JP5427801B2

JP5427801B2 - 電気泳動装置

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Publication number: JP5427801B2
Application number: JP2011031509A
Authority: JP
Inventors: 亮熊原; 基博山▲崎▼
Original assignee: Hitachi High Technologies Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2011-02-17
Filing date: 2011-02-17
Publication date: 2014-02-26
Anticipated expiration: 2031-02-17
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Description

本発明は、蛍光標識されたＤＮＡなどの試料を電気泳動により分離分析する電気泳動装置に関する。特に、ゲルを充填したキャピラリを多数本並べて計測するマルチキャピラリアレイ方式の電気泳動装置に関する。

ＤＮＡの塩基配列および塩基長の決定等を目的として、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用いられている。

分離媒体であるゲルが充填されたキャピラリ内にＤＮＡを含む検査試料を注入し、キャピラリの両端に数〜数十ｋＶの高電圧を印加する。試料中のＤＮＡ合成物はキャピラリ内を移動し、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は蛍光標識されており、レーザ光の照射により蛍光を発し、これを蛍光検出手段で検出することでＤＮＡの塩基配列を決定する。

通常、レーザ光は出力しつづけ、メカニカル・シャッターでキャピラリ内への光照射時間を制御する。このとき、シャッターの開閉と蛍光検出手段のデータ取得タイミングを同期させて、キャピラリからの蛍光信号を取得する。同様の手段でタンパク質等も解析することができる。

複数本のキャピラリへの光照射方法の一つとして、同一平面上に並んだ複数本のキャピラリからなるキャピラリアレイの一方もしくは両側の端のキャピラリにレーザ光を照射する方式がある。前記照射方式では、レーザ光は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。

レーザ光がキャピラリを透過するとき、キャピラリと空気のように屈折率の異なる物質の境界面が存在する。このような境界面では、物質の屈折率差によりレーザ光の分散と反射が生じ、レーザ光は減衰する。したがって、複数本のキャピラリをレーザ光が透過して伝搬していく過程で、レーザ光は指数的に減少する。

そのため、照射されるレーザ光が一番強いキャピラリからの蛍光と、一番弱いキャピラリからの蛍光ではその強度に差が生じる。キャピラリアレイの両側からレーザを照射する場合には、両端のキャピラリが強く、真ん中のキャピラリが弱くなる。検出器の測定レンジは全ての蛍光を検出できるように設定する必要があるため、蛍光の強度差が大きいと検出器の検出性能を有効に活用できず、分析能が悪くなる。

そこで、キャピラリ間に所定の屈折率を有する光伝達媒体を充填し、屈折率と反射率を調整することで、屈折と反射によるレーザ光の損失を低減する方法がある（下記特許文献１）。

特開２００７−１７１２１４号公報

特許文献１では、別途光伝達媒体を設けるため、その分作製に手間がかかるという問題がある。

本発明は、特許文献１記載のような光伝達媒体を別途設けることなく、つまり、ハード的な別の構成要素を新たに追加すること無く、電気泳動装置の分析精度の向上を図ることに関する。

本発明は、検出器での光の積算時間を変えて測定することで、各キャピラリから検出される蛍光強度の差を小さくすることを特徴とする。これにより、検出器の測定レンジを有効に活用することができ、装置の分析精度が向上する。

本発明によれば、複数キャピラリからの蛍光を高精度に分析可能である。

本発明が適用されるマルチキャピラリ電気泳動装置の概略図である。本発明の第１の実施形態であるキャピラリの上下両側から励起光を照射する場合の照射系の概略図である。電気泳動の分析開始から分析終了までのフローを示すフロー図である。ＣＭＯＳイメージセンサの部分読み出しの説明図である。波長校正で測定した各キャピラリの信号強度の概略説明図である。本発明の第１の実施形態による光の積算時間とデータ取得（読み出し領域）の概要である。本発明の第２の実施形態である光学検出器に複数個のリニアイメージセンサを用いた場合の概略図である。本発明の第２の実施形態による光の積算時間とデータ取得（読み出し領域）の概要である。本発明の第３の実施形態であるキャピラリの片側から励起光を照射する場合の照射系の概略図である。励起光をキャピラリの片側から照射した場合のキャピラリとその蛍光信号強度の関係を示した説明図である。本発明の第４の実施形態による光の積算時間とデータ取得（読み出し領域）の概要である。波長校正で測定した各キャピラリの信号強度の画面表示例である。光の積算時間係数ｋ(ｍ)適用後、各キャピラリにおける信号強度の予測値を示す画面表示例である。本発明の第６の実施形態による光の積算時間とデータ取得（読み出し領域）の概要である。本発明の第７の実施形態による光の積算時間とデータ取得（読み出し領域）の概要である。本発明の第８の実施形態による光の積算時間とデータ取得（読み出し領域）の概要である。本発明の第９の実施形態による制御用コンピュータの入力画面例である。

以下、本発明の新規な特徴を、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。

図１は、本実施例にかかるマルチキャピラリ電気泳動装置の概略図である。以下、図１を参照して、本装置の構成について説明する。

本実施例にかかるマルチキャピラリ電気泳動装置は、検査試料を分離するための分離媒体を含む複数本のキャピラリ１０２からなるマルチキャピラリアレイ１１４と、キャピラリ陰極端１２６にさまざまな容器を搬送するための搬送機１２２，キャピラリに分離媒体を注入するためのポンプ機構１０３，キャピラリアレイの温度を調整するための恒温槽１１５，分離媒体に高電圧を印加するための高圧電源１０４，コヒーレント光であるレーザ光をキャピラリに照射する光源１１１，試料が発する蛍光を光学的に検出するための光学検出器１１２、から構成される。

マルチキャピラリアレイ１１４は、複数本（例えば２〜９６本）のキャピラリ１０２からなる交換部材であり、ロードヘッダ１２４，検出部１１３，キャピラリヘッドを含む。マルチキャピラリアレイ１１４の一端は、キャピラリ内に検査試料を導入するためのロードヘッダ１２４を有し、負電圧を印加するための陰極端をなす。他端は、キャピラリヘッドにより複数本のキャピラリが一つに束ねられており、耐圧機密構造でゲルブロック１０６と接続される。ロードヘッダ１２４とキャピラリヘッドの間に、レーザ光が照射される検出部１１３を有する。

マルチキャピラリアレイ１１４は、測定に応じて、異なる本数や長さのキャピラリから構成されるものに置き換え可能である。また、キャピラリに破損や品質の劣化がみられたとき、新品のキャピラリアレイに交換する。

キャピラリ１０２は、内径数十〜数百μｍ，外径数百μｍのガラス管で、強度向上のためその表面はポリイミド被膜で覆われている。ただし、レーザ光が照射される箇所およびその近傍は、キャピラリの表面のポリイミド被膜は除去されている。キャピラリの内部には、検査試料中のＤＮＡ分子を分離するための分離媒体が充填される。分離媒体は、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（以下、ポリマー）である。

ポンプ機構１０３は、シリンジ１０５とそのシリンジを加圧するための機構系で構成される。ゲルブロック１０６は、シリンジ１０５，キャピラリアレイ１１４，陽極バッファ容器１０８、およびポリマー容器１０７をそれぞれ連結する接続部である。キャピラリ内に分離媒体であるポリマーを充填する際には、電動バルブ１１０を閉じ、シリンジ１０５を押し込むことによって、シリンジ１０５内のポリマーをキャピラリに注入する。

恒温槽１１５は、マルチキャピラリアレイ１１４の温度を制御するための温度制御機構である。恒温槽１１５は、槽内の温度を一定に保つために断熱材で覆われ、加熱冷却機構１１７により温度を制御する。これにより、キャピラリアレイの大部分の温度を、例えば６０℃などの一定温度に保つ。

搬送機１２２は、３つの電動モータとリニアアクチュエータを備えており、上下，左右，前後の３軸方向に移動可能である。また、搬送機１２２の移動ステージ１２３には、少なくとも１つ以上の容器を載せることができる。搬送機１２２は移動ステージ１２３上のバッファ容器１１８，洗浄容器１１９，廃液容器１２０，サンプル容器１２１をキャピラリの陰極端１２６まで搬送する。

光学検出部は、検出部１１３に励起光を照射するための光源１１１を有する照射系と、検出部１１３からの発光を検出するための光学検出器１１２で構成される。光学検出器１１２で検出したデータ１２８は制御基板１２７を介して制御用コンピュータ１２５に転送される。

図２に本実施例における照射系の概略を示す。図２（ａ）は側面図で、図２（ｂ）は正面図である。照射系は、レーザ光２０１を発振する光源１１１，レーザ光を分岐するビームスプリッタ２０３，レーザ光の進行方向を変える反射ミラー２０２、およびキャピラリアレイの検出部１１３にレーザ光を集光するための集光レンズ２０４から構成される。なお、フィルタ，偏光子，波長板等の光学素子は簡略化のため省略する。光源１１１から発振されたレーザ光２０１は、反射ミラー２０２により進行方向を変え、ビームスプリッタ２０３で２つに分光され、反射ミラー２０２，集光レンズ２０４を経て検出部１１３のキャピラリに上下から照射される。検出部から発せられる蛍光を光学検出器１１２で観測することにより、ＤＮＡを検出する。

光源１１１は、試料成分を励起する励起光を発する。光源１１１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、ＬＥＤで代用しても良い。例えば、光源１１１は波長５１５.５ｎｍ，出力５０ｍＷの半導体レーザである。波長は、４８８ｎｍ，５３２ｎｍ，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励起光を照射したり、時分割で照射しても良い。

装置本体１０１は、制御用コンピュータ１２５と通信ケーブルで接続されており、オペレータは、制御用コンピュータ１２５により装置が有する各機能を制御し、光学検出器１１２で検出するデータを授受する。制御用コンピュータは授受したデータを表示するためのデータ表示画面を備える。

以下、図３を参照して、電気泳動分析の手順について説明する。まず、任意のサンプルを分析する前に波長校正３００を行う。波長校正では、例えば４色の蛍光色素から校正された既知のＤＮＡサンプルを電気泳動し、基準となる波長スペクトルデータを取得する。本作業は、劣化や長さ変更に伴うキャピラリの交換時に必ず行う。

分析の基本的な手順は、順に、事前準備、泳動媒体充填３０３，予備泳動３０６，サンプル導入３０９、および電気泳動３１２である。

まず、事前準備について説明する。オペレータは、バッファ液の入ったバッファ容器１１８，キャピラリ洗浄用の洗浄容器１１９，キャピラリ中のポリマーを排出するための廃液容器１２０，分離媒体となるポリマーが入ったポリマー容器１０７、および被測定サンプルが入ったサンプル容器１２１を装置にセットする。また、測定開始前に、ポンプ機構１０３を用いて電気泳動に利用される流路すべてにポリマーを充填する。なお、装置を連続使用する際には、流路はポリマーで満たされているため、本作業は不要である。

本装置は、オペレータによる制御用コンピュータ１２５からの命令により、分析を開始する（３０１）。はじめに、搬送機１２２により廃液容器１２０をキャピラリ陰極端１２６に運ぶ（３０２）。その後、ポンプ機構１０３によりマルチキャピラリアレイ１１４にポリマーを注入する（３０３）。所定量のポリマーの注入が終了した後、搬送機１２２は洗浄容器１１９をキャピラリ陰極端１２６に搬送し、キャピラリ陰極端を溶液に浸して洗浄する（３０４）。キャピラリ洗浄後、搬送機１２２はバッファ容器１１８をキャピラリ陰極端１２６に搬送する（３０５）。

続いて、予備泳動を行う（３０６）。予備泳動は、本来の分析工程に先立って行い、キャピラリ内のポリマーを分析に適した状態にするために行う。通常、数〜数十ｋＶ程度の電圧を数〜数十分間印加する。

予備泳動終了後、再び洗浄容器１１９でキャピラリ陰極端１２６を洗浄し（３０７）、キャピラリ陰極端にサンプル容器１２１を搬送する（３０８）。次に、キャピラリ陰極に数ｋＶ程度の電圧を印加すると、サンプル液と陽極電極１０９の間に電界が発生し、サンプル液中のサンプルがキャピラリ内に導入される（３０９）。サンプル導入後、再びキャピラリ陰極端１２６を洗浄容器１１９で洗浄し（３１０）、バッファ容器１１８をキャピラリ陰極端１２６に搬送する（３１１）。

その後、所定の電圧を印加して電気泳動を開始する（３１２）。電気泳動とは、陰極・陽極バッファ間に生じた電界作用により、キャピラリ中のサンプルに移動度を与え、サンプルの性質に依存する移動度の差によりサンプルを分離することである。サンプルがＤＮＡの場合は、塩基長により移動度に差が生じ、移動度が速い塩基長の短いＤＮＡから順に検出部を通過する。ＤＮＡにはあらかじめ蛍光物質が取り付けられているため、塩基長の短いＤＮＡから順番に検出部で光学的に検出される。通常は、泳動時間の一番長いサンプルに合わせて測定時間および電圧印加時間を設定する。

電圧印加開始から所定時間が経過したのち、データ取得後に電圧印加を停止し、分析を終了する（３１３）。以上が基本的な電気泳動分析の手順である。

続いて、本実施例の特徴について説明する。

本実施例では、光学検出器１１２にシャッター機能を有する検出器、好ましくはＣＭＯＳエリア（２次元）イメージセンサ、を用いる。分析動作中、レーザは出力しつづけ、光の積算時間の制御を検出器内蔵のシャッター機能で行う。

ＣＭＯＳイメージセンサは、必要な画素だけにアクセスしてデータを読み出すことが可能である。この特徴を生かすと、全画面中の必要な領域だけを読み出す部分読み出しが可能である。部分読み出しの概要を図４に示す。画面が小さくなった分、読み出し時間が短縮され、高速化が可能となる。

光の積算時間が短時間（数１００ms）の場合、蛍光強度は積算時間に比例する。つまり、積算時間を１／ｎにすると、検出される蛍光強度も１／ｎになる。

そこで、蛍光強度の小さいキャピラリについては光の積算時間を長く、また場合によっては、蛍光強度の大きいキャピラリについて光の積算時間を短くすることにより、各キャピラリから検出される蛍光強度の差を小さくする。

以下に具体的な実現方法について説明する。

分析前の波長校正時３００に、各キャピラリの信号強度を測定する。図５に、波長校正で測定した信号強度を示す概略図を示す。ここでは説明のためキャピラリの本数は３本のみとした。このとき、光の積算時間はすべての領域で同じ値とする。測定から得られる各キャピラリの蛍光強度をＩnt(ｎ)とする。ここで、ｎはそれぞれのキャピラリ番号である。得られたｎ個のデータから一番信号強度の高かったキャピラリをｘとする。光の積算時間係数ｋ(ｎ)をｋ(ｎ)＝Ｉnt(ｘ)／Ｉnt(ｎ)として求める。キャピラリｘについては、ｋ(ｘ)＝１となる。

泳動分析時３１２に、各キャピラリの光の積算時間Ｔ(ｎ)を「基準となる積算時間Ｔｓ」×「積算時間係数ｋ(ｎ)」とすることで、キャピラリごとの蛍光強度の差を小さくする。

このときＩnt(ｘ)に、各キャピラリの信号強度の最大値ではなく、あらかじめ決めた特定の固定値や各キャピラリの信号強度の平均値などを用いても良い。

光の積算時間とデータ取得の概要を図６に示す。まず、キャピラリ１について光の積算時間Ｔ(１)＝Ｔｓ×ｋ(１)でデータを取得する。この際、キャピラリ番号に該当する領域のデータのみを部分読み出しする。続いてキャピラリ２，３，…，ｎと順次、積算時間を変えて同様にデータを取得していく。上記手順を繰り返し、所定時間（所定フレーム数）のデータを取得する。

なお、ＣＣＤ／ＣＭＯＳセンサともに、光を受けて電気信号に変えるフォトダイオード（以下、ＰＤ）が撮像面に画素数分配置されている。このＰＤによって、受光した光はその光の強さに応じた数の電子（ｅ^-）に置き換わる。この電子はＰＤの中で露光期間中、蓄積され、露光終了直後に電圧に置き換えられ、順に出力して読み出す。ＰＤと読み出し回路にて光電変換している。ＣＣＤは出力される信号が電圧でアナログ信号である。ＣＭＯＳはセンサ内で電圧を増幅し、ＡＤ変換まで行うものが主流で、出力信号はデジタル信号になる。

実施例２について説明する。

実施例１では、光学検出器１１２にシャッター機能を有するエリア（２次元）イメージセンサを用いたが、本実施例では、光学検出器１１２にシャッター機能を有する複数個のリニア（１次元）イメージセンサを用いる場合について説明する。

本実施例の光学検出系の概要を図７に示す。各キャピラリからの蛍光をそれぞれ各リニアイメージセンサに１対１で結像させる。分析動作中、レーザは出力しつづけ、光の積算時間の制御をリニアイメージセンサ内蔵のシャッター機能で行う。リニアイメージセンサは例えばＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサである。

分析前の波長校正時３００に、各キャピラリの信号強度を測定する。すべてのリニアイメージセンサを同時に動作させ、光の積算時間は同じ値とする。測定から得られる各キャピラリの蛍光強度をＩnt(ｎ)とする。ここで、ｎはそれぞれのキャピラリ番号である。得られたｎ個のデータから一番信号強度の高かったキャピラリをｘとする。光の積算時間係数ｋ(ｎ)をｋ(ｎ)＝Ｉnt(ｘ)／Ｉnt(ｎ)として求める。キャピラリｘについては、ｋ(ｘ)＝１となる。

光の積算時間とデータ取得の概要を図８に示す。各リニアイメージセンサを同時に動作させ、各々、前述の方法で求めた光の積算時間Ｔ(ｎ)の時間だけ信号を積算し、データを取得する。上記手順を繰り返し、所定時間（所定フレーム数）のデータを取得する。

実施例３について説明する。

実施例１では、励起光をキャピラリの上下両側から照射したが、本実施例では、励起光をキャピラリの上下どちらか一方から照射する場合について説明する。

図９に本実施例における照射系の概略を示す。図９（ａ）は側面図で、図９（ｂ）は正面図である。照射系は、レーザ光２０１を発振する光源１１１，レーザ光の進行方向を変える反射ミラー２０２、およびキャピラリアレイの検出部１１３にレーザ光を集光するための集光レンズ２０４から構成される。なお、フィルタ，偏光子，波長板等の光学素子は簡略化のため省略する。光源１１１から発振されたレーザ光２０１は、反射ミラー２０２により進行方向を変え、集光レンズ２０４を経て検出部１１３のキャピラリに下から照射される。検出部から発せられる蛍光を光学検出器１１２で観測することにより、ＤＮＡを検出する。レーザ光２０１の照射方向はキャピラリの上側からでもよい。

レーザ光２０１をキャピラリに片側から照射した場合、同じ光の積算時間ならば基本的には照射した側のキャピラリからの蛍光信号が一番強く、逆側にいくにしたがって信号が弱くなる。キャピラリとその蛍光信号の関係の概略を図１０に示す。

分析前の波長校正時３００に、各キャピラリの信号強度を測定する。このとき、光の積算時間はすべての領域で同じ値とする。測定から得られる各キャピラリの蛍光強度をＩnt(ｎ)とする。ここで、ｎはそれぞれのキャピラリ番号である。得られたｎ個のデータから一番信号強度の高かったキャピラリをｘとする。光の積算時間係数ｋ(ｎ)をｋ(ｎ)＝Ｉnt(ｘ)／Ｉnt(ｎ)として求める。キャピラリｘについては、ｋ(ｘ)＝１となる。

実施例４について説明する。

実施例１では、キャピラリごとに光の積算時間を変更してデータを取得したが、本実施例では、一度画面全領域について所定の積算時間でデータを取得した後、キャピラリごとに光の積算時間を変更して一番高い蛍光強度との差分についてデータの追加取得を行う方法について説明する。

分析前の波長校正時３００に、各キャピラリの信号強度を測定する。このとき、光の積算時間はすべての領域で同じ値とする。測定から得られる各キャピラリの蛍光強度をＩnt(ｎ)とする。ｎはそれぞれのキャピラリ番号である。得られたｎ個のデータから一番信号強度の高かったキャピラリをｘとする。光信号の追加積算時間Ｔ(ｎ)をＴ(ｎ)＝｛Ｉnt(ｘ)−Ｉnt(ｎ)｝／Ｉnt(ｘ)×Ｔｓとして求める。Ｔｓは基準となる積算時間である。

光信号の積算とデータ取得の概要を図１１に示す。まず、全画面領域（全キャピラリ）について光の積算時間Ｔｓでデータを取得する。続いて、各キャピラリごとに光の積算時間Ｔ(ｎ)でデータを取得する。この際、キャピラリ番号に該当する領域のデータのみを部分読み出しする。ｎ＝ｘの場合は、光信号の追加積算時間Ｔ(ｘ)＝０となるため、光信号の積算およびデータの取得は行わない。データ取得後、制御用コンピュータ１２５でキャピラリごとに信号強度の足し合わせを行い、データを画面に表示する。上記手順を繰り返し、所定時間（所定フレーム数）のデータを取得する。

前記信号強度の足し合わせは、制御基板１２７にてデジタル信号処理で行ってもよい。

実施例５について説明する。

実施例４では、励起光をキャピラリの上下両側から照射したが、本実施例では、励起光をキャピラリの上下どちらか一方から照射する場合について説明する。

本実施例における照射系は実施例３と同様である。照射系の概略を図９に示す。レーザ光２０１をキャピラリに片側から照射した場合、同じ光の積算時間ならば基本的には照射した側のキャピラリからの蛍光信号が一番強く、逆側にいくにしたがって信号が弱くなる。

実施例６について説明する。

実施例１では、キャピラリごとに光の積算時間を変えて、蛍光強度の差を小さくしたが、本実施例では、各キャピラリを複数グループに分け、グループごとに光の積算時間を変えて、蛍光強度の差を小さくする方法について説明する。

分析前の波長校正時３００に、各キャピラリの信号強度を測定する。図１２に、波長校正で測定した各キャピラリの信号強度の画面表示例を示す。表示画面内に２本の閾値線を有し、各キャピラリを信号強度と設定閾値により複数グループに分ける。各キャピラリの信号強度値を順に結んだ線と２本の閾値線との交点をグループの区切りとし、左から順にグループ１，２，…，ｍと分ける。オペレータは制御用コンピュータ１２５より各閾値を入力する。表示例では説明のため、閾値設定用の線を２本とし、キャピラリ８本を５つのグループに分けたが、線の本数，グループ数はこの数に制限されない。

各グループ内の信号強度の最大値をそれぞれＩnt(ｍ)とする。ここで、ｍはそれぞれのグループ番号である。得られたｍ個のデータから一番信号強度の高かったグループをｘとする。光の積算時間係数ｋ(ｍ)をｋ(ｍ)＝Ｉnt(ｘ)／Ｉnt(ｍ)として求める。グループｘについては、ｋ(ｘ)＝１である。

泳動分析時３１２に、各グループの光の積算時間Ｔ(ｍ)を「基準となる積算時間Ｔｓ」×「積算時間係数ｋ(ｍ)」とすることで、キャピラリごとの蛍光強度の差を小さくする。

このときＩnt(ｘ)に、各グループの信号強度の最大値ではなく、各グループの信号強度の平均値や最小値を用いても良い。

制御用コンピュータ１２５の画面には、光の積算時間係数ｋ(ｍ)適用後に予測される各キャピラリの信号強度が表示される。表示例を図１３に示す。信号強度の予測値は各キャピラリの信号強度値に各積算時間係数ｋ(ｍ)を掛けた値とする。また、画面には予測される各キャピラリの信号強度から計算した蛍光強度のばらつき具合を示す値が表示される。蛍光強度のばらつきを示す値は、例えば「各キャピラリの信号強度（予測値）の標準偏差」／「各キャピラリの信号強度（予測値）の平均値」である。オペレータは予測される蛍光強度のばらつきを示す値を確認し、最適な閾値の設定を行う。

光の積算時間とデータ取得の概要を図１４に示す。まず、グループ１について光の積算時間Ｔ（１）＝Ｔｓ×ｋ（１）でデータを取得する。この際、グループ番号に該当する領域のデータのみを部分読み出しする。続いてグループ２，３，…，ｍと順次、積算時間を変えて同様にデータを取得していく。上記手順を繰り返し、所定時間（所定フレーム数）のデータを取得する。

実施例７について説明する。

実施例６では、各キャピラリを複数グループに分け、グループごとに光の積算時間を変えて、蛍光強度の差を小さくしたが、本実施例では、各キャピラリを複数グループに分け、一度画面全領域について所定の積算時間でデータを取得した後、グループごとに光の積算時間を変更して一番高い蛍光強度との差分についてデータの追加取得を行う方法について説明する。

分析前の波長校正時３００に、各キャピラリの信号強度を測定する。このとき、光の積算時間はすべての領域で同じ値とする。各キャピラリをその信号強度と閾値により複数グループに分ける。グループの分け方は実施例６と同様である。

各グループ内の信号強度の最大値をそれぞれＩnt(ｍ)とする。ここで、ｍはそれぞれのグループ番号である。得られたｍ個のデータから一番信号強度の高かったグループをｘとする。光信号の追加積算時間Ｔ(ｍ)をＴ(ｍ)＝｛Ｉnt(ｘ)−Ｉnt(ｍ)｝／Ｉnt(ｘ)×Ｔｓとして求める。Ｔｓは基準となる積算時間である。

光信号の積算とデータ取得の概要を図１５に示す。まず、全画面領域（全キャピラリ）について光の積算時間Ｔｓでデータを取得する。続いて、グループごとに光の積算時間Ｔ(ｍ)でデータを取得する。この際、グループ番号に該当する領域のデータのみを部分読み出しする。ｍ＝ｘの場合は、光信号の追加積算時間Ｔ(ｘ)＝０となるため、光信号の積算およびデータの取得は行わない。データ取得後、制御用コンピュータ１２５でキャピラリごとに信号強度の足し合わせを行い、データを画面に表示する。上記手順を繰り返し、所定時間（所定フレーム数）のデータを取得する。

実施例８について説明する。

実施例１では、キャピラリごとに光の積算時間を変えて、蛍光強度の差を小さくしたが、本実施例では、波長ごとに光の積算時間を変えて、波長方向の蛍光強度の差を小さくする方法について説明する。

分析前の波長校正時３００に、各キャピラリの信号強度を測定する。このとき、キャピラリごとに各波長の信号強度データが取得できる。通常、ここで取得されるデータは、検出器のビニング機能で必要な領域でビニングされたデータである。

ビニングとは、検出器のチップ上で隣り合う素子（ピクセル）のいくつかをひとまとめにして信号を読み出す機能である。ビニングでは、解像度が低くなるが、感度が高くなる。

キャピラリの本数がａ本、波長方向のビニング分割数がｂのとき、ａ×ｂの信号強度のデータ列が取得できる。

波長ごとにキャピラリｎ本分の信号強度の平均値ＩntＡve(ｍ)を計算する。ここで、ｍは波長方向のビニング番号である。得られたｍ個のデータから一番信号強度の高かった波長をｘとする。光の積算時間係数ｋ(ｍ)をｋ(ｍ)＝ＩntＡve(ｘ)／ＩntＡve(ｍ)として求める。波長ｘについては、ｋ(ｘ)＝１である。

キャピラリｎ本分の信号強度の平均値ではなく、最大値や最小値を用いてもよい。また、キャピラリｎ本から特定の１本の信号強度を代表で計算に用いてもよい。

泳動分析時３１２に、各グループの光の積算時間Ｔ(ｍ)を「基準となる積算時間Ｔｓ」×「積算時間係数ｋ(ｍ)」とすることで、波長ごとの蛍光強度の差を小さくする。

光の積算時間とデータ取得の概要を図１６に示す。まず、ビニング番号１について光の積算時間Ｔ（１）＝Ｔｓ×ｋ（１）でデータを取得する。この際、波長方向のビニング番号に該当する領域のデータのみを部分読み出しする。続いてビニング番号２，３，…，ｍと順次、積算時間を変えて同様にデータを取得していく。上記手順を繰り返し、所定時間（所定フレーム数）のデータを取得する。

実施例９について説明する。

本実施例では、オペレータが制御用コンピュータ１２５から任意の積算時間を設定する場合について説明する。

制御用コンピュータ１２５に、基準となる積算時間Ｔｓと各キャピラリの積算時間係数ｋ(ｎ)の入力画面を有する。ｎはそれぞれのキャピラリ番号である。オペレータは、波長校正時３００の信号強度データや前回分析結果をもとに、所望のＴｓおよびｋ(ｎ)の値を制御用コンピュータ１２５に入力し、設定することが可能である。

制御用コンピュータ１２５の入力画面例を図１７に示す。

基準となる積算時間Ｔｓと各キャピラリの積算時間係数ｋ(ｎ)を入力する代わりに、各キャピラリの光の積算時間Ｔ(ｎ)を直接入力する方法でもよい。

実施例１０について説明する。

本実施例では、光の積算時間は単一とし、キャピラリごとの蛍光強度の差が小さくなるよう数値演算で補正する方法について説明する。

分析前の波長校正時３００に、各キャピラリの信号強度を測定する。測定から得られる各キャピラリの蛍光強度をＩnt(ｎ)とする。ここで、ｎはそれぞれのキャピラリ番号である。得られたｎ個のデータから一番信号強度の高かったキャピラリをｘとする。演算補正係数ｋ(ｎ)をｋ(ｎ)＝Ｉnt(ｘ)／Ｉnt(ｎ)として求める。キャピラリｘについては、ｋ(ｘ)＝１となる。

泳動分析時３１２に、検出器から取得した各キャピラリの信号強度に対し、信号値を演算補正係数ｋ(ｎ)を掛けることでキャピラリごとの蛍光強度の差を小さくする。

演算補正係数ｋ(ｎ)の掛け合わせは、制御用コンピュータ１２５でソフト処理してもよいし、制御基板１２７にてデジタル信号処理で行ってもよい。

また、本実施例では、光学検出器１１２にシャッター機能を内蔵しないものを用い、光路の途中に設けたメカニカル・シャッターの開閉で光の積算時間を制御してもよい。

以上、本発明の例を説明したが、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、さまざまな変更が可能であることは当業者に理解される。各実施例を適宜組み合わせることも、本発明の範囲である。

１０１装置本体
１０２キャピラリ
１０３ポンプ機構
１０４高圧電源
１０５シリンジ
１０６ゲルブロック
１０７ポリマー容器
１０８陽極バッファ容器
１０９陽極電極
１１０電動バルブ
１１１光源
１１２光学検出器
１１３検出部
１１４マルチキャピラリアレイ
１１５恒温槽
１１６ファン
１１７加熱冷却機構
１１８バッファ容器
１１９洗浄容器
１２０廃液容器
１２１サンプル容器
１２２搬送機
１２３移動ステージ
１２４ロードヘッダ
１２５制御用コンピュータ
１２６キャピラリ陰極端
１２７制御基板
１２８検出データ
２０１レーザ光
２０２反射ミラー
２０３ビームスプリッタ
２０４集光レンズ

Claims

複数のキャピラリと、当該キャピラリにより電気泳動分離された試料に励起光を照射する励起光学系と、当該試料からの蛍光を検出する検出器と、を含む電気泳動装置において、
前記検出器が２次元センサであり、
前記２次元センサの領域が各キャピラリの発光領域に対応し、
前記２次元センサがシャッター機能を有し、当該シャッター機能により検出する光の積算時間を変えて泳動分析することを特徴とする電気泳動装置。
請求項１記載の電気泳動装置において、前記２次元センサがＣＭＯＳイメージセンサであることを特徴とする電気泳動装置。
複数のキャピラリと、当該キャピラリにより電気泳動分離された試料に励起光を照射する励起光学系と、当該試料からの蛍光を検出する検出器と、を含む電気泳動装置において、
前記検出器が複数個の１次元センサであり、
各１次元センサが各キャピラリの発光領域に対応し、
前記１次元センサがシャッター機能を有し、当該シャッター機能により検出する光の積算時間を変えて泳動分析することを特徴とする電気泳動装置。
請求項３記載の電気泳動装置において、前記１次元センサがＣＭＯＳリニアセンサであることを特徴とする電気泳動装置。
請求項３記載の電気泳動装置において、前記１次元センサがＣＣＤリニアセンサであることを特徴とする電気泳動装置。
複数のキャピラリと、当該キャピラリにより電気泳動分離された試料に励起光を照射する励起光学系と、当該試料からの蛍光を検出する検出器と、当該試料の蛍光強度を表示するデータ表示画面とを含む電気泳動装置において、
前記検出器が２次元センサであり、
前記２次元センサの領域が各キャピラリの発光領域に対応し、
前記２次元センサがシャッター機能を有し、当該シャッター機能により検出する光の積算時間を変えて泳動分析することが可能であり、
前記光の積算時間を入力装置から設定することができることを特徴とする電気泳動装置。
請求項６記載の電気泳動装置において、前記入力装置が装置本体に組み込まれた入力装置であることを特徴とする電気泳動装置。
請求項７記載の電気泳動装置において、前記装置本体に組み込まれた入力装置がキー入力するキーボードと入力情報を表示するモニタ画面から構成されることを特徴とする電気泳動装置。
請求項７記載の電気泳動装置において、前記装置本体に組み込まれた入力装置が入力および表示機能を備えたタッチパネル画面であることを特徴とする電気泳動装置。
請求項６記載の電気泳動装置において、前記入力装置が外部入力装置であることを特徴とする電気泳動装置。
請求項１０記載の電気泳動装置において、前記外部入力装置がパーソナル・コンピュータであることを特徴とする電気泳動装置。