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JP3539014B2 - Capillary array electrophoresis device - Google Patents
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JP3539014B2 - Capillary array electrophoresis device - Google Patents

Capillary array electrophoresis device

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JP3539014B2
JP3539014B2 JP31195195A JP31195195A JP3539014B2 JP 3539014 B2 JP3539014 B2 JP 3539014B2 JP 31195195 A JP31195195 A JP 31195195A JP 31195195 A JP31195195 A JP 31195195A JP 3539014 B2 JP3539014 B2 JP 3539014B2
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capillaries
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智 高橋
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  • Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、DNA、RNA、
又は蛋白質等の分離分析装置に関し、特にDNA、RN
Aの塩基配列決定、あるいは個体の塩基配列の多様性に
基づく制限酵素断片の多型性の計測に有効なキャピラリ
ーアレイ電気泳動装置に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to DNA, RNA,
Or separation and analysis equipment for proteins and the like, particularly DNA, RN
The present invention relates to a capillary array electrophoresis apparatus that is effective for determining the nucleotide sequence of A or measuring the polymorphism of restriction enzyme fragments based on the diversity of individual nucleotide sequences.

【0002】[0002]

【従来の技術】DNA、RNA等の分析技術は、遺伝子
解析や遺伝子診断を含む医学、生物学の分野でますます
重要になってきている。特に最近、ゲノム解析計画に関
連して、高速、高スループットのDNA解析装置の開発
が進んでいる。DNA解析では、蛍光標識された試料を
ゲル電気泳動によって分子量分離し、試料にレーザを照
射して蛍光標識から発する蛍光を検出し、得られた一連
の信号を解析する。ゲル電気泳動では、アクリルアミド
を間隔0.3mm程度の2枚のガラス板の間に重合させ
た平板ゲルが広く用いられている(スラブゲル電気泳
動)。平板ゲルの上端に注入された試料は、平板ゲルの
両端に印加された電界により、分子量分離されながら下
端方向に泳動される。泳動開始点から一定距離の平板ゲ
ルの位置を、レーザで平板ゲルの側面かり全ての泳動路
を一度に照射し、レーザ照射部を通過する蛍光標識され
た試料の分離成分を励起する。レーザ照射による蛍光の
検出は一定時間間隔で連続して周期的に行なう。この検
出結果を解析することにより、DNA塩基配列を決定し
ている。
2. Description of the Related Art Analysis techniques for DNA, RNA and the like are becoming increasingly important in the fields of medicine and biology, including gene analysis and genetic diagnosis. In particular, recently, in connection with the genome analysis plan, the development of a high-speed, high-throughput DNA analyzer has been advanced. In DNA analysis, a fluorescently labeled sample is subjected to molecular weight separation by gel electrophoresis, the sample is irradiated with a laser to detect fluorescence emitted from the fluorescent label, and a series of obtained signals is analyzed. In gel electrophoresis, a flat gel obtained by polymerizing acrylamide between two glass plates with a spacing of about 0.3 mm is widely used (slab gel electrophoresis). The sample injected into the upper end of the slab gel is electrophoresed toward the lower end while being separated in molecular weight by an electric field applied to both ends of the slab gel. The position of the flat gel at a certain distance from the starting point of the electrophoresis is irradiated at once with the laser on all the electrophoresis paths on the side surfaces of the flat gel to excite the separated components of the fluorescently labeled sample passing through the laser irradiation part. The detection of fluorescence by laser irradiation is performed continuously and periodically at fixed time intervals. The DNA base sequence is determined by analyzing the detection results.

【0003】最近、平板ゲルに替わり、溶融石英毛細管
内にゲルを重合させたキャピラリーゲルが用いられるよ
うになった。キャピラリーゲル電気泳動は、上記のスラ
ブゲル電気泳動と比較して大きな電界を加えられことが
でき、高速、高分離が可能な方法として注目を集めてい
る(Analytical Chemistry 6
2,900(1990))。通常、キャピラリーゲル電
気泳動装置では、1本のキャピラリー管を用い、その下
端近傍のキャピラリー中をレーザ照射し、蛍光標識され
た試料から発する蛍光を検出するオンカラム計測を行な
っている。キャピラリーの外表面全体はポリイミドコー
ティングがなされているので、蛍光を検出する位置のコ
ーティングを除去してガラスが露出した窓にしておく
(米国特許5312535(May 17,199
4))。このガラスが露出した位置に照射されるレーザ
により、電気泳動によってキャピラリー内部を泳動する
蛍光標識された試料の分離された成分が励起され蛍光を
発する。この蛍光を一定時間間隔で連続して周期的に計
測し、解析することによりDNA塩基配列を決定してい
る。
Recently, capillary gels obtained by polymerizing gels in fused quartz capillaries have been used instead of flat gels. Capillary gel electrophoresis has attracted attention as a method capable of applying a large electric field as compared with the above-described slab gel electrophoresis and capable of high speed and high separation (Analytical Chemistry 6).
2,900 (1990)). Normally, a capillary gel electrophoresis apparatus uses a single capillary tube, irradiates the inside of the capillary near the lower end with a laser, and performs on-column measurement for detecting fluorescence emitted from a fluorescently labeled sample. Since the entire outer surface of the capillary is coated with polyimide, the coating at the position where fluorescence is detected is removed to leave a window with exposed glass (US Pat. No. 5,31,535 (May 17,199).
4)). The separated component of the fluorescently labeled sample that migrates inside the capillary by electrophoresis is excited by the laser irradiated to the position where the glass is exposed, and emits fluorescence. The DNA base sequence is determined by measuring and analyzing the fluorescence continuously and periodically at fixed time intervals.

【0004】しかし、上記のオンカラム計測装置では、
レーザビームのキャピラリー表面での屈折が大きいため
に、1度に1本のキャピラリーしか使用できず、スルー
プットが上がらないという難点があった。最近、複数本
のキャピラリーをアレイ化して、多くの試料を同時に高
速分析する高スループットなキャピラリーアレイゲル電
気泳動装置がいくつかの例が報告されている。
However, in the above-mentioned on-column measuring device,
Due to the large refraction of the laser beam on the surface of the capillary, only one capillary can be used at a time, and there is a problem that the throughput is not increased. Recently, several examples of a high-throughput capillary array gel electrophoresis apparatus in which a plurality of capillaries are arrayed to simultaneously analyze many samples at high speed have been reported.

【0005】第1の例では、キャピラリーアレイスキャ
ン方式(Nature,359,167(1992))
であり、複数のキャピラリーを1本づつ順番にレーザ照
射し、オンカラム蛍光計測する方式である。この装置で
はレーザビームがキャピラリー中で最も絞られる位置と
蛍光計測器(蛍光受光光学系)に入射する光源位置とが
一致する共焦点構造が採用されており、1本づつのキャ
ピラリーを独立に計測できる。レーザ照射及び蛍光受光
光学系は固定し、キャピラリーアレイを保持したステー
ジを1次元方向に移動させて、各キャピラリーを順番に
レーザ照射している。
In the first example, a capillary array scanning method (Nature, 359, 167 (1992))
In this method, a plurality of capillaries are sequentially irradiated with a laser one by one to measure on-column fluorescence. This device employs a confocal structure in which the position where the laser beam is most converged in the capillary and the position of the light source that enters the fluorescence measuring instrument (fluorescence receiving optical system) match, and each capillary is measured independently. it can. The laser irradiation and fluorescence receiving optical systems are fixed, and the stage holding the capillary array is moved in a one-dimensional direction to irradiate each capillary sequentially with the laser.

【0006】第2の例は、キャピラリーアレイシースフ
ロー方式(Nature,361,565−566(1
993)、特開平6−138037号公報)である。こ
の装置では、キャピラリーアレイの下端を緩衝液中に浸
し、ゲル電気泳動によって分子量分離された試料成分を
そのまま緩衝液中に溶出させ、キャピラリーの存在しな
い空間部分で、試料成分から発する蛍光を検出する、オ
フカラム計測を行っている(キャピラリーにレーザ照射
して蛍光標識された試料成分から発する蛍光を検出する
オンカラム計測に対比して、本願明細書では、キャピラ
リーの存在しない空間部分で、蛍光標識された試料成分
から発する蛍光を検出する方式を、簡単のためにオフカ
ラム計測と呼ぶ)。
A second example is a capillary array sheath flow method (Nature, 361, 565-566 (1)).
993) and JP-A-6-138037). In this device, the lower end of the capillary array is immersed in a buffer solution, and the sample components whose molecular weights have been separated by gel electrophoresis are eluted as they are into the buffer solution, and fluorescence emitted from the sample components is detected in a space where no capillary exists. In contrast to the on-column measurement in which the capillary is irradiated with a laser and the fluorescence emitted from the fluorescence-labeled sample component is detected, in the present specification, the fluorescence is labeled in the space where no capillary is present. The method of detecting the fluorescence emitted from the sample component is called off-column measurement for simplicity).

【0007】また、緩衝液を試料成分の泳動方向にゆっ
くり流すことによって、異なるキャピラリーゲルから溶
出された分離成分の緩衝液中での互い混合、あるいは1
本のキャピラリーゲル中で分離されていた2つの成分の
緩衝液中での混合を防止している。キャピラリーアレイ
出口近傍で、キャピラリーが存在せず緩衝液が存在する
空間部分を、レーザ照射してキャピラリー表面でのレー
ザビームの散乱の問題を回避し、複数のキャピラリーか
ら溶出された成分を、実質的に一括して励起し、実質的
に同時に蛍光検出することが可能になっている。
[0007] Also, by slowly flowing the buffer in the direction of migration of the sample components, the separated components eluted from different capillary gels are mixed with each other in the buffer, or
It prevents mixing of the two components separated in the capillary gel of the book in the buffer solution. In the vicinity of the capillary array exit, the space where the buffer does not exist without the capillary is irradiated with laser to avoid the problem of laser beam scattering on the capillary surface, and the components eluted from the multiple capillaries are substantially eliminated. And the fluorescence can be detected substantially simultaneously.

【0008】第3の例では、複数のキャピラリーを機械
的にスキャンすることなく、複数のキャピラリーを同時
にオンカラム計測するために、単一のレーザ光源からの
レーザ光をビームスプリッター等により分割して、複数
のキャピラリーのそれぞれに同時照射している(Ana
lytical Chemistry 65,956
(1993))。
In a third example, a laser beam from a single laser light source is divided by a beam splitter or the like in order to simultaneously measure a plurality of capillaries on-column without mechanically scanning the plurality of capillaries. Simultaneously irradiating each of a plurality of capillaries (Ana
lytical Chemistry 65,956
(1993)).

【0009】第4の例では、レーザ光をシリンドリカル
レンズでキャピラリーの配列方向に拡げて複数のキャピ
ラリーに一括して照射している(Analytical
Chemistry 66,1424(199
4))。
In the fourth example, a laser beam is spread in a capillary array direction by a cylindrical lens and is simultaneously irradiated on a plurality of capillaries (Analytical).
Chemistry 66, 1424 (199
4)).

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】上記第1の例のキャピ
ラリーアレイスキャン方式では、蛍光計測をキャピラリ
ー1本づつ順番に行なうため、1本あたりの蛍光検出に
割り当てられる時間が、1本のキャピラリーを使用する
通常のオンカラム計測に比較して減ってしまう。n本の
キャピラリーアレイを使用する場合、通常のオンカラム
計測に比較して1本あたりの蛍光検出に割り当てられる
時間は最大で1/n、実際には試料の分離成分が通過し
ないキャピラリーのガラス部分もスキャンされるので1
/n以下になってしまう。この結果、蛍光検出感度が低
下する問題が生じる。即ち、上記第1の例で、1本のキ
ャピラリーを使用する通常のオンカラム計測と同等の蛍
光検出感度を得るためには、通常のオンカラム計測にお
ける蛍光の検出時間のn倍以上の時間を必要とすること
になる。
In the capillary array scanning method of the first example, the fluorescence measurement is performed one capillary at a time, so that the time allocated to the detection of fluorescence per one capillary is determined by one capillary. It is reduced compared to the usual on-column measurement used. When n capillary arrays are used, the time allocated to fluorescence detection per line is at most 1 / n compared to ordinary on-column measurement, and the glass part of the capillary through which the separated components of the sample do not actually pass is also used. Because it is scanned, 1
/ N or less. As a result, there is a problem that the fluorescence detection sensitivity is reduced. That is, in the first example, in order to obtain the fluorescence detection sensitivity equivalent to the normal on-column measurement using one capillary, it is necessary to take n times or more the time of detecting the fluorescence in the normal on-column measurement. Will do.

【0011】また、1本のキャピラリー中で分離される
成分の電気泳動パターンの隣り合うピークの時間間隔
は、高速分析になるほど小さくなるが、この隣り合うピ
ークの時間間隔に対して、n本のキャピラリーアレイの
1回のスキャンに要する時間が無視できないほど大きく
なると、分離された成分の電気泳動パターンの分離能が
低下する問題が生じる。更に、この第1の例の装置で
は、スキャンを機械的に行なうためのステージ可動部を
もち、故障が多発する構造を有している。
The time interval between adjacent peaks in the electrophoresis pattern of the components separated in one capillary decreases as the analysis speed increases, but the time interval between adjacent peaks becomes n times smaller than the time interval between adjacent peaks. If the time required for one scan of the capillary array becomes too long to be ignored, there arises a problem that the resolution of the electrophoresis pattern of the separated components is reduced. Further, the device of the first example has a stage movable portion for mechanically performing scanning, and has a structure in which failures occur frequently.

【0012】上記の第2の例のキャピラリーアレイシー
スフロー方式では、分子量分離された成分から得られる
蛍光強度が、オンカラム蛍光計測の場合と比較して、分
子量が大きくなるほど小さくなってしまうという問題が
ある。この問題は、次の理由から生じる。キャピラリー
ゲルの下端より緩衝液中に溶出した分離成分が、緩衝液
中で拡散等によって混合しないようにするためには、緩
衝液を試料成分の泳動方向に一定速度以上で定常的に流
す必要がある。一方、キャピラリーゲル中を分子量分離
されながら泳動する試料成分の泳動速度は、その分子量
が大きいほど小さくなる。緩衝液のフロー速度に対して
成分のキャピラリーゲル中での試料成分の泳動速度が小
さいほど、その試料成分はキャピラリーゲルから緩衝液
中に溶出される際に、泳動方向に大きく引き伸ばされる
ことになる。その結果、蛍光強度が小さくなり、蛍光表
指揮された試料成分から発する蛍光の計測感度が低下す
る原因となる。
The capillary array sheath flow method of the second example has a problem that the fluorescence intensity obtained from the components separated from the molecular weight decreases as the molecular weight increases as compared with the case of on-column fluorescence measurement. is there. This problem arises for the following reasons. In order to prevent separation components eluted into the buffer from the lower end of the capillary gel from mixing in the buffer by diffusion, etc., it is necessary to constantly flow the buffer at a constant speed or higher in the direction of sample component migration. is there. On the other hand, the migration speed of a sample component that migrates while being separated by molecular weight in a capillary gel decreases as the molecular weight increases. The lower the migration speed of the sample component in the capillary gel relative to the flow rate of the buffer, the longer the sample component is elongated in the migration direction when the sample component is eluted from the capillary gel into the buffer solution. . As a result, the fluorescence intensity decreases, which causes a decrease in the measurement sensitivity of the fluorescence emitted from the sample component that has been subjected to the fluorescence table.

【0013】上記の第3、第4の例では、キャピラリー
1本当たりに照射されるレーザ光の強度が低下するた
め、泳動分離された試料成分を感度良く検出できないと
いう問題がある。
In the above third and fourth examples, the intensity of the laser beam irradiated per one capillary is reduced, so that there is a problem that the sample components separated by electrophoresis cannot be detected with high sensitivity.

【0014】本発明の目的は、上記従来技術の問題を解
決するために、オンカラム蛍光計測を行ないながら、複
数のキャピラリーを機械的にスキャンせず、又は光学的
にレーザビムのスキャンすることなく、複数のキャピラ
リーを実質的に同時にレーザ照射して、複数のキャピラ
リー中を泳動する蛍光標識された試料成分から発する蛍
光を、実質的に同時に一括して計測できるキャピラリー
アレイ電気泳動装置を提供することにある。
An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art by performing on-column fluorescence measurement without mechanically scanning a plurality of capillaries or optically scanning a laser beam. To provide a capillary array electrophoresis apparatus that can simultaneously and simultaneously collectively measure the fluorescence emitted from a fluorescently labeled sample component that irradiates a capillary with laser at the same time and migrates through a plurality of capillaries. .

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】本発明のキャピラリーア
レイ電気泳動装置は、複数のキャピラリーを同一平面上
に配列し、この平面と平行な方向からレーザ光を照射し
て、複数のキャピラリーを同時に励起してオンカラム計
測するマルチフォーカスキャピラリーアレイ電気泳動装
置に特徴を有する。より詳細に説明すると、本発明のキ
ャピラリーアレイ電気泳動装置は以下の特徴を有する。
In the capillary array electrophoresis apparatus of the present invention, a plurality of capillaries are arranged on the same plane, and a plurality of capillaries are simultaneously excited by irradiating a laser beam in a direction parallel to this plane. It has a feature in a multi-focus capillary array electrophoresis apparatus for performing on-column measurement by performing on-column measurement. More specifically, the capillary array electrophoresis apparatus of the present invention has the following features.

【0016】(1)複数のキャピラリーをレーザ照射し
て蛍光計測する電気泳動装置において、キャピラリー内
部が電気泳動分離媒体で満たされた位置をレーザ照射す
るオンカラム蛍光計測を行ない、キャピラリーの少なく
ともレーザ照射位置(レーザ照射される透明部分のキャ
ピラリーの断面は円形であり、キャピラリーの透明部分
の外部が透明気体である)を透明材質とし、キャピラリ
ーの少なくともレーザ照射位置を平面状に配列させ、レ
ーザをキャピラリーが配列する配列体の側方より配列平
面に平行に照射し、複数のキャピラリーを同時に照射す
る。レーザ照射位置でのキャピラリーの内径に対する外
径の比を1から7、又は3から5とする。透明部分のキ
ャピラリーの配置間隔はキャピラリーの外径の4倍以下
とする。キャピラリーの透明部分の外部が透明気体を透
明液体の置き換えることもでき、この場合には、透明部
分のキャピラリーの内径に対する外径の比を2以下と
し、透明部分のキャピラリーの配置間隔はキャピラリー
の外径の4倍以下とする。
(1) In an electrophoresis apparatus for performing fluorescence measurement by irradiating a plurality of capillaries with a laser, on-column fluorescence measurement is performed by irradiating a laser at a position where the inside of the capillary is filled with an electrophoresis separation medium, and at least the laser irradiation position of the capillary is measured. (The cross section of the capillary of the transparent part to be irradiated with the laser is circular and the outside of the transparent part of the capillary is a transparent gas) is made of a transparent material, at least the laser irradiation position of the capillary is arranged in a plane, and the laser is Irradiation is performed from the side of the array to be arranged in parallel to the array plane, and a plurality of capillaries are simultaneously irradiated. The ratio of the outer diameter to the inner diameter of the capillary at the laser irradiation position is 1 to 7, or 3 to 5. The spacing between the capillaries in the transparent portion is set to four times or less the outer diameter of the capillaries. The outside of the transparent part of the capillary can replace the transparent gas with the transparent liquid. In this case, the ratio of the outer diameter to the inner diameter of the capillary of the transparent part is set to 2 or less, and the interval between the capillaries of the transparent part is outside the capillary. 4 times or less of the diameter.

【0017】(2)複数のキャピラリーをレーザ照射し
て蛍光計測する電気泳動装置において、キャピラリー内
部が電気泳動分離媒体で満たされた位置をレーザ照射す
るオンカラム蛍光計測を行ない、キャピラリーの少なく
ともレーザ照射位置(レーザ照射される透明部分のキャ
ピラリーの断面は楕円形である)を透明材質とし、キャ
ピラリーの少なくともレーザ照射位置を平面状に配列さ
せ、レーザをキャピラリーが配列する配列体の側方より
配列平面に平行に照射し、複数のキャピラリーを同時に
照射する。楕円の短半径をキャピラリー配列平面と平行
に、長半径をキャピラリー配列平面と垂直にして複数の
キャピラリーを平面状に配列させるか、楕円の長半径を
キャピラリー配列平面と平行に、短半径をキャピラリー
配列平面と垂直にして複数のキャピラリーを平面状に配
列させる。透明部分のキャピラリーの外部を透明気体又
は透明液体とする。
(2) In an electrophoresis apparatus for performing fluorescence measurement by irradiating a plurality of capillaries with a laser, on-column fluorescence measurement is performed by irradiating a laser at a position where the inside of the capillary is filled with an electrophoresis separation medium, and at least the laser irradiation position of the capillary is measured. (The cross section of the capillary of the transparent part to be irradiated with the laser is elliptical) is made of a transparent material, and at least the laser irradiation position of the capillary is arranged in a plane, and the laser is arranged on the arrangement plane from the side of the array in which the capillary is arranged. Irradiate in parallel to irradiate multiple capillaries simultaneously. Arrange the multiple capillaries in a plane with the minor axis of the ellipse parallel to the capillary array plane and the major axis perpendicular to the capillary array plane, or arrange the minor axis of the ellipse parallel to the capillary array plane and the minor axis to the capillary array A plurality of capillaries are arranged in a plane perpendicular to the plane. The outside of the capillary of the transparent portion is made a transparent gas or a transparent liquid.

【0018】(3)複数のキャピラリーをレーザ照射し
て蛍光計測する電気泳動装置において、キャピラリー内
部が電気泳動分離媒体で満たされた位置をレーザ照射す
るオンカラム蛍光計測を行ない、キャピラリーの少なく
ともレーザ照射位置(レーザ照射される透明部分のキャ
ピラリーの断面は正方形または長方形あるいは少なくと
も2組のほぼ平行な線で形成された形状であり、)を透
明材質とし、キャピラリーの少なくともレーザ照射位置
を平面状に配列させ(断面形状の一辺がキャピラリー配
列平面と平行になるように配列する)、レーザをキャピ
ラリーが配列する配列体の側方より配列平面に平行に照
射し、複数のキャピラリーを同時に照射する。透明部分
のキャピラリーの外部は、透明気体、透明液体、透明固
体のいずれかとする。透明固体とする場合には、外部を
ガラス製とするのが好ましく、とくに溶融石英製とする
のがよい。
(3) In an electrophoresis apparatus for performing fluorescence measurement by irradiating a plurality of capillaries with a laser, on-column fluorescence measurement is performed by irradiating a laser at a position where the inside of the capillary is filled with an electrophoretic separation medium, and at least the laser irradiation position of the capillary is measured. (The cross section of the capillary of the transparent portion to be irradiated with laser is a square or a rectangle or a shape formed by at least two sets of substantially parallel lines.) A transparent material is used, and at least the laser irradiation position of the capillary is arranged in a plane. The laser is irradiated parallel to the array plane from the side of the array in which the capillaries are arrayed (arranged so that one side of the cross-sectional shape is parallel to the capillary array plane), and the plurality of capillaries are simultaneously irradiated. The outside of the transparent portion of the capillary is any of a transparent gas, a transparent liquid, and a transparent solid. When a transparent solid is used, the outside is preferably made of glass, and particularly preferably made of fused quartz.

【0019】さらに、(1)から(3)の電気泳動装置
において、キャピラリー内部に電気泳動媒体としてアク
リルアミドゲル又はその誘導体、あるいはポリマーを充
填する。また、上記電気泳動装置において、断面形状が
異なる少なくとも2種類のキャピラリーを、試料注入端
と蛍光を検出する位置の中間で接続してもよい。また、
上記電気泳動装置において、キャピラリーの少なくとも
蛍光を検出する計測部分の表面に減反射の単層蒸着のコ
ーティングを施す。
Further, in the electrophoresis apparatus of (1) to (3), an acrylamide gel or a derivative thereof, or a polymer is filled in the capillary as an electrophoresis medium. In the above electrophoresis apparatus, at least two types of capillaries having different cross-sectional shapes may be connected between the sample injection end and the position where fluorescence is detected. Also,
In the above-mentioned electrophoresis apparatus, the surface of at least the measurement portion of the capillary for detecting fluorescence is coated with antireflection single-layer deposition coating.

【0020】以上説明した装置では、レーザの照射は、
複数のキャピラリーすべてを照射して透過したレーザを
全反射ミラーで折り返し、再び逆経路で複数のキャピラ
リーすべてを照射してもよいし、レーザビームをビーム
スプリッターを用いて2つに分割し、キャピラリー配列
体の側方の2方向より対向させて照射してもよいし、2
台のレーザ光源からの2つのレーザビームを用い、キャ
ピラリー配列する配列体の側方の2方向より対向させて
照射してもよく、蛍光計測用フィルターの励起レーザ波
長の透過率が10-5以下とする。
In the apparatus described above, the laser irradiation
The laser transmitted by irradiating all the capillaries may be turned back by the total reflection mirror, and all the capillaries may be irradiated again in the reverse path. Alternatively, the laser beam may be split into two using a beam splitter, and the capillary arrangement may be performed. Irradiation may be carried out so as to be opposed from two sides of the body.
The two laser beams from the two laser light sources may be used to irradiate them in opposite directions from the two sides of the array in the capillary array, and the transmittance of the excitation laser wavelength of the fluorescence measurement filter is 10 −5 or less. And

【0021】[0021]

【発明の実施の形態】図1は、複数のキャピラリー1
(図1では、6本の例を示す)を同一平面上に配列し、
この平面と平行であり、試料成分の泳動方向とほぼ直交
する方向からレーザ2光を照射して、複数のキャピラリ
ー中を泳動する蛍光標識された試料成分を実質的に同時
に励起して、試料成分をオンカラム計測して検出するマ
ルチフォーカスキャピラリーアレイ電気泳動装置の主要
部分を示す。図1(a)は複数キャピラリーの配列平面
方向から見た図で、(b)はその断面図である。レーザ
2が照射される複数のキャピラリーは、試料成分を分離
するための分離用キャピラリー、もしくは複数の分離用
キャピラリーの各々に接続され泳動分離された試料成分
を検出するための計測用キャピラリーのいずれかであ
る。レーザ2はゲルが充填されたキャピラリー(分離用
キャピラリー)での試料の泳動開始点から所定の距離の
部位、もしくはゲルが充填された計測用キャピラリーの
所定の部位に照射される。
FIG. 1 shows a plurality of capillaries 1;
(FIG. 1 shows six examples) on the same plane,
By irradiating two laser beams from a direction parallel to this plane and substantially perpendicular to the migration direction of the sample components, the fluorescence-labeled sample components migrating in the plurality of capillaries are excited substantially simultaneously, and the sample components are excited. 2 shows a main part of a multi-focus capillary array electrophoresis apparatus for detecting by measuring on-column. FIG. 1A is a view of a plurality of capillaries as viewed from an array plane direction, and FIG. 1B is a sectional view thereof. The plurality of capillaries irradiated with the laser 2 may be either a separation capillary for separating sample components or a measurement capillary connected to each of the plurality of separation capillaries and detecting the electrophoretically separated sample components. It is. The laser 2 irradiates a portion at a predetermined distance from the starting point of the sample in the capillary filled with the gel (separation capillary) or a predetermined portion of the measurement capillary filled with the gel.

【0022】本発明のマルチフォーカスキャピラリーア
レイ電気泳動装置では、泳動分離分析、又は解析される
試料は、蛍光標識された複数の成分を含んでいる。又、
試料に含まれる成分自身が、レーザの照射により蛍光を
発する場合には蛍光標識は不要である。なお、図1を含
め以下で参照する各図では、試料成分を泳動させるため
の電界を印加するための電源と、電極、電解液を収納す
る電極槽等の各手段、更にキャピラリー1の中を泳動す
る試料成分からの蛍光を検出した後、これら検出信号を
処理する演算処理装置、演算処理結果の表示を行なう表
示器、マルチフォーカスキャピラリーアレイ電気泳動装
置の各部を制御する制御装置、レーザ光源等は省略して
いる。なお、以下の説明では、平面上に配列された、複
数の計測用キャピラリー又は複数の分離用キャピラリー
の各キャピラリーの中心軸を結ぶ方向に細く絞られたレ
ーザ2が入射され、このレーザ2が屈折、散乱されるこ
となく理想的に直進したと仮定した場合の、レーザ2の
進行する軸をキャピラリー配列軸と呼ぶ。
In the multi-focus capillary array electrophoresis apparatus of the present invention, the sample subjected to electrophoretic separation analysis or analysis contains a plurality of fluorescently labeled components. or,
When the component contained in the sample itself emits fluorescence by laser irradiation, the fluorescent label is unnecessary. In each of the drawings referred to below including FIG. 1, a power source for applying an electric field for causing the sample components to migrate, each means such as an electrode, an electrode tank for storing an electrolyte, and the inside of the capillary 1 are shown. An arithmetic processing unit that processes these detection signals after detecting the fluorescence from the sample components to be electrophoresed, a display that displays the results of the arithmetic processing, a control device that controls each part of the multi-focus capillary array electrophoresis device, a laser light source, and the like Is omitted. In the following description, a laser 2 narrowly narrowed in a direction connecting the central axes of the capillaries of a plurality of measurement capillaries or a plurality of separation capillaries arranged on a plane is incident, and this laser 2 is refracted. The axis on which the laser beam 2 travels when it is assumed that the laser beam has traveled ideally without scattering is called the capillary array axis.

【0023】(実施形態1)本実施形態では、断面が円
である円筒形キャピラリーを用いる。本発明のマルチフ
ォーカスキャピラリーアレイ電気泳動装置の特徴は、
(1)レーザパワーを多数のキャピラリーに到達させる
こと、(2)レーザビームの散乱による背景光を低減さ
せること、の2点である。
(Embodiment 1) In this embodiment, a cylindrical capillary having a circular cross section is used. The features of the multi-focus capillary array electrophoresis apparatus of the present invention include:
(1) making the laser power reach a large number of capillaries; and (2) reducing background light due to scattering of the laser beam.

【0024】まず、(1)を実現させるための条件を、
以下に説明するシュミレーション実験により明らかにし
た。図2は外半径R、内半径rの円筒形の1本のキャピ
ラリーの断面図である。キャピラリー配列軸4から距離
xだけ離れた位置に入射した無限小幅のレーザビーム2
の、キャピラリー1による屈折により光路が変化する様
子を示す。レーザビームは屈折率が変化する境界点を1
本のキャピラリーにつき4回(または2回)通過する。
即ち、キャピラリー1の外部からキャピラリー1への入
射位置P1、キャピラリー1からキャピラリー1の内部
への入射位置P2、キャピラリー1の内部からキャピラ
リー1への出射位置P3、キャピラリー1からキャピラ
リー1の外部への出射位置P4の4点で、レーザビーム
2は屈折を受ける。但し、レーザビーム2の光路によっ
ては、キャピラリー内部は通過しないため、P2、P3
存在しない場合もある。P1、P2、P3、P4でのレーザ
ビームの入射角、屈折角は、それぞれθ1、θ2、θ3
θ4、θ5、θ6、θ7、θ8である。キャピラリー外部の
媒質の屈折率をn1、キャピラリーの材質の屈折率を
2、キャピラリー内部の媒質の屈折率をn3とする。
First, conditions for realizing (1) are as follows:
This was clarified by a simulation experiment described below. FIG. 2 is a cross-sectional view of one cylindrical capillary having an outer radius R and an inner radius r. Laser beam 2 of infinitesimal width incident on a position separated by a distance x from capillary array axis 4
2 shows how the optical path changes due to refraction by the capillary 1. The laser beam has one boundary point where the refractive index changes.
Make 4 passes (or 2 passes) per book capillary.
That is, the incident position P 1 from the outside of the capillary 1 to the capillary 1, the incident position P 2 from the capillary 1 to the inside of the capillary 1, the emission position P 3 from the inside of the capillary 1 to the capillary 1, the position of the capillary 1 from the capillary 1 at four points of the exit position P 4 to the outside, the laser beam 2 is subjected to refraction. However, since the laser beam 2 does not pass through the inside of the capillary depending on the optical path, P 2 and P 3 may not exist. The incident angles and refraction angles of the laser beam at P 1 , P 2 , P 3 , and P 4 are θ 1 , θ 2 , θ 3 ,
θ 4, θ 5, θ 6 , θ 7, a theta 8. The refractive index of the medium outside the capillary is n 1 , the refractive index of the material of the capillary is n 2 , and the refractive index of the medium inside the capillary is n 3 .

【0025】図2に示す幾何学的関係、及び各界面での
Snellの法則を用いると、(数1)から(数8)が
得られる。
Using the geometric relationship shown in FIG. 2 and Snell's law at each interface, (Equation 1) to (Equation 8) are obtained.

【0026】[0026]

【数1】 θ1=sin-1{x/R} …(数1)[Equation 1] θ 1 = sin −1 {x / R} (Equation 1)

【0027】[0027]

【数2】 θ2=sin-1{(n1/n2)sinθ1} …(数2)[Equation 2] θ 2 = sin −1 {(n 1 / n 2 ) sin θ 1 } (Equation 2)

【0028】[0028]

【数3】 θ3=sin-1{(R/r)sinθ2} …(数3)[Equation 3] θ 3 = sin −1 {(R / r) sin θ 2 } (Equation 3)

【0029】[0029]

【数4】 θ4=sin-1{(n2/n3)sinθ3} …(数4)[Equation 4] θ 4 = sin -1 {(n 2 / n 3 ) sin θ 3 } (Equation 4)

【0030】[0030]

【数5】 θ5=θ4 …(数5)Equation 5 θ 5 = θ 4 (Equation 5)

【0031】[0031]

【数6】 θ6=θ3 …(数6)Equation 6 θ 6 = θ 3 (Equation 6)

【0032】[0032]

【数7】 θ7=θ2 …(数7)[Equation 7] θ 7 = θ 2 (Equation 7)

【0033】[0033]

【数8】 θ8=θ1 …(数8) キャピラリー入射前のレーザビームと透過後のレーザビ
ームがなす角を屈折角Δθとすると、Δθは図2によ
り、(数9)で与えられる。
Θ 8 = θ 1 (Equation 8) Assuming that the angle between the laser beam before entering the capillary and the laser beam after transmission is the refraction angle Δθ, Δθ is given by (Equation 9) from FIG.

【0034】[0034]

【数9】 Δθ=(θ1−θ2)−(θ3−θ4)+(θ5−θ6)+(θ7−θ8) =2(−θ1+θ2−θ3+θ4) =2{−sin-1(x/R)+sin-1(xn1/(Rn2)) −sin-1(xn1/(rn2))+sin-1(xn1/(rn3))} …(数9) Δθはレーザビームの入射位置xによって異なり、キャ
ピラリーの外半径R、内半径r、キャピラリー外部の屈
折率n1、キャピラリー材質の屈折率n2、キャピラリー
内部の屈折率n3でコントロールできる。x=0のレー
ザビームに対しては常にΔθ=0であり、xの増加にと
もなって|Δθ|も単調に増加する(但し、ここではx
≦rを想定している)。つまりキャピラリーそのものが
焦点の定まらないレンズの作用をもち、Δθ>0ならば
凹レンズ、、Δθ<0ならば凸レンズとなる。n1=n2
=n3のときは、もちろんxによらずΔθ=0となる。
Δθ = (θ 1 −θ 2 ) − (θ 3 −θ 4 ) + (θ 5 −θ 6 ) + (θ 7 −θ 8 ) = 2 (−θ 1 + θ 2 −θ 3 + θ 4) ) = 2 {-sin -1 (x / R) + sin -1 (xn 1 / (Rn 2)) -sin -1 (xn 1 / (rn 2)) + sin -1 (xn 1 / (rn 3)) Θ (Equation 9) Δθ varies depending on the incident position x of the laser beam, and the outer radius R and inner radius r of the capillary, the refractive index n 1 outside the capillary, the refractive index n 2 of the capillary material, and the refractive index n 3 inside the capillary. Can be controlled with. Δθ = 0 for a laser beam of x = 0, and | Δθ | monotonically increases as x increases (here, x
≤ r). In other words, the capillary itself has the function of a lens whose focus cannot be determined. If Δθ> 0, it becomes a concave lens, and if Δθ <0, it becomes a convex lens. n 1 = n 2
When n = 3 , of course, Δθ = 0 regardless of x.

【0035】複数本のキャピラリーを1平面状に配列し
た配列体に、複数本のキャピラリーを通過するように配
列体の側方よりレーザビームを照射した場合、レーザパ
ワーを多数のキャピラリーに到達させるためには、キャ
ピラリーによる屈折角Δθが小さいほど、特に、各キャ
ピラリーがΔθ<0の凸レンズ作用をもつほど有利であ
る。1本のキャピラリーに着目したとき、入射レーザビ
ームよりも透過レーザビームが絞られていれば、効率良
く隣のキャピラリーにレーザパワーを到達させることが
できるからである。通常の電気泳動条件では、常にn2
>n3であるから、(数9)からn1が小さいほどΔθは
小さくなる。つまり、キャピラリー外部がn1=1.0
0である空気のような透明気体で満たされていることが
好適な条件となる。
When an array in which a plurality of capillaries are arranged in one plane is irradiated with a laser beam from the side of the array so as to pass through the plurality of capillaries, the laser power reaches a number of capillaries. Is more advantageous as the angle of refraction Δθ due to the capillary is smaller, and in particular, as each capillary has a convex lens action of Δθ <0. This is because, when focusing on one capillary, if the transmitted laser beam is narrower than the incident laser beam, the laser power can efficiently reach the adjacent capillary. Under normal electrophoresis conditions, n 2
> Since n is 3, [Delta] [theta] smaller the n 1 from (9) becomes small. That is, the outside of the capillary is n 1 = 1.0
A preferable condition is that the gas is filled with a transparent gas such as air which is zero.

【0036】一方、レーザビームは各境界点で反射も受
ける。つまり、入射光のレーザパワーの一部は反射光と
なり、残りが屈折光(透過光)となる。入射光のレーザ
パワーに対する反射光のレーザパワーの比率を反射率R
ef、入射光のレーザパワーに対する屈折光のレーザパワ
ーの比率を透過率Traとすると、これらは入射角θi
屈折角θt(即ち両媒質の屈折率)の関数で、(数1
0)、(数11)で与えられる。
On the other hand, the laser beam is also reflected at each boundary point. That is, part of the laser power of the incident light becomes reflected light, and the rest becomes refracted light (transmitted light). The ratio of the laser power of the reflected light to the laser power of the incident light is represented by a reflectance R.
ef , where the ratio of the laser power of the refracted light to the laser power of the incident light is the transmittance T ra , these are functions of the incident angle θ i and the refraction angle θ t (that is, the refractive index of both media), and
0) and (Equation 11).

【0037】[0037]

【数10】 2Ref=tan2(θi−θt)/tan2(θi+θt) +sin2(θi−θt)/sin2(θi+θt) …(数10)2R ef = tan 2i −θ t ) / tan 2i + θ t ) + sin 2i −θ t ) / sin 2i + θ t ) (Equation 10)

【0038】[0038]

【数11】 2Tra=sin(2θi)sin(2θt){1/cos2(θi−θt)+1} /sin2(θi+θt) …(数11) ここでRef+Tra=1である。但し、ここでは入射光に
偏光がない場合を示した。レーザパワーは境界点を通過
する毎に、(数10)、(数11)に従って順次減少す
る。そこで、電気泳動時に試料成分が通過するキャピラ
リー内部のレーザビームの光路長(図2において点P2
と点P3を結ぶ長さ)にその位置でのレーザパワーを乗
じることにより、レーザビームのこのキャピラリーにお
ける励起効率(このキャピラリー内を泳動する標識され
た試料成分のレーザビームによる標識の励起効率)を見
積もった。また、無限小幅のレーザビームが入射する位
置を、キャピラリー配列軸(x=0)からの距離xと
し、この距離xを変化させることにより、有限幅のレー
ザビームのこのキャピラリーにおける励起効率を見積も
った。更に、複数のキャピラリーが平面状に配列された
場合に、以上の計算を連続的に行なうことにより、複数
のキャピラリーの各々のキャピラリーにおける励起効率
がどのように変化するかを調べた。
2T ra = sin (2θ i ) sin (2θ t ) {1 / cos 2i −θ t ) +1} / sin 2i + θ t ) ( Equation 11) where R ef + T ra = 1. However, the case where the incident light has no polarization is shown here. Each time the laser power passes through the boundary point, it gradually decreases according to (Equation 10) and (Equation 11). Therefore, the optical path length of the laser beam inside the capillary through which the sample component passes during electrophoresis (point P 2 in FIG. 2)
By multiplying the laser power at the position in length) which connects the door point P 3, the excitation efficiency in this capillary laser beam (excitation efficiency of labeling by the laser beam of the labeled sample components migrate to the capillary) Was estimated. Further, the position where the laser beam having an infinitesimal width is incident is defined as a distance x from the capillary array axis (x = 0), and by changing this distance x, the excitation efficiency of the laser beam having a finite width in this capillary was estimated. . Furthermore, when a plurality of capillaries were arranged in a plane, the above calculation was continuously performed to examine how the excitation efficiency of each of the plurality of capillaries changes.

【0039】具体例として、キャピラリーの構成を、外
径0.375mm(R=0.1875mm)、内径0.
1mm(r=0.05mm)、長さ50cmの溶融石英
円筒管(n2=1.46)を用いた。変性剤として7M
のウレアを含んだ4%T(Total monomer
concentration)、5%C(Cross
linking material concentr
ation)の濃度のアクリルアミドを注入した後、ゲ
ル化(n3=1.36)させた。試料注入側のキャピラ
リー末端より30cmの位置で、長さ10mm、全周に
わたり各キャピラリーのポリイミド被覆を除去して蛍光
を計測するための窓を予め作製してレーザ照射部位とし
た。
As a specific example, the capillary has an outer diameter of 0.375 mm (R = 0.1875 mm) and an inner diameter of 0.
A fused quartz cylindrical tube (n 2 = 1.46) having a length of 1 mm (r = 0.05 mm) and a length of 50 cm was used. 7M as denaturing agent
4% T (Total monomer) containing urea
concentration), 5% C (Cross
linking material concentr
), and gelled (n 3 = 1.36). At a position 30 cm from the end of the capillary on the sample injection side, the polyimide coating of each capillary was removed over the entire circumference at a length of 10 mm, and a window for measuring fluorescence was prepared in advance to serve as a laser irradiation site.

【0040】これらキャピラリーゲル10本の計測部分
を図3に示すように、0.375mmピッチに揃え、各
キャピラリー1を密着させてガラス平板5上に固定して
平面状に配列した。蛍光計測位置のキャピラリー外部は
空気(n1=1.00)とした。蛍光計測はキャピラリ
ー配列平面に垂直な方向より、第1レンズ6、バンドパ
スフィルター7、第2レンズ8を介して2次元検出器9
により行なった。本実験条件では、キャピラリーによる
レーザビーム2の反射が大きいため、平板ゲル電気泳動
等の蛍光計測時に用いるバンドパスフィルターよりもレ
ーザ波長の透過率を下げる必要があった。そこで、レー
ザ波長の透過率が10-5以下であるバンドパスフィルタ
ーを用いた。
As shown in FIG. 3, the measurement portions of these ten capillary gels were arranged at a pitch of 0.375 mm, and the capillaries 1 were closely attached to each other and fixed on a glass plate 5 to be arranged in a plane. The outside of the capillary at the fluorescence measurement position was air (n 1 = 1.00). The fluorescence measurement is performed from the direction perpendicular to the capillary array plane through the first lens 6, the band-pass filter 7, and the second lens 8 to the two-dimensional detector 9.
Performed by Under the present experimental conditions, since the reflection of the laser beam 2 by the capillary was large, it was necessary to make the transmittance of the laser wavelength lower than that of a band-pass filter used for fluorescence measurement such as slab gel electrophoresis. Therefore, a band-pass filter having a transmittance of 10 −5 or less for the laser wavelength was used.

【0041】図4は蛍光計測部分のキャピラリー軸に対
する断面図を示し、レーザをビーム径0.1mmに集光
し、キャピラリー配列体の側方よりキャピラリー配列軸
に沿って入射させた。このとき、(数9)からx≦rの
レーザビームに対して、常にΔθ<0となり、各キャピ
ラリーは凸レンズ作用をもった。0.1mmのビーム幅
を0.01mm間隔の合計11本の無限小幅のビームコ
ンポーネントに分けて考えた。即ち、ビームコンポーネ
ントはキャピラリー配列軸(レーザビーム中心軸、x=
0)からの距離xが、0.00、±0.01、±0.0
2、±0.03、±0.04、±0.05mmの位置で
1本目のキャピラリーに入射する。図5は、各ビームコ
ンポーネントのキャピラリー透過光が、どのような光路
を描いてキャピラリー配列中を進行するかをシュミレー
ションした結果を示す。図5は、蛍光計測部分のキャピ
ラリー軸に対する断面図を示し、上段はレーザ光源側の
5本のキャピラリー、下段はレーザ出射側の5本のキャ
ピラリーを表わしている。即ち、レーザビームは、上段
の左側のキャピラリーに入射して、下段の右側のキャピ
ラリーから出射する。
FIG. 4 is a cross-sectional view of the fluorescence measurement portion with respect to the capillary axis. A laser beam was focused to a beam diameter of 0.1 mm, and was made incident along the capillary array axis from the side of the capillary array. At this time, from equation (9), Δθ <0 was always satisfied for the laser beam of x ≦ r, and each capillary had a convex lens function. The beam width of 0.1 mm was considered by dividing it into 11 infinitesimally small beam components at 0.01 mm intervals. That is, the beam component is the capillary array axis (the center axis of the laser beam, x =
0) is 0.00, ± 0.01, ± 0.0
2. The light enters the first capillary at positions of ± 0.03, ± 0.04, and ± 0.05 mm. FIG. 5 shows a result of a simulation of what optical path the capillary transmitted light of each beam component travels in the capillary array. FIG. 5 is a cross-sectional view of the fluorescence measurement portion with respect to the capillary axis. The upper part shows five capillaries on the laser light source side, and the lower part shows five capillaries on the laser emission side. That is, the laser beam enters the upper left capillary and exits from the lower right capillary.

【0042】全ての光路の計算は、10本のキャピラリ
ーが上記のように配列ているとして連続的に行なった。
レーザビームの中心軸に位置するビームコンポーネン
(x=0.00)は全ての境界点での入射角が0度であ
るため、屈折を全く受けず、Δθ=0であり、キャピラ
リー配列軸上を直線的に進行する。x=0.00以外の
ビームコンポーネントは、キャピラリーの凸レンズ作用
のために基本的にキャピラリー配列軸に向かう方向に屈
折を受け、光路はキャピラリー配列軸を中心として上下
に振動しながらキャピラリー配列中を進行した。振動の
振幅や周期はビームコンポーネントによって異なった
が、各ビームコンポーネントの光路は、キャピラリー配
列軸を対称軸として上下対称であった。以上の結果、全
てのビームコンポーネントは10本のキャピラリー全て
について、キャピラリー外部に逸脱することなしに、キ
ャピラリー内部を透過し、キャピラリー内を泳動する試
料成分の励起に寄与していることが判明した。即ち、本
発明のキャピラリー電気泳動装置は、各キャピラリーゲ
ルにおいて照射されるレーザビームは、ほぼ収束するの
で、複数のキャピラリーゲルのそれぞれにおいて、近似
的に収束するレーザビームの光路を形成するので、マル
チフォーカスキャピラリー電気泳動装置と呼ぶにふさわ
しいと言える。
The calculation of all the optical paths was performed continuously assuming that ten capillaries were arranged as described above.
Since the beam component (x = 0.00) located at the center axis of the laser beam has no incident angle at all the boundary points, it is not refracted at all, Δθ = 0, and Progress linearly. Beam components other than x = 0.00 are basically refracted in the direction toward the capillary array axis due to the convex lens action of the capillary, and the optical path travels through the capillary array while vibrating up and down about the capillary array axis. did. The amplitude and period of the vibration differed depending on the beam component, but the optical path of each beam component was vertically symmetric with respect to the capillary array axis. As a result, it was found that all the beam components transmitted through the inside of the capillary and contributed to the excitation of the sample components migrating inside the capillary without departing from the outside of the capillary for all of the ten capillaries. That is, in the capillary electrophoresis apparatus of the present invention, since the laser beam irradiated on each capillary gel is almost converged, and each of the plurality of capillary gels forms an optical path of the laser beam which is approximately converged, so that the It can be said that it is appropriate to be called a focus capillary electrophoresis apparatus.

【0043】使用するキャピラリーの本数を変化させた
場合、各キャピラリーにおける励起効率の減少の度合を
評価するために、各キャピラリー毎に、キャピラリー内
部を透過する光路の長さ(光路長)を求め、この光路長
にその位置でのレーザパワーを乗じ、全てのビームコン
ポーネントについて積算し、この積算値を各キャピラリ
ーにおける励起効率とした。図6はこのようにして求め
た、各キャピラリーにおける励起効率を示す(各キャピ
ラリーにおける励起効率は、レーザ光源側の1本目のキ
ャピラリーにおける励起効率により規格化されてい
る)。図6では、各キャピラリーにはレーザ光源側から
順番に1から10の番号を付けてある。
When the number of capillaries used was changed, the length of the optical path (optical path length) passing through the inside of each capillary was determined for each capillary in order to evaluate the degree of reduction in the excitation efficiency in each capillary. This optical path length was multiplied by the laser power at that position, integrated for all beam components, and the integrated value was used as the excitation efficiency in each capillary. FIG. 6 shows the excitation efficiency of each capillary determined in this manner (the excitation efficiency of each capillary is standardized by the excitation efficiency of the first capillary on the laser light source side). In FIG. 6, the capillaries are numbered from 1 to 10 in order from the laser light source side.

【0044】全てのビームコンポーネントのレーザパワ
ーは、屈折率の変化する境界点を透過する毎に反射によ
り減衰するため、キャピラリー毎の励起効率は、図6の
ようにレーザ光源から離れるに従い指数間数的に減少し
た。実際に計測される各キャピラリーからの蛍光強度は
この励起効率に比例する。図6に示すように、10本目
のキャピラリーの励起効率は1本目の54.1%にも及
んだ。この値からレーザビームのキャピラリー1本当た
りの平均透過率を求めると、93.4%の高効率であっ
た(0.9349=0.541)。検出器の感度とダイ
ナミックレンジの関係から、同時計測可能な励起効率の
減少を20%までとすると、本計算実験条件では、24
本までのキャピラリーの同時計測が可能であった(0.
93423=0.21)。
Since the laser power of all beam components is attenuated by reflection each time the laser beam passes through the boundary point where the refractive index changes, the excitation efficiency of each capillary increases as the distance from the laser light source increases as shown in FIG. Decreased. The actually measured fluorescence intensity from each capillary is proportional to this excitation efficiency. As shown in FIG. 6, the excitation efficiency of the tenth capillary reached 54.1% of the first capillary. From this value, the average transmittance of the laser beam per capillary was found to be as high as 93.4% (0.934 9 = 0.541). From the relationship between the sensitivity of the detector and the dynamic range, assuming that the decrease in excitation efficiency that can be measured simultaneously is up to 20%, in this calculation experiment condition,
Simultaneous measurement of capillaries up to this was possible (0.
934 23 = 0.21).

【0045】他の具体例として、キャピラリー内径を
0.1mm(r=0.05mm)とし、キャピラリー外
径を0.11mm(R=0.055mm)、0.2mm
(R=0.1mm)、0.375mm(R=0.75m
m)、0.75mm(R=0.375mm)、1.0m
m(R=0.5mm)とする場合について、上記と同様
の計算を行なった(他の条件は全て上記と同一とし
た)。但し、10本のキャピラリーの配列ピッチは各キ
ャピラリーの外径と一致させ、各キャピラリーを密着配
列した。図7は、レーザ光源から最も遠い位置に配列さ
れた10本目のキャピラリーにおける励起効率のキャピ
ラリーの外径/内径の比率(R/r)に関する変化を表
す(励起効率は、図6と同様にレーザ光源に最も近い位
置に配列された1本目キャピラリーにおける励起効率に
より規格化されている)。本計算実験では、キャピラリ
ー内径を0.1mmに統一して行なっているが、他の内
径のキャピラリーを用いた場合でも、キャピラリーの外
径/内径の比率(R/r)が同じならば本質的に同じ結
果が得られる(但し、入射するレーザビーム幅はキャピ
ラリーの内径とほぼ同じとする)。
As another specific example, the inner diameter of the capillary is 0.1 mm (r = 0.05 mm), and the outer diameter of the capillary is 0.11 mm (R = 0.055 mm) and 0.2 mm.
(R = 0.1 mm), 0.375 mm (R = 0.75 m
m), 0.75 mm (R = 0.375 mm), 1.0 m
For the case of m (R = 0.5 mm), the same calculation as above was performed (all other conditions were the same as above). However, the arrangement pitch of the ten capillaries was matched with the outer diameter of each capillary, and the capillaries were closely arranged. FIG. 7 shows a change in the pumping efficiency of the tenth capillary arranged farthest from the laser light source with respect to the ratio of the outer diameter / inner diameter of the capillary (R / r). It is standardized by the excitation efficiency of the first capillary arranged closest to the light source). In this calculation experiment, the capillary inner diameter was unified to 0.1 mm. However, even when capillaries of other inner diameters were used, the capillary diameter was essentially the same if the outer diameter / inner diameter ratio (R / r) was the same. (The incident laser beam width is assumed to be substantially the same as the inner diameter of the capillary.)

【0046】図8は、図7の結果からレーザビームのキ
ャピラリー1本あたりの平均透過率を求め、励起効率の
減少を20%までとする同時計測可能な最大キャピラリ
ーの本数を先と同様に求めた結果を示す。図7、図8の
結果から、キャピラリーの外径/内径の比率R/rが4
付近の値(正確には、3.75)をとるとき、最も効率
的に多数のキャピラリーを同時計測でき、この値から離
れるに従い同時計測できるキャピラリーの数が減少する
ことが判明した。キャピラリーの外径/内径の比率R/
rが小さいとき、同時計測できるキャピラリーの数が減
少する理由は、レーザビーム幅とキャピラリー外径の値
が近いたために、キャピラリー外径から逸脱するビーム
コンポーネントが存在したためである。キャピラリーの
外径/内径の比率R/rが大きいとき、同時計測できる
キャピラリーの数が減少する理由は、キャピラリーのガ
ラス部分のみを透過して、キャピラリー内部を透過しな
いビームコンポーネントが存在したためである。
FIG. 8 shows the average transmittance of one capillary of the laser beam from the results of FIG. 7, and the maximum number of capillaries which can be measured simultaneously to reduce the excitation efficiency up to 20%. The results are shown below. 7 and 8, the ratio R / r of the outer diameter / inner diameter of the capillary is 4
It has been found that when a value near the value (accurately, 3.75) is taken, a large number of capillaries can be measured most efficiently, and the number of capillaries that can be measured simultaneously decreases as the value departs from this value. Capillary outer / inner diameter ratio R /
When r is small, the number of capillaries that can be measured simultaneously decreases because the laser beam width and the outer diameter of the capillary are close to each other, and there are beam components that deviate from the outer diameter of the capillary. The reason why the number of capillaries that can be measured simultaneously when the ratio R / r of the outer diameter / inner diameter of the capillary is large is that a beam component that transmits only the glass part of the capillary and does not transmit inside the capillary exists.

【0047】分析又は解析する試料を大量、複数種類に
わたり調製して処理する場合、一般にマイクロタイター
プレートが広く用いられている。このマイクロタイター
プレートは、12×8の格子状に配列された96個の穴
のあいたプレートで、世界的な標準規格になっている。
従って、電気泳動計測において同時に処理する試料数を
12又は8の倍数とすることは、試料調製と電気泳動計
測の大量処理をリンクさせる場合、非常に重要である。
即ち、同時に処理して計測する試料数は8、12、1
6、24、…であること好ましい。図8の結果から、各
キャピラリーにおける励起効率の減少を20%までとす
る同時計測を可能とするための、キャピラリーの外径/
内径の比率R/rに関する条件は、同時に処理して計測
する試料数を、8、12、16、24とする場合、それ
ぞれ、1<R/r≦10、1<R/r≦10、1≦R/
r≦7、3≦R/r≦5となる。
When a large number or a plurality of types of samples to be analyzed or analyzed are prepared and processed, a microtiter plate is generally widely used. This microtiter plate is a plate with 96 holes arranged in a 12 × 8 lattice and has become a global standard.
Therefore, it is very important to make the number of samples simultaneously processed in electrophoresis measurement a multiple of 12 or 8, when linking sample preparation and mass processing of electrophoresis measurement.
That is, the number of samples processed and measured simultaneously is 8, 12, 1
6, 24,... From the results of FIG. 8, the outer diameter of the capillary / the diameter of the capillary to enable simultaneous measurement with a decrease in excitation efficiency of each capillary of up to 20% is possible.
When the number of samples to be processed and measured at the same time is 8, 12, 16, and 24, the conditions regarding the inner diameter ratio R / r are 1 <R / r ≦ 10, 1 <R / r ≦ 10, 1 ≤R /
r ≦ 7 and 3 ≦ R / r ≦ 5.

【0048】次に、本発明のもうひとつのキーポイント
である、レーザビームの散乱による背景光を低減させる
条件について説明する。レーザビームの散乱は主に、各
キャピラリーの屈折率が変化する境界点でのレーザビー
ムの反射が原因である。反射光は反射の法則に従い、入
射角と反射角が等しい方向に進行する。その結果、様々
な方向に反射光が進行するが、なかにはキャピラリーが
配列する平面に垂直な方向に配置した光検出系に直接入
射する反射光が存在する。これは蛍光計測時の背景光を
著しく増大させ、影響大であり、計測感度の低下につな
がる。そこで、この光検出系に直接入射する反射光のレ
ーザパワーを全てのキャピラリーについて積算すること
によりその影響を見積もった。
Next, another key point of the present invention, a condition for reducing background light due to scattering of a laser beam, will be described. The scattering of the laser beam is mainly caused by the reflection of the laser beam at the boundary point where the refractive index of each capillary changes. The reflected light travels in a direction where the incident angle and the reflection angle are equal according to the law of reflection. As a result, the reflected light travels in various directions, and some reflected light is directly incident on a photodetection system arranged in a direction perpendicular to the plane in which the capillaries are arranged. This significantly increases the background light at the time of fluorescence measurement, has a large effect, and lowers the measurement sensitivity. Therefore, the influence was estimated by integrating the laser power of the reflected light directly incident on the photodetection system for all capillaries.

【0049】図9は、上記の図7、図8の結果を得たと
同様の計算実験条件として、光検出系に直接入射する反
射光のレーザパワーを10本のキャピラリーについて積
算して求め、積算結果のキャピラリーの外径/内径の比
率(R/r)に関する変化を示す。光検出系に直接入射
する反射光のレーザパワーは、上述したように、蛍光計
測時の背景光を著しく増大させ、計測感度の低下につな
がるので、値が小さいほど高感度に蛍光計測を行なうこ
とができる。図9の結果から、キャピラリーの外径/内
径の比率R/rが4付近で、最も背景光が小さくなり高
感度に蛍光計測でき、この値から離れるに従い背景光が
増大して計測感度が低下した。キャピラリーの外径/内
径の比率R/rが小さいときに背景光が大きく増大した
理由は、レーザビーム幅とキャピラリー外径の値が近い
たために、大きな入射角でキャピラリーに照射されるビ
ームコンポーネントの割合が増えたためである。以上の
結果から、2≦R/rの条件が高感度計測に有効である
ことが判明した。
FIG. 9 shows the results obtained by integrating the laser power of the reflected light directly incident on the photodetection system for the ten capillaries under the same calculation and experimental conditions as those for obtaining the results of FIGS. 7 and 8 above. The change in outer diameter / inner diameter ratio (R / r) of the resulting capillary is shown. As described above, the laser power of the reflected light that is directly incident on the light detection system significantly increases the background light during fluorescence measurement and leads to a decrease in measurement sensitivity. Therefore, the smaller the value, the more sensitive the fluorescence measurement. Can be. From the results in FIG. 9, it can be seen that when the ratio R / r of the outer diameter / inner diameter of the capillary is around 4, the background light becomes the smallest and the fluorescence can be measured with high sensitivity. As the distance from this value increases, the background light increases and the measurement sensitivity decreases. did. The reason why the background light increased greatly when the ratio R / r of the outer diameter / inner diameter of the capillary was small is that the value of the laser beam width and the outer diameter of the capillary were close to each other. This is because the ratio has increased. From the above results, it was found that the condition of 2 ≦ R / r was effective for high sensitivity measurement.

【0050】光検出系に直接入射する反射光のレーザパ
ワーを下げるためには、屈折率の変化する各境界点での
反射率を下げれば良い。そのための一つの手段として、
レーザが照射される位置のキャピラリーの外部を水、水
溶液等の透明液体で満たし、キャピラリーによる屈折角
を大きくするすことがある。即ち、凹レンズ方向に作用
させることになり、多くのキャピラリーにレーザパワー
を到達させる点においては不利になる。従って、これら
の兼ね合いで条件を評価すべきである。シュミレーショ
ンした結果、R/r≦2のキャピラリーについては、キ
ャピラリー外部を液体で満たすことによって、背景光が
減少する効果の方が大きかった。その結果、多数のキャ
ピラリーを並べて同時分析できるので、高速、高スルー
プット、高感度な分析を実現できる。
In order to reduce the laser power of the reflected light that is directly incident on the light detection system, the reflectance at each boundary point where the refractive index changes may be reduced. As one means for that,
The outside of the capillary at the position where the laser is irradiated may be filled with a transparent liquid such as water or an aqueous solution to increase the refraction angle of the capillary. That is, it acts in the direction of the concave lens, which is disadvantageous in that the laser power reaches many capillaries. Therefore, conditions should be evaluated in consideration of these. As a result of the simulation, the effect of reducing the background light by filling the outside of the capillary with the liquid was larger for the capillary satisfying R / r ≦ 2. As a result, a large number of capillaries can be arranged and analyzed simultaneously, so that high-speed, high-throughput, high-sensitivity analysis can be realized.

【0051】本実施形態で用いたサイズ以外の円筒形状
キャピラリーを用いても、もちろん同様の効果が得られ
る。
Even if a cylindrical capillary other than the size used in this embodiment is used, the same effect can be obtained.

【0052】(実施形態2)(実施形態1)では平面状
に配列したキャピラリーは互いに密着させたが、ここで
は各キャピラリーの間隔をキャピラリーの外径以上にし
た。具体例として、キャピラリーに外径0.2mm(R
=0.1mm)、内径0.1mm(r=0.05m
m)、長さ50cmの溶融石英円筒管(n2=1.4
6)を10本用いた。配列間隔は、キャピラリー外径の
1倍(実施形態1と同じ)、2倍、3倍、4倍、5倍、
即ち、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0mmの
各場合について調べた。その他の実験条件は(実施形態
1)と同一とした。
Second Embodiment In the first embodiment, the capillaries arranged in a plane are brought into close contact with each other, but here, the spacing between the capillaries is set to be equal to or larger than the outer diameter of the capillaries. As a specific example, an outer diameter of 0.2 mm (R
= 0.1mm), inner diameter 0.1mm (r = 0.05m)
m), a fused quartz cylindrical tube having a length of 50 cm (n 2 = 1.4)
6) were used. The arrangement interval is 1 time of the capillary outer diameter (the same as in Embodiment 1), 2 times, 3 times, 4 times, 5 times,
That is, each case of 0.2, 0.4, 0.6, 0.8, and 1.0 mm was examined. Other experimental conditions were the same as in (Embodiment 1).

【0053】図10は、レーザ光源から最も遠い位置に
配列された10本目のキャピラリーにおける励起効率を
キャピラリーの配列間隔を変数として示した(励起効率
は、図6と同様にレーザ光源に最も近い位置に配列され
た1本目のキャピラリーにおける励起効率により規格化
されている)。図10の結果から、キャピラリーの配列
間隔が増大するほど、10本目のキャピラリーにおける
励起効率は低下し、多数のキャピラリーの同時計測に不
利な条件となった。つまり、キャピラリーの配列間隔を
キャピラリー外径と一致させるとき、即ち、キャピラリ
ーを密着配列するときに、最も効率的に多数のキャピラ
リーの同時計測ができることが判明した。この最適条件
(キャピラリーを密着配列する)における10本目のキ
ャピラリーのS/Nが、1本目のキャピラリーのS/N
の半分になる条件を実用範囲とすると、励起効率は1/
4になる条件まで許容範囲となる。この励起効率は1/
4になる条件は、図10からキャピラリーの配列間隔が
0.8mm以下、即ち配列間隔がキャピラリー外径の4
倍以下であれば満たされる。
FIG. 10 shows the pumping efficiency of the tenth capillary array furthest from the laser light source as a variable of the arrangement interval of the capillaries. Is standardized by the excitation efficiency of the first capillary arranged in the first capillary). From the results in FIG. 10, the excitation efficiency in the tenth capillary was reduced as the array spacing of the capillaries was increased, which became a disadvantageous condition for simultaneous measurement of many capillaries. In other words, it has been found that the simultaneous measurement of a large number of capillaries can be performed most efficiently when the arrangement interval of the capillaries is matched with the outer diameter of the capillaries, that is, when the capillaries are closely arranged. The S / N of the tenth capillary under the optimum conditions (capillaries are closely arranged) is the S / N of the first capillary.
Assuming that the condition of halving is within the practical range, the excitation efficiency is 1 /
It is within the allowable range up to the condition of 4. This excitation efficiency is 1 /
From FIG. 10, the condition that the array spacing is 4 is 0.8 mm or less, that is, the array spacing is 4 mm of the capillary outer diameter.
If it is less than twice, it is satisfied.

【0054】(実施形態3)(実施形態1)のシュミレ
ーション結果に基づき、本実施形態ではDNA試料の電
気泳動を実際に行なった。まず、平面状に配列された5
本のキャピラリーゲルを使用し電気泳動を行ない、蛍光
検出する部分のキャピラリーゲルを水中に配置して、蛍
光計測することによりDNA塩基配列決定を実施した。
図11は、使用した装置の基本構成を示す。キャピラリ
ーゲルは、長さ50cm、外径0.2mm(R=0.1
mm)、内径0.1mm(r=0.05mm)の溶融石
英管(n2=1.46)に、変性剤として7Mのウレア
を含んだ4%T(Totalmonomer conc
entration)、5%C(Crosslinki
ng material concentratio
n)の濃度のアクリルアミドを注入した後ゲル化(n3
=1.36)させて調製した。試料注入側のキャピラリ
ー末端より30cmの位置で、長さ10mm、全周にわ
たり、ポリイミド被覆を除去して、蛍光を計測する窓を
予め作製してレーザ照射部位とした。図11の示すよう
に、このキャピラリーゲル5本を0.2mmピッチに揃
えて平面状に配列し、水(n1=1.33)を満たした
蛍光計測セル12内に固定した。但し、図11では、キ
ャピラリーゲル1はキャピラリーゲルの計測窓近傍のみ
を示している。
(Embodiment 3) Based on the simulation result of (Embodiment 1), in this embodiment, the electrophoresis of the DNA sample was actually performed. First, 5 arranged in a plane
Electrophoresis was performed using the capillary gel of the book, the capillary gel of the portion for fluorescence detection was placed in water, and the DNA base sequence was determined by measuring fluorescence.
FIG. 11 shows the basic configuration of the used apparatus. The capillary gel has a length of 50 cm and an outer diameter of 0.2 mm (R = 0.1
mm), a fused quartz tube (n 2 = 1.46) having an inner diameter of 0.1 mm (r = 0.05 mm) is filled with 4% T (Totalmonomer conc) containing 7M urea as a modifier.
entry), 5% C (Crosslinki)
ng material concentratio
gelation after injecting acrylamide at a concentration of n) (n 3
= 1.36). At a position 30 cm from the end of the capillary on the sample injection side, the polyimide coating was removed over the entire circumference, 10 mm in length, and a window for measuring fluorescence was prepared in advance to serve as a laser irradiation site. As shown in FIG. 11, five capillary gels were arranged in a plane at a pitch of 0.2 mm, and fixed in a fluorescence measurement cell 12 filled with water (n 1 = 1.33). However, FIG. 11 shows only the capillary gel 1 near the measurement window of the capillary gel.

【0055】図12は蛍光計測セル12のキャピラリー
軸に対する断面図を示し、YAGレーザ(532nm、
20mW)及びHe−Neレーザ(594nm、10m
W)を同軸にした後ビーム径0.1mmに集光しビーム
2とし、キャピラリー配列体の側方よりキャピラリー配
列軸に沿って入射させた。蛍光計測セル12内部にはア
クリルアミドゲル10が充填されたキャピラリー1が平
面上に配置され、キャピラリー1の外部には水14が満
たされている。
FIG. 12 is a sectional view of the fluorescence measurement cell 12 with respect to the capillary axis, and shows a YAG laser (532 nm,
20 mW) and a He-Ne laser (594 nm, 10 m
After W) was made coaxial, it was condensed to a beam diameter of 0.1 mm to form a beam 2, which was incident from the side of the capillary array along the capillary array axis. The capillary 1 filled with the acrylamide gel 10 is arranged on a plane inside the fluorescence measurement cell 12, and the outside of the capillary 1 is filled with water 14.

【0056】図11に示すように、蛍光計測は、キャピ
ラリーゲルが配列する平面に対して垂直方向より行なっ
た。水平方向に幅0.8mmで1列に並ぶ5個の蛍光発
光点群を第一カメラレンズ6でほぼ平行光束にし、蛍光
発光点群の像を垂直方向に4つに分割する像分割プリズ
ム及び4つの像を結ぶ光束に対応させた4種の組み合わ
せフィルター14を透過させ、第二カメラレンズ8で結
像させた。なお、この蛍光選別法については特開平2−
269936号公報に詳しく記されている。5×4=2
0個に2次元状に展開された蛍光発光点群は、冷却型の
2次元CCDカメラ9で一度に露光計測した。露光時間
1.0秒、データ取得間隔1.5秒で連続計測を行っ
た。
As shown in FIG. 11, the fluorescence measurement was performed in a direction perpendicular to the plane on which the capillary gels were arranged. An image splitting prism for horizontally dividing a group of five fluorescent light emitting points in a line with a width of 0.8 mm in the horizontal direction by the first camera lens 6 and dividing the image of the fluorescent light emitting point group into four in the vertical direction; The light was transmitted through four types of combination filters 14 corresponding to the light fluxes connecting the four images, and was imaged by the second camera lens 8. This fluorescence sorting method is described in
No. 269936 describes this in detail. 5 × 4 = 2
The fluorescent light emitting point group developed into 0 two-dimensionally was subjected to exposure measurement at a time by a cooling type two-dimensional CCD camera 9. Continuous measurement was performed at an exposure time of 1.0 second and a data acquisition interval of 1.5 seconds.

【0057】5種のDNA試料の塩基配列決定はサンガ
ー法に従って行なった。調製されたDNA試料成分に
は、末端塩基種C、G、A、Tに対応して4種の蛍光体
Cy3(極大発光波長565nm)、TRITC(極大
発光波長580nm)、Texas Red(極大発光
波長615nm)、Cy5(極大発光波長665nm)
を標識した。ここで、Cy3、Cy5はバイオロジカル
・ディテクション・システム社(米国)より販売されて
おり、TRITC、Texas Redはモレキュラー
・プローブ社より販売されている。これら4種の蛍光が
波長選別されて2次元CCDカメラに結像されるよう
に、4種の組み合わせフィルターを用いた。末端塩基種
に対応した4種の反応物を試料種毎に混合した後、エタ
ノール沈殿によって10倍に濃縮して試料溶媒をホルム
アミドに置換した。5本のキャピラリーゲルの試料注入
端をそれぞれ5種のDNA試料液中に浸し、キャピラリ
ーゲルの両端に100V/cm(5kV)の一定電界強
度を2秒間印加して試料注入を行なった。電気泳動は一
定電界強度100V/cm(5kV)で約3時間行なっ
た。2次元CCDカメラで得られた4種の蛍光に対応す
る4種の信号の時間変化をコンピュータで解析し、5種
の試料のDNA塩基配列を決定した。
The nucleotide sequences of the five DNA samples were determined according to the Sanger method. The prepared DNA sample components include four kinds of phosphors Cy3 (maximum emission wavelength 565 nm), TRITC (maximum emission wavelength 580 nm), and Texas Red (maximum emission wavelength) corresponding to the terminal base species C, G, A, and T. 615 nm), Cy5 (maximum emission wavelength 665 nm)
Was labeled. Here, Cy3 and Cy5 are sold by Biological Detection Systems (USA), and TRITC and Texas Red are sold by Molecular Probes. Four kinds of combination filters were used so that these four kinds of fluorescence were wavelength-selected and imaged on a two-dimensional CCD camera. After mixing the four kinds of reactants corresponding to the terminal base type for each sample type, the mixture was concentrated 10-fold by ethanol precipitation, and the sample solvent was replaced with formamide. The sample injection ends of the five capillary gels were respectively immersed in five types of DNA sample solutions, and a sample was injected by applying a constant electric field intensity of 100 V / cm (5 kV) to both ends of the capillary gel for 2 seconds. Electrophoresis was performed at a constant electric field intensity of 100 V / cm (5 kV) for about 3 hours. The time change of four kinds of signals corresponding to the four kinds of fluorescence obtained by the two-dimensional CCD camera was analyzed by a computer, and the DNA base sequences of five kinds of samples were determined.

【0058】図13は、本実施形態で得られたDNAシ
ーケンス結果のうち、TexasRedで標識されたA
成分の電気泳動パターンであり、泳動時間30分〜60
分の電気泳動パターンで、プライマーから約130塩基
長までのA成分のパターンを示している。但し、分析し
た試料は5種ともに標準試料のM13mp18である。
図13の最上段のキャピラリー−1が最もレーザ光源側
のキャピラリーであり、以下数字の順番にレーザ光源か
ら遠ざかる位置のキャピラリーの電気泳動パターンを示
している。ピーク強度はレーザ光源から遠ざかるに従い
減少した。キャピラリー−5のピーク強度は、キャピラ
リー−1の1/3以下になっているが、それでも十分に
高いS/N(塩基長91に相当する位置で、S/N=7
34である)でピーク検出が可能であった。なお、キャ
ピラリー−1ののピークにおけるS/Nは、塩基長91
に相当する位置で、S/N=3300である。
FIG. 13 shows, among the DNA sequence results obtained in this embodiment, A labeled with TexasRed.
It is an electrophoresis pattern of the components, and migration time is 30 minutes to 60 minutes.
In the electrophoresis pattern, the pattern of the component A from the primer to about 130 bases is shown. However, all of the analyzed samples are M13mp18, which is a standard sample.
The capillary -1 at the top of FIG. 13 is the capillary closest to the laser light source, and indicates the electrophoresis pattern of the capillary at a position distant from the laser light source in the numerical order below. The peak intensity decreased with increasing distance from the laser light source. The peak intensity of Capillary-5 is 1/3 or less of Capillary-1, but it is still sufficiently high S / N (S / N = 7 at the position corresponding to base length 91).
34), and peak detection was possible. The S / N at the peak of capillary-1 was 91 base length.
, S / N = 3300.

【0059】本実験条件ではレーザが照射される位置の
キャピラリー外部を水としているため、外部を空気とし
た場合と比較して、キャピラリー界面でのレーザ反射が
減少し、背景光信号が1桁近く減少した。このことは
(実施形態1)で説明したことが実験的に確認されたこ
とを意味する。他の蛍光体で標識された成分の電気泳動
パターンも同様に得られており、5本のキャピラリーゲ
ル電気泳動によるDNA塩基配列決定を高感度に実現で
きた。
In this experimental condition, since the outside of the capillary at the position where the laser is irradiated is made of water, the laser reflection at the capillary interface is reduced and the background light signal is reduced by almost one digit as compared with the case where the outside is made of air. Diminished. This means that what has been described in the first embodiment has been experimentally confirmed. Electrophoresis patterns of components labeled with other fluorescent materials were obtained in the same manner, and DNA sequencing by five capillary gel electrophoresis was realized with high sensitivity.

【0060】次に、平面状に配列された10本のキャピ
ラリーゲルを使用して電気泳動を行ない、泳動する試料
成分からの発する蛍光を空気中で検出し計測することに
より、DNA塩基配列決定を実施した。使用するキャピ
ラリーは外径0.375mm(R=0.1875m
m)、内径0.1mm(r=0.05mm)の溶融石英
管(n2=1.46)とし、10本のキャピラリー配列
は、図4に示すように、ガラス平面上に0.375mm
ピッチで固定し、図11、図12に示す蛍光計測セルは
使用しない。即ち、キャピラリー外部の媒質は空気(n
1=1.00)である。これら以外の実験条件は先の実
験と同一とした。
Next, electrophoresis is performed using ten capillary gels arranged in a plane, and the fluorescence emitted from the sample components to be electrophoresed is detected and measured in the air, thereby determining the DNA base sequence. Carried out. The capillary used has an outer diameter of 0.375 mm (R = 0.1875 m
m), a fused silica tube (n 2 = 1.46) having an inner diameter of 0.1 mm (r = 0.05 mm), and ten capillary arrays were arranged on a glass plane at 0.375 mm as shown in FIG.
It is fixed at a pitch, and the fluorescence measurement cells shown in FIGS. 11 and 12 are not used. That is, the medium outside the capillary is air (n
1 = 1.00). Other experimental conditions were the same as in the previous experiment.

【0061】図14、15は、本実施形態で得られたD
NAシーケンス結果のうち、Texas Redで標識
されたA成分の電気泳動パターンであり、泳動時間30
分〜60分の電気泳動パターンで、プライマーから約1
00塩基長までのA成分のパターンを示している。但
し、分析した試料は10種ともに標準試料のM13mp
18である。図14、図15において、図14に示す最
上段キャピラリー−1が最もレーザ光源側のキャピラリ
ーであり、以下数字の順番にレーザ光源から遠ざかるキ
ャピラリーの電気泳動パターンを示しており、図15に
示す最下段のキャピラリー−10のいずれの10本のキ
ャピラリーとも十分なS/Nで計測できた。塩基長9を
与えるピークおいて、S/Nは、キャピラリー−1にお
いて237、キャピラリー−4において237、キャピ
ラリー−7において110、キャピラリー−10におい
て140であった(キャピラリー−10でのS/Nがキ
ャピラリー−7のS/Nより大きいのは測定のバラツキ
と考えられる)。他の蛍光体で標識された成分の電気泳
動パターンも図14、15同様に得られており、10本
のキャピラリーゲル電気泳動によるDNA塩基配列決定
を高感度に実現できた。
FIGS. 14 and 15 show the D obtained in this embodiment.
It is an electrophoresis pattern of the A component labeled with Texas Red in the NA sequence result, and the migration time is 30 minutes.
1 to 60 minutes electrophoresis pattern
The pattern of the A component up to the length of 00 bases is shown. However, the analyzed samples were M13mp of the standard sample for all 10 types.
Eighteen. 14 and 15, the uppermost capillary -1 shown in FIG. 14 is the capillary closest to the laser light source, and the electrophoresis pattern of the capillary moving away from the laser light source is shown in the numerical order below. All ten capillaries in the lower capillary-10 could be measured with sufficient S / N. In the peak giving a base length of 9, the S / N was 237 for Capillary-1, 237 for Capillary-4, 110 for Capillary-7, and 140 for Capillary-10 (the S / N at Capillary-10 was lower). It is considered that the S / N ratio of Capillary-7 is larger than the variation of measurement). Electrophoresis patterns of components labeled with other fluorophores were obtained in the same manner as in FIGS. 14 and 15, and DNA base sequence determination by 10 capillary gel electrophoresis was realized with high sensitivity.

【0062】(実施形態4)本実施形態では、断面が楕
円形である楕円筒形状キャピラリーを用いた。このキャ
ピラリーを用いることにより、その配列方法によって2
つの異なる効果が生まれる。第1の配列方法は、キャピ
ラリー断面の楕円の短径とキャピラリーの配列平面を平
行にすることである。この場合、レーザビームのキャピ
ラリーへの入射角が円筒形キャピラリーを用いた場合と
比較して小さくなるので、蛍光を検出する光検出系に直
接入射する反射光のレーザパワーが減り、背景光信号が
減少する。これにより蛍光検出感度が増大する効果が得
られる。第2の配列方法は、キャピラリー断面の楕円の
長径とキャピラリーの配列平面を平行にすることであ
る。この場合、キャピラリーを密着配列しながら隣り合
うキャピラリーの泳動路(キャピラリー内部)どうしの
間隔を大きくできるので、お互いのクロストークがなく
なるので複数のキャピラリーの独立計測に有利となる。
キャピラリーの密着配列は(実施形態3)に示したよう
に、効率的な多数のキャピラリーの同時計測に有効であ
る。次に、第1の配列方法を用いた具体例を示す。
(Embodiment 4) In the present embodiment, an elliptical cylindrical capillary having an elliptical cross section is used. By using this capillary, 2
There are two different effects. A first arrangement method is to make the minor axis of the ellipse of the capillary cross section parallel to the arrangement plane of the capillary. In this case, the angle of incidence of the laser beam on the capillary is smaller than when a cylindrical capillary is used, so that the laser power of the reflected light directly incident on the photodetection system for detecting fluorescence is reduced, and the background light signal is reduced. Decrease. This has the effect of increasing the fluorescence detection sensitivity. A second arrangement method is to make the major axis of the ellipse of the capillary cross section parallel to the arrangement plane of the capillary. In this case, since the spacing between the migration paths (inside the capillaries) of the adjacent capillaries can be increased while the capillaries are arranged in close contact, crosstalk between the capillaries is eliminated, which is advantageous for independent measurement of a plurality of capillaries.
As shown in (Embodiment 3), the close-contact arrangement of the capillaries is effective for efficient simultaneous measurement of many capillaries. Next, a specific example using the first arrangement method will be described.

【0063】具体例として、断面が外長径0.75mm
(外長半径R1=0.375mm)、外短径(外短半径
2=0.1875mm)、内長径0.2mm(内長半
径r1=0.1mm)、内短径0.05mm(内短半径
2=0.025mm)の楕円形のキャピラリーを用い
た。このキャピラリー断面の内部の面積は、(実施形態
1)で使用した外径0.375mm(R=0.1875
mm)、内径0.1mm(r=0.05mm)の円筒形
のキャピラリーの断面の内部の面積と等しい(7.85
×10-3mm2)。この形状のキャピラリーはポリマイ
クロ社(米国)によって製造可能である。その他の実験
条件は(実施形態1)と同様で、全長50cmのキャピ
ラリーの材質は溶融石英(n2=1.46)を用い、キ
ャピラリー内部は7Mのウレアを含んだ4%T、5%C
の濃度のアクリルアミドゲル(n3=1.36)を充填
した。試料注入側のキャピラリー末端より30cmの位
置で、長さ10mm、全周にわたり、ポリイミド被覆を
除去して蛍光を計測する窓を予め作製してレーザ照射部
位とした。
As a specific example, the cross section has an outer major axis of 0.75 mm.
(Outer major radius R 1 = 0.375 mm), outer minor axis (outer minor radius R 2 = 0.1875 mm), inner major axis 0.2 mm (inner major radius r 1 = 0.1 mm), inner minor axis 0.05 mm ( An elliptical capillary with an inner minor radius r 2 = 0.025 mm) was used. The inner area of this capillary cross section is 0.375 mm in outer diameter (R = 0.1875) used in (Embodiment 1).
mm), equal to the internal area of the cross section of a cylindrical capillary having an inner diameter of 0.1 mm (r = 0.05 mm) (7.85).
× 10 -3 mm 2 ). Capillaries of this shape can be manufactured by Polymicro (USA). Other experimental conditions were the same as in (Embodiment 1), the material of the capillary having a total length of 50 cm was fused quartz (n 2 = 1.46), and the inside of the capillary was 4% T containing 7M urea and 5% C
Of acrylamide gel (n 3 = 1.36). At a position 30 cm from the end of the capillary on the sample injection side, a length of 10 mm, a window for measuring the fluorescence by removing the polyimide coating over the entire circumference was prepared in advance and used as a laser irradiation site.

【0064】この10本のキャピラリーゲルの蛍光を計
測する部位を、図3、図4と同様に平面状に配列した
が、この際に全てのキャピラリーの楕円の短径をキャピ
ラリーの配列平面と平行とし、長径をキャピラリーの配
列平面と垂直になるように配列した。この配置方法で
は、上記したように光検出系に直接入射する反射光の低
減に効果がある。キャピラリーの配列ピッチは、楕円の
短径と一致させ、密着配列とした。蛍光計測部位のキャ
ピラリー外部は空気(n1=1.00)とした。図3と
同様にして、蛍光計測はキャピラリーの配列平面に垂直
な方向より、第1レンズ、バンドパスフィルター、第2
レンズを介して2次元検出器により行なった。レーザを
ビーム径0.1mmに集光し、キャピラリー配列体の側
方よりキャピラリー配列軸に沿って入射させた。
The sites for measuring the fluorescence of the ten capillary gels were arranged in a plane as in FIGS. 3 and 4. In this case, the minor diameters of the ellipses of all the capillaries were parallel to the arrangement plane of the capillaries. And the major axis was arranged perpendicular to the arrangement plane of the capillaries. This arrangement method is effective in reducing reflected light directly incident on the photodetection system as described above. The arrangement pitch of the capillaries was made to correspond to the minor axis of the ellipse, and a close contact arrangement was adopted. The outside of the capillary at the fluorescence measurement site was air (n 1 = 1.00). In the same manner as in FIG. 3, the fluorescence measurement is performed in the direction perpendicular to the capillary arrangement plane from the first lens, the bandpass filter, and the second lens.
The measurement was performed by a two-dimensional detector through a lens. The laser was condensed to a beam diameter of 0.1 mm, and was incident from the side of the capillary array along the capillary array axis.

【0065】この実験条件に対して、(実施形態1)と
同様のシュミレーション実験を行なった。図16は、1
1本のビームコンポーネントの光路を計算した結果であ
る。図16は、蛍光計測部位のキャピラリー軸に対する
断面図であり、1番左のキャピラリーが最もレーザ光源
側のキャピラリーであり、以下右に行くキャピラリーほ
どレーザ光源から遠ざかるキャピラリーである。全ての
光路の計算は10本のキャピラリーが上記の配列がなさ
れているとして連続的に行った。本計算実験条件では、
レーザビームのキャピラリーによる屈折角がΔθ〜0で
あるため、即ち、キャピラリーのレンズ作用が小さいた
め、各ビームコンポーネントはあまり屈折を受けること
なしに、キャピラリー配列中を進行した。全てのビーム
コンポーネントは10本のキャピラリー全てについて、
キャピラリー外部に逸脱することなしに、キャピラリー
内部を透過し、キャピラリー内を泳動する試料成分の励
起に寄与することが判明した。
Under these experimental conditions, a simulation experiment similar to that of the first embodiment was performed. FIG.
It is the result of having calculated the optical path of one beam component. FIG. 16 is a cross-sectional view of the fluorescence measurement site with respect to the capillary axis. The leftmost capillary is the capillary closest to the laser light source, and the capillary going further to the right is farther from the laser light source. All calculations of the optical path were performed continuously assuming that the ten capillaries had the above arrangement. In this calculation experiment condition,
Since the angle of refraction of the laser beam due to the capillary was Δθ00, that is, the lens action of the capillary was small, each beam component traveled in the capillary array without receiving much refraction. All beam components for all 10 capillaries
It has been found that, without deviating from the outside of the capillary, the light passes through the inside of the capillary and contributes to the excitation of the sample components migrating inside the capillary.

【0066】図6と同様に、励起効率の減少の度合のキ
ャピラリーの本数による変化を評価するために、各キャ
ピラリー毎に、キャピラリー内部を透過する光路の長
(光路長)さを求め、この光路長にその位置でのレーザ
パワーを乗じ、全てのビームコンポーネントについて積
算し励起効率とした。
As in FIG. 6, in order to evaluate the change in the degree of reduction in the excitation efficiency due to the number of capillaries, the length of the optical path (optical path length) passing through the inside of the capillary is determined for each capillary. The length was multiplied by the laser power at that position and integrated for all beam components to obtain the excitation efficiency.

【0067】図17は、このようにして求めた各キャピ
ラリーにおける励起効率を示した(レーザ光源側の1本
目のキャピラリーの値により規格化されている)。図1
7で、各キャピラリーにはレーザ光源側から順番に1か
ら10の番号を付けた。図6と同様に、キャピラリー毎
の励起効率はレーザ光源から離れるに従い指数間数的に
減少した。10本目のキャピラリーの励起効率は、1本
目の53.4%にも及び、この減衰の程度は図6の場合
とほとんど等しかった。つまり、キャピラリー1本当た
りの平均透過率は93.3%であり(0.9339
0.536)、本計算実験条件では、24本までのキャ
ピラリーの同時計測が可能であった(0.93323
0.20)。
FIG. 17 shows the excitation efficiencies of the respective capillaries obtained in this way (normalized by the values of the first capillary on the laser light source side). FIG.
At 7, each capillary was numbered from 1 to 10 in order from the laser light source side. As in FIG. 6, the excitation efficiency for each capillary decreased exponentially with distance from the laser light source. The excitation efficiency of the tenth capillary was as high as 53.4% of the first capillary, and the degree of this attenuation was almost equal to that of FIG. That is, the average transmittance per capillary is 93.3% (0.933 9 =
0.536), under the present calculation experiment conditions, simultaneous measurement of up to 24 capillaries was possible (0.933 23 =
0.20).

【0068】一方、光検出系に直接入射する反射光のレ
ーザパワーを10本のキャピラリーについて積算した結
果は(実施形態1)の場合と異なり、ゼロであった。こ
れは屈折率が変化する各境界点でのレーザビームの入射
角が十分に小さくなったためである。従って、円筒形の
キャピラリーから楕円筒形のキャピラリーにすることに
より、背景光を大幅に削減でき、より高感度に蛍光計測
できることが判明した。
On the other hand, the result of integrating the laser power of the reflected light directly incident on the photodetection system for ten capillaries was zero, unlike the case of (Embodiment 1). This is because the incident angle of the laser beam at each boundary point where the refractive index changes becomes sufficiently small. Therefore, it has been found that by changing from a cylindrical capillary to an elliptical cylindrical capillary, background light can be greatly reduced and fluorescence measurement can be performed with higher sensitivity.

【0069】本実施形態で用いた形状寸法以外の楕円筒
形キャピラリーを用いても、もちろん同様の効果が得ら
れる。また、(実施形態1、3)で円筒形キャピラリー
について示したように、レーザ照射位置のキャピラリー
外部を水等の透明液体で満たすことの効果は、楕円筒形
状キャピラリーについても同様に得られる。即ち、キャ
ピラリーに入射するレーザビームの反射率が低減するこ
とにより、多数のキャピラリーを効率的に同時計測でき
るようになる。
Even if an elliptical cylindrical capillary other than the shape and size used in the present embodiment is used, the same effect can be obtained. Further, as described for the cylindrical capillaries in (Embodiments 1 and 3), the effect of filling the outside of the capillary at the laser irradiation position with a transparent liquid such as water can be similarly obtained for an elliptical cylindrical capillary. That is, since the reflectivity of the laser beam incident on the capillary is reduced, a large number of capillaries can be efficiently and simultaneously measured.

【0070】(実施形態5)本実施形態では、(実施形
態4)の計算実験条件で、各キャピラリーのレーザ照射
部分に減反射のコーティングを施して計算実験を行なっ
た。アクリルアミドゲル充填前に、楕円筒形キャピラリ
ーの蛍光を計測するための窓(被覆が除去された部分)
にフッ化マグネシウム(MgF2)(屈折率n0=1.3
8)を184nmの厚さで単層蒸着した。この処理によ
り、ゲル充填後のキャピラリー1本あたりの平均透過率
は、93.3%から97.0%に増大した。このとき、
レーザ光源より1本目のキャピラリーにおける励起効率
に対する10本目のキャピラリーにおける励起効率は、
53.4%から76.0%に増大した(0.9709
0.76)。これに伴い、励起効率の減少を20%まで
とする同時計測可能な最大キャピラリー本数は24本か
ら53本まで増大した(0.97052=0.21)。
(Embodiment 5) In the present embodiment, a calculation experiment was carried out under the conditions of the calculation experiment of (Embodiment 4) by applying a reflection-reducing coating to the laser-irradiated portion of each capillary. Window for measuring fluorescence of elliptical cylindrical capillary before acrylamide gel filling (part where coating is removed)
To magnesium fluoride (MgF 2 ) (refractive index n 0 = 1.3
8) was deposited in a single layer with a thickness of 184 nm. By this treatment, the average transmittance per capillary after gel filling increased from 93.3% to 97.0%. At this time,
The excitation efficiency in the tenth capillary relative to the excitation efficiency in the first capillary from the laser light source is:
Was increased from 53.4% to 76.0% (0.970 9 =
0.76). Along with this, the maximum number of capillaries that can be measured simultaneously to reduce the excitation efficiency to 20% increased from 24 to 53 (0.970 52 = 0.21).

【0071】本実施形態で用いたキャピラリーのレーザ
照射部分に減反射のコーティングを(実施形態1)で説
明した円筒形状キャピラリーや、後述する(実施形態
6)の角筒形状キャピラリーに応用しても、もちろん同
様の効果が得られる。また、コーティングの方法、種類
は本実施形態で用いたものに限るものではない。
The anti-reflection coating applied to the laser-irradiated portion of the capillary used in this embodiment can be applied to the cylindrical capillary described in (Embodiment 1) or the square-tube capillary described in (Embodiment 6). Of course, the same effect can be obtained. Further, the coating method and type are not limited to those used in the present embodiment.

【0072】(実施形態6)本実施形態では、図18に
示すような角筒形状キャピラリー1を用いる。角筒形状
キャピラリーの断面は、外周が一辺0.2mmの正方
形、内周が一辺0.1mmの正方形である。この形状の
キャピラリーは、ポリマイクロ社(米国)によって製造
可能である。その他の実験条件は(実施形態1)と同様
で、全長50cmのキャピラリーの材質は溶融石英(n
2=1.46)を用い、キャピラリー内部に7Mのウレ
アを含んだ4%T、5%Cの濃度のアクリルアミドゲル
10(n3=1.36)を充填した。試料注入側のキャ
ピラリー末端より30cmの位置で、長さ10mm、全
周にわたり、ポリイミド被覆を除去して蛍光を計測する
窓を予め作製してレーザ照射部位とした。このキャピラ
リーゲル10本の蛍光を計測する窓の部位を0.4mm
ピッチに揃えてガラス平板5上に固定して平面状に配列
させた。蛍光を計測する位置のキャピラリー外部は空気
(n1=1.00)11とした。図3と同様に、蛍光計
測はキャピラリーの配列平面に垂直な方向より、第1レ
ンズ、バンドパスフィルター、第2レンズを介して2次
元検出器により行なった。図18は、蛍光を計測する部
分のキャピラリー軸に対する断面図であり、レーザをビ
ーム径0.1mmに集光しビーム2として、キャピラリ
ー配列体の側方よりキャピラリー配列軸に沿って入射さ
せた。
(Embodiment 6) In this embodiment, a rectangular cylindrical capillary 1 as shown in FIG. 18 is used. The cross section of the rectangular tube-shaped capillary is a square having an outer periphery of 0.2 mm on a side and a square having an inner periphery of 0.1 mm on a side. Capillaries of this shape can be manufactured by Polymicro (USA). Other experimental conditions were the same as in (Embodiment 1), and the material of the capillary having a total length of 50 cm was fused quartz (n
2 = 1.46), and the inside of the capillary was filled with acrylamide gel 10 (n 3 = 1.36) containing 7M urea at a concentration of 4% T and 5% C. At a position 30 cm from the end of the capillary on the sample injection side, a length of 10 mm, a window for measuring the fluorescence by removing the polyimide coating over the entire circumference was prepared in advance and used as a laser irradiation site. The area of the window for measuring the fluorescence of the ten capillary gels is 0.4 mm.
They were fixed on a glass flat plate 5 at the same pitch and arranged in a plane. The outside of the capillary at the position where the fluorescence was measured was air (n 1 = 1.00) 11. As in FIG. 3, the fluorescence measurement was performed by a two-dimensional detector through a first lens, a band-pass filter, and a second lens from a direction perpendicular to the arrangement plane of the capillaries. FIG. 18 is a cross-sectional view of a portion for measuring the fluorescence with respect to the capillary axis. The laser was condensed to a beam diameter of 0.1 mm, and was made to enter the beam 2 along the capillary array axis from the side of the capillary array.

【0073】本計算実験条件では、レーザビームの各キ
ャピラリーへの入射角は常にゼロであるため、レーザビ
ームの屈折の影響は無視できる。屈折率が変化する各境
界点での反射の影響を考慮すると、キャピラリー1本あ
たりの平均透過率は92.9%と高効率であり、レーザ
光源から10本目のキャピラリーにおける励起効率は、
1本目のキャピラリーにおける励起効率51.5%であ
った(0.9299=0.515)。検出器の感度とダ
イナミックレンジの関係から同時計測可能な励起効率の
減少を20%までとすると、本計算実験条件では、22
本までのキャピラリーの同時計測が可能であることが判
明した(0.92921=0.21)。
Under the conditions of this calculation experiment, the angle of incidence of the laser beam on each capillary is always zero, so that the influence of the refraction of the laser beam can be ignored. Considering the influence of reflection at each boundary point where the refractive index changes, the average transmittance per capillary is as high as 92.9%, and the excitation efficiency in the tenth capillary from the laser light source is:
It was pumping efficiency 51.5% in the first run of the capillary (0.929 9 = 0.515). Assuming that the excitation efficiency that can be measured simultaneously can be reduced up to 20% from the relationship between the sensitivity of the detector and the dynamic range, under the conditions of this calculation experiment, 22%
It has been found that simultaneous measurement of capillaries up to this is possible (0.929 21 = 0.21).

【0074】一方、光検出系に直接入射する反射光のレ
ーザパワーを10本のキャピラリーについて積算した結
果は、(実施形態4)の場合と同様に、ゼロであった。
これは屈折率が変化する各境界点でのレーザビームの入
射角が常にゼロであるためである。従って、円筒形状の
キャピラリーから角筒形状のキャピラリーにすることに
より、背景光を大幅に削減でき、より高感度に蛍光計測
できる。
On the other hand, the result of integrating the laser power of the reflected light directly incident on the photodetection system for the ten capillaries was zero, as in the case of (Embodiment 4).
This is because the incident angle of the laser beam at each boundary point where the refractive index changes is always zero. Therefore, by changing from a cylindrical capillary to a rectangular cylindrical capillary, background light can be significantly reduced, and fluorescence measurement can be performed with higher sensitivity.

【0075】(実施形態7)本実施形態では、(実施形
態6)の計算実験条件において、蛍光を計測する位置の
キャピラリー外部を水(n1=1.33)とした。その
他の計算実験条件は(実施形態6)と同一とした。本計
算実験条件では、キャピラリー外部の屈折率とキャピラ
リーの屈折率との差が、(実施形態6)の場合よりも小
さくなったために、屈折率が変化する各境界点でのレー
ザビームの反射率が大幅に低減した。その結果、キャピ
ラリー1本あたりの平均透過率は、92.9%から9
9.3%に増大した。このとき、レーザ光源より1本目
のキャピラリーにおける励起効率に対する10本目のキ
ャピラリーにおける励起効率は、51.5%から93.
9%に増大した(0.9939=0.939)。これに
伴い、励起効率の減少を20%までとする同時計測可能
な最大キャピラリー本数は、22本から230本まで増
大した(0.993229=0.20)。
(Embodiment 7) In the present embodiment, under the calculation experimental conditions of (Embodiment 6), the outside of the capillary at the position where fluorescence is measured is water (n 1 = 1.33). Other calculation experiment conditions were the same as in (Embodiment 6). Under the conditions of this calculation experiment, the difference between the refractive index outside the capillary and the refractive index of the capillary was smaller than in the case of (Embodiment 6), so that the reflectance of the laser beam at each boundary point where the refractive index changed was changed. Has been greatly reduced. As a result, the average transmittance per capillary was 92.9% to 9%.
Increased to 9.3%. At this time, the excitation efficiency of the tenth capillary relative to the excitation efficiency of the first capillary from the laser light source is 51.5% to 93.
Increased to 9% (0.993 9 = 0.939). Along with this, the maximum number of capillaries that can be measured simultaneously to reduce the excitation efficiency to 20% increased from 22 to 230 (0.993 229 = 0.20).

【0076】次に、(実施形態6)の計算実験条件にお
いて、蛍光を計測する位置のキャピラリー外部を石英ガ
ラス(n1=1.46)とした。本計算実験条件は、複
数の角筒形状キャピラリーの計測部分を溶着して実現し
てもよいし、石英ガラスのブロックにキャピラリーの内
部に相当する穴を複数あけて実現してもよい。その他の
計算実験条件は(実施形態6)と同一とした。本計算実
験条件では、キャピラリー外部の屈折率とキャピラリー
の屈折率との差が、(実施形態6)の場合よりも小さく
なったために、屈折率が変化する各境界点でのレーザビ
ームの反射率が大幅に低減した。その結果、キャピラリ
ー1本あたりの平均透過率は92.9%から99.8%
に増大した。このとき、レーザ光源より1本目のキャピ
ラリーにおける励起効率に対する10本目のキャピラリ
ーにおける励起効率は、51.5%から98.2%に増
大した(0.9989=0.982)。これに伴い、励
起効率の減少を20%までとする同時計測可能な最大キ
ャピラリー本数は、26本から804本まで増大した
(0.998803=0.20)。
Next, under the calculation experiment conditions of (Embodiment 6), the outside of the capillary at the position where fluorescence was measured was made of quartz glass (n 1 = 1.46). The present calculation experiment conditions may be realized by welding measurement portions of a plurality of rectangular cylindrical capillaries, or may be realized by making a plurality of holes corresponding to the inside of the capillaries in a block of quartz glass. Other calculation experiment conditions were the same as in (Embodiment 6). Under the conditions of this calculation experiment, the difference between the refractive index outside the capillary and the refractive index of the capillary was smaller than in the case of (Embodiment 6), so that the reflectance of the laser beam at each boundary point where the refractive index changed was changed. Has been greatly reduced. As a result, the average transmittance per capillary was 92.9% to 99.8%.
Increased. At this time, the excitation efficiency of the tenth capillary with respect to the excitation efficiency of the first capillary from the laser light source increased from 51.5% to 98.2% (0.998 9 = 0.982). Along with this, the maximum number of capillaries that can be measured simultaneously to reduce the excitation efficiency to 20% increased from 26 to 804 (0.998 803 = 0.20).

【0077】本実施形態では、蛍光を計測する位置のキ
ャピラリー外部を水あるいは石英ガラスで満たしたが、
これ以外の液体あるいは固体であっても、それが透明材
質であれば同様の効果を発揮する。
In this embodiment, the outside of the capillary at the position where fluorescence is measured is filled with water or quartz glass.
Other liquids or solids can exhibit the same effects as long as they are made of a transparent material.

【0078】(実施形態8)本実施形態では、(実施形
態6)の計算実験条件において、図19に示すように、
レーザビーム2が10本のキャピラリーを透過した位置
に全反射ミラー15を配置し、レーザビーム2を折り返
して逆経路で再び10本のキャピラリーを透過させた。
その他の計算実験条件は(実施形態6)と同一とした。
(Embodiment 8) In this embodiment, under the calculation experiment conditions of (Embodiment 6), as shown in FIG.
The total reflection mirror 15 was arranged at a position where the laser beam 2 passed through the ten capillaries, and the laser beam 2 was turned back and transmitted through the ten capillaries again in the reverse path.
Other calculation experiment conditions were the same as in (Embodiment 6).

【0079】N本のキャピラリーを配列したとき、レー
ザ光源からn番目(n≦N)のキャピラリーにおける励
起効率Teffは、レーザビームのキャピラリー1本あた
りの平均透過率をTramとすると、(数12)で表わさ
れる(なお、以下の説明では、X↑(Y)は、XのY乗
を表すものとする)。
When N capillaries are arranged, the excitation efficiency T eff in the n-th (n ≦ N) capillary from the laser light source is given by T ram , where T ram is the average transmittance of the laser beam per capillary. 12) (Note that in the following description, XY (Y) represents X to the Yth power).

【0080】 Teff=Tram↑(n−1)+Tram↑(2N−n) …(数12) (数12)の第1項は、レーザ光源から離れる方向に進
行するレーザビームによる励起を表わし、第2項は、全
反射ミラーで折り返してレーザ光源に近づく方向に進む
レーザビームによる励起を表わす。(数12)は(実施
形態6)の場合の1本目のキャピラリーにおける励起効
率により規格化されており、Teff>1であることは、
(実施形態6)の場合の1本目のキャピラリーにおける
励起効率以上の励起効率となることを意味している。
(数12)によれば、励起効率Teffは(実施形態4)
と同様にnに関して単調減少であり、n=N、即ち、レ
ーザ光源から最も離れたキャピラリーで最小となる。こ
のときの励起効率Teffminは、(数13)となる。
T eff = T ram ↑ (n−1) + T ram ↑ (2N−n) (Equation 12) The first term of (Equation 12) is the excitation by the laser beam traveling in the direction away from the laser light source. The second term expresses the excitation by the laser beam that is turned by the total reflection mirror and travels in the direction approaching the laser light source. (Equation 12) is standardized by the excitation efficiency of the first capillary in the case of (Embodiment 6), and T eff > 1 means that
This means that the excitation efficiency is equal to or higher than the excitation efficiency of the first capillary in the case of (Embodiment 6).
According to ( Equation 12), the excitation efficiency T eff is (Embodiment 4)
Is monotonically decreasing with respect to n, and becomes minimum at n = N, that is, at the capillary farthest from the laser light source. The excitation efficiency T effmin at this time is ( Equation 13).

【0081】 Teffmin=Tram↑(N−1)+Tram↑(N) …(数13) (数13)は、(実施形態6)の場合、即ち、全反射ミ
ラーを用いない場合の約2倍であることを意味する。本
計算実験条件では、N=10、Tra=0.929である
から、10本目のキャピラリーにおける励起効率は、5
1.5%から99.4%に増大した(0.9299
0.9299=0.994)。これに伴い、励起効率の
減少を20%までとする同時計測可能な最大キャピラリ
ー本数は22本から32本まで増大した(0.92931
+0.92932=0.20)。本実施形態で示した手法
を円筒形状キャピラリーや楕円筒形状キャピラリーに適
用しても、もちろん同様の効果が得られる。
T effmin = T ram ↑ (N−1) + T ram ↑ (N) ( Equation 13) ( Equation 13) is about the case of (Embodiment 6), that is, the case of not using a total reflection mirror. It means twice. Under the conditions of this calculation experiment, N = 10 and T ra = 0.929, so that the excitation efficiency of the tenth capillary is 5
Increased from 1.5% to 99.4% (0.929 9 +
0.929 9 = 0.994). Along with this, the maximum number of capillaries that can be measured simultaneously to reduce the excitation efficiency to 20% has increased from 22 to 32 (0.929 31
Tasu0.929 32 = 0.20). Even if the method described in the present embodiment is applied to a cylindrical capillary or an elliptical cylindrical capillary, the same effect can be obtained.

【0082】(実施形態9)本実施形態では、(実施形
態6)の計算実験条件において、図20に示すように、
レーザビーム2をハーフミラー16等のビームスプリッ
ターで2本に分割した後、反射ミラー17−1、17−
2、17−3を使用して、10本のキャピラリー配列し
たキャピラリー配列体の平面方向の2つの側面の両側か
ら対向させて照射した。両側から照射するレーザビーム
はともにビーム径を0.1mmにレンズ(図示せず)で
絞り、互いに同軸になるように調整した。その他の計算
実験条件は(実施形態6)と同一とした。N本のキャピ
ラリーを平面上に配列したとき、キャピラリーの配列の
片側からn番目(n≦N)のキャピラリーにおける励起
効率Teffは、レーザビームのキャピラリー1本あたり
の平均透過率をTramとすると、(数14)で表わされ
る。
(Embodiment 9) In this embodiment, under the calculation experiment conditions of (Embodiment 6), as shown in FIG.
After splitting the laser beam 2 into two beams by a beam splitter such as a half mirror 16, the reflection mirrors 17-1 and 17-
By using 2, 17-3, irradiation was carried out so as to be opposed from both sides of two side surfaces in a planar direction of a capillary array having ten capillaries. The laser beams irradiated from both sides were adjusted to have a beam diameter of 0.1 mm by a lens (not shown) and to be coaxial with each other. Other calculation experiment conditions were the same as in (Embodiment 6). When N capillaries are arranged on a plane, the excitation efficiency T eff in the n-th (n ≦ N) capillaries from one side of the capillary arrangement is given by T ram , where the average transmittance of the laser beam per capillary is T ram. , (Equation 14).

【0083】 2Teff=Tram↑(n−1)+Tram↑(N−n) …(数14) (数14)の第1項、第2項は、それぞれ分割された2
本のレーザビームによる励起を示す。(数14)は(実
施形態6)の場合の1本目のキャピラリーにおける励起
効率により規格化されている。(数14)によれば、励
起効率Teffはn=(N+1)/2、即ち、複数のキャ
ピラリーが配列する配列中心置のキャピラリーで最小と
なり、他のキャピラリーにおける励起効率は上記の配列
中心位置に関して対称である。励起効率の最小値T
effminは、(数15)となる。
2T eff = T ram ↑ (n−1) + T ram ↑ (N−n) ( Equation 14) The first and second terms of (Equation 14) are respectively divided into 2
3 illustrates excitation by a laser beam of a book. (Equation 14) is standardized by the excitation efficiency of the first capillary in the case of (Embodiment 6). According to (Equation 14), the excitation efficiency T eff is n = (N + 1) / 2, that is, the minimum at the capillary at the center of the array where a plurality of capillaries are arranged, and the excitation efficiency at the other capillaries is the above-described center of the array. Is symmetric with respect to Minimum value of excitation efficiency T
effmin is ( Equation 15).

【0084】 Teffmin=Tram↑((N+1)/2) …(数15) (数15)は、(実施形態6)の場合、即ち、レーザビ
ームを分割しない場合の励起効率の最小値Tram↑(n
−1)(n=Nのとき)(Tram≦1)より明らかに大
きい。本計算実験条件では、N=10、Tram=0.9
29であるから、励起効率は5本目のキャピラリーで最
小となり、71.8%である。これに対して(実施形態
6)では、励起効率は10本目のキャピラリーで最小と
なり、51.5%であった。従って、本手法によって多
数のキャピラリーの同時計測をより効率的に行なうこと
ができることが判明した。これに伴い、励起効率の減少
を20%までとする同時計測可能な最大キャピラリー本
数は、22本から43本まで増大した(0.92921
0.21)。本実施形態で示した手法を円筒形状キャピ
ラリーや楕円筒形状キャピラリーに適用しても、もちろ
ん同様の効果が得られる。
T effmin = T ram ↑ ((N + 1) / 2) ( Equation 15) The ( Equation 15) is the minimum value T of the excitation efficiency in the case of (Embodiment 6), that is, when the laser beam is not divided. ram ↑ (n
-1) (when n = N) is clearly larger than (T ram ≦ 1). Under the conditions of this calculation experiment, N = 10 and T ram = 0.9
Since it is 29, the excitation efficiency becomes the minimum at the fifth capillary and is 71.8%. On the other hand, in (Embodiment 6), the excitation efficiency was minimum at the tenth capillary, and was 51.5%. Therefore, it was found that simultaneous measurement of many capillaries can be performed more efficiently by this method. Along with this, the maximum number of capillaries that can be measured simultaneously to reduce the excitation efficiency to 20% has increased from 22 to 43 (0.929 21 =
0.21). Even if the method described in the present embodiment is applied to a cylindrical capillary or an elliptical cylindrical capillary, the same effect can be obtained.

【0085】(実施形態10)本実施形態では、(実施
形態6)の計算実験条件において、図21に示す用に、
2台のレーザ光源18−1、18−2を用い、レーザビ
ーム2−1、2−2を、10本のキャピラリーが配列し
たキャピラリー配列体の2つの側面の両側から対向させ
て照射した。両レーザビーム2−1、2−2は、ともに
ビーム幅を0.1mmにレンズ(図示せず)で絞り、互
いに同軸になるように調整した。その他の計算実験条件
は(実施形態6)と同一とした。N本のキャピラリーを
配列したとき、キャピラリー配列の片側からn番目(n
≦N)のキャピラリーにおける励起効率Teffは、レー
ザビームのキャピラリー1本あたりの平均透過率をT
ramとすると、(数16)で表わされ、 Teff=Tram↑(n−1)+Tram↑(N−n) …(数16) (実施形態9)の場合において得られる(数14)で示
される励起効率の2倍の励起効率で複数のキャピラリー
内を泳動する試料成分を励起できる。(数16)の第1
項、第2項は、それぞれ2台のレーザ光源からのレーザ
ビームによる励起を示す。(数16)は(実施形態6)
の場合の1本目のキャピラリーにおける励起効率により
規格化されており、Teff>1であることは、(数1
4)で示される励起効率以上の励起効率になることを意
味している。(数16)によれば、励起効率Teffはn
=(N+1)/2、即ち、複数のキャピラリーの配列中
心位置に位置するキャピラリーで最小となり、他のキャ
ピラリーにおける励起効率は中心位置に関して対称であ
る。励起効率の最小値Teffminは、(数17)となる。 Teffmin=2・Tram↑((N+1)/2) …(数17) これは(実施形態6)の場合、即ち、1台のレーザ光源
を用いた場合の励起効率の最小値Tram↑(n−1)
(n=Nのとき)(Tram≦1)より明らかに大きい。
本計算実験条件では、N=10、Tram=0.929で
あるから、励起効率は5本目のキャピラリーで最小とな
り、143.7%である。これに対して(実施形態4)
では、励起効率は10本目のキャピラリーで最小とな
り、51.5%であった。従って、本手法によって多数
のキャピラリーの同時計測をより効率的に行うことがで
きることが判明した。これに伴い、励起効率の減少を2
0%までとする同時計測可能な最大キャピラリー本数
は、22本から63本まで増大した(2×0.92931
=0.20)。本実施形態で示した手法を円筒形状キャ
ピラリーや楕円筒形状キャピラリーに適用しても、もち
ろん同様の効果が得られる。
(Embodiment 10) In this embodiment, under the calculation experiment conditions of (Embodiment 6), as shown in FIG.
Using two laser light sources 18-1 and 18-2, laser beams 2-1 and 2-2 were irradiated from both sides of two sides of a capillary array in which ten capillaries were arrayed. Both laser beams 2-1 and 2-2 were adjusted to have a beam width of 0.1 mm with a lens (not shown) and to be coaxial with each other. Other calculation experiment conditions were the same as in (Embodiment 6). When N capillaries are arranged, the n-th (n
≦ N), the pumping efficiency T eff is the average transmittance of a laser beam per capillary.
Assuming that ram is represented by ( Equation 16), T eff = T ram ↑ (n−1) + T ram ↑ (N−n) ( Equation 16) Obtained in the case of (Embodiment 9) (Equation 14) ) Can excite a sample component migrating in a plurality of capillaries with an excitation efficiency twice as high as the excitation efficiency shown in (2). The first of (Equation 16)
The term and the second term indicate excitation by laser beams from two laser light sources, respectively. (Equation 16) is (Embodiment 6)
Is standardized by the excitation efficiency of the first capillary, and T eff > 1 means that (Equation 1)
This means that the pumping efficiency becomes higher than the pumping efficiency shown in 4). According to (Equation 16), the excitation efficiency T eff is n
= (N + 1) / 2, that is, the minimum is obtained at the capillary located at the center of the arrangement of a plurality of capillaries, and the excitation efficiencies of the other capillaries are symmetric with respect to the center. The minimum value T effmin of the excitation efficiency is ( Equation 17). T effmin = 2 · T ram ↑ ((N + 1) / 2) ( Equation 17) This is the case of (Embodiment 6), that is, the minimum value T ram の of the excitation efficiency when one laser light source is used. (N-1)
(When n = N) is clearly larger than (T ram ≦ 1).
Under the conditions of this calculation experiment, since N = 10 and T ram = 0.929, the excitation efficiency becomes the minimum at the fifth capillary, and is 143.7%. On the other hand (Embodiment 4)
In the figure, the excitation efficiency became the minimum in the tenth capillary and was 51.5%. Therefore, it has been found that simultaneous measurement of many capillaries can be performed more efficiently by this method. As a result, the decrease in excitation efficiency is reduced by 2
The maximum number of simultaneously measurable capillaries up to 0% increased from 22 to 63 (2 × 0.9929 31
= 0.20). Even if the method described in the present embodiment is applied to a cylindrical capillary or an elliptical cylindrical capillary, the same effect can be obtained.

【0086】(実施形態11)本実施形態では、図22
に示すように、2種類の形状の異なるキャピラリーを接
続して1つの電気泳動路を形成し、これを複数本平面上
に配列して同時に各キャピイラリーからの蛍光を計測す
る手法の具体例を示す。10本のキャピラリーのそれぞ
れの電気泳動分離部分は、断面が外径0.2mm(R=
0.1mm)、内径0.1mm(r=0.05mm)の
円形である分離用キャピラリーの円筒形状キャピラリー
19を用い、蛍光を計測する部分のキャピライーは、断
面が外周が一辺0.2mmの正方形、内周が一辺0.1
mmの正方形である計測用キャピラリーの角筒形状キャ
ピラリー20を用いた。各電気泳動路を構成する分離用
キャピラリーと計測用キャピラリーとを接続し、ガラス
平面上に0.2mmピッチで配列させた。10組の接続
された分離キャピラリーと計測キャピラリーの中心軸
は、それぞれ一致するようにした。両キャピラリーの材
質はいずれも石英(n2=1.46)で、接続面はあら
かじめ研磨してフラットにし、変性剤として7Mのウレ
アを含んだ4%T(Total monomer co
ncentration)、5%C(Crosslin
king material concentrati
on)の濃度のアクリルアミドを注入した後ゲル化させ
た。キャピラリーの接続部分は電気的に断線しないよう
に緩衝液(図示せず)に浸し、分離キャピラリーを泳動
してきた試料分離成分が、そのまま対向する計測キャピ
ラリーを泳動するようにした。分離キャピラリーは長さ
25cm、計測キャピラリーは長さ15cmとした。計
測キャピラリーが接続された位置から5cmの位置で、
長さ10mm、全周にわたり、計測キャピラリーのポリ
イミド被覆は予め除去して、蛍光を計測する窓とし、こ
の位置にレーザを照射した。つまり泳動距離は25+5
=30cmとした。これら以外の計算実験条件は(実施
形態6)と同一とした。つまり、キャピラリー1本あた
りの平均透過率は92.9%の高効率であり、レーザ光
源から10本目のキャピラリーにおける励起効率は1本
目のキャピラリーの51.5%であった(0.9299
=0.515)。検出器の感度とダイナミックレンジの
関係から同時計測可能な励起効率の減少を20%までと
すると、本計算実験条件で22本までのキャピラリーの
同時計測が可能であること判明した(0.92921
0.21)。
(Embodiment 11) In this embodiment, FIG.
As shown in the figure, a specific example of a method of connecting two capillaries having different shapes to form one electrophoresis path, arranging them on a plurality of planes, and simultaneously measuring the fluorescence from each capillary is shown. . Each electrophoretic separation part of the ten capillaries has an outer diameter of 0.2 mm (R =
0.1 mm) and a cylindrical capillary 19 of a circular separation capillary having an inner diameter of 0.1 mm (r = 0.05 mm). , Inner circumference 0.1 per side
A square cylindrical capillary 20 of a measurement capillary having a square shape of mm was used. Separation capillaries and measurement capillaries constituting each electrophoresis path were connected and arranged on a glass plane at a pitch of 0.2 mm. The central axes of the ten sets of connected separation capillaries and the measurement capillaries were made to coincide with each other. The material of both capillaries is quartz (n 2 = 1.46), the connection surface is polished and flattened in advance, and 4% T (Total monomer co.) Containing 7M urea as a modifier is used.
ncentration), 5% C (Crosslin
king material concentrati
acrylamide at a concentration of (on) was injected and gelled. The connecting portion of the capillary was immersed in a buffer solution (not shown) so as not to be electrically disconnected, so that the sample separation component that had migrated through the separation capillary migrated directly to the measurement capillary facing the same. The separation capillary had a length of 25 cm, and the measurement capillary had a length of 15 cm. At a position 5 cm from the position where the measurement capillary is connected,
The polyimide coating of the measurement capillary was removed beforehand over the entire circumference of a length of 10 mm to form a window for measuring fluorescence, and this position was irradiated with laser. That is, the migration distance is 25 + 5
= 30 cm. Other calculation experiment conditions were the same as in (Embodiment 6). That is, the average transmittance per capillary was as high as 92.9%, and the excitation efficiency of the tenth capillary from the laser light source was 51.5% of that of the first capillary (0.929 9).
= 0.515). From the relationship between the sensitivity of the detector and the dynamic range, if the decrease in excitation efficiency that can be measured simultaneously is assumed to be 20%, it was found that simultaneous measurement of up to 22 capillaries is possible under this calculation experiment condition (0.929 21). =
0.21).

【0087】一般に、キャピラリーは、外径が大きく内
径が小さいほど、即ち肉厚になるほどガラスの体積にほ
ぼ比例して高価になる。また、楕円筒形状や角筒形状キ
ャピラリーは円筒形状キャピラリーと比較して高価にな
る。つまり、本実施形態で示したように、多数のキャピ
ラリーの同時計測に有利であるが、高価なキャピラリー
を計測キャピラリーに用い、安価なキャピラリーを分離
キャピラリーに用いればランニングコストを下げること
ができる。また、分離キャピラリーと計測キャピラリー
との脱着が可能となるので、計測終了後に分離キャピラ
リーのみを交換して次の計測を行えば、更にコストを低
減できる。このことは本実施形態のもうひとつの効果で
ある。もちろん、上記以外の形状のキャピラリーを組み
合わせても同様の効果が得られる。
Generally, the larger the outer diameter and the smaller the inner diameter, that is, the thicker the capillary, the more expensive it becomes in proportion to the volume of the glass. In addition, an elliptic cylindrical shape or a rectangular cylindrical capillary is more expensive than a cylindrical capillary. That is, as shown in the present embodiment, although it is advantageous for simultaneous measurement of many capillaries, running costs can be reduced by using expensive capillaries for measurement capillaries and using inexpensive capillaries for separation capillaries. Further, since the separation capillary and the measurement capillary can be detached from each other, the cost can be further reduced by exchanging only the separation capillary after the measurement is completed and performing the next measurement. This is another effect of the present embodiment. Of course, a similar effect can be obtained by combining capillaries with shapes other than those described above.

【0088】以上の実施形態では、電気泳動分離媒体に
全てアクリルアミドゲルを用いたが、これ以外の分離媒
体として溶液状のものを使用してもよいし、ポリマーを
使用してもよい。ポリマーには、アクリルアミドおよび
その誘導体のポリマーや、セルロース及びその誘導体等
の多糖類のポリマーがある。キャピラリー中のポリマー
を交換可能な状態にすれば、キャピラリー本体を繰り返
し利用できるのでコストや労力を低減できる。
In the above embodiment, acrylamide gel is used as the electrophoresis separation medium, but other separation medium may be used in the form of a solution or a polymer. Examples of the polymer include polymers of acrylamide and its derivatives, and polymers of polysaccharides such as cellulose and its derivatives. If the polymer in the capillary is made exchangeable, the cost and labor can be reduced because the capillary body can be used repeatedly.

【0089】以上の実施形態では、キャピラリーの材質
に全て溶融石英を用いたが、もちろんこれ以外の材質を
用いてもよい。特にガラスは様々な屈折率の材質が利用
でき、キャピラリーの形状と同様に、キャピラリーのレ
ンズ作用をコントロールできる。つまり、より効率的な
多数のキャピラリーの同時計測が可能である。また、キ
ャピラリーの形状は円筒、楕円筒、角筒に限って示した
が、もちろんこれ以外の形状であってもかまわない。さ
らに、本発明は、以上の実施形態に限定されるものでは
なく、以上の実施形態で説明した特徴事項を組み合わせ
てもよいことは、言うまでもない。
In the above embodiment, fused silica is used for the material of the capillary, but other materials may be used. In particular, glass having various refractive indices can be used, and the lens function of the capillary can be controlled similarly to the shape of the capillary. That is, more efficient simultaneous measurement of many capillaries is possible. In addition, the shape of the capillary is limited to a cylinder, an elliptical cylinder, and a square cylinder, but may be other shapes. Furthermore, the present invention is not limited to the above embodiments, and it goes without saying that the features described in the above embodiments may be combined.

【0090】キャピラリーゲル電気泳動は平板ゲル電気
泳動と比較して高電圧を印加できるので高速分析が可能
である。このキャピラリーを複数本並べて一度に分析す
るマルチフォーカスキャピラリーアレイ電気泳動は多数
の試料を同時に高速分析できる高スループットな分析手
法である。試料のキャピラリーへの導入は、キャピラリ
ーアレイ電気泳動では電界注入により行えるので、平板
ゲル電気泳動と比較して非常に簡単になる。また、キャ
ピラリーに直接レーザを照射して蛍光計測するオンカラ
ム計測は、電気泳動分解能を低下させる要因が少なく、
また励起効率が良いため高感度な蛍光計測手法である。
Capillary gel electrophoresis can apply a higher voltage than plate gel electrophoresis, so that high-speed analysis is possible. Multi-focus capillary array electrophoresis, in which a plurality of capillaries are arranged and analyzed at once, is a high-throughput analysis technique capable of simultaneously analyzing a large number of samples at high speed. The sample can be introduced into the capillary by capillary array electrophoresis by electric field injection, which is very simple as compared with slab gel electrophoresis. In addition, on-column measurement that directly irradiates the capillary with a laser to measure fluorescence has few factors that lower the electrophoretic resolution,
In addition, it is a highly sensitive fluorescence measurement method because of its high excitation efficiency.

【0091】[0091]

【発明の効果】本発明では、オンカラム蛍光計測を行い
ながら、レーザビームのスキャンを行わずに、複数のキ
ャピラリーを実質的に同時にレーザ照射し、一括して蛍
光計測できるので、高感度、高速、高スループットな分
析を達成できる。しかも、装置構成やキャピラリー配列
は非常に簡単であり、実用的である。電気泳動媒体にポ
リマー等の詰め替え可能なものを使用すれば、キャピラ
リーアレイそのものは動かさずに繰り返し利用できるの
で、コストや労力を大幅に削減できる実用面での効果が
甚大である。
According to the present invention, a plurality of capillaries can be irradiated with laser beams substantially simultaneously without performing laser beam scanning while performing on-column fluorescence measurement, and fluorescence measurement can be performed collectively. High throughput analysis can be achieved. Moreover, the device configuration and the capillary arrangement are very simple and practical. If a refillable material such as a polymer is used as the electrophoretic medium, the capillary array itself can be used repeatedly without moving, so that the cost and labor can be greatly reduced, and the practical effect is enormous.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明のキャピラリーアレイのオンカラム計測
を行なうキャピラリーアレイ電気泳動装置の主要部の構
成を示す、(a)平面図、(b)断面図。
FIG. 1A is a plan view and FIG. 1B is a cross-sectional view showing a configuration of a main part of a capillary array electrophoresis apparatus for performing on-column measurement of a capillary array according to the present invention.

【図2】本発明のキャピラリー中のレーザビームの光路
を示す断面図。
FIG. 2 is a sectional view showing an optical path of a laser beam in a capillary of the present invention.

【図3】本発明の実施形態1の装置構成を示す図。FIG. 3 is a diagram illustrating a device configuration according to the first embodiment of the present invention.

【図4】本発明の実施形態1での蛍光を計測する部分の
断面図。
FIG. 4 is a sectional view of a part for measuring fluorescence in the first embodiment of the present invention.

【図5】本発明の実施形態1でのキャピラリーアレイ中
の光路の計算結果を示す図。
FIG. 5 is a diagram showing a calculation result of an optical path in a capillary array according to the first embodiment of the present invention.

【図6】本発明の実施形態1でのキャピラリーの位置と
励起効率の関係を示す図。
FIG. 6 is a diagram showing a relationship between a capillary position and an excitation efficiency according to the first embodiment of the present invention.

【図7】本発明の実施形態1でのキャピラリー外径/内
径の比率と励起効率の関係を示す図。
FIG. 7 is a diagram showing a relationship between the ratio of the outer diameter / inner diameter of the capillary and the excitation efficiency in the first embodiment of the present invention.

【図8】本発明の実施形態1でのキャピラリー外径/内
径の比率と同時計測可能なキャピラリー本数の関係を示
す図。
FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the ratio of the capillary outer diameter / inner diameter and the number of capillaries that can be simultaneously measured in the first embodiment of the present invention.

【図9】本発明の実施形態1でのキャピラリー外径/内
径の比率と光検出系に直接入射する反射光強度の計算結
果を示す図。
FIG. 9 is a diagram showing a calculation result of a ratio of the outer diameter / inner diameter of the capillary and the intensity of reflected light directly incident on the photodetection system in the first embodiment of the present invention.

【図10】本発明の実施形態2でのキャピラリー配列間
隔と励起効率の関係を示す図。
FIG. 10 is a diagram showing the relationship between the capillary arrangement interval and the excitation efficiency in the second embodiment of the present invention.

【図11】本発明の実施形態3の装置の主要な構成を示
す図。
FIG. 11 is a diagram illustrating a main configuration of an apparatus according to a third embodiment of the present invention.

【図12】本発明の実施形態3での蛍光を計測する部分
の断面図。
FIG. 12 is a sectional view of a part for measuring fluorescence in Embodiment 3 of the present invention.

【図13】本発明の実施形態3で得られた電気泳動パタ
ーンを例を示す図。
FIG. 13 is a view showing an example of an electrophoresis pattern obtained in Embodiment 3 of the present invention.

【図14】本発明の実施形態3で得られた電気泳動パタ
ーンを例を示す図。
FIG. 14 is a diagram showing an example of an electrophoresis pattern obtained in Embodiment 3 of the present invention.

【図15】本発明の実施形態3で得られた電気泳動パタ
ーンを例を示す図。
FIG. 15 is a view showing an example of an electrophoresis pattern obtained in Embodiment 3 of the present invention.

【図16】本発明の実施形態4のキャピラリーアレイ中
の光路の計算結果を示す図。
FIG. 16 is a diagram showing a calculation result of an optical path in a capillary array according to the fourth embodiment of the present invention.

【図17】本発明の実施形態4でのキャピラリー位置と
励起効率の関係を示す図。
FIG. 17 is a diagram illustrating a relationship between a capillary position and an excitation efficiency according to a fourth embodiment of the present invention.

【図18】本発明の実施形態6の蛍光を計測する部分の
断面図。
FIG. 18 is a sectional view of a part for measuring fluorescence according to the sixth embodiment of the present invention.

【図19】本発明の実施形態8の蛍光を計測する部分の
断面図。
FIG. 19 is a sectional view of a part for measuring fluorescence according to the eighth embodiment of the present invention.

【図20】本発明の実施形態9の蛍光を計測する部分の
断面図。
FIG. 20 is a sectional view of a part for measuring fluorescence according to the ninth embodiment of the present invention.

【図21】本発明の実施形態10の蛍光を計測する部分
の断面図。
FIG. 21 is a sectional view of a part for measuring fluorescence according to the tenth embodiment of the present invention.

【図22】本発明の実施形態11の蛍光を計測する部分
の断面図。
FIG. 22 is a sectional view of a part for measuring fluorescence according to the eleventh embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…キャピラリー、2…レーザ、3…入射レーザのキャ
ピラリー配列軸からのずれの距離、4…キャピラリー配
列軸、5…ガラス平面、6…第一レンズ、7…フィルタ
ー、8…第二レンズ、9…二次元CCDカメラ、10…
アクリルアミドゲル、11…空気、12…蛍光計測セ
ル、13…像分割プリズムおよび組み合わせフィルタ
ー、14…水、15…全反射ミラー、16…ハーフミラ
ー、17−1、17−2、17−3…反射ミラー、18
−1、18−2…レーザ光源、2−1、2−2…レーザ
ビーム、19…分離用キャピラリーの円筒形状キャピラ
リー、20…計測用キャピラリーの角筒形状キャピラリ
ー。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Capillary, 2 ... Laser, 3 ... Distance of deviation of incident laser from capillary arrangement axis, 4 ... Capillary arrangement axis, 5 ... Glass plane, 6 ... First lens, 7 ... Filter, 8 ... Second lens, 9 ... 2D CCD camera, 10 ...
Acrylamide gel, 11 air, 12 fluorescence measurement cell, 13 image splitting prism and combination filter, 14 water, 15 total reflection mirror, 16 half mirror, 17-1, 17-2, 17-3 reflection Mirror, 18
-1, 18-2: laser light source, 2-1, 2-2: laser beam, 19: cylindrical capillary of separation capillary, 20: square cylindrical capillary of measurement capillary.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平6−174694(JP,A) 特開 昭61−66947(JP,A) 実開 平4−110959(JP,U) 実開 昭56−21748(JP,U) 実開 平5−79469(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01N 27/447 G01N 21/64 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-6-174694 (JP, A) JP-A-61-66947 (JP, A) JP-A 4-110959 (JP, U) JP-A 56-174694 21748 (JP, U) Japanese Utility Model Hei 5-79469 (JP, U) (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) G01N 27/447 G01N 21/64

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】少なくとも一部が平面状に配列される複数
のキャピラリーと、 平面状に配列される前記複数のキャピラリーの各々の軸
のなす面に平行な方向から、前記キャピラリーの計測位
置にレーザを照射する手段と、 前記キャピラリーの内部で発する蛍光を検出する手段と
を有し、 前記キャピラリーは、前記計測位置の前記軸に対して断
面が円形であり、前記計測位置では外部が気体で満たさ
れ、かつ配置間隔が前記キャピラリーの外径の4倍以下
であることを特徴とするキャピラリーアレイ電気泳動装
置。
A plurality of capillaries at least partially arranged in a plane, and a laser positioned at a measurement position of the capillary from a direction parallel to a plane formed by each axis of the plurality of capillaries arranged in a plane. Means for irradiating the capillary, and means for detecting fluorescence emitted inside the capillary, wherein the capillary has a circular cross section with respect to the axis of the measurement position, and the outside is filled with gas at the measurement position. A capillary array electrophoresis apparatus, wherein an arrangement interval is four times or less the outer diameter of the capillary.
【請求項2】前記計測位置は、減反射のコーティングが
施されているものであることを特徴とする請求項1に記
載のキャピラリーアレイ電気泳動装置。
2. The capillary array electrophoresis apparatus according to claim 1, wherein the measurement position is provided with an anti-reflection coating.
【請求項3】前記コーティングは単層蒸着であることを
特徴とする請求項2に記載のキャピラリーアレイ電気泳
動装置。
3. The capillary array electrophoresis apparatus according to claim 2, wherein said coating is a single layer deposition.
【請求項4】全反射ミラーをさらに有し、前記複数のキ
ャピラリーを照射して透過した前記レーザを前記全反射
ミラーで折り返し、前記透過と逆の経路で前記複数のキ
ャピラリーを再び照射することを特徴とする請求項1に
記載のキャピラリーアレイ電気泳動装置。
4. The apparatus according to claim 1, further comprising a total reflection mirror, wherein the laser which has irradiated and transmitted the plurality of capillaries is turned back by the total reflection mirror, and irradiates the plurality of capillaries again along a path opposite to the transmission. The capillary array electrophoresis apparatus according to claim 1, wherein
【請求項5】ビームスプリッターをさらに有し、前記ビ
ームスプリッターは前記レーザを2つに分割し、前記面
に平行でかつ対向する2方向から前記レーザを照射させ
るものであることを特徴とする請求項1に記載のキャピ
ラリーアレイ電気泳動装置。
5. The apparatus according to claim 1, further comprising a beam splitter, wherein the beam splitter divides the laser into two and irradiates the laser from two directions parallel to and opposed to the surface. Item 2. A capillary array electrophoresis apparatus according to item 1.
【請求項6】前記キャピラリーは、電気泳動分離部と前
記電気泳動分離部に接続される蛍光計測部とを有し、前
記電気泳動分離と前記蛍光計測部とでは前記軸に対する
断面が異なることを特徴とする請求項1に記載のキャピ
ラリーアレイ電気泳動装置。
6. The capillary has an electrophoresis separation section and a fluorescence measurement section connected to the electrophoresis separation section, wherein the electrophoresis separation and the fluorescence measurement section have different cross sections with respect to the axis. The capillary array electrophoresis apparatus according to claim 1, wherein
【請求項7】前記キャピラリーは電気泳動分離媒体が収
められるものであり、前記電気泳動分離媒体は交換可能
なものであることを 特徴とする請求項1に記載のキャピ
ラリーアレイ電気泳動装置。
7. The capillary array electrophoresis apparatus according to claim 1, wherein the capillary contains an electrophoresis separation medium, and the electrophoresis separation medium is replaceable.
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