JP6633737B2 - キャピラリ電気泳動装置 - Google Patents

Description

本発明はキャピラリを用いる電気泳動装置に係り、特にその小型化と放電リスクの低減技術に関する。

近年、ＤＮＡ解析は研究用途から病院等の臨床分野へと急速に適用範囲が広がっている。ＤＮＡ解析の手段として、電気泳動によりサンプルのＤＮＡフラグメントを分離する方法があり、犯罪捜査や血縁関係の判定、疾患診断に使用されている。

キャピラリ電気泳動は、分離媒体を充填したキャピラリを一定温度に保ち、高電圧をかけることで、帯電したＤＮＡを塩基長ごとに分離する。キャピラリに励起光を照射し、キャピラリ内を通過するＤＮＡの蛍光色素標識から発光される蛍光を検出することで、サンプルの塩基配列を読み取る事ができる。

近年では様々なユーザの多様化に伴い、要望も多様化している。その一つに装置の小型化があり、もう一つにＤＮＡ解析の結果をできるだけ早く得ることが挙げられる。

装置の小型化に関しては、装置内部の余剰スペースを積極的に省き、装置そのものを小型化する事が考えられる。キャピラリの陰極端の近傍に電位差を有する導電性部品が存在すると、キャピラリ以外の近傍部品に放電が起きる可能性が生じる。そこで、従来のキャピラリ電気泳動装置では、放電を回避するためにキャピラリの陰極端近くに導電性部品を配置しないような設計が為されてきた。しかしながら、装置を小型化すれば不可避的にキャピラリの陰極端と導電性部品は近接して配置する事になり、放電の可能性が高まる。

これは特許文献１でも触れられている課題であり、特許文献１ではキャピラリの陰極端近くに導電性部品が配置されていても、キャピラリの電極から導電性部品までの空間距離、及び沿面距離が大きくなるような構造が開示されている。

一方、ＤＮＡ解析の高速化に関しては、電気泳動を開始するに至るまでの所要時間を短縮する方法と、電気泳動速度そのものを早める方法が考えられる。特許文献２では、キャピラリとキャピラリを表面に配置する支持体、キャピラリと直接接触する温度制御用ヒータ、光学系、高圧電源から成る電気泳動装置が開示されている。このキャピラリを直接ヒータに接触させる構造により、電気泳動分析時に所定温度まで昇温する時間を短縮することができる。

特許文献２はキャピラリ電気泳動を開始するに至るまでの所要時間を短縮する事で解析結果を早める有効な手段である。また、キャピラリ電気泳動を高速化して解析結果を早める方法としては、例えば、キャピラリへの印加電圧を高圧化することも、そのひとつである。しかしながら、印加電圧を高圧化すれば、上述した電位差はより一層に高まることになり、これもキャピラリ以外近傍部品に放電が起きる可能性が生じる。

特開２０１０−２４９５７９号公報 特開２００６−２８４５３０号公報

前述のとおり、キャピラリ電気泳動装置の小型化、ＤＮＡ解析の高速化の要望を実現するにあたり、両者共に共通する課題として、放電現象への対策が挙げられる。キャピラリへの印加電圧を高圧化すれば、近傍部品への放電リスクも伴って増大する。これを軽減する為には、キャピラリの電極から近傍の導電性部品までの空間距離や沿面距離を大きく取らなければならないが、単純に距離をとれば、その分だけ装置内部容量が増大し、装置の小型化と相反する。

沿面距離を大きくとる方法としては、沿面距離に該当し得る部品を複雑な形状に加工し、表面積を大きくする方法も良く使われる。単純な面形状で済むところにも凹凸をつける事で、沿面距離を稼ぐ方法である。しかしながら、部品表面の切削痕、成形痕などの有無や、装置内の雰囲気温度、湿度の状態に因っても放電リスクは増減する。また、トラッキングと呼ばれる現象により、一度放電が起こった場所は放電経路として再発し易い状態になってしまう事もあり、構成部品の複雑化のみで放電対策を行うことは困難である。

また単純に距離を取る以外、空間を塞ぐ事で絶縁する方法も使われる。キャピラリの電極を空間的に外部と遮断して取り付けられるならば、高電圧部を含む空間を遮断する事も容易である。しかしながら、キャピラリが消耗品であり、一定回数の電気泳動を行った後に交換しなければならない部品であるため、キャピラリ電極もまた、交換するユーザがアクセスし得る空間内に存在しなければならず、空間的な遮断も困難である。

本発明の目的は、上記の課題を解決し、沿面距離や空間距離を十分にとれない部品構成においても、放電リスクを減少させたキャピラリ電気泳動装置を提供することにある。

上記の目的を達成するため、本発明においては、キャピラリを用いて電気泳動によりサンプルを分析するキャピラリ電気泳動装置であって、キャピラリを加熱するヒータと、キャピラリ電極を保持し、高電圧部と接続する電極ホルダと、少なくとも一部が金属から成り、かつ低電位に接地された導電部材とを備え、電極ホルダと導電部材間は構造体で接しており、構造体は絶縁部材である構成のキャピラリ電気泳動装置を提供する。

本発明によれば、沿面距離や空間距離を十分にとれない部品構成において、放電リスクを減少させたキャピラリ電気泳動装置を提供できる。

各実施例に係るキャピラリ電気泳動装置の一構成を示す概要図。 図１のキャピラリ電気泳動装置の上面図。 図２の装置のＡ−Ａ断面図。 実施例１に係るキャピラリカートリッジの一構成を示す図。 実施例１に係るキャピラリカートリッジの分解図。 実施例１に係るキャピラリカートリッジの取り付けの模式図。 実施例１に係る放電リスクを低減したキャピラリ近傍の一構成図。 実施例１に係る導電部材の形状の一例を示す図。 実施例１に係る導電部材の絶縁処理を説明するための構成図。 実施例２に係る放電リスクを低減したキャピラリ近傍の構成図。 実施例３に係る放電リスクを低減したキャピラリ近傍の構成図。 実施例４に係る放電リスクを低減したキャピラリ近傍の構成図。 実施例３の構成の効果を説明するためのグラフ１を示す図。 実施例３の構成の効果を説明するためのグラフ２を示す図。 実施例３の構成の効果を説明するためのグラフ３を示す図。 実施例３の構成の効果を説明するためのグラフ４を示す図。

以下、図面に従い、本発明の種々の実施例を説明する。種々の実施例を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付した。

実施例１は、沿面距離や空間距離を十分にとれない部品構成に於いても、放電リスクを減少させたキャピラリ電気泳動装置の実施例である。すなわち実施例１は、キャピラリを用いて電気泳動によりサンプルを分析するキャピラリ電気泳動装置であって、キャピラリを加熱するヒータと、キャピラリ電極を保持し、高電圧部と接続する電極ホルダと、少なくとも一部が金属から成り、低電位に接地された導電部材とを備え、電極ホルダと導電部材間は構造体で接しており、構造体は絶縁部材である構成の電気泳動装置の実施例である。以下、図１〜図９を用いて実施例１を説明する。

図１に、実施例１に係るキャピラリ電気泳動装置の一構成例を示す。本装置は、装置上部にある照射検出／恒温槽ユニット４０と、装置下部にあるオートサンプラーユニット２０の二つのユニットに大きく分けることが出来る。

注入機構であるオートサンプラーユニット２０には、サンプラーベース２１の上にＹ軸駆動体２３が搭載され、Ｙ軸に駆動を行うことが出来る。Ｙ軸駆動体２３にはＺ軸駆動体２４が搭載され、Ｚ軸に駆動を行うことが出来る。Ｚ軸駆動体２４の上にはサンプルトレイ２５が搭載され、サンプルトレイ２５の上に、泳動媒体容器２８、陽極側緩衝液容器２９、陰極側緩衝液容器３３、サンプル容器２６をユーザがセットする。サンプル容器２６は、サンプルトレイ２５上に搭載されたＸ軸駆動体２２の上にセットされ、サンプルトレイ２５上でサンプル容器２６のみがＸ軸に駆動することが出来る。Ｚ軸駆動体２４には送液機構２７も搭載される。この送液機構２７は泳動媒体容器２８の下方に配置される。

照射検出／恒温槽ユニット４０には、恒温槽である恒温槽ユニット４１、恒温槽ドア４３があり、中を一定の温度に保つことが出来る。恒温槽ユニット４１の後方には検出部である照射検出ユニット４２が搭載され、電気泳動時の検出を行うことが出来る。恒温槽ユニット４１の中に、後で詳述するキャピラリカートリッジをユーザがセットし、恒温槽ユニット４１にてキャピラリを恒温に保ちながら電気泳動を行い、照射検出ユニット４２にて検出を行う。また、恒温槽ユニット４１には、電気泳動のための高電圧印加時にＧＮＤに落とすための電極（陽極）４４も搭載されてある。恒温槽ユニット４１は後で説明するキャピラリカートリッジの取り付け面５０を備えている。

上記のように、キャピラリカートリッジは恒温槽ユニット４１に固定される。泳動媒体容器２８、陽極側緩衝液容器２９、陰極側緩衝液容器３３、サンプル容器２６は、オートサンプラーユニット２０にてＹＺ軸に駆動することができ、サンプル容器２６のみ、さらにＸ軸に駆動することが出来る。固定されたキャピラリカートリッジのキャピラリに、泳動媒体容器２８、陽極側緩衝液容器２９、陰極側緩衝液容器３３、サンプル容器２６が、オートサンプラーユニット２０の動きで任意の位置に自動で接続することが出来る。

図２に、図１に示したキャピラリ電気泳動装置を上面から見た図を示す。サンプルトレイ２５上にセットされた陽極側緩衝液容器２９には、陽極側洗浄槽３０、陽極側電気泳動用緩衝液槽３１、陽極側サンプル導入用緩衝液槽３２がある。また、陰極側緩衝液容器３３には、廃液槽３４、陰極側洗浄槽３５、陰極側電気泳動用緩衝液槽３６がある。

泳動媒体容器２８、陽極側緩衝液容器２９、陰極側緩衝液容器３３、サンプル容器２６は図２のような位置関係に配置される。これにより、恒温槽ユニット４１内のキャピラリカートリッジのキャピラリ０２との接続の際の陽極側-陰極側の位置関係は、「泳動媒体容器２８−廃液槽３４」、「陽極側洗浄槽３０−陰極側洗浄槽３５」、「陽極側電気泳動用緩衝液槽３１−陰極側電気泳動用緩衝液槽３６」、「陽極側サンプル導入用緩衝液槽３２−サンプル容器２６」となる。

図３に、図２に示したキャピラリ電気泳動装置のＡ−Ａ断面図を示す。泳動媒体容器２８はサンプルトレイ２５にセットされる。また、送液機構２７は、送液機構２７に内蔵されたプランジャが、泳動媒体容器２８の下方になるように配置される。

電気泳動の際、図３における右側がキャピラリ０２の陰極側となり、左側が陽極側となる。オートサンプラーユニット２０が図２に示した「陽極側電気泳動用緩衝液槽３１-陰極側電気泳動用緩衝液槽３６」の位置に移動し、電極（陰極）０８側のキャピラリ０２に高電圧がかかり、陰極側緩衝液容器３３、陽極側緩衝液容器２９を介し、電極（陽極）４４にてＧＮＤに流すことで電気泳動を行う。なお、サンプルトレイ２５の位置を固定して、照射検出／恒温槽ユニット４０を可動にする装置構造にしても良い。

図４に、本実施例におけるキャピラリカートリッジの一構成の概略図を示す。キャピラリカートリッジ０１は、キャピラリ０２、支持体０３、放熱体０４、電極ホルダ０５、検出部０６、キャピラリヘッド０７、電極（陰極）０８、掴持部である把手０９から構成されている。また、電極（陰極）０８は、直接支持体０３に固定された構造でも良い。なお、同図において、キャピラリカートリッジ０１は、図４の手前側から把手０９を備える支持体０３、放熱体０４、及びキャピラリ０２の順に配置されている。

キャピラリヘッド０７は、キャピラリ０２の端部であり、キャピラリ０２を束ねて保持するとともに、泳動媒体を充填する注入端または排出端である。本実施例では、キャピラリカートリッジ０１を電気泳動装置に取り付ける際に、キャピラリヘッド０７と泳動媒体が貯蔵されている容器とを接続することで、注入端として機能する。キャピラリヘッド０７は、電気泳動装置に撓んだ状態で設置される。

図５には、図４に示した本実施例におけるキャピラリカートリッジ０１の分解図を示す。放熱体０４は、放熱体０４の粘着性やタック性、あるいは化学的な接着や物理的な取り付け機構等により支持体０３に貼りつけられている。また、キャピラリ０２は、電極ホルダ０５と検出部０６が支持体０３に取り付けられることで、一体構造となる。電極ホルダ０５は、電極（陰極）０８を保持しており、電極ホルダ０５に形成された電極ホルダ固定ピン１０を支持体０３の電極ホルダ固定穴１１に通すことで支持体０３に固定される構造になっている。また、支持体０３は検出部０６を固定する検出部固定枠１２を備えており、検出部０６は、支持体０３に形成された検出部固定枠１２にはめこむことで支持体０３に固定される。

キャピラリ０２は、遮光及び強度を保持するための被覆が施された侠流路であり、例えばポリイミド被覆の施された内径約５０μｍ程度の石英ガラス管である。この管に泳動媒体を充填して試料を泳動分離する泳動路となる。キャピラリ０２と放熱体０４が密着していることで、高電圧印加時にキャピラリ０２から発生する熱を放熱体０４により支持体０３側へと逃がすことができ、キャピラリ０２内部の温度上昇を防ぐことができる。

電極（陰極）０８は、キャピラリ０２の本数に対応して存在し、電圧をかけることで、帯電した試料をキャピラリ０２内に導入し、分子サイズごとに泳動分離を行うことができる。電極（陰極）０８は、例えば内径０．１〜０．５ｍｍ程度のステンレスパイプであり、この中にキャピラリ０２が挿入されている。

検出部０６は、キャピラリ０２の中間部に位置し、キャピラリ０２が平面状に一定の精度で配列されている。検出部０６はキャピラリ０２内を通過する試料の蛍光を検出する箇所であり、装置の検出系の位置と高精度に位置合わせを行う必要がある。

図６に、本実施例のキャピラリカートリッジ０１の取り付けの詳細図の一例を示す。同図上段に取り付け前、下段に恒温槽ユニット４１に取り付け後の状態を示した。電気泳動装置の恒温槽ユニット４１側の取り付け面５０に、検出部０６の位置決めピン１３を取り付け、支持体０３の位置決め穴１４に通して押し込むと、検出部０６がクリップ５１により仮固定される。このとき同時に、取り付ける装置の恒温槽ユニット４１側のテーパー形状の電極ホルダ位置決めピン１５が、支持体０３の電極ホルダ位置決め穴１６に自動的に入るため、一つの動作でキャピラリカートリッジ０１が恒温槽ユニット４１に仮固定される。なお、電極ホルダ位置決めピン１５と電極ホルダ位置決め穴１６は取り付け場所が逆であっても良い。すなわち、電極ホルダ０５と支持体０３は、一方に設けられた電極ホルダ位置決めピンを他方に設けられた電極ホルダ位置決め穴に通すことにより固定することができる。

図７に、本実施例のキャピラリ電気泳動装置における放電リスクを低減したキャピラリ０２近傍の一構成例を示す。恒温槽ベース６７にはヒータアセンブリ６０が取り付けられている。なお、同図においては、理解しやすくするため、ヒータアセンブリ６０は恒温槽ベース６７から離して図示してある。以下、同様である。

ヒータアセンブリ６０は、断熱材６１、抵抗加熱ヒータ６２、導電部材６３、絶縁部材からなる構造体を構成する放熱ゴム６４から成り、これらは接着、溶着、ネジ止めなどの方法で互いに固定されている。本実施例では、抵抗加熱ヒータ６２が発生させた熱は、導電部材６３と放熱ゴム６４を通してキャピラリカートリッジ０１のキャピラリ０２に伝熱され、キャピラリ０２を加熱する。また、抵抗加熱ヒータ６２の熱を発散させないよう、ヒータアセンブリ６０の恒温槽ベース６７側には断熱材６１が取り付けられている。

放熱ゴム６４は抵抗加熱ヒータ６２から発生した熱を効率よくキャピラリ０２に伝える事が必要である為、伝熱性が優れる事が望ましい。また、接触するキャピラリ０２を破損させないために柔らかい素材である事が望ましい。

抵抗加熱ヒータ６２の温度制御は、ヒータアセンブリ６０に取り付けられたサーミスタなどの温度感知センサで行う。図示を省略したサーミスタの取り付け位置は、断熱材６１、抵抗加熱ヒータ６２、導電部材６３、放熱ゴム６４のいずれでもよいが、放熱ゴム６４の上が望ましい。

導電部材６３には低電位部位が接触する。低電位部位は一般的にアースやGND(グランド)と呼ばれるものであり、装置の電源と繋がる事で、仮想的なゼロ電位を持つ。本実施例では導電部材６３に接触する低電位部位としてアース板６６が恒温槽ベース６７に取り付けられている。このアース板６６は断熱材６１、抵抗加熱ヒータ６２の面を避けて導電部材６３に接地される。低電位部位の形状として、アース板の代わりにアース線や装置のフレームを介したフレームGNDなどの形状を取っても良い。

図８に、本実施例における導電部材６３の形状の一具体例として面取り加工７０を施した構造を示す。導電部材６３は少なくとも一部に金属を含む導電性に優れた部材である。例えばアルミニウム、鉄、真鍮、ステンレスなどの一枚の金属板である事は好ましい例の一つである。他にも、金属粉や金属フィラーを混ぜた樹脂板、エラストマーなどでも良い。さらに、抵抗加熱ヒータ６２や放熱ゴム６４に蒸着する形の金属面や金属シート、金属薄膜などでも良い。

導電部材６３は、上述したようにゼロ電位を持つアース板６６に接地することで同様にゼロ電位を持つ。導電部材６３がゼロ電位を持つ事で、近傍部品の電位を下げる効果と、高電圧がかかる部位に対して電位が落ちる先を定める機能を持つため、これを満たす形状であればどのような形状でも良い。省スペースを実現するために一枚板の形状であることは好ましい例のひとつである。但し、電界集中を避けるため、可能な限り鋭角な形状を避け、エッジがある部分は面取り加工７０などをして放電リスクを低減する事が望ましい。図８の具体例は、ヒータアセンブリ６０の形状に沿った板形状を取り、また面取り加工７０を行って電界集中を避けた一例である。

図９に図８に示した導電部材６３に絶縁処理を施す場合の例を示した。導電部材６３に対して直接放電が起きないよう、導電部材６３は絶縁されていることが望ましい。例えばポリイミドシートや絶縁性のエラストマー、樹脂などで導電部材６３全体が包み込まれている事は、好ましい例の一つである。

図９には高電圧部との距離に比例して絶縁部材の厚みを変え、最適な絶縁処理を施す工夫を行った一具体例を示す。導電部材６３の上部は高電圧部との距離が最も離れている為に１枚の絶縁材８０が巻かれており、中部は上部よりも厚く２枚の絶縁材８１が巻かれており、最も高電圧部との距離が近い下部は最も厚く３枚の絶縁材８２が巻かれている。ポリイミドシートに代表される絶縁材は一般に高価であり、また厚みが増せば熱伝導率が低下することから、本構成によって全体に一様な厚みの絶縁材を貼り付けるよりも低コスト、かつ熱伝導率の低下を抑えた機能を実現できる。また、絶縁材の巻き数を変更するのではなく、一枚の絶縁材において絶縁性能と熱伝導率にグラデーションを付けても良い。コストや熱伝導率の低下が許容範囲内であるならば、全体に一様な厚みの絶縁材を貼り付けることが可能であることは言うまでもない。但し、いずれの場合にも、導電部材６３がアース板６６に接地する機能を設けた形で絶縁処理を施すことは必要である。また、導電部材６３と十分に沿面距離を取れるよう、恒温槽ベース６７と導電部材６３の接する面がせり出していても良い。

本実施例の構成において、図７の恒温槽ベース６７の内部に、図８や図９に示した導電部材６３が内包されたキャピラリ電気泳動装置で電気泳動を開始すると、電極プラグ６５を通して、電極ホルダ０５内の高電圧部に高電圧がかかる。放電現象は電位差により発生するため、このとき放電が起きるのはゼロ電位を持つアース板６６または導電部材６３に対してである。しかしながら、本実施例の構成では導電部材６３と恒温槽ベース６７は導電部材６３の下辺で接しており、恒温槽ベース６７と電極ホルダ０５は電極プラグ６５を包み込む形で接している。

このとき、恒温槽ベース６７と電極ホルダ０５は絶縁部材であるため、複数の絶縁された構造体により、高電圧部とゼロ電位である低電圧部が接している構成である。すると、高電圧がかかる部位から恒温槽ベース６７を誘電体として、ゼロ電位である導電部材６３まで、電位は緩やかに下がる。低電位部位であるアース板６６に接地された導電部材６３は、アース板６６と同じく装置の仮想的なゼロ電位を持つ。一般的に高電圧がかかる部位とその近傍では高い電位が発生するが、導電部材６３とゼロ電位を持つ導電部材６３の近傍に位置される部品は電位が低下するため、電極プラグ６５や電極ホルダ０５の高電圧部から導電部材６３以外への放電が発生しない構成である。

ここで、導電部材６３は、構造的に大きければ大きいほど、導電部材６３の近傍部品の電位も低下させやすい。例えば導電部材６３の面積が、例えば、電極ホルダにより保持されるキャピラリ電極により高電圧が印加される部材の面積よりも大きい事は、近傍部位への放電を抑える効果を大きくする要因のひとつである。

実施例２は、沿面距離や空間距離を十分にとれない部品構成に於いても、放電リスクを減少させたキャピラリ電気泳動装置の他の実施例である。

図１０に示す通り、図７で示した実施例１とは同じ構成部材を備えるが、ヒータアセンブリ６０に含まれる導電面と抵抗加熱ヒータ６２の順序が異なっている。すなわち、断熱材６１に導電部材６３が隣接して配置され、続いて抵抗加熱ヒータ６２が配置される。これは抵抗加熱ヒータ６２と導電部材６３の導電面を入れ替えることにより、導電部材６３の導電面と恒温槽ベース６７の距離を近づけ、抵抗加熱ヒータ６２を介在したときよりも導電部材６３の導電面と恒温槽ベース６７の電位を近づける構成である。本実施例の構成とすることで、恒温槽ベース６７とその近傍部品の電位をさらに低下させることが期待できる。また、導電部材６３に対して直接放電が起きないよう、導電部材６３に絶縁対策が施されていることは、実施例１と同様である。

実施例１と実施例２に示す通り、性能を向上させるために構成する部品の順序が入れ換わること、またそれに伴う形状の変化があることがある。

実施例３は、沿面距離や空間距離を十分にとれない部品構成に於いても、放電リスクを減少させたキャピラリ電気泳動装置において、さらに保温機能を持たせた構成の実施例である。すなわち、実施例３はキャピラリを用いて電気泳動によりサンプルを分析するキャピラリ電気泳動装置であって、キャピラリを加熱するヒータと、キャピラリ電極を保持し、高電圧部と接続した電極ホルダと、少なくとも一部が金属から成り、かつ低電位に接地された導電性蓄熱板とを備え、電極ホルダと導電性蓄熱板間は構造体で接しており、それら構造体は絶縁部材である構成のキャピラリ電気泳動装置の実施例である。

図１１に示す本実施例においては、図７で示した実施例のうち、導電部材６３の代わりに導電性蓄熱板９０を用いることにより、蓄熱の機能も持たせている。この導電部材である導電性蓄熱板９０は少なくとも一部に金属を含む導電性に優れた部材であり、かつ熱容量を大きくしたものである。例えば１．０ｍｍ〜１０．０ｍｍほどの厚みを持たせたアルミニウム、鉄、真鍮、ステンレスなどの一枚の金属板である事は、導電性、熱容量からも好ましい例のひとつである。他にも、金属粉や金属フィラーを混ぜた樹脂板、エラストマーのうち、熱容量が高いものが好ましい。この導電性蓄熱板９０に対して直接放電が起きないよう、絶縁対策が施されていることは、実施例１の導電部材６３と同様である。また、導電性蓄熱板９０と電極ホルダ０５間は、絶縁部材からなる構造体として放熱ゴム６４で接していることも実施例１と同様である。

導電性蓄熱板９０を用いる本実施例の構成では、例えばキャピラリカートリッジ０１を交換する際に、ユーザが恒温槽ドア４３を開閉したとしても容易に温度が低下しない効果が得られる。これは導電部材である導電性蓄熱板９０が放電リスクを下げる機能の他に、高い熱容量により抵抗加熱ヒータ６２から発生する熱を十分に蓄熱する機能を持つためである。

本実施例の構成に基づく実際の検証結果と共に、本実施例の効果を図１３〜図１６を用いて説明する。

まず図１３は高電圧印加部である電極ホルダ０５の周囲に浮遊金属が一切なく、電極ホルダ０５が接する絶縁された構造体が全て誘電体として機能する理想状態の一つを示すグラフである。横軸は距離、縦軸は電位を示しており、-２０kVが印加される電極ホルダ０５の位置の距離ｘをゼロとする。このとき、同図上段に示すように、-２０kVから０kVまでが緩やかに電位を落とし、放電はまったく起こらない。

図１４の右側に、本実施例の図１１のキャピラリ近傍の構成から導電性蓄熱板９０を除いて電気泳動試験を行ったときの結果を示す。同図に示すように、装置の印加電圧を０kVから-２０kVまで段階的に印加したのに対し、装置電源の電流値とキャピラリ電流値が共に大きく揺れている。装置電源からもキャピラリからも、１８kV付近から大きく放電が起こっている。これは、内部の導電性蓄熱板９０が存在しない為にできた１０mm程度の隙間において、高電圧印加部である電極ホルダ０５から放電が起こっていることが解る。

図１４の左側に、この時に起こった現象を電位、電界の観点から予想した一例を示す。隙間を通して電界の集中が起こり、空気の耐圧を突破するため、放電が起こる。この時、電位は急激に低下している。

次に、図１５の右側には、導電性蓄熱板９０、電極ホルダ０５を備え、その間の絶縁された構造体と導電性蓄熱板９０の間に、１mm以下の隙間を設けた状態で、電気泳動試験を行った時の結果を示す。図１４に比べて極端な電流値の揺れは起こらなくなったものの、代わりに低電圧環境下においても微小な電流値の揺れが断続的に起こり、また-１９kV、-２０kV電圧印加時には大きな電流値の揺れが起こっている。

図１５の左側は、この時に起こった現象を電位、電界の観点から予想した一例である。導電性蓄熱板９０がゼロ電位を持つため、電位はここに向かって落ちるが、絶縁されているため放電には至らない。また、１mm以下の微小な隙間で電界集中が起こるが、大きな放電現象には至らない。但し、隙間が１mm以下と図１４で示した例よりも微小であるため、断続的な電流値の揺れが起こる。また、-１９kV以上の高電圧を印加した際には、最終的に放電に至る。

最後に、図１６の右側は、本実施例の構造で電気泳動試験を行った時の結果である。図１５で設けた隙間を排し、導電性蓄熱板９０と電極ホルダ０５は、絶縁された単一若しくは複数の構造体によって隙間なく、連続的に接している。装置電源、キャピラリ共に電流値の揺れは殆ど見られない。

図１６の左側はこの時に起こった現象を電位、電界の観点から予想した一例である。導電性蓄熱板９０がゼロ電位を持つため、電位はここに向かって落ちるが、絶縁されているため放電には至らない。また、隙間が無い為に導電性蓄熱板９０を過ぎてからも絶縁部材である構造体が誘電体となって、緩やかに電位が低下する。

実施例４は、沿面距離や空間距離を十分にとれない部品構成に於いても、放電リスクを減少させたキャピラリ電気泳動装置において、さらに保温機能を持たせた別の構成の実施例である。すなわち、実施例４はキャピラリ電気泳動装置において、キャピラリを加熱するヒータと、非導電性蓄熱板と、キャピラリ電極を保持し、高電圧部と接続した電極ホルダと、少なくとも一部が金属から成り、かつ低電位に接地された導電部材とを備え、電極ホルダと導電部材間は絶縁部材である構造体で接している構成の電気泳動装置の実施例である。

図１２に示す通り、図１１で示した構造のうち、蓄熱の機能を持たせた導電性蓄熱板９０を非導電性蓄熱板１００とし、更に導電面として導電部材６３を貼り付ける構成である。非導電性蓄熱板１００として、例えば１．０ｍｍ〜１０．０ｍｍほどの厚みを持たせたアルミナ、ガラス板などの一枚の非導電性蓄熱板を用いることは、熱容量から好ましい例の一つである。この非導電性蓄熱板１００に貼りつけられる導電部材６３としては、先の実施例で挙げられたアルミニウム、鉄、真鍮、ステンレスなどの一枚の金属板、金属粉や金属フィラーを混ぜた樹脂板、エラストマー、蒸着する形の金属面や金属シート、金属薄膜などが挙げられる。本実施例においても、導電部材６３に直接放電が起きないよう、導電部材６３は絶縁されている事が望ましい。

また、図１２においては抵抗加熱ヒータ６２と非導電性蓄熱板１００の間に導電部材６３の導電面が挟まれているが、抵抗加熱ヒータ６２と導電性蓄熱板９０を組み合わせた非導電性ヒータ、例えば一般的にセラミックヒータやガラスヒータと呼ばれるものに、上記の導電部材６３を貼り付け、また直接放電が起きないよう絶縁されている事が望ましい。

以上詳述した本発明によれば、一般的にはアースやグランドと呼ばれる低電位と接地した、少なくとも一部が金属から成る導電部材は、ほぼゼロ電位と考える事ができる。この導電部材と絶縁部材で接する部品は、絶縁部材が誘電体として機能するため、電位差があっても電位差を緩やかに落とす事ができる。

キャピラリ電極を保持する電極ホルダは、高電圧部と接続するため、高い電位を持つ。よって、この電極ホルダと導電部材が絶縁部材によって接していれば、キャピラリに電極を介して高電圧を印加した際にも緩やかに電位を落とす事ができる。

例えば電極ホルダと低電位の構造体の間に十分な沿面距離や空間距離があると、この間に放電は起こらない。小型化のために十分な距離を取れない場合、絶縁部材を入れる事が考えられるが、この絶縁部材と電極ホルダまたは低電位体の間に空隙があると、この空隙で放電が起こる。これは絶縁部材を誘電体として、この誘電体の中では電位勾配が緩やかに落ちるが、絶縁部材と空隙の間の電位勾配は何も入れない時よりも急勾配になる為、放電が起こり易くなってしまうためである。よって、電極ホルダと導電部材は、単一もしくは複数の絶縁部材によって、空隙が存在することなく連続的に接していることが望ましい。

また、構造体が絶縁部材でないと、誘電体としての性質を持たないため、電位差を緩やかに落とす機能を持たない。よって、構造体は単一もしくは複数の層からなる絶縁部材で構成する。

さらに、例えば導電部材が単純な金属板や蒸着された金属面であって、アースまたはグランドに接していない場合、空中に浮遊する金属であるので、電位差は落ちず一定に保たれるのみである。また、導電部材が存在しないと、高電圧部の高い電位は落ちる先が定まらない。すると、近傍部品の表面状態や、駆動による距離の変化によって、放電したり放電箇所が変わったりする。これらの事から、本発明の少なくとも一部が金属からなり、かつ低電位に接地された導電部材、低電位と接地した金属を含む面が存在しなければ放電対策が困難となる。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明のより良い理解のために詳細に説明したのであり、必ずしも説明の全ての構成を備えるものに限定されものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることが可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

０１：キャピラリカートリッジ，０２：キャピラリ，０３：支持体，０４：放熱体，０５：電極ホルダ，０６：検出部，０７：キャピラリヘッド，０８：電極（陰極），０９：把手，１０：電極ホルダ固定ピン，１１：電極ホルダ固定穴，１２：検出部固定枠，１３：検出部位置決めピン，１４：位置決め穴，１５：電極ホルダ位置決めピン，１６：電極ホルダ位置決め穴，２０：オートサンプラーユニット，２１：サンプラーベース，２２：Ｘ軸駆動体，２３：Ｙ軸駆動体，２４：Ｚ軸駆動体，２５：サンプルトレイ，２６：サンプル容器，２７：送液機構，２８：泳動媒体容器，２９：陽極側緩衝液容器，３０：陽極側洗浄槽，３１：陽極側電気泳動用緩衝液槽，３２：陽極側サンプル導入用緩衝液槽，３３：陰極側緩衝液容器，３４：廃液槽，３５：陰極側洗浄槽，３６：陰極側電気泳動用緩衝液槽，４０：照射検出／恒温槽ユニット，４１：恒温槽ユニット，４２：照射検出ユニット，４３：恒温槽ドア，４４：電極（陽極），５０：取り付け面，５１：クリップ，６０：ヒータアセンブリ，６１：断熱材，６２：抵抗加熱ヒータ，６３：導電部材，６４：放熱ゴム，６５：電極プラグ，６６：アース板，６７：恒温槽ベース，７０：面取り加工，８０：１枚の絶縁材，８１：２枚の絶縁材，８２：３枚の絶縁材，９０：導電性蓄熱板，１００：非導電性蓄熱板

Claims (10)

1. キャピラリを用いて電気泳動によりサンプルを分析するキャピラリ電気泳動装置であって、
   前記キャピラリを加熱するヒータと、
   前記キャピラリのキャピラリ電極を保持し、高電圧部と接続する電極ホルダと、
   少なくとも一部が金属から成り、かつ低電位に接地された導電部材と、
   を備え、
   前記電極ホルダと前記導電部材間は構造体で接しており、前記構造体は絶縁部材である、
   ことを特徴とする電気泳動装置。
2. 請求項１に記載の電気泳動装置であって、
   前記導電部材に絶縁処理が施されている、
   ことを特徴とする電気泳動装置。
3. 請求項２に記載の電気泳動装置であって、
   前記導電部材の絶縁処理が、前記電極ホルダからの距離に応じて段階的に施されている、
   ことを特徴とする電気泳動装置。
4. 請求項１に記載の電気泳動装置であって、
   前記キャピラリと前記導電部材間は前記構造体で連続的に接している、
   ことを特徴とする電気泳動装置。
5. 請求項１に記載の電気泳動装置であって、
   前記構造体は、単一もしくは複数の層から構成される、
   ことを特徴とする電気泳動装置。
6. 請求項１に記載の電気泳動装置であって、
   前記導電部材が、前記キャピラリ電極により高電圧が印加される部材の面積よりも大きい、
   ことを特徴とする電気泳動装置。
7. 請求項１に記載の電気泳動装置であって、
   前記導電部材が面取りされている、
   ことを特徴とする電気泳動装置。
8. 請求項１に記載の電気泳動装置であって、
   前記導電部材は、導電性蓄熱板から構成される、
   ことを特徴とする電気泳動装置。
9. 請求項１に記載の電気泳動装置であって、
   前記導電部材と前記構造体との間に非導電性蓄熱板が配置される、
   ことを特徴とする電気泳動装置。
10. キャピラリを用いた電気泳動により分析を行うキャピラリ電気泳動装置であって、
    前記キャピラリを加熱するヒータと、
    前記キャピラリのキャピラリ電極を保持し、高電圧部と接続する電極ホルダと、
    少なくとも一部が金属から成り、かつ低電位に接地された導電性蓄熱板と、
    を備え、
    前記電極ホルダと前記導電性蓄熱部材間は単一もしくは複数の構造体で連続的に接しており、前記構造体は絶縁部材である、
    ことを特徴とする電気泳動装置。

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