JP4975533B2 - キャピラリー可動器具およびこれを用いたキャピラリー電気泳動装置 - Google Patents
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Description
本発明のキャピラリー可動器具に関する一実施形態について、図1から図4に基づき説明する。なお、本発明は、以下の記載に限定されるものではない。また、以下の実施形態において、本発明のキャピラリー可動器具を用いて走査検出型のキャピラリー電気泳動装置を構築する方法について説明をおこなうが、本発明のキャピラリー可動器具の使用方法はこれに限定されない。
図1は、キャピラリー可動器具の構成を示した斜視図である。図1に示すように、キャピラリー可動器具は、基台1と、基台1上に固定され、キャピラリーの長手方向の一部領域を用いてキャピラリーを支持するキャピラリー支持部(支持手段)2と、キャピラリー支持部2にキャピラリーが支持された状態で、キャピラリーをキャピラリーの長手方向と平行な方向へ移動させる可動手段9とを備えており、この可動手段9は、キャピラリーと保持するキャピラリー可動部(キャピラリー保持部)3と、基台1上に固定された可動ステージ4と、可動ステージ4上でキャピラリー可動部3を一軸方向に移動させる可動部4aとを備えている。
図3(a)はキャピラリー支持部2の構成を示した斜視図である。図3(a)に示すように、キャピラリー支持部2は、分析用キャピラリー5の一部領域を用いて分析用キャピラリー5を支持し、かつ、キャピラリーをその長手方向にのみ移動可能とする支持構造を有している。
r/sinθ
である。したがって、溝2aの底部とキャピラリー5cの上面との距離は
(r/sinθ)+r
である。よって
0<c<r{(1/sinθ)+1}
の関係を満たす溝の深さおよび角度を設計すると、キャピラリー5cの上面が溝2aの上面より上方に位置する構造となる。キャピラリー5cが溝2aより上方に出る領域はキャピラリー外径の1/2以下であることが好ましく、1/4以下であることがより好ましく、1/8以下であることがさらに好ましい。キャピラリー5cが溝2aより上方に出る領域をキャピラリー外径の1/2以下とすることにより、キャピラリー5cの重心が溝2aの中に収まり、キャピラリー5cを溝2aに安定した状態で収納させることができる。1/N(N≧2)以下になるには、以下の条件を満たす。つまり、溝2aの底部とキャピラリー5cの上面との距離は
(r/sinθ)+r
なので、キャピラリー5cの溝2aより上方に出る領域の半径方向の最大距離は
(r/sinθ)+r−c
である。これがキャピラリー外径の1/N(N≧2)以下になる条件は
(r/sinθ)+r−c≦2r/N
である。よって
r{(1/sinθ)+1}−(2r/N)≦c<r{(1/sinθ)+1}、N≧2
となるように深さcおよび角度2θを規定すると、キャピラリー5cが溝2aより上方に出る領域を、キャピラリー外径の1/N(N≧2)以下とすることができる。
可動手段9は、キャピラリー支持部2において一軸方向(キャピラリー長手方向)のみへ移動可能なように支持された分析用キャピラリー5(図3(a))を、キャピラリー長手方向へ移動させるために設けられており、上述したように、図1に示すように、可動部4aを有する可動ステージ4と、キャピラリー可動部3とを備えている。
可動ステージ4は、基台1に接着もしくはネジ等を用いて固定されている。可動ステージ4は、たとえばステッピングモーター駆動ステージなどの一軸方向に移動することが可能な可動部4aを駆動して、可動部4aを、可動ステージ4の上で一軸方向(一方向もしくは双方向)に移動させる。
キャピラリー可動部3は、キャピラリー支持部2において一軸方向(キャピラリー長手方向)のみへ移動可能なよう支持された分析用キャピラリー5を、その長手方向へ移動させる構造を有する。具体的には、キャピラリー可動部3は、可動部4aの移動方向と、キャピラリーの長手方向とが平行になるように分析用キャピラリー5を保持することができる。そのため、キャピラリー可動部3は、分析用キャピラリー5を、キャピラリー長手方向と平行な方向(一方向もしくは双方向)に移動させることが可能となる。
本発明のキャピラリー電気泳動装置に関する一実施形態について、図2、図5、図6および図7に基づき説明する。なお、本発明は、以下の記載に限定されるものではない。また、本発明は、キャピラリー電気泳動により分離されたもしくは分離中のキャピラリーの一定領域にわたる試料の状態を固定の光学検出系を用いて検出する場合に、特に効果を発揮するため、固定光学検出系を用いたキャピラリー走査検出型電気泳動装置について説明をおこなうが、用途は特にこれに限定されない。
図5は、キャピラリー可動器具を用いたキャピラリー電気泳動装置の構成を示した図である。キャピラリー電気泳動装置は、検出部と、キャピラリー可動器具と、高電圧電源と、制御部とを備えている。検出部は、キャピラリー電気泳動により分離されたもしくは分離過程の試料の状態を検出するための固定光学系を有するものである。キャピラリー可動器具は、上述したように、キャピラリーを移動させるものであり、これにより、固定光学系がキャピラリーの一定領域を走査検出することを可能にさせるものである。高電圧電源は、キャピラリー電気泳動をおこなうためのものである。制御部は、検出部と、キャピラリー可動器具と、高電圧電源とを制御するためのものである。制御部としてはパソコンなどのコンピューターを用いることが可能であり、制御部に作成したプログラムにより各種制御をおこなう。
図6(a)から図6(c)はキャピラリー電気泳動装置の電極、電極液、電極液槽の構成図である。電極はキャピラリーに電圧を印加するためのものである。電極液槽には電極液が満たされている。電極液槽6a、6bには絶縁性の容器を用いることが可能である。電極液槽6a、6bには電気泳動をおこなうための電極液7a、7bが満たされている。また電圧を印加するための電極8a、8bが外部から挿入もしくは固定されている。二つの電極液槽6a、6bの間に分析用キャピラリー5を配置し、電極液7a、7bを通して電圧を印加することによりキャピラリー電気泳動が可能である。たとえば、図6(a)に示すように、プラスチック製の容器を電極液槽6a、6bとして用い、底部に穴をあけ、白金線などの電極8a、8bを通し加熱により融着固定することにより、電気泳動装置を作製することが可能である。このとき、電極液槽6a、6bの開放部は横方向を向くが、表面張力により、電極液7a、7bがこぼれることはない。必要であれば、キャピラリー外径より大きな孔をもつ蓋やゴムパッキングなどを電極液槽6a、6bに備えてもよい。また、図6(b)に示すように、電極8a、8bは外部から電極液槽6a、6bに挿入する構成としてもよい。さらに、図6(c)に示すように、キャピラリーの両端を折り曲げ電極液槽6a、6bの開放部が上を向く構成としてもよい。
検出部では、キャピラリー電気泳動により分離されたもしくは分離中の試料成分の検出を、キャピラリーの一定領域にわたっておこなう。本発明では、固定の検出系を用い、キャピラリー可動器具によりキャピラリーを移動させる。それにより、固定検出系に対してキャピラリーの検出領域を移動させ、キャピラリーの一定領域にわたる検出をおこなうことが可能である。図2に示す本発明の分析用キャピラリー5を用いる場合、ストッパー5aとストッパー5bとの間の領域(距離aの領域)の走査検出が可能である。キャピラリーがポリイミドなどの被覆を有する場合は、検出領域の被覆を除去しておくことが好ましい。被覆を除去することにより、分離した成分を感度よく検出できる利点を有する。ストッパー部およびストッパーより外側の領域は被覆を残しておいてもよい。
以上のキャピラリー可動器具、検出部、高電圧電源、およびそれらを制御する制御部をもちいて、キャピラリー電気泳動によるサンプルの分離状態の走査検出をおこなうことができる。以下、その手順について説明をおこなう。
キャピラリーを該キャピラリーの長さ方向の一方向に、片方向もしくは双方向に、長さ方向とは異なる方向に振動することなく移動させるための器具であって、該器具が、基台と、該基台上に固定され、キャピラリーの長さ方向の一部領域を用いてキャピラリーを保持し、かつ、キャピラリーを長さ方向の一方向にのみ移動可能となる収納構造を有するキャピラリー支持部と、該基台上に固定されキャピラリーの長さ方向に移動可能な可動ステージと、該可動ステージの可動部に固定され、キャピラリーを長さ方向の移動進行方向に引っ張るための構造を有するキャピラリー可動部からなることを特徴とするキャピラリー可動器具。
前記キャピラリー支持部の前記収納構造が、キャピラリーを保持するための溝とキャピラリーを押さえるための蓋を有し、該溝とキャピラリーとが収納時および移動時にキャピラリー長さ方向の二つの接線のみで接し、該蓋とキャピラリーが収納時および移動時にキャピラリー長さ方向の一つの接線のみで接することを特徴とする第1の構成に記載のキャピラリー可動器具。
前記キャピラリーがキャピラリーの概両端位置にストッパーを有し、前記キャピラリーの進行方向への可動が、前記キャピラリー可動部の引っ張り構造がキャピラリーに設けた進行方向の片方のストッパーを引っ張ることにより実現されることを特徴とする第1の構成に記載のキャピラリー可動器具。
前記キャピラリー可動部の前記引っ張り構造が、前記キャピラリー可動部に設けられた二つの収納部と、該収納部の内側に設けられた二つの開口部であり、該開口部入口側の幅が該キャピラリーの外径よりも大きく、該開口部外側の幅が該キャピラリーの外径よりも大きく、かつ、該ストッパーの幅よりも小さく、該収納部の幅が、概ストッパーの幅よりも大きく、さらに、該開口部出口間の距離が該ストッパーの内側面の間の距離よりも小さいことを特徴とする第3の構成に記載のキャピラリー可動器具。
前記キャピラリー支持部の溝と前記キャピラリー可動部の二つの開口部が概直線上に位置するよう、前記キャピラリー支持部と前記キャピラリー可動部が前記基台上に配置されることを特徴とする第1の構成から第4の構成に記載のキャピラリー可動器具。
前記キャピラリー支持部の溝底面と前記基台の上面との距離が、前記キャピラリー可動部の開口部の底面と前記基台の上面との距離よりも大きくなるよう、前記キャピラリー支持部および前記キャピラリー可動部が前記基台上に配置されることを特徴とする第1の構成から第5の構成に記載のキャピラリー可動器具。
第1の構成から第6の構成に記載のキャピラリー可動器具、電気泳動をおこなうための高電圧電源、キャピラリー電気泳動により分離されたサンプルを検出するための検出部、および前記キャピラリー可動器具、高電圧電源、検出部を制御するための制御部からなることを特徴とするキャピラリー電気泳動装置。
前記検出部がサンプルの分離状態を光学的に検出する光学検出部を有し、該光学検出部が、サンプルに光を照射するための光照射部と、サンプルからの光を受光する受光部とを少なくとも含み、該光照射部および該受光部が、サンプルの検出中において固定されていることを特徴とする第7の構成に記載のキャピラリー電気泳動装置。
前記検出部の受光部が、一度の検出においてキャピラリーの長さ方向の微小領域のサンプルの分離状態を検出するものであって、サンプルの分離状態をキャピラリーの全体もしくは一定の領域に亘って検出をおこなうために、前記キャピラリー可動部の可動と前記受光部によるサンプルの検出を前記制御部において連動させておこなうことを特徴とする第8の構成に記載のキャピラリー電気泳動装置。
前記キャピラリー支持部および前記基台が、前記光照射部および/または前記受光部の光軸上に貫通孔を有することを特徴とする第8の構成または第9の構成に記載のキャピラリー電気泳動装置。
2 キャピラリー支持部(支持手段)
2a 溝(構造体)
2b 蓋
2c 貫通孔
2d 重り
3 キャピラリー可動部(キャピラリー保持部、可動手段)
3a 収納部
3b 収納部
3c 開口部
3d 開口部
3e 連結部
3f 引張部
3g スペーサー
4 可動ステージ(可動手段)
4a 可動部(可動手段)
5 分析用キャピラリー
5a ストッパー
5b ストッパー
5c キャピラリー
6a 電極液槽
6b 電極液槽
7a 電極液
7b 電極液
8a 電極
8b 電極
9 可動手段
10a 光照射部(検出部)
10b 受光部(検出部)
11a レンズ(検出部)
11b レンズ(検出部)
11c レンズ(検出部)
11d レンズ(検出部)
12a 励起用フィルタ(検出部)
12b 蛍光フィルタ(検出部)
13a ダイクロイックミラー(検出部)
a 二つのストッパーに挟まれた領域の距離
b ストッパー幅
c 溝の深さ
d 基台上面と溝底部との距離
f1 キャピラリー支持部側の開口部幅
f2 収納部側の開口部幅
g 収納部側開口部間の距離
h 基台上面とキャピラリー支持部側の開口部底面との距離
2θ 溝の頂点角度
2r キャピラリー外径
Claims (20)
- キャピラリーを、該キャピラリーの長手方向と平行な方向へ移動させる可動手段を備えており、
前記可動手段は、前記キャピラリーを保持するキャピラリー保持部と、ステージと、前記ステージの上で前記キャピラリー保持部を一軸方向に移動させる可動部とを有しており、
前記キャピラリー保持部は、キャピラリーの長手方向が前記一軸方向と平行になるように、前記キャピラリーを保持することを特徴とする電気泳動用キャピラリー可動器具。 - 前記キャピラリーと部分的に接触することによって該キャピラリーを支持する支持手段と、
前記支持手段及び前記ステージを一表面上に配設した基台とを、さらに備えていることを特徴とする請求項1に記載の電気泳動用キャピラリー可動器具。 - 前記可動手段は、前記キャピラリーを前記長手方向と平行な方向へ移動させるための力を、前記キャピラリーの一端に加えることを特徴とする請求項1または2に記載の電気泳動用キャピラリー可動器具。
- 前記支持手段には、前記キャピラリーがその長手方向以外の方向へ動くことを制限するための構造体が形成されていることを特徴とする請求項2に記載の電気泳動用キャピラリー可動器具。
- 前記構造体は、前記キャピラリーの長手方向に沿って延設され、前記キャピラリーの少なくとも一部が嵌まる溝であることを特徴とする請求項4に記載の電気泳動用キャピラリー可動器具。
- 前記支持手段は、前記キャピラリーを前記溝に固定するための蓋を備えていることを特徴とする請求項5に記載の電気泳動用キャピラリー可動器具。
- 前記溝は、前記キャピラリーと、前記キャピラリーの長手方向に沿った少なくとも2本の接線において接しており、前記蓋は、前記キャピラリーと、前記キャピラリーの長手方向に沿った少なくとも1本の接線において接していることを特徴とする請求項6に記載の電気泳動用キャピラリー可動器具。
- 前記キャピラリーの両端に取り付けることによって、該両端における前記キャピラリーの外径を前記キャピラリーの両端以外の部分よりも大きくさせるためのストッパーを、前記可動手段は有しており、
前記キャピラリー保持部には、前記キャピラリーの両端に取り付けられた前記ストッパーを各々収納する収納部が設けられており、
前記支持手段は、前記収納部に前記ストッパーが収納された状態の前記キャピラリーの両端以外の部分を支持するように配置されていることを特徴とする請求項2に記載の電気泳動用キャピラリー可動器具。 - 各前記収納部には、前記支持手段に対向する側の壁に、前記キャピラリーの外径よりも大きく、かつ、前記ストッパーの幅よりも小さい幅を有する開口部が設けられていることを特徴とする請求項8に記載の電気泳動用キャピラリー可動器具。
- 或る前記収納部における前記開口部が設けられている前記壁が、該或る収納部に収納された前記ストッパーと接触し、前記ストッパーを前記一軸方向に押すことを特徴とする請求項9に記載の電気泳動用キャピラリー可動器具。
- 各前記収納部の前記壁における前記ストッパーとの接触面どうしの間の距離が、前記キャピラリーに取り付けられた各前記ストッパーにおける前記壁との接触面どうしの間の距離よりも短いことを特徴とする請求項10に記載の電気泳動用キャピラリー可動器具。
- 前記溝と前記開口部とが一直線上に位置するように、前記支持手段と、前記キャピラリー保持部とが配置されていることを特徴とする請求項9から11のいずれか1項に記載の電気泳動用キャピラリー可動器具。
- 前記溝の底部と、前記基台の前記一表面との距離は、前記開口部における前記基台の前記一表面に最も近い面と、前記基台の前記一表面との距離よりも長いことを特徴とする請求項9から12のいずれか1項に記載の電気泳動用キャピラリー可動器具。
- 請求項1から13のいずれか1項に記載の電気泳動用キャピラリー可動器具と、
前記キャピラリー内部の試料成分を電気泳動させるために、前記キャピラリーに電圧を印加する電源と、
前記キャピラリー内部の試料成分を、前記キャピラリーの壁を通して検出する検出部とを備えていることを特徴とするキャピラリー電気泳動装置。 - 前記検出部は、前記試料成分に光を照射する光照射部と、前記試料成分に前記光照射部から光が照射されたことによって生じる検出光を受光する受光部とを有しており、
前記光照射部および前記受光部は、検出中は、前記可動手段以外の箇所に固定されていることを特徴とする請求項14に記載のキャピラリー電気泳動装置。 - 前記キャピラリー可動器具は、前記キャピラリーと部分的に接触することによって該キャピラリーを支持する支持手段を備えており、
前記光照射部は、前記キャピラリーと前記支持手段との重畳部分に、光を照射することを特徴とする請求項15に記載のキャピラリー電気泳動装置。 - 前記キャピラリー可動器具によるキャピラリーの移動と、前記検出部による検出と、前記電源による電圧印加とを制御する制御部を備えていることを特徴とする請求項14から16のいずれか1項に記載のキャピラリー電気泳動装置。
- 前記キャピラリー可動器具は、前記支持手段と、前記可動手段とを一表面上に配設した基台を備えており、
前記支持手段には、前記キャピラリーがその長手方向以外の方向へ動くことを制限するための、前記キャピラリーの長手方向に沿って延設され、かつ、前記キャピラリーの少なくとも一部が嵌まる溝と、
前記キャピラリーを前記溝に固定するための蓋とが設けられており、
前記支持手段は、前記キャピラリーとの重畳部分が光透過性を有しており、
前記基台における前記重畳部分と対向する箇所も、光透過性を有していることを特徴とする請求項16に記載のキャピラリー電気泳動装置。 - 前記支持手段には、前記キャピラリーとの重畳部分に貫通孔が設けられており、
前記基台における前記重畳部分と対向する箇所にも貫通孔が設けられていることを特徴とする請求項18に記載のキャピラリー電気泳動装置。 - 前記制御部は、前記キャピラリー可動器具によるキャピラリーの移動と、前記受光部による受光とを連動させることを特徴とする請求項17に記載のキャピラリー電気泳動装置。
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