JPH10239278A

JPH10239278A - 電気泳動装置

Info

Publication number: JPH10239278A
Application number: JP9039463A
Authority: JP
Inventors: Hisashi Yamada; 尚志山田; Hideki Kanbara; 秀記神原
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1997-02-24
Filing date: 1997-02-24
Publication date: 1998-09-11
Also published as: US6017765A

Abstract

(57)【要約】【課題】予備電気泳動やゲル詰め替え時間を節約し、
無駄のない計測を自動的に行う。【解決手段】複数のキャピラリーアレー電気泳動ユニ
ット１ａ〜１ｄを保持装置５に固定し、保持装置５をス
テップ的に回転して、各ユニットを試料注入位置Ａ、蛍
光検出位置Ｂ又は試料除去位置Ｃ，Ｄに順次搬送する。
試料注入位置Ａではキャピラリーアレーへの試料注入と
予備電気泳動を行う。蛍光検出位置Ｂでは、試料を電気
泳動させながら蛍光の検出を行う。試料除去位置Ｃ，Ｄ
では、さらに電気泳動を行ってキャピラリーアレー中に
残留している試料を除去する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はＤＮＡ、ＲＮＡある
いは蛋白質など生体関連物質のゲル電気泳動分離装置に
関し、特に自動的に多数のサンプルを分析する蛍光検出
型キャピラリーアレー電気泳動装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】ゲノム解析プロジェクトの進展と共に高
速高スループットのＤＮＡ解析システムが望まれはじめ
ている。従来ＤＮＡシーケンスの分析などにはゲル電気
泳動を用いた蛍光式ＤＮＡシーケンサーが用いられてい
た。ゲルとしてはポリアクリルアミドゲルが広く用いら
れている。また、ゲルの形状には平板状のゲルとキャピ
ラリーに詰められたゲルがあるが、従来のシステムでは
測定の度にゲル交換を人手でする必要があり、すべて自
動的に行ってくれるシステムの開発が望まれていた。

【０００３】一方、アクリルアミドに替わってポリマー
を分離媒体として用いる方法が報告され、キャピラリー
を用いた装置では最近ポリマーを詰め替えて同じキャピ
ラリーを繰り返し用いるようになってきている。これら
の装置では、測定が終わるとポリマーがキャピラリーか
ら押し出されて新しいポリマーと置換され、次の測定が
自動的に行われる。

【０００４】測定では、まずゲルに電流を流し、予備電
気泳動を行う。次いで、ＤＮＡなどの試料を電気的に注
入する。注入後一定電圧で電気泳動を行い、ＤＮＡを長
さ分離してから蛍光を用いて光学的にＤＮＡを検出す
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ゲノム解析などでは、
多数のサンプルを効率良く次々に自動的に順次分析でき
ると都合がよい。分離媒体としてポリマーを用いた場合
には、必ずしも分解能が良くなく、またポリマーの詰め
替えに時間がかかるなどの難点もあり、より使いやすい
全自動装置の出現が望まれている。

【０００６】本発明はこれらの要請に応え、効率の良い
全自動計測を実現するためになされたものである。すな
わち、本発明は、ポリマーゲルあるいはポリアクリルア
ミドゲルを用い、予備電気泳動やゲル詰め替え時間を節
約し、無駄のない計測を自動的に行うことのできる電気
泳動装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明では、複数のキャ
ピラリーアレー電気泳動ユニットに順番に試料を注入
し、試料が注入されたキャピラリーアレー電気泳動ユニ
ットを蛍光検出位置に順次移送して電気泳動パターンの
検出を行うことで前記目的を達成する。計測に先だっ
て、試料注入位置でキャピラリーアレーへの試料注入と
予備電気泳動が行われる。試料が注入されたあるいは試
料が電気泳動途中のキャピラリーアレー電気泳動ユニッ
トは蛍光検出位置に順次移送される。蛍光検出位置にお
いて、引き続いて電気泳動させながらレーザ光を照射
し、それにより発する蛍光を測定してＤＮＡ断片等を検
出することで一定時間実時間電気泳動パターンの検出が
行われる。蛍光検出位置に一つのキャピラリーアレー電
気泳動ユニットが滞在する時間は、ＤＮＡ断片等の蛍光
を検出するのに必要な時間だけである。電気泳動パター
ンの検出が終了したキャピラリーアレー電気泳動ユニッ
トは次に試料除去位置に移動され、さらに電気泳動を行
ってキャピラリーアレー中に残留しているＤＮＡ断片等
が除去される。各キャピラリーアレー電気泳動ユニット
は、試料注入及び予備的電気泳動、電気泳動及び電気泳
動パターンの実時間蛍光検出、引き続く電気泳動による
試料除去の各操作を順番にかつ同時並行的に受けること
になる。

【０００８】すなわち、本発明の蛍光検出型キャピラリ
ーアレー電気泳動装置は、複数のキャピラリーアレー電
気泳動ユニットを保持するキャピラリーアレー電気泳動
ユニット保持手段と、キャピラリーアレー電気泳動ユニ
ット保持手段に保持された各キャピラリーアレー電気泳
動ユニットを試料注入位置、蛍光検出位置又は試料除去
位置に同時に搬送する搬送手段とを備えることを特徴と
する。

【０００９】キャピラリーアレー電気泳動ユニット保持
手段は回転軸の周りに互いに角度をなして配置された複
数のキャピラリーアレー電気泳動ユニット保持部を有
し、搬送手段はキャピラリーアレー電気泳動ユニット保
持手段をその回転軸の周りに回転駆動するものとするこ
とができる。また、キャピラリーアレー電気泳動ユニッ
ト保持手段は平面上に配置された複数のキャピラリーア
レー電気泳動ユニット保持部を有し、搬送手段はキャピ
ラリーアレー電気泳動ユニット保持手段を前記平面に沿
う方向に直線駆動するものとすることもできる。

【００１０】キャピラリーアレー電気泳動ユニットは料
注入位置、蛍光検出位置、試料除去位置の順に搬送され
る。キャピラリーアレー電気泳動ユニットは、少なくと
もゲルもしくはポリマーが充填されたキャピラリーアレ
ーと、シースフローを用いた蛍光検出部とを具備するも
のとすることができ、あるいは少なくともゲルもしくは
ポリマーが充填されたキャピラリーアレーと、オンカラ
ム光照射蛍光検出部とを具備するものとすることができ
る。

【００１１】蛍光検出のための光照射は、蛍光検出部近
傍においてキャピラリーアレーを平面状に配列し、その
キャピラリーアレー配列平面に平行に光照射するように
することができる。あるいは、蛍光検出部近傍において
キャピラリーアレーを平面状に配列し、キャピラリーア
レー配列平面の外側から各キャピラリーを順にレーザ光
で走査してもよいし、ビームエクスパンダーにより広げ
たシート状のレーザビームで各キャピラリーを同時に光
照射してもよい。

【００１２】蛍光検出部から発生された蛍光は、ライン
センサー又はエリアセンサーで検出してもよいし、光電
子増倍管で検出してもよい。蛍光の色分解は、回折格子
やプリズム等の波長分散素子で行うこともできるし、多
面プリズムや分割レンズ等の像分割手段とバンドパスフ
ィルターを組み合わせることにより行うこともできる。

【００１３】本発明によると、自動試料注入部と電気泳
動ユニットの自動搬送装置を備えることによりＤＮＡ等
の電気泳動計測を全自動で行うことができる。電気泳動
媒体としてポリマーもしくは繰り返し使用可能なクロス
リンクポリアクリルアミドゲルを用いることにより、計
測試料を供給するだけで効率よくＤＮＡシーケンシング
やフラグメント分析を反復実行することができる。この
場合、キャピラリーの中に残ったＤＮＡ試料は、計測後
に行われる電気泳動及び予備電気泳動によりキャピラリ
ーから除去することができる。また、試料注入を計測部
に移動する前に行うことにより、実際に計測に要する時
間だけ光照射部にキャピラリーアレー電気泳動ユニット
を滞在させればよく、一度の計測に要する時間と同じサ
イクルタイムで効率よく繰り返し測定を行うことができ
る。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。図１は、本発明による電気泳動装
置の一例を示す概略説明図である。この電気泳動装置
は、４つの側面に各々キャピラリーアレー電気泳動ユニ
ット１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄを支持して回転するキャピ
ラリーアレー電気泳動ユニット保持装置５を備える。保
持装置５はステージ２上に、ステージ２に固定されたモ
ータ３によって回転可能に支持されている。保持装置５
の周囲には、試料注入位置Ａ、蛍光検出位置Ｂ、試料除
去位置Ｃ，Ｄが設定されている。モータ３は保持装置５
を９０゜ずつステップ的に回転させて、各キャピラリー
アレー電気泳動ユニット１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄを試料
注入位置Ａ、蛍光検出位置Ｂ、試料除去位置Ｃ，Ｄの順
に移動させる。

【００１５】試料注入位置Ａでは、試料注入具５０を用
いたキャピラリーアレー電気泳動ユニット１ａへの試料
注入、及びそれに続く予備電気泳動が行われる。蛍光検
出位置Ｂでは、試料を電気泳動させながらレーザ６から
のレーザビーム１４をキャピラリーアレー電気泳動ユニ
ット１ｂに側面から照射し、試料から発せられる蛍光を
フィルタ８及びプリズム９を用いて色分解した上でカメ
ラ１１で検出する。試料除去位置Ｃ，Ｄでは、蛍光検出
が終了した後のキャピラリーアレー電気泳動ユニット１
ｃ，１ｄに引き続き電圧を印加して電気泳動させること
でキャピラリー中に残留している試料を除去する。

【００１６】ステージ２にはモータ４ａによって回転す
るリードネジ４ｂが螺合しており、モータ４ａを駆動す
るとリードネジ４ｂが回転し、それによってステージ２
はその上に載置されている保持装置５と共にリードネジ
４ｂの軸方向に駆動される。そして、保持装置５の蛍光
検出位置Ｂ側の側面をガイド部材４ｃに押圧することに
より、蛍光検出位置Ｂに位置するキャピラリーアレー電
気泳動ユニット１ｂのレーザビーム１４の光軸に対する
位置決めが行われる。

【００１７】図２はキャピラリーアレー電気泳動ユニッ
トの一例を示す概略図であり、（ａ）は全体の斜視図、
（ｂ）は略断面図である。キャピラリーアレー電気泳動
ユニット１は、キャピラリーアレー１９、電解液糟２
０、蛍光計測セル２１、シース用電解液供給管２２、シ
ース用電解液排出管２３から構成されている。キャピラ
リーアレー１９は、例えば内径０．０７５μｍ、外径
０．２μｍの石英管にポリアクリルアミドもしくはポリ
マーを充填したキャピラリーを複数本並べたものであ
る。

【００１８】キャピラリーアレー１９の出口端とシース
用電解液排出管２３の入口端は一定の距離をおいて対向
しており、シース用電解液排出管２３の出口端は、図２
（ｂ）の断面図に示したように、蛍光計測セル２１を密
閉している上部壁面２４から突出している。蛍光計測セ
ル２１内のキャピラリーアレー１９の出口端とシース用
電解液排出管２３の間に、レーザビーム１４が通過する
蛍光検出部が設定される。蛍光検出部では、シースフロ
ーに乗って移動する試料がレーザビーム１４の光路を横
切り、そのとき試料に結合した蛍光体から蛍光が発せら
れる。

【００１９】また、蛍光計測セル２１の下部には上方を
仕切り板２６によって仕切られ、シース用電解液供給管
２２を介して電解液が供給されるシース用電解液室２５
が設けられている。仕切り板２６にはキャピラリーの外
径より多少大きな穴がキャピラリーアレー１９の数だけ
設けられており、キャピラリーアレー１９の各キャピラ
リーは、仕切り板２６の穴を通って蛍光測定セル２１の
中に延びている。キャピラリーアレー１９の下端は、電
解液槽２０内の電解液に浸かっている。

【００２０】保持装置５の上部にはシース用電解液の液
溜２７ａ〜２７ｄが設けられており、各キャピラリーア
レー電気泳動ユニット１ａ〜１ｄは、シース用電解液排
出管２３の出口端がその液溜２７ａ〜２７ｄの中に位置
するようにして保持装置５に固定される。また、液溜２
７ａ〜２７ｄは、キャピラリーアレー電気泳動ユニット
の上部壁面２４（図２参照）によって密閉される。液溜
２７ａ〜２７ｄから延びる配管２８は、電解液槽２０ａ
〜２０ｄより下方に位置する排液容器２９に接続されて
いる。

【００２１】ここで、図１及び図２を用いてキャピラリ
ーアレー電気泳動ユニット内でのシース用電解液の流れ
について説明する。図示しないシース用電解液供給容器
からシース用電解液供給管２２によりキャピラリーアレ
ー電気泳動ユニット１に供給されたシース用電解液は、
サイホンの原理によって、キャピラリーアレー電気泳動
ユニット１内を下から上へと流れ、保持装置５の液溜２
７ａ〜２７ｄに入り、続いて配管２８を通って排液容器
２９に排出される。キャピラリーアレー電気泳動ユニッ
ト１内でシース用電解液は、まずシース用電解液室２５
に入り、キャピラリーが貫通している仕切り板２６の穴
の箇所で各キャピラリーの周囲を通り、各キャピラリー
を包囲するように流れて蛍光計測セル２１に入る。次
に、シース用電解液排出管２３に入り、シース用電解液
排出管２３の出口端から保持装置５の液溜２７ａ〜２７
ｄに流入する。

【００２２】電解液槽２０ａ〜２０ｄ及び液溜２７ａ〜
２７ｄには電極が浸漬され、液溜２７ａ〜２７ｄに浸漬
された電極（共通電極）と電解液槽２０ａ〜２０ｄ中に
浸漬された電極との間に電圧が印加される。印加電圧
は、試料注入位置Ａ、蛍光検出位置Ｂ、試料除去位置
Ｃ，Ｄで、それぞれ変えることができる。次に、図１に
示した電気泳動装置を用いた測定方法について説明す
る。図１の保持装置５にはキャピラリーアレー電気泳動
ユニット１ａ〜１ｄが４個装着可能である。測定に先立
ち４個のキャピラリーアレー電気泳動ユニット１ａ〜１
ｄを保持装置５に装着する。ＤＮＡ等の試料は、試料注
入位置Ａで、キャピラリーアレー１９の電解液糟２０側
の端からキャピラリーアレー１９内に注入される。測定
の開始に当たって、まず試料注入位置Ａにあるキャピラ
リーアレー電気泳動ユニット２の電解液糟２０を試料注
入治具５０に置き換える。この置き換えは、ロボットア
ーム５２等を用いて自動的に行われる。

【００２３】図３は、試料注入具の搬送方法を示す模式
図である。試料注入具５０は、試料保管ブース５５内の
低温、高湿度の雰囲気中に保管されている。アーム５４
は、試料保管ブース５５から次に測定すべき試料が入っ
た試料注入具５０を取り出してアーム５２に載せる。試
料注入具５０を載せたアーム５２は矢印方向に移動し
て、試料注入具５０を試料注入位置Ａの近くまで運ぶ。
その後、図示していないロボットアームによりステージ
２上の電解液槽２０ａを把持して一時保管場所に移動
し、キャピラリーアレー電気泳動ユニット１ａの下部に
アーム５２上の試料注入具を装着する。

【００２４】図４は試料注入具の詳細図であり、（ａ）
は試料注入具とキャピラリーアレー及び電極の位置関係
を示す図、（ｂ）は試料注入時の状態を示す模式図であ
る。試料注入治具５０は、アクリル、ポリプロピレン、
ガラス等からなるブロックに直径１ｍｍ程度の貫通孔５
３をキャピラリーアレー１９の数だけ設けたものであ
る。各貫通孔５３の中にはＤＮＡ試料が毛細管力によっ
て保持されている。電解液槽２０ａを試料注入具５０に
置き換えた後、図４（ｂ）に示すように、ＤＮＡ試料が
入っている試料注入具５０の各貫通孔５３にキャピラリ
ーアレー１９の下端と電極５１を両側から挿入し、この
電極５１と液溜２７ａに接続された電極の間に電圧を印
加することによってＤＮＡ試料をキャピラリーアレー１
９に電界注入する。試料注入具５０へのキャピラリーア
レー１９の下端と電極５１の挿入に当たっては、キャピ
ラリーの先端をそのままの位置で固定した状態で、試料
注入具５０をロボットアームで動かし、試料注入具５０
の貫通孔５３にキャピラリーの先端を入れる。その後、
ロボットアームを用いて試料注入具５０の貫通孔５３に
電極を挿入する。電界注入するときの印加電圧はおよそ
０．１〜１．５ｋＶ程度であり、この印加電圧はＤＮＡ
試料の濃度とキャピラリー泳動長に応じて選択する。

【００２５】図１の試料注入位置ＡでＤＮＡ試料の注入
が終了すると、再びロボットアーム５２等によって試料
注入治具５０を電解液槽２０ａに置き換え、電解液槽２
０ａ中に浸漬した電極と液溜２７ａ〜２７ｄ中に浸漬し
た電極との間に電圧を印加してＤＮＡ試料がキャピラリ
ーの出口端の直前に来るまで電気泳動させる。この時の
印加電圧は１００Ｖ／ｃｍであり、泳動時間はキャピラ
リーの泳動長をＬｃｍとして大体Ｌ分であるが、アクリ
ルアミドの濃度に依存する。Ｌ分の後、モータ３を駆動
し、保持装置５を回転して試料注入されたキャピラリー
アレー電気泳動ユニット１ａを蛍光検出位置Ｂに位置づ
ける。保持装置５は、モータ３による回転の後、モータ
４ａの駆動によって蛍光検出位置Ｂ側の側面をガイド部
材４ｃに押圧される。このガイド部材４ｃを用いた位置
決めによって、蛍光検出位置Ｂに位置するキャピラリー
アレー電気泳動ユニット１ｂはレーザビーム１４の光軸
に対して精密に位置づけられる。

【００２６】蛍光検出位置Ｂに位置づけられたキャピラ
リーアレー電気泳動ユニット１ｂの内部では、ＤＮＡ試
料がキャピラリーアレー１９の上端付近、すなわちシー
スフローの手前まで電気泳動しており、引き続き１００
Ｖ／ｃｍで泳動を行いながらすぐにＤＮＡ試料の蛍光測
定が開始される。このとき印加される電圧はキャピラリ
ーの泳動長をＬｃｍとすると、大体１．７Ｌボルトが目
安である。キャピラリーの泳動長Ｌが３０ｃｍの場合に
は印加される電圧は約５０Ｖとなる。この時に試料注入
位置Ａに入れ替わり位置づけられるキャピラリーアレー
電気泳動ユニットには、先ほどと同じく電解液糟２０が
試料注入治具５０に自動的に置き換えられてＤＮＡ試料
がキャピラリーアレー１９に注入される。こうすると蛍
光検出位置Ｂで計測が終了する６０分頃に試料注入位置
ＡのＤＮＡ試料がシースフローの直前まで泳動されるの
で、試料注入位置Ａのキャピラリーアレー電気泳動ユニ
ットを蛍光検出位置Ｂに移動して引き続き計測をするこ
とができる。

【００２７】キャピラリーアレー１９に注入されたＤＮ
Ａ試料は、蛍光検出位置Ｂで蛍光計測セル２１側へと電
気泳動され、蛍光計測セル２１の部分でレーザビーム１
４に照射されて蛍光を発光する。蛍光計測セル２１の内
部にはシース用電解液供給管２２から供給された電解液
によりシースフローが形成されている。泳動されたＤＮ
Ａ試料は下から上へと流れるシースフローの中に溶出し
て、レーザビーム１４に照射される。蛍光計測セル２１
内でシースフローを形成した電解液はシース用電解液排
出管２３から排出される。

【００２８】図５は、キャピラリーアレーとレーザビー
ムとの位置関係で、泳動しているＤＮＡ試料にレーザビ
ームを照射する方式を説明する図である。このレーザ光
照射方式には、図５（ａ）に示すように、キャピラリー
１５中を泳動しているＤＮＡ試料１６にキャピラリー１
５の外側からレーザビーム１４を照射する方式（オンカ
ラム光照射方式）と、図５（ｂ）に示すように、キャピ
ラリー１５からシースフロー１７中にＤＮＡ試料１５を
溶出させて照射する方式とがある。いずれの方式の場合
にも、レーザビーム１４が照射される場所が蛍光検出部
である。

【００２９】また、レーザ光の照射方式には、図６に示
すような３種類の方式がある。図６（ａ）は、レーザビ
ーム１４をキャピラリー１５を平面状に並べた平面の側
面から入射して全ての電気泳動路を同時に照射する側面
照射方式を示す。図６（ｂ）は、レーザビーム１４その
ものを走査して個々のキャピラリー１５に対応する泳動
路を個別に順番に照射するレーザスキャン方式を示す。
また、図６（ｃ）は、レーザ光を広げてシート状のビー
ム１８とし、キャピラリー１５を平面状に並べた面と垂
直な方向から全ての泳動路を同時に照射する方式を示
す。

【００３０】図１に示した電気泳動装置は、図５（ｂ）
に示すシースフロー１７を用いた方式で、かつ図６
（ａ）の側面入射方式を採用したものであるが、図５に
示した２つの方式と図６に示した３つの方式のいずれの
組み合わせを採用してもよい。側面入射方式の場合には
レーザビーム１４が２枚のガラス板の間の０．１〜０．
２ｍｍの間隙を通過する必要があり、レーザビーム１４
に対する保持装置５の位置ずれを２０μｍ程度にする必
要がある。この位置精度を確保するため、ガイド部材４
ｃを用い、モータ４ａを駆動して保持装置５の側面をガ
イド部材４ｃに押し付けることにより位置精度を出して
いる。なお、保持装置５の回転軸のぶれ、その他の機械
精度が２０μｍ以下である場合には、ガイド部材４ｃを
用いた位置決めは必要がない。

【００３１】ＤＮＡ試料は末端の塩基種毎に異なる発光
波長を持つ４種類の蛍光体で標識してあり、蛍光の波長
を測定することで末端塩基種が分かる。そして、蛍光が
検出された時間と末端塩基種を知ることでＤＮＡの配列
を決定することができる。４種類の蛍光波長を区別して
検出するために、図１に示した電気泳動装置は、試料か
ら発生された蛍光を円筒レンズ７で集光し、それを４種
類のバンドパスフィルター８及び像分割プリズム９を用
いて波長選別し、円筒レンズ１０を介して２次元のエリ
アセンサーであるＣＣＤカメラ１１で各波長帯毎に空間
分離して検出している。ＣＣＤカメラ１１による検出結
果はコンピュータ１２に入力されて処理される。

【００３２】図７は、バンドパスフィルター８と像分割
プリズム９を用いた蛍光の色分解を説明する図である。
ＤＮＡ試料１６はキャピラリーアレー１９から溶出し、
シースフロー１７中をシース用電解液排出管２３に向か
って泳動する途中で、図７の紙面に垂直な方向に走って
いるレーザビームの光路を横切り、レーザ光照射を受け
た標識蛍光体から蛍光６０が発生される。蛍光６０は集
光レンズ７によって集光され、バンドパスフィルタ８を
透過する。バンドパスフィルタ８は、透過波長帯を異に
し４種類の蛍光体からの蛍光をそれぞれ選択的に透過さ
せる４種類のフィルタ８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄを備え
る。各バンドパスフィルタ８ａ〜８ｄを透過した蛍光は
像分割プリズム９及び結像レンズ１０を通って、ＣＣＤ
カメラ１１の異なるライン６１ａ〜６１ｄ上に空間的に
分離して結像する。

【００３３】例えば、ＤＮＡ試料１６から発せられた蛍
光の波長がバンドパスフィルタ８ａを透過するものであ
った場合には、ＤＮＡ試料１６の蛍光像はライン６１ａ
上に結像し、他のライン６１ｂ，６１ｃ，６１ｄ上には
何も出現しない。同様に、蛍光の波長がバンドパスフィ
ルタ８ｂを透過するものであった場合には、ＣＣＤカメ
ラ１１のライン６１ｂ上にのみ試料の蛍光像が結像す
る。このようにして、ＣＣＤカメラ１１の受光面上での
受光位置から蛍光体の種類、すなわち末端塩基種が分か
る。

【００３４】図８は、蛍光の色分解の他の例を示す図で
ある。図８の例では、プリズムや回折格子等の波長分散
素子を用いて蛍光を色分解する。ＤＮＡ試料１６はキャ
ピラリーアレー１９から溶出し、シースフロー１７中を
シース用電解液排出管２３に向かって泳動する途中で、
図８の紙面に垂直な方向に走っているレーザビームの光
路を横切り、レーザ光照射を受けた標識蛍光体から蛍光
６０が発生される。蛍光６０は集光レンズ６３によって
集光され、プリズム等の波長分散素子６４によって波長
分散される。波長分散された蛍光は、結像レンズ６５に
よって検出器６６の受光面に波長毎に異なるライン６７
ａ〜６７ｄ上に空間的に分離して結像される。検出器６
６は、エリアセンサであっても、ラインセンサーであっ
てもよい。

【００３５】蛍光の色分解は、これ以外にも光電子増倍
管とレーザスキャン及び回転フィルターを用いて行うこ
ともできる。この場合には、蛍光計測セル、円周方向に
４枚のバンドパスフィルターを配置した回転フィルタ
ー、光電子増倍管をこの順に直線上に配置する。蛍光計
測セルから発生された蛍光は、回転フィルターを通るこ
とで波長毎に選別され、光電子増倍管で計測される。

【００３６】蛍光検出位置Ｂから試料除去位置Ｃ，Ｄに
移動したキャピラリーアレー電気泳動ユニット１ｃ，１
ｄには引き続き電圧が印加される。これは、蛍光検出位
置Ｂで、まだ光照射部まで到達しなかったＤＮＡ断片を
引き続き電気泳動してキャピラリーアレーの中から除去
するためである。試料除去位置Ｃ，Ｄでキャピラリーア
レーに印加される電圧が２００Ｖ／ｃｍであれば６０分
程度でＤＮＡ断片は除去される。したがって、図１の保
持装置５には４個のキャピラリーアレー電気泳動ユニッ
ト１ａ〜１ｄを装着したが、保持装置５に装着するキャ
ピラリーアレー電気泳動ユニットの数は全部で３個であ
っても問題なく連続運転することが可能である。装着す
るキャピラリーアレー電気泳動ユニットの数が３個のと
き、保持装置５は三角形のブロックとなる。

【００３７】試料除去位置Ｃ，ＤでＤＮＡ試料が除去さ
れたキャピラリーアレー電気泳動ユニットは、同じゲル
を用いたままで繰り返して使用できる。すなわち、一度
保持装置５にセットすると、４つのキャピラリーアレー
電気泳動ユニット１ａ〜１ｄがＤＮＡ試料の計測が５０
０塩基まで終了する６０分程度で順々に計測部Ａに送ら
れ、予めセットされた試料がすべて測定されるまで自動
的に測定が行われる。通常、１つのユニットに対する測
定はほぼ１時間で終了し、５００塩基の長さまで配列決
定ができる。キャピラリーアレーは３〜４回使用できる
ので、１つのキャピラリーアレー電気泳動ユニットが９
６本のキャピラリーを有する場合、１日に１１００〜１
５００（９６×４×３〜９６×４×４）試料の測定が可
能であり、これは５５０ｋ〜７５０ｋ塩基／日に相当
し、従来装置を１桁以上、上回るスループットである。

【００３８】試料保管ブースの温湿度調整、試料注入の
ためのロボットアームの制御、保持装置５を回転駆動す
るモータ３の制御、保持装置５を並進駆動するモータ４
ａの制御、各キャピラリーアレー電気泳動ユニットへの
印加電圧のＯＮ、ＯＦＦ制御、レーザ６の制御、計測の
開始終了制御、計測データの解析等は、全て制御回路に
よって系統的に制御され、それによって電気泳動装置は
自動運転される。ここで、保持装置５の形を五角形以上
の多角形、例えば六角形や八角形にすると、装着可能な
キャピラリーアレー電気泳動ユニットの数を６個や８個
に増やすことができる。その場合、キャピラリーアレー
電気泳動ユニットを電気泳動装置の保持装置に一度セッ
トすると２４時間自動運転され、一日あたり２３００サ
ンプル（１１５０ｋ塩基）の配列決定を行うことができ
る。

【００３９】図１に示した例では、試料注入を保持装置
５の下方で行い、キャピラリーの下端に注入したＤＮＡ
試料を上方に向けて電気泳動させたが、キャピラリーア
レー１９とシースフローの流れ方向を上下逆にし、試料
を上から下に向けて電気泳動させるようにしてもよい。
図９は、キャピラリーアレー成型治具の一例を示す説明
図である。キャピラリーアレー電気泳動ユニット１ａ〜
１ｄのキャピラリーアレー１９は、図９（ａ）に示され
る溝７１を掘ったキャピラリーガイド７０にキャピラリ
ーを一本ずつはめ込み、キャピラリーアレーの両端もし
くは全体をテープ７２ａ，７２ｂや樹脂等で固めること
により、図９（ｂ）のように成型される。このようにし
てキャピラリーアレーを成型することで、キャピラリー
アレーを容易にかつ大量に製作することができる。

【００４０】図１０は、本発明による電気泳動装置の他
の例を示す概略説明図である。図１で説明した例では、
キャピラリーアレー電気泳動ユニット１ａ〜１ｄを保持
装置５の側面に取り付けたが、ここで説明する電気泳動
装置ではキャピラリーアレー電気泳動ユニットを保持装
置の上面に取り付ける。保持装置８０は、平坦な上面を
有する四角形のブロックであり、上面の中央に凹部８１
が設けられている。保持装置８０の周囲側面には段部８
２が設けられており、４個の電解液容器２０ａ，２０
ｂ，‥‥が各側面の中央に位置するようにして段部８２
上に配置される。また、保持装置８０の上面には、４個
のキャピラリーアレー電気泳動ユニット８５ａ〜８５ｄ
が水平に固定されている。各キャピラリーアレー電気泳
動ユニット８５ａ〜８５ｄのゲルが充填されたキャピラ
リーアレー１９の下端は電解液容器２０ａ，２０ｂ，‥
‥中に位置している。キャピラリーアレー電気泳動ユニ
ット８５ａ〜８５ｄの構造は図１及び図２で説明したも
のと同じであるが、キャピラリーアレー１９はその途中
で湾曲している。各キャピラリーアレー電気泳動ユニッ
ト８５ａ〜８５ｄにシースフロー用の電解液を供給する
電解液供給容器、排出されたシースフロー用の電解液を
溜める電解液排液容器等は図示を省略している。

【００４１】保持装置８０の周囲には、試料注入位置
Ａ、蛍光検出位置Ｂ、試料除去位置Ｃ，Ｄが設定されて
おり、保持装置８０を回転軸８３の周りに９０゜ずつス
テップ的に回転させることによって各キャピラリーアレ
ー電気泳動ユニット８５ａ〜８５ｄは位置Ａ，Ｂ，Ｃ，
Ｄに順番に搬送される。図１で説明した電気泳動装置と
同様に、試料注入位置Ａでは、試料注入具を用いたキャ
ピラリーアレー電気泳動ユニット８５ａへの試料注入、
及びそれに続く予備電気泳動が行われる。蛍光検出位置
Ｂでは、試料を電気泳動させながらレーザ６からのレー
ザビーム１４をキャピラリーアレー電気泳動ユニット８
５ｂの側面から保持装置８０の上面に平行に照射し、試
料から発せられた蛍光を保持装置８０の上方に配置され
たフィルタ８、プリズム９を用いて色分解してカメラ１
１で検出する。試料除去位置Ｃ，Ｄでは、蛍光検出が終
了した後のキャピラリーアレー電気泳動ユニット８５
ｃ，８５ｄに引き続き電圧を印加して電気泳動させるこ
とでキャピラリー中に残留している試料を除去する。試
料注入のためのロボットアームの制御、保持装置８０の
回転駆動制御、各キャピラリーアレー電気泳動ユニット
への印加電圧のＯＮ、ＯＦＦ制御、レーザ６の制御、計
測の開始終了制御、計測データの解析等は、全て制御回
路によって系統的に制御され、それによって電気泳動装
置は自動運転される。

【００４２】図１１は本発明による電気泳動装置の他の
例を示す概略説明図、図１２はその蛍光測定部の略断面
図である。この例の電気泳動装置では、試料注入位置
Ａ、蛍光検出位置Ｂ、試料除去位置Ｃ，Ｄの間にキャピ
ラリーアレー電気泳動ユニット１ａ〜１ｄを平行移動す
る。複数のキャピラリーアレー電気泳動ユニット１ａ〜
１ｄは、横方向にスライドする搬送基板３０に並べてセ
ットされる。搬送基板３０は、少なくとも蛍光の取り出
し部が透明になっている。各キャピラリーアレー電気泳
動ユニット１ａ〜１ｄは図２に示したのと同様の構造を
有するもので、電解液容器からシース電解液を供給する
電解液供給管、及びシース電解液排出管からの電解液を
排液容器に排出する配管が設けられているが、図１１に
は図示を省略してある。レーザ６から射出されたレーザ
ビーム１４は、蛍光検出位置Ｂに位置するキャピラリー
アレー電気泳動ユニット１ｂに対して、キャピラリーア
レー面に垂直な方向からスキャンするように計測部を照
射する。

【００４３】測定の開始にあたって、まず試料注入位置
Ａに位置するキャピラリーアレー電気泳動ユニット１ａ
の電解液糟を試料注入治具５０に自動的に置き換え、Ｄ
ＮＡ試料をキャピラリーアレーに電界注入する。注入電
圧はおよそ０．１〜１．５ｋＶ程度である。図１１の試
料注入位置ＡでＤＮＡ試料の注入が終了した後、試料注
入治具５０を電解液槽２０に置き換え、キャピラリーア
レーに電界を印加してＤＮＡ試料がシースフローの直前
に来るまで電気泳動させる。この時の印加電圧は１００
Ｖ／ｃｍで、泳動時間はキャピラリーの泳動長をＬｃｍ
として大体Ｌ分である。

【００４４】次いで、モータ等の駆動手段３８により搬
送基板３０をスライドさせ、試料注入されたキャピラリ
ーアレー電気泳動ユニット１ｂを蛍光検出位置Ｂに搬送
する。蛍光検出位置Ｂに搬送されたキャピラリーアレー
電気泳動ユニット１ｂの内部ではＤＮＡはシースフロー
の手前まで電気泳動しており、すぐにＤＮＡ試料の蛍光
測定が開始される。この時に試料注入位置Ａに入れ替わ
りに搬送されたキャピラリーアレー電気泳動ユニットに
は先ほどと同じく電解液糟２０が試料注入治具５０に自
動的に置き換えられ、ＤＮＡ試料がキャピラリーアレー
に注入される。

【００４５】蛍光検出位置Ｂでは１００Ｖ／ｃｍで泳動
が行われる。こうすると蛍光検出位置Ｂで計測が終わる
６０分頃に試料注入位置Ａで注入されたＤＮＡ試料がシ
ースフローの直前まで泳動されるので、試料注入位置Ａ
のキャピラリーアレー電気泳動ユニットを蛍光検出位置
Ｂに移動して引き続き電気泳動させて直ちに計測をする
ことができる。

【００４６】蛍光検出位置Ｂから試料除去位置Ｃ及びＤ
に移動したキャピラリーアレー電気泳動ユニットには引
き続き電圧が印加される。これは蛍光検出位置Ｂで、計
測終了時に光照射部まで到達しなかったＤＮＡを引き続
き電気泳動させてキャピラリー内から除去するためであ
る。ＤＮＡが除去されたキャピラリーアレー電気泳動ユ
ニットは、同じゲルを用いたままで繰り返して使用でき
る。すなわち、４つのキャピラリーアレー電気泳動ユニ
ット１ａ〜１ｄは、一度装置にセットするとＤＮＡ試料
の計測が５００塩基まで終了する６０分程度で順々に蛍
光検出部に送られ、予めセットされた試料がすべて測定
し終わるまで自動的に測定が行われる。

【００４７】蛍光検出位置Ｂでは、レーザ６から発せら
れたレーザビーム１４を回転ポリゴンミラー３９で反射
して走査することにより、キャピラリーアレー１９中の
各キャピラリーからシースフロー中に溶出された試料が
順にレーザ光で照射される。レーザ光照射により試料に
結合した蛍光体から蛍光が発生される。レーザビーム走
査経路と電気泳動路の交差する位置の近傍には、透明な
搬送機板３０を挟んで光ファイバー３３の入射端が位置
しており、蛍光体から発せられた蛍光は光ファイバー３
３によってフィルタ３２に導かれ、フィルタ３２によっ
て選択された蛍光が各々ラインセンサ３５により検出さ
れる。

【００４８】図１２の拡大側断面図に略示するように、
各泳動毎に４本の光ファイバー３３ａ〜３３ｄが一組と
なって設けられている。光ファイバー３３ａ〜３３ｄの
光入射端はレーザビーム１４と泳動路との交点、すなわ
ちレーザビーム１４の照射によって試料１６が蛍光を発
する位置（蛍光検出部）に向けられている。試料から発
生された蛍光は、４本の光ファイバー３３ａ〜３３ｄに
よって各々透過帯域を異にする４枚のバンドパスフィル
ター３２ａ〜３２ｄに導かれ、各バンドパスフィルター
３２ａ〜３２ｄを透過した光はラインセンサー３５ａ〜
３５ｄにより個別に検出され、コンピューター３４で解
析される。

【００４９】図１３は、本発明による電気泳動装置の他
の例を示す概略説明図である。図１３に示した装置は、
レーザ光の照射方式の点でのみ図１１に示した装置と異
なる。図１３において、図１１と同じ部分には図１１と
同じ符号を付してその詳細な説明を省略する。搬送基板
３０には、キャピラリーアレー電気泳動ユニット１ａ〜
１ｄの側方にミラー３９ａ〜３９ｄが固定されている。
また、レーザ６から発せられたレーザビーム１４は、蛍
光検出位置Ｂに位置するキャピラリーアレー電気泳動ユ
ニット１ｂに付随するミラー３９ｂに向けて照射され
る。ミラー３９ｂで反射されたレーザビーム１４はキャ
ピラリーアレー電気泳動ユニット１ｂの側部から蛍光計
測セルに入射し、キャピラリーアレーの先端からシース
フロー中に溶出した試料を照射する。試料から発生され
た蛍光は搬送基板３０を透過し、光ファイバー３３によ
ってフィルター３２に導かれ、色分解された後ラインセ
ンサー３５で検出される。検出結果はコンピュータ３４
で解析される。

【００５０】

【発明の効果】本発明によると、多数の試料を自動的に
電気泳動計測することができる。また、キャピラリー中
に残った試料を自動的に排出して繰り返し測定を行うこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による電気泳動装置の一例を示す概略説
明図。

【図２】キャピラリーアレー電気泳動ユニットの一例を
示す概略図であり、（ａ）は全体の斜視図、（ｂ）は略
断面図。

【図３】試料注入具の搬送方法を示す模式図。

【図４】試料注入具の詳細を示し、（ａ）は試料注入具
とキャピラリーアレー及び電極の位置関係を示す図、
（ｂ）は試料注入時の状態を示す模式図。

【図５】キャピラリーとの位置関係において試料にレー
ザ光を照射する方式を説明する図。

【図６】レーザ光の照射方式を説明する図。

【図７】蛍光の色分解の一例を説明する図。

【図８】蛍光の色分解の他の例を説明する図。

【図９】キャピラリーアレー成型治具の説明図。

【図１０】本発明による電気泳動装置の他の例を示す概
略説明図。

【図１１】本発明による電気泳動装置の他の例を示す概
略説明図。

【図１２】蛍光測定部の略断面図。

【図１３】本発明による電気泳動装置の他の例を示す概
略説明図。

【符号の説明】

Ａ…試料注入位置、Ｂ…蛍光検出位置、Ｃ，Ｄ…試料除
去位置、１，１ａ〜１ｄ…キャピラリーアレー電気泳動
ユニット、２…ステージ、３，４ａ…モータ、４ｂ…リ
ードネジ、５…保持装置、６…レーザ、７，１０…レン
ズ、８，８ａ〜８ｄ…フィルター、９…プリズム、１１
…カメラ、１２…コンピューター、１４…レーザビー
ム、１５…キャピラリー、１６…ＤＮＡ試料、１７…シ
ースフロー、１８…平面状に広がったレーザ光、１９…
キャピラリーアレー、２０，２０ａ，２０ｂ…電解液
槽、２１…蛍光計測セル、２２…シース用電解液供給
口、２３…シース用電解液排出口、２５…シース用電解
液室、２６…仕切り板、２７ａ〜２７ｄ…液溜、２８…
配管、２９…排液容器、３０…搬送基板、３２，３２ａ
〜３２ｄ…フィルター、３３，３３ａ〜３３ｄ…光ファ
イバー、３４…コンピューター、３５，３５ａ〜３５ｄ
…ラインセンサ、３８…駆動手段、３９…回転ポリゴン
ミラー、３９ａ〜３９ｄ…ミラー、５０…試料注入治
具、５１…電極、５３…貫通孔、５４…アーム、５５…
試料保管ブース、６３…集光レンズ、６４…波長分散素
子、６５…結像レンズ、６６…検出器、７０…キャピラ
リーガイド、７１…溝、７２ａ，７２ｂ…テープ、８０
…保持装置、８１…凹部、８２…段部、８３…回転軸、
８５ａ〜８５ｄ…キャピラリーアレー電気泳動ユニット

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】蛍光検出型キャピラリーアレー電気泳動
装置において、複数のキャピラリーアレー電気泳動ユニ
ットを保持するキャピラリーアレー電気泳動ユニット保
持手段と、前記キャピラリーアレー電気泳動ユニット保
持手段に保持された各キャピラリーアレー電気泳動ユニ
ットを試料注入位置、蛍光検出位置又は試料除去位置に
順次に搬送する搬送手段とを備えることを特徴とする電
気泳動装置。
【請求項２】前記キャピラリーアレー電気泳動ユニッ
ト保持手段は回転軸の周りに互いに角度をなして配置さ
れた複数のキャピラリーアレー電気泳動ユニット保持部
を有し、前記搬送手段は前記キャピラリーアレー電気泳
動ユニット保持手段を前記回転軸の周りに回転駆動する
ことを特徴とする請求項１記載の電気泳動装置。
【請求項３】前記キャピラリーアレー電気泳動ユニッ
ト保持手段は平面上に配置された複数のキャピラリーア
レー電気泳動ユニット保持部を有し、前記搬送手段は前
記キャピラリーアレー電気泳動ユニット保持手段を前記
平面に沿う方向に直線駆動することを特徴とする請求項
１記載の電気泳動装置。
【請求項４】前記キャピラリーアレー電気泳動ユニッ
トは前記試料注入位置、前記蛍光検出位置、前記試料除
去位置の順に搬送されることを特徴とする請求項１、２
又は３記載の電気泳動装置。
【請求項５】前記キャピラリーアレー電気泳動ユニッ
トは、少なくともゲルが充填されたキャピラリーアレー
と、シースフローを用いた蛍光検出部とを具備すること
を特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の電気泳
動装置。
【請求項６】前記キャピラリーアレー電気泳動ユニッ
トは、少なくともゲルが充填されたキャピラリーアレー
と、オンカラム光照射蛍光検出部とを具備することを特
徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の電気泳動装
置。
【請求項７】前記蛍光検出部近傍においてキャピラリ
ーアレーを平面状に配列し、前記キャピラリーアレー配
列平面に平行に光照射することを特徴とする請求項５又
は６記載の電気泳動装置。
【請求項８】前記蛍光検出部近傍においてキャピラリ
ーアレーを平面状に配列し、前記キャピラリーアレー配
列平面の外側から各キャピラリーを順に又は同時に光照
射することを特徴とする請求項５又は６記載の電気泳動
装置。
【請求項９】前記蛍光検出部から発生された蛍光を検
出するラインセンサー又はエリアセンサーを備えること
を特徴とする請求項５〜８のいずれか１項記載の電気泳
動装置。
【請求項１０】前記蛍光検出部から発生された蛍光を
検出する光電子増倍管を備えることを特徴とする請求項
５〜８のいずれか１項記載の電気泳動装置。
【請求項１１】波長分散素子を用いて蛍光の色分解を
行うことを特徴とする請求項５〜１０のいずれか１項記
載の電気泳動装置。
【請求項１２】像分割手段とバンドパスフィルターを
用いて蛍光の色分解を行うことを特徴とする請求項５〜
１０のいずれか１項記載の電気泳動装置。