer container 163, and the anode electrode 164 is formed. Then, a pulse voltage is applied to this energization path with the hollow electrode 106 as a negative potential and the anode electrode 164 as a positive potential. As a result, a negatively charged sample component, such as DNA, present in the well is introduced from the sample introduction end 105 into the migration path.

また、泳動分析時は、試料導入時と異なり、バッファ容器144に保持された緩衝液に試料導入端105を浸す。これにより、中空電極106,バッファ溶液144中の緩衝液、キャピラリ102,ポリマ流路154,チューブ155、陽極バッファ容器163内の緩衝液、及び陽極電極164からなる通電路が形成される。そして、試料導入時と異なり、15kV前後の高電圧を印加する。これにより、照射部103から試料導入部104の方向に電界が生じ、泳動路に導入された負に帯電する試料成分が、照射部103の方向に電気泳動する。   Also, during the electrophoresis analysis, unlike the sample introduction, the sample introduction end 105 is immersed in a buffer solution held in the buffer container 144. As a result, a current path including the hollow electrode 106, the buffer solution in the buffer solution 144, the capillary 102, the polymer channel 154, the tube 155, the buffer solution in the anode buffer container 163, and the anode electrode 164 is formed. Then, unlike the sample introduction, a high voltage of around 15 kV is applied. As a result, an electric field is generated in the direction from the irradiation unit 103 to the sample introduction unit 104, and the negatively charged sample component introduced into the migration path is electrophoresed in the direction of the irradiation unit 103.

温度制御ユニットは、試料成分の泳動速度に影響を与える泳動路の温度を制御する機構である。本実施例における温度制御ユニットは、図示しない恒温槽内にキャピラリ102を収容する。そして、ペルチェ等の温度制御機構により一定温度に保たれた空気を、ファン等の送風機構により恒温槽内を循環させ、キャピラリ102を所定温度に保つ。   The temperature control unit is a mechanism for controlling the temperature of the migration path that affects the migration speed of the sample components. The temperature control unit in the present embodiment houses the capillary 102 in a thermostat (not shown). Then, the air maintained at a constant temperature by a temperature control mechanism such as Peltier is circulated in the thermostatic chamber by a blowing mechanism such as a fan, and the capillary 102 is maintained at a predetermined temperature.

以下、主に図4を参照して、電気泳動分析の基本的手順について説明する。   Hereinafter, the basic procedure of electrophoretic analysis will be described mainly with reference to FIG.

電気泳動分析の基本的手順は、事前準備201,泳動媒体充填203,予備泳動204,試料導入205、及び泳動分析206に大別できる。本装置のオペレータは、分析開始前の事前準備として、試料や試薬を本装置にセットする(201)。より具体的には、まず、バッファ容器144と陽極バッファ容器163に、通電路の一部を形成する緩衝液を満たす。緩衝液は、例えば、各社から電気泳動用として市販されている電解質液である。   The basic procedure of electrophoretic analysis can be broadly divided into pre-preparation 201, electrophoresis medium filling 203, preliminary electrophoresis 204, sample introduction 205, and electrophoresis analysis 206. The operator of this apparatus sets a sample and a reagent in this apparatus as a preliminary preparation before starting analysis (201). More specifically, first, the buffer container 144 and the anode buffer container 163 are filled with a buffer solution that forms part of the current path. The buffer solution is, for example, an electrolyte solution that is commercially available for electrophoresis from various companies.

また、サンプル容器147のウェル内に、分析対象である試料を分注する。試料は、例えば、DNAのPCR産物である。また、洗浄容器145に、試料導入部104を洗浄する為の洗浄溶液を分注する。洗浄溶液は、例えば、純水である。また、シリンジ153内に、試料を電気泳動する為の分離媒体を注入する。泳動媒体は、例えば各社から電気泳動用として市販されているポリアクリルアミド系分離ゲルである。さらに、キャピラリ102の劣化が予想される場合や、キャピラリ102の長さを変更する場合、キャピラリアレイ101を交換する。そして、事前準備が完了した後、オペレータは本装置を操作して、分析を開始する(202)。泳動媒体充填203とは、キャピラリ102内に新しい泳動媒体を充填し、泳動路を形成する手順である。   In addition, a sample to be analyzed is dispensed into the well of the sample container 147. The sample is, for example, a DNA PCR product. In addition, a cleaning solution for cleaning the sample introduction unit 104 is dispensed into the cleaning container 145. The cleaning solution is pure water, for example. Further, a separation medium for electrophoresis of the sample is injected into the syringe 153. The electrophoresis medium is, for example, a polyacrylamide separation gel commercially available for electrophoresis from various companies. Furthermore, when the deterioration of the capillary 102 is expected or when the length of the capillary 102 is changed, the capillary array 101 is replaced. Then, after the preliminary preparation is completed, the operator operates the apparatus and starts analysis (202). The electrophoresis medium filling 203 is a procedure for filling the capillary 102 with a new electrophoresis medium and forming an electrophoresis path.

本実施例における泳動媒体充填203では、まず、オートサンプラユニットにより廃液溶液146を試料導入部104の直下に運び、試料導入端105から排出される使用済の泳動媒体を受け止められるようにする(211)。そして、シリンジ153を駆動して、キャピラリ102内に新しい泳動媒体を充填し、使用済の泳動媒体を廃棄する(212)。最後に、洗浄容器145内の洗浄溶液に試料導入端105を浸し、泳動媒体により汚れた試料導入端105を洗浄する(213)。予備泳動204とは、泳動媒体に所定の電圧を印加し、泳動媒体を電気泳動に適した状態にする手順である。本実施例における予備泳動204では、まず、オートサンプラユニットにより、バッファ容器144内の緩衝液に試料導入端105を浸し、通電路を形成する(214)。そして、電源ユニットにより、泳動媒体に数〜数十キロボルト程度の電圧を数〜数十分間加え、泳動媒体を電気泳動に適した状態とする(215)。最後に、洗浄容器145内の洗浄溶液に試料導入端105を浸し、緩衝液により汚れた試料導入端105を洗浄する(216)。試料導入205とは、試料成分を泳動路に導入する手順である。   In the loading of the loading medium 203 in the present embodiment, first, the waste solution 146 is carried directly under the sample introduction unit 104 by the autosampler unit so that the used migration medium discharged from the sample introduction end 105 can be received (211). ). Then, the syringe 153 is driven to fill the capillary 102 with a new electrophoresis medium, and the used electrophoresis medium is discarded (212). Finally, the sample introduction end 105 is immersed in the cleaning solution in the cleaning container 145, and the sample introduction end 105 soiled with the electrophoresis medium is washed (213). The preliminary electrophoresis 204 is a procedure for applying a predetermined voltage to the electrophoresis medium so that the electrophoresis medium is in a state suitable for electrophoresis. In the preliminary electrophoresis 204 in the present embodiment, first, the sample introduction end 105 is immersed in the buffer solution in the buffer container 144 by the autosampler unit to form a current path (214). Then, a voltage of about several to several tens of kilovolts is applied to the electrophoresis medium for several to several tens of minutes by the power supply unit to bring the electrophoresis medium into a state suitable for electrophoresis (215). Finally, the sample introduction end 105 is immersed in the washing solution in the washing container 145, and the sample introduction end 105 soiled with the buffer solution is washed (216). The sample introduction 205 is a procedure for introducing sample components into the migration path.

本実施例における試料導入205では、まず、オートサンプラユニットにより、サンプル容器147のウェル内に保持された試料に試料導入端105を浸す。これにより、通電路が形成され、泳動路に試料成分を導入することが状態となる(217)。そして、電源ユニットによりパルス電圧を通電路に印加し、泳動路に試料成分を導入する(218)。最後に、洗浄容器145内の洗浄溶液に試料導入端105を浸し、試料により汚れた試料導入端105を洗浄する(219)。泳動分析206とは、電気泳動により、試料中に含まれる各試料成分を分離分析する手順である。本実施例における泳動分析206では、まず、オートサンプラユニットにより、バッファ容器144内の緩衝液に試料導入端105を浸し、通電路を形成する(220)。   In the sample introduction 205 in the present embodiment, first, the sample introduction end 105 is immersed in the sample held in the well of the sample container 147 by the autosampler unit. As a result, an energization path is formed, and the sample component is introduced into the migration path (217). Then, a pulse voltage is applied to the energization path by the power supply unit, and the sample component is introduced into the migration path (218). Finally, the sample introduction end 105 is immersed in the cleaning solution in the cleaning container 145, and the sample introduction end 105 contaminated with the sample is washed (219). The migration analysis 206 is a procedure for separating and analyzing each sample component contained in a sample by electrophoresis. In the electrophoretic analysis 206 in the present embodiment, first, the sample introduction end 105 is immersed in the buffer solution in the buffer container 144 by the autosampler unit to form a current path (220).

そして、電源ユニットにより、通電路に15kV前後の高電圧を印加し、泳動路に電界を発生させる(221)。発生した電界により、泳動路内の各試料成分は、各試料成分の性質に依存した速度で照射部103へ移動する。つまり、試料成分は、その移動速度の差により分離される。そして、照射部103に到達した試料成分から順番に検出される。例えば、試料が、塩基長の異なるDNAを多数含む場合は、その塩基長により移動速度に差が生じ、塩基長の短いDNAから順に照射部103に到達する。各DNAに、その末端塩基配列に依存した蛍光物質を取り付けておけば、照射部103に到達した順に、その末端塩基配列を検出できる。   Then, a high voltage of about 15 kV is applied to the energization path by the power supply unit to generate an electric field in the migration path (221). Due to the generated electric field, each sample component in the migration path moves to the irradiation unit 103 at a speed depending on the property of each sample component. That is, the sample components are separated by the difference in moving speed. And it detects in order from the sample component which reached the irradiation part 103. For example, when the sample includes a large number of DNAs having different base lengths, a difference occurs in the moving speed depending on the base length, and the irradiation unit 103 is reached in order from the DNA having the shorter base length. If a fluorescent substance depending on the terminal base sequence is attached to each DNA, the terminal base sequence can be detected in the order of arrival at the irradiation unit 103.

そして、予定していたデータを取り終えたら電圧印加を停止し、泳動分析を終了する
(213)。
When the planned data is taken, the voltage application is stopped and the electrophoresis analysis is finished (213).

以上が、一連の分析手順である。さらに分析を実施する場合は、泳動媒体充填203から分析手順を進める。   The above is a series of analysis procedures. When further analysis is performed, the analysis procedure is advanced from the loading of the migration medium 203.

以下、図5−図7を参照して、本実施例の特徴的機構である色収差補正機構について説明する。   Hereinafter, a chromatic aberration correction mechanism, which is a characteristic mechanism of the present embodiment, will be described with reference to FIGS.

我々は、末端検出法において図5に示す問題が発生することを見出した。末端検出におけるキャピラリアレイからの発光の検出系を図5に示す。キャピラリ末端端面501からの発光は、蛍光集光レンズ502によって平行光となり、プリズム503によって分光され、結像レンズ504によってCCD受光面505上に結像される。CCD受光面505は結像レンズに垂直である。キャピラリの末端端面501では64×6の格子状にキャピラリが配置されている。図6にCCD受光面505に結像される像を示す。図6に示すように、1本のキャピラリからの発光が分光された像601が、Y軸方向に64、X軸方向に6並ぶ構成になる。図6に示すように、384本のキャピラリからの分光された発光を同時検出することができる。   We have found that the problem shown in FIG. 5 occurs in the end detection method. FIG. 5 shows a detection system for light emission from the capillary array in the end detection. Light emitted from the end face 501 of the capillary is converted into parallel light by the fluorescence condensing lens 502, dispersed by the prism 503, and imaged on the CCD light receiving surface 505 by the imaging lens 504. The CCD light receiving surface 505 is perpendicular to the imaging lens. On the end face 501 of the capillary, the capillaries are arranged in a 64 × 6 lattice pattern. FIG. 6 shows an image formed on the CCD light receiving surface 505. As shown in FIG. 6, the image 601 in which the light emission from one capillary is dispersed is arranged in the Y-axis direction with 64 and the X-axis direction with 6 images. As shown in FIG. 6, the spectrally emitted light from the 384 capillaries can be detected simultaneously.

ここで、キャピラリ末端端面501を蛍光集光レンズ502の光軸506に垂直にセットする。このとき、図5に示すように、レンズの色収差により、X軸方向に並ぶ2つのキャピラリ507,508の発光の分光された光の結像点のなす面509,510が同一平面にならない、すなわち、CCD結像面を移動したとしても、分光された光のすべての像をCCD受光面505上に結像できないという問題が発生することを発明者らは見出した。発光の一部はピンぼけの状態になってしまい、蛍光検出の感度を低下させたり、クロストークを大きくする問題が発生することになる。なお、分光された光の結像点のなす面
509,510と結像レンズの光軸511に垂直なCCD受光面505のなす角度を
θ512とする。
Here, the capillary end face 501 is set perpendicularly to the optical axis 506 of the fluorescent condenser lens 502. At this time, as shown in FIG. 5, due to the chromatic aberration of the lens, the surfaces 509 and 510 formed by the image formation points of the dispersed light emitted from the two capillaries 507 and 508 arranged in the X-axis direction are not coplanar. The inventors have found that even if the CCD image forming surface is moved, there arises a problem that not all the images of the dispersed light can be formed on the CCD light receiving surface 505. A part of the light emission becomes out of focus, which causes a problem of reducing the sensitivity of fluorescence detection and increasing crosstalk. It is assumed that an angle formed between the surfaces 509 and 510 formed by the imaging points of the dispersed light and the CCD light receiving surface 505 perpendicular to the optical axis 511 of the imaging lens is θ512.

そこで、発明者らは図7に示すように、キャピラリアレイの末端端面701と、集光レンズの光軸702に垂直な面のなす角度θ703を、図5に示した角度θ512と同じにした。ここでキャピラリ軸705は集光レンズの光軸702と平行である。   Therefore, the inventors made the angle θ703 formed between the end face 701 of the capillary array and the surface perpendicular to the optical axis 702 of the condenser lens the same as the angle θ512 shown in FIG. Here, the capillary axis 705 is parallel to the optical axis 702 of the condenser lens.

この場合の結像面は図7のようになる。すなわち、X軸方向に並ぶ複数のキャピラリの分光されたそれぞれの波長の光について結像面704が一致するようになる。このように本実施例では、結像面704をCCDの受光面とすることにより、すべてのキャピラリについて色収差の影響をなくし、結像面を同一面上にできるので、ピンぼけによる低感度化,クロストーク増大化を抑制し、蛍光検出の高感度,低クロストークを実現することができる。   The image plane in this case is as shown in FIG. In other words, the imaging planes 704 coincide with each other for each wavelength of light separated from the plurality of capillaries arranged in the X-axis direction. As described above, in this embodiment, by forming the imaging surface 704 as the light receiving surface of the CCD, the influence of chromatic aberration can be eliminated for all the capillaries and the imaging surface can be on the same plane. It is possible to suppress the increase in talk and realize high sensitivity and low crosstalk of fluorescence detection.

図8を参照して、本実施例の特徴的機構である色収差補正機構について説明する。   With reference to FIG. 8, the chromatic aberration correction mechanism which is a characteristic mechanism of the present embodiment will be described.

実施例1と同様に、キャピラリアレイ末端端面801を図8に示すように、レンズの光軸802に対して図5のθだけずらすようにする。但し、実施例2では、実施例1とは異なり、キャピラリ軸803は、キャピラリアレイ末端端面801に対して垂直であり、集光レンズ光軸802に対しては平行ではない。この場合の結像面804は図8のようになる。すなわち、X軸方向に並ぶ複数のキャピラリの分光されたそれぞれの波長の光について結像面804が一致するようになる。このように本実施例では、結像面804をCCDの受光面とすることにより、すべてのキャピラリについて色収差の影響をなくし、結像面804を同一面上にできるので、ピンぼけによる低感度化,クロストーク増大化を抑制し、蛍光検出の高感度,低クロストークを実現することができる。但し、蛍光の発光強度は、キャピラリ軸803を中心として分布し、キャピラリ軸803方向が最も強いため、キャピラリ軸803と集光レンズの光軸802が一致しない実施例2の条件下では、集光レンズ805の集光効率が低下し、蛍光検出の感度は実施例1に比べて劣る。   As in the first embodiment, the end face 801 of the capillary array is shifted from the optical axis 802 of the lens by θ in FIG. 5 as shown in FIG. However, in the second embodiment, unlike the first embodiment, the capillary axis 803 is perpendicular to the capillary array end face 801 and is not parallel to the condenser lens optical axis 802. The image plane 804 in this case is as shown in FIG. That is, the imaging planes 804 coincide with each other for each wavelength of light separated from the plurality of capillaries arranged in the X-axis direction. As described above, in this embodiment, by using the imaging surface 804 as the light receiving surface of the CCD, the influence of chromatic aberration can be eliminated for all the capillaries, and the imaging surface 804 can be on the same surface. Increase in crosstalk can be suppressed, and high sensitivity and low crosstalk in fluorescence detection can be realized. However, since the fluorescence emission intensity is distributed around the capillary axis 803 and is strongest in the direction of the capillary axis 803, the light is condensed under the conditions of Example 2 in which the capillary axis 803 and the optical axis 802 of the condenser lens do not coincide. The light collection efficiency of the lens 805 is lowered, and the sensitivity of fluorescence detection is inferior to that of the first embodiment.

図9を参照して、本実施例の特徴的機構である色収差補正機構について説明する。   With reference to FIG. 9, the chromatic aberration correction mechanism which is a characteristic mechanism of the present embodiment will be described.

実施例3では、キャピラリアレイの末端901の構成・配置は図5と同様である。CCD受光面902の前に図9に示すくさび形の透明ガラス板907を設置する。長波長側である赤側のガラス厚を小さく、短波長側である青側のガラス厚を大きくする。これにより、結像レンズ903の光軸904に垂直なCCD受光面902に対し、分光した蛍光905,906が色収差を補正されて結像することができる。一枚のくさび形の透明ガラス板
907が、1列64本のキャピラリに対して、色収差を補正する。6個のくさび形ガラス板907をそれぞれ6列のキャピラリ結像位置に合わせてCCD受光面902の手前に設置してもよいし、6個のくさび形ガラスがつながった1枚のガラス板を設置してもよい。
In the third embodiment, the configuration / arrangement of the end 901 of the capillary array is the same as in FIG. A wedge-shaped transparent glass plate 907 shown in FIG. 9 is installed in front of the CCD light receiving surface 902. The glass thickness on the red side, which is the long wavelength side, is reduced, and the glass thickness on the blue side, which is the short wavelength side, is increased. As a result, the dispersed fluorescence 905 and 906 can be imaged on the CCD light receiving surface 902 perpendicular to the optical axis 904 of the imaging lens 903 with corrected chromatic aberration. One wedge-shaped transparent glass plate 907 corrects chromatic aberration for 64 capillaries in a row. Six wedge-shaped glass plates 907 may be installed in front of the CCD light-receiving surface 902 in accordance with six rows of capillary imaging positions, or one glass plate connected with six wedge-shaped glasses is installed. May be.

図10−図13を参照して、本実施例の特徴的機構である色収差補正機構について説明する。   With reference to FIGS. 10 to 13, a chromatic aberration correction mechanism that is a characteristic mechanism of the present embodiment will be described.

実施例4では、キャピラリアレイの末端1000の構成・配置は従来例である図5と同様である。図10に示すように、プリズムを配置せず、回転する4つのバンドパスフィルタ群1001を設置する。これにより4つのバンドパスフィルタを適宜切り換えることができる。4つのバンドパスフィルタ(図11)は、それぞれ赤色透過バンドパスフィルタ1001,黄色透過バンドパスフィルタ1002,緑色透過バンドパスフィルタ1003,青色透過バンドパスフィルタ1004の光のみを透過する。また、それぞれのバンドパスフィルタに対応した位置に、バンドパスフィルタ群1001のそれぞれの波長に対応させて色収差を補正する厚さの異なる4枚の結像位置補正ガラス板群1010をセットし、バンドパスフィルタ群1001が回転するときに、補正ガラス板群1010も同時に回転するようになっている(図11)。CCD1020には、バンドパスフィルタ群1001を透過する光のみが、それぞれのキャピラリに対応する位置に結像される。CCD1020においては、バンドパスフィルタ群1001のフィルタを切り換えるタイミングに同期させて、CCDの電荷を移動させる(図12)。これにより、それぞれのバンドパスフィルタに相当する光信号をCCD1020の異なる位置に結像することができる。本実施例では、プリズムを使用することなく、実施例1とほぼ同等の結像をCCD上に作ることができる(図13)。   In Example 4, the configuration and arrangement of the terminal end 1000 of the capillary array are the same as those in FIG. As shown in FIG. 10, four band pass filter groups 1001 that rotate without installing a prism are installed. Thus, the four band pass filters can be switched as appropriate. The four bandpass filters (FIG. 11) transmit only the light of the red transmission bandpass filter 1001, the yellow transmission bandpass filter 1002, the green transmission bandpass filter 1003, and the blue transmission bandpass filter 1004, respectively. Also, four imaging position correction glass plate groups 1010 having different thicknesses for correcting chromatic aberration corresponding to the respective wavelengths of the band pass filter group 1001 are set at positions corresponding to the respective band pass filters. When the pass filter group 1001 rotates, the correction glass plate group 1010 also rotates at the same time (FIG. 11). Only light that passes through the bandpass filter group 1001 is imaged on the CCD 1020 at a position corresponding to each capillary. In the CCD 1020, the charge of the CCD is moved in synchronization with the timing of switching the filters of the bandpass filter group 1001 (FIG. 12). Thereby, an optical signal corresponding to each bandpass filter can be imaged at different positions of the CCD 1020. In the present embodiment, it is possible to form an image on the CCD that is substantially equivalent to that of the first embodiment without using a prism (FIG. 13).

色収差は、補正ガラス板群1010により補正されているので、すべての波長において、キャピラリアレイ末端1000からの蛍光をCCD上にピンぼけすることなく結像することができる。   Since the chromatic aberration is corrected by the correction glass plate group 1010, the fluorescence from the capillary array end 1000 can be imaged on the CCD without defocusing at all wavelengths.

図14,図15を参照して、本実施例の特徴的機構である色収差補正機構について説明する。実施例5の蛍光検出形の構成は実施例1と同様である。実施例1では、レーザ照射部の構成が、平面基板上に並んだ複数のキャピラリからなるキャピラリアレイの一方あるいは両側の端のキャピラリにレーザ光を照射し、前記レーザ光が隣接するキャピラリに次々と伝搬してキャピラリアレイを横断する構造であったが、本実施例では、キャピラリ
1402を同一平面1401上に配置(図14)し、キャピラリ配列方向にレーザ光1403をシリンドリカル凹レンズ1406により広げ、広げたレーザ光1404で同一平面状のキャピラリ1402を一括照射し(図15)、かつ、キャピラリ軸方向については、シリンドリカル凸レンズ1405によりキャピラリに対しレーザ光を集光する(図16)。レーザ照射方式にかかわらず、CCD結像面においては、実施例1と同様に、X軸方向のキャピラリについて、結像面が一致すると同時に、分光されたそれぞれの波長の光についても結像面が一致するようになる。このように本実施例では、すべてのキャピラリについて色収差の影響をなくし、結像面を同一面上にできることができるので、ピンぼけによる低感度化,クロストーク増大化を抑制し、蛍光検出の高感度化,クロストーク低下を実現することができる。
With reference to FIGS. 14 and 15, the chromatic aberration correction mechanism which is a characteristic mechanism of the present embodiment will be described. The configuration of the fluorescence detection type of the fifth embodiment is the same as that of the first embodiment. In the first embodiment, the configuration of the laser irradiation unit is such that a laser beam is irradiated to one or both ends of a capillary array composed of a plurality of capillaries arranged on a flat substrate, and the laser beam is successively applied to adjacent capillaries. In this embodiment, the capillary 1402 is arranged on the same plane 1401 (FIG. 14), and the laser beam 1403 is spread and widened by the cylindrical concave lens 1406 in the capillary array direction in this embodiment. A laser beam 1404 collectively irradiates the same planar capillary 1402 (FIG. 15), and in the capillary axis direction, the laser beam is condensed on the capillary by a cylindrical convex lens 1405 (FIG. 16). Regardless of the laser irradiation method, on the CCD image formation surface, as in the first embodiment, the image formation surfaces of the capillaries in the X-axis direction coincide with each other, and at the same time, the image formation surfaces of the light beams having the respective wavelengths separated from each other. To match. In this way, in this embodiment, the influence of chromatic aberration can be eliminated for all capillaries, and the image plane can be made on the same plane. Therefore, low sensitivity due to defocusing and increase in crosstalk are suppressed, and high sensitivity of fluorescence detection is achieved. And crosstalk reduction can be realized.

以上、本発明の例を説明したが、本発明は上述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て理解されよう。例えば、各実施例を適宜組み合わせることも可能である。   The example of the present invention has been described above, but the present invention is not limited to the above-described example, and various modifications can be made by those skilled in the art within the scope of the invention described in the claims. Will be understood. For example, the embodiments can be appropriately combined.

また、試料からの発光は4波長に限られるものではなく、2波長や3波長などの場合にあわせ、各実施例は適宜変更可能である。   Further, light emission from the sample is not limited to four wavelengths, and each embodiment can be appropriately changed according to the case of two wavelengths or three wavelengths.

電気泳動装置の概略斜視図。The schematic perspective view of an electrophoresis apparatus. キャピラリヘッドの概略斜視図。The schematic perspective view of a capillary head. ポリマ充填ブロック近傍の概略断面図。The schematic sectional drawing of the polymer filling block vicinity. 分析手順の概略フロー図。Schematic flow chart of analysis procedure. 末端検出法の検出系の配置図。The layout of the detection system of the end detection method. 末端検出法のCCD上の像。Image on CCD of end detection method. 実施例1の末端検出法の検出系の配置図。FIG. 3 is a layout diagram of a detection system of the end detection method according to the first embodiment. 実施例2の末端検出法の検出系の配置図。FIG. 6 is a layout diagram of a detection system of the end detection method according to the second embodiment. 実施例3の末端検出法の検出系の配置図。FIG. 9 is a layout diagram of a detection system of the end detection method of Example 3. 実施例4の末端検出法の検出系の配置図。FIG. 6 is a layout diagram of a detection system of a terminal detection method according to a fourth embodiment. 実施例4のバンドパスフィルタ/色収差補正回転板。4 is a bandpass filter / chromatic aberration correcting rotary plate of Example 4. FIG. 実施例4の末端検出法のCCD上の像。Image on CCD of end detection method of Example 4. 実施例4の末端検出法のCCD上の全体像。The whole image on CCD of the terminal detection method of Example 4. FIG. 実施例5のキャピラリアレイにおけるレーザ光照射部。FIG. 10 shows a laser beam irradiation part in the capillary array of Example 5. FIG. 実施例5のキャピラリアレイにおけるレーザ光照射の側面図。FIG. 10 is a side view of laser light irradiation in the capillary array of Example 5. 実施例5のキャピラリアレイにおけるレーザ光照射の上面図。FIG. 10 is a top view of laser light irradiation in the capillary array of Example 5.

符号の説明Explanation of symbols

101…キャピラリアレイ、102,1402…キャピラリ、103…照射部、104…試料導入部、105…試料導入端、106…中空電極、107…キャピラリヘッド、
108…終端部、121…照射光学ユニット、122,1403…レーザ光、112…レーザ光源、124…ビームスプリッタA、125…ミラーA、126…ビームスプリッタB、127…ミラーB、131…検出光学ユニット、132…検出窓、133…第1カメラレンズ、134…光学プリズム、135…第2カメラレンズ、136…2次元検出器、141…オートサンプラユニット、142…ロボットアーム、143…ツメ、144…バッファ容器、145…洗浄容器、146…廃液容器、147…サンプル容器、151…泳動媒体充填ユニット、152…ポリマ充填ブロック、153…シリンジ、154…ポリマ流路、155…チューブ、156…電磁弁、161…電源ユニット、162…高圧電源、163…陽極バッファ容器、164…陽極電極、501…キャピラリ末端端面、502…蛍光集光レンズ、503…プリズム、504…結像レンズ、505…CCD、506…蛍光集光レンズの光軸、507,508…X軸方向に並ぶ2つのキャピラリ、509,510…光の結像点のなす面、511…結像レンズの光軸、512…分光された光の結像点のなす面と結像レンズの光軸に垂直なCCD面のなす角度θ、601…1本のキャピラリからの発光が分光された像、701…キャピラリアレイの末端端面、702…蛍光集光レンズの光軸、703…角度、704,804…結像面、705,803…キャピラリ軸、801…キャピラリアレイ末端端面、802…集光レンズの光軸、805…集光レンズ、901…キャピラリアレイの末端、902…CCD受光面、903…結像レンズ、904…結像レンズの光軸、905,906…分光した蛍光、907…くさび形の透明ガラス板、1000…キャピラリアレイ末端、1001…回転する4つのバンドパスフィルタ群、1002…赤色透過バンドパスフィルタ、1003…黄色透過バンドパスフィルタ、1004…緑色透過バンドパスフィルタ、1005…青色透過バンドパスフィルタ、1010…結像位置補正ガラス板群、1020…CCD、1401…平面、1404…広げたレーザ光、1405…シリンドリカル凸レンズ、1406…シリンドリカル凹レンズ。


DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 ... Capillary array, 102, 1402 ... Capillary, 103 ... Irradiation part, 104 ... Sample introduction part, 105 ... Sample introduction end, 106 ... Hollow electrode, 107 ... Capillary head,
DESCRIPTION OF SYMBOLS 108 ... Termination part, 121 ... Irradiation optical unit, 122,1403 ... Laser light, 112 ... Laser light source, 124 ... Beam splitter A, 125 ... Mirror A, 126 ... Beam splitter B, 127 ... Mirror B, 131 ... Detection optical unit , 132 ... detection window, 133 ... first camera lens, 134 ... optical prism, 135 ... second camera lens, 136 ... two-dimensional detector, 141 ... autosampler unit, 142 ... robot arm, 143 ... claw, 144 ... buffer Container, 145 ... Washing container, 146 ... Waste liquid container, 147 ... Sample container, 151 ... Electrophoresis medium filling unit, 152 ... Polymer filling block, 153 ... Syringe, 154 ... Polymer channel, 155 ... Tube, 156 ... Solenoid valve, 161 ... power supply unit, 162 ... high voltage power supply, 163 ... anode buffer container, 64 ... Anode electrode, 501 ... Capillary end face, 502 ... Fluorescent condensing lens, 503 ... Prism, 504 ... Image forming lens, 505 ... CCD, 506 ... Optical axis of fluorescent condensing lens, 507,508 ... in the X-axis direction Two capillaries arranged side by side, 509, 510... Plane formed by the image formation point of light, 511... The optical axis of the image formation lens, 512. Angle θ formed by the CCD surface, 601..., An image obtained by separating light emitted from one capillary, 701... End face of capillary array, 702... Optical axis of fluorescent condensing lens, 703. 705, 803 ... capillary axis, 801 ... capillary array end face, 802 ... optical axis of condensing lens, 805 ... condensing lens, 901 ... end of capillary array, 902 ... CCD light receiving surface, 903 Imaging lens, 904... Optical axis of imaging lens, 905, 906... Spectroscopic fluorescence, 907. Wedge-shaped transparent glass plate, 1000. End of capillary array, 1001... Four band pass filter groups rotating, 1002. Transmission bandpass filter, 1003... Yellow transmission bandpass filter, 1004... Green transmission bandpass filter, 1005... Blue transmission bandpass filter, 1010... Imaging position correction glass plate group, 1020. Laser light, 1405 ... cylindrical convex lens, 1406 ... cylindrical concave lens.


Claims (11)

泳動媒体を充填できる複数のキャピラリと;
泳動媒体中の試料を電気泳動する電源と;
泳動分離された試料に励起光を照射する励起光学系と;
複数のキャピラリ端から放出された試料からの蛍光を検出する、集光レンズと結像レンズと該結像レンズにより結像された像を受光する受光面と2次元イメージセンサとを含む受光光学系と;
を含む電気泳動装置であって、
前記受光面は、光軸に垂直な面に対して斜めであり、かつ
複数のキャピラリ端の構成する平面が集光レンズの光軸に対して斜めである電気泳動装置。
A plurality of capillaries capable of being filled with an electrophoresis medium;
A power source for electrophoresis of the sample in the electrophoresis medium;
An excitation optical system for irradiating the separated sample with excitation light;
A light receiving optical system including a condensing lens, an imaging lens, a light receiving surface for receiving an image formed by the imaging lens, and a two-dimensional image sensor for detecting fluorescence from a sample emitted from a plurality of capillary ends. When;
An electrophoresis apparatus comprising:
The electrophoretic device , wherein the light receiving surface is inclined with respect to a plane perpendicular to the optical axis, and a plane formed by a plurality of capillary ends is inclined with respect to the optical axis of the condenser lens.
請求項1記載の電気泳動装置であって、集光レンズの光軸が、キャピラリ端近傍におけるキャピラリ軸と略平行であることを特徴とする電気泳動装置。   2. The electrophoresis apparatus according to claim 1, wherein the optical axis of the condenser lens is substantially parallel to the capillary axis in the vicinity of the capillary end. 請求項1記載の電気泳動装置であって、複数のキャピラリ端の構成する平面が、キャピラリ端近傍におけるキャピラリ軸と略垂直であることを特徴とする電気泳動装置。   2. The electrophoresis apparatus according to claim 1, wherein a plane formed by a plurality of capillary ends is substantially perpendicular to a capillary axis in the vicinity of the capillary ends. 請求項1記載の電気泳動装置であって、受光光学系が波長分散手段を含むことを特徴とする電気泳動装置。   2. The electrophoresis apparatus according to claim 1, wherein the light receiving optical system includes wavelength dispersion means. 請求項1記載の電気泳動装置であって、受光光学系がプリズムを含むことを特徴とする電気泳動装置。   2. The electrophoretic device according to claim 1, wherein the light receiving optical system includes a prism. 請求項1記載の電気泳動装置であって、複数波長の蛍光を試料が放出することを特徴とする電気泳動装置。   2. The electrophoresis apparatus according to claim 1, wherein the sample emits fluorescence having a plurality of wavelengths. 泳動媒体を充填できる複数のキャピラリと;
泳動媒体中の試料を電気泳動する電源と;
泳動分離された試料に励起光を照射する励起光学系と;
複数のキャピラリ端から放出された試料からの蛍光を検出する、集光レンズと2次元イメージセンサを含む受光光学系と;
を含む電気泳動装置であって、
2次元イメージセンサの集光レンズ側に、くさび形略透明部材を有する電気泳動装置。
A plurality of capillaries capable of being filled with an electrophoresis medium;
A power source for electrophoresis of the sample in the electrophoresis medium;
An excitation optical system that irradiates excitation light to the separated sample;
A light receiving optical system including a condensing lens and a two-dimensional image sensor for detecting fluorescence from a sample emitted from a plurality of capillary ends;
An electrophoresis apparatus comprising:
An electrophoretic device having a wedge-shaped substantially transparent member on a condensing lens side of a two-dimensional image sensor.
請求項7記載の電気泳動装置であって、くさび形略透明部材は、長波長側厚が短波長側厚より薄いことを特徴とする電気泳動装置。   8. The electrophoresis apparatus according to claim 7, wherein the wedge-shaped substantially transparent member has a longer wavelength side thickness thinner than a shorter wavelength side thickness. 請求項7記載の電気泳動装置であって、受光光学系が波長分散手段を含む電気泳動装置。   8. The electrophoresis apparatus according to claim 7, wherein the light receiving optical system includes wavelength dispersion means. 請求項7記載の電気泳動装置であって、受光光学系がプリズムを含む電気泳動装置。   8. The electrophoresis apparatus according to claim 7, wherein the light receiving optical system includes a prism. 請求項7記載の電気泳動装置であって、複数波長の蛍光を試料が放出する電気泳動装置。   8. The electrophoresis apparatus according to claim 7, wherein the sample emits fluorescence of a plurality of wavelengths.
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