JPH11108891A

JPH11108891A - 電気泳動装置

Info

Publication number: JPH11108891A
Application number: JP9287717A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Fujita; 健藤田
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 1997-10-03
Filing date: 1997-10-03
Publication date: 1999-04-23

Abstract

(57)【要約】【課題】キャピラリー電気泳動装置での測光の正確さ
を向上させる。【解決手段】線状スリットからの平行光グレーティン
グにより分光されたスペクトル像は長波長側に凹の放物
線形状になっており、その放物線は、ｙ’²＝（２ｄｆ₂ｃｏｓβ／ｍλ）ｘ（１）で表される。ｄはグレーティングの溝幅、ｆ₂はカメラ
レンズの焦点距離、βは回折角、ｍは次数、λは波長を
表す。像中心での曲率半径ρは、式(1)より、 ρ＝（２ｄｆ₂／ｍλ）ｃｏｓβ （２）となる。同実施例のガラス板２８が設置される電気泳動
装置の光学系の構成や測定に用いる波長に基づいて、
（１）式及び（２）式によりスペクトル像のわん曲形状
を導き出し、そのわん曲形状に合わせて分離流路２６を
形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、極微量のタンパク
質や核酸などを高速、かつ高分解能に分析する電気泳動
装置に関し、更に詳しくは、透明板状部材に形成された
分離流路に泳動液を満たし、その一端側に試料を注入
し、その分離流路の両端間に泳動電圧を印加して試料を
分離流路で電気泳動させるキャピラリー電気泳動装置に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】極微量のタンパク質や核酸などを分析す
る場合には、従来から電気泳動装置が用いられており、
その代表的なものとしてキャピラリー電気泳動装置があ
る。キャピラリー電気泳動装置は、内径が１００μｍ以
下のガラスキャピラリー内に泳動バッファを充填し、一
端側に試料を導入した後、両端間に高電圧を印加して分
析対象物をキャピラリー内で展開させるものである。キ
ャピラリー内は容積に対して表面積が大きい、すなわち
冷却効率が高いことから、高電圧の印加が可能となり、
ＤＮＡなどの極微量試料を高速かつ高分解能にて分析す
ることができる。

【０００３】キャピラリーはその外形が数１０μｍ〜１
００μｍ程度と細く破損しやすいため、ユーザーが行な
うべきキャピラリー交換時の取扱いが容易でない問題を
有する。そのため、D. J. Harrison et al./ Anal. Chi
m. Acta 283 (1993) 361-366に示されているように、２
枚の基板を接合して形成されたプレート状のキャピラリ
ー部材が提案されている。そのプレート状キャピラリー
部材を用いたキャピラリー電気泳動装置の概略構成図を
図１に示す。

【０００４】直線状の分離流路２が形成されたガラス板
４が試料分離部として備えられている。ガラス板４の一
方の面側には、光源部として、レーザなどの光源６が備
えられており、光源６からの光を分離流路２の一部分に
集光する集光レンズ８が備えられている。ガラス板４の
他方の面側には、検出部として、分離流路２を透過した
光を検出するフォトダイオード１０が備えられている。
次に動作について説明する。泳動液を充填した分離流路
２の一端側に試料を注入し、分離流路２の両端に電圧を
印加する。試料を分離流路２で泳動させながら分離し、
光源６からの光が集光されている位置で、吸光や蛍光を
フォトダイオード１０によって検出することにより分離
成分を検出するこのように、この従来例では分離流路２
の一部分だけの吸光や蛍光の時間変化（クロマトグラ
ム）を測定している。しかし、このようなプレート状キ
ャピラリー部材は、分離流路内での光の光路長が短いた
めに検出感度の低さが問題となっている。

【０００５】そこで、試料中の目的成分が分離を完了し
た段階で電圧の印加を停止し、分離流路全体に光を当
て、リニアイメージセンサなどを用いて吸光又は蛍光を
繰り返し測定し、その測定値を分離流路の各位値ごとに
積算することにより、検出感度を高める装置が提案され
ている。そのようなキャピラリー電気泳動装置の概略構
成図を図２に示す。

【０００６】試料分離部として、直線状の分離流路２が
形成されたガラス板４が備えられている。ガラス板４の
一方の面側には、光源部として、レーザなどの光源６が
備えられており、光源６からの光を分離流路２の所定の
範囲に集光する平行集光レンズ１２が備えられている。
ガラス板４の他方の面側には、検出部として、所定の範
囲の分離流路２を透過した光を各位値で検出するフォト
ダイオードアレイ１４が備えられている。次に動作につ
いて説明する。泳動液を充填した分離流路２の一端側に
試料を注入し、分離流路２の両端に電圧を印加する。目
的成分の分離完了後、電圧の印加を停止し、所定の範囲
に光を照射する。フォトダイオードアレイ１４により分
離流路２の各位値での吸光又は蛍光を測定し、その測定
値を積算することにより高感度の検出をなす。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ここで、目的成分の吸
光又は蛍光を測定するためには、分離流路に照射する光
は特定波長の光、すなわち単色光である必要がある。さ
らに、図２に示したような分離流路の所定の範囲に単色
光を照射する測定方法では、測定範囲の分離流路上で波
長分布がないことが必要である。図３（Ａ）に、分光手
段としてグレーティングを用いて平行な単色光を結像す
る光学系の一例を示す。図示しない光源からの光を入射
する線状スリットである入口スリット１６が備えられて
おり、その光路の先には、入口スリット１６からの光を
平行光にするコリメータレンズ１８、その平行光を分光
するグレーティング２０、その分光された特定波長光を
分離流路に結像するコリメータレンズ２２が備えられて
いる。２４はコリメータレンズ２２により分離流路上に
結像された特定波長の像を表している。

【０００８】入口スリット１６から光を入射し、その光
をコリメータレンズ１８により平行光にし、その平行光
をグレーティング２０により分光する。グレーティング
２０を回転させることにより所望の特定波長をコリメー
タレンズ２２を経て分離流路に像２４を結像する。この
ような光学系では、理論的に無収差系としても、線状の
入口スリットの同一波長光の像は記号２４で示されるよ
うにわん曲する。このわん曲は分光手段にグレーティン
グを用いた場合、分離流路上に結像する像は長波長側に
凹の放物線形状になる。

【０００９】図３（Ｂ）に、このような光学系を図２に
示したような電気泳動装置に適用した場合にガラス基板
上に結像される像の波長分布を示す。例えば分離流路２
上に２５０ｎｍの平行光を照射する場合、ガラス板４上
に結像される像は、分光光学系での収差による像の曲が
り、及びグレーティングを使用することに起因するスペ
クトル線の曲がりによって、わん曲が生じている。その
わん曲の影響により、分離流路２の両端部には２４９ｎ
ｍの光が照射され、分離流路の中央に向かって２５０ｎ
ｍ、２５１ｎｍの光が照射されている。

【００１０】図１に示すようなキャピラリー電気泳動装
置においてはガラス板４上の分離流路２の１点のみに光
を集光すればよいので分離流路２に特定波長の平行光を
照射する必要なかったが、図２に示すような分離流路２
の所定の範囲で測定を行なうキャピラリー電気泳動装置
においては分離流路２上に均一波長の平行光を照射する
必要がある。ゆえに、このように分離流路２上に照射さ
れる光に波長分布が生じると、分離流路２の各位値で照
射される光の波長が異なるので正確な測定を行なうこと
ができないという問題が生じる。

【００１１】そこで本発明は、分離流路の所定の範囲で
測定を行なうキャピラリー電気泳動装置での測光の正確
さを向上させることができるプレート状キャピラリー部
材を提供することを目的とするものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明による電気泳動部
材は、光源からの光を分光する分光手段と、その分光さ
れた光を電気泳動部材の分離流路に結像する結像手段
と、分離流路からの光を検出する一次元検出素子とを備
えた電気泳動装置において、電気泳動部材の分離流路
は、分光手段により分光され、結像手段によりその分離
流路上に結像される同一波長光の像のわん曲の具合に合
わせて、わん曲して形成されているものである。

【００１３】電気泳動部材の分離流路に結像される像の
曲がり具合は、電気泳動装置の光学系の構成や測定に用
いる波長により決定されるので、その形状に合わせて電
気泳動部材の分離流路をわん曲して形成する。これによ
り、分離流路の所定の範囲に特定波長光を照射してその
範囲で目的成分の吸光又は蛍光を測定する電気泳動装置
において、分離流路上に同じ波長光のみが照射され、分
離流路での波長分布は解消されて一様となる。

【００１４】

【実施例】図４に、一実施例の上面図を示す。プレート
状キャピラリー部材の本体であるガラス板２６にわん曲
した分離流路２８が形成されている。分離流路２８のわ
ん曲形状は、ガラス板２６が設置される電気泳動装置の
光学系の構成や測定に用いる波長により決定されるガラ
ス板２６上に照射されるスペクトル像に合わせて形成さ
れている。

【００１５】図５に、線状スリットからの平行光がグレ
ーティングにより分光されｘｙ’平面に結像されたとき
のスペクトル線の形状を示す。横軸ｘは、スリットの中
央を通り、かつグレーティングの溝に垂直な断面、すな
わち主断面方向での像点のずれを表し、大きくなる方向
は長波長側、小さくなる方向は短波長を表す。縦軸ｙ’
は、主断面からの高さを表す。線状スリットからの平面
グレーティングにより分光されたスペクトル像は長波長
側に凹の放物線形状になっている。この放物線は、ｙ’²＝（２ｄｆ₂ｃｏｓβ／ｍλ）ｘ（１）で表される。ｄはグレーティングの溝幅、ｆ₂はコリメ
ータレンズ２２の焦点距離、βは回折角、ｍは次数、λ
は波長を表す（「分光研究」第１９巻第３号（１９７
０）第１３８〜１３９頁参照）。像中心での曲率半径ρ
は、式(1)より、 ρ＝（２ｄｆ₂／ｍλ）ｃｏｓβ （２）となる。（２）式から曲率半径ρは長波長側ほど小さ
く、すなわち長波長側ほど像のわん曲が大きくなり、波
長ずれも大きくなることがわかる。

【００１６】そこで、図４に示すように、同実施例のガ
ラス板２８が設置される電気泳動装置の光学系の構成や
測定に用いる波長に基づいて、（１）式及び（２）式に
よりスペクトル像のわん曲形状を導き出し、そのわん曲
形状に合わせて分離流路２６を形成する。例えば分離流
路２６の形状を２５０ｎｍの像と同一に形成すると、分
離流路２６の全体に２５０ｎｍの光のみが照射される。
この場合は光学系の収差によるわん曲を考慮していない
が、収差も考慮に入れると、実験的にわん曲を求め、そ
れに合わせて分離流路をわん曲させればよい。これによ
り、分離流路２６の所定の範囲に特定波長の光を照射し
てその範囲で目的成分の吸光又は蛍光を測定する電気泳
動装置にガラス板２８を設置したとき、分離流路２６上
に特定波長の光のみが照射され、分離流路２６全体に均
一な波長を照射することができる。

【００１７】

【発明の効果】本発明による電気泳動装置の電気泳動部
材の分離流路は、光源からの光を平行光にする平行集光
手段と、その平行光を分光する分光手段と、その分光さ
れた光を電気泳動部材の分離流路に結像する結像手段
と、分離流路からの光を検出する一次元検出素子とを備
えた電気泳動装置において、電気泳動部材の分離流路
は、分光手段により分光され、結像手段によりその分離
流路上に結像される同一波長光の像のわん曲の具合に合
わせて、わん曲して形成されているので、分離流路の所
定の範囲に所望の特定波長のみを照射することができ、
分離流路での波長分布は解消されて一様となり、電気泳
動による試料の分離状態を正確に測定をすることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来のプレート状キャピラリー部材を備えた、
キャピラリー電気泳動装置の概略構成図である。

【図２】同従来のプレート状キャピラリー部材を備え
た、他のキャピラリー電気泳動装置の概略構成図であ
る。

【図３】（Ａ）同キャピラリー電気泳動装置に備えられ
る光学系を表す概略構成図であり、（Ｂ）は同従来のプ
レート状キャピラリー部材に照射される平行光の像を表
す図である。

【図４】一実施例の上面図である。

【図５】線状スリットからの平行光がグレーティングに
より分光されｘｙ’平面に結像されたときのスペクトル
線の形状を表す図である。

【符号の説明】

２６ガラス板２８分離流路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源からの光を分光する分光手段と、そ
の分光された光を電気泳動部材の分離流路に結像する結
像手段と、前記分離流路からの光を検出する一次元検出
素子とを備えた電気泳動装置において、前記電気泳動部材の分離流路は、前記分光手段により分
光され、前記結像手段によりその分離流路上に結像され
る同一波長光の像のわん曲の具合に合わせて、わん曲し
て形成されていることを特徴とする電気泳動装置。