JP5081360B2 - 固体／固体温度調節による多数の毛細管を備えた改良電気泳動サンプル分析装置 - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は、多数の管路を備えた毛細管電気泳動によるサンプル分析の分野に関する。
【０００２】
本発明は、特に、サンプルを並行して分析するための多数の毛細管と、毛細管の端以外の少なくとも中央部分を収容可能な収容手段と、毛細管の温度を調節するために収容手段と協働する調節手段とを含む装置に関する。
【０００３】
このタイプの装置は、特に、米国特許第５０４５１７２号に記載されている。この装置の毛細管は、熱調節用の冷却液が内部を循環する中空の外被に収容される。
【０００４】
この温度調節方法は、少なくとも１つのポンプと、流体のタンクと、気密手段と、流体の流量調節手段と、場合によっては熱交換器とを含む複雑な液圧循環路を必要とする。
【０００５】
こうした循環路は、装置の外形寸法を大型化し、定期的なメンテナンスを要し、外被内部に乱流が発生するために毛細管が乱される。
【０００６】
しかも、このタイプの流体調節は、毛細管の間で分析再現性に関して十分ではない。
【０００７】
一方、同一の外皮に全ての毛細管を収容しているため、欠陥のある毛細管の交換が難しい。
【０００８】
さらに、このタイプの装置は、特に分析サンプルの多数の操作が必要であり、臨床化学実験室で使用する場合、分析速度が十分でない。
【０００９】
たとえば米国特許第５４１３６８６号に記載されているような、他の解決方法も提案されたが、これもまた完全に満足できるものではない。
【００１０】
従って、本発明は、上記の不都合の全てまたは一部を解決することを目的とする。
【００１１】
このため、本発明は、最初に述べたタイプの装置を提案し、毛細管の収容手段が、毛細管の中央部分を密着して被覆する多数の独立ユニットを含むとともに、熱伝導性かつ電気的に絶縁性の材料で構成されており、一方で、熱調節手段が、固体／固体プロセスによりユニットと熱交換するように構成され、これらのユニットを介して毛細管を温度調節する。
【００１２】
ここで、「密着して被覆する」とは、ユニットの材料が毛細管の外側にある外被と表面接触することを意味する。さらに、「固体／固体プロセス」とは、熱交換が、固体面から液体面または気体面へではなく、固体面から別の固体面への伝達により行われることを意味する。
【００１３】
これにより、きわめて有効な熱調節が行われ、欠陥のある毛細管は全て、他の毛細管とは独立して交換することができる。
【００１４】
有効な別の実施形態では、ユニットの密接な収容スペースを画定する熱伝導性の壁から結合手段を形成する。さらに、好適には、多数の独立した部分結合手段から前記結合手段を構成し、互いにほぼ垂直な少なくとも３個の壁と、１つのユニットを収容する１つの開口部とを設け、各部分結合手段が、そのユニットと共に独立カートリッジを構成する。
【００１５】
ユニットは、たとえばＳＴＹＣＡＳＴタイプ（National Search and Chemical Company社の登録商標）の樹脂材料で構成することができる。ユニットは、柔軟であっても剛性であってもよい。ユニットは、結合手段により設けられたスペースに導入する前に形成してもよいし、あるいは、このスペースに直接、射出成形してもよい。さらに、このユニットは、実施形態に応じて、取り外し可能であっても、そうでなくてもよい。
【００１６】
本発明の別の特徴によれば、各毛細管の選択ゾーンで循環するサンプルに関する情報を供給可能な検出手段を設ける。
【００１７】
好適には、これらの検出手段は、選択された波長の光線を投光する光源と、光線検出器と、光線を受光する第１の端および、毛細管の選択ゾーンに光線を投光する第２の端をそれぞれが含む、多数の第１の光ファイバーと、選択ゾーンで毛細管内を循環するサンプルの成分と相互作用した後で、結合される第１の光ファイバーから出る光線を受光する第１の端および、相互作用した光線を検出器に送る第２の端をそれぞれが含む、多数の第２の光ファイバーとを含む。
【００１８】
このような検出器は、電荷結合素子（ＣＣＤ）として構成され、第２の光ファイバーの第２の端にそれぞれ結合される多数の検出素子を含むのが有利である。ここで、「素子」とは、１つまたは複数の検出画素を意味する。検出は、単一の検出器を用いて様々な毛細管で同時に行われるので、検出器の応答係数は、毛細管とは無関係にほぼ一定であり、毛細管の間で分析の再現性を著しく改善できる。
【００１９】
毛細管が、選択ゾーンの位置に、他の部分よりも面積が大きい内部横断面を有するのが好ましい。これは、異なる寸法の結合毛細管または、米国特許第５０６１３６１号が記載しAgilent Technologies社が商品化したタイプの「気泡」毛細管を用いることによって得られる。従って、毛細管内の光波の光行程が延びるので、検出感度を著しく改善できる。
【００２０】
本発明のさらに別の特徴によれば、第１または第２の電極をそれぞれが備え、毛細管の第１および第２の端をそれぞれ収容可能な、第１および第２のタンクと、第１および第２の電極の間で選択された電位差を設定可能な高圧給電手段とをさらに設ける。かくして、毛細管の第１の端は、全て、分析流体中のほぼ同じ深さのところに配置され、この端における電界の分配が均質化し、ほぼ対称になるので、分析の再現性をさらに改善できる。
【００２１】
好適には、第１および第２のタンクの間に、正（過圧）または負（負圧）の選択された圧力差を設定可能な手段を設け、その結果、第１のタンクから第２のタンク、およびその逆に循環を実施することができる（一般には液体だが、たとえば毛細管を通じさせるための気体であってもよい）。これにより、好適には逆流で毛管を加圧洗浄可能となるので、こうした洗浄品質の改善に伴って毛管の洗浄時間が非常に短縮される。
【００２２】
本発明はまた、毛管電気泳動によるサンプル分析方法に関し、
多数の毛細管が、熱伝導性かつ電気絶縁性の材料で構成された独立ユニットに緊密に組み込まれる中央部分をそれぞれ有し、この毛細管にサンプルを導入するステップと、
毛細管の相対する端の間に選択された電位差を与え、ユニットと、好適にはペルチエ型の調節手段との間で固体／固体プロセスによる熱交換により毛細管の温度を調節しながらサンプルの成分を分離するステップと、
毛細管の選択ゾーンで成分を検出するステップとを少なくとも含む。
【００２３】
本発明の他の特徴および長所は、添付図面を参照しながら以下の詳細な説明を読めば、明らかになるであろう。
【００２４】
添付図面は、概して確実な特色を示す。従って、これらの図は、本発明を補完する役割を果たすだけでなく、場合によっては、発明を定義することもある。
【００２５】
本発明は、多数の毛細管による電気泳動によりサンプルを分析（または処理）する装置に関する。ここで、「多数の毛細管」とは、少なくとも２個のサンプルをほぼ同時に分析するために少なくとも２個の毛細管を並列して配置することを意味する。以下、例として、８個の毛細管を用いて８個のサンプルを同時に分析可能な電気泳動装置について説明する。もちろん、本発明は、この実施例だけに制限されるものではない。
【００２６】
毛細管電気泳動は、当業者にとって既知の技術である。これは、たとえば適切な緩衝液を入れた毛細管内部で、分析サンプルをなす様々な分子を移動させることからなる。このため、毛細管１−ｉ（この例ではｉ＝１〜８）は、相対する２個の端２、３を含み、これらの端は、第１の端２にサンプルを導入した後で異なる電位をかける液体媒質（緩衝液）中に配置される。電位差（または電圧差）は、約数十ボルトから数十万ボルトまで、好ましくは、約２０００ボルトから３００００ボルトまでの範囲で変えることができる。
【００２７】
毛細管１−ｉの第１の端２（あるいは上流端）により予め導入されたサンプルの分子は、発生する電界の影響により、前記毛細管１の内部を異なる速度で移動する。この速度は、特に、粒子の個々の電荷／質量の比と、使用する緩衝液の性質（ｐＨ、導電性など）と、電界値とに依存する。このように分離された様々な分子は、第２の端３（または下流端）付近に到達すると、後述する検出手段により選択ゾーン４で分析（または検出）される。
【００２８】
残念ながら、この電界はまた、ジュール効果によって毛細管を加熱する。従って、毛細管の位置で温度７０゜Ｃに達することがあり、そのため、特に、サンプルの安定性、使用する緩衝液の粘性、化学的な均衡、ｐＨ、サンプルの様々な分子の個々の移動時間が損なわれる。
【００２９】
上記の不都合を解消するために、本発明は、各毛細管１−ｉが固体／固体プロセスによる熱交換、好適にはペルチエ効果により温度調整される分析装置を提案する。
【００３０】
このため、熱伝導性および電気絶縁性の材料で構成され、互いに独立した少なくとも複数のユニット５−ｉを含む収容手段を設ける。各ユニット５−ｉは、毛細管１−ｉの中央部分７を密着して、すなわち毛細管の中央部分と表面（「固体」）接触するように被覆する。検出部分４と、毛細管１の上流端２および下流端３だけが自由であり、すなわちユニット５−ｉで被覆（または組込）されない。
【００３１】
収容手段はまた、熱伝導性の壁８からなる結合手段６−ｉを含むのが好ましく、この壁は、ユニット５−ｉを（上記の定義に従って）それぞれ密着して収容する多数（ここでは、全部で８個）のスペース６３を互いに画定する。このようにして、結合手段６を構成する壁８と毛細管１−ｉをまとめたユニット５−ｉとが表面接触（固体接触）する。
【００３２】
図１から４に示した実施例では、結合手段６と、様々な毛管１−ｉを組み込んだユニット５−ｉとが、互いに独立した多数（ここでは８個）のカートリッジ９−ｉを構成している。より詳しくは、ここでは、各カートリッジ９−ｉが、１個のユニット５−ｉと３個の壁８とから構成され、壁は、ユニットを収容する開口部６３を設けるように互いにほぼ垂直であるのが好ましい。
【００３３】
収容手段がユニット５−ｉだけを含む場合、各ユニットは、このユニットが被覆する毛細管と共に１個のカートリッジを構成する。
【００３４】
ユニット５−ｉは、柔軟もしくは剛性の樹脂材料で構成されるのが好ましい。これは、たとえば、高い熱伝導性をもつＳｔｙｃａｓｔタイプ（National Search and Chemical Company社の登録商標）とすることができる。しかし、他の熱伝導性材料の使用を検討してもよい。
【００３５】
ユニット５−ｉは、壁８の内部に設置する前に製造できる。壁８は、図示された例では結合手段６を構成している。
【００３６】
だが、図１から３に示したように、ユニット５−ｉはまた、毛細管１−ｉの配置後、たとえば材料の射出成形により、結合手段６−ｉの内部に直接形成することもできる。この場合、毛細管１−ｉをユニット５に埋め込む（あるいは完全に組み込むように）するために、壁８により画定されるスペース６３とほぼ同寸のセパレータ１０を支持することが有利である。かくして、スペース６３の内部にいったん毛細管を設置したら、樹脂を射出注入してユニット５を形成すればよい。
【００３７】
カートリッジは、好適にはアーチ形とし、外形寸法を小さくして毛細管の端をほぼ垂直に配置できるようにする。
【００３８】
毛細管１の上流端２および下流端３の各端が、支持プレート６２に対して固定可能にする端部品１１を備える（図４参照）のが好ましい。もちろん、２端２、３に配置された端部品を異なってもよい。
【００３９】
同じく、流体およびサンプルが内部を循環する各毛細管１の内部は、選択された検出ゾーン４に、このゾーン以外の部分よりも面積が大きい横断面を有する（図５参照）のが好ましい。たとえば、毛細管が円柱形である場合、選択ゾーン４の中空部分の内径が他の部分２、３、７の内径よりも大きい。これにより、選択ゾーン４で分離された分子を分析するために検出手段が使用する光線の光行程を延ばすことができる。もちろん、検出ゾーン４を含めて内径が一定の毛細管を使用してもよい。
【００４０】
毛細管の内径は、約１μｍ〜約２００μｍ、好適には約２０μｍ〜約１００μｍである。さらに好適には、約２５μｍである。
【００４１】
毛細管１−ｉに対して、折れないように一定の可撓性を与えるために、一般に、ポリイミドコーティングで毛細管を被覆する。この材料は光線を吸収するので、選択された検出ゾーンでは除去しなければならない。
【００４２】
さらに、各毛細管は、選択ゾーン４に結合端部品１２を備えることが特に有利である。結合端部品は、検出手段の一部、たとえば光線が内部を循環する光ファイバー端を選択ゾーン４の両側で固定することができる。
【００４３】
好適には、加工もしくは成形ブロックとして結合端部品１２を構成し、毛細管１の下流端３と選択ゾーン４とを導入可能な第１の貫通スペース１３と、第１のスペース１３にほぼ垂直でこのスペースに通じる第２のスペース１４および第３のスペース１５をこの端部品に形成する。第２のスペース１４および第３のスペース１５は、検出手段の上流の光ファイバー端２６および下流の光ファイバー端２９に配置された端部品１６をそれぞれ収容する。
【００４４】
図１から５に示した実施形態では、第２のスペース１４および第３のスペース１５が選択ゾーン４の位置で第１のスペース１３と連通しており、互いにほぼ向かい合って配置されている。結合ブロック１２に形成された第２のスペース１４および第３のスペース１５の寸法は、端部品１６の末端部分１９の寸法に対応する。さらに、毛細管１の下流の端部分３が通じている第１のスペース１３の部分は、端部品１１の端部分２０に対応する寸法を有する。図５に示した結合ブロック１２の実施形態は、図１に示したものの変形実施形態である。
【００４５】
各カートリッジ９−ｉの壁８は、毛細管１−ｉの下流端３が通じている端に、カートリッジ全体に対して結合ブロック１２の少なくとも一部を固定するためのスペース２１を画定するのが好ましい。スペース２１は、端部品１６を通すための開口部２２により外部と連通している。
【００４６】
もちろん、カートリッジ９が毛細管１を備えたユニット５だけから構成されている場合、結合ブロック１２は、ユニット５の端にはめ込まれる。
【００４７】
結合ブロック１２を備えた様々なカートリッジ９−ｉ（この例ではｉ＝１〜８）は、互いに隣接して支持体６２に固定されるのが好ましい。その後、光ファイバー端２６、２９の端部品１６を結合ブロック１２の第２のスペース１４および第３のスペース１５に挿入する。
【００４８】
同じく、図４に示したように、カートリッジ９−ｉの上にカートリッジと表面接触するように、熱伝導性、たとえばアルミニウムまたはアルミナのカバー２３を設けるのが好ましい。カバー２３により、２個の（好適には）ペルチエモジュール（またはユニット）２４を固定し、ペルチエモジュール２４と壁８との熱接触を均質に配分することができる。このカバーは、いわば熱の境界面の役割を果たす。
【００４９】
もちろん、ペルチエモジュールは、壁８に接する補助的な支持手段により保持してもよいが、カバー２３に設置すれば、カートリッジ９の１つが故障した場合でも処理がしやすくなる。事実、カバー２３を外して、カートリッジ９に直接アクセスし、他の操作を行わずに中の１つを交換するだけでよい。
【００５０】
次に、特に図６Ａ、６Ｂを参照しながら、本発明による装置の検出手段の好適な実施形態について説明する。
【００５１】
当業者に知られているように、毛細管１内で分離された様々な分子を検出およびまたは分析するために、多数の光分析方法を検討することができる。
【００５２】
好適には、本発明による装置の検出手段は、連続スペクトルを投光するランプと、選択された波長を選択する単色フィルタとからなる単色光源を含む。たとえば、約１８０ｎｍ〜約３９０ｎｍの連続スペクトルを投光するジュウテリウムランプと、約２００ｎｍの波長の光線を選択する干渉フィルタとを使用することができる。
【００５３】
この光線は、上流の第１の光ファイバー２６−ｉにより、選択されたゾーン４−ｉを進む。上流の光ファイバー２６−ｉの第１の端２７は、ランプと単色フィルタとを設置したハウジング２５に接続されている。一方、第１の端２７の反対側にある第２の端２８は、結合端部品１６を備えており、この結合端部品の端部分１９を結合ブロック１２−ｉの第２のスペース１４に挿入するように構成する。
【００５４】
同様に、上流の光ファイバー２６−ｉから送られて選択ゾーン４−ｉで毛細管１−ｉの内部を循環する分子と相互作用した光線を収集するために、下流の光ファイバー２９−ｉを設ける。下流の各光ファイバー２９−ｉの第１の端３０は、結合端部品１６を備え、結合端部品の端部分１９を結合ブロック１２の第３のスペース１５に挿入するように構成する。下流の光ファイバー２９−ｉの第１の端３０の反対側にある第２の端３１は、検出モジュール３２に接続される。
【００５５】
好適には、この検出モジュール３２は、電荷結合装置（ＣＣＤ）であり、下流の光ファイバー２９と少なくとも同数の検出素子４８を含む（ここでは８個）。図７に示したように、検出素子４８−ｉは、１つまたは複数の検出画素４９を指定することができる（図示された例では、各素子が１０個の画素を含む）。実際、１個の素子４８−ｉに結合される画素４９の数は、下流の光ファイバー２９−ｉの第２の端３１の開口度を数値で表したものと、この端と画素とを隔てる距離とに依存する。従って、毛細管１−ｉの全体について同１の検出器で同時検出可能であるので、毛細管の間でほぼ一定の応答係数が得られ、測定（または分析）の再現性が改善される。
【００５６】
同じく好適には、上流の光ファイバー２６の内側部分の直径１７は、下流の光ファイバー２９の内側部分の直径１８よりもずっと小さくなるように選択される。個々の直径の選択は、所望の光解像度と、上流の光ファイバー２６と下流の光ファイバー２９との間の所望のエネルギー伝達とに依存する。
【００５７】
たとえば、シリカ／シリカ型の光ファイバーを使用することができる。さらに、ＣＣＤ検出器３２は、ＨＡＭＡＭＡＴＳＵ社が整理番号Ｓ５４６２−２５６Ｑとして商品化している検出器でもよい。
【００５８】
ＣＣＤ検出器３２は、本発明による装置の制御モジュール（図示せず）にインターフェース３３によって接続され、毛細管で収集した情報を示す信号を伝達する。
【００５９】
光源とＣＣＤ検出器との間に追加光ファイバーを設けて、ランプのエネルギー変化を測定し、分析データを修正するのが好ましい。従って、ＣＣＤ検出器３２は、追加検出素子４８を含む。
【００６０】
本発明による装置では、他の分析技術を用いてもよい。たとえば、レーザ蛍光による検出または電気化学検出を実施することができる。
【００６１】
図４、５に明示したように、毛細管１の下流端３は、液体（緩衝液）を入れた下流タンク３４内に収容されるように構成される。この液体は、制御モジュールが制御する高圧給電源（図示せず）に接続された単１電極３５により、第１の選択電位をかけられる。
【００６２】
結合ブロック１２および下流タンク３４が、着脱式に結合されるように構成するのが好ましい。さらに、こうした結合により気密性を確保し、下流タンク３４の内部にある液体を予圧回路３６（図４に一部図示）により予圧可能にすることが特に有利である。かくして、（キャップ５０−ｉまたは上流のタンク３８に配置した）毛管１−ｉの上流端２における圧力とは異なる圧力を下流タンク３４に設定することにより、下流タンク３４から上流タンク３８（過圧）へ、または上流タンク３８から下流タンク３４（負圧）へ予圧液を循環させることができる。これにより、分析後およびまたは分析前に毛細管を迅速かつ有効に洗浄（またはすすぎ）可能になり、あるいは、サンプル導入前、また同様にサンプル注入前に、毛細管に緩衝液を満たすことができる。
【００６３】
分析および洗浄に必要な液体（たとえば緩衝液と濃度が約０．１Ｍ〜１ＭのＮａＯＨタイプのすすぎ溶液）を下流タンク３４の内部に導入できるようにするために、下流タンクは、有利には、制御モジュールが制御する液体供給モジュール（図示せず）によって供給される管路３７を含む。
【００６４】
次に、図８から１１を特に参照して、本発明による装置の実施形態について詳しく説明する。
【００６５】
最初に、ホルダ３９−ｊに収容した管４０ｉｊにサンプルを配置する（この例ではｉ＝１〜８、ｊ＝１〜Ｎ）。各ホルダ３９−ｊは、さらに、管４０−ｉｊに等しい数のキャップ５０−ｉｊを支持するバー５１−ｊを含むのが好ましい。キャップ５０は、後述するように、場合によっては希釈後のサンプルを収容し、場合によっては希釈されたサンプルを毛細管１−ｉの上流端２に供給するように構成されている。
【００６６】
毛細管の端２を分析位置ＰＡに固定する。従って、分析を実施するには、上流のタンク３４とバー５１とをこの分析位置ＰＡまで交互に移動しなければならない。
【００６７】
このため、装置は移動手段４２を含む。この移動手段は、第１の休止位置Ｐ１（図９、１１の配置参照）と、好適には分析位置ＰＡのほぼ真下に配置される待機位置ＰＷ（図９−１１の配置参照）との間を移動し、次いで、この待機位置ＰＷから分析位置ＰＡまで、上流タンク３８を移動可し、一方、待機位置ＰＷから分析位置ＰＡにバー５１−ｊを移動することができる。
【００６８】
移動手段がカルーセル４２を含むのが好ましい。カルーセルは、軸ＸＸを中心として回転駆動可能であり、この軸ＸＸに沿って垂直移動する。より詳しくは、図８から１１に明示したように、カルーセル４２は、互いにほぼ９０゜のところで径方向に突出する２個の脚部５２、５３を有する。カルーセル４２が四分の１回転すると、一方の脚部５２により上流のタンク３８を休止位置Ｐ１から待機位置ＰＷに移動することができる。カルーセル４２が軸方向に移動すると（図１０、１１参照）、いずれかの脚部５２、５３により、上流のタンク３８またはバー５１−ｊを待機位置ＰＷから分析位置ＰＡに、またその逆に移動することができる。
【００６９】
従って、分析位置ＰＡでは（図１０、１１の破線部分）、毛細管１−ｉの上流端２が、上流タンク３８の内部に収容される。
【００７０】
さらに、移動手段は、好適には、バー５１−ｊを設置したホルダを待機位置ＰＷと第２の休止位置Ｐ２との間で移動可能な搬送手段５４を含む。搬送手段は、レール５６に摺動式に取り付けられる送り台５４であるのが好ましい。
【００７１】
この第２の位置Ｐ２で、サンプルのピペット吸入および希釈を実施する。従って、装置は、希釈／ピペット吸入モジュール５７を含む（図１０、１１に一部図示）。希釈／ピペット吸入モジュールは、軸ＹＹに沿ってほぼ垂直に並進可能な中空の針５８を含み、管４０−ｉに配置されたサンプルを第１の端から吸入し、好適には、針の第２の端から供給される希釈液でサンプルを希釈する。針の第２の端は、１つまたは複数のタンクに接続された１つまたは複数の管６０によって供給される。希釈液の容量は、装置の制御モジュールにより制御され、分析サンプルのタイプに応じて選択される。希釈を行うと、針５８は、ほぼ水平な軸ＺＺ（図１０参照）に沿って、前記軸ＺＺに垂直な送り台５４の並進と連動しながら並進し、結合されるキャップ５０−ｉに希釈サンプルを配置する。こうした全ての移動は、このためにプログラムされた制御モジュールにより制御される。
【００７２】
さらに、多数のホルダ３９−ｊの逐次処理を可能にするために、本発明による装置は、供給手段を含むのが好ましい。供給手段は、制御モジュールにより制御されるモータ６１が駆動する第１のベルトコンベヤ４４を含み、このコンベヤ上に、好適には線形の複数のホルダ３９−ｊを配置することができるのが有利である。ホルダは、導入位置ＰＩを決定する第１のベルトコンベヤの上流端に順次導入されるので、移動方向（矢印Ｆ１で示す）に対して垂直に順に配置されるのが好適である。従って、第１のコンベヤ４４は、導入位置Ｐ１から（たとえばベルトコンベヤ４４の下流端により決定される）第２の休止位置Ｐ２にホルダを順に搬送し、この休止位置で送り台５４にホルダを載せることができる。
【００７３】
装置はまた、サンプル分析後、ホルダを排出する手段を含むのが好ましい。排出手段が第２のベルトコンベヤ４５を含み、第２のベルトコンベヤは、（場合によっては、第１のベルトコンベヤ４４を駆動するモータと同じ）モータ６４により同様に駆動されるのが良い。モータ６４は、第１のベルトコンベヤ４４に平行に配置されるのが好ましい。第２のベルトコンベヤ４５は、分析位置ＰＡに戻るホルダ３９に対してたとえば第３の休止位置Ｐ３を決定する上流の第１の端と、第１の端の反対側で、ホルダＰＯの採取位置を決定する下流の第２の端とを含む。サンプル分析後は、送り台５４が、待機位置ＰＷから第３の休止位置Ｐ３へホルダ３９を搬送し、その結果、ホルダは、第２のコンベヤ４５から排出される。
【００７４】
従って、第１のベルトコンベヤ４４は、分析サンプルを備えたホルダ３９を装置に導入することができ、第２のベルトコンベヤ４５は、サンプル分析後にホルダを回収して装置から排出させることができる。第２のベルトコンベヤからホルダを排出するたびに第１のベルトコンベヤの場所を１つ空けて分析サンプルを備えた新たなホルダを導入できるようにすれば、装置に連続してホルダを供給することができる。
【００７５】
上流のタンク３８は、下流のタンク３４と同様に、高圧給電モジュールに接続された単１電極４６を含む。したがって、高圧給電モジュールは、装置の制御モジュールの制御下で、２個の電極３５、４６の間に電位差を設定可能である。この電位差は、また、必要に応じて調節できる。好適には、上流の電極４６に正の電位をかけ、下流の電極３５を接地接続するが、ほかにも多数の組合せを検討可能である。
【００７６】
本発明による装置はまた、第１の休止位置Ｐ１の付近と、下流タンク３４の管路３７とにほぼ通じる複数の液体（緩衝液およびすすぎ／洗浄液）供給循環路を含むのが有利である。
【００７７】
図１０に示したように、上流のタンク３８の供給循環路は、管路６５に接続されて緩衝液を採取する部分循環路と、別の管路６６に接続されて、すすぎまたは洗浄および緩衝液を供給する少なくとも１つの部分循環路とを含む（図示された例では、すすぎ液を供給する２個の部分循環路を設けている）。さらに、各タンクに対して液体レベル検出器６７、６８を設けることができる。上流のタンク３８への緩衝液またはすすぎ液の供給は、軸ＸＸに沿ったカルーセル４２の並進後に行われる（供給位置ＰＦを破線で示した図１１参照）のが好適である。
【００７８】
本発明による装置は、また、管を備えたホルダが提示されているとき、分析が既に済んだかどうかを制御モジュールが確認できるようにするバーコード検出モジュール４７を含むのが好ましい。検出モジュールはまた、各サンプルを電気泳動図に関連づけられるように、各管４０−ｉに配置されたバーコードを読み取り可能である。したがって、サンプルの識別子を制御モジュールに供給することにより、メモリに保存された電気泳動図に直ちにアクセスできる。
【００７９】
好適には、ホルダ検出モジュール４７は、第２の休止位置Ｐ２のほぼ正面に配置される。
【００８０】
次に、ホルダ３９−ｊが既に第２の休止位置Ｐ２に到着したと仮定して、サンプル分析サイクルについて説明する。
【００８１】
第１のステップでは、送り台５４がホルダを受け取ってピペット吸入／希釈装置５７に配置する。次に、ピペット吸入／希釈装置が、第１の管４０−１ｊに配置されたサンプルを採取して、これを希釈し、再びキャップ５０−１ｊに入れる。その後、ピペット吸入／希釈装置は、各サンプルに対して操作を繰り返す。この間、先行するホルダ３９−（ｊ−１）の８個のサンプルを毛細管１−ｉで分析する。こうしたサンプル（ｎ）の希釈ステップは、サンプル（ｎ−１）の分析ステップ中に行われる。
【００８２】
第２のステップでは、先行ホルダの分析が終了後、下流タンク３４を空にし、一方、上流タンク３８を分析位置ＰＡに置いておく。このとき、下流タンク３４に洗浄溶液（たとえばＮａＯＨ）を満たしてから、選択された持続時間中、下流タンク３４と上流タンク３８との間に正の圧力差（過圧）を設定する。再び下流タンク３４を空にし、次いで、このタンクをすすいでから、緩衝液を満たすのが好ましい。その後、選択された持続時間中、下流タンク３４と上流タンク３８との間に正の圧力差を設定する。
【００８３】
第３のステップでは、カルーセル４２により分析位置ＰＡから待機位置ＰＷに上流タンク３８を下降し、その後、カルーセル４２を回転駆動して、上流タンク３８を第１の休止位置Ｐ１に置く。
【００８４】
第４のステップでは、第２の休止位置Ｐ２から待機位置ＰＡにホルダ３９−ｊを移動し、一方の脚部５３によりホルダ３９−ｊからバー５１−ｊを解放する。バー５１−ｊをカルーセル４２で待機位置ＰＷから分析位置ＰＡに上昇する。
【００８５】
第５のステップでは、選択された持続時間中、下流タンク３４と上流タンク３８との間に負の圧力差（負圧）を設定し、サンプルが、毛細管１−ｉの内部にわずかな長さだけ入るようにする。次いで、分析位置ＰＡからホルダ３９−ｊが待機する待機位置ＰＷにバー５１−ｊを再び下降し、これらを結合する。そのとき、送り台５４は、待機位置ＰＷから第３の位置Ｐ３にホルダ３９−ｊを並進し、第３の位置で、第２のベルトコンベヤ４５がホルダを受け取って排出する。その後、送り台５４は、第２の休止位置Ｐ２にホルダ３９−（ｊ＋１）を受け取りに行く。それとほぼ同時に、上流タンク３８を供給位置ＰＦに上昇して、このタンクを空にし、すすいでから、緩衝液を入れる。
【００８６】
第６のステップでは、上流タンク３８を第１の休止位置Ｐ１に再び下降してからカルーセル４２を回転駆動し、上流タンク３８を待機位置ＰＷに置く。その後、上流タンク３８が分析位置ＰＡに配置されるまで、カルーセル４２を並進しながら上流タンク３８を上昇する。
【００８７】
第７のステップでは、上流電極４６と下流電極３５との間に選択された電位差を設定し、ホルダ３９−ｊのサンプルを分析する。上流の光ファイバー２６の有効部分１７の内部を循環する光線は、電位差によって誘導される電界作用でサンプルの分子が循環すると、このサンプルの分子と相互作用しながら、毛細管１−ｉの選択ゾーン４を通る。光線は、その後、下流の光ファイバー２９−ｉの有効部分１８により収集される。光線は、ＣＣＤ検出素子３２の画素に到達し、電気信号に変換され、インターフェース３３を介して制御モジュールに伝達される。制御モジュールは、これらの信号を利用して、各サンプルに対して電気泳動図を構成し、電気泳動図は、好適にはモニタに直接ディスプレイされる。その後、後日の処理のために分析データを保存する。同時に、第１のステップをホルダ３９−（ｊ＋１）で実施する。
【００８８】
第１のステップが終了すると、第２から第７のステップを繰り返し、ホルダ３９−（ｊ＋１）のバー５１−（ｊ＋１）のキャップ５０−ｉ（ｊ＋１）に配置される希釈サンプルを分析する。
【００８９】
本発明による装置は、多数のサンプルの毛細管分析に使用可能である。しかし、この装置は、限定的ではないが特に、たとえば、血液、血清、血漿、尿、脳脊髄液、唾液、および涙といった生物学的なサンプルの分析用である。
【００９０】
本発明による装置は、次のような多数の長所を有する。
−特に有効な固体／固体タイプの熱調節を行う。
−上流および下流のタンクがそれぞれ電極を１個だけ含むことから、電気設備が著しく簡素化される。しかも、これらの単１電極は、タンク内で電界を均質に配分するので、毛細管の間の分析再現性を改善することができる。
−様々な毛細管に対して共通の検知器を有するので、様々なサンプルの分子の検出および、検出の再現性が簡素化され、改善される。
−予圧洗浄を行うため、迅速かつ高品質の洗浄が可能になる。
−希釈、分析および洗浄といった様々なステップの自動化、ならびにホルダへの供給モード（好適には連続式である）により、分析速度が高速化する。
−サンプルに対して人間が介入せず、各毛細管を他の毛細管にかかわりなく交換できるので、使い易く、メンテナンスしやすい。
【００９１】
本発明は、単に例として挙げた上記の装置および方法の実施形態に制限されるものではなく、特許請求の範囲で当業者が検討できるあらゆる変形実施形態を包括するものである。
【００９２】
かくして、多数のホルダを供給する手段と、これらのホルダの排出手段とを備える装置について記載した。しかし、装置は、このような手段を含まなくてもよく、その場合、ホルダは、第２の位置でマニュアルにより配置および除去される。
【００９３】
さらに、サンプルの希釈を自動的に行う装置について記載した。しかし、サンプルは、既に希釈してから装置に入れたり、あるいは希釈不要であったりすることもあり、その場合には、ピペット吸入／希釈手段を省くことができる。この場合、ホルダおよび管をなくし、キャップを備えたバーだけで十分である。
【００９４】
また、液状の緩衝液によるサンプル分析について記載した。しかし、この緩衝液を粘性または半粘性にしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による毛管カートリッジの一部の分解組立図である。
【図２】 組立済みカートリッジの斜視図である。
【図３】 本発明による装置に取付前のカートリッジブロックの斜視図である。
【図４】 本発明による装置に取付後の、図３のカートリッジブロックの横断面図である。
【図５】 毛細管と検出手段とを結合する本発明による装置の一部の横断面図である。
【図６】 第１の光検出ファイバーと光源との結合、および第２の光検出ファイバーとセンサとの結合をそれぞれ示す図である。
【図７】 第２の光ファイバーとセンサの検出素子との結合を示す詳細図である。
【図８】 サンプルの分析段階における本発明による装置の一部の上面図である。
【図９】 毛細管にサンプルを導入する段階における図８の装置の上面図である。
【図１０】 第１の休止位置から分析位置に上流タンクを移動する段階において、本発明による装置の一部を示す側面図である。
【図１１】 特に、管からキャップにサンプルを移動する段階と、上流タンクの洗浄／充填段階とにおいて、図１０の装置の一部を示す側面図である。

Claims (32)

1. 電気泳動によるサンプル分析装置であって、
   相対する第１の端（２）および第２の端（３）を含む複数の毛細管（１−ｉ）と、
   前記端（２、３）以外で前記毛細管の少なくとも１つの中央部分（７）を収容するように構成された収容手段（５、６）と、
   毛細管（１）の温度を調節するために前記収容手段（５、６）と協働可能な調節手段（２４）とを含む装置において、
   前記収容手段（５、６）が、それぞれが独立に交換可能な複数の独立カートリッジ（９−ｉ）を含み、各カートリッジは、毛細管（１−ｉ）の中央部分（７）に接して被覆する熱伝導性かつ電気絶縁性の材料で各々が構成された、独立ユニット（５−ｉ）を有し、
   前記調節手段は、熱伝導性で前記カートリッジの上に設けられてカートリッジに接触して、前記毛細管（１−ｉ）を温度調節するように、前記カートリッジ（９−ｉ）の集合体と熱交換可能であることを特徴とする装置。
2. 各カートリッジ（９−ｉ）が、熱伝導性の壁（８）から形成されており、カートリッジのユニット（５−ｉ）をそれぞれが密着して収容するスペース（６３）を画定できる結合手段（６−ｉ）を含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 前記カートリッジ（９−ｉ）はアーチ状であることを特徴とする請求項１または２に記載の装置。
4. 前記ユニット（５−ｉ）が、樹脂材料で構成されることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の装置。
5. 前記樹脂がＳＴＹＣＡＳＴタイプであることを特徴とする請求項４に記載の装置。
6. 各毛細管（１−ｉ）の選択ゾーン（４）で循環するサンプルに関する情報を供給するための検出手段（２６、２９、３２）を含むことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の装置。
7. 前記検出手段が、
   選択された波長の光線を投光可能な光源（２５）と、
   光線検出器（３２）と、
   前記光線を受光可能な第１の端（２７）および、毛細管（１−ｉ）の選択ゾーン（４）に前記光線を投光可能な第２の端（２８）をそれぞれが含む、多数の第１の光ファイバー（２６−ｉ）と、
   選択ゾーン（４）で前記毛細管（１−ｉ）内を循環するサンプルの成分と相互作用した後で、結合される第１の光ファイバー（２６−ｉ）から出る光線を受光可能な第１の端（３０）および、相互作用した光線を前記検出器（３２）に送る第２の端（３１）をそれぞれが含む、多数の第２の光ファイバー（２９−ｉ）とを含むことを特徴とする請求項６に記載の装置。
8. 前記検出器（３２）が、電荷結合素子（ＣＣＤ）であり、第２の光ファイバー（２９−ｉ）の第２の端（３１−ｉ）にそれぞれ結合される多数の検出素子を含むことを特徴とする請求項７に記載の装置。
9. 前記毛細管（１−ｉ）の選択ゾーン（４）の内部横断面の面積は、毛細管の他の部分の内部横断面の面積よりも大きいことを特徴とする請求項６から８のいずれか１項に記載の装置。
10. 選択された固定地点に固定するために、毛細管（１−ｉ）の前記選択ゾーン（４）をそれぞれが収容可能な多数の第１のスペース（１３）と、前記第１のスペース（１３）にほぼ垂直に形成され、固定地点で前記第１のスペースに通じる多数の第２のスペース（１４）および第３のスペース（１５）とを含む結合手段（１２−ｉ）を含み、第２のスペース（１４）のそれぞれが、第１の光ファイバー（２６）の第２の端（２８）を収容するように構成され、第３のスペース（１５）それぞれが、第２の光ファイバー（２９）の第１の端（３０）を収容するように構成されていることを特徴とする請求項７または８に記載の装置。
11. 前記第１の光ファイバー（２６）の第２の端（２８）と、前記第２の光ファイバー（２９）の第１の端（３０）とは、結合手段（１２）の第２および第３のスペースにそれぞれ結合するための端部品（１６）を備えることを特徴とする請求項１０に記載の装置。
12. 前記結合手段（１２）は、毛細管（１−ｉ）を第１の光ファイバー（２６−ｉ）と第２の光ファイバー（２９−ｉ）とにそれぞれ結合可能な多数の結合素子（１２−ｉ）を含むことを特徴とする請求項１０または１１に記載の装置。
13. 毛細管（１−ｉ）の第２の端（３）が通じるカートリッジ（９−ｉ）の１端は、結合素子（１２−ｉ）が前記カートリッジに結合されるように、前記結合素子の少なくとも一部を収容するように構成されていることを特徴とする請求項１２に記載の装置。
14. 毛細管（１−ｉ）の第１の端（２）および第２の端（３）をそれぞれ収容可能な、第１の電極（４６）を備えた第１のタンク（３８）および第２の電極（３５）を備えた第２のタンク（３４）と、
    第１および第２の電極の間で選択された電位差を設定可能な給電手段とをさらに含むことを特徴とする請求項１から９、１２、１３のいずれか１項に記載の装置。
15. 前記第１のタンク（３８）と第２のタンク（３４）との間に正または負の選択された圧力差を設定可能な手段（３６）を含み、前記圧力差は、第１のタンク（３８）から第２のタンク（３４）または第２のタンク（３４）から第１のタンク（３８）へ循環を設定するように選択されることを特徴とする請求項１４に記載の装置。
16. さらに、
    第１の電極（４６）を備えた第１のタンク（３８）および第２の電極（３５）を備えた第２のタンク（３４）、前記第１と第２のタンクはそれぞれ毛細管（１−ｉ）の第１の端部（２）と第２の端部（３）を収容するタンクである、および、
    前記第１と第２の電極に所望の電圧を供給する電源手段を備えたことを特徴とする請求項１０又は１１に記載の装置。
17. 前記第１のタンク（３８）から前記第２のタンク（３４）に、または、前記第２のタンク（３４）から前記第１のタンク（３８）に流れを生じさせるように選択された正または負の圧力差を前記第１のタンク（３８）と前記第２のタンク（３４）の間に生じさせる手段（３６）を備えたことを特徴とする請求項１６に記載の装置。
18. 前記結合手段（１２）は、前記第２のタンク（３４）に気密に結合されるように構成され、それによって、前記毛細管（１−ｉ）の第２の端（３）が、この第２のタンク（３４）に関して固定されることを特徴とする、請求項１６または１７に記載の装置。
19. 前記調節手段は、熱交換が可能な少なくとも１つのペルチエユニット（２４）を含むことを特徴とする請求項１から１８のいずれか１項に記載の装置。
20. 分析を待つ間、第１のタンク（３８）が休止する第１の位置と、前記毛細管（１−ｉ）の第１の端（２）が第１のタンク（３８）の内部に収容される分析位置（ＰＡ）との間で、前記第１のタンク（３８）を移動するように構成された移動手段（４２、５４）を含むことを特徴とする請求項１６から１８のいずれか１項に記載の装置。
21. 前記移動手段（４２、５４）はまた、分析サンプルを各々が収容可能である多数のキャップ（５０−ｉｊ）の支持手段（５１−ｊ）を、待機位置（ＰＷ）と、毛細管（１−ｉ）の第１の各端（２）をキャップの内部に収容してタンクに入っているサンプルを前記毛細管（１−ｉ）に導入する前記分析位置（ＰＡ）との間で、移動するように構成されることを特徴とする請求項２０に記載の装置。
22. 分析位置（ＰＡ）が待機位置（ＰＷ）のほぼ真上に配置されており、前記移動手段（４２、５４）が、第１の位置（Ｐ１）と待機位置（ＰＷ）との間で回転駆動されるとともに分析位置（ＰＡ）と待機位置（ＰＷ）との間で軸方向に並進駆動可能なカルーセル（４２）を含むことを特徴とする請求項２１に記載の装置。
23. 前記移動手段（４２、５６）が、さらに、前記待機位置（ＰＷ）とサンプルのピペット吸入および希釈を行う第２の位置（Ｐ２）との間で前記キャップ支持手段を移動可能な並進手段（５４）をさらに含むことを特徴とする請求項２１または２２に記載の装置。
24. 導入位置（ＰＩ）と前記第２の位置（Ｐ２）との間で複数のキャップ支持手段（５１）を順次送ることができる供給手段（４４）を含むことを特徴とする請求項２３に記載の装置。
25. 前記移動手段が、前記第２の位置（Ｐ２）と前記第２の位置から離れた第３の位置（Ｐ３）との間で各キャップ支持手段（５１）を移動するように構成されており、第３の位置（Ｐ３）と排出位置（ＰＯ）との間で複数のキャップ支持手段（５１）を順次送ることができる排出手段（４５）を含むことを特徴とする請求項２４に記載の装置。
26. 前記供給手段が、モータ（６１）により駆動されて導入位置（ＰＩ）と第２の位置（Ｐ２）との間を前進させることができる第１のベルトコンベヤ（４４）を含み、前記排出手段が、モータ（６４）により駆動されて第３の位置（Ｐ３）と排出位置（ＰＯ）との間を前進させることができる第２のベルトコンベヤ（４５）を含むことを特徴とする請求項２５に記載の装置。
27. 前記供給手段（４４）および前記排出手段（４５）が、少なくとも２個のキャップ支持手段（５１）を収容するように構成されることを特徴とする請求項２５または２６に記載の装置。
28. 各キャップ支持手段（５１）が、キャップ（５０−ｉ）に等しい数の多数の管（４０−ｉ）を含むホルダ（３９）に結合され、各管（４０−ｉ）が、同じホルダ（３９）に結合されるキャップ（５０−ｉ）に結合されるサンプルを含むことを特徴とする請求項２３から２７のいずれか１項に記載の装置。
29. 第２の位置（Ｐ２）で各管（４０−ｉ）に含まれるサンプルを順次抽出し、次いで、選択された希釈剤でこのサンプルを希釈し、ホルダ（３９）に結合されるキャップ（５０−ｉ）に希釈サンプルを配置する「ピペット吸入−希釈」手段（５７）を含むことを特徴とする請求項２８に記載の装置。
30. サンプル分析後、毎回、洗浄溶液を各タンク（３４、３８）に供給し、各分析の前に緩衝液を各タンク（３４、３８）に供給することができる液体供給手段を含むことを特徴とする請求項１４から１８、２０から２９のいずれか１項に記載の装置。
31. 他のカートリッジとは独立に交換可能なように他のカートリッジから独立したカートリッジ（９−ｉ）に収容され、熱伝導性かつ電気絶縁性の材料で構成されたユニット（５−ｉ）に緊密に組み込まれた中央部分（７）をそれぞれが有する複数の毛細管（１−ｉ）にサンプルを導入するステップと、
    毛細管の相対する端の間に選択された電位差を与え、前記カートリッジ（９−ｉ）とカートリッジの上に設けられカートリッジと接触する熱伝導性のカバー（２３）に支持された調節手段（２４）との間で熱交換により毛細管（１−ｉ）の温度を調節しながらサンプルの成分を分離するステップと、
    前記毛細管の選択ゾーン（４）で前記成分を検出するステップとを少なくとも含むことを特徴とする毛細管電気泳動によるサンプル分析方法。
32. ペルチエ効果により調節を行うことを特徴とする請求項３１に記載の方法。

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