JPWO2020050193A1 - キャピラリアレイユニット - Google Patents

Abstract

着脱作業が簡単となるように構成されたキャピラリアレイユニットを提供する。キャピラリアレイユニットは、キャピラリと、キャピラリの一端に設けられたロードヘッダと、キャピラリの他端に設けられたキャピラリヘッドと、キャピラリの一部に設けられた検出部と、キャピラリを保持する保持体を有し、保持体は、キャピラリを湾曲状に保持する第一の保持部と、キャピラリを直線状に保持する第二の保持部と、第二の保持部を所定の方向に移動させるためのガイドを備える。

Description

本発明は、キャピラリアレイユニットに関する。

キャピラリ電気泳動法は、デオキシリボ核酸（ＤＮＡ）をはじめ、多くの生体試料を分離分析する技術として広く普及している。その技術的な利点の一つは、キャピラリの表面積対体積率から生まれる、優れた放熱特性である。この放熱特性が、高電圧を用いた電気泳動による、高速で高分解能な試料分離を実現している。

特開２００９−１７４８９７には、剛性の強いキャピラリアレイを、一つのフレームに固定し、キャピラリ電気泳動装置への取り付けを簡単にする手法が開示されている。

特開２００９−１７４８９７号公報

キャピラリ電気泳動装置では、試料やアプリケーションの種類が変化すると、それに応じて、キャピラリアレイを交換する。キャピラリアレイの交換は、ユーザが行う。

従来のキャピラリは検出部やアレイヘッドの重さのため、キャピラリが垂れ下がっていた。とくに剛性の弱いキャピラリアレイでは、垂れ下がりが顕著だった。そのまま取り付けると、検出部やポンプが装置に接触して、キャピラリが破損する恐れがある。そのため、ユーザは垂れ下がりを補正するために、キャピラリを両手で保持し、曲げながら着脱していた。この曲げながら着脱するという操作がユーザにとって負担となっていた。

本発明は、キャピラリの剛性に関わらず、キャピラリアレイを装置へ着脱するときに、キャピラリの損傷を防止する形態に保持することで、キャピラリアレイの着脱作業が簡単となるように構成されたキャピラリアレイユニットを提供することにある。

本発明のキャピラリアレイユニットは、キャピラリと、キャピラリの一端に設けられたロードヘッダと、キャピラリの他端に設けられたキャピラリヘッドと、キャピラリの一部に設けられた検出部と、キャピラリを保持する保持体を有し、保持体は、キャピラリを湾曲状に保持する第一の保持部と、キャピラリを直線状に保持する第二の保持部と、第二の保持部を所定の方向に移動させるためのガイドを備える。

本発明によると、キャピラリアレイの着脱作業が簡単となる。

本発明によるキャピラリ電気泳動装置の基本的構成を示す図 本発明のキャピラリアレイユニットの正面図 本発明のキャピラリアレイユニットの側面図 セパレータの図 第二フレームが固定部で固定されているときのキャピラリアレイユニットを示す図 キャピラリヘッドがポンプ機構に接続されたときのキャピラリアレイユニットの形状を示す図 本発明のロードヘッダのオーブンへの装着を示す図 本発明のキャピラリ電気泳動装置のロードヘッダ装着後のキャピラリアレイユニットを示す図 本発明のキャピラリヘッド装着後のキャピラリアレイユニットを示す図 本発明のキャピラリヘッドのブロックへの装着の詳細を示す図

図１は、キャピラリ電気泳動装置の基本的構成を示す概略図である。キャピラリ電気泳動装置は、１又は複数のキャピラリを含むキャピラリ電気泳動部１、キャピラ内の電気泳動媒体によって分離された試料を光学的に検出する光学検出部２、キャピラリに電気泳動媒体である高粘性ポリマ溶液（以下、ポリマと称す）を注入するポリマ注入機構３を有する。

キャピラリ電気泳動部１は、キャピラリアレイ１１０、オーブン（恒温槽）１１５、バッファ容器１１２、及び、高電圧電源１１４を有する。

キャピラリアレイ１１０は、１又は複数のキャピラリを含む。キャピラリは、石英パイプであり、外被はポリイミド樹脂でコーティングされている。キャピラリの例として、キャピラリの外径が３２０μｍ、内径が５０μｍ、ポリイミドコーティングの厚さが２０μｍの剛性の強いものや、キャピラリの外径が１２５μｍ、内径が５０μｍ、ポリイミドコーティングの厚さが、１２．５μｍの柔軟性のあるものがある。である。従って、ポリイミドコーティングの外径は、３６０μｍである。

キャピラリアレイ１１０の一端は、キャピラリを束ねて接着したキャピラリヘッド２０３となっている。キャピラリアレイ１１０の他端は、ロードヘッダ２０２に保持されている。ロードヘッダ２０２はオーブン１１５に固定されている。

ロードヘッダ２０２には、管状の陰極電極２０４が設けられている。キャピラリは、陰極電極２０４を貫通して、陰極電極２０４の下端より突出している。こうして、キャピラリ陰極端２０６は、バッファ容器１１２内のバッファ溶液に漬かっている。

オーブン１１５はキャピラリアレイ１１０を収容し、キャピラリアレイ１１０の温度を調節する。オーブン１１５の熱源にはペルチェ素子が使用され、室温より低い温度から５０℃以上の高温まで温度設定が可能である。

ポリマ注入機構３は、プランジャを有するポンプ１０３、内部に流路を備えるブロック１０４、ポリマを貯蔵するポリマ容器１０１、及び、バッファ溶液を貯蔵するバッファ容器１０７を有する。バッファ容器１０７のバッファ溶液には、陽極電極１０６が漬かっている。ブロック１０４内の流路の内径は０．５〜２ｍｍであり、キャピラリの内径よりも数〜数十倍大きい。これは、電気泳動の際に電圧ロスの発生を回避するためである。

ブロック１０４には、ポンプ１０３、キャピラリヘッド２０３、及び、２つの管１０４ａ、１０４ｂが接続されている。ポンプ１０３、キャピラリヘッド２０３、及び、２つの管１０４ａ、１０４ｂは、ブロック１０４の内の流路によって互いに接続されている。第１の管１０４ａは、ブロック１０４とポリマ容器１０１内のポリマの間を接続している。第１の管１０４ａには、逆止弁１０２が設けられている。第２の管１０４ｂは、ブロック１０４とバッファ容器１０７内のバッファ溶液の間を接続している。第２の管１０４ｂには、電動のバッファバルブ１０５が設けられている。

ポリマ容器１０１には、連続運転に必要十分な容量のポリマが貯蔵されている。ポリマ容器１０１からポリマを吸入してもポリマ容器内が負圧にならないように、ポリマ容器１０１は柔軟に形状が変化するようになっている。ポリマ容器１０１はバッファ容器１０７よりも低い位置に配置されている。高低差による圧力でポリマ容器１０１からバッファ容器１０７にポリマが逆流することを回避するためである。逆に、ポリマ容器１０１へポリマもしくはバッファ液の逆流は、逆止弁１０２によって阻止される。２つのバッファ容器１１２、１０７内のバッファ液の液面は同一の高さに保持される。

キャピラリアレイ１１０のキャピラリにポリマを注入するときには、電動のバッファバルブ１０５を閉じる。それによって、キャピラリアレイ１１０とバッファ容器１０７間の流路が閉鎖される。ポンプ１０３を駆動することによって、ポリマ容器１０１内のポリマをキャピラリに注入する。電気泳動を行うときには、バッファバルブ１０５を開き、キャピラリアレイ１１０とバッファ容器１０７間の流路を接続する。

光学検出部２は、光源１１１と光学検出器１０８を有する。光学検出部２は、キャピラリアレイ１１０に設けられた検出部２０５に配置される。検出部２０５は、検出部ホルダ１１６に装着されている。光源１１１は励起光としてレーザ光を発生する。検出部２０５では、キャピラリのコーティングが除去されており、石英パイプが露出している。光源１１１からの励起光は、検出部２０５において、キャピラリ内を電気泳動する検出対象を照射する。検出対象から蛍光が発生する。この蛍光は、光学検出器１０８によって検出される。

電気泳動方法を説明する。図１では省略されているが、サンプルトレイやバッファ容器１１２を搬送するオートサンプラが備えられている。オートサンプラによって、キャピラリの陰極端２０６に、サンプルトレイを配置する。先ず、キャピラリの陰極端２０６の下に、サンプルトレイを配置し、次に、サンプルトレイを上昇させる。サンプルトレイは、多数のウエルを有しており、各ウエルには、蛍光標識されたＤＮＡ等の検査対象を含むサンプルが収納されている。キャピラリ２０１の陰極端２０６は、サンプルトレイのウエルのサンプルに漬かる。次に、陽極電極１０６と陰極電極２０４の間に高電圧電源１１４による数ｋＶ程度の高電圧を印加する。蛍光標識されたＤＮＡ等の検出対象物は、キャピラリの陰極端２０６を介してキャピラリ内に導入される。その後、キャピラリの陰極端２０６は、図１に示すようにバッファ容器１１２に浸けられる。検出対象は、キャピラリ内を移動する間に、分離される。蛍光標識された検出対象が検出部２０５を通過するとき、光源１１１からの励起光が照射される。励起光によって、検出対象は蛍光を発生する。この蛍光は、光学検出器１０８によって検出される。

ポリマ注入機構の動作を説明する。ポンプ１０３において、プランジャをチャンバ内に押し込む方向をモータの正転、プランジャを引き込む方向をモータの反転として説明を行う。まず初めに、バッファバルブ１０５を閉じる。次に、モータを反転する。プランジャが引き込まれ、ポリマ容器１０１内のポリマは、ブロック１０４内の流路を経由して、ポンプ１０３のチャンバ内に吸入される。次に、モータを正転する。プランジャが押し込まれ、ポンプ１０３のチャンバ内のポリマは、ブロック１０４内の流路に押し込まれる。このとき、逆支弁１０２の作用により、ポンプ１０３のチャンバ内のポリマが、ポリマ容器１０１へ逆流することが防止される。従って、ポリマはブロック１０４内の流路を経由してキャピラリに流れ込み、キャピラリの陰極端２０６から流出する。最後に、バッファバルブ１０５を開けて電気泳動に備える。

図２Ａ、図２Ｂ及び図２Ｃを参照して、本発明のキャピラリアレイユニットの例を説明する。図２Ａは、本例のキャピラリアレイユニットの正面構成を示し、図２Ｂは、その側面構成を示す。本例では、ロードヘッダから検出部までのキャピラリの長さが２８ｃｍの場合を示している。本例のキャピラリアレイユニットは、キャピラリアレイ１１０とそれを保持する第一フレーム３００と、第二フレーム３０１と、第二フレームを着脱可能に固定する固定部３０２、ガイド３１１、３１２とを有する。図２Ａに示すように、第一フレーム３００は、第１の足３０３、第２の足３０４、ブリッジ３０５、および支持部３１３を有する。フレーム３００は、キャピラリアレイ１１０を保持するように構成されている。２つの足３０３、３０４は、ロードヘッダ２０２に固定されている。支持部３１３は、キャピラリ管理タグ３０６と接続されている。キャピラリアレイ１１０の一端は、キャピラリを束ねて接着したキャピラリヘッド２０３となっている。キャピラリアレイ１１０の他端、即ち、陰極端は、ロードヘッダ２０２に設けられた管状の電極によって保持されている。

第一フレーム３００には、軸３１０が設けられている。図２Ｂに示すように、軸３１０は、第一フレーム３００を構成する面に対して直交するように延びている。この軸３１０には、セパレータ３２４が装着されている。第二フレーム３０１には、スリット３１４が設けられている。スリット３１４は、第二フレーム３０１を構成する面に対して垂直な溝が設けられている。このスリット３１４には、セパレータ３２５が装着されている。

セパレータ３２４、３２５は、フィルム又は板状で、キャピラリの本数と同一数か、キャピラリの本数より多くの孔３２６が形成されている（図２Ｃ参照）。孔３２６の内径はキャピラリの外径よりやや大きく、例えば、φ１ｍｍ程度である。各孔に１本のキャピラリが貫通する。こうして、全てのキャピラリは、セパレータの孔３２６を貫通することによって、一定の形状に保持される。第二フレームは、キャピラリヘッドと検出部にかかる重力による垂れ下がりを防止するように配置され、キャピラリアレイ１１０を着脱するときに、キャピラリの損傷を防止する形態に保持する。

セパレータ３２４、３２５は、キャピラリを互いに分離し、キャピラリ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。本例におけるセパレータは複数個配置され、隣り合うセパレータ間でそれぞれのキャピラリが交差するように、キャピラリをセパレータに通過させる。立体的に交差させることで、キャピラリが短い場合でも、キャピラリ同士が接触するのを防ぐことができる。

セパレータの数はキャピラリの長さに応じて増減してよい。通常、キャピラリが長いほどセパレータの数を増やす。例えばキャピラリの長さが３６ｃｍの場合は、ブリッジに空けられた軸穴３２０と、第一フレーム３００に開けられた軸穴３２２に軸を設置し、セパレータを取り付ける。キャピラリの長さが５０ｃｍの場合は、第一フレーム３００に開けられた軸穴３２１、軸穴３２２、軸穴３２３に軸を設置し、セパレータを取り付ける。

キャピラリアレイ１１０は複数のキャピラリ２０１を有する。本例のキャピラリアレイは８本のキャピラリ２０１を有する。

第二フレーム３０１は、第一フレーム３００に備えられたガイド３１１、３１２に沿って、直線方向に可動するようになっている。第二フレーム３０１には、プレート３０７が接続されている。プレート３０７には、キャピラリ固定テープ３０８、３０９によってキャピラリ２０１が貼り付けてあり、重力の影響でキャピラリ２０１が垂れ下がらないように、キャピラリ２０１を拘束している。プレート３０７は、剛性を上げるため、複数個所を折り曲げてある。プレート３０７と、キャピラリ固定テープ３０８、３０９は、電気泳動時にキャピラリの温度を一定に保つため、薄く、熱伝導性の良いものが望ましい。プレート３０７は、厚さ０．１〜０．５ｍｍ程度の樹脂板、キャピラリ固定テープ３０８、３０９は、厚さ０．０２〜０．２ｍｍ程度の片面粘着テープである。

図３Ａ及び図３Ｂを参照して、本発明のキャピラリアレイユニットの第二フレーム３０１の動きについて説明する。なお図３Ａは、図２Ａに示す図を反対側から見た図である。キャピラリアレイの直線状の部分１１０Ａは、第二フレーム３０１と、第二フレーム３０１に設置されるセパレータ３２５と、第二フレーム３０１に接続されたプレート３０７と、キャピラリ固定テープ３０８、３０９によって配置されている。キャピラリヘッド２０３、検出部２０５、セパレータ３２５、第二フレーム３０１、第二フレーム固定部３０２及びプレート３０７は、一直線上に配置されている。キャピラリヘッド２０３に、矢印Ａにて示す方向の外力を加えられると第二フレーム３０１は、第二フレーム固定部３０２から固定解除され、矢印Ａにて示す方向に、ガイド３１１、３１２に沿って直線移動する。それによって、キャピラリヘッド２０３はポリマ注入機構３のブロック１０４の装着部に接続し、図３Ｂに示す状態となる。またキャピラリヘッド２０３に、矢印Ｂにて示す方向の外力を加える。するとキャピラリヘッド２０３はブロック１０４から接続解除され、矢印Ｂにて示す方向に、第二フレーム３０１のガイド３１１、３１２に沿って直線移動する。それによって、第二フレーム３０１は、第二フレーム固定部３０２に拘束され、図３Ａに示す状態となる。

次に、図４、図５、図６Ａ及び図６Ｂを参照して、本発明によるキャピラリアレイ１１０の装着手順を説明する。最初に、ロードヘッダ２０２をオーブン１１５に装着する。図４を参照して説明する。図４は、オーブン１１５の下端の一部とロードヘッダ２０２を示す。ロードヘッダ２０２に装着されたキャピラリアレイの図示は省略されている。ロードヘッダ２０２にはグリップ２０７が設けられている。ユーザは、グリップ２０７を掴んで、ロードヘッダ２０２をオーブン１１５の凹部に挿入する。ロードヘッダ２０２の両側面には溝が設けられており、オーブン１１５の凹部の内側には突起が設けられている。ロードヘッダ２０２をオーブン１１５の凹部に挿入すると、ロードヘッダ２０２の溝とオーブン１１５の凹部の突起が係合する。図５に示したように、第二フレーム３０１が第二フレーム固定部３０２に保持されているため、キャピラリヘッド２０３と検出部２０５は、電気泳動装置のどこにも干渉しない。従って、この作業は、グリップ２０７を掴んで、ロードヘッダ２０２をオーブン１１５の凹部に挿入するだけであり、容易である。

図５はロードヘッダ２０２をオーブン１１５に装着した状態を示す。図２Ａおよび図３Ａに示したキャピラリアレイ１１０の形状がそのまま保持されている。本例では、キャピラリヘッド２０３は、ポリマ注入機構３のブロック１０４の装着部の近傍に配置されている。また、検出部２０５は検出部ホルダ１１６の装着部の近傍に配置される。

図６Ａは、キャピラリヘッド２０３をポリマ注入機構３のブロック１０４に装着した状態を示す。ブロック１０４へのキャピラリヘッド２０３の装着は、第二フレーム３０１をガイドに沿って直線方向に移動させる。これにより、キャピラリヘッド２０３をブロック１０４の穴に貫通させ、ポリマ注入機構３に装着する。ロードヘッタ近傍には、グリップ２０８がある。２０８をつかんで第二フレームを移動させることがで、ユーザはキャピラリを直接触らずに、キャピラリヘッド２０３をブロックに装着することが出来る。図６Ｂを参照して詳細を説明する。このとき、図３Ｂを参照して説明したように、第二フレームをガイドに沿って直線方向に移動させることで、キャピラリヘッド２０３はブロック１０４の穴に貫通する。次に、ブロック１０４に設けられた押しねじ７０１をねじ込み、キャピラリヘッド２０３のシール面７０２をブロック１０４に押し付ける。それによって、キャピラリヘッド２０３とブロック１０４の間がシールされ、キャピラリヘッド２０３はブロック１０４に固定される。図５に示したように、キャピラリヘッド２０３は、ポリマ注入機構３のブロック１０４の装着部の近傍に配置されている。この作業は、第二フレーム３０１をガイド３１１、３１２に沿って移動させるだけで、キャピラリヘッド２０３をブロック１０４の穴に挿入することができ、容易にキャピラリヘッドを取り付けることができる。

最後に、検出部２０５を検出部ホルダ１１６に装着する。図６Ｂに示したように、キャピラリヘッド２０３を、ポリマ注入機構３のブロック１０４に接続すれば、検出部２０５は検出部ホルダ１１６の装着部に配置される。従って、検出部ホルダ蓋１１７を閉じるだけで検出部２０５を検出部ホルダ１１６に装着することができ、容易に検出部を取り付けることができる。

続いて、図４、図５及び図６Ａ及び図６Ｂを参照して、本発明によるキャピラリアレイの取り外し手順を説明する。

最初に、検出部ホルダ蓋１１７を開けて、検出部２０５の固定を解除する。次にキャピラリヘッド２０３をポリマ注入機構３のブロック１０４から取り外す。図６Ｂを参照して説明する。まず、押しねじ７０１を緩めて、キャピラリヘッド２０３を押さえつけている力を解放する。次に、第二フレーム３０１をガイド３１１、３１２に沿って直線方向に移動させることで、キャピラリヘッド２０３はブロック１０４の穴から抜ける。このとき、図３を参照して説明したように、第二フレーム３０１をガイド３１１、３１２に沿って直線方向に移動させることで、第二フレーム３０１は第二フレーム固定部３０２に拘束される。このとき検出部２０５は既に非固定状態であるため、図５に示したように、第二フレーム３０１を第二フレーム固定部３０２側に移動させれば、検出部２０５も検出部ホルダ１１６の装着部から外れる。従って、この作業は、第二フレーム３０１をガイド３１１、３１２に沿って移動させるだけであり、容易である。

最後に、ロードヘッダ２０２をオーブン１１５から取り外す。図４を参照して説明する。図４は、オーブン１１５の下端の一部とロードヘッダ２０２を示す。ロードヘッダに装着されたキャピラリアレイの図示は省略されている。ロードヘッダ２０２にはグリップ２０７が設けられている。ユーザは、グリップ２０７を掴んで、ロードヘッダ２０２をオーブン１１５から取り外す。ロードヘッダを取り外すときは、図５に示したように、第二フレーム３０１が第二フレーム固定部３０２に保持されているため、キャピラリヘッド２０３と、検出部２０５は、装置のどこにも干渉しない。従って、この作業は、グリップ２０７を掴んで、ロードヘッダ２０２をオーブン１１５から取り外すだけであり、容易である。

以上のように、本例によると、キャピラリアレイ１１０を、電気泳動装置に着脱する作業を行っているとき、ユーザはキャピラリを曲げながら着脱する必要が無い。そのため、キャピラリアレイの着脱作業を容易に行うことができる。従って、キャピラリアレイの交換作業が容易となる。

以上本発明の例を説明したが、本発明は上述の例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容易に理解されよう。

１…キャピラリ電気泳動部、２…光学検出部、３…ポリマ注入機構、１０１…ポリマ容器、１０２…逆止弁、１０３…ポンプ、１０４…ブロック、１０５…バッファバルブ、１０６…電極、１０７…バッファ容器、１０８…光学検出器、１１０…キャピラリアレイ、１１１…光源、１１２…バッファ容器、１１３…電極、１１４…高電圧電源、１１５…オーブン、１１６…検出部ホルダ、１１７…検出部ホルダ蓋、２０１…キャピラリ、２０２…ロードヘッダ、２０３…キャピラリヘッド、２０４…陰極電極、２０５…検出部、２０６…陰極端、２０７…ロードヘッダグリップ、２０８…グリップ、３００…第一フレーム、３０１…第二フレーム、３０２…固定部、３０３…第一の足、３０４…第二の足、３０５…ブリッジ、３０６…キャピラリ管理タグ、３０７…プレート、３０８，３０９…キャピラリ固定テープ、３１０…軸、３１１，３１２…ガイド、３１３…支持部、３１４…スリット、３１０，３２０，３２１，３２２，３２３…軸穴、３２４，３２５…セパレータ、３２６…孔、７０１…押しねじ、７０２…シール面

Claims (9)

1. キャピラリと、
   前記キャピラリの一端に設けられたロードヘッダと、
   前記キャピラリの他端に設けられたキャピラリヘッドと、
   前記キャピラリの一部に設けられた検出部と、
   前記キャピラリを保持する保持体を有し、
   前記保持体は、キャピラリを湾曲状に保持する第一の保持部と、キャピラリを直線状に保持する第二の保持部と、第二の保持部を所定の方向に移動させるためのガイドを備えるキャピラリアレイユニット。
2. 請求項１のキャピラリアレイユニットにおいて、
   保持体は、第二の保持部を着脱可能に固定する固定部を有するキャピラリアレイユニット。
3. 請求項１のキャピラリアレイユニットにおいて、
   キャピラリを１本ずつ離した状態で保持するためのセパレータを有するキャピラリアレイユニット。
4. 請求項３のキャピラリアレイユニットにおいて、
   前記セパレータは複数個配置され、
   隣り合うセパレータ間でそれぞれのキャピラリが交差するように、キャピラリがセパレータを通過することを特徴とするキャピラリアレイユニット。
5. 請求項１のキャピラリアレイユニットにおいて、
   第一の保持部は、ガイドに沿って移動するスライド部と、キャピラリを直線状に保持するプレート部から構成されることを特徴とするキャピラリアレイユニット。
6. 請求項５のキャピラリアレイユニットにおいて、
   プレート部は、熱伝導性が高いことを特徴とするキャピラリアレイユニット。
7. 請求項５のキャピラリアレイユニットにおいて、
   プレート部は、一部曲げられていることを特徴とするキャピラリアレイユニット。
8. 請求項５のキャピラリアレイユニットにおいて、
   キャピラリは、テープによりプレート部に固定されることを特徴とするキャピラリアレイユニット。
9. 請求項８のキャピラリアレイユニットにおいて、
   テープは、熱伝導性が高いことを特徴とするキャピラリアレイユニット。

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