WO2021166210A1 - 電気泳動装置 - Google Patents

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WO2021166210A1
WO2021166210A1 PCT/JP2020/006990 JP2020006990W WO2021166210A1 WO 2021166210 A1 WO2021166210 A1 WO 2021166210A1 JP 2020006990 W JP2020006990 W JP 2020006990W WO 2021166210 A1 WO2021166210 A1 WO 2021166210A1
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electrophoresis
current value
abnormality
flow path
electrode
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和希 野田
克洋 有留
剛 大浦
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株式会社日立ハイテク
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    • G02F1/1685—Operation of cells; Circuit arrangements affecting the entire cell

Definitions

  • the present invention relates to an electrophoresis apparatus, and particularly to anomaly detection in a flow path.
  • Capillary electrophoresis equipment is widely used as a technique for separating and analyzing many biological samples including deoxyribonucleic acid (DNA). Since the capillary electrophoresis apparatus can perform electrophoresis using a high voltage, high-speed and high-resolution sample separation is realized.
  • Patent Document 1 in the confirmation of the state of the energizing circuit performed prior to electrophoresis, only the detection of an abnormality at the time of voltage rise was made, and the change in the state of foreign matter such as air bubbles was not taken into consideration.
  • An object of the present invention is to improve the accuracy of abnormality detection in view of the above problems.
  • the electrophoresis apparatus of the present invention includes a flow path filled with an electrophoresis medium, a first electrode provided on the cathode side of the flow path, and a second electrode provided on the anode side of the flow path.
  • an electrophoresis apparatus having a power source for applying a voltage between the first electrode and the second electrode, a pump for sending the migration medium to the flow path, and a control unit, the control unit. Is to apply a voltage to the first electrode and the second electrode prior to the filling step of filling the flow path with the migration medium, the electrophoresis step of performing the electrophoresis of the sample, and the electrophoresis of the sample.
  • Controls the analysis workflow including the abnormality detection step of determining the state of the current-carrying path based on the current value flowing through the current-carrying path including the electrophoresis medium filled in the flow path, and the control unit controls the control unit.
  • the abnormality detection step is characterized in that a voltage is applied to the current-carrying path for 20 seconds or longer.
  • the electrophoresis apparatus of the present invention can improve the accuracy of abnormality detection.
  • the schematic diagram of the electrophoresis apparatus of Example 1 The high voltage power supply circuit diagram which shows the voltage control mechanism of an electrophoresis apparatus. The figure which shows the change of the current value by the application time. The figure which shows the change of the current value by the applied voltage.
  • the analysis workflow diagram of Example 1 The schematic diagram of the electrophoretic apparatus provided with the 3rd electrode of Example 3. The analysis workflow diagram of Example 2.
  • FIG. 1 is a schematic view of an electrophoresis apparatus according to this embodiment.
  • the electrophoresis apparatus 100 includes a capillary array 102, an irradiation detection unit 104 that optically detects a sample separated by electrophoresis, and a pump unit 106 that feeds an electrophoresis medium.
  • the capillary array 102 includes a single or a plurality of capillaries 108, a load header 110, and a capillary head 112.
  • the capillary 108 is composed of a glass tube having an inner diameter of several tens to several hundreds of microns and an outer diameter of several hundreds of microns, and the surface of the capillary 108 is coated with a polyimide resin in order to improve the strength.
  • the detection position 114 of the capillary 108 for reading the sample information by the irradiation detection unit 104 has the polyimide resin coating removed so that the internal light emission leaks to the outside.
  • the irradiation detection unit 104 has a light source 116 and an optical detector 118, and the excitation light from the light source 116 is applied to the sample at the detection position 114, and light having a wavelength depending on the sample is emitted. The emitted light is detected by the optical detector 118.
  • the load header 110 is provided on the cathode side of the capillary 108.
  • a hollow electrode 120 is attached to the load header 110, and the load header 110 and the hollow electrode 120 are integrated.
  • the cathode end of the capillary 108 passes through the hollow electrode 120 and is fixed in a state of protruding from the hollow electrode 120.
  • the hollow electrode 120 is conductive with the high-voltage power supply 122, and when a voltage is applied such as electrophoresis or sample introduction, the hollow electrode 120 functions as a cathode electrode.
  • the electrophoresis apparatus 100 is provided with a first ammeter 124 and a second ammeter 126 for detecting the current in the current-carrying path when a voltage is applied by the high-voltage power supply 122.
  • a cathode buffer container 129 containing a buffer 128, a cleaning container 131 containing pure water 130, a waste liquid container 132, and a sample container 135 containing a solution 134 containing a sample are provided at the cathode end of the capillary 108. It is conveyed by a transfer machine 136 that can move to three axes.
  • the capillary head 112 is a member that is attached to and detached from the pump unit 106 with pressure resistance confidentiality.
  • the capillary head 112 bundles the capillary anode ends into one when there are a plurality of capillary 108s.
  • the inside of the capillary 108 is filled with the electrophoresis medium 137 by the pump unit 106.
  • the electrophoresis medium 137 gives a difference in migration rate to the sample during electrophoresis.
  • the pump unit 106 is mainly composed of a block 138 in which a flow path is formed and a pump 140.
  • the block 138 is a connection portion for communicating the capillary array 102, the electrophoresis medium container 142 containing the electrophoresis medium 137, and the anode buffer container 144, and communicates the capillary array 102, the electrophoresis medium container 142, and the anode buffer container 144. A flow path for this is formed.
  • a connecting pipe 146 connecting the anode buffer container 144 and the block 138 is connected to the block 138.
  • the connecting pipe 146 is provided with a valve 148.
  • the migration medium 137 contained in the migration medium container 142 with the valve 148 open is pumped by the pump 140, the migration medium 137 passes through the flow path formed in the block 138 and the connecting tube 146, and the anode. The liquid is sent toward the buffer container 144. As a result, the flow path in the block 138 is filled with the electrophoresis medium 137.
  • the running medium 137 is sent in a state where the valve 148 is closed, the running medium 137 is sent to the capillary array 102, and the inside of the capillary 108 can be filled with the running medium 137.
  • a check valve 152 is provided between the block 138 and the migration medium container 142 so that the migration medium 137 sucked from the migration medium container 142 does not flow back.
  • the connecting tube 146 and the electrode (GND) 156 are inserted into the anode buffer container 144 so as to be immersed in the buffer 154 in the anode buffer container 144. If a voltage is applied while the connecting pipe 146 is not immersed in the buffer 154, a discharge may occur. Further, it is desirable that the positions of the liquid levels of the buffer 154 and the buffer 128 housed in the anode buffer container 144 and the cathode buffer container 129 are about the same. This is to prevent the buffer 154 (128) from flowing into the capillary 108 due to the difference in pressure due to the difference in the height of the liquid level. Further, in this embodiment, the pump 140 is used to send the running medium 137, but the user may manually send the running medium 137 into the flow path using a syringe or the like.
  • the electrophoresis apparatus 100 has a constant temperature bath 158 for keeping the temperature of the capillary array 102 constant during the electrophoresis of the sample, and the capillary array 102 is arranged in the constant temperature bath 158. Further, the electrophoresis apparatus 100 is used in a state of being connected to the computer 160 by a communication cable 162 or the like.
  • the computer 160 is connected to the microcomputer 164 of the electrophoresis apparatus 100.
  • the computer 160 can control the operation of the electrophoresis apparatus 100 and the functions possessed by the computer 160, and can exchange data detected by the electrophoresis apparatus 100.
  • the computer 160 and the microcomputer 164 will be described in detail as control units, but one control unit may play the roles of the computer 160 and the microcomputer 164.
  • FIG. 2 is a high-voltage power supply circuit diagram showing the voltage control mechanism of this device. The voltage control mechanism will be described below with reference to FIG.
  • the voltage control mechanism includes a microcomputer 164, a controller 166, a high voltage power supply 122, a first ammeter 124, and a second ammeter 126. Based on the control of the controller 166, the output of the high-voltage power supply 122 and the voltage applied to the energization path are performed.
  • the energization path is a hollow electrode 120, a buffer 128 filled in the cathode buffer container 129, an electrophoresis path, a buffer 154 filled in the anode buffer container 144, and an electrode (GND) 156.
  • the electrophoresis path is an electrophoresis medium 137 filled in a capillary 108, a flow path formed in a block 138, and a connecting tube 146 (see FIG. 1).
  • the high-voltage power supply 122 is conducting with the hollow electrode 120 via the first ammeter 124 and with the electrode (GND) 156 via the second ammeter 126.
  • the second ammeter 126 is connected to the microcomputer 164.
  • a voltage is applied by the high voltage power supply 122, an electric field is generated between the hollow electrode 120 and the electrode (GND) 156. Due to this electric field, the negatively charged sample moves from the cathode side of the capillary 108 to the anode side of the capillary 108.
  • the first ammeter 124 detects the current flowing from the high-voltage power supply 122 to the hollow electrode 120, and transmits the current value to the microcomputer 164.
  • the second ammeter 126 detects the current flowing from the electrode (GND) 156 to GND, and transmits the current value to the microcomputer 164. In the abnormality detection described later, the value of the second ammeter 126 is used as the current value flowing through the energizing path.
  • a medium having a relatively large resistance as compared with metal such as a buffer 154 (168) and an electrophoresis medium 137, is interposed between the first ammeter 124 and the second ammeter 126. Further, there are many connections such as a block 138 and a capillary array 102 between the first ammeter 124 and the second ammeter 126.
  • the area between the first ammeter 124 and the second ammeter 126 is a portion where noise is likely to occur in the measured current value.
  • the numerical value indicated by the second ammeter 126 is unlikely to include noise.
  • the second ammeter 126 detects the net current value flowing through the electrophoresis path.
  • the microcomputer 164 reads the current values from the first ammeter 124 and the second ammeter 126 and performs the calculation. Then, a command is sent to the controller 166 to control the high voltage power supply 122 to each state such as high voltage application, low voltage application, and voltage cutoff.
  • a voltage is applied between the hollow electrode 120 and the electrode (GND) 156 and the current flowing through the current path is compared with the threshold value prior to the electrophoresis of the sample.
  • abnormality detection is performed to determine the state of the current-carrying path.
  • the resistance of the foreign matter makes it difficult for the current to flow, and the current value becomes smaller than when there is no foreign matter. Therefore, the state of the energizing path can be determined by comparing the current value and the threshold value.
  • Patent Document 1 only the rising time of the current is conscious, and only the detection of foreign matter that can be detected at the rising of the current is considered.
  • foreign matter such as minute bubbles that cannot be detected as foreign matter at the time of starting the current may expand due to Joule heat applied by the voltage after the abnormality detection step, blocking the electrophoresis path and causing discharge.
  • a voltage larger than that in the abnormality detection step is applied. Therefore, the voltage application after the abnormality detection step is more likely to cause a failure of the pump unit 106 or damage to the capillary 108 than the voltage application in the abnormality detection step, and it is preferable to detect foreign matter in the abnormality detection step.
  • the analysis operation is stopped. If the detection of foreign matter is delayed, the return work will increase accordingly, and the time required for analysis will increase.
  • FIG. 3 is a graph showing the change in the current value with respect to the voltage application time when a voltage of 2 kilovolts is applied between the hollow electrode 120 and the electrode (GND) 156 in a state where air bubbles are mixed.
  • the current value is measured by intentionally mixing bubbles in the electrophoresis path. If it is lower than the predetermined threshold value as described above, it is determined that there is an abnormality.
  • the solid line data shows that bubbles can be detected when the current rises (for example, 3 seconds after the voltage is applied), and the dotted line data shows that bubbles are not detected when the current rises.
  • the application time is set to 60 seconds or less so that there is no danger of electric discharge or the like even in an abnormal state. Further, increasing the application time enhances the foreign matter detection performance, but if the application time is too long, the time required for the analysis workflow will be extended, so the above-mentioned 20 seconds or more and 60 seconds or less is preferable. be.
  • the horizontal axis is the applied voltage applied to the hollow electrode 120 and the electrode (GND) 156
  • the vertical axis is the current value flowing through the energizing path acquired by the second ammeter 126.
  • the applied voltage and the detected current value have a roughly linear relationship.
  • the applied voltage was small, the current value was low even in the absence of foreign matter, and the difference in current value depending on the presence or absence of foreign matter was small.
  • the applied voltage is 3 kilovolts or less, it can be confirmed that the detected current values overlap depending on the presence or absence of bubbles.
  • the applied voltage when the applied voltage is small, it is difficult to set the optimum threshold value, and it is difficult to identify the presence or absence of an abnormality.
  • the applied voltage when the applied voltage is large, there is a large difference in the detected current value between the state without foreign matter and the state with foreign matter, so that it becomes easy to determine whether or not there is an abnormality.
  • the applied voltage when there are bubbles decreases from 4 kilovolts to 5 kilovolts
  • the bubbles and the like are likely to expand and the detected current is further reduced. Therefore, the larger the applied voltage, the more accurately the foreign matter can be detected.
  • a voltage of 4 kilovolts or more it is preferable to apply a voltage of 4 kilovolts or more to detect an abnormality.
  • the applied voltage is made too large, there is a risk of discharge or the like. Therefore, in abnormality detection, it is preferable to apply a voltage of about 4 kilovolts to 6 kilovolts at the time of abnormality detection, in which discharge or the like is unlikely to occur even in an abnormal state such as air bubbles or foreign matter being mixed in the flow path.
  • the operator installs the cathode buffer container 129, the washing container 131, the anode buffer container 144, the electrophoresis medium container 142, the capillary array 102, and the sample container 135 in the apparatus. Since the cathode buffer container 129, the washing container 131, the anode buffer container 144, the electrophoresis medium container 142, the capillary array 102, and the sample container 135 are all replacement members, they are replaced at predetermined timings.
  • the capillary array 102 and the migration medium container 142 are replaced by using the pump unit 106 before performing the analysis workflow.
  • the flow path formed in 108 and block 138 is filled with the migration medium 137.
  • the analysis workflow will be described with reference to FIG.
  • the analysis workflow is executed upon receiving a start instruction from computer 160 (300).
  • the pump 140 first fills the flow path and connecting tube 146 formed in the block 138 with the migration medium 137 (301).
  • the capillary array 102 is filled with the migration medium 137 (302).
  • abnormality detection is performed to confirm whether or not there is an abnormality in the energizing path (303).
  • a voltage smaller than the voltage used for electrophoresis is applied as described above, and the current value flowing in the energization path at that time is measured. The presence or absence of abnormality is confirmed by comparing the measured current value with a predetermined threshold value.
  • a voltage of 4 kilovolts or more for 20 seconds or more it is preferable to apply a voltage of 4 kilovolts or more for 20 seconds or more.
  • preliminary electrophoresis is executed (304).
  • the preliminary electrophoresis is for making the state of the electrophoresis medium 137 in the capillary 108 suitable for electrophoresis.
  • a voltage of several to several tens of kilovolts is applied for several tens of minutes.
  • the current is measured during the preliminary run to detect abnormalities.
  • a sample is introduced into the capillary 108 (305).
  • the sample container 135 is transferred by the transfer machine 136, and the capillary 108 cathode end and the hollow electrode 120 are immersed in the solution 134 containing the sample.
  • the sample is introduced into the capillary 108 by applying a voltage between the hollow electrode 120 and the electrode (GND) 156 by the high voltage power supply 122. Then, the transfer machine 136 transfers the cathode buffer container 129 so that the capillary 108 cathode end and the hollow electrode 120 penetrate the buffer 128, and starts electrophoresis (306). By applying a voltage between the hollow electrode 120 and the electrode (GND) 156 by the high voltage power supply 109, the sample to be detected is separated while moving in the capillary 108. The sample is detected by the irradiation detection unit 104 as it passes through the detection position 114 of the capillary 108.
  • an abnormality is detected in the abnormality detection in step 303 or the preliminary electrophoresis in step 304, it is necessary to eliminate the abnormal state. If an abnormality is detected, it is considered that the cause of the abnormality is insufficient liquid volume in the buffer 128 (154), residual air bubbles or foreign matter in the electrophoresis path, damage to the capillary 108, etc., because there is an abnormality in the energizing path. Be done. In the past, when an abnormality was confirmed, the error was immediately notified and the operator was requested to take action. The operator visually confirmed the abnormal state and took predetermined measures according to the cause of the confirmed abnormality. Foreign matter is removed when foreign matter is found in the flow path.
  • the foreign matter is automatically removed, so that the frequency of requesting the operator to respond can be reduced and the operability can be improved. Further, since a predetermined flow is automatically performed when an abnormality is detected, it is possible to reduce individual differences in abnormality detection.
  • step 303 or step 304 when an abnormality is detected, the number of times the abnormality is detected in step 303 or step 304 is recorded in a control unit such as a computer 160 or a microcomputer 164 (307).
  • a control unit such as a computer 160 or a microcomputer 164.
  • the process returns to step 301, the flow path of the block 138 and the capillary 108 are refilled with the migration medium 137, and the abnormality is detected in step 303.
  • the current values measured in step 303 before and after the refilling of the electrophoresis medium 137 are compared (308). When the bubbles expand or the foreign matter moves, the measured current value fluctuates.
  • the change in the state of the foreign matter is confirmed by comparing the current values in step 303 before and after the refilling of the migration medium 137.
  • the change in the current value measured in step 303 before and after the refilling of the migration medium 137 is larger than a predetermined threshold value, it is determined that the abnormal state has changed.
  • the abnormal state is changed by refilling the migration medium 137, there is a high possibility that the abnormal state will be released by filling the migration medium 137. Therefore, returning to step 301, the foreign matter is attempted to be removed by refilling the migration medium 137. If the change in the current value before and after refilling the migration medium 137 in step 308 is less than the threshold value, it is considered that the abnormal state has not changed.
  • the electrophoresis medium 137 is strongly fed by increasing the liquid feeding pressure or increasing the liquid feeding speed (309). .. Specifically, by increasing the drive current of the pump 140, the force for pushing out the electrophoresis medium 137 of the pump 140 is increased. Alternatively, when the pump 140 is driven by a motor, the rotation speed of the motor is increased to feed the migration medium 137 faster. After that, the abnormality is detected by measuring the current value in the same manner as the abnormality detection in step 303 (310). If no abnormality is detected, the foreign matter has been removed, and the preliminary electrophoresis in step 304 is performed.
  • the current value measured in the previous step 303 is compared with the current value measured in step 310 (311).
  • the change in the current value is less than the threshold value, it is considered that the abnormal state has not changed, so that it is highly possible that the cause of the error is other than the foreign matter in the electrophoresis path.
  • the error is notified and the operator is requested to take action (313).
  • the process returns to step 301 to refill the migration medium 137.
  • the number of times an abnormality is detected is recorded in step 307, and a threshold value is set for the number of times an abnormality is detected in step 303 or step 304. If the number of times the abnormality recorded in step 307 is detected exceeds the threshold value, an error is displayed and the device is stopped (313).
  • a threshold value it is possible to suppress the consumption of the migration medium 137 more than necessary, and by removing the foreign matter a predetermined number of times, it is possible to show that there is a high possibility of an abnormality other than the foreign matter when an error is displayed. It is possible.
  • a threshold value is set for the number of times an abnormality is detected in step 303 or step 304, but the same analysis can be performed by recording the number of filling steps of steps 301 to 302 and setting a threshold value for the number of times. It is possible to carry out the workflow.
  • the electrophoresis apparatus 600 of this embodiment has a third electrode 602 for confirming the position where the abnormality occurs.
  • the apparatus configuration is the same as that of the first embodiment except that the third electrode 602 is provided.
  • the electrophoresis apparatus 600 provided with the third electrode 602 of this embodiment will be described with reference to FIG.
  • the flow path that communicates the migration medium container 142 and the capillary 108 is the first flow path 604, and the anode buffer container 144 in which the electrode (GND) 156 is housed.
  • the position where the second flow path 606 communicates with the capillary 108, the first flow path 604 and the second flow path 606 intersect, and the capillary head 112 is connected is referred to as the capillary connection portion 608.
  • the electrophoresis apparatus 600 of this embodiment newly includes a third electrode 602 in the first flow path 604.
  • a third electrode 602 in the first flow path 604.
  • the current value between the hollow electrode 120 and the electrode (GND) 156 and the current value between the hollow electrode 120 and the third electrode 602 are measured, and the state of the energization path is determined. to decide.
  • the abnormality detection of this embodiment is performed by using the current value between the hollow electrode 120 and the electrode (GND) 156 as the first current value and the current value between the hollow electrode 120 and the third electrode 600 as the second current value. explain.
  • the abnormality detection pattern there is no error in the first current value and the second current value (case 1), the abnormality is detected only in the first current value (case 2), and the abnormality is detected only in the second current value (case 2).
  • case 3 abnormality detection
  • case 4 abnormality detection
  • a foreign substance in the capillary 108, the capillary connecting portion 608, the second flow path 606, or the connecting pipe 116, or an error in the case of an abnormal state other than the foreign substance is detected.
  • a foreign matter in the capillary 108, the capillary connection portion 608 or the first flow path 604, or an abnormal state other than the foreign matter is detected. Therefore, when an abnormality is determined based on either the first current value or the second current value, it can be determined that the cause of the abnormality can be detected by only one of them.
  • the cause of the error is a foreign substance in the second flow path 606 or the connecting pipe 146, and the abnormality is determined only from the second current value (case 2).
  • the cause of the error is a foreign substance in the first flow path 604.
  • the block 138 and the capillary 108 were refilled with the electrophoresis medium 137.
  • the cause of the abnormality can be identified as a foreign substance in the block 138 or the connecting tube 146, the foreign substance is removed by sending the electrophoresis medium 137 to the flow path of the block 138.
  • the third electrode 602 is preferably provided at the connection portion of the migration medium container 142 of the block 138. Further, although the third electrode 602 is provided in the block 138 in FIG. 6, it may be inserted into the electrophoresis medium container 142.
  • FIG. 7 will be used to explain a part of this embodiment that is different from the analysis workflow of the first embodiment.
  • the flow when refilling the migration medium 137 is different from that in Example 1. Since the other flows are the same as those in the first embodiment, the description thereof will be omitted.
  • the abnormality detection in steps 303 and 310 the abnormality is determined based on the first current value and the second current value, and the abnormality is detected based on at least one of the first current value and the second current value. If so, it is determined that there is an abnormality. When it is determined that there is no abnormality based on the first current value and the second current value (case 1), it is determined that there is no abnormality.
  • FIG. 7 although the illustration of steps 307 to 311 is omitted for the sake of legibility, the same applies to steps 307 to 311 in FIG. 5 of the first embodiment.
  • the migration medium 137 is to be refilled in steps 307 to 311 (700)
  • the result of abnormality detection is confirmed in this embodiment (701).
  • the flow differs depending on the result of abnormality detection.
  • the cause of the abnormality is in the second flow path 606 or in the connecting pipe 146, respectively, as described above. Since it can be determined that the foreign matter is the foreign matter in the first flow path 604 or the foreign matter in the first flow path 604, the flow path formed in the block 138 is filled with the migration medium 137 (702). When the flow path of the block 138 is filled with the migration medium 137, the migration medium 137 in the migration medium container 142 passes through the first flow path 604, the capillary connection portion 608, the second flow path 606, and the connecting tube 146, and is an anode buffer.
  • the liquid is sent to the container 144, and the foreign matter is discharged to the anode buffer container 144. If an abnormality is detected in the first current value of Case 2, the cause is foreign matter in the second flow path 606 or the connecting pipe 146, and the foreign matter is located near the anode buffer container 144 to which the foreign matter is discharged. ing. Since it is sufficient to send the migration medium 137 filled with the second flow path 606 and the connecting tube 146, a smaller amount of the running medium 137 than the running medium filling in steps 301 and 702 is sent to the flow path of the block 138 ( 703). By adjusting the liquid feed amount of the migration medium 137 in Case 2 and Case 3, it is possible to further reduce the amount of the migration medium 137 used.
  • Case 4 When an abnormality is detected in the first current value and the second current value of the case 4, foreign matter in the capillary 108, foreign matter in the first flow path 604, foreign matter in the second flow path 606 or the connecting pipe 146, etc. Various cases are possible. Therefore, in Case 4, the process returns to step 302, and the flow path of the block 138 and the capillary 108 are refilled with the migration medium 137 in the same manner as in the first embodiment.
  • the state of the energizing path is confirmed before electrophoresis, and if there is an abnormality, the system for removing the mixed foreign matter and the number of times of removing the foreign matter are limited.
  • the current value and the threshold value are compared to determine the state of the current-carrying path, but the abnormal state may be determined from the slope of the current value or the like.
  • Electrophoretic apparatus 102: Capillary array, 104: Irradiation detection unit, 106: Pump unit, 108: Capillary, 110: Load header, 112: Capillary head, 114: Detection position, 116: Light source, 118: Optical detector , 120: Hollow electrode, 122: High-voltage power supply, 124: First electrophoresis meter, 126: Second electrophoretic meter, 128: Buffer, 129: Cathode buffer container, 130: Pure water, 131: Cleaning container, 132: Waste liquid container, 134: Solution containing sample 135: Sample container, 136: Conveyor, 137: Electrophoretic medium, 138: Block, 140: Pump, 142: Electrophoretic medium container, 144: Anode buffer container, 146: Connecting tube, 148: Valve , 152: Check valve, 154: Buffer, 156: Electrode (GND), 158: Constant temperature bath, 160: Computer, 162: Communication

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Abstract

本発明は、異常検知の精度を向上した電気泳動装置を提供する。　上記課題を解決するため、本発明の電気泳動装置は、内部に泳動媒体が充填される流路と、前記流路の陰極側に設けられた第１電極と、前記流路の陽極側に設けられた第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間に電圧を印加するための電源と、前記流路に前記泳動媒体を送液するポンプと、制御部と、を有する電気泳動装置において、前記制御部は、前記流路に前記泳動媒体を充填する充填工程と、試料の電気泳動を行う電気泳動工程と、前記試料の電気泳動に先立って、前記第１電極及び前記第２電極に電圧を印加し、前記流路に充填された前記泳動媒体を含む通電路に流れる電流値に基づいて、前記通電路の状態を判断する異常検知工程と、を有する分析ワークフローに関する制御を行い、前記制御部は、前記異常検知工程で、前記通電路に２０秒以上電圧を印加することを特徴とする。

Description

電気泳動装置
　本発明は、電気泳動装置に関わり、特に流路中の異常検知に関する。
　キャピラリ電気泳動装置は、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。キャピラリ電気泳動装置は、高電圧を用いて電気泳動を行うことが可能なため、高速かつ高分解能な試料の分離を実現している。
　特開２００３－３４４３５６は、試料の電気泳動に先立って、泳動媒体を含む通電路に試料を電気泳動する際の電圧より小さい電圧を印加し、通電路に流れる電流を検出し、検出された電流に基づいて、通電路の状態を判断する方法を開示している。これにより、通電路の異常による弊害を回避及び減少させることが可能である。
特開２００３－３４４３５６
　特許文献１は、電気泳動に先立って行われる通電路の状態の確認では、電圧立ち上がり時の異常の検知のみで、気泡等の異物の状態の変化が考慮されていなかった。
　本発明は、上記課題を鑑み、異常検知の精度を向上することを目的とする。
　本発明の電気泳動装置は、内部に泳動媒体が充填される流路と、前記流路の陰極側に設けられた第１電極と、前記流路の陽極側に設けられた第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間に電圧を印加するための電源と、前記流路に前記泳動媒体を送液するポンプと、制御部と、を有する電気泳動装置において、前記制御部は、前記流路に前記泳動媒体を充填する充填工程と、試料の電気泳動を行う電気泳動工程と、前記試料の電気泳動に先立って、前記第１電極及び前記第２電極に電圧を印加し、前記流路に充填された前記泳動媒体を含む通電路に流れる電流値に基づいて、前記通電路の状態を判断する異常検知工程と、を有する分析ワークフローに関する制御を行い、前記制御部は、前記異常検知工程で、前記通電路に２０秒以上電圧を印加することを特徴とする。
　本発明の電気泳動装置は、異常検知の精度を向上することが可能である。
実施例１の電気泳動装置の概略図。 電気泳動装置の電圧制御機構を示す高圧電源回路図。 印加時間による電流値の変化を示す図。 印加電圧による電流値変化を示す図。 実施例１の分析ワークフロー図。 実施例３の第３電極を備えた電気泳動装置の概略図。 実施例２の分析ワークフロー図。
　図１は本実施例による電気泳動装置の概略図である。電気泳動装置１００は、キャピラリアレイ１０２、電気泳動によって分離された試料を光学的に検出する照射検出ユニット１０４、泳動媒体を送液するポンプユニット１０６を有する。
　キャピラリアレイ１０２は、単数もしくは複数本のキャピラリ１０８、ロードヘッダ１１０及びキャピラリヘッド１１２を備えている。
　キャピラリ１０８は、内径数十～数百ミクロンメートル、外形数百ミクロンメートルのガラス管で構成されており、強度を向上させるためキャピラリ１０８の表面はポリイミド樹脂でコーティングされている。ただし、照射検出ユニット１０４により試料の情報を読み取るためのキャピラリ１０８の検出位置１１４は、内部の発光が外部に漏れるようにポリイミド樹脂のコーティングを除去されている。照射検出ユニット１０４は、光源１１６と光学検出器１１８を有し、光源１１６からの励起光が検出位置１１４にある試料に照射され、試料に依存した波長の光が放出される。放出された光を光学検出器１１８によって検出する。
　ロードヘッダ１１０は、キャピラリ１０８の陰極側に設けられている。ロードヘッダ１１０に中空電極１２０が装着されており、ロードヘッダ１１０と中空電極１２０は一体となっている。キャピラリ１０８の陰極端は中空電極１２０内を通り、中空電極１２０から突出した状態で固定される。中空電極１２０は、高圧電源１２２と導通しており、電気泳動や試料導入など電圧を印加する際に、中空電極１２０は陰極電極として機能する。高圧電源１２２による電圧印加時に、通電路の電流を検出するための第１電流計１２４と第２電流計１２６が電気泳動装置１００に設けられている。必要に応じて、キャピラリ１０８の陰極端に、バッファ１２８を収容した陰極バッファ容器１２９、純水１３０を収容した洗浄容器１３１、廃液容器１３２及び試料を含んだ溶液１３４を収容した試料容器１３５が、３軸に移動可能な搬送機１３６により搬送される。
　キャピラリヘッド１１２は、ポンプユニット１０６と耐圧機密で着脱する部材である。キャピラリヘッド１１２は、キャピラリ１０８が複数の場合に、キャピラリ陽極端を一つに束ねる。キャピラリ１０８の内部は、泳動媒体１３７がポンプユニット１０６により充填される。泳動媒体１３７は、電気泳動時の試料に泳動速度差を与える。
　ポンプユニット１０６は、流路が形成されたブロック１３８と、ポンプ１４０とから主に構成される。ブロック１３８は、キャピラリアレイ１０２、泳動媒体１３７が収容された泳動媒体容器１４２及び陽極バッファ容器１４４を連通させるための接続部であり、キャピラリアレイ１０２、泳動媒体容器１４２及び陽極バッファ容器１４４を連通させるための流路が形成されている。また、ブロック１３８に、陽極バッファ容器１４４とブロック１３８をつなぐ連結管１４６が接続されている。連結管１４６は、バルブ１４８が設けられている。バルブ１４８が開いた状態で泳動媒体容器１４２に収容された泳動媒体１３７がポンプ１４０により送液されると、泳動媒体１３７は、ブロック１３８に形成された流路と連結管１４６を経由し、陽極バッファ容器１４４に向かって送液される。これにより、ブロック１３８内の流路に泳動媒体１３７が充填される。バルブ１４８が閉まった状態で泳動媒体１３７が送液される場合は、キャピラリアレイ１０２に泳動媒体１３７が送液され、キャピラリ１０８内を泳動媒体１３７で充填することが可能となる。ブロック１３８と泳動媒体容器１４２の間には、泳動媒体容器１４２から吸引された泳動媒体１３７が逆流しないよう逆止弁１５２が設けられている。また、連結管１４６と電極（ＧＮＤ）１５６は、陽極バッファ容器１４４内のバッファ１５４に浸るように、陽極バッファ容器１４４に挿入される。連結管１４６がバッファ１５４に浸っていない状態で電圧を印加すると、放電が生じる恐れがある。また、陽極バッファ容器１４４と陰極バッファ容器１２９に収容されるバッファ１５４とバッファ１２８の液面の位置は同程度であることが望ましい。これは、液面の高低差による圧力の差により、キャピラリ１０８内にバッファ１５４(１２８)が流れるのを防ぐためである。また、本実施例ではポンプ１４０を用いて泳動媒体１３７の送液を行っているが、ユーザがシリンジ等を用いて手動で流路内に泳動媒体１３７を送液してもよい。
　さらに電気泳動装置１００は、試料の電気泳動中にキャピラリアレイ１０２の温度を一定に保つための恒温槽１５８を有し、キャピラリアレイ１０２は、恒温槽１５８内に配置される。また、電気泳動装置１００は、コンピュータ１６０と、通信ケーブル１６２等で接続された状態で使用される。図１では詳細に記載していないが、より具体的には、コンピュータ１６０は電気泳動装置１００のマイコン１６４と接続されている。コンピュータ１６０は、電気泳動装置１００の動作や保有する機能を制御し、電気泳動装置１００で検出されたデータを授受できる。本実施例では、コンピュータ１６０とマイコン１６４を制御部として詳細を説明するが、１つの制御部でコンピュータ１６０とマイコン１６４の役割を行っても良い。
　図２は、本装置の電圧制御機構を示す高圧電源回路図である。以下図２を参照して、電圧制御機構を説明する。
　電圧制御機構は、マイコン１６４、コントローラ１６６、高圧電源１２２、第１電流計１２４、第２電流計１２６を含む。コントローラ１６６の制御に基づいて、高圧電源１２２の出力、通電路への電圧の印加を行う。ここで、通電路とは、中空電極１２０、陰極バッファ容器１２９に満たされたバッファ１２８、電気泳動路、陽極バッファ容器１４４に満たされたバッファ１５４，電極（ＧＮＤ）１５６である。電気泳動路は、キャピラリ１０８、ブロック１３８に形成された流路及び連結管１４６に充填された泳動媒体１３７である（図１参照）。
　高圧電源１２２は、第１電流計１２４を介して中空電極１２０と、第２電流計１２６を介して電極（ＧＮＤ）１５６と導通している。第２電流計１２６はマイコン１６４と接続されている。高圧電源１２２により電圧を印加すると、中空電極１２０と電極（ＧＮＤ）１５６の間に電界が生じる。この電界によって、負に帯電した試料は、キャピラリ１０８の陰極側からキャピラリ１０８の陽極側へ移動する。第１電流計１２４は、高圧電源１２２から中空電極１２０に流れる電流を検出し、その電流値をマイコン１６４に送信する。第２電流計１２６は、電極（ＧＮＤ）１５６からＧＮＤに流れる電流を検出し、その電流値をマイコン１６４に送信する。後述する異常検知では、通電路を流れる電流値として、第２電流計１２６の値を使用する。第１電流計１２４と第２電流計１２６の間はバッファ１５４（１６８）や泳動媒体１３７など金属に比べて比較的抵抗の大きい媒体が介在している。さらに、第１電流計１２４と第２電流計１２６の間は、ブロック１３８やキャピラリアレイ１０２などの接続部が多く存在する。従って、第１電流計１２４と第２電流計１２６の間は、測定される電流値にノイズが発生しやすい部分である。一方で、第２電流計１２６が示す数値はノイズが含まれにくい。第２電流計１２６では、電気泳動路を流れる正味の電流値が検出される。
　マイコン１６４は第１電流計１２４及び第２電流計１２６からの電流値を読み込み、演算を行う。そして、コントローラ１６６に命令を送り、高圧電源１２２を高電圧印加、低電圧印加、電圧遮断等の各状態に制御する。
　分析ワークフローの詳細は後述するが、本発明の分析ワークフローでは、試料の電気泳動に先立って、中空電極１２０と電極（ＧＮＤ）１５６間に電圧を印加し、通電路を流れる電流と閾値とを比較することで通電路の状態を判断するための異常検知を行う。電気泳動路内に異物がある状態で通電路に電圧を印加すると、異物の抵抗により電流が流れにくくなり、異物がない状態に比べ電流値は小さくなる。そのため、電流値と閾値とを比較することで通電路の状態を判断可能である。特許文献１では、電流の立ち上がり時間しか意識されておらず、電流立ち上がり時に検出可能な異物の検出しか考慮されていなかった。しかし、電流立ち上げ時には異物として検出できない微小な気泡等の異物が、異常検知工程後の電圧印加のジュール熱により膨張し、電気泳動路を閉塞して放電を起こす可能性がある。異常検知工程後は、異常検知工程よりも大きい電圧が印加される。そのため、異常検知工程後の電圧印加は異常検知工程での電圧印加よりも、ポンプユニット１０６の故障やキャピラリ１０８の破損等の原因となりやすく、異常検知工程で異物を検知することが好ましい。また、異常検知工程の際に検知されなかった異物が電気泳動等の異常検知工程の後に検出されると、分析動作を停止させてしまう。異物の検出が遅れるとその分戻り作業が増えてしまい、分析に要する時間が長くなってしまう。
　図３は気泡が混入した状態で中空電極１２０と電極（ＧＮＤ）１５６間に２キロボルトの電圧を印加した際の、電圧の印加時間に対する電流値の変化を示すグラフである。本データ測定時は、電気泳動路内にあえて気泡を混入させて電流値を測定している。上述したように所定の閾値よりも低い場合は、異常があると判断される。図３のグラフの、実線のデータは電流立ち上がり時(例えば電圧印加から３秒後)に気泡が検知できているもの、点線のデータは電流立ち上がり時に気泡が検知されていないものである。いずれの場合も気泡が混入した状態だが、点線のデータは、電流立ち上がり時に気泡を検知することができていない。しかし、引き続き電圧を印加していくと、気泡の膨張等、異物の状態変化に伴い電流値が大きく減少していき、電流値が閾値を超え異物が検出される状態となった。特許文献１の気泡検知の方法では、実線のデータの場合しか異常検知で検出することができない。図３から電圧印加から１７秒で検出電流値が大きく減少しはじめることが確認できる。そのため、異常検知工程での電圧印加は、電流値の変化が大きく表れる(例えば検出電流値の変化が１μＡ)、少なくとも２０秒以上行うことが好適である。印加時間を長くし過ぎても、放電等の危険があるため、異常状態である場合でも放電等の危険がない程度、印加時間を６０秒以下に設定するのが好適である。また、印加時間を長くすることは異物の検知性能を高めることになるが、長時間印加しすぎると、分析ワークフローに係る時間を延ばすことになるため、上述の２０秒以上６０秒以下が好適である。
　次に図４のグラフを用いて、印加電圧と検出電流との関係を示す。横軸は中空電極１２０と電極（ＧＮＤ）１５６に加える印加電圧、縦軸は第２電流計１２６で取得される通電路を流れる電流値である。異物がない場合は、印加電圧と検出される電流値はおおよそ線形関係になる。印加電圧が小さい場合は、異物がない状態でも電流値が低く、異物の有無による電流値の差が小さかった。図４のグラフでも印加電圧３キロボルト以下の場合は、気泡の有無で検出電流値が重なってしまっていることが確認できる。そのため、印加電圧が小さい場合、最適な閾値の設定が困難であり、異常の発生の有無を特定することは難しかった。一方で、印加電圧が大きい場合は、異物がない状態と異物がある状態とで、検出される電流値に大きく差が生じるため、異常かどうかを判別することが容易となる。さらに気泡有の場合の印加電圧が４キロボルトから５キロボルトで減少していることからも分かるように、印加電圧が大きい場合は、気泡等が膨張しやすく検出電流はより減少する。そのため、印加電圧が大きい方がより高精度に異物の検知を行うことが可能となる。そのため、４キロボルト以上の電圧を印加し異常検知を行うのが良い。しかし、印加電圧を大きくしすぎた場合、放電等の危険がある。したがって、異常検知では、気泡や異物が流路に混入している等の異常状態でも放電等が起きにくい、４キロボルト～６キロボルト程の電圧を異常検知の際に印加することが好適である。
　上述したように、４キロボルト以上の電圧を２０秒以上印加し、異常を検知することでより高精度に異物を検知することが可能となる。異常検知工程後の分析動作の停止頻度を減少させることが可能となる。さらに、ポンプユニット１０６の故障やキャピラリ１０８の破損、放電等のリスクを低減することも可能となる。
　次に、分析ワークフローを開始する前の準備を説明する。オペレータは陰極バッファ容器１２９、洗浄容器１３１、陽極バッファ容器１４４、泳動媒体容器１４２、キャピラリアレイ１０２、試料容器１３５を装置に設置する。陰極バッファ容器１２９、洗浄容器１３１、陽極バッファ容器１４４、泳動媒体容器１４２、キャピラリアレイ１０２及び試料容器１３５は、いずれも交換部材であるため、所定のタイミングで交換を行う。分析ワークフロー開始前に、電気泳動路は泳動媒体１３７で充填されている必要があるため、キャピラリアレイ１０２や、泳動媒体容器１４２の交換の際は分析ワークフローを行う前にポンプユニット１０６を用いてキャピラリ１０８及びブロック１３８に形成された流路に泳動媒体１３７を充填する。
　図５を参照して分析ワークフローを説明する。分析ワークフローは、コンピュータ１６０から開始の命令を受け取ると実行される（３００）。分析ワークフローが実行されると、はじめに、ポンプ１４０により、ブロック１３８に形成された流路及び連結管１４６に泳動媒体１３７が充填される(３０１)。次に、キャピラリアレイ１０２に泳動媒体１３７を充填する(３０２)。続いて、通電路に異常がないか確認するため異常検知を行う(３０３)。
　異常検知は、上述したように電気泳動に用いる電圧よりも小さい電圧を印加し、その際に通電路に流れる電流値を測定する。測定した電流値と所定の閾値とを比較することで異常の有無を確認する。これにより、異常を事前に検出し、異常事態での電気泳動によるポンプユニット１０６やキャピラリ１０８の故障、また異常検知後の異常の検出を低減することができる。異常検知は、４キロボルト以上の電圧を２０秒以上印加することが好ましい。
　異常検知において、異常なしと判断された場合、予備泳動を実行する(３０４)。予備泳動は、キャピラリ１０８内の泳動媒体１３７の状態を電気泳動に適した状態にするためのものである。予備泳動で、数～十数キロボルトの電圧を数十分間加える。予備泳動の間も電流を測定し、異常の検出を行う。予備泳動中に、異常が検出されなかった場合、キャピラリ１０８に試料を導入する(３０５)。搬送機１３６によって試料容器１３５を移送し、キャピラリ１０８陰極端及び中空電極１２０を、試料を含んだ溶液１３４に浸す。次に、中空電極１２０と電極（ＧＮＤ）１５６間に高圧電源１２２により電圧を印加することで、試料をキャピラリ１０８内に導入する。その後、搬送機１３６によって、キャピラリ１０８陰極端及び中空電極１２０をバッファ１２８に浸透するように、陰極バッファ容器１２９を移送し、電気泳動を開始する(３０６)。中空電極１２０と電極（ＧＮＤ）１５６間に高圧電源１０９により電圧を印加することで、検出対象である試料はキャピラリ１０８内を移動する間に分離される。試料は、キャピラリ１０８の検出位置１１４を通過する際に、照射検出ユニット１０４により検出される。
　ステップ３０３の異常検知、または、ステップ３０４の予備泳動で異常が検出された場合、異常状態を解消する必要がある。異常が検知された場合は、通電路に異常があるため、バッファ１２８（１５４）の液量不足、電気泳動路内の気泡の残留や異物の混入、キャピラリ１０８の破損等が異常の原因として考えられる。従来は異常が確認された場合は、直ちにエラーを報知し、オペレータに対応を要求していた。オペレータは、目視で異常状態の確認を行い、確認された異常の原因に応じて所定の対応行っていた。異物の除去は、流路内に異物が確認された場合に行われる。しかし、流路内の異物は見えにくく、異物の有無の特定は困難であり、非常に手間であった。特に、微小な異物は目視では捕えにくい。また、目視による確認では前記問題に加えて、ひとが目視により異物の有無を判断するため、異物の検知に個人差が生じるという問題がある。電気泳動路内に異物が混入したまま電気泳動を続けると、異物が大きな抵抗として働く場合があり、導通不良による分析精度の低下や、部分放電による構成部品の破損等を招く恐れがある。本実施例の分析ワークフローでは、異常が検知された場合に、自動で異物の除去を行うため、オペレータへの対応要求の頻度を低減することができ、操作性を向上することが可能となる。また、異常が検知された場合に所定のフローを自動で行うため、異常検知の個人差を低減することが可能である。
　本実施例の分析ワークフローでは、異常が検出された場合、ステップ３０３またはステップ３０４で異常が検出された回数をコンピュータ１６０またはマイコン１６４等の制御部に記録する(３０７)。ステップ３０３またはステップ３０４で異常が検知されたのが１回目の場合、ステップ３０１に戻りブロック１３８の流路及びキャピラリ１０８に泳動媒体１３７を再充填し、ステップ３０３の異常検知を行う。異常が検知されたのが２回目以降かつ閾値回数未満の場合、泳動媒体１３７の再充填前後のステップ３０３で計測した電流値の比較を行う(３０８)。気泡の拡大や異物が移動した場合、測定される電流値が変動するため、泳動媒体１３７の再充填前後のステップ３０３の電流値を比較することで異物の状態の変化を確認する。泳動媒体１３７の再充填前後のステップ３０３で測定した電流値の変化が所定の閾値よりも大きい場合、異常の状態が変化したと判断する。この場合、泳動媒体１３７の再充填により異常の状態が変化しているため、泳動媒体１３７の充填を行うことで異常状態が解除される可能性が高い。そのため、ステップ３０１に戻り、泳動媒体１３７を再充填することで異物の除去を試みる。ステップ３０８で泳動媒体１３７の再充填前後の電流値の変化が閾値未満の場合、異常状態に変化が生じなかったと考えられる。異物が電気泳動路で詰まってしまっている等異物が動きにくい状態である可能性があるため、送液圧力の増加や送液速度を早くすることにより強く泳動媒体１３７を送液する(３０９)。具体的には、ポンプ１４０の駆動電流を大きくすることでポンプ１４０の泳動媒体１３７を押し出す力を増加させる。またはポンプ１４０をモータで駆動している場合は、モータの回転速度を上げて、泳動媒体１３７を速く送液する。その後ステップ３０３の異常検知と同様に、電流値の測定による異常検知を行う(３１０)。異常が検出されなかった場合、異物を除去できているので、ステップ３０４の予備泳動を行う。ステップ３１０の異常検知で異常が検出された場合、前回のステップ３０３で測定した電流値と、ステップ３１０で測定した電流値との比較を行う(３１１)。電流値の変化が閾値未満の場合、異常状態に変化が生じなかったと考えられるため、電気泳動路内の異物以外のエラー原因の可能性が高いと考えられる。異物以外のエラーは、バッファ１２８（１５４）の液量不足やキャピラリ１０８の破損等、原因は多岐に渡るため、エラーを報知し、オペレータに対応を要求する(３１３)。電流値の変化が閾値を超えた場合、異物が移動したことが想定される。そのため、ステップ３０１に戻り泳動媒体１３７の再充填を行う。
　異常が検出された回数をステップ３０７で記録し、ステップ３０３またはステップ３０４で異常が検出された回数に閾値を設ける。ステップ３０７で記録した異常が検出された回数が閾値を超えた場合、エラーを表示し、装置を停止させる(３１３)。閾値を設けることで、必要以上の泳動媒体１３７の消費を抑えることができ、また所定の回数異物の除去を行うことで、エラー表示時に異物以外の異常の可能性が高いことを提示することが可能である。また、本実施例ではステップ３０３またはステップ３０４で異常が検出された回数に閾値を設けたが、ステップ３０１～ステップ３０２の充填工程の回数を記録し、回数に閾値を設けることでも、同様の分析ワークフローを実施することが可能である。
　本実施例の電気泳動装置６００は、異常の発生位置を確認するための第３の電極６０２を有する。第３の電極６０２を有する以外の装置構成は実施例１と同様である。
　図６を参照して、本実施例の第３の電極６０２を備えた電気泳動装置６００について説明する。本実施例では、ブロック１３８に形成された流路のうち、泳動媒体容器１４２とキャピラリ１０８とを連通する流路を第１流路６０４、電極（ＧＮＤ）１５６が収容された陽極バッファ容器１４４とキャピラリ１０８とを連通する流路を第２流路６０６、第１流路６０４と第２流路６０６が交差しかつキャピラリヘッド１１２が接続される箇所をキャピラリ接続部６０８とする。
　本実施例の電気泳動装置６００は、第１流路６０４に新たに第３の電極６０２を備える。実施例１の異常検知では、中空電極１２０と電極（ＧＮＤ）１５６との間の電流値から、異常の有無しか判断できなかった。本実施例の異常検知では、中空電極１２０と電極（ＧＮＤ）１５６との間の電流値と、中空電極１２０と第３の電極６０２との間の電流値とを測定し、通電路の状態を判断する。
　中空電極１２０と電極（ＧＮＤ）１５６との間の電流値を第１電流値、中空電極１２０と第３の電極６００との間の電流値を第２電流値として、本実施例の異常検知を説明する。
　本実施例では、異常検知のパターンとして、第１電流値及び第２電流値でエラーなし(ケース１)、第１電流値でのみ異常検知（ケース２）、第２電流値でのみ異常検知（ケース３）、第１電流値及び第２電流で異常検知（ケース４）の４つのパターンが考えられる。ケース１のみ異常なしと判断される。
　第１電流値からは、キャピラリ１０８、キャピラリ接続部６０８、第２流路６０６または連結管１１６にある異物または、異物以外の異常状態の場合のエラーが検出される。第２電流値からは、キャピラリ１０８、キャピラリ接続部６０８または第１流路内６０４の異物または、異物以外の異常状態が検出される。そのため、第１電流値または第２電流値の一方に基づき異常と判断される場合は、いずれか一方でのみで検出可能な異常原因と判断できる。つまり、第１電流値からのみ異常が判断される場合(ケース２)は、エラー原因が第２流路６０６内または連結管１４６内の異物、第２電流値からのみ異常が判断される場合（ケース３）は、エラー原因が第１流路６０４内の異物と判断することが可能となる。実施例１では、異常が検知された場合は、ブロック１３８及びキャピラリ１０８に泳動媒体１３７の再充填を行っていた。本実施例のケース２またはケース３の場合は、異常原因がブロック１３８内または連結管１４６内の異物と特定できるため、ブロック１３８の流路に泳動媒体１３７を送液することで異物を除去することができる。これにより、異物の除去に用いる泳動媒体１３７の使用量を削減することが可能である。第３の電極６０２は、第１流路６０４全体の異常を検知したいため、ブロック１３８の泳動媒体容器１４２の接続部に設けるのが好ましい。また、図６では第３の電極６０２はブロック１３８に設けているが、泳動媒体容器１４２に挿入しても良い。
　図７を用いて、本実施例の、実施例１の分析ワークフローと異なる部分を説明する。本実施例では、実施例１と泳動媒体１３７の再充填を行うときのフローが異なる。その他のフローは実施例１と同様であるため、説明は省略する。また、ステップ３０３及びステップ３１０の異常検知では、第１電流値及び第２電流値に基づき異常の判断を行い、第１電流値または第２電流値の少なくともいずれか一方に基づき異常が検知された場合は、異常ありと判断される。第１電流値及び第２電流値に基づき異常なしと判断された場合（ケース１）を異常なしと判断する。また、図７は、見やすさのためステップ３０７からステップ３１１の図示を省略したが、実施例１の図５におけるステップ３０７からステップ３１１と同様である。
　ステップ３０７からステップ３１１で泳動媒体１３７を再充填することになった場合（７００）、本実施例では異常検知の結果の確認を行う（７０１）。本実施例では、異常検知の結果によりフローが異なる。
　ケース２またはケース３の、第１電流値または第２電流値のいずれか一方から異常が検知された場合は、上述したように、それぞれ異常の原因が第２流路６０６内または連結管１４６内の異物、または第１流路６０４内の異物と判断できるため、ブロック１３８に形成された流路に泳動媒体１３７を充填する（７０２）。ブロック１３８の流路に泳動媒体１３７を充填する場合、泳動媒体容器１４２内の泳動媒体１３７が第１流路６０４、キャピラリ接続部６０８、第２流路６０６及び連結管１４６を経由し、陽極バッファ容器１４４へと送液され、異物が陽極バッファ容器１４４へと排出される。ケース２の第１電流値で異常が検知された場合は、第２流路６０６または連結管１４６内の異物が原因であり、異物が、異物の排出先の陽極バッファ容器１４４に近くに位置している。第２流路６０６及び連結管１４６充填分の泳動媒体１３７を送液すれば良いため、ステップ３０１やステップ７０２の泳動媒体充填よりも少量の泳動媒体１３７をブロック１３８の流路に送液する（７０３）。ケース２とケース３で泳動媒体１３７の送液量を調整することでさらに泳動媒体１３７の使用量を削減することが可能となる。
　ケース４の第１電流値及び第２電流値で異常が検知された場合は、キャピラリ１０８内の異物や、第１流路６０４内の異物及び第２流路６０６または連結管１４６内の異物等様々なケースが考えられる。そのため、ケース４では、ステップ３０２に戻り実施例１と同様にブロック１３８の流路及びキャピラリ１０８へ泳動媒体１３７の再充填を行う。
　以上のように、本例は、電気泳動装置において、電気泳動前に通電路の状態を確認し、異常があった場合、混入した異物を除去するシステム、また、異物の除去回数に制限を持たせること、異物の混入位置によって除去方法を変えることで、泳動媒体泳動媒体の消費量を抑えるシステムを確立した。
　実施例１及び実施例２では、分析ワークフローの送液後の異常検知について説明したが、分析ワークフローを行う前の泳動媒体１３７の充填後に、上述した異常検知工程を行うことも可能である。
　また、実施例１及び実施例２の異常検知工程では、電流値と閾値を比較し通電路の状態を判断したが、電流値の傾き等から異常状態を判断しても良い。
１００：電気泳動装置、１０２：キャピラリアレイ、１０４：照射検出ユニット、１０６：ポンプユニット、１０８：キャピラリ、１１０：ロードヘッダ、１１２：キャピラリヘッド、１１４：検出位置、１１６：光源、１１８：光学検出器、１２０：中空電極、１２２：高圧電源、１２４：第１電流計、１２６：第２電流計、１２８：バッファ、１２９：陰極バッファ容器、１３０：純水、１３１：洗浄容器、１３２：廃液容器、１３４：試料を含んだ溶液
１３５：試料容器、１３６：搬送機、１３７：泳動媒体、１３８：ブロック、１４０：ポンプ、１４２：泳動媒体容器、１４４：陽極バッファ容器、１４６：連結管、１４８：バルブ、１５２：逆止弁、１５４：バッファ、１５６：電極（ＧＮＤ）、１５８：恒温槽、１６０：コンピュータ、１６２：通信ケーブル、１６４：マイコン、１６６：コントローラ、１６８：バッファ、６００：電気泳動装置、６０２：第３の電極、６０４：第１流路、６０６：第２流路、６０８：キャピラリ接続部

Claims (11)

  1. 　内部に泳動媒体が充填される流路と、
    　前記流路の陰極側に設けられた第１電極と、
    　前記流路の陽極側に設けられた第２電極と、
    　前記第１電極と前記第２電極との間に電圧を印加するための電源と、
    　前記流路に前記泳動媒体を送液するポンプと、
    　制御部と、
    を有する電気泳動装置において、
    　前記制御部は、前記流路に前記泳動媒体を充填する充填工程と、
    　試料の電気泳動を行う電気泳動工程と、
    　前記試料の電気泳動に先立って、前記第１電極及び前記第２電極に電圧を印加し、前記流路に充填された前記泳動媒体を含む通電路に流れる電流値に基づいて、前記通電路の状態を判断する異常検知工程と、
    を有する分析ワークフローに関する制御を行い、
    　前記制御部は、前記異常検知工程で、前記通電路に２０秒以上電圧を印加することを特徴とする電気泳動装置。
  2. 　請求項１の電気泳動装置において、
    　前記流路は、キャピラリと、ブロックとを備え、
    　前記ブロックは、前記キャピラリと泳動媒体容器を連通する第１流路と、前記第２電極が収容された緩衝液容器と前記キャピラリとを連通する第２流路と、を有し、
    　前記第１流路または前記泳動媒体容器は、異常を確認するための第３電極を備え、
    　前記異常検知工程では、前記第１電極と前記第２電極との間の第１電流値と、前記第１電極と前記第３電極との間の第２電流値とに基づいて、前記通電路の状態を判断することを特徴とする電気泳動装置。
  3. 　請求項２の電気泳動装置において、
    　前記第１電流値及び前記第２電流値から異常が判断された場合は、前記キャピラリ及び前記ブロックに前記泳動媒体の充填を行い、
    　前記第１電流値または前記第２電流値のいずれか一方から異常が判断された場合は、前記ブロックに前記泳動媒体の充填を行うことを特徴とする電気泳動装置。
  4. 　請求項３の電気泳動装置において、
    　前記第１電流値から異常が検知されかつ前記第２電流値から異常が検知されない場合は、
    　前記第２電流値から異常が検知され、かつ前記第１電流値から異常が検知されない場合よりも、少量の前記泳動媒体が送液されることを特徴とする電気泳動装置。
  5. 　請求項１乃至４の電気泳動装置において、
    　前記制御部は、前記異常検知工程で、４キロボルト以上の電圧を印加することを特徴とする電気泳動装置。
  6. 　請求項１乃至５の電気泳動装置において、
    　前記制御部は、前記異常検知工程で異常が検知された場合は、再度充填工程を行うことを特徴とする電気泳動装置。
  7. 　請求項６の電気泳動装置において、
    　前記制御部は、前記異常検知工程で異常が検出された回数または前記充填工程を行った回数を記録し、
    　前記分析ワークフローにおいて、異常が検知されたのが２回目の場合は、１回目の異常検知時の電流値と、２回目の異常検知時の電流値とに基づいて、再度前記充填工程を行うか判断することを特徴とする電気泳動装置。
  8. 　請求項７の電気泳動装置において、
    　１回目の異常検知時の電流値と２回目の異常検知時の電流値との差が閾値を基準に電流値の変化が小さいと判断された場合は、前記充填工程での前記泳動媒体の送液よりも、速い送液速度または大きな送液圧力で前記泳動媒体を送液することを特徴とする電気泳動装置。
  9. 　請求項８の電気泳動装置において、
    　速い送液速度または大きな送液圧力で前記泳動媒体を送液した後に電流値を測定し、２回目の異常検知の電流値と比較することで、再度前記充填工程を行うか判断を行い、
    　前記充填工程を行わない場合は、エラーを報知することを特徴とする電気泳動装置。
  10. 　請求項６乃至９の電気泳動装置において、
    　記録された前記回数が所定の回数に達した場合は、エラーを報知することを特徴とする電気泳動装置。
  11. 　請求項１の電気泳動装置において、
    　前記異常検知工程は、前記通電路を流れる電流値と、所定の閾値とを比較することで前記通電路の状態を判断することを特徴とする電気泳動装置。
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