JP4564906B2 - 電気泳動装置 - Google Patents

Description

本発明は、キャピラリ電気泳動に関する。

キャピラリの温度を一定に保つために、キャピラリを格納し、気体を循環させることによって温度調整を行う恒温槽を設けた電気泳動装置がある。特開２００３−１８５６２９号公報には、キャピラリの一端に形成された試料導入部と、分離された試料に依存する情報を取得する検出部とを有するマルチキャピラリアレイと、試料導入部と検出部との間に電圧を印加する手段と、送風機構と温度調節機構とを備えたチャンバー部と、送風機構の風下側に設けられマルチキャピラリアレイを収容するキャピラリ収容部と、チャンバー部とキャピラリ収容部との間に設けられた第１整流板とを有する電気泳動装置が開示されている。

特開２００３−１８５６２９号公報

従来の電気泳動装置においては、キャピラリの長さや本数が変わっても同一の恒温槽を使用している。このため、キャピラリアレイにおけるキャピラリの長さや本数に応じた形状の恒温槽を用いることができない為、温度調整した空気を最適の状態で流すことができず、温度調整の効率向上の妨げとなっている。

本発明の目的は、キャピラリの長さや本数によって最適な形態でキャピラリの温度調整を行うことに関する。

本発明は、複数のキャピラリから構成されたキャピラリアレイにカバーを設け、カバーの中に温度調整機構によって温度調節された空気を流すことに関する。

例えば、キャピラリアレイの一部をキャピラリの長さや本数に合わせた形状のカバーで覆う。好ましくは、カバーの内部形状を、キャピラリアレイの外部形状に合わせる。電気泳動装置に設けられた温度調整機構で温度調整された空気を試料導入側からカバー内に導入し、試料導入部から検出部の方向にキャピラリに沿って流す。さらに空気を検出部側に設けた排気口より温度調整機構に戻して循環させることでキャピラリの温度調整を行う。キャピラリの長さや本数に最適化した形状のカバーの中を温度調整された空気が循環するので、効率よくキャピラリの温度調整を行うことができる。

本発明により、キャピラリの長さや本数に合わせて温度調節した空気流を形成でき、キャピラリを効率よく温度調整を行うことができる。

以下、上記及びその他の本発明の新規な特徴と効果について図面を参酌して説明する。

図１に電気泳動装置全体の概略図を示す。本装置は、試料を電気泳動により分離・分析するものであり、大きく、ポンプユニット，レーザー照射・検出ユニット，オートサンプラユニットなどからなる。

ポンプユニットは、キャピラリに試料を分離する媒体であるポリマーを充填する機能を持つ。ポンプユニットには、キャピラリ充填用シリンジ１０１，チェックバルブ１０２，ポリマーブロック１０３，ポリマーボトル１０４，バルブ１０５が設けられている。レーザー照射・検出ユニットは、キャピラリアレイ１０７の被覆を剥いてレーザーが通過できるようにした検出部１０８にレーザー１０９を当て、励起された蛍光をＣＣＤカメラ110で検出する。

オートサンプラユニットは、キャピラリ位置にサンプル容器１１１やバッファ，洗浄水，廃液などの容器１１２を自動的に搬送する。容器を載せた天板１１３の下にはオートサンプラ機構部１１４が設けられている。

キャピラリアレイ１０７のキャピラリ試料導入部先端１１５には電極１１６が設けられている。電極は金属パイプで作られており、キャピラリ試料導入端はこの中を通され、先端を金属パイプの先端よりわずかに出している。

測定時はバルブ１０５を開き、バッファジャー１０６の電極１１７をグランドに接続し、およびキャピラリ先端のキャピラリ試料導入部先端１１５に高電圧電源１１８より電圧をかける。

図２に電気泳動装置を用いた測定の流れを示す。測定を開始するとまず廃液容器がオートサンプラによってキャピラリの試料導入端に運ばれる（２０１）。バルブ１０５を閉じ、充填用シリンジ１０１を陰圧にすると、ポリマーボトル１０４に入っているポリマーが充填用シリンジに入る。ついで、シリンジ１０１を押すと、キャピラリアレイ１０７にポリマーが充填される（２０２）。ここで、チェックバルブ１０２があり、ポリマーの流路方向が一定であるため、ポリマーボトル１０４の方向にポリマーが逆流することはない。

ポリマー充填が完了したら、洗浄水容器をキャピラリの試料導入部先端１１５に運び、キャピラリ先端を洗浄する(２０３)。ついで、バッファ容器をキャピラリの試料導入部先端１１５に運び（２０４）、予備泳動を開始する（２０５）。予備泳動とは、キャピラリに充填したポリマーに含まれる不純物のイオンを除去し、分析に最適な状態にするために数分間電圧を印加することである。予備泳動が完了したら、洗浄水容器をキャピラリの試料導入部先端１１５に運び、キャピラリ先端を洗浄する（２０６）。次に、サンプルの入った容器をキャピラリの試料導入部先端１１５に運び（２０７）、数〜数十秒間電圧を印加することで、キャピラリの試料導入部先端よりサンプルを電気的に導入する（２０８）。完了したら、洗浄水容器をキャピラリの試料導入部先端１１５に運び、キャピラリ先端を洗浄する（２０９）。そののち、バッファ容器をキャピラリの試料導入部先端１１５に運び（２１０）、泳動を開始する（２１１）。

図３にカバーのついたキャピラリアレイの一例を示す。３０１はポリマーを注入する側のキャピラリ端をまとめるキャピラリヘッド、３０２はキャピラリにレーザを照射し、また発光した蛍光を検出するための検出部である。３０３のキャピラリが互いに接触しないように、かつ恒温カバー壁面にも接触しないように３０４のセパレータを使用している。キャピラリ３０３のサンプル注入端はロードヘッダ３０５でサンプルトレイのウェルと同じピッチに並べられている。サンプル注入側のキャピラリ端は電極となるキャピラリ電極３０６に通され、固定されている。

恒温カバー３０７はキャピラリのロードヘッダから検出部までを覆う形で設けられる。ロードヘッダ上面にはキャピラリを通す穴とは別に、温度調節された空気をカバー内に取り込む温度調整空気出口３０８が設けられている。温度調整空気出口３０８の形状は図２にあるようにキャピラリの根元付近に小穴を設けてもよいし、またはスリット上にしても良く、またはこれらの２つの形状に限定するものではない。恒温カバー上部にはカバー外に空気を吐き出す排気口３０９が設けられている。最適な形態としては、排気口３０９はキャピラリの検出部にできるだけ近い位置に設けるのがよい。また、カバー形状としては、できるだけキャピラリに沿った形状（かつキャピラリに接触しない形状）にするのがよい。

ロードヘッダ３０５の背面には装置側に設けられている電極ピンが接触することでキャピラリアレイ試料導入部先端１１５に電圧を供給する電極穴３１０、および装置に設けられているペルチェ素子より供給される温度調節された空気をロードヘッダ３０５内に取り込む吸気口３１１が設けられている。

図４にロードヘッダの内部構造を示す。ロードヘッダ本体４０１にはサンプル注入端側の電極となる金属パイプ４０２が貫通してあり、その根元は接着剤で固定してある。さらにロードヘッダ本体４０１には導電性のゴムシート４０３が敷き詰められており、金属パイプ４０２はさらに導電ゴムシート４０３を貫通している。側面には電極穴４０４および吸気口４０５が設けられている。装置側に設けられている電極ピンが電極穴４０４より導電性ゴムシートに接触することで、金属パイプ４０２およびその中を通っているキャピラリに電圧を供給する。また、装置側に設けられたペルチェ素子などの空気温度調節機構で温度調節された空気は、吸気口４０５よりロードヘッダ内に取り込まれる。取り込まれた空気は、ロードヘッダふた４０６に設けられた温度調整空気出口４０８より吹き出し、恒温カバー内に温度調節された空気が送り込まれる。なお、ロードヘッダ本体４０１を貫通している金属パイプ４０２およびふたのキャピラリ貫通用穴４０７は接着剤でふさいで固定するため、これらの穴より温度調節された空気が漏れ出す恐れはない。

図５は、恒温カバーを取り付けたキャピラリアレイを、装置に設置されている恒温槽
５０１に取り付けた場合の断面図を示したものである。吸気口５０３および排気口５０７はそれぞれ温度調節機構に接続されている。ペルチェユニット５０２で温度調整された空気は吸気口５０３よりロードヘッダ５０４に導入される。この空気はロードヘッダふたに設けられている温度調整空気出口５０５よりキャピラリ恒温カバー５０６内に導入される。恒温カバー５０６に導入された温度調整空気はキャピラリの試料導入側より検出部方向に流れ、検出部に近い側に設けられている排気口５０７より排気される。排気された空気はペルチェユニット５０２で再度温度調整され、ふたたび吸気口５０３よりロードヘッダ５０４内を経て恒温カバー５０６内へ導入される。このようにして、ペルチェで温度調節した空気を循環させることによりキャピラリアレイの温度調節を行う。

図６はキャピラリ恒温カバーに温度調節された空気を流している状態の模式図である。恒温カバー付きキャピラリアレイの内部における風の流れを示す。キャピラリ６０１が恒温カバー６０２に収められている。試料をキャピラ試料導入端６０３より注入し電圧を印加すると、試料がバンド状となって（６０４）キャピラリ内を通過する。このとき、ジュール熱が発生し、キャピラリ内の温度が局所的に上昇する。このような状態になると、キャピラリ内に気泡が発生し分離能に悪影響を与える。特に、泳動初期の試料が十分に分離していない段階では、局所的に試料の濃度が高くなっているため、電気抵抗が大きくなり、発生するジュール熱も大きくなる。これを防ぐために、泳動初期に試料が通過する試料導入部近くのキャピラリ周囲に温度調節した空気を流し局所的な温度上昇を防ぐ。さらに、キャピラリに沿って温度調整された空気を流すことでキャピラリ内温度を一定に保つ。さらに、ペルチェによって温度調節した空気は吸気口６０５よりロードヘッダ６０６を経て温度調整空気出口６０７より恒温カバー６０２内に導入される。導入した温度調整空気をキャピラリに沿って流し、排気口６０８より排出し、再びペルチェにて温度調節する。恒温カバーはキャピラリに沿った形状に設けられるので、その断面積は狭くなっている。そのため、ここに通される空気の風圧は、広い恒温槽の中を通る空気の風圧に比べ、高くなる。そのため、より速い風をキャピラリに当てることができるため、効率的にキャピラリの温度をより一定に近くすることができる。しかし、カバー壁面においては空気の流速は０となるため、カバーとキャピラリは接触してはならない。そのため、カバーの形状および断面積はキャピラリとの接触がないように、かつ風速が最大になるように最適化させることが望ましい。

図７に、キャピラリの長さが変わった場合の、それぞれの恒温カバーの形状の一例を示す。キャピラリの長さによってキャピラリの配置が変わった場合に、恒温カバーの形状が最適化されることを示す。キャピラリの長さが変わり、その配置方法が変わった場合でも、空気の流れが最適になるように恒温カバーの形状を決定することができる。特に、キャピラリ長さが短い場合、従来の恒温槽では槽内空間が大きすぎ、槽内体積に占めるキャピラリ長さが短いため効率が悪く、風を当てたい箇所に十分当てられないことがあったが、本発明の恒温カバーを用いれば、温度制御効率が高くなるので、短いキャピラリの場合でも効率的に風を当てることができる。さらに、キャピラリアレイにカバーをつけることで、オペレータが取り扱い時にキャピラリに直接触れる危険が減少するので、キャピラリアレイの破損の危険性が減少するという効果もある。

実施例２は実施例１の変形例であり、図８に示すように、温度調節された空気を恒温カバー内に取り入れる吸気口が恒温カバーに設けられている。吸気口８０１がロードヘッダ８０３ではなく、恒温カバー８０４に設けられている。吸気口８０１および排気口８０２は、実施例１と同様に装置側に設けられている温度調節機構と接続される。温度調節された空気が吸気口８０１より恒温カバー８０４に取り込まれ、キャピラリに沿って流れ、排気口８０２より排出される。

実施例３は実施例１の変形例で、図９に示すように、恒温カバーが二重に設けられていて、保温力を高められている。保温力を高めた恒温カバーを使用するときは、装置側でキャピラリを取り付ける恒温槽の保温力は多少劣っても良い。このため、装置側恒温槽の構造を簡略化できる。

装置の全体の概略図である。 電気泳動の手順を示す流れ図である。 恒温カバー付きキャピラリアレイの一例の概略図である。 恒温カバー付きキャピラリアレイで使用するロードヘッダの内部構造を示す概略図である。 恒温カバー付きキャピラリアレイを装置の恒温槽に取り付けた際の断面図である。 恒温カバー付きキャピラリアレイの内部の風の流れを示す模式図である。 キャピラリの長さによってキャピラリの配置が変わった場合に、恒温カバーの形状が最適化されることを示す概略図である。 実施例１の変形例で、温度調節された空気を恒温カバー内に取り入れる吸気口が恒温カバーに設けられている例の概略図である。 実施例１の変形例で、恒温カバーが二重に設けられていて、保温力を高められている例の概略図である。

符号の説明

１０１…ポリマーをキャピラリに充填するためのシリンジ、１０２…チェックバルブ、１０３…ポリマーブロック、１０４…ポリマーボトル、１０５…バルブ、１０６…バッファジャー、１０７…キャピラリアレイ、１０８…検出部、１０９…レーザー、１１０…
ＣＣＤカメラ、１１１…サンプル容器、１１２…容器、１１３…オートサンプラ天板、
１１４…オートサンプラ機構部、１１５…キャピラリ試料導入部先端、１１６…電極、
１１７…バッファジャー側電極、１１８…高電圧電源、３０１…キャピラリヘッド、302…検出部、３０３，６０１…キャピラリ、３０４…セパレータ、３０５，５０４，６０６，８０３…ロードヘッダ、３０６…キャピラリ電極、３０７，５０６，６０２，８０４，９０１…恒温カバー、３０８，４０８，５０５，６０７…温度調整空気出口、３０９，
５０７，６０８，８０２…排気口、３１０，４０４…電極穴、３１１，４０５，５０３，６０５，８０１…吸気口、４０１…ロードヘッダ本体、４０２…電極用金属パイプ、403…導電ゴムシート、４０６…ロードヘッダふた、４０７…キャピラリ貫通用穴、５０１…装置に設置されている恒温槽、５０２…ペルチェユニット、６０３…キャピラリ試料導入端、６０４…試料バンド。

Claims (3)

1. 複数のキャピラリから構成され、試料導入部と検出部を有し、複数のキャピラリを覆うカバーを備えたキャピラリアレイを装着できる電気泳動装置であって、
   カバーの中に温度調節された空気を流す温度調節機構を備え、
   前記カバーが、温度調整機構と接続される吸気口と排気口を備え、
   吸気口が排出口よりも試料導入部の近くに存在し、排出口が吸気口よりも検出部の近くに存在し、
   温度調整機構より吸気口を経由してカバー内に送り込まれた空気が、排気口を経由して温度調節機構に戻り、温度調整されて循環し、
   試料導入部におけるキャピラリ間隔が、検出部におけるキャピラリ間隔より広くなっており、
   試料導入部におけるカバーの断面積が、検出部におけるカバーの断面積より広くなっていることを特徴とする電気泳動装置。
2. 請求項１記載の電気泳動装置であって、
   温度調節された空気を、試料導入部から検出部の方向に流すことを特徴とする電気泳動装置。
3. 請求項１記載の電気泳動装置であって、
   温度調節された空気を複数のキャピラリに沿って流すことを特徴とする電気泳動装置。

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