JP4512465B2 - 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、例えば、キャピラリアレイ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 array electrophoresis apparatus.

近年、DNAの塩基配列決定に際し、高速化・高スループット化を目的として、ゲルを充填したキャピラリを多数本並べて計測するキャピラリアレイ方式の電気泳動装置が提案されている。例えば、特許文献1には、複数のキャピラリを使用し、キャピラリ末端のバッファ溶液中にレーザを照射して検出を行うシースフロー方式が開示されている。特許文献2には、ゲルが予め充填されたキャピラリと、キャピラリの下端部に設けられたバッファー槽とを有し、蛍光検出をキャピラリの下端面から行うキャピラリ電気泳動装置が開示されている。また、文献3では、キャピラリの末端を格子状に配列し、1つまたは複数の分光素子(回折格子,プリズム)を用いて、2次元検出器上に、スペクトル分解された検出像を集光している。   2. Description of the Related Art In recent years, a capillary array type electrophoresis apparatus has been proposed that measures a number of capillaries filled with a gel in order to increase the speed and throughput when determining the base sequence of DNA. For example, Patent Document 1 discloses a sheath flow method in which detection is performed by using a plurality of capillaries and irradiating a laser in a buffer solution at the end of the capillary. Patent Document 2 discloses a capillary electrophoresis apparatus that has a capillary pre-filled with a gel and a buffer tank provided at the lower end of the capillary and performs fluorescence detection from the lower end surface of the capillary. Further, in Reference 3, the ends of the capillaries are arranged in a lattice pattern, and the spectrum-resolved detection image is collected on a two-dimensional detector using one or a plurality of spectroscopic elements (diffraction grating, prism). ing.

特開平8−193976号公報JP-A-8-193976 特開平10−19846号公報JP-A-10-19846 特表2002−520616号公報Japanese translation of PCT publication No. 2002-520616

本発明者が鋭意検討した結果、キャピラリの末端を格子状に配列した場合、2次元検出器上における各キャピラリの検出像が格子状とならない為、2次元検出器上のデータ取得を高速に行うことが難しいことを発見した。   As a result of intensive studies by the inventor, when the ends of the capillaries are arranged in a lattice shape, the detection image of each capillary on the two-dimensional detector does not become a lattice shape, so that data acquisition on the two-dimensional detector is performed at high speed. I found it difficult.

文献3に示される分光素子を用いた検出系を用いると、スペクトル線の湾曲が生じ、2次元検出器上の像は、長波長側に湾曲する。また、集光レンズの特性より、ディストーションなどの収差が生じるため、2次元検出器上に各キャピラリの発光スペクトルは、歪み,格子状に写像されない。2次元検出器上に写像される各キャピラリの発光スペクトルが格子状に配置されていない為、2次元検出器上のデータ取得を、高速に行うことは困難である。   When the detection system using the spectroscopic element disclosed in Document 3 is used, the spectrum line is curved, and the image on the two-dimensional detector is curved toward the long wavelength side. In addition, since aberrations such as distortion occur due to the characteristics of the condenser lens, the emission spectrum of each capillary on the two-dimensional detector is not distorted and mapped in a lattice pattern. Since the emission spectrum of each capillary mapped on the two-dimensional detector is not arranged in a grid pattern, it is difficult to acquire data on the two-dimensional detector at high speed.

本発明の目的は、多数のキャピラリを用いた高感度同時計測、及び計測結果の高速処理に関する。   An object of the present invention relates to high-sensitivity simultaneous measurement using a large number of capillaries and high-speed processing of measurement results.

本発明は、複数のキャピラリ末端から放出される光を検出器により検出する電気泳動装置において、複数のキャピラリ末端の配置形状を調整し、検出器上における結像を制御することに関する。これにより、例えば、検出器における光学素子の配置に合わせた結像とすることができ、検出器からのデータ取得を高速に行うことができる。   The present invention relates to adjusting an arrangement shape of a plurality of capillary ends and controlling image formation on the detector in an electrophoresis apparatus that detects light emitted from a plurality of capillary ends with a detector. Thereby, for example, an image can be formed in accordance with the arrangement of the optical elements in the detector, and data acquisition from the detector can be performed at high speed.

また、本発明は、複数のキャピラリ末端から放出される光を検出器により検出し、この複数のキャピラリ末端からキャピラリ内に泳動媒体を充填する電気泳動装置において、複数のキャピラリ末端を固定部材により固定することに関する。これにより、例えば、泳動媒体をキャピラリ内に充填しても、複数のキャピラリ末端の配置精度を維持でき、計測感度を保持できる。   Further, in the present invention, a plurality of capillary ends are fixed by a fixing member in an electrophoresis device in which light emitted from a plurality of capillary ends is detected by a detector and the electrophoresis medium is filled into the capillaries from the plurality of capillary ends. About doing. Thereby, for example, even when the electrophoresis medium is filled in the capillary, the arrangement accuracy of the plurality of capillary ends can be maintained, and the measurement sensitivity can be maintained.

本発明により、多数のキャピラリを用いた高感度同時計測及び計測結果の高速処理が可能となる。   According to the present invention, high-sensitivity simultaneous measurement using a large number of capillaries and high-speed processing of measurement results are possible.

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5に、ポリマ充填ブロック近傍の概略断面図を示す。図6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. 5 shows a schematic sectional view in the vicinity of the polymer filling block. FIG. 6 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102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,16本,8本等である。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, 16, 8, etc. 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, 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102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 102 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できる。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、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 B 126, the plurality of mirrors B 127, and the condenser lens 128 adjust the plurality of laser beams 122 and irradiate the 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のレーザ光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633
nm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 multiline that oscillates a laser beam 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. The wavelength of the laser beam 122 is 532 nm or 633.
nm can also be used 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5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. 5, 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。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。   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. 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.

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 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、バッファ容器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 electrophoresis analysis, the buffer container 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 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107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. Moreover, a protective film can be stuck on the upper surface of the septa to prevent sample evaporation. Further, the holder and the clip sandwich the sample plate and the scepter therebetween, and are integrated to form the sample container 107 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、キャピラリヘッド107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。
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 capillary head 107 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.

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。   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,バッファ容器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 container 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10を参照して、本実施例の特徴的機構について説明する。   Hereinafter, the characteristic mechanism of the present embodiment will be described with reference to FIGS.

本実施例では、分光素子を用いた検出方法によるスペクトル線の湾曲を補正するようにキャピラリ末端を配置し、2次元検出器上の各キャピラリの発光スペクトルを格子状に写像する。キャピラリ末端の2次元配列に関して、波長分散及びキャピラリ位置方向をX軸、キャピラリの位置方向のみをY軸とした場合、X軸に対して短波長側に凸に湾曲してキャピラリの末端を配置する。   In this embodiment, the capillary ends are arranged so as to correct the curve of the spectral line by the detection method using the spectroscopic element, and the emission spectrum of each capillary on the two-dimensional detector is mapped in a lattice pattern. With respect to the two-dimensional arrangement of the capillary ends, when the wavelength dispersion and the capillary position direction are the X-axis and only the capillary position direction is the Y-axis, the end of the capillary is arranged so as to be convex toward the short wavelength side with respect to the X-axis. .

また、本実施例では、キャピラリ末端を精度良く配列し、ポリマー充填機構によるポリマー充填を可能としている。具体的には、キャピラリアレイの末端のフェラル部分に、スペーサ部材が挿入され、キャピラリの末端部の位置を固定している。スペーサには、キャピラリ外径と同じ穴が、配列ピッチ間隔で設けられている。スペーサ部材にてキャピラリ末端の配置を精度良く位置決めを行い、接着剤にて固定している。各キャピラリの末端の配列精度を確保することにより、2次元検出器上に写像される発光スペクトル像の歪を消去している。各キャピラリは、2次元検出器上に、精度良く格子状に写し出される。2次元検出器上に格子状に撮像された各キャピラリのスペクトル分解像から、分析に必要な波長域の情報を一括に取得及び処理する。   Further, in this embodiment, the capillary ends are arranged with high accuracy and the polymer can be filled by the polymer filling mechanism. Specifically, a spacer member is inserted in the ferrule portion at the end of the capillary array, and the position of the end portion of the capillary is fixed. In the spacer, holes having the same diameter as the capillary outer diameter are provided at intervals of the arrangement pitch. The arrangement of the end of the capillary is accurately positioned with a spacer member and fixed with an adhesive. By ensuring the alignment accuracy of the ends of each capillary, the distortion of the emission spectrum image mapped on the two-dimensional detector is eliminated. Each capillary is accurately projected in a grid on the two-dimensional detector. From the spectrally resolved images of the capillaries imaged in a grid pattern on the two-dimensional detector, information on the wavelength region necessary for analysis is acquired and processed in a lump.

図5,図6を用いて、キャピラリアレイの末端部におけるキャピラリの配列方法を示す。   A method for arranging capillaries at the end of the capillary array will be described with reference to FIGS.

キャピラリアレイの終端部は、波長方向6列,キャピラリ配列方向8列の計48本のキャピラリが束ねられ、キャピラリアレイヘッドを形成している。各キャピラリの位置決めには、スペーサ501を用いる。スペーサ501には、キャピラリの末端を高精度に配置するため、キャピラリ外径と同じ穴を設ける。穴の外径及び配置精度を公差数μmで確保されている。例えば、穴の作製には金属エッチングを用いる。金属エッチングにより、安価なスペーサを、品質良く、大量に製作することができる。   At the end of the capillary array, a total of 48 capillaries of 6 rows in the wavelength direction and 8 rows in the capillary array direction are bundled to form a capillary array head. A spacer 501 is used for positioning each capillary. The spacer 501 is provided with the same hole as the outer diameter of the capillary in order to arrange the end of the capillary with high accuracy. The outer diameter and arrangement accuracy of the holes are secured with a tolerance of μm. For example, metal etching is used to make the hole. By metal etching, inexpensive spacers can be manufactured in large quantities with high quality.

本実施例におけるポリマーの充填機構により、キャピラリ末端には数100MPaの圧力がかかる。そのためキャピラリヘッドの構造は、キャピラリの配列精度を確保しつつ、耐圧構造である。キャピラリヘッドにおいてキャピラリ503,スペーサ501,フェラル502は、接着剤504によって固定される。本実施例では、エポキシ系接着剤(アラルダイト)を使用した。ここで、各キャピラリ検出端面及び接着剤の表面はほぼ実質的に平面に並び、検出平面を形成する。図6に示すように、検出平面上で各キャピラリ検出端面は6×8の湾曲した格子状に配列する。キャピラリ末端の2次元配列については、分光素子を用いた検出方法によるスペクトル線の湾曲を補正するため、キャピラリ末端の2次元配列に関して、波長分散及びキャピラリ位置方向をX軸、キャピラリの位置方向のみをY軸とした場合、X軸に対して短波長側に凸に湾曲してキャピラリの末端を配置する。   Due to the polymer filling mechanism in the present embodiment, a pressure of several hundred MPa is applied to the capillary end. Therefore, the structure of the capillary head is a pressure-resistant structure while ensuring the arrangement accuracy of the capillaries. In the capillary head, the capillary 503, the spacer 501, and the ferrule 502 are fixed by an adhesive 504. In this example, an epoxy adhesive (Araldite) was used. Here, each capillary detection end face and the surface of the adhesive are arranged substantially in a plane to form a detection plane. As shown in FIG. 6, the capillary detection end faces are arranged in a 6 × 8 curved lattice shape on the detection plane. For the two-dimensional arrangement at the end of the capillary, in order to correct the curvature of the spectral line by the detection method using the spectroscopic element, the chromatic dispersion and the capillary position direction are set to the X-axis and only the capillary position direction for the two-dimensional arrangement at the end of the capillary. In the case of the Y axis, the end of the capillary is arranged so as to be convex toward the short wavelength side with respect to the X axis.

キャピラリ末端の配列の湾曲具合を図7を用いて定式化する。   The degree of curvature of the capillary end arrangement is formulated with reference to FIG.

分光素子(例えばプリズム)を用いた検出系において、2次元検出器上に湾曲した像の曲率半径ρP は、次式(1)で表せる。 In a detection system using a spectroscopic element (for example, a prism), the curvature radius ρ P of an image curved on a two-dimensional detector can be expressed by the following equation (1).

Figure 0004512465
Figure 0004512465

N=n′/nは、プリズムの対空気屈折率、Aはプリズムの頂角、f′はカメラレンズの焦点。   N = n ′ / n is the refractive index of the prism with respect to air, A is the apex angle of the prism, and f ′ is the focal point of the camera lens.

(参考文献:光の鉛筆)
また、Nは、波長の関数であり、プリズムへの入射角に依存する値となる。
(Reference: pencil of light)
N is a function of the wavelength, and is a value depending on the incident angle to the prism.

そこで、この曲率半径を補正するため、短波長側に凸湾曲したキャピラリ末端の配置を提案する。使用する波長領域の中心波長にて、上記式を用いて、キャピラリ末端の湾曲具合を決定する。例えば、使用波長領域が500〜700nmの場合、600nmの波長から、2次元検出器上の湾曲半径を算出し、最小にするようなキャピラリ末端の湾曲配置を決定する。   Therefore, in order to correct this radius of curvature, an arrangement of a capillary end convexly curved toward the short wavelength side is proposed. The degree of bending of the capillary end is determined using the above formula at the center wavelength of the wavelength region to be used. For example, when the used wavelength region is 500 to 700 nm, the bending radius on the two-dimensional detector is calculated from the wavelength of 600 nm, and the bending arrangement of the capillary end is determined so as to be minimized.

Y軸方向のキャピラリ配列中心から距離DのキャピラリX軸のズレは、次式(2)で表せる。   The deviation of the capillary X axis at a distance D from the capillary array center in the Y axis direction can be expressed by the following equation (2).

Figure 0004512465
Figure 0004512465

その検出末端を用いて、キャピラリ末端の蛍光検出を行うと、2次元検出器には、図8に示すように波長及びキャピラリ配列方向に6つ×キャピラリ配列方向8つの発光スペクトルを格子状に取得することが可能となる。キャピラリ末端が精度良く配列されていることで、各キャピラリの蛍光成分が重なることなく、分析に必要な蛍光波長成分を得ることができる。   When fluorescence detection at the end of the capillary is performed using the detection end, the two-dimensional detector obtains 6 emission spectra in the direction of the capillary array and 8 emission spectra in the direction of the capillary array as shown in FIG. It becomes possible to do. Since the capillary ends are arranged with high accuracy, the fluorescence wavelength components necessary for the analysis can be obtained without overlapping the fluorescence components of the capillaries.

図9を用いて2次元検出器上の取得データ処理を示す。本実施例では、512×512ピクセルCCD素子を用いる。CCDは、キャピラリ配列方向、もしくは波長方向のデータ逐次バッファ領域に転送し、処理を行う構造である(図9は、キャピラリ配列方向に順次データ転送する模式図である。)。   The acquired data processing on the two-dimensional detector is shown using FIG. In this embodiment, a 512 × 512 pixel CCD element is used. The CCD has a structure in which data is sequentially transferred to a data array buffer region in the capillary array direction or wavelength direction and processed (FIG. 9 is a schematic diagram in which data is sequentially transferred in the capillary array direction).

CCD素子は、図8に対応して、各キャピラリの発光スペクトル情報を取得する。素子は、格子状に配置されているので、CCD上の発光スペクトル画像が、各キャピラリごとに格子状になっていれば、素子上の情報をキャピラリごとにまとめて情報として取得できる。   The CCD element acquires the emission spectrum information of each capillary corresponding to FIG. Since the elements are arranged in a grid, if the emission spectrum image on the CCD is in a grid for each capillary, the information on the elements can be collected for each capillary as information.

各キャピラリのスペクトル情報を取得した素子間(波長方向85ピクセル)の中で、分析に必要な蛍光波長のデータを取得した素子のみをバッファ領域にて処理するだけで良い。例えば、4蛍光色素の波長データ分のみの処理で、分析を行うことができる。本発明により、波長方向及び配列方向に各キャピラリの情報が揃っているので、スペクトル画像取得の際、波長方向及び配列方向ともに、分析に必要なピクセル領域の処理だけを行えば良い。そのため、データ処理を高速化することが可能である。   Of the elements that have acquired the spectral information of each capillary (wavelength direction 85 pixels), only the elements that have acquired the fluorescence wavelength data necessary for the analysis need only be processed in the buffer region. For example, the analysis can be performed by processing only the wavelength data of four fluorescent dyes. According to the present invention, since information about each capillary is aligned in the wavelength direction and the arrangement direction, only the pixel region necessary for the analysis needs to be performed in the wavelength direction and the arrangement direction when acquiring the spectrum image. Therefore, it is possible to speed up data processing.

さらに、あらかじめ各キャピラリの位置が固定されているので、初期にキャピラリを取付け作業を行う際、48本のキャピラリ位置及び波長のキャリブレーション作業を容易に行うことができる。   Further, since the positions of the capillaries are fixed in advance, the calibration operation of 48 capillaries and wavelengths can be easily performed when the capillaries are initially attached.

本実施例では、同時に計測するキャピラリの本数が48本であったが、本発明を用いた装置では、より多数のキャピラリを同時かつ高感度に検出でき、上記キャピラリ配列方向を64列並べたキャピラリアレイを用いれば、384本のキャピラリの同時計測が可能となる。   In the present embodiment, the number of capillaries to be measured simultaneously is 48. However, in the apparatus using the present invention, a larger number of capillaries can be detected simultaneously and with high sensitivity, and capillaries in which the above-described capillary array direction is arranged in 64 rows. If an array is used, 384 capillaries can be measured simultaneously.

本発明の効果を、図10を用いて模式的に説明する。図10(a)に示すように、キャピラリ末端を一列に配列した場合、カメラレンズや回折格子(プリズム)を用いた検出器では、2次元検出器上の各キャピラリごとの蛍光スペクトル画像は、湾曲する。本発明によるキャピラリ配列では、図10(b)に示すように、2次元検出器上の各キャピラリごとの蛍光スペクトル画像は、直線上に配置される。そのため、検出器上でのデータ処理が高速化できる。   The effect of the present invention will be schematically described with reference to FIG. As shown in FIG. 10A, when the capillary ends are arranged in a line, in a detector using a camera lens or a diffraction grating (prism), the fluorescence spectrum image for each capillary on the two-dimensional detector is curved. To do. In the capillary array according to the present invention, as shown in FIG. 10B, the fluorescence spectrum image for each capillary on the two-dimensional detector is arranged on a straight line. Therefore, the data processing on the detector can be speeded up.

本実施例では、キャピラリヘッド組み立て作業の簡略化を目的とし、図5におけるキャピラリ配列用穴付きスペーサを、緩やかな凸面を有する板状スペーサや(図11(a))、V溝付きスペーサ(図11(b))としている。図11(a)では、複数の板状スペーサを等間隔に並べ、それらと略直行するように凸面を有する板状スペーサを複数並べる。スペーサにより仕切られた各領域に、キャピラリをそれぞれ配置し、固定している。また、図11(b)では、断面がV形状であるV溝をスペーサに複数設け、このV溝に各キャピラリを嵌め込み、このスペーサを複数積層している。また、V溝はキャピラリを高精度に保持できるが、この他、凹溝,丸溝等を適宜利用できる。これらスペーサは、シリコン基板をエッチングすることにより、高精度に大量生産できる。本実施例により、単純に板状のスペーサ上にキャピラリを配列し、そのままフェラル部材及び接着剤で固定するという製造方法行うことが可能となる。   In the present embodiment, for the purpose of simplifying the capillary head assembling operation, the spacer with holes for capillary array in FIG. 5 is replaced with a plate-like spacer having a gentle convex surface (FIG. 11A), a spacer with a V groove (FIG. 11 (b)). In FIG. 11A, a plurality of plate-like spacers are arranged at equal intervals, and a plurality of plate-like spacers having convex surfaces are arranged so as to be substantially perpendicular to them. Capillaries are arranged and fixed in each region partitioned by the spacers. In FIG. 11B, a plurality of V-grooves having a V-shaped cross section are provided in the spacer, and each capillary is fitted into the V-groove, and a plurality of the spacers are stacked. The V-groove can hold the capillary with high accuracy, but other than this, a concave groove, a round groove, or the like can be used as appropriate. These spacers can be mass-produced with high accuracy by etching a silicon substrate. According to this embodiment, it is possible to perform a manufacturing method in which capillaries are simply arranged on plate-like spacers and fixed as they are with a ferrule member and an adhesive.

本実施例は、検出部に使用するレンズの特性による収差による2次元検出器上のスペクトル像の歪みを補正する配列方法を説明する。実施例1によるキャピラリ末端配列のみでは、レンズ特性により図12(a)(b)に示すような、ディストーションが生じる場合がある。そこで、ディストーションを補正するため、図12(a)のような糸巻き型の場合は、図12(c)に示すように、樽型に調整してキャピラリ末端の配列する。その逆に、図12(b)のようなたる型の場合は、図12(d)に示すように、糸巻き型に調整してキャピラリ末端の配列する。   In this embodiment, an arrangement method for correcting distortion of a spectral image on a two-dimensional detector due to aberration due to characteristics of a lens used in a detection unit will be described. Only the capillary end arrangement according to the first embodiment may cause distortion as shown in FIGS. 12A and 12B due to lens characteristics. Therefore, in order to correct the distortion, in the case of the pincushion type as shown in FIG. 12A, as shown in FIG. On the contrary, in the case of the barrel type as shown in FIG. 12B, as shown in FIG. 12D, it is adjusted to a pincushion type and the capillary ends are arranged.

以上、実施例を説明したが、本発明はこれ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る。例えば、各実施例を適宜組み合わせることは、当然可能である。   Although the embodiments have been described above, the present invention is not limited thereto, and it is understood by those skilled in the art that various modifications can be made within the scope of the invention described in the claims. . For example, it is naturally possible to appropriately combine the embodiments.

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. 実施例1によるキャピラリ末端部の概略図。FIG. 2 is a schematic view of a capillary end according to the first embodiment. 実施例1による2次元配列の概略図。2 is a schematic diagram of a two-dimensional array according to Example 1. FIG. 実施例1による2次元配列の定式化の図。FIG. 3 is a diagram of formulation of a two-dimensional array according to the first embodiment. 実施例1による2次元検出器上の画像。2 is an image on a two-dimensional detector according to Example 1. FIG. 実施例1による2次元検出器の処理の図。FIG. 6 is a diagram of processing of the two-dimensional detector according to the first embodiment. 実施例1によるスペクトル湾曲防止効果を示す図。The figure which shows the spectrum curve prevention effect by Example 1. FIG. 実施例2による2次元配列の概略図。2 is a schematic diagram of a two-dimensional array according to Example 2. FIG. 実施例3による2次元検出器上の画像。4 is an image on a two-dimensional detector according to Example 3. FIG.

符号の説明Explanation of symbols

101…キャピラリアレイ、102,503…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…レーザ光、123…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…スペーサ、502…フェラル、504…接着剤。


DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 ... Capillary array, 102,503 ... Capillary, 103 ... Irradiation part, 104 ... Sample introduction part, 105 ... Sample introduction end, 106 ... Hollow electrode, 107 ... Capillary head, 108 ... Terminal part, 121 ... Irradiation optical unit, 122 DESCRIPTION OF SYMBOLS ... Laser beam, 123 ... 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 ... cleaning container, 146 ... waste liquid container, 147 ... Sample container 151... Migration medium filling unit 152. Polymer filling block 1 DESCRIPTION OF SYMBOLS 3 ... Syringe, 154 ... Polymer flow path, 155 ... Tube, 156 ... Solenoid valve, 161 ... Power supply unit, 162 ... High voltage power supply, 163 ... Anode buffer container, 164 ... Anode electrode, 501 ... Spacer, 502 ... Ferrule, 504 …adhesive.


Claims (9)

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;
略行列状に配置されている複数のキャピラリ端から放出された光を検出する、レンズと2次元検出器を含む受光光学系と;
を含む電気泳動装置であって、
波長分散方向と垂直方向に、少なくとも3つ以上のキャピラリ端が曲線状に配置されている電気泳動装置。
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 lens and a two-dimensional detector for detecting light emitted from a plurality of capillary ends arranged in a substantially matrix shape;
An electrophoresis apparatus comprising:
An electrophoresis apparatus in which at least three capillary ends are arranged in a curved shape in a direction perpendicular to a wavelength dispersion direction .
請求項1記載の電気泳動装置おいて、行又は列に対応する複数のキャピラリ端が、凸湾曲状に配置されていることを特徴とする電気泳動装置。 Oite the electrophoresis apparatus according to claim 1, row or a plurality of capillary end corresponding to the column, the electrophoresis apparatus characterized by being arranged in a convex curved shape. 請求項1記載の電気泳動装置において、略行列状に配置されている複数のキャピラリ端が、中心部に集まるように配置されていることを特徴とする電気泳動装置。 The electrophoresis apparatus according to claim 1, wherein a plurality of capillary ends arranged in a substantially matrix form are arranged so as to gather at a central portion . 請求項1記載の電気泳動装置において、略行列状に配置されている複数のキャピラリ端が、外側に膨らむように配置されてい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 plurality of capillary ends arranged in a substantially matrix form are arranged so as to swell outward . 請求項1記載の電気泳動装置において、2次元検出器において、行又は列に対応する複数のキャピラリ端から発光が略直線状となることを特徴とする電気泳動装置。   2. The electrophoretic device according to claim 1, wherein in the two-dimensional detector, light emission is substantially linear from a plurality of capillary ends corresponding to rows or columns. 請求項1記載の電気泳動装置において、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 electrophoretic device 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において、受光光学系が、集光レンズ,回折格子及び結像レンズ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 condenser lens, a diffraction grating, and an imaging lens. 請求項1記載の電気泳動装置において、複数のキャピラリ端を固定するスペーサを有することを特徴とする電気泳動装置。   The electrophoresis apparatus according to claim 1, further comprising a spacer for fixing a plurality of capillary ends. 請求項1記載の電気泳動装置において、上記レンズによる収差を補正する手段を有する電気泳動装置。 2. The electrophoresis apparatus according to claim 1, further comprising means for correcting aberration caused by the lens.
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