JP6047448B2 - キャピラリ電気泳動装置における分離媒体充填方法 - Google Patents

Description

本発明は、DNA、蛋白質などの試料を電気泳動により分離及び分析するキャピラリ電気泳動装置に関し、特に、試料溶液、バッファ溶液、試薬溶液、洗浄液、等の溶液を収容する溶液収納部に関する。

近年、キャピラリに高分子ゲルやポリマー溶液等の電気泳動媒体を充填したキャピラリ電気泳動装置が広く用いられている。

例えば、特許文献1に示されているようなキャピラリ電気泳動装置は従来から用いられてきた。平板型電気泳動装置に比べて熱放性が高く、より高い電圧を試料に印加することができるため高速で電気泳動を行う事ができる長所がある。また、試料が微量で済む事や分離媒体の自動充填やサンプル自動注入ができる点等、数多くの利点があり、DNAやタンパク質の解析をはじめ様々な分離分析測定に使用される。

このDNAシーケンサはシリンジやポンプを用いたキャピラリへのポリマー充填やサンプルのキャピラリへの導入等が自動で行える機構を含んでいるため、終夜運転等の無人状態であっても連続に試料の分離分析測定を行うことが可能である。

ところで電気泳動を行おうとする試料は通常、溶媒に溶解された状態で容器に分注される。例えばDNAの分離分析を行う場合であれば予めPCR等の手法で分析対象のDNAを増幅させてから行う。そのためこのPCR装置によるDNAの増幅反応に用いたサーマルサイクラー用サンプルプレートやPCR用サンプルチューブをその精製したDNAについてキャピラリ電気泳動装置で分離分析測定する際にも試料容器としてそのまま用いることが多い。

これによりPCR装置で増幅反応させて精製した試料をキャピラリ電気泳動装置で測定する際に、その測定のために別の容器にわざわざ試料を移す必要がなくなり、そのままキャピラリ電気泳動装置で分離分析することができ便利である。この際、試薬の蒸発を防止するために、特許文献2に示されるようなセプタと呼ばれるゴム製のシートでサンプルプレートの上面側を覆う。セプタは切り込みが形成されており、キャピラリの試料導入端がこのセプタに挿入される際、押圧によってこの切れ込みは拡開し、サンプルプレート内に挿通されることができるようになっている。キャピラリの試料導入端が挿通されている時以外はセプタの切り込みは閉塞した状態になっており、サンプルプレート内の試料の蒸発を防止できるようになっている。さらに、この切れ込みはキャピラリの試料導入端がサンプルプレートより退出するときは、切り込みリップがキャピラリの試料導入端に付着したサンプル等を拭い取ることができるようにもなっている。

特許第2776208号公報 特開2009-42226

キャピラリ電気泳動装置では、分離媒体として非常に高価なポリマーが用いられる。キャピラリに分離媒体であるポリマーを充填する際にサンプル数に関係なくすべてのキャピラリにポリマーが充填されるため、少量のサンプルを測定する場合は測定に使用しないキャピラリに充填されたポリマーは無駄になっていた。

本発明の目的は、ポリマーを無駄なく使用することができるキャピラリ電気泳動装置を提供することにある。

本発明は、キャピラリに分離媒体を充填して電気泳動を行うキャピラリ電気泳動装置において、ポリマーを無駄なく使用することができる機構に関する。本発明によるとサンプル数に応じてポリマーの充填を必要としないキャピラリの先端を塞ぐことで所定の場所にポリマーを充填することが可能となるため、ポリマーが無駄にならない。

キャピラリ電気泳動装置の概要を示す図 キャピラリ電気泳動の溶液及びサンプル収納装置の例の配置図 キャピラリ電気泳動の測定の流れを示す図 キャピラリ電気泳動の廃液収納装置の第１の例の分解斜視図 キャピラリ電気泳動の廃液収納装置の第１の例の組立図 キャピラリ電気泳動の廃液収納装置の第１の例のセプタの詳細図 キャピラリ電気泳動の廃液収納装置の第１の例の断面図 キャピラリ電気泳動の廃液収納装置の第２の例の分解斜視図 キャピラリ電気泳動の廃液収納装置の第２の例の組立図 キャピラリ電気泳動の廃液収納装置の第２の例の断面図

図１はキャピラリ電気泳動装置の例の概要を示す。本例のキャピラリ電気泳動装置は、単数又は複数本のキャピラリ101を含むキャピラリアレイ、キャピラリ101をポリマーに注入するためのポンプ機構103、キャピラリ101内のサンプルに光を照射し、サンプルの蛍光を検出するための光学系104、キャピラリ101に高電圧を加えるための高圧電源105キャピラリ101を恒温に保つためのオーブン106、試料、溶液等が入った容器を搬送するためのオートサンプラ107を有する。

キャピラリ101は交換可能な部材であり、測定手法を変更する場合や、キャピラリ101に破損や品質の劣化がみられたときに、交換する。キャピラリ101は、内径が数十から数百ミクロン、外径が数百ミクロンのガラス管で構成され、表面はポリイミドでコーティングされている。キャピラリ101の内部は電気泳動時に泳動速度差を与えるための分離媒体が充填される。分離媒体は流動性と、非流動性の双方が存在するが、本実施例では、流動性のポリマーを用いる。

キャピラリ101の一端にはキャピラリヘッド116が設けられ、他端にはキャピラリ陰極側117が形成されている。キャピラリヘッド116はキャピラリ101の端部を束ねたものであり、ポンプ機構103とキャピラリ101を接続させる機能を有する。キャピラリ陰極端117は、試料、溶液等に接触する。キャピラリ陰極端側では、キャピラリ101はロードヘッダ102によって固定されている。ロードヘッダ102には陰極電極114が設けられている。

光学系104は照射系と検出系からなる。光学系104は、キャピラリ101のポリイミド被膜が除去されている部分、即ち、検出部に励起光を照射する機能を有する。検出系は、キャピラリ101の検出部内のサンプルからの蛍光を検出する機能を有する。検出系によって検出された光によって試料を分析する。

ポンプ機構103はシリンジ108、ブロック109、逆支弁110、ポリマー容器111及び陽極バッファ容器112を有する。キャピラリヘッド116をブロック109に接続することで、キャピラリ101とブロック109内の流路が接続される。シリンジ108の操作により、ポリマー容器111内のポリマーがブロック109中の流路を経由してキャピラリ101に充填され又は詰め替えられる。キャピラリ101中のポリマーの詰め替えは測定の性能を向上するために測定毎に実施される。陽極バッファ容器112には陽極電極113が配置されている。高圧電源105は、陽極電極113と陰極電極114の間に高圧電圧を印加する。

オーブン106は、断熱材とヒータが取り付けられた温度制御板115よりキャピラリ101を平面上に挟み込んで、キャピラリの温度を一定に保つ。温度制御板にはフィードバック用の温度センサが取り付けられている。また、キャピラリアレイのロードヘッダ102をオーブンに固定することで、キャピラリヘッド116の先端を所望の位置に固定することができる。

オートサンプラ107は移動ステージを移動されるための3つの電動モータとリニアガイドを備えており、移動ステージを上下、左右、及び奥行きの3軸方向に移動可能である。移動ステージは、サンプルを分注したサンプル容器118、溶解した電解質を含むバッファ液を収容するバッファ容器119、又は、キャピラリ先端を洗浄する洗浄水を収納する洗浄容器121や廃液を収納する廃液容器122をキャピラリサンプル導入端120に搬送し、又は、そこから搬出する。図２に溶液及びサンプル収納装置の配置の例を示す。

図３を参照して、本発明によるキャピラリ電気泳動装置の動作を説明する。ステップＳ201にて、オートサンプラ107によって廃液容器122をキャピラリサンプル導入端120に運搬する。この廃液容器には、キャピラリより押し出された廃分離媒体を溶解するための水が収容されている。
ステップＳ202にて、シリンジ108を操作し、使用済の分離媒体を廃液容器122に押し出し、キャピラリに新しい分離媒体を注入する。
ステップＳ203にて、オートサンプラ107によって洗浄水容器をキャピラリサンプル導入端120に運搬し、キャピラリサンプル導入端120を洗浄する。
ステップＳ204にて、バッファ容器119をキャピラリサンプル導入端120に運搬する。
ステップＳ205にて、サンプルを注入せずにキャピラリ101に電圧を印加して、予備泳動を行う。
ステップＳ206にて、オートサンプラ107によって洗浄水容器121をキャピラリサンプル導入端120に運搬し、キャピラリサンプル導入端120を洗浄する。
ステップＳ207にて、オートサンプラ107によってサンプル容器をキャピラリサンプル導入端120に運搬し、キャピラリサンプル導入端120をサンプル容器内のサンプル溶液に浸す。
ステップＳ208にて、キャピラリ101に電圧を印加して、サンプルを電気力学的にキャピラリ101内に注入する。
ステップＳ209にて、オートサンプラ107によって洗浄水容器121をキャピラリサンプル導入端120に運搬し、キャピラリサンプル導入端120を洗浄する。
ステップＳ210にて、バッファ容器119をオートサンプラ107によりキャピラリサンプル導入端120に運搬する。
ステップＳ211にて、泳動電圧をキャピラリに印加して、電気泳動を行う。

本発明はステップＳ202の動作における、キャピラリ101に分離媒体である新しいポリマーを充填に関するものであり以下、詳細に説明する。

図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃ、及び図４Ｄを参照してキャピラリ電気泳動装置によって用いられる廃液収納装置の第1例を説明する。図４Ａに示すように、本例の廃液収納装置は、容器201、セプタ200を有する。

図４Ｂは、本例の廃液収納装置が組立てられた状態を示す。容器201の上面にはセプタ200が装着されている。

図４Ｃはセプタの詳細形状を説明する。セプタ200は従来の機能である蒸発防止、キャピラリ陰極端117を貫通させるための先端に切り込みを備えた突起400と、キャピラリを挿入した際に先端を塞ぐために突起400よりも長く、切り込みが入っていない筒状の突起401が設けてある。キャピラリの本数が8本の場合の突起の配列を以下説明する。各列8個突起が設けてあり、1列目は突起400のみが8個設けられている。2列目は突起400が7個、筒状の突起401が1個、3列目は突起400が6個、筒状の突起401が2個と割合が変わっていき、8列目は突起400が1個、筒状の突起401が7個から形成されている。セプタ200は弾性材料、例えばゴム、樹脂等によって成形されている。

図４Ｄは、本例の廃液収納装置の使用状態を示し、図４Ｃに示すセプタ200の6列目を断面したものであり、すべてのキャピラリ101に対し3本のみ充填する場合の例を以下説明する。図示のように容器201の上面にはセプタ200が装着されており、容器201にはキャピラリより押し出された廃分離媒体を溶解するための溶液202が収納されている。キャピラリ陰極端117は、突起400の3箇所は貫通し、筒状の突起401の5箇所はキャピラリ陰極端117の先端と底面が接触する。キャピラリ陰極端117の先端と筒状の突起401の底面を確実に接触させるため、筒状の突起401の長さが挿入されるキャピラリ101に対して短くなっており、挿入時に弾性材で出来た筒状の突起401の底面をキャピラリ陰極端117の先端が押し付けること底面が変形し、キャピラリ陰極端117の先端を塞ぐことができる。キャピラリ101にポリマーを充填する際に先端が塞がれている5箇所の筒状の突起401のキャピラリ101には充填されず、3箇所の突起400のキャピラリ101のみ充填される。セプタ200に対してキャピラリ陰極端117の挿入列を変えることでキャピラリ101へのポリマー充填数を容易に変更することを可能とした。本発明によるとポリマーを無駄にすること無く使用することができる。

図５Ａ、図５Ｂ、及び図５Ｃを参照してキャピラリ電気泳動装置によって用いられる廃液収納装置の第2例を説明する。図５Ａに示すように、本例の廃液収納装置は、容器201、セプタ200、弾性シート500を有する。本例のセプタ200は図4Ｃで説明した機能である、蒸発防止、キャピラリ陰極端117を貫通させるための先端に切り込みを備えた突起400のみが設けられており、弾性材料、例えばゴム、樹脂等によって成形されている。弾性シート500はベースに対して階段状の突起が設けてあり、弾性材料、例えばゴム、樹脂等によって成形されている。容器201の底面に弾性シート500を組込んで使用する。

図５Ｂは、本例の廃液収納装置の組立て時のセプタ200と弾性シート500の位置関係を示した図である。キャピラリの本数が8本の場合の例について以下説明する。１列目のセプタ200の底には弾性シート500の階段状の突起は無く、2列目のセプタ200の底には1穴分だけ弾性シート500の階段状の突起が配置されている。3列目のセプタ200の底には2穴分だけ弾性シート500の階段状の突起が配置される。このように列番号が進むにつれ、階段状の突起が増えていき、8列目のセプタ200の底に7穴分だけ弾性シート500の階段状の突起が配置されている。

図５Ｃは、本例の廃液収納装置の使用状態を示し、図５Ｂに示すセプタ200の6列目を断面したものであり、すべてのキャピラリ101に対し3本のみ充填する場合の例を以下説明する。図示のように容器201の上面にはセプタ200が装着されており、容器201には弾性シート500が組込まれたのち、キャピラリより押し出された廃分離媒体を溶解するための溶液202が収納されている。キャピラリ陰極端117は、セプタ200の突起400をすべて貫通するが、弾性シート500の階段状の突起が配置されている5箇所は突起と接触する。キャピラリ陰極端117の先端と弾性シート500の階段状の突起の上面を確実に接触させるため、階段状の突起の上面の高さが挿入されたキャピラリ101の底面に対して高い位置にしてあり、接触時に弾性材で出来た弾性シート500の階段状の突起の上面をキャピラリ陰極端117の先端が押し付けること上面が変形し、キャピラリ陰極端117の先端を塞ぐことができる。キャピラリ101にポリマーを充填する際に先端が塞がれている5箇所のキャピラリ101には充填されず、弾性シート500の階段状の突起が配置されていない、3箇所のキャピラリ101のみ充填される。セプタ200に対してキャピラリ陰極端117の挿入列を変えることでキャピラリ101へのポリマー充填数を容易に変更することを可能とした。本発明によるとポリマーを無駄にすること無く使用することができる。

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様々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・・・キャピラリ
102・・・ロードヘッダ
103・・・空気圧制御システム
104・・・光学系
105・・・高圧電源
106・・・オーブン
107・・・オートサンプラ
108・・・シリンジ
109・・・ブロック
110・・・逆支弁
111・・・ポリマー容器
112・・・陽極バッファ容器
113・・・陽極電源
114・・・陰極電源
115・・・温度制御板
116・・・キャピラリヘッド
117・・・キャピラリ陰極端
118・・・サンプル容器
119・・・バッファ容器
120・・・キャピラリサンプル導入端
121・・・洗浄容器
122・・・廃液容器
200・・・セプタ
201・・・容器
202・・・溶液
400・・・突起
401・・・筒状の突起
500・・・弾性シート

Claims (7)

1. 複数本のキャピラリと、該キャピラリに分離媒体を充填するポンプユニットと、前記キャピラリの両端に電圧を印加する電源と、前記キャピラリ内にて泳動分離された試料に励起光を照射し、試料から蛍光を検出する光学系と、試料又は溶液が収納された溶液収納装置と該溶液収納装置を搬送するオートサンプラと、を有するキャピラリ電気泳動装置において、
   前記キャピラリに分離媒体を充填する際に、前記複数本のキャピラリのうち所定のキャピラリの先端を塞ぐ手段を備えたこと、
   を特徴とするキャピラリ電気泳動装置。
2. 請求項１記載のキャピラリ電気泳動装置において、
   キャピラリの先端を塞ぐためにセプタの所定の位置に筒状の突起を設けられていることを特徴とするキャピラリ電気泳動装置。
3. 請求項２記載のキャピラリ電気泳動装置において、
   キャピラリの先端を塞ぐ筒状の突起において、キャピラリとの接触部は弾性材料によって成形されていることを特徴とするキャピラリ電気泳動装置。
4. 請求項２記載のキャピラリ電気泳動装置において、
   キャピラリの先端を塞ぐ筒状の突起において、キャピラリとの接触する筒状の突起自体が弾性材料によって成形されていることを特徴とするキャピラリ電気泳動装置。
5. 請求項２記載のキャピラリ電気泳動装置において、
   キャピラリの先端を塞ぐ筒状の突起において、突起の長さが挿入されるキャピラリよりも短いことを特徴とするキャピラリ電気泳動装置。
6. 請求項２記載のキャピラリ電気泳動装置において、
   キャピラリの先端を塞ぐ筒状の突起において、列ごとに異なる個数の筒状の突起が設けてあることを特徴とするキャピラリ電気泳動装置。
7. 請求項１記載のキャピラリ電気泳動装置において、
   キャピラリの先端を塞ぐため、容器の底に列ごとに異なる個数の突起が設けてあり、キャピラリとの接触部又は突起自体が弾性材料によって成形されていることを特徴とするキャピラリ電気泳動装置。