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JP3536851B2 - Capillary array electrophoresis device - Google Patents

Capillary array electrophoresis device

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Publication number
JP3536851B2
JP3536851B2 JP2003019636A JP2003019636A JP3536851B2 JP 3536851 B2 JP3536851 B2 JP 3536851B2 JP 2003019636 A JP2003019636 A JP 2003019636A JP 2003019636 A JP2003019636 A JP 2003019636A JP 3536851 B2 JP3536851 B2 JP 3536851B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
capillary
capillaries
refractive index
laser
laser beam
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
JP2003019636A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2003262616A (en
Inventor
隆 穴沢
智 高橋
秀記 神原
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP2003019636A priority Critical patent/JP3536851B2/en
Publication of JP2003262616A publication Critical patent/JP2003262616A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3536851B2 publication Critical patent/JP3536851B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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  • Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (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係る技術分野に属し、特
にDNA、RNA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を行
なうキャピラリーアレイ電気泳動装置に係る技術分野に
属する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to DNA, RNA,
Or, it belongs to the technical field related to separation and analysis equipment for proteins and the like, and particularly to a capillary array electrophoresis apparatus for determining the base sequence of DNA and RNA, or measuring the polymorphism of restriction enzyme fragments based on the diversity of individual base sequences. It belongs to such a technical field.

【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、特にゲノム解析計画
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、検出され
る一連の信号を解析する。ゲル電気泳動では、0.3m
m程度の間隔に保持された2枚のガラス板の間で、アク
リルアミドを重合させた平板ゲルが広く使用されている
(スラブゲル電気泳動)。平板ゲルの上端(一端)の泳
動開始点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(他端)方向
に泳動される。泳動開始点から一定距離の位置におい
て、平板ゲルの側面からレーザを照射して、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
れた試料の泳動分離された成分を励起する。レーザ照射
により発する蛍光の検出は、一定時間間隔で連続して周
期的に検出する。この検出結果を解析することによりD
NA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. Particularly recently, particularly in connection with a genome analysis plan, development of a high-speed, high-throughput DNA analyzer has been progressing. 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 detected signals is analyzed. 0.3m for gel electrophoresis
A flat gel obtained by polymerizing acrylamide between two glass plates held at an interval of about m is widely used (slab gel electrophoresis). The sample injected into the migration start point at the upper end (one end) of the slab gel is migrated toward the lower end (the other end) while being separated in molecular weight by an electric field applied to both ends of the slab gel. At a certain distance from the starting point of the electrophoresis, a laser is irradiated from the side of the slab gel to irradiate all the electrophoresis paths at once, and excites the electrophoretically separated components of the fluorescently labeled sample passing through the laser irradiation part. I do. Fluorescence emitted by laser irradiation is detected continuously and periodically at fixed time intervals. By analyzing this detection result, D
The NA base sequence has been determined.

【0003】最近では平板ゲルに替わり、溶融石英製の
毛細管内にゲルを重合させたキャピラリーゲルが使用さ
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に比較して、大きな電界を加える
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
62、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を露出させておく(米国特
許5312535(May 17、1994))。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
た試料の泳動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検出し、解
析することによりDNA塩基配列を決定している。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。そこで最近、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
がいくつか報告されている。
Recently, capillary gels obtained by polymerizing gels in capillaries made of fused quartz have been used instead of flat gels. Capillary gel electrophoresis has attracted attention as a method capable of applying a large electric field and capable of high speed and high separation as compared with the above-described slab gel electrophoresis (Analytical Chemistry).
62, 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 expose the glass (US Pat. No. 5,315,535 (May 17, 1994)). The laser that irradiates the position where the glass is exposed excites the electrophoretically separated components of the fluorescently labeled sample that migrates inside the capillary by electrophoresis, and emits fluorescence.
The DNA base sequence is determined by detecting and analyzing the fluorescence continuously and periodically at fixed time intervals. However, in the above-described on-column measurement device, since the laser beam has a large refraction on the surface of the capillary, only one capillary can be used at a time, and there is a problem that the throughput does not increase. Thus, recently, several high-throughput capillary array gel electrophoresis apparatuses for arraying a plurality of capillaries and simultaneously analyzing many samples at high speed have been reported.

【0004】第1の報告例は、キャピラリーアレイスキ
ャン方式(Nature、359、167(199
2))であり、複数本のキャピラリーを1本づつ順番に
レーザ照射し、オンカラム蛍光計測するものである。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。第2の報告例は、キャピラリーアレ
イシースフロー方式(Nature、361、565−
566(1993)、特開平06−138037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
れた試料の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、試料の成分から発する
蛍光を検出する、オフカラム計測(キャピラリーにレー
ザ照射して試料の成分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
にレーザ照射して試料の成分を検出する方式を、簡単の
ためオフカラム計測と呼ぶことにする。)を行なってい
る。
The first report is based on a capillary array scanning method (Nature, 359, 167 (199).
2)), in which a plurality of capillaries are sequentially irradiated with a laser one by one, and on-column fluorescence measurement is performed. This apparatus employs a confocal structure in which the position where the laser beam is most narrowed in the capillary and the position of the light source incident on the fluorescence receiving optical system are adopted, and each capillary can be measured independently. 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. The second report example is a capillary array sheath flow method (Nature, 361, 565-65).
566 (1993), JP-A-06-138037). In this device, the lower end of the capillary array is immersed in a buffer solution, the components of the sample whose molecular weight has been separated by gel electrophoresis are eluted directly into the buffer solution, and the fluorescence emitted from the components of the sample is released in a space where no capillary exists. In contrast to on-column measurement, in which detection is performed and off-column measurement (which irradiates the capillary with laser to detect sample components), the present specification uses a simpler method to detect sample components by irradiating laser in a space where no capillary exists. Therefore, it will be referred to as off-column measurement.).

【0005】また、緩衝液を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異なる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の出口近
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の表面でのレーザビ
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。
[0005] In addition, by slowly flowing the buffer in the direction of electrophoresis, the separated components eluted from different capillary gels are mixed in the buffer, or two different components separated in one capillary gel are separated. Prevents mixing in buffer. In the vicinity of the outlet of the capillary array, the space where the buffer does not exist without the capillary is irradiated with laser to avoid the problem of scattering of the laser beam on the surface of the capillary, and the component eluted from the multiple capillaries, It is possible to excite substantially simultaneously and to detect fluorescence substantially simultaneously.

【0006】第3の報告例では、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(A
nalytical Chemistry 65、95
6(1993))。
In the third report 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 multiple capillaries (A
analytical Chemistry 65, 95
6 (1993)).

【0007】第4の報告例では、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(Analytic
alChemistry 66、1424(199
4))。
In the fourth report example, a laser beam is spread in a capillary array direction by a cylindrical lens, and is simultaneously irradiated on a plurality of capillaries (Analytic).
alChemistry 66, 1424 (199
4)).

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】上記第1の報告例のキ
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本当たりの蛍光検
出に要する時間が、1本のキャピラリーを使用する通常
のオンカラム計測と比較して減少してしまう。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
測と比較して、1本当たりの蛍光検出に要する時間は最
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、n本のキャピラリーアレイを使用す
る場合に、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を検出時間のn倍以上の時
間を要することになってしまう。
In the capillary array scanning method of the first report, the fluorescence measurement is performed one capillary at a time, so that the time required for fluorescence detection for 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 required for fluorescence detection per line is at most 1 / n compared to the usual 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. Since it is scanned, it becomes 1 / n or less. As a result, there is a problem that the fluorescence detection sensitivity is reduced. That is, when n capillary arrays are used, in order to obtain the same fluorescence detection sensitivity as the normal on-column measurement using one capillary, the fluorescence in the normal on-column measurement is n times or more the detection time. It takes time.

【0009】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、本装置では、スキャンを
機械的に行なうためのステージ可動部を有しており、故
障が多発する構造となっている。
The time interval between adjacent peaks in the electrophoresis pattern of components separated in one capillary becomes smaller 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, this apparatus has a stage movable section for mechanically performing scanning, and has a structure in which failures frequently occur.

【0010】上記第2の報告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、
分子量が多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、次の理由により生じる。キャピラ
リーゲルの下端より緩衝液中に溶出さた分離成分が、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、緩衝液を泳動方向に一定の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
多きいほど小さくなる。緩衝液のフロー速度に対して、
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、計測感度が低
下する原因となる。
[0010] In the capillary array sheath flow method of the second reported example, the fluorescence intensity obtained from the components separated in molecular weight is smaller than that in the case of the on-column fluorescence measurement.
There is a problem that as the molecular weight increases, the molecular weight decreases. This problem arises for the following reasons. In order to prevent the separated components eluted into the buffer from the lower end of the capillary gel from mixing in the buffer by diffusion or the like, it is necessary to constantly flow the buffer at a certain speed or higher in the direction of electrophoresis. . On the other hand, the migration speed of a sample component which migrates while being separated in molecular weight in a capillary gel decreases as the molecular weight increases. For the buffer flow rate,
The lower the migration speed of the sample component in the capillary gel, the more the sample component is elongated in the migration direction when eluted from the capillary gel into the buffer solution. As a result, the fluorescence intensity decreases, which causes the measurement sensitivity to decrease.

【0011】上記第3、第4の報告例では、キャピラリ
ー1本当たりに照射されるレーザ光強度が低下するた
め、電気泳動により分離される試料成分を感度よく検出
できないという問題がある。
The third and fourth reports have a problem that the intensity of the laser beam irradiated per capillary decreases, so that the sample components separated by electrophoresis cannot be detected with high sensitivity.

【0012】本発明の目的は上記した各種の問題を解決
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、あるいはレー
ザを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の試
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。
[0012] An object of the present invention is to solve the above-mentioned various problems by substantially scanning a plurality of capillaries without mechanically scanning a plurality of capillaries or scanning a laser while performing on-column fluorescence measurement. It is an object of the present invention to provide a capillary array electrophoresis apparatus capable of simultaneously and simultaneously irradiating a laser beam and simultaneously and collectively measuring fluorescence emitted from a sample component in a plurality of capillaries.

【0013】[0013]

【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、泳動する試料の成分を検出するた
めの複数のキャピラリーの少なくとも一部が平面状に配
列され、複数のキャピラリーにレーザ光を照射するキャ
ピラリーアレイ電気泳動装置において、(1)レーザ光
を、上記少なくとも一部が配列する平面に平行な方向か
ら、複数のキャピラリーに照射すること、(2)レーザ
光を、上記少なくとも一部が配列する平面の1つ又は2
つの側方より、上記平面に平行な方向から複数のキャピ
ラリーに照射すること、(3)キャピラリーの外半径、
内半径、キャピラリー外部の媒質の屈折率、キャピラリ
ーの材料の屈折率、キャピラリー内部の媒質の屈折率の
間に所定の関係を満足させて、上記レーザ光のキャピラ
リーによる屈折を十分小さくし、全てのキャピラリーに
十分な強度を有するレーザ光を照射すること、(4)キ
ャピラリーアレイ又はレーザ光のスキャンを行なうこと
なく、複数のキャピラリーにレーザ光を実質的に同時に
照射して、上記の各キャピラリー中を泳動する試料の成
分から発する蛍光を実質的に同時に検出するために、上
記レーザ光を、上記少なくとも一部が配列する平面の1
つ又は2つの側方より、前上平面に平行な方向から複数
のキャピラリーに照射すること、(5)キャピラリーア
レイ又は前記レーザ光のスキャンを行なうことなく、複
数のキャピラリーにレーザ光を実質的に同時に照射し
て、上記の各キャピラリー中を泳動する試料の成分から
発する蛍光を実質的に同時に検出するために、キャピラ
リーの外半径、内半径、前記キャピラリー外部の媒質の
屈折率、キャピラリーの材料の屈折率、キャピラリー内
部の媒質の屈折率の間に所定の関係を満足させて、レー
ザ光のキャピラリーによる屈折を十分小さくし、全ての
キャピラリーに十分な強度を有するレーザ光を照射する
こと、に特徴を有するキャピラリーアレイ電気泳動装置
である。
According to a capillary array electrophoresis apparatus of the present invention, at least a part of a plurality of capillaries for detecting components of a sample to be electrophoresed is arranged in a plane, and a laser beam is applied to the plurality of capillaries. In the capillary array electrophoresis apparatus for irradiation, (1) irradiating a plurality of capillaries with a laser beam from a direction parallel to a plane on which at least a part is arranged; One or two of the planes to be arranged
Irradiating a plurality of capillaries from one side in a direction parallel to the plane, (3) an outer radius of the capillaries,
The inner radius, the refractive index of the medium outside the capillary, the refractive index of the material of the capillary, the predetermined relationship between the refractive index of the medium inside the capillary, to sufficiently reduce the refraction of the laser light by the capillary, Irradiating the capillary with laser light having a sufficient intensity; (4) irradiating a plurality of capillaries with laser light substantially simultaneously without scanning the capillary array or the laser light, and In order to substantially simultaneously detect the fluorescence emitted from the components of the sample to be electrophoresed, the laser light is applied to one of the planes on which at least a part thereof is arranged.
Irradiating a plurality of capillaries from one or two sides in a direction parallel to the front upper plane; (5) applying a laser beam to a plurality of capillaries substantially without scanning a capillary array or the laser beam; Irradiation at the same time, the outer radius of the capillary, the inner radius, the refractive index of the medium outside the capillary, the material of the capillary to detect the fluorescence emitted from the components of the sample migrating in each of the capillaries substantially simultaneously Satisfying a predetermined relationship between the refractive index and the refractive index of the medium inside the capillary, making the refraction of the laser light by the capillary sufficiently small, and irradiating all the capillaries with laser light having sufficient intensity. Is a capillary array electrophoresis apparatus having the following.

【0014】さらに、本発明のキャピラリーアレイ電気
泳動装置は、上記特徴(1)から(5)に加えて、
(a)上記各キャピラリーのレーザ光が照射される部分
が透明であること、上記レーザ光が、少なくとも3つの
異なる屈折率をもつ媒質を透過すること、(b)上記レ
ーザ光が通過する各キャピラリーの外半径をR、内半径
をr、屈折率をn2とし、レーザ光が通過する各キャピ
ラリーの外部の媒質の屈折率をn1とし、レーザ光が通
過する各キャピラリーの内部の媒質の屈折率をn3とす
るとき、 (360/π)│sin-1{r/(2R)}−sin-1
{rn1/(2Rn2)}}+sin-1{n1/(2
2)}}−sin-1{n1/(2n3)}│≦6.2° なる関係を満たすこと、あるいは、 (c)(360/π)│sin-1{r/(2R)}−s
in-1{rn1/(2Rn2))}+sin-1{n1
(2n2)}}−sin-1{n1/(2n3)}│≦1.
2°なる関係を満たすこと、(d)レーザ光の通過する
各キャピラリーの外部の媒質が、屈折率n1=1.33
からn1=1.37の範囲にある水又は緩衝液であり、
上記外半径と上記内半径の比R/rがR/r=2±0.
2であり、レーザ光の通過する各キャピラリーが、屈折
率n2=1.46±0.02である石英ガラスからな
り、レーザ光が通過する各キャピラリーの内部の媒質の
屈折率がn3=1.37±0.04であり、この媒質が
アクリルアミドゲルからなること、(e)レーザ光の通
過する各キャピラリーの外部の媒質が、屈折率n1
1.33からn1=1.37の範囲にある水又は緩衝液
であり、上記外半径と内半径の比R/rがR/r=2±
0.2であり、レーザ光の通過する各キャピラリーが、
屈折率n2=1.46±0.02である石英ガラスから
なり、レーザ光が通過する各キャピラリーの内部の媒質
の屈折率がn3=1.40±0.04であり、この媒質
がホルムアミドを混入させたアクリルアミドゲルからな
ること、(f)レーザ光の通過する各キャピラリーの外
部の媒質が、屈折率n1=1.00の空気であり、上記
外半径と内半径の比R/rがR/r=5±0.5であ
り、レーザ光の通過する各キャピラリーが、屈折率n2
=1.46±0.02である石英ガラスからなり、レー
ザ光が通過する各キャピラリーの内部の媒質の屈折率が
3=1.37±0.04であり、この媒質がアクリル
アミドゲルからなること、(g)レーザ光の通過する各
キャピラリーの外部の媒質が、屈折率n1=1.00の
空気であり、上記外半径と内半径の比R/rがR/r=
3±0.3であり、レーザ光の通過する各キャピラリー
が、屈折率n2=1.60±0.02であるガラスから
なり、レーザ光が通過する各キャピラリーの内部の媒質
の屈折率がn3=1.37±0.04であり、この媒質
がアクリルアミドゲルからなること、等にも特徴を有す
る。
Further, in addition to the above features (1) to (5), the capillary array electrophoresis apparatus of the present invention
(A) that the portion of each of the capillaries irradiated with the laser beam is transparent; that the laser beam passes through at least three media having different refractive indices; (b) each of the capillaries through which the laser beam passes Is R, the inner radius is r, the refractive index is n 2 , the refractive index of the medium outside each capillary through which the laser light passes is n 1 , the refraction of the medium inside each capillary through which the laser light passes when the rate as n 3, (360 / π) │sin -1 {r / (2R)} - sin -1
{Rn 1 / (2Rn 2 )} + sin -1 {n 1 / (2
n 2 )}} − sin −1 {n 1 / (2n 3 )} │ ≦ 6.2 °, or (c) (360 / π) │sin -1 {r / (2R) } -S
in -1 {rn 1 / (2Rn 2 ))} + sin -1 {n 1 /
(2n 2 )}} − sin −1 {n 1 / (2n 3 )} | ≦ 1.
(D) the medium outside each capillary through which the laser beam passes has a refractive index n 1 = 1.33
From n 1 = 1.37 to water or a buffer,
The ratio R / r between the outer radius and the inner radius is R / r = 2 ± 0.
2, each of the capillaries through which the laser beam passes is made of quartz glass having a refractive index n 2 = 1.46 ± 0.02, and the refractive index of the medium inside each of the capillaries through which the laser beam passes is n 3 = 1.37 ± 0.04, this medium is made of acrylamide gel, and (e) the medium outside each capillary through which laser light passes has a refractive index n 1 =
Water or buffer in the range of 1.33 to n 1 = 1.37, wherein the ratio R / r of the outer radius to the inner radius is R / r = 2 ±
0.2, and each capillary through which the laser light passes is
It is made of quartz glass having a refractive index n 2 = 1.46 ± 0.02, and the refractive index of the medium inside each capillary through which the laser light passes is n 3 = 1.40 ± 0.04, and this medium is (F) The medium outside the capillaries through which the laser light passes is air having a refractive index of n 1 = 1.00, and the ratio of the outer radius to the inner radius R / r is R / r = 5 ± 0.5, and each capillary through which the laser beam passes has a refractive index n 2
= 1.46 ± 0.02, the refractive index of the medium inside each capillary through which laser light passes is n 3 = 1.37 ± 0.04, and this medium is made of acrylamide gel (G) The medium outside each capillary through which the laser light passes is air having a refractive index n 1 = 1.00, and the ratio R / r between the outer radius and the inner radius is R / r =
3 ± 0.3, each capillary through which the laser beam passes is made of glass having a refractive index n 2 = 1.60 ± 0.02, and the refractive index of the medium inside each capillary through which the laser beam passes is n 3 = 1.37 ± 0.04, and this medium is also made of acrylamide gel.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図を
参照して詳細に説明する。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を照射して、複数のキャピラ
リーを実質的に同時に励起して、各キャピラリー中で分
離される試料成分をオンカラム計測して検出するキャピ
ラリーアレイ電気泳動装置の主要部分を示す。図1
(a)は、複数のキャピラリーアレイの平面図、図1
(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、もしくは分離用キャピラリーに接続され
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が照射される複数の
キャピラリーが分離用キャピラリーである場合には、試
料の泳動開始点から所定の距離でレーザ2を照射する。
これらの各キャピラリーには、ゲルが充填されている。
本発明のキャピラリーアレイ電気泳動装置で泳動分析、
又は解析される試料は、蛍光標識されている複数の成分
を含んでいる。また、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性質をもっている場合に
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、泳動のための電界を印加するための、
電源、電極、電極及び電解液を収納する電極層等の各手
段、更に、キャピラリーゲル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、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ある。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. In FIG. 1, a plurality of capillaries 1 (six examples are shown in FIG. 1) are arranged on the same plane, and a laser 2 is irradiated from a direction parallel to this plane and substantially perpendicular to the direction of electrophoresis of sample components. 1 shows a main part of a capillary array electrophoresis apparatus that excites a plurality of capillaries substantially at the same time and detects sample components separated in each capillary by on-column measurement. FIG.
(A) is a plan view of a plurality of capillary arrays, FIG.
(B) is a sectional view thereof. The plurality of capillaries irradiated with the laser 2 are either separation capillaries for separating sample components or measurement capillaries connected to the separation capillaries and for detecting electrophoretically separated sample components. When the plurality of capillaries to be irradiated with the laser 2 are separation capillaries, the laser 2 is irradiated at a predetermined distance from the starting point of sample migration.
Each of these capillaries is filled with a gel.
Electrophoresis analysis with the capillary array electrophoresis apparatus of the present invention,
Alternatively, the sample to be analyzed contains a plurality of components that are fluorescently labeled. In addition, when the component contained in the sample itself has a property of emitting fluorescence by laser irradiation, the fluorescent label is unnecessary. In each of the drawings referred to below including FIG. 1, an electric field for applying an electric field for electrophoresis is shown.
Each unit such as a power supply, an electrode, an electrode and an electrode layer for accommodating an electrolytic solution, an arithmetic processing unit for detecting fluorescence from a sample component migrating in the capillary gel 1 and then processing these detection signals, an arithmetic processing A display for displaying the result, a controller for controlling each part of the capillary array electrophoresis apparatus, a laser light source, and the like are omitted.

【0016】(第1の実施形態)本実施形態は、5本の
キャピラリーゲル電気泳動によるDNA塩基配列決定の
ための装置であり、その装置の基本構成を図2に示し
た。但し、図2には、5本のキャピラリーゲル1の中を
泳動する試料成分を検出する蛍光計測部分近傍のみを示
す。キャピラリーゲル1は、長さ50cm、外径0.2
mm(外半径、R=0.1mm)、内径0.1mm(内
半径、r=0.05mm)の溶融石英管(屈折率=1.
46)に、変性剤として7Mのウレアを含んだ4%T
(Totalmonomer concentrati
on)、5%C(Crosslinking mate
rial concentration)の濃度のアク
リルアミドを注入した後ゲル化させて調製した(屈折率
=1.37)。試料注入側のキャピラリー末端より30
cmの位置で、長さ10mmにわたり、各キャピラリー
のポリイミド被覆を除去してレーザ照射部とした。図2
のように、このキャピラリーゲル5本をそれぞれキャピ
ラリー軸を平行に保ち、0.2mmピッチに揃えてガラ
ス平面板3の上に固定して平面状に配列させた。図3に
示すように、キャピラリーゲルを取り巻く媒質は、空気
9である(屈折率=1.00)。
(First Embodiment) This embodiment is an apparatus for DNA base sequence determination by five capillary gel electrophoresis, and the basic configuration of the apparatus is shown in FIG. However, FIG. 2 shows only the vicinity of a fluorescence measurement portion for detecting a sample component migrating in the five capillary gels 1. Capillary gel 1 has a length of 50 cm and an outer diameter of 0.2
mm (outer radius, R = 0.1 mm), inner diameter 0.1 mm (inner radius, r = 0.05 mm) fused silica tube (refractive index = 1.
46), 4% T containing 7M urea as a modifier
(Totalmonomer concentrati
on), 5% C (Crosslinking material)
Acrylamide was injected at a concentration of (real concentration) and then gelled (refractive index = 1.37). 30 from the capillary end on the sample injection side
At a position of 10 cm, the polyimide coating of each capillary was removed over a length of 10 mm to obtain a laser irradiated portion. FIG.
As described above, the five capillary gels were fixed on the glass flat plate 3 at a pitch of 0.2 mm while keeping the capillary axes parallel, and arranged in a plane. As shown in FIG. 3, the medium surrounding the capillary gel is air 9 (refractive index = 1.00).

【0017】図3は、蛍光計測部分のキャピラリー軸に
垂直な断面図であり、YAGレーザ(532nm、20
mW)、及びHe−Neレーザ(594nm、10m
W)を同軸にした後、ビーム2の径を0.1mmに絞
り、キャピラリーが配列する平面に平行であり、キャピ
ラリー軸にほぼ垂直な方向から入射させた(即ち、キャ
ピラリーアレイの側方からビーム2を入射させる)。蛍
光の計測は、キャピラリーゲルが配列する平面に対して
垂直方向からガラス平面板3を通して行なった。図3に
示すように、蛍光の計測は、ガラス平面板3の反対の側
から行なうこともできる水平方向に幅0.8mmに、
0.2mm間隔で1列に並ぶ5個の蛍光発光点群を、図
2に示す構成により、第1カメラレンズ3でほぼ平行光
束にし、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5を透過させ、第2カメラレンズ6で、2次
元CCDカメラ7に結像させた。なお、この蛍光選別法
は特開平02−269936号公報に詳しく記されてい
る。5×4=20個からなる2次元状に展開された蛍光
発光点群を、冷却型の2次元CCDカメラ7に一度に露
光させ計測した。この計測は、露光時間1.0秒、デー
タ取得間隔1.5秒で連続的に行なった。
FIG. 3 is a sectional view perpendicular to the capillary axis of the fluorescence measurement portion, and shows a YAG laser (532 nm, 20 nm).
mW), and a He-Ne laser (594 nm, 10 m
After making the beam W) coaxial, the diameter of the beam 2 was reduced to 0.1 mm, and the beam 2 was incident from a direction parallel to the plane in which the capillaries are arranged and almost perpendicular to the capillary axis (that is, the beam from the side of the capillary array). 2). The fluorescence was measured through the glass flat plate 3 in a direction perpendicular to the plane on which the capillary gels were arranged. As shown in FIG. 3, the measurement of the fluorescence can be performed from the opposite side of the flat glass plate 3 to a width of 0.8 mm in the horizontal direction.
An image splitting prism for converting five fluorescent light emitting point groups arranged in a line at an interval of 0.2 mm into a substantially parallel light flux by the first camera lens 3 by the configuration shown in FIG. The light was transmitted through four types of combination filters 5 corresponding to the light beams forming the four images, and was imaged on the two-dimensional CCD camera 7 by the second camera lens 6. This fluorescence sorting method is described in detail in JP-A-02-269936. The two-dimensionally developed 5 × 4 = 20 fluorescent light emitting points were exposed to the cooled two-dimensional CCD camera 7 at one time and measured. This measurement was continuously performed at an exposure time of 1.0 second and a data acquisition interval of 1.5 seconds.

【0018】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。試料は5種ともに標準試料のM
13mp18である。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Cy
3(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、蛍光体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
れている蛍光体、TRITC、Texas Redはモ
レキュラー・プローブ社より販売されている蛍光体であ
る。これら4種の蛍光体から発する蛍光が、波長選別さ
れて2次元CCDカメラ7に結像されるように、4種の
組み合わせフィルター5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それぞれの試料注
入端を、5種のDNA試料液中に対応させて浸し、キャ
ピラリーゲルの両端に100V/cm(3kV)の一定
電界強度を2秒間印加して試料注入を行なった。この結
果、5本のキャピラリーゲルのそれぞれの泳動開始点
に、異なるDNA試料が添加される。
The nucleotide sequences of the five DNA samples were determined according to the Sanger method. The sample is M
13mp18. The prepared DNA sample components include:
Four types of phosphors Cy corresponding to the terminal base species C, G, A, and T
3 (maximum emission wavelength 565 nm), TRITC (maximum emission wavelength 580 nm), Texas Red (maximum emission wavelength 615 nm), and Cy5 (maximum emission wavelength 665 nm). Here, the phosphors Cy3 and Cy5 are phosphors sold by Biological Detection Systems Inc. (USA), and TRITC and Texas Red are phosphors sold by Molecular Probes. Four kinds of combination filters 5 were used so that the fluorescences emitted from these four kinds of phosphors were wavelength-selected and imaged on the two-dimensional CCD camera 7. 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 immersed corresponding to the five DNA sample solutions, and a constant electric field intensity of 100 V / cm (3 kV) was applied to both ends of the capillary gel for 2 seconds to perform sample injection. Done. As a result, different DNA samples are added to the respective electrophoresis starting points of the five capillary gels.

【0019】電気泳動は一定電界強度100V/cm
(3kV)で約3時間行なった。2次元CCDカメラ7
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、塩基配列決定を行なうことが
できたが、レーザ2が出射する側の2本のキャピラリー
からの蛍光強度は、レーザの入射する側のキャピラリー
より一桁近く低かった。
Electrophoresis is performed at a constant electric field strength of 100 V / cm.
(3 kV) for about 3 hours. 2D CCD camera 7
The time change of the four signals corresponding to the four types of fluorescence obtained in the above was analyzed by a computer, and the base sequence could be determined. However, the fluorescence intensities from the two capillaries on the side where the laser 2 emits were obtained. Was nearly an order of magnitude lower than the capillary on the laser incident side.

【0020】(第2の実施形態)複数のキャピラリーに
対して、より効率の良い同時レーザ照射を実現するため
に、レーザ光の収束条件を検討し、最適条件下で計測を
行なった例を、以下に説明する。キャピラリーが円筒形
状であるため、各キャピラリーそのものがレンズ作用を
もち、照射されたレーザビームは1本目のキャピラリー
を透過する際に大きく屈折を受ける。屈折は全てのキャ
ピラリーで起こるので、各キャピラリーに到達し入射す
るレーザ光の強度は、ほぼ指数関数的に減少してしまう
ので、従って各キャピラリー中の試料成分から発する蛍
光の強度も、使用するキャピラリーの本数に応じて、ほ
ぼ指数関数的に減少してしまうことになる。
(Second Embodiment) In order to realize more efficient simultaneous laser irradiation on a plurality of capillaries, an example in which laser beam convergence conditions are examined and measurement is performed under optimal conditions will be described. This will be described below. Since the capillaries have a cylindrical shape, each capillary itself has a lens function, and the irradiated laser beam is greatly refracted when passing through the first capillary. Since refraction occurs in all capillaries, the intensity of the laser light reaching and entering each capillary decreases almost exponentially, and therefore the intensity of the fluorescence emitted from the sample component in each capillary also decreases. Will decrease almost exponentially according to the number of.

【0021】図4は、外半径R(23)、内半径r(2
4)をもつキャピラリー断面図であり、キャピラリーの
軸から、距離x(10)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1本のキャピラリーによる屈折
の様子を示している。図4では、複数のキャピラリーの
各軸が配列するキャピラリー配列軸19上の、キャピラ
リーの軸Oをもつ1本のキャピラリーの断面を示し、他
の複数のキャピラリーは省略している。
FIG. 4 shows an outer radius R (23) and an inner radius r (2
FIG. 4 is a cross-sectional view of a capillary having 4), showing how an infinitesimally narrow laser beam 2 incident on a position separated by a distance x (10) from the axis of the capillary is refracted by one capillary. FIG. 4 shows a cross section of one capillary having the axis O of the capillary on the capillary arrangement axis 19 where the axes of the plurality of capillaries are arranged, and the other plurality of capillaries are omitted.

【0022】キャピラリー外部の媒質20の屈折率はn
1、キャピラリーの材料21の屈折率はn2、キャピラリ
ー内部の媒質22の屈折率はn3である。キャピラリー
に入射する前のレーザビームと、キャピラリーを透過後
のレーザビームとがなす角を屈折角Δθとすると、Δθ
は図4から、(数1)で与えられる。なお、θ1はキャ
ピラリー外部の媒質からキャピラリーへの入射角11、
θ2はキャピラリー外部の媒質からキャピラリーへの屈
折角12、θ3はキャピラリー材料からキャピラリー内
部の媒質への入射角13、θ4はキャピラリー材料から
キャピラリー内部の媒質への屈折角14、θ5はキャピ
ラリー内部の媒質からキャピラリー材料への入射角1
5、θ6はキャピラリー内部の媒質からキャピラリー材
料への屈折角16、θ7はキャピラリー材料からキャピ
ラリー外部の媒質への入射角17、θ8はキャピラリー
材料からキャピラリー外部の媒質への屈折角18であ
る。
The refractive index of the medium 20 outside the capillary is n
1 , the refractive index of the material 21 of the capillary is n 2 , and the refractive index of the medium 22 inside the capillary is n 3 . If the angle between the laser beam before entering the capillary and the laser beam after passing through the capillary is the refraction angle Δθ, then Δθ
Is given by (Equation 1) from FIG. Note that θ 1 is the angle of incidence 11 from the medium outside the capillary to the capillary,
θ 2 is the refraction angle 12 from the medium outside the capillary to the capillary, θ 3 is the incident angle 13 from the capillary material to the medium inside the capillary, θ 4 is the refraction angle 14 from the capillary material to the medium inside the capillary, θ 5 is Angle of incidence 1 from the medium inside the capillary to the capillary material
5, θ 6 is the refraction angle 16 from the medium inside the capillary to the capillary material, θ 7 is the incident angle 17 from the capillary material to the medium outside the capillary, and θ 8 is the refraction angle 18 from the capillary material to the medium outside the capillary. is there.

【0023】[0023]

【数1】 Δθ=(θ1−θ2)+(θ3−θ4)−(θ5−θ6)−(θ7−θ8) =2(θ1−θ2+θ3−θ4) …(数1) ここでθ1=θ8、θ2=θ7、θ3=θ6、θ4=θ5の関係
を用いた。図4に示すレーザビーム2のたどる光路の幾
何学的関係、及び異なる媒質の界面におけるSnell
の法則を用いると、(数1)から(数5)が成立し、
(数6)を得る。
Equation 1 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) ) (Equation 1) Here, the relationships of θ 1 = θ 8 , θ 2 = θ 7 , θ 3 = θ 6 , and θ 4 = θ 5 were used. The geometrical relationship of the optical path of the laser beam 2 shown in FIG. 4 and the Snell at the interface of different media
By using the law of (1), (Equation 1) becomes (Equation 5),
(Equation 6) is obtained.

【0024】[0024]

【数2】 sinθ1=x/R …(数2)[Equation 2] sin θ 1 = x / R (Equation 2)

【0025】[0025]

【数3】 sinθ1/sinθ2=n2/n1 …(数3)Equation 3 sin θ 1 / sin θ 2 = n 2 / n 1 (Equation 3)

【0026】[0026]

【数4】 sinθ2/sinθ3=r/R …(数4)Equation 4 sin θ 2 / sin θ 3 = r / R (Equation 4)

【0027】[0027]

【数5】 sinθ3/sinθ4=n3/n2 …(数5)Sin θ 3 / sin θ 4 = n 3 / n 2 (Equation 5)

【0028】[0028]

【数6】 Δθ=2{sin-1(x/R)−sin-1(xn1/(Rn2)) +sin-1(xn1/(rn2))−sin-1(xn1/(rn3))} …(数6) (数6)で与えられるΔθの大きさが十分に小さけれ
ば、レーザ光強度の減衰をより少なくして、図1から図
3に示す構成により、複数のキャピラリーに対して、よ
り効率の良い同時レーザ照射を実現し、各キャピラリー
を泳動する試料成分を実質的に同時に励起することがで
きる。
Δθ = 2 {sin −1 (x / R) −sin −1 (xn 1 / (Rn 2 )) + sin −1 (xn 1 / (rn 2 )) − sin −1 (xn 1 / ( rn 3 ))} (Equation 6) If the magnitude of Δθ given by (Equation 6) is sufficiently small, the attenuation of the laser beam intensity is further reduced, and a plurality of laser beams are reduced by the configuration shown in FIGS. 1 to 3. It is possible to realize more efficient simultaneous laser irradiation on the capillaries, and to excite the sample components that migrate in each capillary substantially simultaneously.

【0029】通常、キャピラリーへのレーザ照射は、レ
ーザをキャピラリーの内径程度に絞って行なう。通常の
場合、レーザ強度は、レーザビームの中心軸を対称軸と
したガウス分布になっている。即ち、レーザビームの中
心軸がキャピラリーの中心軸に入射した場合、複数のキ
ャピラリーの中心軸が配列する配列軸から垂直な方向
に、キャピラリーの内半径のほぼ半分の距離の位置で、
レーザ強度はほぼ、上記ガウス分布の半価幅を与える強
度となる。そこで、簡単のためキャピラリーの配列軸1
9より内半径rの1/2の距離だけ離れた位置に入射し
たレーザビーム(即ち、x=r/2)のみに着目すると
(数6)は、
Normally, laser irradiation to the capillary is performed by narrowing the laser to about the inner diameter of the capillary. Normally, the laser intensity has a Gaussian distribution with the center axis of the laser beam as the axis of symmetry. That is, when the central axis of the laser beam is incident on the central axis of the capillary, in a direction perpendicular to the array axis where the central axes of the capillaries are arranged, at a position at a distance of approximately half the inner radius of the capillary,
The laser intensity is approximately an intensity that gives the half width of the Gaussian distribution. Therefore, for simplicity, the capillary arrangement axis 1
Focusing on only the laser beam (that is, x = r / 2) that is incident on a position separated by a distance of 1/2 of the inner radius r from 9 (Equation 6),

【0030】[0030]

【数7】 │Δθ│=(360/π)│sin-1{x/(2R)} −sin-1{rn1/(2Rn2)}+sin-1{n1/(2n2)} −sin-1{n1/(2n3)}│ …(数7) と表わせる。| Δθ | = (360 / π) | sin −1 {x / (2R)} −sin −1 {rn 1 / (2Rn 2 )} + sin −1 {n 1 / (2n 2 )} − sin -1 {n 1 / (2n 3 )} │ (Expression 7)

【0031】複数のキャピラリーの中を泳動する試料を
同時に励起するために、レーザビームが空間的にどの程
度広がるかを考える。はじめにレーザビームが入射する
1本目のキャピラリーから、N本先のキャピラリーの位
置で、キャピラリーの中心軸が配列する配列軸の方向と
垂直な方向への、レーザビームの変位は、近似的に、│
NRΔθ│により、与えられる。N本目のキャピラリー
でのレーザ強度が、1本目のキャピラリーでのレーザ強
度の(1/10)以上であることが、N本目のキャピラ
リーの中を泳動する試料を同時に励起するための、同時
励起条件であるとすると、この条件は上記の変位が、r
/2の{√(10)−1}倍以下であればよいと言い換
えることができる。即ち、(数8)が成立し、
To simultaneously excite a sample migrating in a plurality of capillaries, consider how spatially the laser beam spreads. First, from the first capillary into which the laser beam is incident, the displacement of the laser beam in the direction perpendicular to the direction of the arrangement axis where the central axes of the capillaries are arranged at the position of the N-th capillary is approximately │
NRΔθ |. Simultaneous excitation conditions for simultaneously exciting the sample migrating in the N-th capillary that the laser intensity in the N-th capillary is not less than (1/10) of the laser intensity in the first capillary. If the above condition is satisfied, the above displacement becomes r
{(10) -1} times or less of / 2. That is, (Equation 8) holds,

【0032】[0032]

【数8】 │NRΔθ│≦{√(10)−1}r/2 …(数8) (数8)が、N本のキャピラリーの上記同時励起条件と
なる。
| NRΔθ | ≦ {(10) -1} r / 2 (Equation 8) The (Equation 8) is the condition for simultaneous excitation of the N capillaries.

【0033】ここで、同時に励起すべきキャピラリーの
本数を5本以上(N≧5)とする。キャピラリーの外形
と内径の比R/rは、通常R/r≧2であることを考え
ると、(数8)は│Δθ│≦6.2°となり、(数7)
から上記同時励起条件は(数9)と表わすことができ
る。
Here, it is assumed that the number of capillaries to be excited simultaneously is 5 or more (N ≧ 5). Considering that the ratio R / r between the outer shape and the inner diameter of the capillary is usually R / r ≧ 2, (Equation 8) becomes | Δθ | ≦ 6.2 °, and (Equation 7)
Therefore, the above simultaneous excitation condition can be expressed as (Equation 9).

【0034】[0034]

【数9】 (360/π)│sin-1{r/(2R)}−sin-1{rn1/(2Rn2)} } +sin-1{n1/(2n2)}}−sin-1{n1/(2n3)}│≦6.2 ° …(数9) N本目のキャピラリーでのレザー強度が、1本目のキャ
ピラリーでのレザー強度の(1/2)以上であること
が、N本目のキャピラリーでの上記同時励起条件である
とすると、この条件は、(数8)と同様にして、(数1
0)となる。
Equation 9] (360 / π) │sin -1 { r / (2R)} - sin -1 {rn 1 / (2Rn 2)}} + sin -1 {n 1 / (2n 2)}} - sin - 1 {n 1 / (2n 3 )} | ≦ 6.2 ° (Equation 9) The leather strength in the N-th capillary is (1/2) or more of the leather strength in the first capillary. , And the simultaneous excitation conditions in the N-th capillary, this condition is obtained by the same manner as in (Equation 8).
0).

【0035】[0035]

【数10】 │NRΔθ│≦{√(2)−1}r/2 …(数10) N≧5、及びR/r≧2を考慮して、│Δθ│≦1.2
°となり(数7)から、上記同時励起条件は(数11)
と表わすことができる。
| NRΔθ | ≦ {(2) -1} r / 2 (Equation 10) Considering N ≧ 5 and R / r ≧ 2, | Δθ | ≦ 1.2
From (Equation 7), the simultaneous excitation condition is (Equation 11)
Can be expressed as

【0036】[0036]

【数11】 (360/π)│sin-1{r/(2R)}−sin-1{rn1/(2Rn2)} } +sin-1{n1/(2n2)}}−sin-1{n1/(2n3)}│≦1.2 ° …(数11) 図5は、|Δθ|の変化を(数7)を用いて計算した結
果であり、キャピラリーの外半径R=0.1mm、内半
径r=0.05mm、キャピラリーの材料を石英(n2
=1.46)と仮定し、キャピラリーの外部の媒質を空
気(n1=1.00)、水(n1=1.33)、及び石英
(n1=1.46)と仮定した場合の、キャピラリーの
外部の媒質の屈折率(n3)の変化に対する|Δθ|の
変化を、キャピラリーの外部の各媒質に関して示してい
る。アクリルアミドゲルの屈折率は1.37程度である
と見積もられる。
Equation 11] (360 / π) │sin -1 { r / (2R)} - sin -1 {rn 1 / (2Rn 2)}} + sin -1 {n 1 / (2n 2)}} - sin - 1 {n 1 / (2n 3 )} | ≦ 1.2 ° (Equation 11) FIG. 5 shows the result of calculating the change of | Δθ | using (Equation 7), and the outer radius R of the capillary is 0.1 mm, inner radius r = 0.05 mm, and the material of the capillary is quartz (n 2
= 1.46) and the medium outside the capillary is assumed to be air (n 1 = 1.00), water (n 1 = 1.33), and quartz (n 1 = 1.46). The change of | Δθ | with respect to the change of the refractive index (n 3 ) of the medium outside the capillary is shown for each medium outside the capillary. The refractive index of acrylamide gel is estimated to be about 1.37.

【0037】(第1の実施形態)の場合、n1=1.0
0(空気)、n3=1.37(アクリルアミドゲル)で
あるから、(数7)から|Δθ|=6.48°と計算さ
る。図5の結果から、キャピラリー外部の媒質を水で満
たせば(n1=1.33)、|Δθ|=1.26°とな
り、キャピラリーに入射する前のレーザビームと、キャ
ピラリーを透過後のレーザビームとがなす屈折角Δθが
小さくなり、より多くのキャピラリーの中を泳動する試
料成分からの蛍光を同時計測できる。キャピラリー外部
の媒質をキャピラリーと同じ材料、即ち石英ガラス(n
1=1.46)で満たした場合を想定すると、|Δθ|
=4.40°となるので、キャピラリー外部の媒質を水
とするほうがより有利である。
In the case of the first embodiment, n 1 = 1.0
Since 0 (air) and n 3 = 1.37 (acrylamide gel), it is calculated from Expression 7 as | Δθ | = 6.48 °. From the results in FIG. 5, when the medium outside the capillary is filled with water (n 1 = 1.33), | Δθ | = 1.26 °, and the laser beam before entering the capillary and the laser beam after passing through the capillary are obtained. The refraction angle Δθ formed by the beam is reduced, and the fluorescence from the sample components migrating in more capillaries can be measured simultaneously. The medium outside the capillary is made of the same material as the capillary, that is, quartz glass (n
1 = 1.46), | Δθ |
= 4.40 °, it is more advantageous to use water as the medium outside the capillary.

【0038】(数7)による解析から、屈折率が空気と
水の間の値をもつ媒質、具体的にはn1=1.28なる
媒質でキャピラリー外部を満たすことができれば、最も
|Δθ|を小さくすることができるが、実際にはそのよ
うな媒質は通常存在し得ないので、上記の条件では、キ
ャピラリー外部を水で満たすのが最も良い。ここで更に
|Δθ|を小さくするためには、図5から、アクリルア
ミドゲルの屈折率をn3=1.37からn3=1.40に
上昇させてやれば良いことがわかる。(数7)でn3
1.40とすれば|Δθ|=0.10°となり、かなり
屈折が小さくなる。アクリルアミドゲルの屈折率を上昇
させる方法としては、例えばホルムアミド(屈折率1.
45)を適当濃度混入させてやれば良い。ホルムアミド
はウレア同様変成剤であり、10%程度の混入は電気泳
動の分解能を上昇させる効果があり、20%以上の混入
は泳動速度を低下させてしまう欠点がある(Elect
rophoresis、13、484−486(199
2))。もっともアクリルアミドゲルの屈折率を1.3
7から1.40に上昇させるには、10%程度のホルム
アミドの混入で十分である。
According to the analysis by (Equation 7), if it is possible to fill the outside of the capillary with a medium having a refractive index between air and water, specifically, a medium having n 1 = 1.28, | Δθ | Can be reduced, but in practice such a medium cannot usually be present, so under the above conditions it is best to fill the outside of the capillary with water. Here further | [Delta] [theta] | for the reduced from 5, it is understood that it do it by increasing the refractive index of the acrylamide gel to n 3 = 1.40 from n 3 = 1.37. In Equation 7, n 3 =
If it is 1.40, | Δθ | = 0.10 °, and the refraction is considerably reduced. As a method for increasing the refractive index of acrylamide gel, for example, formamide (refractive index 1.
45) may be mixed at an appropriate concentration. Formamide is a denaturing agent like urea, and the contamination of about 10% has the effect of increasing the resolution of electrophoresis, and the contamination of 20% or more decreases the electrophoresis speed (Elect).
rophoresis, 13, 484-486 (199)
2)). However, the refractive index of acrylamide gel is 1.3.
In order to increase from 7 to 1.40, the incorporation of about 10% formamide is sufficient.

【0039】図6は、図5の結果を得る際に仮定した条
件のうち、キャピラリーの外半径をR=0.1mmから
R=0.25mmに変更した場合の、キャピラリーの外
部の媒質の屈折率(n3)の変化に対する|Δθ|の変
化を(数7)を用いて計算し、キャピラリーの外部の各
媒質に関して示している。図6と図5とを比較すると、
キャピラリーの内半径rはそのままにして外半径Rを
2.5倍に増大することで、n1=1.00、n1=1.
33の場合の曲線が、右側にシフトしているのがわか
る。その結果、アクリルアミドゲルの屈折率n3=1.
37に対して、キャピラリー外部を空気(n1=1.0
0)で満たしたとき、|Δθ|=0.87°と屈折が小
さくなり、より多数のキャピラリーの中を泳動する試料
成分からの蛍光を同時計測するに適当な条件であると判
断できる。
FIG. 6 shows the refraction of the medium outside the capillary when the outer radius of the capillary is changed from R = 0.1 mm to R = 0.25 mm among the conditions assumed when obtaining the results of FIG. The change in | Δθ | with respect to the change in the rate (n 3 ) is calculated using (Equation 7) and is shown for each medium outside the capillary. 6 and FIG. 5,
By increasing the outer radius R by 2.5 times while keeping the inner radius r of the capillary unchanged, n 1 = 1.00 and n 1 = 1.
It can be seen that the curve for 33 is shifted to the right. As a result, the refractive index of acrylamide gel n 3 = 1.
37, air outside the capillary (n 1 = 1.0
0), the refraction becomes as small as | Δθ | = 0.87 °, and it can be determined that the condition is suitable for simultaneously measuring the fluorescence from the sample components migrating in a larger number of capillaries.

【0040】図7は、キャピラリーの材料が屈折率n2
=1.46で、キャピラリー内部の媒質が屈折率n3
1.37からなるアクリルアミドゲルであるとき、キャ
ピラリー外部の媒質を、空気(屈折率n1=1.0
0)、仮想媒質(屈折率n1=1.28)、水(屈折率
1=1.33)とした場合に、キャピラリーの外径2
Rと内径2rの比R/rに対する│Δθ│の変化を、
(数7)を使用して計算した結果を示す。キャピラリー
外部の媒質が空気(屈折率n1=1.00)であると
き、R/rが約6.6のとき、│Δθ│は最小となり、
R/rの低下とともに│Δθ│は増大する。図5、図6
に示す結果と同様に、R/r=5では│Δθ│=0.8
7°、R/r=2では│Δθ│=6.48°となり、R
/r=5の場合の方が、より多くのキャピラリーを同時
に照射するに適した条件である。
FIG. 7 shows that the material of the capillary has a refractive index n 2
= 1.46 and the medium inside the capillary has a refractive index n 3 =
When the acrylamide gel is made of 1.37, the medium outside the capillary is air (refractive index n 1 = 1.0).
0), a virtual medium (refractive index n 1 = 1.28), and water (refractive index n 1 = 1.33), the outer diameter of the capillary 2
The change of | Δθ | with respect to the ratio R / r of R and the inner diameter 2r is
The result calculated using (Equation 7) is shown. When the medium outside the capillary is air (refractive index n 1 = 1.00), when R / r is about 6.6, | Δθ |
| Δθ | increases as R / r decreases. 5 and 6
As in the results shown in FIG. 5, when R / r = 5, | Δθ |
At 7 ° and R / r = 2, | Δθ | = 6.48 °, and R
The condition of / r = 5 is a more suitable condition for simultaneously irradiating more capillaries.

【0041】キャピラリー外部の媒質が水(屈折率n1
=1.33)であるとき、R/rが約1.4のとき、│
Δθ│は最小となり、R/rの増加とともに│Δθ│は
増大する。通常利用できるキャピラリーでは、2≦R/
r≦8であり、R/r=1.4を有するキャピラリーは
実際には使用できない。図5、図6に示す結果と同様
に、R/r=2では│Δθ│=1.26°、R/r=5
では│Δθ│=2.86°となり、R/r=2の場合の
方が、より多くのキャピラリーを同時に照射するに適し
た条件である。キャピラリー外部の媒質が仮想媒質(屈
折率n1=1.28)であるとき、R/r=2のとき、
│Δθ│は最小となるが、屈折率n1=1.28を有す
る媒質は、通常存在し得ないので、実際にはこのような
仮想媒質を使用ことはできない。
The medium outside the capillary is water (refractive index n 1).
= 1.33), and when R / r is about 1.4, |
Δθ | becomes minimum, and | Δθ | increases as R / r increases. In a normally available capillary, 2 ≦ R /
Capillaries with r ≦ 8 and R / r = 1.4 cannot be used in practice. As in the results shown in FIGS. 5 and 6, when R / r = 2, | Δθ | = 1.26 ° and R / r = 5
| Δθ | = 2.86 °, and the case of R / r = 2 is a more suitable condition for simultaneously irradiating more capillaries. When the medium outside the capillary is a virtual medium (refractive index n 1 = 1.28), when R / r = 2,
Although | Δθ | is minimal, a medium with a refractive index n 1 = 1.28 cannot normally be present, so that such a virtual medium cannot be used in practice.

【0042】図8は、図5の結果を得る際に仮定した条
件のうち、キャピラリーの外半径をR=0.1mmから
R=0.15mmに、キャピラリーの材料の屈折率をn
2=1.46からn2=1.60に変更した場合の、キャ
ピラリーの外部の媒質の屈折率(n3)の変化に対する
|Δθ|の変化を(数7)を用いて計算し、キャピラリ
ーの外部の各媒質に関して示している。屈折率=1.6
0をもつ材料には、(株)オハラより発売されているP
HM53(ガラス品番)がある。図8の結果は図6の場
合と同様、アクリルアミドゲルの屈折率n3=1.37
に対して、キャピラリー外部を空気(n1=1.00)
で満たしたとき、|Δθ|=0.84°と屈折が小さく
なり、より多数のキャピラリーの中を泳動する試料成分
からの蛍光を同時計測するに適当な条件であると判断で
きる。
FIG. 8 shows that, among the conditions assumed when obtaining the results of FIG. 5, the outer radius of the capillary is changed from R = 0.1 mm to R = 0.15 mm, and the refractive index of the material of the capillary is set to n.
The change of | Δθ | with respect to the change of the refractive index (n 3 ) of the medium outside the capillary, when changing from 2 = 1.46 to n 2 = 1.60, is calculated using (Equation 7), and the capillary is calculated. Are shown for each of the media outside. Refractive index = 1.6
Materials with 0 include P, which is sold by Ohara Co., Ltd.
There is HM53 (glass part number). The result of FIG. 8 is the same as that of FIG. 6, and the refractive index n 3 of the acrylamide gel = 1.37.
Air outside the capillary (n 1 = 1.00)
Is satisfied, the refraction becomes as small as | Δθ | = 0.84 °, and it can be determined that the condition is suitable for simultaneously measuring the fluorescence from the sample components migrating in a larger number of capillaries.

【0043】本実施形態では、5本のキャピラリーゲル
電気泳動によるDNA塩基配列決定を実施した。使用し
た装置は図2に示す装置の基本構成のうち、ガラス平面
板3の代わりに、蛍光計測用セル25を使用する(図
9)。キャピラリーゲルは、長さ50cm、外径0.2
mm(外半径、R=0.1mm)、内径0.1mm(内
半径、r=0.05mm)の溶融石英管(n2=1.4
6)に、変性剤として7Mのウレアを含んだ4%T(T
otal monomer concentratio
n)、5%C(Crosslinking mater
ial concentration)の濃度のアクリ
ルアミドを注入した後、ゲル化させて調製した(n3
1.37)。上記のR、r、n1、n2、n3の値を(数
7)に代入すると、|Δθ|=1.26°となる。本実
施形態ではキャピラリーゲルによる屈折が十分小さく、
5本以上のキャピラリー中を泳動する試料成分から発す
る蛍光の同時計測に適した条件となっている。試料注入
側のキャピラリー末端から30cmの位置で、長さ10
mmにわたり、各キャピラリーのポリイミド被覆を除去
してレーザ照射部とした。図9のように、このキャピラ
リーゲル5本を、0.2mmピッチに揃えて配列し、水
(n1=1.33)を満たした蛍光計測セル25内に固
定した。但し、図9はキャピラリーゲルの蛍光計測セル
25が配置される近傍のみを示した。
In this embodiment, the DNA base sequence was determined by electrophoresis of five capillary gels. The used apparatus uses a fluorescence measurement cell 25 instead of the glass flat plate 3 in the basic configuration of the apparatus shown in FIG. 2 (FIG. 9). Capillary gel has a length of 50 cm and an outer diameter of 0.2
mm (outer radius, R = 0.1 mm), inner diameter 0.1 mm (inner radius, r = 0.05 mm) fused silica tube (n 2 = 1.4)
6), 4% T containing 7M urea as a denaturant (T
total monomer concentratio
n), 5% C (Crosslinking material)
acrylamide at a concentration of ial concentration was injected and then gelled (n 3 =
1.37). Substituting the values of R, r, n 1 , n 2 , and n 3 into (Equation 7) gives | Δθ | = 1.26 °. In this embodiment, the refraction by the capillary gel is sufficiently small,
The conditions are suitable for simultaneous measurement of fluorescence emitted from sample components that migrate in five or more capillaries. At a position 30 cm from the capillary end on the sample injection side, a length of 10
In mm, the polyimide coating of each capillary was removed to obtain a laser irradiated portion. As shown in FIG. 9, the five capillary gels were arranged at a pitch of 0.2 mm and fixed in a fluorescence measurement cell 25 filled with water (n 1 = 1.33). However, FIG. 9 shows only the vicinity where the fluorescence measurement cell 25 of the capillary gel is arranged.

【0044】図10は、蛍光計測セル25の部分のキャ
ピラリー軸に垂直な断面図を示す。この断面図におい
て、少なくとも、レーザビームが入射、出射する側の面
(全面、又は入射、出射する部分のみでも良い)、及び
キャピラリー中を泳動する試料成分から発する蛍光を検
出する側の面(全面、又は各キャピラリー中から蛍光を
検出する複数の部分のみでも良い)は透明な材料から構
成される。蛍光計測セル25内には、各キャピラリーの
軸が平行に配置され、各キャピラリーの軸がほぼ同一面
となるように固定され、各キャピラリーの外部は水(n
1=1.33)で満たされている。(第1の実施形態)
で使用したと同様の2種のレーザを同軸にした後、ビー
ム径0.1mmに絞り、蛍光計測セル25の透明壁を介
して、各キャピラリーゲルの軸が配列する平面の側方よ
り入射させた。(第1の実施形態)では、蛍光の計測
は、キャピラリーゲルが配列する平面に対して垂直方向
からガラス平面板3を通して行なうのに対して、本実施
形態では、蛍光計測セル25の透明な材料から構成され
る部分から蛍光の計測を行なう。この点を除けば、蛍光
の計測のための構成、条件、蛍光の計測の方法は、(第
1の実施形態)と全く同一である。さらに、使用した5
種のDNA試料、標識蛍光体、泳動開始点への試料の添
加を含む電気泳動条件等も、(第1の実施形態)と全く
同一である。このようにして、電気泳動を約3時間行な
い、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。
FIG. 10 is a sectional view of a portion of the fluorescence measurement cell 25 perpendicular to the capillary axis. In this cross-sectional view, at least the surface on the side where the laser beam enters and exits (or the entire surface or only the portion where the laser beam enters and exits) and the surface on the side where the fluorescence emitted from the sample component migrating in the capillary is detected (the entire surface) Or only a plurality of portions for detecting fluorescence from each capillary) may be made of a transparent material. In the fluorescence measurement cell 25, the axes of the capillaries are arranged in parallel, fixed so that the axes of the capillaries are substantially in the same plane, and the outside of each capillary is water (n).
1 = 1.33). (1st Embodiment)
After the same two kinds of lasers used in the above were made coaxial, the beam diameter was reduced to 0.1 mm, and the light was made to enter through the transparent wall of the fluorescence measurement cell 25 from the side of the plane where the axes of the capillary gels were arranged. Was. In the first embodiment, the measurement of the fluorescence is performed through the glass plate 3 from a direction perpendicular to the plane on which the capillary gel is arranged. In the present embodiment, the transparent material of the fluorescence measurement cell 25 is used. Fluorescence is measured from the portion consisting of Except for this point, the configuration, conditions, and method of measuring fluorescence are exactly the same as those of the first embodiment. In addition, used 5
The species DNA sample, the labeled fluorophore, the electrophoresis conditions including the addition of the sample to the electrophoresis start point, and the like are exactly the same as those in the first embodiment. In this way, the electrophoresis is performed 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 is analyzed by a computer, and the DNA base sequences of the five kinds of samples are analyzed. Were determined.

【0045】図11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を示す。図11は、泳動時間3
0分から60分の範囲の電気泳動パターンを示し、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(分析した試料は5種ともに標準試料のM13
mp18である)。図11の右欄に示す数字はキャピラ
リー番号を示し、番号1、2、3、4、5のキャピラリ
ー順にレーザビームが入射する。即ち、最上段のキャピ
ラリー1に、最初にレーザビームが入射し、次に次段の
キャピラリー2に、キャピラリー1を通過したレーザビ
ームが入射し、最後に、キャピラリー5に、キャピラリ
ー1から4を通過したレーザビームが入射する。図11
は、レーザビームが最初に入射するキャピラリー1から
遠ざかるキャピラリーの順に、電気泳動パターンを示し
ている。ピーク強度は、キャピラリー1から遠ざかるに
従い減少しているが、これはキャピラリーによるレーザ
の屈折が完全にゼロではないために生じている。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9
1に相当する位置で、S/N=734である)で泳動ピ
ーク検出が可能である。なお、キャピラリー1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. 11 shows, among the DNA sequence results obtained in the present embodiment, A labeled with TexasRed.
3 shows the electrophoresis pattern of the components. FIG. 11 shows migration time 3
It shows the electrophoresis pattern in the range of 0 to 60 minutes, and shows the pattern of the A component from the primer to about 130 bases in length (the analyzed samples were M13 of the standard sample for all five species).
mp18). The numbers shown in the right column of FIG. 11 indicate the capillary numbers, and the laser beams are incident in the order of the capillary numbers 1, 2, 3, 4, and 5. That is, the laser beam first enters the uppermost capillary 1, then the laser beam passing through the capillary 1 enters the next capillary 2, and finally passes through the capillaries 5 through the capillaries 1 to 4. Laser beam is incident. FIG.
Shows the electrophoresis pattern in the order of the capillaries moving away from the capillary 1 on which the laser beam first enters. The peak intensity decreases with increasing distance from the capillary 1, which is caused by the fact that the refraction of the laser by the capillary is not completely zero. The peak intensity of the capillary 5 is 1/3 or less of that of the capillary 1, but the S / N (base length 9
At the position corresponding to 1, S / N = 734), it is possible to detect the migration peak. The S / N at the peak of the capillary 1 was S / N at a position corresponding to a base length of 91.
N = 3300.

【0046】他の蛍光体で標識された試料成分の電気泳
動パターンも同様に得られており、5本のキャピラリー
ゲルを使用する電気泳動により、断片を高感度に検出し
てDNA塩基配列決定を実現できた。なお、図11で
は、縦軸はそれぞれ、キャピラリー1の所定の塩基長の
ピークを1として規格化した相対蛍光強度を表してお
り、各キャピラリーから得る泳動パターンが、厳密に相
似形を示していない理由は、各キャピラリーの長さが厳
密に同一でないこと、各キャピラリーに充填されるゲル
の濃度が厳密に同一でないことによる(後で説明する図
13、図14においても同様である)。
Electrophoresis patterns of sample components labeled with other fluorophores were obtained in the same manner, and fragments were detected with high sensitivity by electrophoresis using five capillary gels to determine the DNA base sequence. It was realized. In FIG. 11, the vertical axis represents the relative fluorescence intensity normalized with the peak of a predetermined base length of the capillary 1 as 1, and the migration pattern obtained from each capillary does not show a strictly similar shape. The reason is that the lengths of the capillaries are not exactly the same, and the concentrations of the gels filled in the capillaries are not exactly the same (the same applies to FIGS. 13 and 14 described later).

【0047】(第3の実施形態)本実施形態は、(第2
の実施形態)において、キャピラリーの本数を10本に
増やし、キャピラリーゲルを変性剤として7Mのウレア
を含んだ4%T(Total monomer con
centration)、5%C(Crosslink
ing material concentratio
n)の濃度のアクリルアミドに10%のホルムアミドを
添加して重合させて調製した実施形態である。キャピラ
リーゲルの組成を(第2の実施形態)と異ならせた結
果、アクリルアミドゲルの屈折率はn3=1.40まで
上昇した。これら以外の実験条件は(第2の実施形態)
と全く同一とした。(数7)から、|Δθ|=0.10
°と計算され、以下に説明する(第4の実施形態)と同
様に、キャピラリーによる屈折がより小さくなり、泳動
する試料成分から発する蛍光を高感度に計測でき、10
種の試料を10本のキャピラリーゲルを使用する電気泳
動により、DNA塩基配列決定を実現できた。
(Third Embodiment) In this embodiment, the second embodiment
In the embodiment), the number of capillaries is increased to ten, and 4% T (Total monomer copolymer) containing 7 M urea using a capillary gel as a denaturant is used.
centration), 5% C (Crosslink)
ing material concentratio
This is an embodiment prepared by adding 10% formamide to acrylamide having a concentration of n) and polymerizing it. As a result of changing the composition of the capillary gel from that of the second embodiment, the refractive index of the acrylamide gel increased to n 3 = 1.40. Experimental conditions other than these are (second embodiment)
And exactly the same. From equation (7), | Δθ | = 0.10
°, and as described below (the fourth embodiment), the refraction by the capillary becomes smaller, and the fluorescence emitted from the sample component to be migrated can be measured with high sensitivity.
DNA sequencing of the seed samples was achieved by electrophoresis using 10 capillary gels.

【0048】(第4の実施形態)本実施形態は、空気中
にキャピラリーを配置した実施形態である。図12は、
空気9中に配置される、ゲル8が充填される10本のキ
ャピラリー1に、レーザビーム2を照射して蛍光を計測
する部分のキャピラリー軸に垂直な断面図を示す。使用
するキャピラリーは、外径を0.5mm(外半径、R=
0.25mm)、内径を0.1mm(内半径、r=0.
05mm)とする溶融石英管(n2=1.46)とし、
10本のキャピラリー1の配列は、図12のようにガラ
ス平面板3上に0.5mmピッチで、図3と同様にし
て、各キャピラリー軸を平行に配置し各キャピラリー軸
がほぼ同一面を成すように固定した。本実施形態では、
蛍光計測セルは使用せず、キャピラリー外部の媒質は空
気(n1=1.00)とした。これら以外の実験条件は
(第2の実施形態)と全く同一とした。(数7)から、
|Δθ|=0.87°と計算され、キャピラリーによる
屈折が十分小さくなるので、この実験条件は、各キャピ
ラリーに照射されるレーザ光強度を大きく減衰させるこ
となしに、10本以上のキャピラリー中を泳動する試料
成分から発する蛍光を、同時に励起できる条件である。
図12に示すように、蛍光の検出は、ガラス平面板3の
側、あるいはガラス平面板3の反対側から行なう。
(Fourth Embodiment) This embodiment is an embodiment in which a capillary is arranged in the air. FIG.
A cross-sectional view perpendicular to the capillary axis of a portion for measuring fluorescence by irradiating a laser beam 2 to ten capillaries 1 filled with a gel 8 arranged in air 9 is shown. The capillary used has an outer diameter of 0.5 mm (outer radius, R =
0.25 mm), inner diameter 0.1 mm (inner radius, r = 0.
05 mm) and a fused quartz tube (n 2 = 1.46)
As shown in FIG. 12, the arrangement of the ten capillaries 1 is arranged at 0.5 mm pitch on the glass flat plate 3 in the same manner as in FIG. 3, and the respective capillary axes are arranged in parallel, and the respective capillary axes form substantially the same plane. So fixed. In the present embodiment,
The fluorescence measurement cell was not used, and the medium outside the capillary was air (n 1 = 1.00). The other experimental conditions were exactly the same as those of the second embodiment. From (Equation 7),
Is calculated as | Δθ | = 0.87 °, and the refraction by the capillary becomes sufficiently small. Therefore, this experimental condition is that the laser light intensity applied to each capillary is not greatly attenuated, and that the light intensity in 10 or more capillaries can be measured. This is a condition under which the fluorescence emitted from the sample components to be migrated can be simultaneously excited.
As shown in FIG. 12, the detection of the fluorescence is performed from the side of the glass flat plate 3 or the opposite side of the glass flat plate 3.

【0049】図13、図14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る。これは泳動時
間30分から60分の電気泳動パターンであり、プライ
マーから約120塩基長までのA成分のパターンを示し
ている(分析した試料は10種ともに標準試料のM13
mp18である)。図13、図14の右欄の数字は、図
11と同様にキャピラリー番号を示し、レーザビーム
は、各キャピラリーを、キャピラリー1、キャピラリー
2、…、キャピラリー10の順に照射する。縦軸の相対
蛍光強度の意味は図11と同じである。レーザビーム
は、最初にキャピラリー1に照射され、次いでキャピラ
リー1を通過したレーザビームがキャピラリー2に照射
され、…、キャピラリー1からキャピラリー9を通過し
たレーザビームがキャピラリー10に照射される。図1
3、図14は、レーザビームが最初に照射されるキャピ
ラリー1から遠ざかるキャピラリー2、3、…、10か
ら得られる電気泳動パターンを示しており、10本のキ
ャピラリーとも十分なS/N(塩基長91を与えるピー
クにおいてS/Nは、キャピラリー1で237、キャピ
ラリー4で237、キャピラリー7で110、キャピラ
リー10で142でありる(キャピラリー10でのS/
Nがキャピラリー7でのS/Nより大きいのは、測定の
ばらつきと考えられる))で蛍光を計測できた。他の蛍
光体で標識された試料成分の電気泳動パターンも図1
3、図14同様に得られており、10本のキャピラリー
ゲルを使用する電気泳動により、泳動する試料成分から
発する蛍光を高感度に計測でき、DNA塩基配列決定を
実現できた。
FIGS. 13 and 14 show the D obtained in this embodiment.
It is an electrophoresis pattern of the A component labeled with Texas Red in the NA sequence results. This is an electrophoresis pattern having a migration time of 30 minutes to 60 minutes, and shows a pattern of the A component from the primer to about 120 bases in length.
mp18). The numbers in the right columns of FIGS. 13 and 14 indicate the capillary numbers as in FIG. 11, and the laser beam irradiates each capillary in the order of capillary 1, capillary 2,..., Capillary 10. The meaning of the relative fluorescence intensity on the vertical axis is the same as in FIG. The laser beam is first applied to the capillary 1, then the laser beam passing through the capillary 1 is applied to the capillary 2,..., The laser beam passing from the capillary 1 to the capillary 9 is applied to the capillary 10. FIG.
3 and FIG. 14 show the electrophoresis patterns obtained from the capillaries 2, 3,..., 10 moving away from the capillary 1 which is first irradiated with the laser beam, and all of the ten capillaries have a sufficient S / N (base length). In the peak giving 91, the S / N is 237 for capillary 1, 237 for capillary 4, 110 for capillary 7, and 142 for capillary 10 (S / N for capillary 10).
The reason why N is larger than the S / N in the capillary 7 is considered to be measurement variation). The electrophoresis pattern of sample components labeled with other fluorescent substances is also shown in FIG.
3. Obtained in the same manner as in FIG. 14, the fluorescence generated from the sample components to be electrophoresed can be measured with high sensitivity by electrophoresis using ten capillary gels, and the DNA base sequence can be determined.

【0050】(第5の実施形態)本実施形態では(第4
の実施形態)において、使用するキャピラリーの外径を
0.3mm(外半径、R=0.15mm)、内径を0.
1mm(内半径、r=0.05mm)とし、キャピラリ
ーの材料の屈折率はn2=1.60である。具体的には
キャピラリーの材料として、(株)オハラより発売され
ているPHM53(n2=1.60)を用いた。これら
以外の実験条件は、(第4の実施形態)と全く同一とし
た。(数7)から、|Δθ|=0.84°と計算され、
(第4の実施形態)における|Δθ|=0.87°より
もキャピラリーによる屈折がより小さくなる。従って、
レーザビームにより10本のキャピラリー中を泳動する
試料成分を実質的に同時に励起でき、10種の試料を1
本のキャピラリーゲルを使用する電気泳動により、泳動
する試料成分から発する蛍光を高感度に計測でき、DN
A塩基配列決定を実現できた。
(Fifth Embodiment) In this embodiment, the (fourth embodiment)
In the embodiment), the capillary used has an outer diameter of 0.3 mm (outer radius, R = 0.15 mm) and an inner diameter of 0.3 mm.
1 mm (inner radius, r = 0.05 mm), and the refractive index of the material of the capillary is n 2 = 1.60. Specifically the material of the capillary, with a PHM53 being released from Ltd. Ohara (n 2 = 1.60). The other experimental conditions were exactly the same as in (Fourth Embodiment). From (Equation 7), it is calculated that | Δθ | = 0.84 °,
The refraction by the capillary is smaller than that of | Δθ | = 0.87 ° in the fourth embodiment. Therefore,
The sample components migrating in the ten capillaries can be excited substantially simultaneously by the laser beam, and ten kinds of samples can be excited by one.
Electrophoresis using a capillary gel can measure fluorescence emitted from sample components to be migrated with high sensitivity,
A base sequencing could be realized.

【0051】(第6の実施形態)本実施形態では、図1
5に示すように、使用するキャピラリーは2種のキャピ
ラリーから構成され、各キャピラリーは異なる径寸法を
有している。使用するキャピラリー10本はそれぞれ、
電気泳動分離部分では、外径0.2mm(外半径、R=
0.1mm)、内径0.1mm(内半径、r=0.05
mm)の寸法を有するキャピラリー(分離用キャピラリ
ー27)、レーザビーム2を照射して蛍光を計測する部
分では、外径0.5mm(外半径、R=0.25m
m)、内径0.1mm(内半径、r=0.05mm)の
寸法を有するキャピラリー(計測キャピラリー28)か
ら構成される。図15に示すように、分離用キャピラリ
ー27と計測用キャピラリー28とを接続させて、図
3、図12と同様にして、ガラス平面上に0.5mmピ
ッチで、計測キャピラリー28の軸を平行に保ち、各計
測キャピラリー28の軸が平面を成すように、ガラス平
面板上に配列固定した。この時、10組の対向する分離
用キャピラリーと計測用キャピラリーの中心軸がそれぞ
れ一致するようにした。両キャピラリーの材料はいずれ
も石英(n2=1.46)であり、接続面は、予め研磨
してフラットにした。
(Sixth Embodiment) In the present embodiment, FIG.
As shown in FIG. 5, the capillary used is composed of two types of capillaries, each having a different diameter. Each of the ten capillaries used is
In the electrophoresis separation part, the outer diameter is 0.2 mm (outer radius, R =
0.1 mm), inner diameter 0.1 mm (inner radius, r = 0.05)
mm), and a portion for measuring fluorescence by irradiating the laser beam 2 with a capillary having a dimension of 0.5 mm (outer radius, R = 0.25 m)
m) and a capillary (measurement capillary 28) having a diameter of 0.1 mm (inner radius, r = 0.05 mm). As shown in FIG. 15, the separation capillary 27 and the measurement capillary 28 are connected, and the axes of the measurement capillary 28 are parallel to each other at a 0.5 mm pitch on the glass plane in the same manner as in FIGS. The array was fixed on a glass flat plate such that the axis of each measurement capillary 28 was flat. At this time, the central axes of the ten sets of the separation capillaries and the measurement capillaries were made to coincide with each other. The material of both capillaries was quartz (n 2 = 1.46), and the connection surfaces were polished and flattened in advance.

【0052】両キャピラリーには、変性剤として7Mの
ウレアを含んだ4%T(Totalmonomer c
oncentration)、5%C(Crossli
nking material concentrat
ion)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
うに緩衝液に浸し、分離用キャピラリーを泳動し分離し
た試料成分が、そのまま対向する計測用キャピラリーを
泳動するようにした。
Both capillaries were provided with 4% T (Totalmonomer c) containing 7M urea as a denaturing agent.
concentration, 5% C (Crossli
nking material concentrat
acrylamide at a concentration of (ion) was injected and gelled. The connecting portion of the capillary was immersed in a buffer solution so as not to be electrically disconnected, and the sample component separated by migrating the capillary for separation was allowed to migrate to the opposing measurement capillary as it was.

【0053】分離用キャピラリーは長さ25cm、計測
用キャピラリーは長さ15cmとした。但し、図15に
は両キャピラリーの接続部分付近のみを記した。分離用
キャピラリーと計測用キャピラリーの接続位置から5c
mの位置で、長さ10mmにわたり計測用キャピラリー
のポリイミド被覆を予め除去して、この位置に図15に
示したように、レーザビーム2を照射した。この時、泳
動距離は(25+5)cm=30cmとなる。これら以
外の実験条件は(第4の実施形態)と全く同一とした。
即ち、本実施形態での装置構成条件は、レーザのキャピ
ラリーによる屈折は十分に小さくして、各キャピラリー
に照射されるレーザ光強度を大きく減衰させることなし
に、10本のキャピラリーを泳動する試料成分を実質的
に同時に励起できる条件であり、10種の試料を10本
のキャピラリーゲルを使用する電気泳動により、泳動す
る試料成分から発する蛍光を高感度に計測でき、DNA
塩基配列決定を実現できた。なお、図15に図示してい
ないが、蛍光の検出は、ガラス平面板の側、もしくはガ
ラス平面板の反対側より行なう。
The separation capillary was 25 cm long, and the measurement capillary was 15 cm long. However, FIG. 15 shows only the vicinity of the connection portion between both capillaries. 5c from the connection position between the separation capillary and the measurement capillary
At position m, the polyimide coating of the measurement capillary was removed in advance over a length of 10 mm, and this position was irradiated with a laser beam 2 as shown in FIG. At this time, the migration distance is (25 + 5) cm = 30 cm. The other experimental conditions were exactly the same as in the fourth embodiment.
That is, the apparatus configuration conditions in the present embodiment are such that the refraction of the laser by the capillary is sufficiently small, and the sample components for migrating the ten capillaries without greatly attenuating the intensity of the laser light applied to each capillary. Can be excited at substantially the same time, and the fluorescence emitted from the sample components to be electrophoresed can be measured with high sensitivity by electrophoresis of 10 kinds of samples using 10 capillary gels.
The sequencing was realized. Although not shown in FIG. 15, the detection of fluorescence is performed from the side of the flat glass plate or from the opposite side of the flat glass plate.

【0054】一般にキャピラリーの価格は、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。即ち、本実施形態で用い
た分離用キャピラリーと計測用キャピラリーの単位長さ
当たりの価格は、後者のほうが8倍も高い。本実施形態
では、分離用キャピラリーと計測用キャピラリーの脱着
が可能なので、1つの試料に関する計測終了後に分離用
キャピラリーのみを交換して、次の試料に関する計測を
でき、コストを低減できる。このことは本実施形態のも
う一つの効果である。
In general, the price of the capillary increases as the outer diameter increases and the inner diameter decreases, that is, as the wall thickness increases, the cost increases almost in proportion to the volume of the glass. That is, the price per unit length of the separation capillary and the measurement capillary used in the present embodiment is eight times higher than that of the latter. In the present embodiment, the separation capillary and the measurement capillary can be attached and detached. Therefore, only the separation capillary is replaced after the measurement on one sample is completed, and the measurement on the next sample can be performed, and the cost can be reduced. This is another effect of the present embodiment.

【0055】本実施形態で使用した、図15に示す各キ
ャピラリーが異なる径寸法をもつ2種のキャピラリーか
ら構成されるキャピラリーを、図10で説明した(第2
の実施形態)に適用しても、本実施形態とほぼ同様の結
果が得られることは言うまでもない。
The capillary used in this embodiment, which is shown in FIG. 15 and is composed of two types of capillaries having different diameters, has been described with reference to FIG.
It is needless to say that the same result as that of the present embodiment can be obtained by applying the present embodiment.

【0056】(第7の実施形態)以上(第1の実施形
態)から(第6の実施形態)では、平面状に配列された
キャピラリーゲルの成す平面に平行に、1方向から各キ
ャピラリー軸を通るようにレーザビームを照射する構成
について説明したが、(第1の実施形態)から(第6の
実施形態)において、図16に示すように、2方向から
各キャピラリー軸を通るようにレーザビームを照射する
構成としても良い。図16(a)の構成は、レーザビー
ム2(単一波長のレーザ光、又は複数のレーザ光源から
の複数波長のレーザ光を混合して同軸にしたレーザ光で
も良い)を、半透明鏡29、及び30−1、30−2、
30−3により、分岐させて2方向から各キャピラリー
軸を通るようにレーザビームを照射する構成である。図
16(b)の構成は、2つのレーザビーム2−1、2−
2を、対向する2方向から複数のキャピラリーに照射す
るする構成であり、レーザビーム2−1、2−2はそれ
ぞれ単一波長のレーザ光、又は複数のレーザ光源からの
複数波長のレーザ光を混合して同軸にしたレーザ光でも
良い。図16(a)、(b)の構成では、(第1の実施
形態)から(第6の実施形態)において、各キャピラリ
ーに照射されるレーザ光の強度の不均一を、改善してよ
り一様な強度のレーザ光を各キャピラリーに照射するこ
とができる。この結果、より多数の本数を使用するキャ
ピラリーアレイ電気泳動が可能となる。なお、図16
(a)の構成では、分岐させて2方向から各キャピラリ
ー軸を通るようにレーザビームを照射するため、レーザ
光照射強度が減少するので、高出力のレーザ光源の使用
が望ましい。更に、(第1の実施形態)から(第6の実
施形態)に、図16(b)の構成を適用する際に、レー
ザビーム2−1が含む単数、又複数のレーザ光の波長
と、レーザビーム2−2が含む単数、又複数のレーザ光
の波長とが、同一となるように構成されても、異なるよ
うに構成されてもいずれでも構わない。
(Seventh Embodiment) In the above (First Embodiment) to (Sixth Embodiment), each capillary axis is set in one direction parallel to the plane formed by the capillary gels arranged in a plane. The configuration for irradiating the laser beam so as to pass the laser beam has been described. However, in the first embodiment to the sixth embodiment, as shown in FIG. 16, the laser beam passes through each capillary axis from two directions as shown in FIG. May be applied. In the configuration of FIG. 16A, the laser beam 2 (which may be a single-wavelength laser beam or a laser beam obtained by mixing laser beams of a plurality of wavelengths from a plurality of laser light sources and made coaxial) may be converted into a semi-transparent mirror 29. , And 30-1, 30-2,
According to 30-3, a laser beam is irradiated so as to branch and pass through each capillary axis from two directions. FIG. 16B shows a configuration in which two laser beams 2-1 and 2-
2 is applied to a plurality of capillaries from two opposite directions, and each of the laser beams 2-1 and 2-2 emits a single-wavelength laser beam or a plurality of laser beams from a plurality of laser light sources. Laser light which is mixed and coaxial may be used. In the configurations of FIGS. 16A and 16B, in (First Embodiment) to (Sixth Embodiment), the non-uniformity of the intensity of the laser light applied to each capillary is improved to improve the efficiency. Each capillary can be irradiated with laser light having a similar intensity. As a result, capillary array electrophoresis using a larger number of tubes becomes possible. Note that FIG.
In the configuration (a), a laser beam is irradiated from two directions so as to pass through each capillary axis, so that the laser light irradiation intensity is reduced. Therefore, it is desirable to use a high-power laser light source. Further, when the configuration of FIG. 16B is applied from (first embodiment) to (sixth embodiment), the wavelengths of one or more laser beams included in the laser beam 2-1 are determined. The wavelength of one or more laser beams included in the laser beam 2-2 may be the same or different.

【0057】(第8の実施形態)以上(第1の実施形
態)から(第7の実施形態)では、全てアクリルアミド
ゲルを用いたが、もちろんこれ以外の分離用媒体を用い
ても良い。分離媒体として交換可能なものを用いて、キ
ャピラリーそのものは再利用しても良い。但し、それぞ
れ分離媒体の屈折率に応じて、例えば、(数7)に基づ
いて各媒質の屈折率、キャピラリーの径寸法の最適化を
行なうことが、複数のキャピラリー中を泳動する試料成
分から発する蛍光を高感度に効率的に同時計測する場合
に重要である。また(数7)から、|Δθ|はキャピラ
リーの外径2R、内径2rそれぞれ単独で決まるのでは
なく、|Δθ|は外径と内径の比R/rで決定される。
従って、以上に示した各実施形態について、異なる外径
2R、内径2rのキャピラリーを用いた場合でも、外径
と内径の比(R/r)が等しければ、ほぼ同様の効果を
得ることができる。
(Eighth Embodiment) In the above (First Embodiment) to (Seventh Embodiment), acrylamide gel is used in all cases, but other separation media may be used. Using a replaceable separation medium, the capillary itself may be reused. However, optimization of the refractive index of each medium and the diameter of the capillary based on, for example, (Equation 7) according to the refractive index of the separation medium originates from a sample component that migrates in a plurality of capillaries. This is important for efficient simultaneous measurement of fluorescence with high sensitivity. From equation (7), | Δθ | is not determined by the outer diameter 2R and the inner diameter 2r of the capillary alone, but | Δθ | is determined by the ratio R / r between the outer diameter and the inner diameter.
Therefore, in each of the embodiments described above, even when capillaries having different outer diameters 2R and inner diameters 2r are used, substantially the same effect can be obtained as long as the ratio of the outer diameter to the inner diameter (R / r) is equal. .

【0058】(第9の実施形態)以上(第1の実施形
態)から(第8の実施形態)では、複数のキャピラリー
ゲルを使用したが、単一のキャピラリーゲルを使用して
も良いことは言うまでもない。単一のキャピラリーゲル
を使用する場合にも、(数7)により与えれるキャピラ
リーゲルによる、レーザビームの屈折|Δθ|を最小化
して、試料成分が泳動するゲルにレーザビームを照射し
て、効率良く試料成分からの蛍光を検出することができ
る。
(Ninth Embodiment) In the above (First Embodiment) to (Eighth Embodiment), a plurality of capillary gels are used. However, a single capillary gel may be used. Needless to say. Even when a single capillary gel is used, the refraction | Δθ | of the laser beam due to the capillary gel given by (Equation 7) is minimized, and the gel on which the sample component migrates is irradiated with the laser beam to improve the efficiency. Fluorescence from sample components can be detected well.

【0059】最後に簡単に本発明を要約すると、キャピ
ラリーアレイ電気泳動装置において、キャピラリーアレ
イ又はレーザ光のスキャンを行なうことなく、複数のキ
ャピラリーにレーザ光を実質的に同時に照射して、各キ
ャピラリー中を泳動する試料成分から発する蛍光を実質
的に同時に検出し、オンカラム蛍光計測を行なう。即
ち、複数のキャピラリーを一平面上に配列させ、配列平
面の1つ又は2つの側方よりレーザを、配列平面に平行
に照射する。キャピラリーの外半径、内半径、キャピラ
リー外部の媒質の屈折率、キャピラリーの材料の屈折
率、キャピラリー内部の媒質の屈折率の間に所定の関係
を満足させて、レーザのキャピラリーによる屈折を十分
に小さくし、全てのキャピラリーに十分な強度のレーザ
光を照射することにより、高感度、高速、高スループッ
トが簡便に実現する。
Lastly, the present invention will be briefly summarized. In a capillary array electrophoresis apparatus, a plurality of capillaries are irradiated with laser light substantially simultaneously without scanning the capillary array or laser light, and each capillary is electrophoresed. Fluorescence emitted from the sample components that migrate is detected substantially simultaneously, and on-column fluorescence measurement is performed. That is, a plurality of capillaries are arranged on one plane, and a laser is irradiated from one or two sides of the arrangement plane in parallel with the arrangement plane. By satisfying a predetermined relationship between the outer radius and inner radius of the capillary, the refractive index of the medium outside the capillary, the refractive index of the material of the capillary, and the refractive index of the medium inside the capillary, the refraction of the laser by the capillary is sufficiently reduced. By irradiating all the capillaries with laser light of sufficient intensity, high sensitivity, high speed, and high throughput can be easily realized.

【0060】[0060]

【発明の効果】本発明によれば、キャピラリーアレイ電
気泳動装置において、キャピラリーアレイ又はレーザ光
のスキャンを行なうことなく、複数のキャピラリーにレ
ーザ光を実質的に同時に照射して、各キャピラリー中を
泳動する試料成分から発する蛍光を実質的に同時に検出
し、高感度、高速、高スループットな分析を簡便に達成
できるオンカラム蛍光計測を実現できる。
According to the present invention, in a capillary array electrophoresis apparatus, a plurality of capillaries are irradiated with laser light substantially at the same time without scanning the capillary array or laser light to migrate through each capillary. Fluorescence emitted from sample components to be detected can be detected substantially simultaneously, and on-column fluorescence measurement that can easily achieve high-sensitivity, high-speed, high-throughput analysis can be realized.

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

【図1】本発明の一実施形態であり、同一平面上に配列
される複数のキャピラリーにこの平面と平行で、試料成
分の泳動方向とほぼ直交する方向からレーザを照射する
キャピラリーアレイ電気泳動装置の主要部分を示す、
(a)複数のキャピラリーアレイの平面図、(b)その
断面図。
FIG. 1 is an embodiment of the present invention, in which a plurality of capillaries arranged on the same plane are irradiated with a laser beam in a direction parallel to the plane and substantially orthogonal to a migration direction of sample components. Showing the main parts of
(A) A plan view of a plurality of capillary arrays, and (b) a cross-sectional view thereof.

【図2】本発明の第1の実施形態であり、5本のキャピ
ラリーゲルを使用する電気泳動によるDNA塩基配列決
定のための装置の基本構成を示す図。
FIG. 2 is a diagram illustrating a basic configuration of an apparatus for determining a DNA base sequence by electrophoresis using five capillary gels according to the first embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第1の実施形態であり、キャピラリー
ゲルを取り巻く媒質を空気とする蛍光計測部分のキャピ
ラリー軸に垂直な断面図。
FIG. 3 is a cross-sectional view perpendicular to the capillary axis of a fluorescence measurement portion in which the medium surrounding the capillary gel is air, according to the first embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第2の実施形態であり、外半径R、内
半径rをもつキャピラリー断面図であり、キャピラリー
の軸から、距離xだけ離れた位置に入射した無限小幅の
レーザビームの1本のキャピラリーによる屈折の様子を
示す図。
FIG. 4 is a cross-sectional view of a capillary according to a second embodiment of the present invention having an outer radius R and an inner radius r, and showing an infinitesimal laser beam incident at a distance x from the axis of the capillary. The figure which shows the mode of refraction by one capillary.

【図5】本発明の第2の実施形態であり、キャピラリー
の外半径、内半径、キャピラリー材料の屈折率、ゲルの
屈折率、及びキャピラリーの外部の媒質の屈折率と、キ
ャピラリーゲルによるレーザ光の屈折の大きさ|Δθ|
との関係−1を示す図。
FIG. 5 is a second embodiment of the present invention, in which the outer radius and inner radius of the capillary, the refractive index of the capillary material, the refractive index of the gel, the refractive index of the medium outside the capillary, and the laser light by the capillary gel. Magnitude of refraction | Δθ |
FIG.

【図6】図5の結果を得る際に仮定した条件のうち、キ
ャピラリーの外半径を変更した場合の、キャピラリーの
外部の媒質の屈折率の変化に対する|Δθ|の変化を、
キャピラリーの外部の各媒質に関して示す図。
FIG. 6 shows a change in | Δθ | with respect to a change in the refractive index of a medium outside the capillary when the outer radius of the capillary is changed among the conditions assumed when obtaining the result of FIG.
The figure shown about each medium outside a capillary.

【図7】キャピラリーの外半径と内半径の比、及びキャ
ピラリーの外部の媒質の屈折率を変更した場合の|Δθ
|の変化を示す図。
FIG. 7: | Δθ when the ratio of the outer radius to the inner radius of the capillary and the refractive index of the medium outside the capillary are changed
The figure which shows the change of |.

【図8】図5の結果を得る際に仮定した条件のうち、キ
ャピラリーの外半径、及びキャピラリーの材料の屈折率
を変更した場合の、キャピラリーの外部の媒質の屈折率
の変化に対する|Δθ|の変化を、キャピラリーの外部
の各媒質に関して示す図。
FIG. 8 shows | Δθ | with respect to changes in the refractive index of the medium outside the capillary when the outer radius of the capillary and the refractive index of the material of the capillary are changed among the conditions assumed when obtaining the results of FIG. FIG. 4 is a diagram showing changes in the medium for each medium outside the capillary.

【図9】本発明の第2の実施形態であり、図2に示す装
置の基本構成のうち、ガラス平面板の代わりに、蛍光計
測用セルを使用するキャピラリーゲル電気泳動装置の構
成を示す図。
9 is a second embodiment of the present invention, showing a configuration of a capillary gel electrophoresis apparatus using a fluorescence measurement cell instead of a glass flat plate in the basic configuration of the apparatus shown in FIG. 2; .

【図10】図9の蛍光計測セルの部分のキャピラリー軸
に垂直な断面図。
FIG. 10 is a cross-sectional view of the part of the fluorescence measurement cell of FIG. 9 perpendicular to the capillary axis.

【図11】本発明の第2の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を示す図。
FIG. 11 shows A of the DNA sequence results obtained in the second embodiment of the present invention, which is labeled with TexasRed.
The figure which shows the electrophoresis pattern of a component.

【図12】本発明の第4の実施形態であり、空気中に配
置される、ゲルが充填される10本のキャピラリーに、
レーザビームを照射して蛍光を計測する部分のキャピラ
リー軸に垂直な断面図。
FIG. 12 is a fourth embodiment of the present invention, in which 10 capillaries filled with gel, which are placed in air,
FIG. 4 is a cross-sectional view of a portion perpendicular to a capillary axis of a portion where fluorescence is measured by irradiation with a laser beam.

【図13】本発明の第4の実施形態において、得られた
DNA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を示す図。
FIG. 13 is a diagram showing an electrophoresis pattern of an A component labeled with Texas Red in the obtained DNA sequence results in the fourth embodiment of the present invention.

【図14】本発明の第4の実施形態において、得られた
DNA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を示す図。
FIG. 14 is a diagram showing an electrophoresis pattern of an A component labeled with Texas Red in the obtained DNA sequence results in the fourth embodiment of the present invention.

【図15】本発明の第6の実施形態であり、各キャピラ
リーが異なる径寸法をもつ2本のキャピラリーから構成
されるキャピラリーを使用するキャピラリー電気泳動装
置のレーザ照射部位を示す図。
FIG. 15 is a view showing a laser irradiation part of a capillary electrophoresis apparatus according to a sixth embodiment of the present invention, which uses a capillary composed of two capillaries each having a different diameter dimension.

【図16】本発明の第7の実施形態であり、2方向から
各キャピラリー軸を通るようにレーザビームを照射する
構成を示し、(a)はレーザビームを半透明鏡によりレ
ーザビームを分岐させて2方向から各キャピラリー軸を
通るように照射する構成、(b)は2つのレーザビーム
を、対向する2方向から複数のキャピラリーに照射する
構成を示す図。
FIG. 16 is a seventh embodiment of the present invention, showing a configuration in which a laser beam is irradiated from two directions so as to pass through each capillary axis, and FIG. 16 (a) divides the laser beam with a translucent mirror; FIG. 3B is a diagram illustrating a configuration in which the laser beam is irradiated from two directions to pass through each capillary axis, and FIG. 4B illustrates a configuration in which two laser beams are irradiated to a plurality of capillaries from two opposite directions.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…キャピラリー、2、2−1、2−2…レーザ光、3
…ガラス平面板、4…第1レンズ、5…像分割プリズム
及び組み合わせフィルター、6…第2レンズ、7…2次
元CCDカメラ、8…アクリルアミドゲル、9…空気、
10…入射レーザのキャピラリー軸からのずれの距離
(x)、11…キャピラリー外部の媒質からキャピラリ
ーへの入射角(θ1)、12…キャピラリー外部の媒質
からキャピラリーへの屈折角(θ2)、13…キャピラ
リー材料からキャピラリー内部の媒質への入射角
(θ3)、14…キャピラリー材料からキャピラリー内
部の媒質への屈折角(θ4)、15…キャピラリー内部
の媒質からキャピラリー材料への入射角(θ5)、16
…キャピラリー内部の媒質からキャピラリー材料への屈
折角(θ6)、17…キャピラリー材料からキャピラリ
ー外部の媒質への入射角(θ7)、18…キャピラリー
材料からキャピラリー外部の媒質への屈折角(θ8)、
19…各キャピラリーの軸が配列するキャピラリー配列
軸、20…キャピラリー外部の媒質の屈折率(n1)、
21…キャピラリー材料の屈折率(n2)、22…キャ
ピラリー内部の媒質の屈折率(n3)、23…キャピラ
リーの外半径、24…キャピラリーの内半径、25…蛍
光計測用セル、26…水、27…分離用キャピラリー、
28…計測用キャピラリー、29−1、29−2、29
−3、29−4…半透明鏡。
1. Capillary, 2-1, 2-2, laser light, 3
... glass flat plate, 4 ... first lens, 5 ... image splitting prism and combination filter, 6 ... second lens, 7 ... two-dimensional CCD camera, 8 ... acrylamide gel, 9 ... air,
10: distance of deviation of the incident laser from the capillary axis (x), 11: angle of incidence from the medium outside the capillary to the capillary (θ 1 ), 12: refraction angle from the medium outside the capillary to the capillary (θ 2 ), 13: Angle of incidence (θ 3 ) from the capillary material to the medium inside the capillary, 14: Refraction angle (θ 4 ) from the capillary material to the medium inside the capillary, 15: Angle of incidence from the medium inside the capillary to the capillary material ( θ 5 ), 16
… Refraction angle (θ 6 ) from the medium inside the capillary to the capillary material, 17… incidence angle (θ 7 ) from the capillary material to the medium outside the capillary, 18… refraction angle (θ) from the capillary material to the medium outside the capillary 8 ),
19: a capillary array axis in which the axes of the respective capillaries are arranged; 20: a refractive index (n 1 ) of a medium outside the capillary;
21: refractive index of the capillary material (n 2 ), 22: refractive index of the medium inside the capillary (n 3 ), 23: outer radius of the capillary, 24: inner radius of the capillary, 25: cell for fluorescence measurement, 26: water , 27 ... Capillary for separation,
28: Capillary for measurement, 29-1, 29-2, 29
-3, 29-4: Translucent mirror.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平5−60728(JP,A) 特開 平5−281134(JP,A) 実開 平5−79469(JP,U) 特表 平7−506424(JP,A) 米国特許5324401(US,A) (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-5-60728 (JP, A) JP-A-5-281134 (JP, A) JP-A-5-79469 (JP, U) 506424 (JP, A) U.S. Pat. No. 5,324,401 (US, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) G01N 27/447 G01N 21/64

Claims (5)

(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
ピラリーの各軸のなす平面に平行な方向から前記各キャ
ピラリーの透明部分にレーザを照射する手段と、前記各
キャピラリーを泳動する試料の成分から発する蛍光を検
出する手段とを有し、前記レーザが通過する前記各キャ
ピラリーの外半径をR、内半径をr、屈折率をn
し、前記レーザが通過する前記各キャピラリーの外部の
媒質の屈折率をnとし、前記レーザが通過する前記各
キャピラリーの内部の媒質の屈折率をnとするとき、 (360/π)|sin−1{r/(2R)}−sin
−1{rn/(2Rn )}+sin−1{n
(2n)}−sin−1{n/(2n)}|≦
6.2° なる関係を満たすことを特徴とするキャピラリーアレイ
電気泳動装置。
1. A plurality of at least some of which are arranged in a plane
And the plurality of capillaries arranged in a plane.
Each of the capillaries is viewed from a direction parallel to the plane defined by the axes of the pillar.
Means for irradiating a transparent part of the pillary with a laser;
Fluorescence emitted from the components of the sample migrating the capillary is detected.
Means for emitting the laser beam, and
The outer radius of the pillar is R, the inner radius is r, and the refractive index is n.2When
And the outside of each capillary through which the laser passes
Let the refractive index of the medium be n1And the laser passes through each
Let the refractive index of the medium inside the capillary be n3When (360 / π) | sin-1{R / (2R)}-sin
-1{Rn1/ (2Rn 2)} + Sin-1{N1/
(2n2)}-Sin-1{N1/ (2n3)} | ≦
6.2 ° Capillary array characterized by satisfying the following relationship:
Electrophoresis device.
【請求項2】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
ピラリーの各軸のなす平面に平行な方向から前記各キャ
ピラリーの透明部分にレーザを照射する手段と、前記各
キャピラリーを泳動する試料の成分から発する蛍光を検
出する手段とを有し、前記レーザが通過する前記各キャ
ピラリーの外半径をR、内半径をr、屈折率をn
し、前記レーザが通過する前記各キャピラリーの外部の
媒質の屈折率をnとし、前記レーザが通過する前記各
キャピラリーの内部の媒質の屈折率をnとするとき、 (360/π)|sin−1{r/(2R)}−sin
−1{rn/(2Rn )}+sin−1{n
(2n)}−sin−1{n/(2n)}|≦
1.2° なる関係を満たすことを特徴とするキャピラリーアレイ
電気泳動装置。
2. A plurality of at least some of which are arranged in a plane
And the plurality of capillaries arranged in a plane.
Each of the capillaries is viewed from a direction parallel to the plane defined by the axes of the pillar.
Means for irradiating a transparent part of the pillary with a laser;
Fluorescence emitted from the components of the sample migrating the capillary is detected.
Means for emitting the laser beam, and
The outer radius of the pillar is R, the inner radius is r, and the refractive index is n.2When
And the outside of each capillary through which the laser passes
Let the refractive index of the medium be n1And the laser passes through each
Let the refractive index of the medium inside the capillary be n3When (360 / π) | sin-1{R / (2R)}-sin
-1{Rn1/ (2Rn 2)} + Sin-1{N1/
(2n2)}-Sin-1{N1/ (2n3)} | ≦
1.2 ° Capillary array characterized by satisfying the following relationship:
Electrophoresis device.
【請求項3】前記レーザが通過する前記キャピラリーの
外部の媒質が、空気であることを特徴とする請求項1ま
たは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 1, wherein a medium outside the capillary through which the laser passes is air.
【請求項4】前記レーザが通過する前記キャピラリーの
外部の媒質は、その屈折率が1.00から1.33の範囲にある
ことを特徴とする請求項1または2に記載のキャピラリ
ーアレイ電気泳動装置。
4. The capillary array electrophoresis apparatus according to claim 1, wherein a medium outside the capillary through which the laser passes has a refractive index in a range of 1.00 to 1.33.
【請求項5】前記レーザが通過する前記キャピラリーの
外部の媒質は、その屈折率が1.28であることを特徴とす
る請求項1または2に記載のキャピラリーアレイ電気泳
動装置。
5. The capillary array electrophoresis apparatus according to claim 1, wherein a medium outside the capillary through which the laser passes has a refractive index of 1.28.
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