JP6925445B2 - 電気泳動装置 - Google Patents

Description

本発明は、電気泳動装置に関する。

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。

特許文献１では、キャピラリと、キャピラリ内を電気泳動する試料を光学的に検出するための光学検出部とを有するキャピラリアレイと、キャピラリを一定温度に保持するために上記キャピラリアレイを収納するための本体フレームとドアフレームから構成される恒温槽装置と、本体フレームに設けられた孔を有する温度制御部材と、温度制御部材の孔に配置され光学検出部を保持するための光学検出部ホルダと、検出部に保持された光学検出部を押圧するための光学検出部ホルダカバーが設けられ、光学検出部ホルダカバーには温度制御部材に接触する温度伝播部材が設けられていることを特徴とする電気泳動装置が開示されている。

特開２００７−３２２３６７号公報

電気泳動装置による検出精度を高めるためには、キャピラリの温度を保持する必要がある。

特許文献１では、温度制御部材によりキャピラリの温度を一定に保つ恒温槽がある。温度伝播部材が、温度制御部材の熱を光学検出部に伝達させている。しかし、恒温槽のドアフレームを閉じる手順とは別に、光学検出部ホルダカバーを閉じなければならなかった。

本発明の目的は、より簡便に使用できる電気泳動装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明の電気泳動装置は、キャピラリを加熱するヒータと、キャピラリの温度を所定の温度に保つ恒温槽と、検出部を備えたキャピラリを保持するキャピラリホルダと、検出部で電気泳動する試料を検出する検出機構と、ヒータの熱を検出部に伝達させる熱伝達手段とを備え、恒温槽は本体部とドア部を有し、熱源は本体部に設けられ、熱伝達手段はドア部に設けられることを特徴とする。

本発明の電気泳動装置は、恒温槽扉ドアを閉める動作で温度伝播部材を検出部に接触させることができる。それにより、ユーザビリティが向上される。

キャピラリ電気泳動装置の一構成を示す概要図。 キャピラリ電気泳動装置の平面図。 キャピラリ電気泳動装置のＡ−Ａ断面図。 キャピラリ側から見たキャピラリカートリッジの一構成を示す図。 把手側から見たキャピラリカートリッジの一構成を示す図。 恒温槽の一構成を示す図。 キャピラリカートリッジを取り付ける恒温槽の一構成を示す図。 キャピラリカートリッジを取り付け後の恒温槽の一構成を示す図。 熱伝導板の概要図。 熱伝達部の側面図。 熱伝達部の一例を示す図。 熱伝達部の側面図の詳細を示す図。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。

図１に、実施例１のキャピラリ電気泳動装置の装置構成図を示す。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。

上記の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。

上記の照射検出／恒温槽ユニット４０には、恒温槽ユニット４１があり、恒温槽ユニット４１の中を一定の温度に保つことが出来る。恒温槽ユニット４１の後方には照射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０１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）４３も搭載されてある。

上記のように、キャピラリカートリッジ０１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０１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の平面図を示す。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は図示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０５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における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、キャピラリ０５の図３における右側が陰極側となり、左側が陽極側となる。サンプルトレイ２５がキャピラリの陽極側及び陰極側が「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」の位置になるように移動し、陰極側のキャピラリ０５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）４３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４Ａ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０５、検出部０６、キャピラリヘッド０７、電極（陰極）０８、電極ホルダ０９から成るキャピラリアレイ０２と、セパレータ１０、支持体０３、シート０４、掴持部である把手１１（図４Ｂ参照）から構成されている。また、同図では電極ホルダ０９で電極（陰極）０８を保持しているが、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１１を備える支持体０３、シート０４、キャピラリアレイ０２の順に配置されている。

それぞれの部品について説明する。キャピラリ０５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。キャピラリヘッド０７は、キャピラリ０５の端部であり、キャピラリ０５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。セパレータ１０は、キャピラリ０５の本数と同一数の孔が形成されており、孔の内径はキャピラリ０５の内径よりやや大きく、各孔に１本のキャピラリ０５が貫通する。こうして、キャピラリ０５を互いに分離し、キャピラリ０５が互いに絡み合うこと、及び密集して束状になることを防止する。また、セパレータ１０は、片面に粘着性を持ったシール状の部材であり、キャピラリ０５を貫通させた状態でシート０４に貼ることでキャピラリ０５をシート０４上に沿って定位させる役割もある。セパレータ１０の材料は、恒温槽ユニット４１にキャピラリカートリッジを固定する際に邪魔にならないように薄くて柔らかいものが好ましい。例えば、セパレータ１０の材料としてはシリコンゴムや紙、フィルム等がある。セパレータ１０の数はキャピラリ０２の長さに応じて増減しても良い。

電極（陰極）０８は、キャピラリ０５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０５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０５が挿入されている。検出部０６は、キャピラリ０５上に位置し、キャピラリ０５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０５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。

シート０４には、クッション性のある柔らかいものが好ましい。クッション性のあるものを使用することでキャピラリ０５の破損を防ぐことが可能である。さらに、シート０４に断熱材や放熱材を使用することで、断熱性能または放熱性能を得ることも出来る。例えば、断熱材としてはポリウレタンフォームやポリエチレン等の発砲プラスチックやグラスウール等の繊維系のもの、放熱材にはシリコン等のゴムやエラストマー、放熱ジェル等がある。

図５Ａに恒温槽ユニット４１の例を示す。図５Ａに示すように、恒温槽ユニット４１は恒温槽ベース６０と恒温槽ドア６１で構成されている。恒温槽ベース６０には、キャピラリ０５を温調するためのヒータ６２が設けられている。また、ヒータ６２は切り欠き部６３を有する。図は省略するがこの切り欠き部６４には照射検出ユニット４２が配置される。恒温槽ドア６１にはヒータ６２の熱をキャピラリの検出部０６に伝える熱伝達部６４が設けられている。

図５Ｂに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。恒温槽ベース６０にある支持体挿し込み口５５である開口部に支持体０３に形成された挿し込み部５６である突出部を差し込む。このとき同時に、電極ホルダ位置決め穴５２を恒温槽ベース６０にある電極ホルダ位置決めピン５１に入れながら、支持体に形成された支持体足部５３を恒温槽ベース６０に形成された支持体足場５４に置くことでキャピラリカートリッジ０１を取り付けられる。この支持体０３の挿し込みにより恒温槽ドア６１を閉じるときの支持体０３の片当たりによるキャピラリカートリッジ０１の浮き上がりを防止している。そして、恒温槽ドア６１を閉めることで、キャピラリカートリッジ０１は取り付け面であるヒータ６２に押し付けられ固定される。

図５Ｃのキャピラリカートリッジ０１取り付け後の詳細図の説明をする。キャピラリカートリッジ０１には切り欠きが設けられており、キャピラリカートリッジ０１を恒温槽ユニット４１に固定した際、一部ヒータ６２が露出するようになっている。図５Ｃのヒータ６２が露出している部分をヒータ露出部６５とする。また、図５Ｃから分かるように、キャピラリの検出部０６は、ヒータの切り欠き部６３に位置する。そのため、キャピラリの検出部０６はヒータ６２と接触せず、ヒータ６２に直接温められない。また、図示はしていないが、検出部０６は照射検出ユニット４２と接しているため、熱が流出し、温度が低くなりやすい。これによる、検出部０６の温度の低下は泳動性能に影響を及ぼす。そこで、本実施例では、ヒータ６２と接触する面と検出部０６と接する面の２つの接触面を有する熱伝達部６４を恒温槽ドア６１に設け、ヒータ６２の熱をキャピラリの検出部０６に伝達させることを特徴とする。この構成とすることで、熱伝達部６４を恒温槽ドア６１に取り付けることを可能とし、恒温槽ドア６１を閉じる動作で熱伝達部６４の配置も同時に行うことができる。さらに、検出部を温調することができ泳動性能を向上することができる。また、熱伝達部６１は検出部０６を押し付け、検出部０６の位置決めをする役割も担っている。

以下これを実現するための熱伝達部６４の構成について図６Ａ及び図６Ｂを用いて説明する。図６Ａに熱伝達部６４を構成する熱伝導板６６を示す。熱伝達部６４は、キャピラリの検出部０６と接触する検出部接触面６７とヒータ６２と接触するヒータ接触面６８の２つの面を別々に有する熱伝導板６６から構成される。恒温槽ドア６１を閉じたときに、検出部接触面６７はキャピラリの検出部０６と、ヒータ接触面６８はヒータ露出部６５（図５Ｃ参照）と接触するように構成されている。熱伝達部６４が検出部０６へ熱を効率的に伝えるためには、熱伝達部６４をヒータ６２及び検出部０６と面接触させる必要がある。そこで本実施例では、キャピラリの検出部０６と接触する検出部接触面６７とヒータ６２と接触するヒータ接触面６８の２つの面を熱伝導板６６に設けている。さらに、図６Ｂに示すように、ヒータ接触面６８と検出部接触面６７の恒温槽ドア６１側にばね６９が設けられており、熱伝達部６４は弾性を有する。熱伝導板６６に検出部接触面６７とヒータ接触面６８の２つの面を設け、検出部接触面６７とヒータ接触面６８と恒温槽ドア６１の間にばねを設け、接触面に弾性を持たせることで、検出部接触面６７及びヒータ接触面６８は、検出部０６及びヒータ６２に追従する。これにより、熱伝達部６４はヒータ６２及び検出部０６と面接触が可能となる。また、熱伝導板６６には、熱伝導性の高い銅などの金属が好ましい。

熱伝達部６４が１つの接触面しか有さず、検出部接触面６７とヒータ接触面６８が同一の場合、ヒータ６２や検出部０６、恒温槽ベース６０、恒温槽ドア６１などに高い寸法精度と取り付け精度が要求される。本実施例では、熱伝達部６４にヒータ接触面６８と検出部接触面６９を設け、それぞれに弾性をもたせたことで、部品の寸法や取り付けに高い精度を要求せずに熱伝達部６４をヒータ６２と検出部０６と面接触させることを実現し、熱伝達部６４を恒温槽ドア６１に設けることを可能とした。また、熱伝導板６６に弾性をもたせるために、別途ばねを使用せず、熱伝導板６６に板ばねなどの弾性を有する物を使用してもよい。また、熱伝達部６４の接触面を面接触させる方法として、弾性のあるやわらかいシート７１を熱伝導板６６に設けても良い。（図８参照）
図７に本実施例における熱伝達部６４の検出部接触面６７及びヒータ接触面６８の断面図を示す。検出部接触面６７及びヒータ接触面６８は、キャピラリの検出部０６側から、硬いシート７０、やわらかいシート７１、熱伝導板６６、高熱伝導シート７２、断熱材７３から成り、これらは接着剤や両面テープ等で固定されている。やわらかいシート７１を設けることで、検出部接触面６と検出部０６、ヒータ接触面６８とヒータ６２の傾きを吸収し、片当たりを防止することが出来る。これにより、熱伝達部６６と検出部０６及びヒータ６２との面接触を向上させることができ、熱伝導を良くすることができる。やわらかいシート７１には熱伝導性の高いシリコンゴム等が好ましい。また、本実施例では、クッション性のあるやわらかいシートに硬いシート７０を重ねることで柔らかいシートの耐久性を向上させている。硬いシートには、樹脂やシリコン、金属板等の硬くて薄いものが好ましい。本実施例では、上述した熱伝達部６４を面接触させる方法である、熱伝達部６４にばねで弾性を持たせることと、検出部接触面６７及びヒータ接触面６８にクッション性のあるやわらかいシート７１を設けることを組み合わせている。どちらか一方でも、熱伝達部６４を検出部６３やヒータ６２と面接触させることは可能である。しかし、やわらかいシート７１に使用するシリコンゴム等は熱伝導性の面で熱伝導板６６に使用する金属板には劣ってしまう。熱伝導板６６にばね６９等を用いて弾性を持たせることで、シート７１の厚さが薄くても面接触させることが可能となり、熱伝導性を向上させることが出来る。さらに、検出部接触面６７及びヒータ接触面６８にやわらかいシート７１を設けたことで、シート７１を使用しないときよりも、部品の寸法や取り付けに高い精度に影響を受けずに熱伝達部６４を面接触させること可能とした。また、熱伝導板６６に高熱伝導部材７２を貼りあわせることで、さらに熱伝導を向上させることができる。高熱伝導部材７２には、グラファイトシートのような薄いものや、シリコン等の熱伝導ペーストが好ましい。また、熱伝達部６４の恒温槽ドア６１側に断熱材７３を設けることで放熱を低下させ、効率よく検出部０６を温めることが可能となる。断熱材７３には、ポリウレタンフォームやポリエチレン等の発砲プラスチックやグラスウール等の繊維系のものがある。本実施例では、検出部接触面６７及びヒータ接触面６８に硬いシート７０とやわらかいシート７１を設けたが、どちらか一方でも、熱伝達部６４の全域に設けても良い。また、高熱伝導部材７２及び断熱材７３は本実施例では、熱伝達部６４の全域に設けたが、検出部接触面６７及びヒータ接触面６８のところなど、部分的にでも熱伝導は向上することができる。また、高熱伝導部材７２または、断熱材７３のどちらか一方でも良い。

また、本実施例検出部接触面６７（図６参照）はキャピラリの検出部０６と同等の大きさであり、検出部接触面６４は検出部０６のみと接触した状態で、ヒータ６２の熱を検出部０６に伝えている。検出部０６だけでなく照射検出ユニット４２も含めた広範囲と熱伝達部６４を接触させ、ヒータ６２の熱を伝えると、照射検出ユニット４２の熱伝達部６４に接触している側と反対側の外気に曝されている側との間に温度差があるため、ヒータ６２の熱が多く照射検出ユニット４２に伝達され、ヒータ６２の温度の均一性が低下してしまう。さらに、検出部０６のみに熱伝達部６４を接触させる構成にすると、熱伝達部６２が小型になるため熱伝導性が向上する。これにより、短時間で熱伝達部６２を温めることができ、効率的に装置の温調を行うことが可能となる。さらに、検出部０６のみを検出部接触面と接触させることで、熱伝達部６４で検出部０６の位置決めを行うことも可能とした。また、照射検出ユニット４２は金属または樹脂により形成される。照射検出ユニット４２を温調する場合、熱により、照射検出ユニット４２が変形してしまい、光学系の光軸がずれる原因となる。本実施例では、検出部０６のみに熱伝達部６４を接触させるため、光学系に影響を及ぼすことなく、効率よく熱伝導させることができる。

０１：キャピラリカートリッジ，０２：キャピラリアレイ，０３：支持体，０４：シート，０５：キャピラリ，０６：検出部，０７：キャピラリヘッド，０８：電極（陰極），０９：電極ホルダ，１０：セパレータ，１１：把手，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：陽極側洗浄層，３１：陽極側電気泳動用緩衝液層，３２：陽極側サンプル導入用緩衝液層，３３：陰極側緩衝液容器，３４：廃液層，３５：陰極側洗浄層，３６：陰極側電気泳動用緩衝液層，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：電極（陽極），５１：電極ホルダ位置決めピン，５２：電極ホルダ位置決め穴，５３：支持体足部，５４：支持体足場，５５：支持体挿し込み口，５６：挿し込み部，６０：恒温槽ベース，６１：恒温槽ドア，６２：ヒータ，６３：ヒータ切り欠き部，６４：熱伝達部，６５：ヒータ露出部，６６：熱伝導板，６７：検出部接触面，６８：ヒータ接触面，６９：ばね，７０：硬いシート，７１：やわらかいシート，７２：高熱伝導部材，７３：断熱材

Claims (5)

1. 電気泳動装置において、
   キャピラリを加熱するヒータと、
   キャピラリの温度を所定の温度に保つ恒温槽と、
   検出部を備えたキャピラリを保持するキャピラリカートリッジと、
   前記検出部で電気泳動する試料を検出する検出機構と
   前記ヒータの熱を前記検出部に伝達させる熱伝達手段とを備え、
   前記恒温槽は、本体部とドア部を有し、
   前記ヒータは前記本体部に設けられ、
   前記熱伝達手段は前記ドア部に設けられ、
   前記熱伝達手段は板ばねであり、
   前記熱伝達手段は前記ヒータとの接触面と前記検出部との接触面の２つの接触面を有し、
   前記熱伝達手段には前記検出部及び前記ヒータとの接触面に弾性体が設けられている
   ことを特徴とする電気泳動装置。
2. 請求項１において、
   前記熱伝達手段は熱を伝達させる熱伝導板と、
   熱伝導を向上させる高熱伝導部材と、
   放熱を抑える断熱材から構成される電気泳動装置。
3. 請求項１において、
   前記検出部との接触面は、前記検出部と同等の面積であることを特徴とする電気泳動装置。
4. 請求項２において、
   前記高熱伝導部材は、グラファイトであることを特徴とする電気泳動装置。
5. 請求項１において、
   前記弾性体はシリコンゴムであることを特徴とする電気泳動装置。

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