WO2024047702A1 - キャピラリ電気泳動装置およびその光学性能診断方法 - Google Patents

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capillary
capillary electrophoresis
electrophoresis device
optical
control unit
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慎治 竹内
誉人 五味
基博 山崎
武彦 柴崎
克成 丸岡
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株式会社日立ハイテク
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/416—Systems
    • G01N27/447—Systems using electrophoresis

Definitions

  • the present invention relates to a capillary electrophoresis device and a method for diagnosing its optical performance.
  • Capillary electrophoresis devices are widely used as devices for analyzing DNA base sequences or base lengths.
  • this capillary electrophoresis device when the capillary array is replaced, there is a possibility that the positional relationship of the optical system will shift. Therefore, as described in Patent Document 1, for example, a technique is known in which data obtained by electrophoresis is normalized using wavelength calibration data obtained before shipment.
  • An object of the present invention is to provide a capillary electrophoresis device and a method for diagnosing its optical performance, which allows the optical performance to be confirmed without any specialized work.
  • the present invention provides a capillary array composed of a plurality of capillaries, a light source that oscillates laser light, and a detector that detects the light emitted when the capillary array is irradiated with laser light. and a control unit that performs predetermined processing based on the signal from the detector, the control unit performing processing related to the optical index based on the image captured by the detector.
  • a predetermined absolute value is extracted, and the optical index is calculated by comparing the extracted absolute value with a predetermined reference value.
  • FIG. 3 is a diagram schematically showing the path of a laser beam in an optical irradiation system of a capillary electrophoresis device.
  • FIG. 3 is a diagram schematically showing the path of a laser beam in an optical irradiation system of a capillary electrophoresis device.
  • Diagram showing a capillary array for analysis The figure which shows the example of the image acquired when only an upper beam is irradiated to a shield array.
  • FIG. 6 is a diagram showing an example of the light intensity distribution in the Y-axis direction at a peak on the long wavelength side (dotted line 504 in FIG. 5).
  • FIG. 3 is a conceptual diagram showing a light intensity waveform of an upper beam, a light intensity waveform of a lower beam, and a composite waveform thereof.
  • FIG. 3 is a diagram showing an example of the distribution of signal intensity at the upper and lower centers of the capillary array when irradiated with upper and lower beams.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of the capillary electrophoresis device of this embodiment.
  • the capillary electrophoresis device 101 includes a capillary array 117 that includes one or more capillaries 102, a constant temperature bath 118 that keeps the capillaries 102 at a constant temperature, and a high-voltage power supply 104 that applies voltage to the capillaries 102. , a pump mechanism 103 for injecting the polymer into the capillary 102, and a transport mechanism 125.
  • the transport mechanism 125 is a mechanism for transporting the buffer container 121, the cleaning container 122, the waste liquid container 123, and the sample container 124 to the capillary cathode end 127.
  • the capillary array 117 is formed between a load header 129 provided at one end, a capillary head 112 provided at the other end, and the load header 129 and the capillary head 112, and detects a sample electrophoresing in the capillary 102.
  • a detection unit 116 is provided.
  • the capillary array 117 is composed of, for example, 24 capillaries 102, and when changing the measurement method, the capillary array 117 is replaced with one having a different capillary length. Further, even if the capillary 102 is damaged or deteriorates in quality, it is replaced with a new capillary array 117.
  • the capillary 102 is formed of a glass tube with an inner diameter of 50 ⁇ m and an outer diameter of 320 ⁇ m, and its surface is coated with polyimide to improve strength. However, in the detection part 116 of the capillary 102 that is irradiated with laser light, the polyimide coating is removed so that the light emitted from inside is likely to leak to the outside.
  • the inside of the capillary 102 is filled with a separation medium by a pump mechanism 103 to provide a migration difference during electrophoresis.
  • a polymer which is a highly viscous solution, is used as the separation medium.
  • the capillary cathode ends 127 are each fixed through a metal hollow electrode 126, and the tip of the capillary 102 protrudes from the hollow electrode 126 by about 0.5 mm. Further, the hollow electrodes 126 provided in each capillary 102 are all attached to the load header 129 as one unit. Furthermore, all the hollow electrodes 126 are electrically connected to the high voltage power supply 104 mounted on the main body of the apparatus, and operate as cathode electrodes when a voltage is applied such as during electrophoresis or sample introduction.
  • the capillary end opposite to the capillary cathode end 127 is bundled and bonded together by the capillary head 112.
  • the capillary head 112 is connected to the block 107 in a pressure-tight and airtight manner. Then, the new polymer is filled into the capillary 102 by the pump mechanism 103. Polymer refilling in the capillary 102 is performed after each measurement to improve the performance of the measurements.
  • the optical system includes a light irradiation mechanism 114 that irradiates the detection unit 116, an array holder 105 that holds the detection unit 116, a spectrometer 132 that separates the light emitted from the detection unit 116 into each wavelength, and detects the separated light. and a two-dimensional detector 115.
  • the light irradiation mechanism 114 irradiates the detection unit 116, the light emitted from the detection unit 116 is spectrally separated by the spectrometer 132, and then the two-dimensional detector 115 Detect with.
  • the two-dimensional detector 115 is, for example, a CCD camera, and transmits detected image data to a control unit (not shown).
  • the control unit controls the operation of the high-voltage power supply 104 and the like, and calculates the analysis result of the sample based on the signal detected by the two-dimensional detector 115. Further, the control section is connected to an input section for inputting settings, etc., an output section for displaying analysis results, etc., and a storage section for storing analysis results, etc. (all not shown).
  • the constant temperature bath 118 is covered with a heat insulating material, and the inside thereof is controlled to a constant temperature by a heating/cooling mechanism 120. Further, the fan 119 circulates and stirs the air in the thermostatic chamber 118 to keep the temperature of the capillary array 117 uniform and constant.
  • the pump mechanism 103 includes a plunger pump 106, a block 107, a check valve 108, an electric valve 113, a polymer container 109, and an anode buffer container 110.
  • Block 107 is provided with a flow path that communicates plunger pump 106, polymer container 109, anode buffer container 110, and capillary array 117.
  • a check valve 108 is provided in the flow path between the plunger pump 106 and the polymer container 109 to prevent backflow of the polymer.
  • An electric valve 113 is provided in the flow path between the block 107 and the anode buffer container 110.
  • the electric valve 113 When filling the chamber 128 of the plunger pump 106 and the capillary array 117 with polymer, the electric valve 113 is closed to prevent the buffer solution from flowing in from the anode buffer container 110. When performing electrophoresis, the electric valve 113 is opened and the anode electrode 111 and the capillary cathode end 127 are energized.
  • the transport mechanism 125 includes three electric motors and a linear actuator (not shown), and is movable in three axes: vertical, horizontal, and depth directions. Furthermore, one or more containers can be placed on the moving stage 130 of the transport mechanism 125. Furthermore, the moving stage 130 is equipped with an electric grip 131, which can grip and release each container. Therefore, the buffer container 121, the cleaning container 122, the waste liquid container 123, and the sample container 124 can be transported to the load header 129 as necessary. Note that unnecessary containers are stored in a predetermined storage space within the device.
  • FIG. 2 is a diagram schematically showing the path of laser light in the optical irradiation system of the capillary electrophoresis device according to the present embodiment.
  • the light irradiation mechanism 114 in this embodiment includes a laser unit 133 that is a light source that oscillates a laser beam 140, a beam splitter 136 that splits the laser beam 140 into two, and a reflection mirror 134 that changes the path of the laser beam 140. It has a condensing lens 137 that condenses the laser beam 140.
  • each laser beam 140 split by the beam splitter 136 is guided below the capillary array by the reflecting mirror 134, and the other is guided above the capillary array by the reflecting mirror 134. Furthermore, each laser beam 140 enters from the upper end or lower end of the capillary array after being focused by the condensing lens 137, and the fluorescence emitted from the detection unit 116 of each capillary 102 is detected by the two-dimensional detector 115. be done. Note that the following description assumes that a CCD camera is used as the two-dimensional detector 115.
  • a capillary array is composed of 24 capillaries 102, and each capillary 102 is fixed in line with the reference base 138 in the detection unit 116.
  • a virtual straight line perpendicular to each capillary axis on a virtual plane formed by the central axis (capillary axis) of each capillary on the reference base 138 is referred to as an optical axis 139.
  • a capillary array is configured with 24 capillaries 102, and the first capillary from the bottom is expressed as CAP1, and the 24th capillary from the bottom (first from the top) is expressed as CAP24. The number is not limited to 24.
  • the optical performance of the capillary electrophoresis device depends on the positional accuracy of the optical axis of the laser beam, the positional accuracy of the CCD camera, the focus accuracy, etc.
  • the optical performance before shipping is adjusted during the manufacturing process, but even after shipping, it is necessary to check the optical performance periodically or when replacing the capillary array and adjust it as necessary.
  • a method for diagnosing the optical performance of the capillary electrophoresis device according to this embodiment will be described below. Before describing the examples of the present invention, first, a comparative example will be described.
  • a shield array 141 for calibration shown in FIG. 3A is used for diagnosing optical performance. Unlike the analysis capillary array 117 shown in FIG. 3B, the shield array 141 is in a state where no voltage for electrophoresis is applied, and no DNA is contained therein.
  • the shield array 141 has capillaries sealed at both ends, filled with a polymer solution (EG: ethylene glycol/Urea: urea), and cut to a length (about 20 cm) for easy handling.
  • EG ethylene glycol/Urea: urea
  • a service engineer mainly diagnoses the optical performance using the shield array 141.
  • a service engineer or the like sets the shield array 141 on the array holder 105 and irradiates the polymer solution (EG/UREA) filled in each capillary with laser light, a Raman signal is obtained.
  • a service engineer or the like uses special software to visually identify the peak value of a Raman signal included in an image captured by a CCD camera. Since optical performance includes a plurality of indicators, a service engineer or the like needs to obtain an image using a CCD camera and manually read the required value for each indicator. The read value is sent to the control section, and the optical index is calculated by the control section.
  • the image captured by the CCD camera contains a pseudo signal generated by a shield array imitating a capillary array rather than an actual capillary array, so the calculated optical index is relative. It is something like that. Therefore, the service engineer etc. should judge whether the calculated optical index falls within the predetermined target value (specification) for the shield array, and adjust the optical axis of the laser beam as necessary. Adjust the position of the CCD camera, etc.
  • the service engineer or the like removes the shield array for calibration from the capillary electrophoresis apparatus, and attaches the capillary array for analysis to the capillary electrophoresis apparatus for actually performing electrophoresis.
  • each optical index will be specifically explained below.
  • laser light is irradiated from above and below the capillary array.
  • the laser light that is irradiated onto the capillary array from above is sometimes called an upper beam
  • the laser light that is irradiated onto the capillary array from below is sometimes called a lower beam.
  • an image of Raman scattered light obtained when only the upper beam is irradiated and an image of Raman scattered light obtained when only the lower beam is irradiated are used to determine the optical axis of the upper beam and the lower beam.
  • the coaxiality of the optical axes of is calculated.
  • a service engineer or the like when capturing an image by irradiating only the upper beam, installs a light shielding plate in the optical path of the lower beam and captures the image using a CCD camera.
  • a service engineer or the like when capturing an image by irradiating only the lower beam, installs a light shielding plate in the optical path of the upper beam and captures the image using a CCD camera.
  • FIG. 4A is a diagram showing an example of an image obtained when only the upper beam is irradiated to the shield array
  • FIG. 4B is a diagram showing an example of an image obtained when only the lower beam is irradiated to the shield array. It is a diagram.
  • the service engineer or the like visually confirms and identifies the short wavelength peak 302 at the top and bottom center of the shield array
  • FIG. 4B visually confirms the short wavelength peak 305 at the top and bottom center of the shield array. while identifying.
  • the control unit extracts the X coordinate of the peak 302 when only the upper beam 301 is irradiated and the X coordinate of the peak 305 when only the lower beam 304 is irradiated, and calculates the difference between these coordinates. Based on this, an optical index regarding the coaxiality of the upper and lower beams is output. If the output optical index is not within the predetermined target value range, that is, if the deviation between the optical axis of the upper beam and the optical axis of the lower beam is larger than the specification, the service engineer etc. Make adjustments.
  • FIG. 5 is a diagram showing an example of an image obtained when the shield array is irradiated with the upper and lower beams.
  • a service engineer or the like visually confirms and identifies the peak on the long wavelength side and the peak on the short wavelength side of the edge of the shield array (CAP1 or CAP24) on the captured image as shown in FIG. Then, the control unit calculates the deviation of the Y coordinate when each peak is connected (dotted line 401 in FIG.
  • the output optical index is not within a predetermined target value range, that is, if the horizontal rotation angle is larger than the specification, a service engineer or the like adjusts the position of the spectrometer 132.
  • the image in FIG. 5 is also used when calculating the index of the vertical rotation angle in the comparative example.
  • a service engineer or the like visually checks the short wavelength peak at the upper end of the shield array (CAP24) and the short wavelength peak at the lower end of the shield array (CAP1) on the captured image as shown in FIG. Identify. Then, the control unit calculates the deviation of the X coordinate when each peak is connected (dotted line 403 in FIG. 5), and outputs an optical index regarding the vertical rotation angle of the spectrometer 132 and the CCD camera based on the calculated deviation. . If the output optical index is not within a predetermined target value range, that is, if the vertical rotation angle is larger than the specification, a service engineer or the like adjusts the position of the CCD camera.
  • the image in FIG. 5 is also used when calculating the vertical error index in the comparative example.
  • a service engineer or the like visually confirms and identifies the position of the upper end (CAP24) of the shield array and the position of the lower end (CAP1) of the shield array on the captured image as shown in FIG.
  • the control unit calculates a distance 404 (Upper Location) from the upper end of the angle of view to the upper end of the shield array, and a distance 405 (Lower Location) from the end of the lower angle of view to the lower end of the shield array. Based on the value, an optical index regarding the vertical error is output.
  • the image in FIG. 5 is also used when calculating the index of light intensity focus error in the comparative example.
  • a service engineer, etc. has a short wavelength peak (501a) and a long wavelength peak (501b) at the upper end (CAP24) of the shield array, and a short wavelength peak (501b) at the center of the shield array (CAP12) on the photographed image shown in FIG.
  • the side peak (501c), the long wavelength side peak (501d), and the short wavelength side peak (501e) and long wavelength side peak (501f) at the lower end (CAP1) of the shield array are identified while visually checking.
  • the control unit outputs an optical index regarding the light intensity focus error based on the light intensity at each peak.
  • This light intensity focus error is an index indicating the degree of decrease in light intensity (Intensity) due to focus shift of the CCD camera.
  • FIG. 6 is a diagram showing an example of the light intensity distribution in the Y-axis direction at the peak on the long wavelength side (dotted line 504 in FIG. 5).
  • the control unit extracts the half-width 502 of the peak on the long wavelength side at the position of each capillary from the upper end (CAP24) to the lower end (CAP1) of the shield array, and based on each extracted half-width 502, creates an optical index regarding the signal half-width. Output.
  • stray light (leakage light) appears in the gap between adjacent capillaries arranged in the Y-axis direction (corresponding to the valley of the waveform) during laser light irradiation, it may affect the signal at the capillary position. There is sex. Therefore, the control unit extracts the light intensity in the gap 503 between each capillary from the image of FIG. 6, and outputs an optical index regarding stray light based on the extracted light intensity.
  • SN ratio ⁇ Signal to noise ratio (SN ratio)>
  • the control unit determines the peak light intensity based on the ratio of the peak light intensity in the bright state when the capillary array is irradiated with the laser light and the peak light intensity in the dark state when the capillary array is not irradiated with the laser light. , calculate an optical index regarding the signal-to-noise ratio.
  • a shield array is not used for diagnosing optical performance, but an analysis capillary array 117 (see FIG. 3B) for actually performing electrophoresis is used, and a capillary head 112 is connected to a pump mechanism 103. Ru.
  • the control unit of the capillary electrophoresis apparatus automatically diagnoses the optical performance without requiring manual operation by a service engineer or the like.
  • the diagnosis trigger can be specified by the user of the capillary electrophoresis device using the input section during a time when analysis is not being performed, or if the control section is connected to an external monitoring terminal device via a network, that terminal can be used to trigger the diagnosis. Instructions may be given from the device.
  • control unit automatically identifies the peak of the Raman signal from mainly one image captured by the CCD camera, and extracts its coordinates, light intensity, etc., and performs one-batch processing. to output each optical index.
  • the optical index will be explained in detail below.
  • a CCD camera captures one common image of combined Raman scattered light when laser light is simultaneously irradiated from above and below a capillary array.
  • FIG. 7 is a conceptual diagram showing the light intensity waveform of the upper beam, the light intensity waveform of the lower beam, and their combined waveform.
  • FIG. 8 is a diagram showing an example of an image obtained when the capillary array is irradiated with the upper and lower beams.
  • FIG. 9 is a diagram showing an example of the distribution of signal intensity at the upper and lower centers of the capillary array when the upper and lower beams are irradiated.
  • the horizontal axis (X-axis) direction indicates the wavelength information of Raman scattered light when the base sequence of the DNA of the sample is irradiated with laser light, and the left side of the X-axis is short.
  • the wavelength side is the long wavelength side
  • the right side of the X axis is the long wavelength side.
  • the vertical axis (Y-axis) direction in FIG. 8 indicates position information of the capillary.
  • one image captured by the CCD camera includes a composite waveform 603 in which an upper beam light intensity waveform 601 and a lower beam light intensity waveform 602 are combined. If the optical axis of the upper beam and the optical axis of the lower beam are misaligned, the peak value of the composite waveform will be lower and the half-width of the peak will be larger than when they are not misaligned.
  • control unit identifies the long wavelength side peak 705 at the upper and lower center (CAP12) of the capillary array by image processing, and as shown in FIG. Extract 702. Furthermore, the control unit outputs an optical index regarding the coaxiality of the upper and lower beams by comparing the extracted half-width 702 with a reference value stored in advance in the storage unit.
  • the control unit identifies a predetermined absolute value (for example, a peak value) other than the half-width from the composite waveform included in one image, and compares the absolute value with a predetermined reference value to determine the index. It is also possible to calculate. In any case, since the absolute value detected using the actual capillary array is compared with the reference value, rather than the relative value detected using the shielded array as in the comparative example, the accuracy is A high index can be calculated.
  • the control unit identifies the long wavelength side peak and short wavelength side peak of the end of the capillary array (CAP1 or CAP24) by image processing in one image as shown in FIG. 8, and calculates the shift in the Y coordinate of each peak. do. Further, the control unit outputs an optical index regarding the horizontal rotation angle of the spectrometer 132 and the CCD camera based on the calculated deviation. Since this optical index is calculated based on the absolute value detected using a capillary array actually used for electrophoresis, it is a more accurate index than that of the comparative example.
  • the control unit identifies a short wavelength peak at the upper end of the capillary array (CAP24) and a short wavelength peak at the lower end of the capillary array (CAP1) by image processing. Further, the control unit calculates the deviation in the X coordinate of each identified peak, and outputs an optical index regarding the vertical rotation angle of the spectrometer 132 and the CCD camera based on the calculated deviation. Since this optical index is calculated based on the absolute value detected using a capillary array actually used for electrophoresis, it is a more accurate index than that of the comparative example.
  • the control unit specifies the position of the upper end (CAP24) of the capillary array and the position of the lower end (CAP1) of the capillary array in one image as shown in FIG. 8 through image processing. Furthermore, the control unit calculates the distance from the upper end of the angle of view to the upper end of the capillary array (Upper Location) and the distance from the end of the lower angle of view to the lower end of the capillary array (Lower Location), and uses the calculated values. Based on this, an optical index regarding the vertical error is output. Since this optical index is calculated based on the absolute value detected using a capillary array actually used for electrophoresis, it is a more accurate index than that of the comparative example.
  • the control unit controls a short wavelength peak and a long wavelength peak at the upper end of the capillary array (CAP24), a short wavelength peak and a long wavelength peak at the center of the capillary array (CAP12), A short wavelength peak and a long wavelength peak at the lower end (CAP1) of the capillary array are identified by image processing. Further, the control unit outputs an optical index regarding a light intensity focus error based on the light intensity at each peak. Since this optical index is calculated based on the absolute value detected using a capillary array actually used for electrophoresis, it is a more accurate index than that of the comparative example.
  • FWHM ⁇ Signal half width (FWHM)>
  • the control unit extracts the half-value width of the long wavelength side peak at each capillary position from the upper end (CAP24) to the lower end (CAP1) of the capillary array from one image similar to the above, and based on each extracted half-value width, Outputs an optical index regarding the signal half width. Since this optical index is calculated based on the absolute value detected using a capillary array actually used for electrophoresis, it is a more accurate index than that of the comparative example.
  • the control unit extracts the light intensity in the air gap 503 between each capillary from the same image as described above, and outputs an optical index regarding stray light based on the extracted light intensity. Since this optical index is calculated based on the absolute value detected using a capillary array actually used for electrophoresis, it is a more accurate index than that of the comparative example.
  • the control unit divides one image in a bright state into a plurality of sections in the wavelength direction (X-axis direction), calculates the collective light intensity in each section, and calculates the peak collective light intensity.
  • the control unit divides one image in the dark state into similar sections, and similarly calculates the peak collective light intensity.
  • the control unit calculates the signal-to-noise ratio based on the ratio of peak collective light intensities calculated for each state.
  • the optical indices of the coaxiality of the upper and lower beams, the horizontal rotation angle, the vertical rotation angle, the vertical error, the optical intensity focus error, the signal half-width, and the adjacent capillary noise are actually analyzed. Calculated using the capillary array used. That is, since all optical indicators are absolute indicators, accurate optical performance diagnosis and accurate optical adjustment are possible by comparing them with predetermined absolute target values (specifications). Furthermore, since the capillary electrophoresis device automatically outputs each optical index without manual operation by a service engineer or the like, diagnosis of optical performance becomes easy.
  • the results of diagnosis by the automatic optical diagnosis function as described above, that is, each optical index, are stored in the storage section of the capillary electrophoresis device. Therefore, the control section can also output the time-series changes in the optical index stored in the storage section to the output section by operation of the input section or the like by a user or a service engineer. Time-series changes in optical indicators can be used for failure prediction, etc.
  • each optical index output by the automatic optical diagnostic function is continuously sent to the monitoring terminal device connected to the control unit via the network, regardless of whether it is within the target value (specification) range or not.
  • the control unit may send a notification to the monitoring terminal device. If the optical index is not within the target value range, a service engineer or the like goes to the installation site of the capillary electrophoresis device and makes optical adjustments.
  • control section may be provided separately into an operation control section that controls the operation of each part of the capillary electrophoresis device, and a diagnostic control section that diagnoses optical performance based on signals from a CCD camera. good.
  • Waste liquid container 124... Sample container, 125... Transport mechanism, 126... Hollow electrode, 127... Capillary cathode end, 128... Chamber, 129... Load header , 130...Movement stage, 131...Grip, 132...Spectroscope, 133...Laser unit, 134...Reflection mirror, 135...Polarizer, 136...Beam splitter, 137...Condenser lens, 138...Reference base, 139...Optical axis , 140... Laser light, 141... Shield array

Abstract

本発明の目的は、専門的な作業をしなくても光学性能を確認できるキャピラリ電気泳動装置およびその光学性能診断方法を提供することにある。そのために、本発明は、複数のキャピラリで構成されるキャピラリアレイと、レーザ光を発振する光源と、前記キャピラリアレイにレーザ光を照射したときに発する光を検出する検出器と、検出器からの信号に基づいて所定の処理をする制御部と、を備えたキャピラリ電気泳動装置であって、前記制御部は、前記検出器が撮像した画像に基づいて、光学指標に関係する所定の絶対値を抽出し、抽出した絶対値と予め定められた基準値との比較により前記光学指標を算出する。

Description

キャピラリ電気泳動装置およびその光学性能診断方法
　本発明は、キャピラリ電気泳動装置およびその光学性能診断方法に関する。
　キャピラリ電気泳動装置は、ＤＮＡの塩基配列または塩基長を分析するための装置として広く普及している。このキャピラリ電気泳動装置では、キャピラリアレイを交換するなどした場合、光学系の位置関係にズレが生じる可能性がある。そこで、例えば特許文献１に記載されているように、出荷前に取得した波長校正データを利用して、電気泳動によって得られたデータを正規化する技術が知られている。
特開２００７－２１２４４９号公報
　しかし、出荷後のキャピラリ電気泳動装置の光学性能を確認する際には、サービスエンジニア等によるマニュアル操作が必要であった。
　本発明の目的は、専門的な作業をしなくても光学性能を確認できるキャピラリ電気泳動装置およびその光学性能診断方法を提供することにある。
　前述の課題を解決するために、本発明は、複数のキャピラリで構成されるキャピラリアレイと、レーザ光を発振する光源と、前記キャピラリアレイにレーザ光を照射したときに発する光を検出する検出器と、検出器からの信号に基づいて所定の処理をする制御部と、を備えたキャピラリ電気泳動装置であって、前記制御部は、前記検出器が撮像した画像に基づいて、光学指標に関係する所定の絶対値を抽出し、抽出した絶対値と予め定められた基準値との比較により前記光学指標を算出する。
　本発明によれば、専門的な作業をしなくても光学性能を確認できるキャピラリ電気泳動装置およびその光学性能診断方法を提供することが可能となる。
キャピラリ電気泳動装置の概略図。 キャピラリ電気泳動装置の光学照射系における、レーザ光の経路を模式的に示した図。 校正用のシールドアレイを示す図。 分析用のキャピラリアレイを示す図。 上ビームのみをシールドアレイに照射したときに取得される画像の例を示す図。 下ビームのみをシールドアレイに照射したときに取得される画像の例を示す図。 上下ビームをシールドアレイに照射したときに取得される画像の例を示す図。 長波長側ピーク（図５の点線５０４）におけるＹ軸方向の光強度分布の例を示す図。 上ビームの光強度波形と下ビームの光強度波形とこれらの合成波形とを示す概念図。 上下ビームをキャピラリアレイに照射したときに取得される画像の例を示す図。 上下ビームを照射したときのキャピラリアレイの上下中央における信号強度の分布の例を示す図。
　本発明の実施形態に係るキャピラリ電気泳動装置の構成について、図１を用いて説明する。図１は、本実施形態のキャピラリ電気泳動装置の概略図である。図１に示すように、キャピラリ電気泳動装置１０１は、１本以上のキャピラリ１０２により構成されるキャピラリアレイ１１７と、キャピラリ１０２を恒温に保つ恒温槽１１８と、キャピラリ１０２に電圧を印加する高圧電源１０４と、キャピラリ１０２内にポリマーを注入するポンプ機構１０３と、搬送機構１２５と、を備える。なお、搬送機構１２５は、バッファ容器１２１、洗浄容器１２２、廃液容器１２３およびサンプル容器１２４を、キャピラリ陰極端１２７に搬送するため機構である。
　キャピラリアレイ１１７は、一端に設けられたロードヘッダ１２９と、他端に設けられたキャピラリヘッド１１２と、ロードヘッダ１２９とキャピラリヘッド１１２との間に形成されてキャピラリ１０２内を電気泳動するサンプルを検出する検出部１１６と、を有する。また、キャピラリアレイ１１７は、例えば２４本のキャピラリ１０２で構成され、測定手法を変更する場合、異なるキャピラリ長さを有するもの交換される。また、キャピラリ１０２に破損や品質の劣化が見られた場合にも、新品のキャピラリアレイ１１７に交換される。
　キャピラリ１０２は、内径５０μｍ、外径３２０μｍのガラス管で形成され、強度を向上させるために表面がポリイミドでコーティングされている。ただし、キャピラリ１０２のうち、レーザ光が照射される検出部１１６は、内部の発光が外部に漏れやすいように、ポリイミド被膜が除去されている。キャピラリ１０２の内部は、電気泳動時に泳動差を与えるための分離媒体が、ポンプ機構１０３によって充填される。本実施形態では、分離媒体として、高粘性溶液であるポリマーが用いられる。
　キャピラリ陰極端１２７は、それぞれ金属製の中空電極１２６を通して固定されており、キャピラリ１０２先端が中空電極１２６から０．５ｍｍ程度突き出た状態になっている。また、キャピラリ１０２毎に装備された中空電極１２６は、すべてが一体となってロードヘッダ１２９に装着される。さらに、すべての中空電極１２６は、装置本体に搭載されている高圧電源１０４と導通しており、電気泳動やサンプル導入など電圧が印加される際に陰極電極として動作する。
　キャピラリ陰極端１２７と反対側のキャピラリ端部は、キャピラリヘッド１１２により１つに束ねられて接着されている。キャピラリヘッド１１２は、ブロック１０７に耐圧気密で接続される。そして、ポンプ機構１０３により、キャピラリ１０２内に新規ポリマーが充填される。キャピラリ１０２中のポリマー詰め替えは、測定の性能を向上させるために測定ごとに実施される。
　光学系は、検出部１１６を照射する光照射機構１１４と、検出部１１６を保持するアレイホルダ１０５と、検出部１１６内の発光を各波長に分光する分光器１３２と、分光された光を検出する２次元検出器１１５と、で構成される。電気泳動により分離されたキャピラリ１０２中のサンプルを検出するときは、光照射機構１１４で検出部１１６を照射し、検出部１１６からの発光を分光器１３２で分光した上で、２次元検出器１１５で検出する。２次元検出器１１５は、例えばＣＣＤカメラであり、検出した画像データを、図示しない制御部に送信する。
　制御部は、高圧電源１０４などの動作を制御したり、２次元検出器１１５で検出された信号などに基づいてサンプルの分析結果を算出したりする。また、制御部には、設定などが入力される入力部、分析結果などを表示する出力部、分析結果などを記憶する記憶部が接続される（いずれも図示せず）。
　恒温槽１１８は、断熱材で覆われており、加熱冷却機構１２０によって、その内部が一定の温度に制御される。また、ファン１１９が、恒温槽１１８内の空気を循環および攪拌させ、キャピラリアレイ１１７の温度を均一かつ一定に保つ。
　ポンプ機構１０３は、プランジャーポンプ１０６と、ブロック１０７と、逆止弁１０８と、電動バルブ１１３と、ポリマー容器１０９と、陽極バッファ容器１１０と、で構成される。ブロック１０７には、プランジャーポンプ１０６、ポリマー容器１０９、陽極バッファ容器１１０およびキャピラリアレイ１１７を連通させる流路が設けられる。プランジャーポンプ１０６とポリマー容器１０９の間の流路には、ポリマーの逆流を防ぐ逆止弁１０８が設けられる。ブロック１０７と陽極バッファ容器１１０の間の流路には、電動バルブ１１３が設けられる。プランジャーポンプ１０６のチャンバー１２８およびキャピラリアレイ１１７へのポリマー充填の際は、電動バルブ１１３が閉じることで、陽極バッファ容器１１０からバッファ液が流入するのを防ぐ。電気泳動を実施する際は、電動バルブ１１３が開き、陽極電極１１１とキャピラリ陰極端１２７が通電される。
　搬送機構１２５は、図示しない３つの電動モータとリニアアクチュエータを備えており、上下、左右および奥行き方向の３軸に移動可能である。また、搬送機構１２５の移動ステージ１３０には、１つ以上の容器を載せることができる。さらに、移動ステージ１３０には、電動のグリップ１３１が備えられており、各容器を掴むことや放すことができる。このため、バッファ容器１２１、洗浄容器１２２、廃液容器１２３およびサンプル容器１２４を、必要に応じて、ロードヘッダ１２９まで搬送できる。なお、不必要な容器は、装置内の所定収容所に保管されている。
　図２は、本実施形態に係るキャピラリ電気泳動装置の光学照射系における、レーザ光の経路を模式的に示した図である。本実施形態における光照射機構１１４は、レーザ光１４０を発振する光源であるレーザユニット１３３と、レーザ光１４０を２つに分岐するビームスプリッタ１３６と、レーザ光１４０の経路を変える反射ミラー１３４と、レーザ光１４０を集光する集光レンズ１３７と、を有する。レーザユニット１３３からビームスプリッタ１３６までの間の光路上には、一方向の偏光のみを透過させる光学素子である偏光子１３５が挿入されている。ビームスプリッタ１３６で分岐されたレーザ光１４０のうち、一方は、反射ミラー１３４によってキャピラリアレイの下方側に導かれ、他方は、反射ミラー１３４によってキャピラリアレイの上方側に導かれる。さらに、各レーザ光１４０は、集光レンズ１３７で集光された後に、キャピラリアレイの上端または下端から入射し、各キャピラリ１０２の検出部１１６から発せられる蛍光が、２次元検出器１１５にて検出される。なお、以下では、２次元検出器１１５としてＣＣＤカメラが用いられる場合を想定して説明する。
　また、図２ではキャピラリ１０２が５本のみ示されているが、本実施形態では、２４本のキャピラリ１０２でキャピラリアレイが構成され、各キャピラリ１０２が検出部１１６において基準ベース１３８に並べて固定されている。本明細書では、基準ベース１３８上の各キャピラリの中心軸（キャピラリ軸）が形成する仮想平面にあって各キャピラリ軸に垂直な仮想直線を光軸１３９と呼ぶ。なお、本実施形態では２４本のキャピラリ１０２でキャピラリアレイを構成し、下から１番目のキャピラリをＣＡＰ１とし、下から２４番目（上から１番目）のキャピラリをＣＡＰ２４と表記するが、キャピラリ１０２の本数は２４本に限定されない。
　ここで、キャピラリ電気泳動装置の光学性能は、レーザ光の光軸の位置精度、ＣＣＤカメラの位置精度、焦点精度などに依存する。出荷前の光学性能は、製造工程で調整されるが、出荷後も、定期的に、あるいはキャピラリアレイの交換時に、光学性能を確認し、必要に応じて調整する必要がある。以下、本実施形態に係るキャピラリ電気泳動装置の光学性能を診断する方法について説明する。本発明の実施例を説明する前に、まず、比較例について説明する。
　（比較例）
  比較例では、光学性能の診断に、図３Ａに示す校正用のシールドアレイ１４１が用いられる。シールドアレイ１４１には、図３Ｂに示す分析用のキャピラリアレイ１１７と異なり、電気泳動のための電圧が印加されない状態にあり、ＤＮＡも入っていない。シールドアレイ１４１は、キャピラリの両端が封止され、ポリマー溶液（ＥＧ：エチレングリコール/Ｕｒｅａ：尿素）が充填されており、取り扱いし易い長さ（20ｃｍ程度）でカットされている。
　比較例では、キャピラリ電気泳動装置の出荷後、主に、サービスエンジニアが、シールドアレイ１４１を用いて光学性能の診断を行う。サービスエンジニア等がシールドアレイ１４１をアレイホルダ１０５にセットし、各キャピラリに充填されたポリマー溶液（EG/UREA）にレーザ光照射されると、ラマン信号が得られる。サービスエンジニア等は、専用のソフトを使用して、ＣＣＤカメラで取得した撮像画像に含まれるラマン信号のピーク値などを目視で特定する。光学性能には複数の指標が含まれているため、サービスエンジニア等は、指標ごとに、ＣＣＤカメラにより画像を取得し、必要な値を手動で読み取る必要がある。読み取った値は制御部に送られ、制御部によって光学指標が算出される。
　ここで、比較例において、ＣＣＤカメラで撮像される画像には、実際のキャピラリアレイではなく、キャピラリアレイを模したシールドアレイによる疑似信号が含まれることになるので、算出される光学指標は、相対的なものである。したがって、サービスエンジニア等は、算出された光学指標が、シールドアレイ用に予め定められた目標値（仕様）に入るか否かを判断し、必要に応じて、レーザ光の光軸の調整や、ＣＣＤカメラの位置調整などを実施する。光学診断が終了すると、サービスエンジニア等は、校正用のシールドアレイをキャピラリ電気泳動装置から取り外し、実際に電気泳動を行うための分析用のキャピラリアレイをキャピラリ電気泳動装置に装着する。
　サービスエンジニアが行う比較例の診断方法に関し、以下、光学指標ごと具体的に説明する。
　＜上下ビームの同軸度（Laser Beam Over lapping）＞
  前述したように、本実施形態のキャピラリ電気泳動装置では、レーザ光がキャピラリアレイの上下から照射される。キャピラリアレイに対して上側から照射されるレーザ光を上ビーム、キャピラリアレイに対して下側から照射されるレーザ光を下ビーム、と呼ぶことがある。比較例では、上ビームのみを照射した場合に得られるラマン散乱光の画像と、下ビームのみを照射した場合に得られるラマン散乱光の画像と、を用いて、上ビームの光軸と下ビームの光軸の同軸度が算出される。ここで、上ビームのみを照射して撮像する場合、サービスエンジニア等が下ビームの光路に遮光板を設置した状態で、ＣＣＤカメラにより撮像する。下ビームのみを照射して撮像する場合、サービスエンジニア等が上ビームの光路に遮光板を設置した状態で、ＣＣＤカメラにより撮像でする。
　図４Ａは、上ビームのみをシールドアレイに照射したときに取得される画像の例を示す図であり、図４Ｂは、下ビームのみをシールドアレイに照射したときに取得される画像の例を示す図である。サービスエンジニア等は、図４Ａにおいて、シールドアレイの上下中央における短波長側ピーク３０２を目視で確認しながら特定するとともに、図４Ｂにおいて、シールドアレイの上下中央における短波長側ピーク３０５を目視で確認しながら特定する。すると、制御部は、上ビーム３０１のみが照射された場合のピーク３０２のＸ座標と、下ビーム３０４のみが照射された場合のピーク３０５のＸ座標と、を抽出し、これらの座標の差分に基づき、上下ビームの同軸度に関する光学指標を出力する。出力された光学指標が所定の目標値の範囲内にない場合、すなわち、上ビームの光軸と下ビームの光軸のズレが仕様よりも大きい場合、サービスエンジニア等は、レーザ光の光軸の調整を行う。
　＜水平回転角度（Grating Rotation Angle）＞
  比較例において水平回転角度の指標を算出する際には、上下ビームの同軸度の指標の算出で用いられた２画像とは別に、新たな１画像が用いられる。図５は、上下ビームをシールドアレイに照射したときに取得される画像の例を示す図である。サービスエンジニア等が、図５に示すような撮像画像上で、シールドアレイの端部（ＣＡＰ１またはＣＡＰ２４）の長波長側ピークと短波長側ピークを目視で確認しながら特定する。すると、制御部は、各ピークを結線したとき（図５の点線４０１）のＹ座標のズレを算出し、算出したズレに基づき、分光器１３２およびＣＣＤカメラの水平回転角度に関する光学指標を出力する。出力された光学指標が所定の目標値の範囲内にない場合、すなわち、水平回転角度が仕様よりも大きい場合、サービスエンジニア等は、分光器１３２の位置調整を行う。
　＜垂直回転角度（CCD Rotation Angle）＞
  比較例において垂直回転角度の指標を算出する際にも、図５の画像が用いられる。サービスエンジニア等が、図５に示すような撮像画像上で、シールドアレイの上端（ＣＡＰ２４）における短波長側ピークと、シールドアレイの下端（ＣＡＰ１）における短波長側ピークと、を目視で確認しながら特定する。すると、制御部は、各ピークを結線したとき（図５の点線４０３）のＸ座標のズレを算出し、算出したズレに基づき、分光器１３２およびＣＣＤカメラの垂直回転角度に関する光学指標を出力する。出力された光学指標が所定の目標値の範囲内にない場合、すなわち、垂直回転角度が仕様よりも大きい場合、サービスエンジニア等は、ＣＣＤカメラの位置調整を行う。
　＜垂直方向誤差（Upper/Lower Location）＞
  比較例において垂直方向誤差の指標を算出する際にも、図５の画像が用いられる。サービスエンジニア等が、図５に示すような撮影画像上で、シールドアレイの上端（ＣＡＰ２４）の位置と、シールドアレイの下端（ＣＡＰ１）の位置と、を目視で確認しながら特定する。すると、制御部は、上画角端部からシールドアレイ上端までの距離４０４（Upper Location）と、下画角端部からシールドアレイ下端までの距離４０５（Lower Location）と、を算出し、算出した値に基づき、垂直方向誤差に関する光学指標を出力する。
　＜光強度焦点誤差（Focus & Intensity）＞
  比較例において光強度焦点誤差の指標を算出する際にも、図５の画像が用いられる。サービスエンジニア等が、図５に示すような撮影画像上で、シールドアレイの上端（ＣＡＰ２４）における短波長側ピーク（５０１ａ）と長波長側ピーク（５０１ｂ）、シールドアレイの中央（ＣＡＰ１２）における短波長側ピーク（５０１ｃ）と長波長側ピーク（５０１ｄ）、シールドアレイの下端（ＣＡＰ１）における短波長側ピーク（５０１ｅ）と長波長側ピーク（５０１ｆ）、を目視で確認しながら特定する。すると、制御部は、各ピークにおける光強度に基づき、光強度焦点誤差に関する光学指標を出力する。この光強度焦点誤差は、ＣＣＤカメラの焦点ずれによる光強度（Intensity）の低下の度合いを示す指標である。
　＜信号半値幅（FWHM）＞
  比較例において信号半値幅の指標を算出する際には、図６の画像が用いられる。図６は、長波長側ピーク（図５の点線５０４）におけるＹ軸方向の光強度分布の例を示す図である。制御部は、シールドアレイの上端（ＣＡＰ２４）から下端（ＣＡＰ１）までの各キャピラリの位置における長波長側ピークの半値幅５０２を抽出し、抽出した各半値幅５０２に基づき、信号半値幅に関する光学指標を出力する。
　＜隣接キャピラリノイズ（迷光）＞
  レーザ光の照射時に、Ｙ軸方向に配列された隣接するキャピラリの間の空隙（波形の谷に相当する部分）に迷光（漏れ光）が出現すると、キャピラリの位置での信号に影響を与える可能性がある。そこで、制御部は、図６の画像から、各キャピラリの間の空隙５０３における光強度を抽出し、抽出した光強度に基づき、迷光に関する光学指標を出力する。
　＜信号ノイズ比（ＳＮ比）＞
  信号ノイズ比を算出する場合、前述の各指標と異なり、キャピラリアレイが用いられる。そして、制御部は、キャピラリアレイに対してレーザ光を照射した明状態のときのピーク光強度と、キャピラリアレイに対してレーザ光を照射しない暗状態のときのピーク光強度と、の比率に基づき、信号ノイズ比に関する光学指標を算出する。
　＜信号強度偏差補正（Normalization）＞
  キャピラリ電気泳動装置には光学系に個体差があるため、レーザユニット１３３でレーザ光を照射したときにＣＣＤカメラで得られる光強度は、バラツキが発生する。したがって、レーザユニット１３３のパワーを調整することで、一定の光強度が得られるようにする。光強度を正規化するために必要な補正値は、信号ノイズ比と同様、キャピラリアレイが用いられる。
　（実施例）
  実施例では、光学性能の診断に、シールドアレイは用いられず、実際に電気泳動を行うための分析用のキャピラリアレイ１１７（図３Ｂ参照）が用いられ、キャピラリヘッド１１２がポンプ機構１０３と接続される。また、実施例では、サービスエンジニア等による手動の操作が必要なく、キャピラリ電気泳動装置の制御部が自動的に光学性能の診断を行う。診断のトリガは、キャピラリ電気泳動装置のユーザが分析していない時間に入力部で指示しても良いし、制御部がネットワークを介して外部のモニタリング端末装置と接続されている場合にはその端末装置から指示しても良い。さらに、実施例による診断は、ＣＣＤカメラが撮像した主に１つの画像から、制御部が、ラマン信号のピークなどを自動的に特定し、その座標や光強度などを抽出することで、ワンバッチ処理で各光学指標の出力を行う。以下、光学指標事に具体的に説明する。
　＜上下ビームの同軸度（Laser Beam Over lapping）＞
  実施例では、ＣＣＤカメラが、レーザ光がキャピラリアレイの上下から同時に照射されたときの合成されたラマン散乱光を共通の１画像で撮像する。図７は、上ビームの光強度波形と下ビームの光強度波形とこれらの合成波形とを示す概念図である。図８は、上下ビームをキャピラリアレイに照射したときに取得される画像の例を示す図である。図９は、上下ビームを照射したときのキャピラリアレイの上下中央における信号強度の分布の例を示す図である。なお、図８および図９において、横軸（Ｘ軸）方向は、サンプルのＤＮＡの塩基配列にレーザ光が照射されたときのラマン散乱光の波長情報を示しており、Ｘ軸の左側が短波長側であり、Ｘ軸の右側が長波長側である。また、図８における縦軸（Ｙ軸）方向は、キャピラリの位置情報を示している。
　ＣＣＤカメラが撮像した１画像には、図７に示すように、上ビームの光強度波形６０１と下ビームの光強度波形６０２が合成された合成波形６０３が含まれている。上ビームの光軸と下ビームの光軸がズレている場合、ズレていない場合と比較して、合成波形のピーク値が低下し、ピークの半値幅が大きくなる。
　そこで、制御部は、図８に示す１画像において、キャピラリアレイの上下中央（ＣＡＰ１２）における長波長側ピーク７０５を画像処理により特定し、図９に示すように、長波長側ピーク７０５における半値幅７０２を抽出する。さらに、制御部は、抽出した半値幅７０２を予め記憶部に記憶された基準値と比較することにより、上下ビームの同軸度に関する光学指標を出力する。
　なお、長波長側の方が短波長側より光強度が高いので半値幅を特定し易い利点はあるが、短波長側ピーク７０６の半値幅７０３を抽出して、短波長用の基準値と比較することにより、同軸度の指標を算出しても構わない。また、長波長側ピーク７０５と短波長側ピーク７０６の両方を用いて指標を算出しても良い。焦点ズレの影響で光強度が変化する場合も考えられるので、焦点ズレを想定して半値幅に補正係数を与えても良い。さらに、制御部は、１画像に含まれる合成波形から、半値幅以外の所定の絶対値（例えばピーク値）を特定し、当該絶対値と予め定められた基準値と比較することで、指標を算出することも可能である。いずれにしても、比較例のようなシールドアレイを用いて検出される相対的な値ではなく、実際のキャピラリアレイを用いて検出される絶対的な値を、基準値と比較するため、精度の高い指標を算出することができる。
　＜水平回転角度（Grating Rotation Angle）＞
  制御部は、図８に示すような１画像において、キャピラリアレイの端部（ＣＡＰ１またはＣＡＰ２４）の長波長側ピークと短波長側ピークを画像処理により特定し、各ピークのＹ座標のズレを算出する。さらに、制御部は、算出したズレに基づき、分光器１３２およびＣＣＤカメラの水平方向の回転角度に関する光学指標を出力する。この光学指標は、電気泳動に実際に使用されるキャピラリアレイを用いて検出される絶対的な値に基づいて算出されるため、比較例の場合と比べて精度の高い指標となる。
　＜垂直回転角度（CCD Rotation Angle）＞
  制御部は、図８に示すような１画像において、キャピラリアレイの上端（ＣＡＰ２４）における短波長側ピークと、キャピラリアレイの下端（ＣＡＰ１）における短波長側ピークと、を画像処理により特定する。さらに、制御部は、特定した各ピークのＸ座標のズレを算出し、算出したズレに基づき、分光器１３２およびＣＣＤカメラの垂直回転角度に関する光学指標を出力する。この光学指標は、電気泳動に実際に使用されるキャピラリアレイを用いて検出される絶対的な値に基づいて算出されるため、比較例の場合と比べて精度の高い指標となる。
　＜垂直方向誤差（Upper/Lower Location）＞
  制御部は、図８に示すような１画像において、キャピラリアレイの上端（ＣＡＰ２４）の位置と、キャピラリアレイの下端（ＣＡＰ１）の位置と、を画像処理により特定する。さらに、制御部は、上画角端部からキャピラリアレイ上端までの距離（Upper Location）と、下画角端部からキャピラリアレイ下端までの距離（Lower Location）と、を算出し、算出した値に基づき、垂直方向誤差に関する光学指標を出力する。この光学指標は、電気泳動に実際に使用されるキャピラリアレイを用いて検出される絶対的な値に基づいて算出されるため、比較例の場合と比べて精度の高い指標となる。
　＜光強度焦点誤差（Focus & Intensity）＞
  制御部は、図８に示すような１画像において、キャピラリアレイの上端（ＣＡＰ２４）における短波長側ピークと長波長側ピーク、キャピラリアレイの中央（ＣＡＰ１２）における短波長側ピークと長波長側ピーク、キャピラリアレイの下端（ＣＡＰ１）における短波長側ピークと長波長側ピーク、を画像処理により特定する。さらに、制御部は、各ピークにおける光強度に基づき、光強度焦点誤差に関する光学指標を出力する。この光学指標は、電気泳動に実際に使用されるキャピラリアレイを用いて検出される絶対的な値に基づいて算出されるため、比較例の場合と比べて精度の高い指標となる。
　＜信号半値幅（FWHM）＞
  制御部は、前述と同様の１画像から、キャピラリアレイの上端（ＣＡＰ２４）から下端（ＣＡＰ１）までの各キャピラリの位置における長波長側ピークの半値幅を抽出し、抽出した各半値幅に基づき、信号半値幅に関する光学指標を出力する。この光学指標は、電気泳動に実際に使用されるキャピラリアレイを用いて検出される絶対的な値に基づいて算出されるため、比較例の場合と比べて精度の高い指標となる。
　＜隣接キャピラリノイズ（迷光）＞
  制御部は、前述と同様の１画像から、各キャピラリの間の空隙５０３における光強度を抽出し、抽出した光強度に基づき、迷光に関する光学指標を出力する。この光学指標は、電気泳動に実際に使用されるキャピラリアレイを用いて検出される絶対的な値に基づいて算出されるため、比較例の場合と比べて精度の高い指標となる。
　＜信号ノイズ比（ＳＮ比）＞
  信号ノイズ比を算出する場合、基本的に比較例と同様となるが、実施例では、さらに以下のような診断を行う。例えば、制御部は、明状態の１画像を波長方向（Ｘ軸方向）に複数の区間に分割し、各区間内の集合光強度を算出し、ピーク集合光強度を算出する。次に、制御部は、暗状態の１画像も同様の区間に分割し、同様にピーク集合光強度を算出する。その後、制御部は、各状態について算出したピーク集合光強度の比率に基づき、信号ノイズ比を算出する。このように、Ｘ軸方向を複数の区間に分割することで、ローパスフィルタのような作用が生じ、急峻なノイズの影響を除去することができる。また、暗状態の画像のピーク値の信号強度から、ＣＣＤカメラの暗電流ノイズの影響に関する指標も算出することが可能となる。さらに、明状態の画像を分割した複数の区間ごとの信号バラツキを指標化することも可能である。
　＜信号強度偏差補正（Normalization）＞
  信号強度偏差補正は、比較例と同様の方法で行われる。
　以上述べたように、実施例では、上下ビームの同軸度、水平回転角度、垂直回転角度、垂直方向誤差、光強度焦点誤差、信号半値幅および隣接キャピラリノイズの各光学指標が、実際に分析に用いられるキャピラリアレイを用いて算出される。すなわち、すべての光学指標が絶対的な指標となるため、予め定められた絶対的な目標値（仕様）と照合することで、正確な光学性能診断と正確な光学調整が可能となる。また、サービスエンジニア等が手動で操作しなくても、キャピラリ電気泳動装置が自動で各光学指標を出力するので、光学性能の診断が簡易になる。
　（変形例）
  前述したような自動光学診断機能による診断の結果、すなわち、各光学指標は、キャピラリ電気泳動装置の記憶部に蓄積される。したがって、ユーザまたはサービスエンジニアによる入力部などの操作により、制御部は、記憶部に蓄積された光学指標の時系列変化を出力部に出力することもできる。光学指標の時系列変化は、故障予測などに利用することが可能である。
　また、自動光学診断機能により出力された各光学指標は、目標値（仕様）の範囲内か否かに関わらず、制御部とネットワークを介して接続されたモニタリング端末装置に継続的に送信されても良いし、目標値の範囲内にない場合に制御部からモニタリング端末装置に通知が送信されるようにしても良い。光学指標が目標値の範囲内にない場合は、サービスエンジニア等が、キャピラリ電気泳動装置の設置現場に赴き、光学調整などを行う。
　本発明は、前述した実施例や変形例に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、前述した制御部は、キャピラリ電気泳動装置の各部の動作を制御する動作制御部と、ＣＣＤカメラからの信号に基づいて光学性能の診断を行う診断制御部と、に分けて設けられても良い。
１０１…キャピラリ電気泳動装置、１０２…キャピラリ、１０３…ポンプ機構、１０４…高圧電源、１０５…アレイホルダ、１０６…プランジャーポンプ、１０７…ブロック、１０８…逆止弁、１０９…ポリマー容器、１１０…陽極バッファ容器、１１１…陽極電極、１１２…キャピラリヘッド、１１３…電動バルブ、１１４…光照射機構、１１５…２次元検出器、１１６…検出部、１１７…キャピラリアレイ、１１８…恒温槽、１１９…ファン、１２０…加熱冷却機構、１２１…バッファ容器、１２２…洗浄容器、１２３…廃液容器、１２４…サンプル容器、１２５…搬送機構、１２６…中空電極、１２７…キャピラリ陰極端、１２８…チャンバー、１２９…ロードヘッダ、１３０…移動ステージ、１３１…グリップ、１３２…分光器、１３３…レーザユニット、１３４…反射ミラー、１３５…偏光子、１３６…ビームスプリッタ、１３７…集光レンズ、１３８…基準ベース、１３９…光軸、１４０…レーザ光、１４１…シールドアレイ

Claims (5)

  1. 複数のキャピラリで構成されるキャピラリアレイと、
    レーザ光を発振する光源と、
    前記キャピラリアレイにレーザ光を照射したときに発する光を検出する検出器と、
    検出器からの信号に基づいて所定の処理をする制御部と、を備えたキャピラリ電気泳動装置であって、
    前記制御部は、前記検出器が撮像した画像に基づいて、光学指標に関係する所定の絶対値を抽出し、抽出した絶対値と予め定められた基準値との比較により前記光学指標を算出する、キャピラリ電気泳動装置。
  2. 請求項１に記載のキャピラリ電気泳動装置において、
    前記検出器は、前記レーザ光が前記キャピラリアレイの上下から照射されたときの合成されたラマン散乱光を共通の１画像で撮像し、
    前記制御部は、前記１画像に含まれるラマン散乱光の合成波形から所定の絶対値を抽出し、前記絶対値と前記基準値との比較により、上下のレーザ光の同軸度に関する光学指標を算出する、キャピラリ電気泳動装置。
  3. 請求項２に記載のキャピラリ電気泳動装置において、
    前記制御部は、前記合成波形に含まれるピークの半値幅を抽出し、抽出した半値幅を基準値と比較することにより、上下のレーザ光の同軸度に関する光学指標を算出する、キャピラリ電気泳動装置。
  4. 請求項１に記載のキャピラリ電気泳動装置において、
    前記光学指標を記憶する記憶部をさらに備え、
    前記制御部は、前記記憶部に記憶された前記光学指標の時系列変化を出力する、キャピラリ電気泳動装置。
  5. キャピラリ電気泳動装置の光学性能を診断する方法であって、
    電気泳動に使用されるキャピラリアレイが搭載された状態で検出器が撮像した画像を取得するステップと、
    取得した画像に基づいて光学指標に関係する所定の絶対値を抽出するステップと、
    抽出した絶対値と予め定められた基準値との比較により光学指標を算出するステップと、
    を有する、キャピラリ電気泳動装置の光学性能診断方法。
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001324472A (ja) * 2000-05-15 2001-11-22 Hitachi Ltd キャピラリアレイ電気泳動装置及び電気泳動方法
US20130135618A1 (en) * 2009-02-09 2013-05-30 Bioaccel Analysis
JP2014194362A (ja) * 2013-03-28 2014-10-09 Hitachi High-Technologies Corp 電気泳動装置
JP2016014609A (ja) * 2014-07-02 2016-01-28 株式会社島津製作所 キャピラリ電気泳動装置とその焦点位置調整方法
JP2020510822A (ja) * 2017-02-17 2020-04-09 ライフ テクノロジーズ コーポレーション サンプル分析機器の自動品質管理およびスペクトル誤差補正
WO2021095082A1 (ja) * 2019-11-11 2021-05-20 株式会社日立ハイテク 電気泳動装置及び異物の検知方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001324472A (ja) * 2000-05-15 2001-11-22 Hitachi Ltd キャピラリアレイ電気泳動装置及び電気泳動方法
US20130135618A1 (en) * 2009-02-09 2013-05-30 Bioaccel Analysis
JP2014194362A (ja) * 2013-03-28 2014-10-09 Hitachi High-Technologies Corp 電気泳動装置
JP2016014609A (ja) * 2014-07-02 2016-01-28 株式会社島津製作所 キャピラリ電気泳動装置とその焦点位置調整方法
JP2020510822A (ja) * 2017-02-17 2020-04-09 ライフ テクノロジーズ コーポレーション サンプル分析機器の自動品質管理およびスペクトル誤差補正
WO2021095082A1 (ja) * 2019-11-11 2021-05-20 株式会社日立ハイテク 電気泳動装置及び異物の検知方法

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