JP7045737B1 - 走査ユニット、システムおよび方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の課題は、キャピラリー内の試料の検出を簡便で高精度に行うことを可能とする走査ユニットを提供することである。【解決手段】本発明に係る走査ユニットは、キャピラリーの軸方向に移動する走査ユニットであって、光学系を有する光学系ユニットと、キャピラリーを所定位置に規制する規制部とを備える。光学系ユニットは、入射側の光を第一の光軸に沿って所定位置に伝送する、１以上の光学素子を有する第一の光学系と、所定位置から出射される出射側の光を第二の光軸に沿って伝送する、１以上の光学素子を有する第二の光学系とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、走査ユニット、システムおよび方法であって、特に、キャピラリー等電点電気泳動における試料検出に適した走査ユニット、システムおよび方法に関する。

タンパク質等の試料は、リン酸化や糖鎖付加等の翻訳後修飾によって、同一の遺伝子に由来しながら複数の分子型として存在することが多い。このような分子型の分布パターンは細胞や個体における当該タンパク質機能の調節に関わっており、また、裏を返せば細胞や個体の状態を反映していると考えられ、そのパターンから生体の状態に関する有用な情報を得ることができる。タンパク質の翻訳後修飾による分子型パターンの解析に大きな可能性を持つ方法として、分解能が高く、短時間で分離を完了するキャピラリー等電点電気泳動がある。

キャピラリー等電点電気泳動により分離された試料を検出する方法として、光検出がある。これは、キャピラリー内の試料に光を当て、その光に対する応答から試料を検出する方法である。このような試料検出方法としては、キャピラリー全体を検出する方法と、キャピラリー上の固定した一点のみにおいて検出する方法とがあり、キャピラリー全体を検出する方法としては、キャピラリー全体を走査する走査検出と、キャピラリー全体を撮影する画像検出とがある。走査検出の場合、固定された検出器に対してキャピラリーを移動させる方法と、固定されたキャピラリーに対して検出器を移動させる方法とがあるが、例えば装置の場所的制約がある場合には、キャピラリーを移動させる方法よりもキャピラリーを固定した状態で検出器を走査して検出を行う方法の方が有利である（特許文献１参照）。

特許第６４２２１３１号明細書

しかしながら、特許文献１には、キャピラリー等電点電気泳動により焦点化された試料の検出を行う走査型検出器の具体的な構成が何ら開示されていない。

本発明は、キャピラリー内の試料の検出を簡便で高精度に行うことを可能とする走査ユニットを提供することを目的とする。

１つの局面において、本発明は、キャピラリーの軸方向に移動する走査ユニットを提供する。本走査ユニットは、光学系を有する光学系ユニットと、キャピラリーを所定位置に規制する規制部とを備え、光学系ユニットは、入射側の光を第一の光軸に沿って所定位置に伝送する、１以上の光学素子を有する第一の光学系と、所定位置から出射される出射側の光を第二の光軸に沿って伝送する、１以上の光学素子を有する第二の光学系とを備えることを特徴とする。

本発明に係る走査ユニットの一態様において、第一の光学系および第二の光学系は、第一の光軸と第二の光軸とがなす角度が０度でないように配置される。

本発明に係る走査ユニットの一態様において、規制部は、走査ユニットに対するキャピラリーの径方向の動きを規制する溝または孔を備える規制プレートを備える。

本発明に係る走査ユニットの一態様において、規制部は、さらに押圧プレートを備え、押圧プレートは、溝に配置されたキャピラリーを押圧した状態で挟み込むように構成されている。

本発明に係る走査ユニットの一態様において、走査ユニットは、規制部と光学系ユニットとの相対位置を変動させる位置調節機構をさらに備える。

本発明に係る走査ユニットの一態様において、走査ユニットは、規制部と光学系ユニットとが当接する接触面を有し、位置調節機構は、接触面に沿って、規制部または光学系ユニットのいずれか一方がスライド移動するように構成されている。

本発明に係る走査ユニットの一態様において、第一の光学系が有する光学素子は、入射側集光レンズを備え、第二の光学系が有する光学素子は、出射側集光レンズを備える。

本発明に係る走査ユニットの一態様において、第二の光学系は、走査ユニットに光伝送部材を接続する光伝送部材接続部をさらに備え、出射側の光は、光伝送部材を介して光検出器に伝送される。

本発明に係る走査ユニットの一態様において、走査ユニットは、光検出器および／またはフィルタユニットをさらに備え、光検出器および／またはフィルタユニットは、第二の光学系と直接接続されるように構成されている。

本発明に係る走査ユニットの一態様において、走査ユニットは、光学系ユニットを収納する第一のハウジングと、光検出器および／またはフィルタユニットを収納する第二のハウジングとを備え、走査ユニットの走査方向における第一のハウジングの厚さは、第二のハウジングの厚さよりも小さい。

別の局面において、本発明はまた、本発明に係る走査ユニットを使用した試料検出システムを提供する。本システムは、走査領域を有するキャピラリーと、光源と、走査ユニットと、走査ユニットから出射光を受け取る光検出器とを備える。

本発明に係るシステムの一態様において、システムは、走査領域を有するキャピラリーと、光源と、走査ユニットとを備える。

本発明に係るシステムの一態様において、システムは、キャピラリーの第一の端部に接続される陽極液と、キャピラリーの第二の端部に接続される陰極液と、キャピラリー中の異なる溶液の境界部を検出する境界検出器とをさらに備える。

本発明に係るシステムの一態様において、システムは、走査領域を囲む枠体をさらに備える。

別の局面において、本発明はまた、本発明に係るシステムを用いてキャピラリー等電点電気泳動による試料を検出する方法を提供する。

本発明により、キャピラリー内の試料の検出を簡便かつ高精度に行うことを可能とする走査ユニットを得ることができる。

図１は、本発明に係る走査ユニットの第一の実施形態の斜視図である。 図２は、本発明に係る走査ユニットの第一の実施形態の水平断面図である。 図３は、本発明に係る走査ユニットの第一の実施形態の規制プレートと押圧プレートとの接触面の上面図である。 図４は、本発明に係る走査ユニットの例示的な規制プレート側接触面および押圧プレート側接触面の平面図である。 図５Ａは、本発明に係る走査ユニットのスライド移動による位置調節機構の第一例を示す水平断面図である。 図５Ｂは、本発明に係る走査ユニットのスライド移動による位置調節機構の第二例を示す斜視図である。 図５Ｃは、本発明に係る走査ユニットのスライド移動による位置調節機構の第三例を示す平面図である。 図６は、本発明に係る走査ユニットの第二の実施形態の斜視図である。 図７は、本発明に係る走査ユニットの第二の実施形態の水平断面図である。 図８は、本発明に係る走査ユニットの第二の実施形態の鉛直断面図である。 図９は、本発明に係る走査ユニットの第三の実施形態の水平断面図である。 図１０は、本発明に係る走査ユニットを用いた試料検出システムの斜視図である。 図１１は、本発明に係る走査ユニットおよびキャピラリーの走査領域を囲む枠体を備える試料検出システムの斜視図である。

以下、本発明を説明する。本明細書において使用される用語は、特に言及しない限り、当該分野で通常用いられる意味で用いられることが理解されるべきである。したがって、他に定義されない限り、本明細書中で使用される全ての専門用語および科学技術用語は、本発明の属する分野の当業者によって一般的に理解されるのと同様の意味を有する。矛盾する場合、本明細書（定義を含めて）が優先する。

本明細書において、「約」とは、後に続く数字の±１０％の範囲内をいう。

本発明は、特にキャピラリー等電点電気泳動による試料検出に有用な走査ユニット、システムおよび方法に関する。しかしながら、キャピラリー等電点電気泳動による試料検出に限定されず、他の用途にも適用可能である。本発明に係る走査ユニットは、蛍光検出、光吸収検出、屈折率検出等の多様な検出方式に適用可能である。以下に図面を用いて本発明に係る実施形態を詳細に説明する。図面全体にわたって、同様の参照番号は同様の部分を表す。

図１は、本発明に係る走査ユニット１１０の一例である走査ユニットの斜視図である。走査ユニット１１０は、光学系ユニット１１８（図２を参照）と、規制部１５０と、走査ベース１１４とを備えており、キャピラリー５は、規制部１５０によって所定の位置に規制されるように構成されている。走査ユニット１１０は、走査ユニットの外部に存在する光源（図示せず）から光伝送部材１０２を介して光学系ユニット内に入射側の光を伝送するために入射側光伝送部材接続部１４２を備えており、入射側の光を光源から入射側光伝送部材１０２を介してキャピラリー５内の試料に照射できるように構成されている。そして、走査ユニット１１０は、試料に照射された後の光を走査ユニット１１０の外部に存在する光検出器（図示せず）に伝送するための出射側光伝送部材接続部１４４をさらに備え、キャピラリー５内の試料によって応答された出射側の光を、出射側光伝送部材１０６を介して光検出器へ伝送することが出来るように構成されている。走査ユニット１１０は、走査ベース１１４に接続される駆動機構（図示せず）によってキャピラリー軸１２に沿った方向に移動できるようになっている。走査ユニット１１０のキャピラリー軸１２に沿った方向への移動を行いつつキャピラリー軸１２上の各位置において上記のような光の伝送を継続的に行うことによって、キャピラリー５内の試料を走査することが可能となる。

図２は、本発明に係る走査ユニット１１０の、図１に示されるＡ－Ａ断面図である。走査ユニット１１０は、光学系ユニット１１８と、キャピラリーを所定位置に規制する規制部１５０と、駆動機構によって移動させられる走査ベース１１４と、光源１０１からの光を走査ユニットに伝送する光伝送部材１０２が接続される入射側光伝送部材接続部１４２と、キャピラリーから出射した光を光検出器１０７に伝送する光伝送部材１０６が接続される出射側光伝送部材接続部１４４とを備える。なお、図２に示す実施形態においては、入射側光伝送部材接続部１４２および出射側光伝送部材接続部１４４を備える場合について説示したが、本発明はこれに限定されない。光源を走査ユニット１１０内に設置し直接光源からの光をキャピラリーに照射すること、および光伝送部材からの光を直接キャピラリーに照射することによって、入射側光伝送部材接続部１４２を設けないようにしてもよいし、また、光検出器を走査ユニット１１０内に設置することによって、出射側光伝送部材接続部１４４を備えないようにしてもよい。光伝送部材から直接光をキャピラリー５に照射する場合には、照射範囲を限定するために径の小さい光伝送部材を用いる必要がある。径の大きい入射側光伝送部材を用いる、または光源を走査ユニット内に設置する場合には、好ましくは、光学系ユニット１１８（第一の光学系１２０および／または第二の光学系１３０）（図２を参照）を設ける。このように、走査ユニット１１０に光学系ユニット１１８(図２を参照)とキャピラリーを所定位置に規制する規制部１５０とを備えることにより、従来の入射側光学系と出射側光学系とが別々に設けられる装置と比較して、簡単な装置構成でかつ精度よく検出することが可能である。また、従来のキャピラリーを移動させる検出器に比較しても、キャピラリーを固定し走査ユニットを走査する方が装置をコンパクトにできる効果を奏する。

光学系ユニット１１８は、入射側の光を第一の光軸１２８に沿ってキャピラリー５に伝送する第一の光学系１２０と、キャピラリー５から出射される出射側の光を第二の光軸１３８に沿って伝送する第二の光学系１３０とを備え得る。光学系ユニット１１８は、ハウジング１１２内に収容され得る。第一の光学系１２０と第二の光学系１３０とは、それぞれ別の構成であってもよいし、単一の光学系で入射側および出射側の両方の光を伝送するようにしてもよい。好ましい実施形態において、入射側の光と出射側の光との混合を防止するために、第一の光学系１２０と第二の光学系１３０とは別の構成である。

第一の光学系１２０は、１以上の光学素子を有し得る。光学素子は、例えば、レンズ、ミラー、プリズム、ビームスプリッタ、フィルタ、または波長板等を含み得る。好ましくは、第一の光学系１２０における光学素子は、光伝送部材１０２により伝送される光をキャピラリー５に照射するために、光をコリメートする入射側コリメートレンズ１２２と、光を集光する入射側集光レンズ１２４とを備え得る。入射側コリメートレンズ１２２は、例えば、平凸レンズ、両凸レンズ、またはボールレンズであり得る。そして、入射側集光レンズ１２４は、例えば、平凸レンズ、両凸レンズ、凹凸レンズ、ボールレンズ、または半球レンズであり得る。入射側集光レンズ１２４は、キャピラリー５を規制する溝１６２の位置に集光される焦点距離を有するように選択および配置され得る。

そして、第一の光軸１２８は、１以上の光学素子の中心と、その焦点とを結ぶ直線によって形成されるものである。

第二の光学系１３０は、第一の光学系１２０と同様に、１以上の光学素子を有し得る。光学素子は、例えば、レンズ、ミラー、プリズム、ビームスプリッタ、フィルタ、または波長板等を含み得る。好ましくは、第二の光学系１３０における光学素子は、出射側コリメートレンズ１３２および出射側集光レンズ１３４を備え得る。

そして、第二の光軸１３８は、１以上の光学素子の中心と、その焦点とを結ぶ直線によって形成されるものである

また、走査ユニット１１０による走査は、光を正確にコリメートせずに実施されることも可能である。そのような場合には、第一の光学系および第二の光学系はそれぞれ、入射側集光レンズ１２４および出射側集光レンズ１３４のみを備え得る。この例では、光学素子は、例えばボールレンズのみを備え、ボールレンズによって必要な集光を行うことが可能である。

第一の光学系１２０および第二の光学系１３０は、第一の光軸１２８と第二の光軸１３８とが任意の角度をなすように配置され得る。第一の光軸１２８と第二の光軸１３８とのなす角度は、走査ユニットの設計および光の検出方式等により決定され得る。例えば、蛍光検出の場合、蛍光はキャピラリー５の全周にわたって発せられるため、入射側の光が第二の光学系ユニットに進入するような約１８０度の角度を除くいずれの角度も採用され得る。１つの実施形態において、蛍光検出の場合における第一の光軸１２８と第二の光軸１３８とのなす角度は、約４５°～約１３５°、好ましくは約７５°～約１０５°、より好ましくは約９０°である。第一の光軸１２８と第二の光軸１３８とのなす角度を、約７５°～約１０５°とすることで、装置のコンパクト化を図ることが可能となる。

走査ベース１１４は、キャピラリー軸１２の方向に移動させる駆動機構（図示せず）に接続される。走査ベース１１４は、例えば、走査ユニット１１０と一体として形成され得るが、本発明はこれに限定されない。たとえば、走査ベース１１４は、走査ユニット１１０に外部から取り付けられ、走査ベースを挟んで光源および光検出器が接続されてもよいし、走査ベース１１４自体が走査ユニット１１０として機能し、走査ベース１１４中に光学系ユニット１１８が組み込まれてもよい。

規制部１５０は、キャピラリー５に光を確実に照射しかつキャピラリー５から出射する光を確実に検出するために、キャピラリー５を走査ユニット１１０内の所定位置に規制するためのものである。具体的には規制部１５０は、走査ユニット１１０に対するキャピラリー５の径方向の動きを規制するが、キャピラリー５の軸方向の動きは規制しないように構成されている。規制部１５０は、キャピラリー５の軸方向の動きは規制せず、径方向への移動を規制できれば任意の手段であり得る。規制部の機構としては、例えば、図３に示すような溝１６２を有する規制プレート１６０によってキャピラリー５の径方向の移動を規制するものであってもよいし、孔によってキャピラリー５の径方向の移動を規制するものであってもよい。溝の形状または孔の形状は任意であり得る。例えば、Ｖ溝、Ｕ溝であってもよいし、略円形孔であってもよいし、略楕円孔や略矩形孔であってもよい。しかしながら、本発明はこれに限定されない。

本実施形態では、規制部１５０は、規制プレート１６０の他に押圧プレート１７０を備え得る。規制プレート１６０は、光学系ユニット１１８に対するキャピラリー５の径方向の動きを規制する溝１６２を備える。押圧プレート１７０は、溝１６２に設置されるキャピラリー５を規制プレート１６０と共に挟み込むようにして規制プレート１６０に結合することによって、キャピラリーの径方向の位置を固定し得る。

規制プレート１６０に対する押圧プレート１７０の固定手段は任意であり得る。例えば、磁石等の磁気力、ボルトおよびナット等の締結手段、ゴム等の弾性力、またはスナップフィット構造等の接着力によって固定され得る。また、他の実施形態では、規制部１５０は、光学系ユニットに対するキャピラリーの径方向の動きを規制する孔を備える単一のプレートで形成され得る。

キャピラリーの径方向の動きを規制する溝または孔は、任意の形状、大きさおよび素材等を備え得る。図３は、図２の溝１６２近傍の拡大図である。本実施形態では、溝１６２は、Ｖ字状の断面を有する。溝１６２は、規制プレート側接触面１６４からキャピラリー５が少しはみ出すような断面形状に設計され得る。これにより、押圧プレート１７０と規制プレート１６０とが結合されたときに、押圧プレート１７０がキャピラリー５を押圧し、キャピラリー５は、溝１６２内の２点５ａおよび５ｂ、ならびに押圧プレート側接触面１７４上の１点５ｃに接触する。３点５ａ、５ｂおよび５ｃで接触することにより、キャピラリー５の径方向の動きが確実に規制される。また、溝は、押圧プレート１７０に設けられてもよいし、規制プレート１６０および押圧プレート１７０の両方に設けられてもよい。

規制部１５０によるキャピラリー５の規制は、キャピラリー５の径方向の移動は可能な限り規制するが、軸方向への移動は可能な限り滑らかになるように固定するのが好ましい。このようにすることで、走査ユニットの走査が滑らかに行えると同時にキャピラリーの光検出が精度よく行うことが可能となる。このためには、例えば、規制プレート１６０および／または押圧プレート１７０のキャピラリー５と接する部分の表面は、滑らかな平滑面を有し、さらに、フッ素樹脂、超高分子量ポリエチレン等滑性の高い材料で構成されていることが好ましい。

図４は、規制部を構成する２つのプレートの接触面について、例示的な規制プレート側接触面１６４および押圧プレート側接触面１７４の平面図である。図４（ａ）には、規制プレート側接触面１６４の平面図を示し、図４（ｂ）には、押圧プレート側接触面１７４を示している。規制プレート側接触面１６４は、その略中央に光の入射および出射のための開口部１２６を備え得る。開口部１２６は、第一の光学系１２０に連通するように構成されており、入射側の光を通過させ得るようになっている。また、開口部１２６は、第二の光学系１３０にも連通するように構成されており、出射側の光を通過させ得るようになっている。溝１６２は、開口部１２６の上側および／または下側に配置され得る。

規制プレート１６０は、光学系ユニット１１８を収容するハウジング１１２と任意の手段で固定可能に構成され得る。一つの実施形態において、規制プレート１６０は、規制プレート１６０とハウジング１１２とを連結する規制プレート固定具１８２を通過させるための固定具通し孔１８４を備え得る。好ましくは、固定具通し孔１８４は図４に示す様にキャピラリー軸１２に直交する方向が長手方向となる略矩形状である。そして、押圧プレート１７０は、規制プレート固定具１８２を締めるためのレンチを通す孔１７５を備え得る。さらに、規制プレート１６０は、規制プレート１６０と押圧プレート１７０とを結合するための結合部１６６を備え、押圧プレート１７０も、これに対応する結合部１７６を備え得る。結合部１６６および１７６は、２つのプレートの接触面を密着させて結合させるための任意の構成であり、例えば、磁石等の磁気力、ボルトおよびナット等の締結手段、スナップフィット構造等の接着力であり得る。１つの実施形態において、締結手段はマグネットであって、結合部１７６は孔を有し、マグネットがはめ込まれている。そして、結合部１６６は、マグネット受け用ピンを通すための孔である。好ましくは、結合部１６６は図８に示す様にキャピラリーの軸に直交する方向が長手方向となる略矩形状である。固定具通し孔１８４および結合部１６６を図４に示すようなキャピラリーの軸に直交する方向が長手方向となる略矩形状とすることにより、後述する位置調節機構における規制部１５０と光学系ユニット１１８との相対位置の変更に対して柔軟に対応することが可能となる。なお、図４においては、押圧プレート側接触面１７４は、規制プレート側接触面１６４と同様の面積を有するように描写されるが、押圧プレート側接触面１７４は、少なくとも溝１６２を覆う大きさを有していればよい。

走査ユニット１１０はさらに、規制部１５０と光学系ユニット１１８との相対位置を変動させる位置調節機構を備え得る。規制部１５０と光学系ユニット１１８との相対位置を変動させる機構は、任意の機構であり得る。例えば、光学系ユニット１１８を収納するハウジング１１２の表面と接触する規制部１５０の規制プレート１６０の表面との間で相対的に両者の位置をスライド移動させる機構であってもよいし、規制部１５０と光学系ユニット１１８との結合面において結合位置を変更できるように複数の結合位置を設ける機構であってもよい。

走査ユニット１１０における位置調節機構は、図５Ａに示す様に、規制部１５０と光学系ユニット１１８とが当接する接触面１５５に沿って、規制部１５０または光学系ユニット１１８のいずれか一方が相対的にスライド移動するように構成され得る。なお、図５Ａは、図２に示される規制部１５０周辺部の拡大図である。本実施形態では、位置調節機構は、規制プレート１６０に取り付けられる位置調節具１８０と、位置調節具１８０とハウジング１１２とを連結する連結部材１８６と、規制プレート固定具１８２と、固定具通し孔１８４と、連結部材固定具１８８とによって構成され得る。規制プレート固定具１８２は、規制プレート１６０内に設けられた調節孔１８４を通って規制プレート１６０とハウジング１１２とを連結し得る。位置調節具１８０は、規制プレート１６０の対向する側面１６７および１６８から、締結部材１８６を介して規制プレート１６０の内側に向かって延在し得る。連結部材１８６は、２つの孔を備え、そのうち一方を位置調節具１８０が通過し、もう一方を連結部材固定具１８８が通過し、連結部材固定具１８８によって連結部材１８６がハウジング１１２に固定され得る。固定具通し孔１８４のＸ_１?Ｘ_２方向の径は、規制プレート固定具１８２の径よりも大きく設定されており、固定具通し孔１８４のキャピラリーの軸方向の径は、規制プレート固定具１８２の径より僅かに大きく設定されている。さらに、規制プレート１６０の幅は、ハウジング１１２の幅よりも小さく設定されているため、位置調節具１８０を駆動することによって規制プレート１６０がＸ_１方向またはＸ_２方向に移動される。このような機構により、微量の位置調節が可能であり、かつ、位置調節具１８０を駆動するだけで、光軸に対して簡便に位置調節ができる。

スライド移動による位置調節機構の他の例は、例えば、アリ溝とストッパとを備える機構、またはレールとストッパとを備える機構等を含む。図５Ｂは、走査ユニットのスライド移動による位置調節機構の第二例である、アリ溝によるスライド式位置調節機構を備える走査ユニットを示す。走査ユニットは、ハウジング５１２と規制部５５０との接触面にアリ溝５８０を備える。アリ溝５８０に沿って規制部５５０がハウジング５１２に対してスライド移動することによって、規制部５５０と光学系ユニットとの相対位置が変動する。相対位置を決定する際には、規制部５５０の上下面に設けられたストッパ５８２を締め、上下からアリ溝に接触させることで、スライド移動を停止させることが可能である。

また、図５Ｃは、走査ユニットのスライド移動による位置調節機構の第三例である、レールによるスライド式位置調節機構を備える走査ユニットの、光学系ユニットハウジング５１２’の規制部５５０’との接触面５９０（ａ）、および規制部５５０’のハウジング５１２’との接触面５９２（ｂ）を示す。接触面５９０は、開口部１２６の外側に、２つの窪んだレール５８４を備える。そして、接触面５９２には２つの突起部５８５と、突起部の周縁に取り付けられたストッパ５８６とを備える。ストッパ５８６は、接触面５９２の上下に２つずつ設けられたボタン５８８を接触面５９２の内側へ押圧することにより、突起部５８５内に引っ込むように構成される。ストッパ５８６が引っ込んだ状態で突起部５８５をレール５８４に嵌入し、レール５８４に沿って規制部５５０’をスライド移動させることにより、規制部５５０’と光学系ユニットとの相対位置が変動する。相対位置を決定する際には、ボタン５８８の押圧を解放することで、レール５８４の壁面とストッパ５８６が接触し、レール５８４に対する突起部５８５の移動を停止させることが可能である。他のスライド機構も適用可能である。

図２に示す様に、走査ユニット１１０は、光源１０１から光伝送部材１０２を介して光を受け取る。光伝送部材１０２は、走査ユニット１１０の入射側光伝送部材接続部１４２に接続される。光源１０１は、例えば、レーザ、発光ダイオード、またはランプ等であり得る。光伝送部材１０２は、例えば光ファイバであり得、約５０～約４００μｍのコア径の光ファイバ、例えば約５０μｍ、約１００μｍ、約２００μｍ、または約４００μｍのコア径の光ファイバであり得る。入射側光伝送部材接続部１４２は、第一の光学系ユニット１２０に連通し得る。第一の光学系ユニット１２０に入射した光は、その中の光学素子を介してキャピラリー５に照射し得る。照射に応答してキャピラリー５から出射した光は、第二の光学系ユニット１３０に進入し得る。そして、第二の光学系ユニット１３０に連通している出射側光伝送部材接続部１４４から光が出射し、光伝送部材１０６を介して光検出器１０７へ光が伝送され得る。光伝送部材１０６は、例えば光ファイバであり得、好ましくは、光伝送部材１０６としての光ファイバは、そのコア径が入射側の光伝送部材１０２としての光ファイバのコア径よりも大きい。このようにすることで、出射側の光軸１３８とキャピラリー規制位置との若干のずれによる光の伝送への支障を防止することが可能となる。出射側の光ファイバは、約４００～約１０００μｍのコア径の光ファイバ、例えば約６００μｍのコア径の光ファイバを用いることが好ましい。光の検出方式としては、例えば、蛍光検出、屈折率検出、光散乱検出、またはＵＶ吸収検出等であり得、好ましくは、検出の感度の高い蛍光検出であり得る。光検出器１０７は、例えば、光電子増倍管、フォトダイオード、アバランシェフォトダイオード、またはマルチピクセル光検出器等であり得る。

本発明に係る走査ユニットの第二の実施形態として、図６に走査ユニット６１０を示す。走査ユニット６１０は、図１に示す走査ユニット１１０のような入射側光伝送部材接続部１４２および出射側光伝送部材接続部１４４を備えておらず、光伝送部材を介さずに直接光源および光検出器に接続されている。走査ユニット６１０は、ハウジングを備え、光学系ユニット、光源、および光検出器をハウジング内に収容し得る。例えば、走査ユニット６１０は、第一のハウジング６１２、第二のハウジング６１４および第三のハウジング６１６を備え、第一のハウジング６１２は、光学系ユニットを収容し、第二のハウジング６１４は、光源を収容し、第三のハウジング６１６は、光検出器を収容し得る。このように、光学系ユニット、光源、および光検出器が別個のハウジング内に収容され得ることで、用途および光の検出方法に応じて適切な光学系ユニット、光源、および光検出器を選択して、走査ユニット６１０をカスタマイズすることが可能である。別の例では、単一のハウジングが、光学系ユニット、光源、および光検出器を収容し得る。さらに別の例では、走査ユニットは、第一のハウジングが、光学系ユニットを収容し、第二のハウジングが、光源および光検出器を収容し得る。

図７は、走査ユニット６１０の図６に示されるＢ－Ｂ断面図である。走査ユニット６１０は、第二のハウジング内に光源６０２を備え、第三のハウジング内に光検出器６０７を備える。光源６０２は、第一の光軸６２８に沿って、第一の光学系６２０に接続されるように配置され、光検出器６０７は、第二の光軸６３８に沿って、第二の光学系６３０に接続されるように配置される。また、キャピラリー５に照射する光、および検出する光を選別するために、光源６０２と第一の光学系６２０との間に入射側フィルタユニット６９２が配置され、光検出器６０７と第二の光学系６３０との間に出射側フィルタユニット６９４が配置されることが好ましい。入射側フィルタユニット６９２および出射側フィルタユニット６９４はそれぞれ、１または複数の光学フィルタを備え得る。光学フィルタは、例えば、バンドパスフィルタ、ロングパスフィルタ、ショートパスフィルタ、コールドミラー、ホットミラー、ノッチフィルタ、色ガラスフィルタ、ダイクロイックフィルタ、またはＮＤフィルタ等を含み得る。入射側フィルタユニット６９２は、光源６０２とともに第二のハウジング６１４内に収容され、出射側フィルタユニット６９４は、光検出器とともに第三のハウジング６１６内に収容され得る。フィルタユニット６９２および６９４は、光学系ユニットとともに第一のハウジング内に収容されてもよい。

図８は、走査ユニット６１０の図６に示されるＣ－Ｃ断面図である。第一のハウジング６１２は、第二の光学系ユニット６３０を収容し、第三のハウジング６１６は、フィルタユニット６９４および光検出器６０７を収容している。第二の光学系ユニット６３０の両端および第一のハウジング６１２の両端は開口しており、キャピラリー５から発せられる光は、第二の光学系ユニット６３０を通過する。そして、光は、第三のハウジング６１６の一端の開口部から第三のハウジング６１６内に進入する。光は、出射側フィルタユニット６９４を通過して、光検出器６０７に至る。入射側の断面も同様の構成を備え得る。このように第二の光学系ユニット６３０から出射した光を、光伝送部材を介さず光検出器６０７に伝送することにより、光伝送部材を通す際に生じる光の減衰を最小限に抑えることが可能となる。また、感光領域の大きい光検出器に直接接続することにより、光伝送部材の端面に光を導入する場合に比べ、光学系の設計、組み立て、並びに光軸調整に必要な精度を減弱できる。

また、本実施形態に示すように、出射側の光が光伝送部材を介さず直接光検出器に伝送される場合においては、第二の光学系６３０は、光を小さく絞る必要が無い。したがって、そのような場合には集光レンズ６３４（例えば、半球レンズ、ボールレンズ）のみを備える構成であってもよい。

また、図６に示す様に、好ましくは、光学系ユニット６１８（図７を参照)を収容する第一のハウジング６１２は、厚み等サイズの大きい光検出器を収容する第三のハウジング６１６とは別体で構成され得る。このようにすることで、キャピラリー軸方向１２における走査ユニット６１０（光学系ユニット６１８を収容する第一のハウジング６１２）の厚みを薄くすることができ、その結果、走査領域を広げることが可能となるという効果を奏する。キャビラリー軸方向１２において、走査ユニット６１０は、その全体にわたって、第三のハウジングよりも薄く構成され得る。なお、走査ユニットの一部のみが薄く構成される場合には、本件発明における走査領域が広がることによる高精度の検出を行う目的達成のために、走査ユニット（第一のハウジング６１２および／または規制部６５０（図７を参照））のうち、少なくともキャピラリーと接触する領域における厚みは、第三のハウジングの厚みよりも薄く構成されることが求められる。走査ユニット６１０（第一のハウジング６１２）の走査方向６０６（図８を参照）における厚みは、好ましくは、第三のハウジングの厚みの約７０％以下である。また、走査ユニット６１０（第一のハウジング６１２）の厚みは、好ましくは、約１ｃｍ以下である。図７に示す実施形態において、光源６０２を収容する第二のハウジング６１４を第一のハウジング６１２と別体としているが、第一のハウジングの厚みが同じで設定できる範囲内で、第一のハウジング６１２と第二のハウジング６１４とを一体化してもよい。

第一の実施形態では、入射側光伝送部材接続部および出射側光伝送部材接続部を備える実施形態が説明され、第二の実施形態では、光源および光検出器が光学系ユニットに直接接続される実施形態が説明されたが、走査ユニットの入射側および出射側のうちのいずれか一方のみが光伝送部材接続部を備え、もう一方が光源または光検出器に直接接続されてもよい。これらの構成は、場所的制約、使用される光源および光検出器の種類および大きさ、実験対象等の要因により決定され得る。

本発明に係る走査ユニットの第三の実施形態として、図９に走査ユニット９１０の水平断面図を示す。走査ユニット９１０は、走査ユニット６１０と同様に、第一のハウジング９１２と、第二のハウジング９１４と、第三のハウジング９１６とを備え、それぞれに光学系ユニット９１８、光源９０２、光検出器９０７が収容される。

走査ユニット９１０における光学系ユニット９１８は、入射側と出射側ともに光軸９２８に沿って光を伝送する。光学系ユニット９１８は、ミラー９２２と、集光レンズ９２４とを含み得る。光源９０２からの光は、フィルタユニット９９２を通って光学系ユニット９１８内に進入する。入射側の光は、ミラー９２２によって図中下向きに光軸９２８に沿って反射され得る。反射された光は、集光レンズ９２４によって集光され、溝９６２に設置されたキャピラリーに照射される。キャピラリーから出射した光は、再び集光レンズ９２４を通り、光軸９２８に沿って伝送され、ミラー９２２に至る。ミラー９２２は、入射側の光を含む波長の光を反射し、出射側の光を含む波長の光を透過するミラーまたはフィルタであり、例えば、ダイクロイックミラーまたはダイクロイックフィルタ等であり得る。出射側の光は、ミラー９２２およびフィルタユニット９９４を通過して、光検出器９０７に至る。このような光学ユニット９１８を用いることで、入射側と出射側とで光軸が一致する場合であっても、入射側の光が光検出器によって検出されることを防ぐことが可能である。なお、図９に示す実施形態においては、光学系ユニット９１８は、光軸９２８が規制プレート９６０に対して略直交するように配置されるが本発明はこれに限定されない。光軸９２８は、キャピラリーの軸には略直交である必要があるが、規制プレート９６０に対しては必ずしも略直交である必要はない。

次に、本発明に係る走査ユニットを用いた試料検出システムを説明する。図１０は、走査ユニット１１０を用いた試料検出システム１０００を示す。システム１０００は、キャピラリー１００５と、光源１００２と、走査ユニット１１０と、蛍光検出器１００７と、陽極液１０１５と、陰極液１０１６と、電源１０１７と、境界検出器１０１１と、走査ユニット駆動機構１０４０とを備え得る。

キャピラリー１００５は、溶融シリカ、ホウケイ酸ガラス、フッ素ドープシリカガラス、ボロシリケートクラウンガラス（ＢＫ７）、レアアース含有ガラス等の任意の材料で作製され得るが、耐食性に優れ、電気伝導率が低く、非常に透明であるという観点から、溶融シリカ製キャピラリーであることが好ましい。キャピラリー１００５は、任意の内径を有し得るが、高電圧の印加に伴うジュール熱を十分放熱するように、好ましくは、約１～約５００μｍであり、最も好ましくは、約１０～約１００μｍであり得る。キャピラリー１００５は、その全長のうちの一部に走査領域１００６を有する。キャピラリー１００５が例えば溶融シリカキャピラリーである場合、透明な表面を曝露させて走査を促進するために、走査領域１００６におけるキャピラリー５の表面のコーティング（ポリイミドコーティング等）が除去され得る。走査ユニットを直線的に走査させるために、走査領域１００６は、キャピラリー１００５の直線部であることが好ましい。さらに、走査領域１００６がキャピラリー１００５の陽極側の直線部であると、キャピラリー１００５の陰極側の直線部をアルカリ性の陰極液で満たすこととなり、キャピラリー１００５の内壁のコーティングの劣化が早まるため、走査領域１００６は、陰極側の直線部であることが好ましい。システム１０００において、キャピラリー１００５は、鉛直方向もしくは水平方向に配置され得、キャピラリーの形状は、一直線型もしくは逆Ｕ字型等の任意の形状が可能である。もっとも、キャピラリーの全長を自由に選択できる点、および電極槽の開口部を上向きに配置することで多量の電極液を用いることができる点等から、キャピラリー１００５は、鉛直方向に逆Ｕ字型で配置されることが好ましい。

キャピラリー等電点電気泳動による試料の焦点化を行うために、キャピラリー１００５の第一の端部１００５ａが陽極液１０１５に接続され、第二の端部１００５ｂが陰極液１０１６に接続され得る。そして、キャピラリー１００５が試料および両性担体を含む分離液で充填される。この際、キャピラリー１００５の走査領域１００６のみにｐＨ勾配を形成するために、陽極液１０１６を走査領域１００６の上端まで注入することが好ましい。キャピラリー１００５内への陽極液の充填後、陽極液１０１５および陰極液１０１６は、電源１０１７に接続され、両電極液間に電圧が生じる。これによって、走査領域１００６にｐＨ勾配が生成されてキャピラリー等電点電気泳動が行われ、分離液中の試料が焦点化される。電源１０１７は、電気泳動によりキャピラリー内の温度が上昇し過ぎないように、電流を一定の範囲に保つように電圧を印加することが好ましく、例えば、電流は、１０～１５μＡ以下であることが望ましい。また、キャピラリー内の温度上昇を防止するために、システム１０００は、キャピラリー１００５の周りに空気の流れを生成する冷却装置（図示せず）を設置し得る。冷却空気の温度は、好ましくは約１０～約３０度であることが好ましい。

境界検出器１０１１は、陽極液注入時に陽極液と分離液の境界位置を検出するために用いられ得る。境界検出器１０１１は、非接触もしくは接触型の電気伝導度検出器、屈折率検出器、吸光度検出器、蛍光検出器、または光散乱検出器等であり得、好ましくは、キャピラリー１００５の材料や形状への制約を設けずに適用可能であることから、非接触型の電気伝導度検出器であり得る。また、本システム１０００は、境界検出器１０１１に加えてさらに他の境界検出器を備えてもよい。複数の境界検出器を備えることにより、液の注入過程における流量の変化を知ることができ、注入液の粒子状物質の混入等の問題の発生を検知することが可能である。

走査ユニット１１０は、前述したように、キャピラリー１００５を挟み込んで摺動する。走査ユニット１１０は、光伝送部材を介して光源１００２および光検出器１００７に接続される。システム１０００はまた、走査ユニット駆動機構１０４０を備え得る。走査ユニット駆動機構１０４０は、ねじ駆動、コンベヤ駆動、シリンダ駆動、ワイヤ駆動等の、走査ユニット１１０がキャピラリー１００５の軸方向に移動するように駆動する任意の駆動機構であり得る。図１０に示す走査ユニット駆動機構１０４０の例は、駆動軸１０４４と、２つのガイドレール１０４６と、モータとを備える。駆動軸１０４４および２つのガイドレール１０４６は、走査ユニット１１０の走査ベース１１４を通って鉛直方向に延在し得る。駆動軸１０４４は、例えばボールねじであり得、モータにより生み出される回転運動を、直線運動に変換し得る。２つのガイドレール１０４６は、固定的に配置され、走査ユニット１１０の水平移動や回転運動を防止し得る。このような走査ユニット駆動機構１０４０により、走査ユニット１１０は、キャピラリー１００５に沿って安定的かつ規則的に摺動することが可能となる。

図１１は、キャピラリーの走査領域１００６を囲む枠体１１５０をさらに備えるシステム１１００を示す。キャピラリーの走査領域１００６は、表面のコーティングが剥離され得るため、非常に脆弱である。枠体１１５０は、キャピラリーの走査領域１００６を囲うように構成され、キャピラリー１００５の装置への設置段階における破壊の危険性を低下させるとともに、キャピラリー１００５を走査ユニット１１０の動きに対して固定する手段を提供する。このような実施形態では、走査ユニット１１０は、枠体１１５０内に配置され、枠体１１５０内でキャピラリー１００５の軸方向に摺動し得る。

システム１０００および１１００は、上記で説明され図１０および図１１に示された全ての構成要素を備える必要はない。例えば、予めキャピラリー等電点電気泳動を行い、キャピラリー中の試料が既に焦点化されている場合、試料検出システムは、キャピラリーを走査して光を検出するためにのみ用いられ得る。このような場合には、システムは、陰極液および陽極液を備える必要はない。さらに、キャピラリー中の２種以上の試料の境界位置が既知である場合、境界検出器を備える必要はない。

図１０および図１１を参照して説明されたシステムにおいては、走査ユニット１１０を用いる場合が説明されたが、同様のシステムにおいては、他の走査ユニットも使用可能である。例えば、第二の実施形態で説明されたような光源および光検出器が光学系ユニットに直接接続される構成を備える走査ユニット６１０、および入射側または出射側のうちの一方が光伝送部材接続部を備え、もう一方に光源または光検出器が直接接続される構成を備える走査ユニット等が使用され得る。

上記システムを用いたキャピラリー等電点電気泳動によって試料を検出する方法についても、本開示に含まれることに留意されたい。

以上のように、本発明の好ましい実施形態を用いて本発明を例示してきたが、本発明は、この実施形態に限定して解釈されるべきものではない。本発明は、特許請求の範囲によってのみその範囲が解釈されるべきであることが理解される。当業者は、本発明の具体的な好ましい実施形態の記載から、本発明の記載および技術常識に基づいて等価な範囲を実施することができることが理解される。本明細書において引用した文献は、その内容自体が具体的に本明細書に記載されているのと同様にその内容が本明細書に対する参考として援用されるべきであることが理解される。

本発明は、キャピラリー内の試料の検出を簡便で高精度に行うことを可能とする走査ユニットを提供することができるものとして有用である。

５ キャピラリー
１２ キャピラリー軸
１０１ 光源
１０２ 入射側光伝送部材
１０６ 出射側光伝送部材
１０７ 光検出器
１１０ 走査ユニット
１１２ ハウジング
１１４ 走査ベース
１１８ 光学系ユニット
１２０ 第一の光学系
１２２ 入射側コリメートレンズ
１２４ 入射側集光レンズ
１２６ 開口部
１２８ 第一の光軸
１３０ 第二の光学系
１３２ 出射側コリメートレンズ
１３４ 出射側集光レンズ
１３８ 第二の光軸
１４２ 入射側光伝送部材接続部
１４４ 出射側光伝送部材接続部
１５０ 規制部
１６０ 規制プレート
１７０ 押圧プレート

Claims (13)

1. キャピラリーの軸方向に移動する走査ユニットであって、
   前記走査ユニットは、
   光学系を有する光学系ユニットと、
   前記光学系ユニットとは別体であって、前記キャピラリーを所定位置に規制する規制部と
   を備え、
   前記光学系ユニットは、
   入射側の光を第一の光軸に沿って前記所定位置に伝送する、１以上の光学素子を有する第一の光学系と、
   前記所定位置から出射される出射側の光を第二の光軸に沿って伝送する、１以上の光学素子を有する第二の光学系と
   を備え、
   前記規制部は、
   前記光学系ユニットに対する前記キャピラリーの径方向の動きを規制する溝を有するとともに前記光学系ユニットと当接する接触面を有する規制プレートと、
   前記溝に配置された前記キャピラリーを押圧した状態で挟み込むように構成されている押圧プレートと
   を備え、
   前記第一の光学系および前記第二の光学系は、前記第一の光軸と前記第二の光軸とがなす角度が１８０度でないように配置される、走査ユニット。
2. 前記規制部と前記光学系ユニットとの相対位置を変動させる位置調節機構をさらに備え、前記位置調節機構は、前記規制プレートの前記接触面に沿って、前記規制部を前記光学系ユニットに対して前記キャピラリーの径方向にスライド移動させるように構成されている、請求項１に記載の走査ユニット。
3. 前記走査ユニットは、前記キャピラリーの軸方向に沿って鉛直方向に移動するように構成され、
   前記位置調節機構は、位置調節具を含み、位置調節具は、前記規制部の側面上に設けられている、請求項２に記載の走査ユニット。
4. 前記第一の光学系が有する前記光学素子は、入射側集光レンズを備え、
   前記第二の光学系が有する前記光学素子は、出射側集光レンズを備える、請求項１～３に記載の走査ユニット。
5. 前記第一の光学系は、前記走査ユニットに光伝送部材を接続する光伝送部材接続部をさらに備え、前記入射側の光は、光源から前記光伝送部材を介して伝送される、請求項１～４のいずれか一項に記載の走査ユニット。
6. 前記第二の光学系は、前記走査ユニットに光伝送部材を接続する光伝送部材接続部をさらに備え、前記出射側の光は、前記光伝送部材を介して光検出器に伝送される、請求項１～５のいずれか一項に記載の走査ユニット。
7. 光検出器および／またはフィルタユニットをさらに備え、前記光検出器および／またはフィルタユニットは、前記第二の光学系と直接接続されるように構成されている、請求項１～５のいずれか一項に記載の走査ユニット。
8. 前記光学系を収納する第一のハウジングと、前記光検出器および／またはフィルタユニットを収納する第二のハウジングとを備え、
   走査ユニットの走査方向における前記第一のハウジングの厚さは、前記第二のハウジングの厚さよりも小さい、請求項７に記載の走査ユニット。
9. 光検出システムであって、前記システムは、
   走査領域を有するキャピラリーと、
   請求項５または６に記載の走査ユニットと、
   光源と、
   前記走査ユニットから出射光を受け取る光検出器と
   を備える、システム。
10. 光検出システムであって、前記システムは、
    走査領域を有するキャピラリーと、
    光源と、
    請求項７または８に記載の走査ユニットと
    を備える、システム。
11. 前記キャピラリーの第一の端部に接続される陽極液と、
    前記キャピラリーの第二の端部に接続される陰極液と、
    前記キャピラリー中の異なる溶液の境界部を検出する境界検出器と
    をさらに備える、請求項９または１０に記載のシステム。
12. 前記走査領域を囲む枠体をさらに備える、請求項９～１１のいずれか一項に記載のシステム。
13. 請求項９～１２のいずれか一項に記載のシステムを用いてキャピラリー等電点電気泳動による試料を検出する方法。
    

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