電気泳動装置
【課題】本発明は、複数のキャピラリからなるマルチキャピラリアレイの検出部に対し、照射光が複数のキャピラリを連続して貫くように照射される電気泳動装置の分析精度の向上を図ることに関する。
【解決手段】本発明は、キャピラリの間の空間に、屈折率が空気より大きく、水の屈折率より大きくない液体又は固体を介在させて、検出光がキャピラリによって散乱する量を減少させたことを特徴とする。
これにより、照射光がキャピラリを通過する際の屈折・反射を調整し複数のキャピラリを透過することによる光損失を低減して、試料に照射される光強度の低減を防止する。
【解決手段】本発明は、キャピラリの間の空間に、屈折率が空気より大きく、水の屈折率より大きくない液体又は固体を介在させて、検出光がキャピラリによって散乱する量を減少させたことを特徴とする。
これにより、照射光がキャピラリを通過する際の屈折・反射を調整し複数のキャピラリを透過することによる光損失を低減して、試料に照射される光強度の低減を防止する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蛍光標識されたＤＮＡなどの試料を電気泳動により分離し、該試料を分析する電気泳動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＤＮＡの塩基配列および塩基長の決定等を目的として、石英管およびそれを覆うポリマ被覆からなるキャピラリを用いた電気泳動法が用いられている。石英キャピラリ中のポリアクリルアミド等の分離媒体に測定対象であるＤＮＡを含む試料を注入して、キャピラリの両端部に電圧を印加する。試料中のＤＮＡ合成物はキャピラリ内を移動し、分子量の大きさ等によって分離されキャピラリ内にＤＮＡバンドを生じる。各ＤＮＡバンドには蛍光色素が加えられており、レーザ光の照射によって発色し、これを蛍光計測手段で読み取り、ＤＮＡの配列を決定する。蛋白質の分離・分析も同様に行って、蛋白質の構成を調べることができる。
【０００３】
レーザ光の照射方式の一つは以下のようなものである。平面基板上に並んだ複数のキャピラリからなるキャピラリアレイの一方あるいは両側の端のキャピラリにレーザ光を照射し、前記レーザ光が隣接するキャピラリに次々と伝搬してキャピラリアレイを横断する構成をとる方式がある。ここで、キャピラリ中でレーザ光が照射される個所及びその近傍においては、キャピラリの表面のポリイミドなどの被覆は除去されている。
【０００４】
しかし、キャピラリと空気の接触面の様に屈折率が異なる境界面をレーザ光が透過するとき、境界面を構成する物質の屈折率差によるレーザ光の分散と反射の影響でレーザ光は減衰する。したがって、レーザ光がいくつものキャピラリを透過して伝播する過程で、レーザ光は指数的に減少し、分析精度が低下する。
【０００５】
そこで、キャピラリ間に所定の屈折率を有する光伝達媒体を充填し、屈折率と反射率を調整することで、屈折と反射によるレーザ光の損失を抑制する考え方がある。
【０００６】
ここで、このレーザ光照射方式の公知例には、キャピラリとキャピラリの間の空間であってレーザ光が通過する空間の少なくとも一部が空気以外の媒体で満たされたものが存在する（下記特許文献１、下記特許文献２、下記特許文献３）。これらの明細書においては、キャピラリの石英内径，石英外径，キャピラリ内に充填する分離媒体の屈折率等のパラメータに応じて、キャピラリ間に充填する媒体の屈折率の条件が記載されている。本明細書では、これら明細書の内容を、権利解釈を制限しない範囲において援用する。
【０００７】
しかし、前述の明細書においては、キャピラリの石英内径，石英外径，キャピラリに充填する分離媒体の屈折率等のパラメータに応じて、キャピラリ間に充填する媒体の屈折率の条件が記載されている。下記特許文献１においては、キャピラリ間に充填する媒体として液体たとえば、水，水溶液あるいは空気，真空が記載されている。下記特許文献２においては、キャピラリ間の充填物として、屈折率が１．３−１．５の物質として水のみが記載されている。また下記特許文献３においては、キャピラリ間の充填物は、透明液体として屈折率が１．３３−１．３７の水と緩衝液，透明気体として空気及びガラス質体として石英ガラスが例示されている。
【０００８】
【特許文献１】米国特許第５７９０７２７号明細書
【特許文献２】米国特許第５５８２７０５号明細書
【特許文献３】米国特許第５８３３８２７号明細書（特開平９−１５２４１８号，特開平９−９６６２３号）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、複数のキャピラリからなるマルチキャピラリアレイの検出部に対し、照射光が複数のキャピラリを同時に貫くように照射される電気泳動装置の分析精度の向上を図ることに関する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、試料を電気泳動により分離する複数のキャピラリを備えたキャピラリアレイの検出部に対し、照射光を複数のキャピラリを同時に貫くように照射して、それによって生じる試料情報を検出する電気泳動装置において、キャピラリの間の空間に、屈折率が空気より大きく、水の屈折率より大きくない液体又は固体を介在させて、照射光がキャピラリによって散乱する量を減少させたことを特徴とする。これにより、照射光がキャピラリを通過する際の屈折・反射を調整し複数のキャピラリを透過することによる光損失を低減して、試料に照射される光強度の低減を防止する。本発明おいて、キャピラリ間に充填される物質は、常温，常圧で液体，半固体又は固体であり、その屈折率は水より小さい物質が好ましい。
【００１１】
前記公知例においては、石英ガラス（屈折率１．４６）が記載されているが、キャピラリに照射される照射光の反射や散乱を十分減少させることはできない。上記特許文献２には水溶液が記載されているが、その具体的な記載はない。また、前記公知例には空気，真空なども使用できるように記載されているが、これらは屈折率が小さすぎて、使用できるものではない。したがって、キャピラリ間に充填する物質は、最大でも水と同じ屈折率を有し、好ましくは、水よりも小さい屈折率を有する物質が望ましい。また、空気や真空の屈折率より大きい屈折率を有し、好ましくは１より十分大きい屈折率を有する物質が望ましい。
【００１２】
具体的には、常温，常圧で液体のフッ素含有化合物（液体，半固体，ポリマのいずれでもよい）であって、屈折率が１．２５−１．３２の材料がよい。この含フッ素化合物については後で詳細に説明する。
【００１３】
また、本発明は、前記複数のキャピラリを液体中に浸した電気泳動装置において、前記液体の膨張を給する機構を上記液体の容器に付加して、液体の温度上昇による上記容器の破損や液漏れを防止する。また、上記液体の温度を制御することにより、照射光が通過する部分の前記液体の屈折率勾配を調整し、照射光が湾曲するのを抑止して、試料に照射される光強度の低減を防止する。
【００１４】
また、本発明は、キャピラリ周囲に所定屈折率の光伝導媒体を設けた電気泳動装置において、該光伝導媒体の表面形状を所定の曲面に形成することにより、試料から生じた光の進行方向を調整して、検出機構が検出する光強度を増大することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、複数のキャピラリ内の試料を高精度に分析することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴を、図面を参照して詳細に説明する。
【００１７】
実施例１
本実施例にかかるマルチキャピラリ電気泳動装置の全体構成を図２に示す。
本実施例にかかるマルチキャピラリ電気泳動装置は、検査試料を分離するための分離媒体を含むキャピラリからなるマルチキャピラリアレイ１と、マルチキャピラリアレイの負電極２と試料導入部１１−３とを浸すバッファー液３を保持する第１バッファー容器１１−４と、バルブ６を有するゲルブロック４と、ゲルブロック４とアース電極７とを浸すバッファー液１２を保持する第２バッファー容器１１−７と、キャピラリアレイ内に泳動媒体であるゲルを注入するためのシリンジ１０と、試料に依存する情報を取得するための検出部１１−８と、コヒーレント光であるレーザ光９を光照射部８に照射する光源１１−１と、試料が生じる蛍光を取得する測定部（図示しない）と、キャピラリアレイの温度を調節する恒温槽１１と、分離媒体に電圧を印加する高圧電源１１−２から構成される。
【００１８】
マルチキャピラリアレイ１は、ＤＮＡ分子などのサンプルが含まれている検査試料と検査試料中のＤＮＡ分子を分離するための分離媒体であるポリマ水溶液が充填される、管状部材である石英製キャピラリを９６本有する。マルチキャピラリアレイ１の一端には、キャピラリ内に試料を導入できる試料導入部１１−３が形成され、負電圧を印加できる電極２が配置されている。他端には、ゲルブロック４と連結し、ゲルブロック４とマルチキャピラリアレイ１との間で分離媒体を移動できる接続部５を有する。試料導入部１１−３と接続部５の間に、レーザ光が照射される光照射部８を含む検出部１１−８を有する。
【００１９】
ゲルブロック４とシリンジ１０は、泳動媒体であるポリマ水溶液をキャピラリ内に注入する流動媒体注入機構１１−５である。キャピラリ内に、泳動媒体であるポリマ水溶液を充填する際には、バルブ６を閉じ、シリンジ１０を押し込むことによって、シリンジ１０内のポリマ水溶液をキャピラリ内に注入する。
【００２０】
キャピラリアレイ１，ゲルブロック４，バッファー液３，電極２，アース電極側のバッファー１２，アース電極７、及び高圧電源１１−２は、検査試料を電気泳動するための電圧印加機構を構成する。電気泳動をする際には、負電極２をバッファー液３に浸し、バルブ６を開放する。これにより、負電極２，バッファー液３，マルチキャピラリアレイ１（より正確には、キャピラリ内のポリマ水溶液），ゲルブロック（より正確には、ゲルブロック内のポリマ水溶液），アース電極側のバッファー１２、及びアース電極７からなる通電路が形成される。この通電路に高圧電源１１−２により電圧を印加する。通電路に電圧が印加されると、ポリマ水溶液中の検査試料が電気泳動し、その分子量等の性質に従い分離される。
【００２１】
電気泳動装置の光学系は、光源１１−１と、光照射部８を含む測定部１１−８と、検出部から生じる蛍光を検出する検出機構から構成される。光源１１−１は、コヒーレント光であるレーザ光９（アルゴンイオンレーザからの４８８．０ｎｍおよび５１４．５ｎｍ の光）を発振する。検出部１１−８８には、レーザ光９がキャピラリを透過する個所である光照射部８が並列配置されている。そして、複数本のキャピラリの光照射部８を同時に貫くように、検出部１１−８にレーザ光９が上下両方向から照射される。このレーザ光９が検査試料を励起して、検査試料から蛍光が放出される。この蛍光を、ＣＣＤ３４を含む検出機構により検出して、ＤＮＡ分子配列等の検査試料に依存した情報を取得できる。
【００２２】
図３に、キャピラリアレイ中の検査試料からの蛍光の検出機構３４−２と、光照射部８を示す。検出機構３４−２は、蛍光集光レンズ３１，グレーティング３２，フォーカスレンズ３３、及びＣＣＤ３４から構成される。光照射部８にレーザ光９が照射されることで生じる、キャピラリ１６中の検査試料からの蛍光３５は、蛍光集光レンズ３１によって平行光３６となり、グレーティング３２によって分光され、フォーカスレンズ３３によってＣＣＤ３４上に結像される。図３の右図にその結像に関する要素（検出部１１−８、グレーティング３２、ＣＣＤ３４）の様子を示す。Ｙ軸方向に９６本のキャピラリ像が並び、Ｘ軸方向に各キャピラリからの発光が分光される。
【００２３】
恒温槽（オーブン）１１は、キャピラリアレイ１の温度を制御するための温度制御機構である。これにより、キャピラリアレイ１の大部分は、例えば６０℃などの一定温度に保温される。
【００２４】
検出部１１−８について説明する。図１に、検出部１１−８の側面図（１ａ）と正面図（１ｂ）を示す。検出部１１−８は、９６本のキャピラリ１６と、アレイ台１５と、セル蓋２０と、押さえ板１７と、気泡排除ブロック２３と、充填媒体（Ｆ溶液１９）と、気泡２２より構成される。
【００２５】
キャピラリの配列について説明する。石英製のアレイ台１５は、キャピラリを配列するための基準平面が形成されている。９６本のキャピラリが全て基準平面接触するように、かつ、隣接キャピラリが互いに接触するようにアレイ台１５上に配列される。キャピラリ１６を固定するための押さえ板１７とアレイ台１５との間に挟み込むことで、キャピラリ１６はアレイ台１５に対して接着固定されている。これにより、キャピラリは平面状に並列配置され、各キャピラリの中心軸のズレは６μｍ以下となる。従って、９６本ものキャピラリを同時に貫くようにレーザ光９を照射した際の、屈折や反射によるレーザ光９の損失の影響が低減できる。
【００２６】
キャピラリの構造について説明する。キャピラリ１６は、内径５０ｕｍ，外形１２６ｕｍの石英管１８が、厚さ１２ｕｍのポリマ被膜で覆われた構造をとり、全外径は１５０ｕｍである。キャピラリ内部にはＤＮＡの分離媒体であるポリマ水溶液（屈折率１．４１）が充填されている。光照射部８においては、ポリマ被膜が除去され、石英管１８がむき出しの状態になっている。レーザ光９を照射すると、乱反射光の一部がキャピラリのポリマ被膜にあたり、このポリマ被膜が蛍光を発する場合がある。しかし、このポリマ被膜からの蛍光は押さえ板１７により遮られ、測定部に到達しないようになっている。このため、ＳＮ比の高い高精度検出ができる。
【００２７】
ここで、本実施例では、アレイ台１５と、石英製のセル蓋２０、およびそれらを固定する接着剤２１が密閉構造を形成し、特定の液体・固体等の光伝導媒体を保持できる密閉容器（セル）を構成する。このセル内に光伝達媒体を充填することにより、キャピラリの間であってレーザ光が通過する空間を光伝達媒体で満たすことができる。言い換えれば、キャピラリ１６の光照射部８は光伝達媒体に浸されている。尚、電気泳動時にはキャピラリに高電圧が印加されるため、キャピラリは帯電した空気中の埃を吸着してしまうが、キャピラリ１６の光照射部近傍が密封容器により外気と隔離されているため光照射部８に塵が吸着しない。
【００２８】
この光伝達媒体の選択が、電気泳動分析の分析能に極めて大きな影響を与える。その説明にあたり、レーザ光の伝播と、レーザ光の損失による問題点について述べる。本実施例では、検出部の上方と下方の両端から、それぞれレーザ光２４，２５をキャピラリアレイに照射する。２つのレーザ光２４，２５は、互いに重なり合うように照射されている。照射されたそれぞれのレーザ光は、隣接するキャピラリに次々と伝搬して９６本のキャピラリを貫通し、キャピラリの光照射部８を横断する。ここで、レーザ光２４，２５がキャピラリ１６と光伝達媒体の境界面を進行する場合、レーザ光２４，２５は屈折率の異なる媒質の境界面を通過することになり、屈折と反射によるレーザ光の散乱により光強度を損失する。この損失によりレーザ光２４，２５の光強度が弱くなると、キャピラリ１６中の試料から生じる蛍光が小さくなるため、ＤＮＡ分子配列等を高感度に分析できなくなる。以下、原則、これを「分離能が低下する」と表現する。
【００２９】
レーザ光損失の解決方法としては、レーザ光の強度を強くすることで蛍光を大きくする方法も考えられる。しかし、レーザ光強度が強すぎるとＤＮＡ分子等の検査試料を変性させてしまうために、この解決方法には限度がある。
【００３０】
また、複数本のキャピラリをレーザ光が貫通する電気泳動装置においては、各々のキャピラリに照射されるレーザ光強度の差が問題となる。レーザ光がキャピラリを通過するに従い、屈折や反射によりその強度は指数的に減少するため、入射するレーザ光強度が一番強いキャピラリから生じる蛍光と、一番弱いキャピラリ（キャピラリアレイの両側からレーザ光を照射する場合には真中のキャピラリ）から生じる蛍光の大きさに差が生じる。このとき、ＣＣＤ３４の検出レンジは全ての蛍光を収めるように設定する必要があるため、蛍光の強度の差が大きいとＣＣＤ３４の分析性能を有効に活用できず、分析能が悪くなる。従って、キャピラリ間のレーザ光強度差が大きいと、検査試料の有効な分析ができない。特に、この屈折と反射による損失はレーザ光が貫くキャピラリの本数が多くなるに従い指数的に増大するため、２４本以上のキャピラリからなる電気泳動装置では屈折と反射による光強度の損失は大問題となる。
【００３１】
この屈折による損失と反射による損失は、その境界面の屈折率差に依存する。屈折率差が大きいと（反射率が大きいと）境界面をレーザ光が通過する際に反射による減衰が起こり、屈折率差が小さいと境界面を通過する際にレーザ光の分散による減衰が起こるためである。そこで、キャピラリ間に所定の屈折率を有する媒体を充填し、屈折と反射による損失の総和を抑制する方法が有効であると発明者は考えた。
【００３２】
ここで、反射による損失について説明する。一般に媒質１（屈折率：ｎ１）から媒質２（屈折率：ｎ２）に入射角０で光が進行した場合の反射率（Ｒ）は次式で求められる。
反射率：Ｒ＝［（ｎ１−ｎ２）／（ｎ１＋ｎ２）］２
【００３３】
例えば、キャピラリ周囲の充填媒体が空気である場合、空気（ｎ＝１．００）と石英（ｎ＝１．４６）の境界面での反射率は３．４９％であるため、レーザ光がその境界面を一つ通過する毎に３．４９％ の光が反射し光強度の損失が生じる。この損失は、レーザ光が透過するキャピラリの本数が多くなるに従い指数的に増大する。反射による損失を減少させるためには、充填媒体の屈折率をキャピラリの屈折率に近づければよい。
【００３４】
また、屈折による損失は、境界面を通過する際のレーザ光の分散（光が広がる状態）による減衰である。つまり、キャピラリ断面が楕円・円形の場合、キャピラリと充填媒体の境界面がレンズとして作用し、レーザ光が分離媒体が充填されているキャピラリ中空部に集中（光の密度が高まる）する。しかし、キャピラリとその周囲媒体の屈折率が小さいと、その境界面によるレンズ効果が減少し、レーザ光が発散するために損失が生じる。一般的に、媒質１（屈折率：ｎ１）から媒質２（屈折率：ｎ２）に光が進行した場合の入射角θ１，出射角θ２の関係は次式で求められる。
ｎ１ｓｉｎθ１＝ｎ２ｓｉｎθ２
【００３５】
したがって、一般的にキャピラリのレンズ効果を強めて屈折による損失を低減するためには、充填媒体とキャピラリの屈折率差を大きくすればよい。
【００３６】
発明者は上記考察に基づき、キャピラリ周囲の光伝達媒体の屈折率Ｎと、発光強度比の関係のシミュレートした。シミュレート条件は、本実施例と同様の検出部構造を備えた９６本のキャピラリを有するマルチキャピラリアレイについて、キャピラリ内部には屈折率１．４１のポリマ水溶液が充填され、キャピラリのからのみレーザ光を照射した場合である。キャピラリの配列誤差を±６μｍ，レーザ径を７２μｍ，光軸ずれを１０μｍと想定した。
【００３７】
図１３にそのシミュレート結果を示す。横軸は光伝達媒体の屈折率であり、縦軸は発光強度比である。発光強度比とは、レーザ光がキャピラリを次々に伝播する場合に、入射レーザ光に対する、それぞれのキャピラリ内を通過する光量の相対値を、９６本のキャピラリについて平均したものである。図中の■は発光強度比の期待値（複数キャピラリの発光強度の平均値）を示し、■を含む上下方向の線は発光強度の分布を示す。
【００３８】
発光強度比は、充填媒質の屈折率に対して、屈折率１．２９ 近辺を頂点とした山の形状となることが理解できる。屈折率が１．２９ より小さい場合は、反射による損失の寄与が大きい。屈折率が１．２９ より大きい場合は、屈折による損失の寄与が大きい。電気泳動分析において許容される発光強度比を０．３５ 以上とすれば、キャピラリ周囲の光伝達媒体としては、その屈折率が１．２５から１．３２の範囲にあるものが適することが理解できる。特に、屈折率１．２９ の光伝達媒体は最適である。
【００３９】
また、光伝達媒体はレーザ光を吸収しないほうが望ましい。光伝達媒体中をレーザ光が透過する際にしても、その光強度の減衰を抑えるためである。この減衰もキャピラリの本数が多くなり、光伝達媒体中のレーザ光路が長くなるに従い増大する。
【００４０】
さらに、光伝達媒体は蛍光を発しないほうが望ましい。レーザ光により光伝達媒体自体が蛍光を発すると、その発光はノイズとなり、検査試料が発する蛍光の検出を阻害するためである。
【００４１】
発明者は上記の条件を備えた光伝達媒体として最適な物質を探求した。そして、３Ｍ社製のＦｌｕｏｒｉｎｅｒｔ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｌｉｑｕｉｄ ＦＣ−４３（以下、「Ｆ溶液１９」）に辿りついた。尚、“Ｆｌｕｏｒｉｎｅｒｔ”は３Ｍ社の登録商標である。Ｆ溶液１９は、屈折率が約１．２９ であり、粘性が低く、無色透明で、熱的化学的に非常に安定した完全フッ素化液体である。また、照射光を吸収せず、照射光を照射しても水のラマン散乱と同等以下の蛍光しか発しない。このため、複数のキャピラリを備えたマルチキャピラリ電気泳動装置の光伝達媒体として非常に適した物質である。さらに次の特性を備えており、これらが好適に作用する場合もある。１）電気絶縁性と熱伝導性が優れている。２）表面張力が非常に低く浸透性がすぐれている。３）高温，低温を問わず各種溶剤に溶解しない。４）不燃性，無毒，無臭で安全である。５）不活性で、電子部品，金属，プラスチック，ゴムなどをほとんど侵さない。図２１に２５［℃］におけるＦ溶液の化学的特徴を示す。
【００４２】
本実施例にかかるキャピラリアレイの密封容器の内部には、Ｆ溶液１９が充填されており、光照射部８はＦ溶液１９に浸されている。これによりレーザ光がキャピラリ１６表面を透過する際の屈折と反射による損失を低減して、検査試料が生ずる蛍光強度の減少を回避できるため、複数のキャピラリ、特に２４本以上のキャピラリを有するマルチキャピラリ電気泳動装置において、分析能を向上させることができる。
【００４３】
密封構造中には、Ｆ溶液１９とともに、気泡２２が充填されている。温度変化に伴うＦ溶液１９の体積膨張により、密閉構造が破壊されることを防ぐためである。但し、気泡２２は可動するため、レーザ光路上に侵入して分析に影響を与える可能性がある。そこで、気泡２２がレーザ光路上に侵入することを防ぐために、気泡排除手段である石英製の気泡排除ブロック２３が密封構造の中に形成されている。気泡排除ブロック２３は、検出部１１−８を電気泳動装置に備え付ける際に上となる位置で、レーザ光２４及び２５が透過する位置に配置される。これにより、密閉容器内の上方で、かつレーザ光２４及び２５が透過しない位置に気泡２２を収容する空間２０−２ができる。計測の際に気泡はセル上方に移動し、この空間２０−２に留まるため、気泡２２がレーザ光路を横断することを防止できる。また、アレイ台１５の基準面が水平となり、基準面が下になるように光照射部８を電気泳動装置に備え付ける場合、光照射部２０−３近傍のアレイ台１５の基準面に溝状の空間を形成する。光照射部近傍のキャピラリの隙間には気泡が溜まりやすいが、溝状の空間の体積が気泡２２の体積以上であればこの空間に気泡が留まるため、気泡２２とレーザ光２４及び２５の接触を避けることができる。また、光照射部８を電気泳動装置に斜めに備え付ける。つまり、気泡２２が、密封容器内の片隅で、かつレーザ光２４及び２５の透過しない位置に移動するように備え付けることでも、同様の効果が得られる。つまり、検出部を電気泳動装置に備えつけた際に、気泡がレーザ光２４及び２５の透過しない位置に残留するように密閉構造を形成することで、気泡２２とレーザ光２４及び２５の接触を避けることができる。これにより、気泡２２とＦ溶液１９の境界面をレーザ光が通過することによる屈折及び反射による損失を回避できる。
【００４４】
図１４に、本実施例のＣＣＤに結像されたイメージおよび９６本のキャピラリからの発光強度分布を示す。尚、図４に９３本キャピラリの場合のＣＣＤに結像されたイメージおよび９３本のキャピラリからの発光強度分布を示す。図１４に示される発光は、分離媒体の発光スペクトル（主に水のラマン散乱）である。図に示すように、９６本のキャピラリからの発光を同時検出することができる。図１５に、９６本のキャピラリ中の一本についての電気泳動結果を示す。尚、図５に、９３本のキャピラリのうち、１本についての電気泳動結果を示す。ここでは、いわゆるサイズマーカーと呼ばれる塩基長が既知のＤＮＡサンプルを測定対象とした。恒温槽内の温度は６０℃、光照射部と試料導入端の間の長さは３６ｃｍ、キャピラリに印加する電圧は、１ｃｍあたり３１９Ｖであった。
【００４５】
電気泳動装置のＤＮＡ分離能を示す標識の一つにクロスオーバーポイントがある。これは、光照射部における１塩基相当の分離長と、１塩基のＤＮＡバンドの半値全幅が等しくなる塩基長を意味し、値が大きいほど電気泳動の分離能が大きいことを表す。図１５のクロスオーバーポイントは４１０塩基であった。他の９５本のキャピラリについても同様の結果を得ることができた。尚、図５のクロスオーバーポイントは、４１０塩基であり、他の９２本のキャピラリについても同様の結果を得ることができた。
【００４６】
以上より、本実施例においては、キャピラリ毎のクロスオーバーポイントが４１０塩基である高分析能のマルチキャピラリ電気泳動装置を提供できる。
【００４７】
実施例２
入射レーザ光とセルのレーザ入射面の角度は一定に保つ必要がある。この角度がキャピラリアレイごとにばらつくと、レーザ光のセルへの入射角がばらつき、その結果、セル中のレーザ光路がばらつくためである。例えば、セルのレーザ入射面が石英であり、キャピラリを満たす媒体が屈折率１．２９ の液体であるとき、セルのレーザ入射面が４ｍｒａｄばらつく場合には、セルへの入射点からレーザが２０ｍｍ伝搬した地点におけるレーザ光路の変位は２０μｍとなる。キャピラリ軸方向にレーザが変位すると、上下２方向照射される２つのレーザ光が同軸ではなくなり、レーザ光径が実効的に大きくなる。その結果、ＤＮＡ検出の分離能（隣接するＤＮＡバンドの識別能）が低下する等の性能低下につながる。また、キャピラリ軸と垂直方向（以下、「Ｚ軸方向」という）にレーザ光が変位すると、キャピラリ内径内へのレーザ光照射量が減少し、信号強度が減少する。このような性能低下を避けるため、入射レーザ光とセルのレーザ入射面の角度を一定に保つ必要がある。
【００４８】
特に実施例１にかかるマルチキャピラリ電気泳動装置において、分離媒体と検査試料が充填されるキャピラリの内径は５０μｍ、キャピラリ中心軸の許容誤差（キャピラリ中心軸と基準面の距離のバラツキ）は±６μｍ、レーザ光径は７２μｍである。従って、キャピラリとレーザ光の位置関係をμオーダで精密に調整しなければ、分離能を担保することができない。さらに、マルチキャピラリアレイは電気泳動装置本体から脱着できることが好ましいが、装着に際してキャピラリとレーザ光の精密な位置調整が容易にできる必要がある。このため実施例２にかかる電気泳動装置では、マルチキャピラリアレイにおける電気泳動装置への取付基準面とセルのレーザ入射面を一定角度にし、かつ、この取付基準面と装置側の取付基準面を常に一定角度に取り付けられる構造を備えている。より詳細には、複数のキャピラリが並んだ平面を電気泳動装置のマルチキャピラリアレイ取付部における取付基準面に接触させることにより、前記取付基準面に対する垂線方向に関する平面基板と電気泳動装置の相対位置合わせを行い、かつ、前記平面基板のうちキャピラリが並んだ平面に対して垂直な一平面をマルチキャピラリアレイ取付部におけるもうひとつの取付基準面に接触させることにより、前記垂線方向に垂直な方向に関するキャピラリアレイと電気泳動装置の相対位置合わせを行うことにより、入射レーザ光とセルのレーザ入射面の角度を一定に保つことができる。
【００４９】
図６に、実施例２のキャピラリアレイ取付部の正面図（６ａ）と正面図におけるＡ−Ａ′断面（６ｂ）を示す。尚、他の個所は実施例１と同様である。ＸＹＺ軸を図示の通り定義する。Ｘ軸はキャピラリ軸に平行な方向であり、Ｚ軸は複数のキャピラリが並んだ基準平面に垂線な方向であり、Ｙ軸はＸ軸とＺ軸の双方に垂直な方向である。
【００５０】
石英製のアレイ台１５は、キャピラリのポリマ被覆を接触させてキャピラリを配列できる基準平面４０−２と、電気泳動装置本体と接触する取付基準面Ｐ４０と、取付基準面Ｑ４６が形成されている。アレイ台１５の取付基準面Ｑ４６は、取付基準面Ｐ４０に対して垂直で、Ｘ軸に対し平行である。基準平面４０−２と取付基準面Ｐ４０とは略並行でその距離は６μｍ以内であることが望ましい。本実施例のように、基準平面４０−２と取付基準面Ｐ４０とが同一平面上に形成されていると、キャピラリアレイを高精度に製作することができ好適である。
【００５１】
電気泳動装置本体にあるキャピラリアレイ取付部は、マルチキャピラリアレイの取付基準面Ｐ４０と取付基準面Ｑ４６とそれぞれ接する取付基準面Ｐ′４１と取付基準線ＱＱ′４７，４８が形成され、光照射部８に入射するレーザ光２４，２５が透過するレーザ光透過部５１−７，試料が発する蛍光が透過する蛍光透過部５１−６，取付部蓋５１−１１とバネ５１−１０からなる押圧部Ａ５１−８，押し当て棒４４とバネ４５からなる押圧部Ｂ５１−９を備えている。
【００５２】
押圧部Ａ５１−８は、マルチキャピラリアレイをキャピラリアレイ取付部に脱着する際に移動することができる。装着の際に、アレイ台１５の取付基準面Ｐ４０を電気泳動装置のマルチキャピラリアレイ取付部における取付基準面Ｐ′４１に接触させ、押圧部Ａ５１−８によりアレイ台１５を−Ｚ軸方向（取付基準面Ｐ４０から取付基準面Ｐ′４１の方向）に押し付けることで、Ｚ軸方向に関するアレイ台１５と電気泳動装置の相対位置合わせをμｍオーダの精度で行うことができる。この位置合わせにより、キャピラリアレイを脱着する際にレーザ光のキャピラリ照射位置の再現性を確保することができる。特に、基準平面４０−２と取付基準面Ｐ４０とが同一平面上に存在する場合には、各キャピラリ中心軸とレーザ光２４，２５の透過路の位置関係を極めて高精度に調整できる。
【００５３】
アレイ台１５の取付基準面Ｑ４６を、Ｚ軸上方から見ると半円形状である２つのキャピラリ取付基準部材に接触させることにより、取付基準線ＱＱ′４７，４８に接触させる。そして、Ｚ軸上方から見ると半円形状である２つのキャピラリ押し当て部材を有する押し当て棒４４を介して、バネ４５によりＹ軸方向（取付基準面Ｑ４６から取付基準線ＱＱ′４７，４８の方向）にアレイ台１５を押し当てる。このように、Ｚ方向から見ると１直線が２点で接しているため、Ｙ軸方向に関するアレイ台１５と電気泳動装置の相対位置合わせを高精度に行うことができる。
【００５４】
また、キャピラリアレイにおいては、取付基準面Ｑ４６と各キャピラリが平行になるようにキャピラリを配列し、また、取付基準面Ｑ４６に最も近いキャピラリ４９と取付基準面Ｑ４６の距離を、どのキャピラリアレイにおいても一定とした。こうすることにより、最も近いキャピラリ４９から続く残り９５本のすべてのキャピラリについて、各キャピラリと取付基準線ＱＱ′４７，４８と位置関係が一義的に定まる。したがって、ＣＣＤ３４への結像位置がキャピラリアレイに依存しなくなり、ＣＣＤ３４の受光面サイズを最小限にすることができる。
【００５５】
あるいは、アレイ台上において、すべてのキャピラリが配列される範囲を設定し、その範囲内で取付基準面Ｑ４６と各キャピラリが平行になるようにキャピラリを配列する。取付基準面Ｑ４６に最も近い前記範囲の距離と、最も遠い前記範囲の距離を、どのキャピラリアレイにおいても一定とした。このような構造は、例えば図８に示されるようにアレイ台上に２つの平行なブロックを形成しそのブロック間を配列範囲とし、９６本のキャピラリをこの範囲に配列することにより実現することができる。この場合、ブロックのキャピラリ側の内壁と、取付基準面Ｑ４６の距離を一定に保つことになる。こうすることにより、ＣＣＤ３４への結像位置がキャピラリアレイに依存しなくなり、ＣＣＤ３４の受光面サイズを最小限にすることができる。
【００５６】
石英製セル蓋２０の表面のうち、レーザ光２４，２５が通過するＲ５０，Ｓ５１，Ｔ５２，Ｕ５３面と面Ｑ４６との平行度は２×１０−３ｒａｄ 以下になるようにした。この平行度がキャピラリアレイごとにばらつくと、レーザ光２４，２５のセル蓋２０への入射角がばらつき、その結果、セル中のレーザ光路がばらつく。Ｘ軸方向にレーザ光路がばらつくと、上下２方向のレーザ光２４，２５が同軸ではなくなり、レーザビーム径が実効的に大きくなる。その結果、ＤＮＡ検出の分離能（隣接するＤＮＡバンドの識別能）が低下する等の性能低下につながる。また、Ｚ軸方向にレーザ光２４，２５が変位すると、キャピラリ内径内へのレーザ光照射量が減少し、信号強度が減少する。このような性能低下を避けるため、上記の通りＲ５０，Ｓ５１，Ｔ５２，Ｕ５３面をそれぞれ面Ｑ４６とほぼ平行にした。
【００５７】
なお、レーザ光路のばらつきを抑制するためには、Ｒ５０，Ｓ５１，Ｔ５２，Ｕ５３面が面Ｑと平行であるだけでは不十分であり、電気泳動装置へのアレイ台１５取付角度を再現性よく一定にする必要がある。この条件は、面Ｑ４６を線Ｑ４７，Ｑ′４８に押し当てる上記方法により実現されている。
【００５８】
キャピラリアレイ取付部へのキャピラリアレイ取付方法として、次のような方法もある。
【００５９】
図２３に、実施例２の変形例のキャピラリアレイ取付部の正面図（２３ａ）と正面図におけるＡ−Ａ′断面（２３ｂ）を示す。ＸＹＺ軸を図示の通り定義する。アレイ台１５上の基準面Ｐ４０（キャピラリのポリマ被膜が接触している面）を、電気泳動装置本体のキャピラリアレイ取付部における取付基準面Ｐ′４１に接触させることにより、Ｚ軸方向に関するアレイ台１５と電気泳動装置の相対位置合わせを行った。この位置合わせにより、キャピラリアレイを着脱する際にレーザ光のキャピラリ照射位置の再現性を確保することができる。
【００６０】
また、押し当て棒４４を介して、バネ４５によりＹ軸方向にアレイ台１５を押し当て、セルの面Ｕ５３（面Ｐ４０に対して垂直でＸ軸に対し平行）を電気泳動装置のキャピラリアレイ取付部における取付基準線Ｑ″Ｑ′′′４７−２，４８−２に接触させることにより、Ｙ軸方向に関するアレイ台１５と電気泳動装置の相対位置合わせを行った。また、キャピラリアレイにおいては、面Ｕ５３と各キャピラリが平行になるようにキャピラリを配列し、また、面Ｕ５３に最も近いキャピラリ４９と面Ｕ５３の距離を、どのキャピラリアレイにおいても一定とした。こうすることにより、ＣＣＤ３４への結像位置がキャピラリアレイに依存しなくなり、ＣＣＤ３４の受光面サイズを最小限にすることができる。
【００６１】
あるいは、アレイ台上において、すべてのキャピラリが配列される範囲を設定し、その範囲内で取付基準面Ｑ４６と各キャピラリが平行になるようにキャピラリを配列する。取付基準面Ｑ４６に最も近い前記範囲の距離と、最も遠い前記範囲の距離を、どのキャピラリアレイにおいても一定とした。このような構造は、例えば図８に示されるようにアレイ台上に２つの平行なブロックを形成しそのブロック間を配列範囲とし、９６本のキャピラリをこの範囲に配列することにより実現することができる。この場合、ブロックのキャピラリ側の内壁と、取付基準面Ｑ４６の距離を一定に保つことになる。こうすることにより、ＣＣＤ３４への結像位置がキャピラリアレイに依存しなくなり、ＣＣＤ３４の受光面サイズを最小限にすることができる。
【００６２】
セル蓋２０の石英表面のうち、レーザ光２４，２５が通過するＲ５０，Ｓ５１，Ｔ５２面と面Ｕ５３との平行度は２×１０−３ｒａｄ 以下になるようにした。キャピラリアレイごとにこの平行度がばらつくと、レーザ光２４，２５のセル蓋２０への入射角がばらつき、その結果、セル中のレーザ光路がばらつく。Ｘ軸方向にレーザ光路がばらつくと、上下２方向のレーザ光２４，２５が同軸ではなくなり、レーザビーム径が実効的に大きくなる。その結果、ＤＮＡ検出の分離能（隣接するＤＮＡバンドの識別能）が低下する等の性能低下につながる。また、Ｚ軸方向にレーザ光２４，２５が変位すると、キャピラリ内径内へのレーザ光照射量が減少し、信号強度が減少する。このような性能低下を避けるため、上記の通りＲ５０，Ｓ５１，Ｔ５２をそれぞれ面Ｕ５３とほぼ平行にした。
【００６３】
なお、レーザ光路のばらつきを抑制するためには、Ｒ５０，Ｓ５１，Ｔ５２面が面Ｕ５３と平行であるだけでは不十分であり、電気泳動装置へのアレイ台１５取付角度を再現性よく一定にする必要がある。この条件は、面Ｕ５３を線Ｑ′４７，Ｑ″４８に押し当てる上記方法により実現されている。
【００６４】
図６に示した方法においてはセル蓋２０の面Ｒ５０とアレイ台１５の面Ｑ４６が平行になるようにセル蓋２０をアレイ台１５に取付，接着する必要がある。本方法においては、セル蓋２０の面Ｕ５３が、キャピラリアレイ取付部の取付基準線Ｑ′４７，Ｑ″４８に直接接触するため、アレイ台１５とセル蓋２０の平行度の裕度が大きくなる。
【００６５】
また発明者は、キャピラリ間の充填媒体に温度勾配が生ずるとき、電気泳動装置の分解能が悪化する問題を見出した。そして、その理由が、充填媒質中の屈折率傾斜によるレーザ光の湾曲であることを突き止めた。以下、この問題と、解決手段について説明する。
【００６６】
光伝達媒体（Ｆ溶液１９）のＺ軸方向温度分布が存在すると、Ｚ軸方向にＦ溶液１９の屈折率傾斜が発生する。この屈折率傾斜により、本来Ｙ軸方向のみの成分をもつレーザ光２４，２５の進行方向が、微小ながらＺ軸成分をもつようになる。Ｙ方向に進行するレーザ光２４，２５の進行方向がこの屈折率勾配によりＺ軸方向に変位した結果、キャピラリを伝搬する過程において、レーザ光がキャピラリアレイからずれてしまう。そのため、キャピラリに照射されるレーザ光強度が減少し、信号強度（試料からの蛍光強度）が減少し電気泳動装置の分離能が悪化する問題が発生する。特にこの問題は、レーザ光２４，２５の光伝達媒体中を通過する距離が長くなる程（キャピラリの本数が多い程）顕著になる。
【００６７】
発明者は、密封容器の内部表面温度を適切に調整することで、複雑な構成を利用せずともこの問題を解決できるのではないかと考えた。そこで、内部表面温度差と、充填媒体中の所定位置の温度勾配との関係を調査した。その結果を図７に示す。図７は、図６中の点Ｖ５４と点Ｗ５５の温度差と、直線ＶＷ上の温度勾配とを表したものである。横軸は、直線ＶＷ上のＺ座標であり、Ｚ＝０はキャピラリの中心位置に相当する。尚、直線ＶＷはアレイ台に対して垂直であり、キャピラリ間の空間の中心を通るとする。Ｖ−Ｗ間の距離、すなわちＦ溶液層厚は０．８ｍｍである。縦軸は、温度勾配である。ΔＴは、点Ｖ５４と点Ｗ５５の温度差である（ΔＴ＝［点Ｖの温度］−［点Ｗの温度］）。各曲線は、ΔＴが−２０，−５Ｋ，−２Ｋ，２Ｋ，５Ｋ，２０Ｋの場合のＦ溶液における直線ＶＷ上の温度勾配を表している。尚、Ｆ溶液の熱伝導率は、０．０６６Ｗ／ｍＫ 、比熱は１０５０Ｊ／ｋｇＫ、密度は１８８０ｋｇ／ｍ３である。また、電気泳動中におけるキャピラリ１本の発熱は、長さ１０ｍｍあたり１ｍＷと仮定して計算した。
【００６８】
図７からわかるように、ΔＴが正である（点Ｖ５４の温度が点Ｗ５５の温度より大きい）ほうが負であるよりも温度勾配の絶対値が小さくなる。つまり、アレイ台１５の平面基板の温度がセル蓋２０よりも高い場合の方が、その逆の場合に比べて温度勾配の変位量が小さいことが判明した。
【００６９】
この結果を踏まえ、図６に示すようにマルチキャピラリアレイを設計した。本実施例にかかるマルチキャピラリアレイは、密閉容器の第１平板部である石英製のアレイ台１５の厚みが、第２の平板部である石英製のセル蓋２０の厚み（検出されるべきキャピラリアレイからの信号光が透過する前記セルの一部である透明板の板厚）より厚くなっている。尚、セル蓋２０を石英製、アレイ台１５をサファイア製とすることにより、アレイ台１５をセル蓋より薄くしても、ΔＴを正に保つことができる。つまり、第１平板部の熱伝達効率を第２平板部の熱伝達効率より大きくするようにキャピラリアレイを設計する。これにより、マルチキャピラリアレイ取付部が６０℃などの温度に一定に保たれている場合に、６０℃に保たれているマルチキャピラリアレイ取付部の面Ｐ′（取付基準面Ｐ′４１と取付基準線ＱＱ′４７，４８）に接触する部分から面Ｐ（取付基準面Ｐ４０と取付基準面Ｑ４６）に伝達される熱をセル蓋よりもアレイ台の方に効率的に伝達させ、ΔＴを正に保つためである。これにより、キャピラリ間の光伝達媒体でレーザ光が通過する個所の温度勾配が小さくなり、屈折率勾配が減少するため、レーザ光路は曲がりにくくなり、直進性を保つことができる。
【００７０】
好ましくは、電気泳動の際に、レーザ光の透過する個所の充填媒質の温度勾配がゼロになるようにマルチキャピラリアレイを設計する。ここで、温度勾配がゼロとは、温度勾配がほぼ存在しないためレーザ光が直進できる状態のことをいい、レーザ光の湾曲が分離能をほとんど悪化させない状態をいう。
【００７１】
以上より、キャピラリ周囲に充填媒質を満たす電気泳動装置において、分離能を向上することができる。
【００７２】
実施例３
実施例３では、光伝達媒質として、屈折率１．２９ のフッ素化ポリマであるデュポン社製Ｔｅｆｌｏｎ ＡＦ ２４００（以下、「Ｆポリマ」）、又は屈折率１．３２ のフッ素化ポリマであるデュポン社製Ｔｅｆｌｏｎ ＡＦ １６００（以下「Ｆ′ポリマ」という）を利用していることを一つの特徴とする。尚、“Ｔｅｆｌｏｎ”はデュポン社の登録商標である。図８に、実施例３の検出部付近の側面図（８ａ）と正面図（８ｂ）を示す。光照射部８以外の構成は実施例１と同様である。
【００７３】
また、次の化学構造Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄのうち少なくとも一つの繰り返し単位を有する構造を有する媒体も用いることができる。これらは、水素原子をすべてフッ素原子で置換したもので、上記Ｆ溶液と同様に、光伝達媒体として優れている。
【００７４】
【化１】
【００７５】
キャピラリアレイ１の光照射部８はアレイ台１５上に形成されている。アレイ台上の９６本のキャピラリ１６すべてがアレイ台１５に接触するように、かつ、隣接キャピラリと接触するようにアレイ台１５上に配列され、押さえ板１７とともに、アレイ台１５に対して接着固定されている。これにより、実施例２と同様に、各キャピラリと取付基準面の位置関係が一義的に定まる。
【００７６】
キャピラリ１６は、実施例１と同様にポリマ薄膜で覆われているが、光照射部６０−２においては、ポリマ被膜が除去され、石英管１８がむき出しの状態になっている。実施例３にかかる発明では、この石英が露出している光照射部６０−２が、屈折率１．２９ のフッ素化ポリマであるＦポリマで覆われている。または、屈折率１．３２ のフッ素化ポリマであるデュポン社製Ｔｅｆｌｏｎ ＡＦ １６００（登録商標）（以下「Ｆ′ポリマ」という）で覆われていてもよい。
【００７７】
キャピラリ１６をアレイ台１５に対して固定した後にＦポリマ６０をキャピラリ間に充填した。両端のキャピラリの外側に位置する２つのポリマブロック６１，６２の間の空間において、レーザ光２４，２５の通過領域を完全に覆うようにＦポリマ６０を充填した。
【００７８】
ここで、Ｆポリマの化学構造式Ｅを示す。なおｎは自然数である。
【００７９】
【化２】
【００８０】
また、Ｆポリマ、及びＦ′ポリマには次の特徴がある。
（１）温度安定性が高い（Ｈｉｇｈ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ）
（２）科学的耐性に秀でている（Ｅｘｃｅｌｌｅｎｔ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）
（３）表面エネルギーが低い（Ｌｏｗ ｓｕｒｆａｃｅ ｅｎｅｒｇｙ）
（４）水吸収が低い（Ｌｏｗ ｗａｔｅｒ ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ）
（５）透明で光伝達率が高い（ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ ｈｉｇｈ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）
（６）屈折率が低い（ｖｅｒｙ ｌｏｗ ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ ｉｎｄｅｘ）
（７）ガス浸透性が高い（Ｈｉｇｈ ｇａｓ ｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙ）
【００８１】
図２０にＦポリマの透過スペクトラムを示す。図よりＦポリマは紫外線から赤外線の範囲で高い透過性を有することがわかる。従って、Ｆポリマ６０は、蛍光であるアルゴンレーザの波長４８８．０ｎｍ，５１４．５ｎｍの光を吸収せず、また、この光を照射しても蛍光を発しないため、充填媒体として適している。
【００８２】
図２２にＦポリマ及びＦ′ポリマの屈折率を示す。Ｆポリマの温度２０℃におけるナトリウムＤ線による屈折率は１．２９ であり、Ｆ′ポリマの温度２０℃におけるナトリウムＤ線による屈折率は１．３２ である。屈折率は、接触液体としてα−ｂｒｏｍｏ−ｎａｐｔｈａｌｅｎｅ を利用したＡｂｂｅ反射測定器を用いて測定した。これら屈折率は、固体有機重合体の中で最も低い値として知られており、ＡＦ２４００の屈折率は、ＧｒｏｈとＺｉｍｍｅｒｍ が提唱した固体有機重合体屈折率の理論的最低限界値に近い値である。
【００８３】
このように、屈折率が１．２５から１．３２、好ましくは１．２９ のフッ素含有ポリマを、キャピラリの隙間に充填することにより、レーザ光２４，２５が石英管１８表面を透過する際の屈折と反射による光強度の損失を防ぐことができ、実施例１とほぼ同様の信号を得ることができる。
【００８４】
実施例４
図９ａに、実施例４のレーザ照射部付近の側面図を示す。
本実施例では、図９ａに示すように、充填したＦポリマ６０の表面形状を、その断面形状がキャピラリ１６と同心の円状になるように成型した。その他の構造は実施例３と同様である。ここで、蛍光集光レンズ３１のＦ値が１．８ であるとする。Ｆポリマ６０の表面が平面である場合（図９ｂ）には、空気とＦポリマ６０の界面６５において信号光が屈折するため、図示するとおりキャピラリ断面において±１２°の範囲の信号光しか蛍光集光レンズ３１に到達しない。一方、Ｆポリマ６０の表面形状がキャピラリ１６と同心円状である場合には、キャピラリ断面において±１５．５° の範囲の信号光が蛍光集光レンズに到達する。また、キャピラリ中の検査試料から生じた蛍光が石英管とＦポリマ６０の境界面、及びＦポリマ６０と外気（空気）との境界面を通過する際、蛍光はこれら境界面に対して垂直に入射する。従って、蛍光は屈折しないため、収差による問題が生じない。このように、充填したＦポリマ６０の表面形状を、その断面形状がキャピラリの同心円の一部となるように成型することにより、測定部３４−３（ＣＣＤ３４）が検出する蛍光の強度を増加することができ、分離能が向上する。
【００８５】
また、充填したＦポリマ６０の表面形状を、所定の曲面となるように形成することでも分離能を向上することができる。たとえば、その１断面が所定の曲線（楕円，双曲線，中心軸がキャピラリ中心軸と異なる円）となるように曲面を形成する。これにより、Ｆポリマ６０をレンズとして作用させ、検査試料から生じる蛍光をより多く検出機構３４−２に収束させることができる。尚、収差による問題は、表面形状を非球面レンズとして形成したりすること等で回避できる。
【００８６】
以上のように、Ｆポリマ６０の表面形状を所定の曲面に形成し、蛍光の進行方向を制御して、検出機構に入射する蛍光強度を上げることにより、分離能を向上させることができる。
【００８７】
実施例５
図１０に、実施例５の検出部付近の側面図を示す。本実施例では、キャピラリ間であってレーザ光が通過する空間を満たす液体は、キャピラリアレイのセル構造に包含されておらず、キャピラリアレイ電気泳動装置本体側に具備された液体を包含するセル構造に保持されている。この場合、装置のセル内にキャピラリをディップし、キャピラリアレイを固定する。その他、特に記載のない事項については、実施例１と同様である。
【００８８】
キャピラリアレイがセル構造を有さない点を除いて、アレイ台１５上に形成される検出部の基本的な構造は、実施例１と同様であり、９６本のキャピラリ１６すべてがアレイ台１５に接触するように、かつ、隣接キャピラリと接触するようにアレイ台１５上に配列され、押さえ板１７とともに、アレイ台１５に対して接着固定されている。
【００８９】
電気泳動装置のキャピラリアレイ取付部は、Ｆ溶液を満たすことができる容器部であるセルと、レーザ光を透過することができるレーザ光透過部であるセルの石英窓７２，７３と、蛍光を透過することができる蛍光透過部であるセル下部の石英窓７１と、取付基準面Ｐ′４１を備えている。
【００９０】
電気泳動装置は、キャピラリアレイを下向きに取り付けるようになっている。アレイ台１５の面Ｐ４０を装置の取付基準面Ｐ′４１に接触させることによりアレイ台１５と電気泳動装置の相対位置合わせを行うことができる。
【００９１】
電気泳動装置のセルは、Ｆ溶液１９で満たされ、レーザ光２４，２５はセルの石英窓７２，７３を通してＦ溶液１９中を水平方向に進行している。キャピラリからの発光は下向きであり、セル下部の石英窓７１を通して、実施例１と同様な検出機構により検出される。
【００９２】
気泡がレーザ光路上に侵入することを防ぐために、アレイ台には穴加工７０が施してある。穴加工７０とは、アレイ台１５を貫通する穴を形成することである。また、光照射部の上方に位置するアレイ台１５に、溝を形成することでも同様の効果を達成することができる。これにより、キャピラリの光照射部の近傍の気泡が上方に移動できるため、該気泡はレーザ光路上に残留しない。
【００９３】
本実施例により、マルチキャピラリアレイの光照射部近傍をＦ媒体に浸すことができるため、実施例１とほぼ同様の測定結果を得ることができ、電気泳動装置の分離能を向上させることができる。
【００９４】
実施例６
実施例６は、複数キャピラリの両側からレーザ光を照射する電気泳動装置において、透過したレーザ光を直線偏光とする偏光素子，透過したレーザ光の偏光方向を回転させる偏光回転素子を適切に配置することにより、レーザ光がレーザ発振機に戻りレーザ発振を不安定にするという問題を回避・低減するものである。
【００９５】
図１１に、実施例６の概略を示す。キャピラリアレイの構成は実施例１と同様である。キャピラリアレイの検出部付近とレーザ光の導入経路のみ表示し、レーザ用のシャッタ，フィルタ等は表示していない。
【００９６】
本実施例にかかるマルチキャピラリアレイ電気泳動装置は、実施例１と同様の構成であるキャピラリアレイと、複数のキャピラリを貫く２つのレーザ光を照射し、この２つのレーザ光の進行方向を対向するように調整する光照射機構と、キャピラリアレイを通過したレーザ光がレーザ本体に戻ることを防ぐための光遮断機構をそなえる。
【００９７】
光照射機構は、コヒーレント光であるレーザ光８０を照射する光源であるレーザ本体８７と、一つのレーザ光８０を２つのレーザ光２４，２５に２等分できるハーフミラー８１と、レーザの進行方向を変更するミラー９１と、集光レンズ８３，８４よりなる。レーザ光の経路の途中に、ミラー，ハーフミラー，レンズなどがあってもかまわない。
【００９８】
光遮断機構は、透過する光の偏光方向を変更できる偏光回転素子であるハーフ波長板（水晶λ／２板，雲母波長板など）８８，８９と、所定の偏光のみ透過する偏光フィルタ９０よりなる。
【００９９】
レーザ本体８７から照射されたレーザ光８０は、ハーフミラー８１によって２等分される。これら２つのレーザ光は、キャピラリアレイ８２に対して両側の側面から照射する。ここで、ハーフミラー８１による反射光をレーザ光２４，透過光をレーザ光２５とする。レーザ光２４の集光レンズを集光レンズ８３，レーザ光２５の集光レンズを集光レンズ８４とする。アレイの端に位置し、レーザ光２４が導入されるキャピラリを以下、第１キャピラリ８５，レーザ光２５が導入されるキャピラリを以下、第９６キャピラリ８６とする。レーザ光２４，２５は、９６本のそれぞれのキャピラリの中心軸を含む平面（以下、「アレイ面」という）内にあり、キャピラリに対し垂直に入射する。レーザ光２４と２５は同軸になっており、一方のレーザ光のうちキャピラリを通過した光は、もう一方の入射レーザ光の同軸上を通り、レーザ本体８７に戻るように光軸を調整した。レーザ光２４，２５はともに直線偏光であり、その偏光方向はキャピラリ軸に対し垂直方向である。以上の構成（偏光素子と偏光回転素子を設置しない場合）において、キャピラリアレイからの反射光、または、キャピラリアレイを通過した透過光がレーザ本体に戻り、レーザ発振が不安定化し、分離能が悪化するという問題が発生する。尚、透過戻り光強度，反射戻り光強度ともに、入射光強度の６％程度であった。
【０１００】
この戻り光を抑制するために、上下両方からのそれぞれのレーザ光２４，２５に対し、レーザ集光レンズのキャピラリ側に偏光回転素子としてハーフ波長板である水晶λ／２板，雲母波長板８８，８９などを設置した。偏光フィルタおよび偏光回転素子の光軸周りの回転角度調整を次のように行うことが望ましい。偏光フィルタは、レーザからの光の透過光強度を最大にするように角度調整する。偏光回転素子については、偏光回転角度が４５°になるようにこの素子の回転角度を調整する。偏光を４５°回転させる光学素子を２つ通過することにより、入射光の偏光方向は９０°回転する。２つ目の偏光フィルタは偏光方向が９０°回転した光の透過光強度が最小になるように角度調整する。尚、偏光回転素子の回転角度，偏光フィルタの偏光方向は上記数値に厳密に限定されるものではなく、戻り光強度の問題を解決するために十分であれば良い。
【０１０１】
本実施例では、分岐点よりもキャピラリアレイ側に偏光回転素子を設置し、分岐点よりもレーザ側に偏光フィルタを設置する。レーザ本体８７の近くに設置された偏光フィルタは、レーザからの光の強度を最大にするように角度調整してある。キャピラリアレイを透過してループ状の光路を戻ってきた光は偏光方向が９０°回転しているので、偏光フィルタは戻り光に対しては透過光強度が最小になる。
【０１０２】
尚、偏光フィルタ、及び偏光回転素子の設置は、これに限定されるものではない。たとえば、分岐点よりもキャピラリ側に、偏光フィルタ，偏光回転素子の両方を設置してもよい。この場合、それぞれの光学素子は２個ずつ必要になる。また、分岐点よりもレーザ側に偏光フィルタを設置してもよい。この場合には１つの偏光フィルタが必要になる。また、集光レンズと偏光回転素子の配置を交換し、集光レンズを偏光回転素子よりキャピラリ側に配置してもよい。この場合、レーザは、偏光回転素子、集光レンズの順に透過する。
【０１０３】
これにより、レーザ本体８７より照射されたレーザ光は、偏光フィルタ（透過光が最大になるように角度調整する）を通過し、ハーフミラーで２つに分岐し、偏光回転素子を通過した後に、２方向からキャピラリアレイを照射する。キャピラリ軸に対して垂直方向のレーザ光の偏光がハーフ波長板８８により４５°回転され、キャピラリ軸に対して４５°の角度でキャピラリアレイに入射する。上記光経路では、キャピラリアレイの地点において上下２つのレーザ光の偏光方向は互いに垂直になる。キャピラリ内径内からの信号光強度は、入射レーザ光の偏光方向に依存するものの、上下２つのレーザ光はキャピラリ軸に対してともに４５°になるため、９６本のキャピラリの信号光強度分布は上下対称になる。
【０１０４】
キャピラリアレイを透過したレーザ光は、偏光回転素子（最初の偏光回転素子と同一方向に偏光を回転する）を通過する。キャピラリアレイの両側に配置された偏光回転素子は、レーザ光を同じ方向に偏光させる性質を有するため、キャピラリアレイの一端から入射するレーザ光は、キャピラリを通過後に再度偏光素子により偏光方向が回転し、他方のレーザ光の偏光方向とほぼ直角の関係になる。
【０１０５】
次に、ハーフミラーを経由して偏光フィルタに進入する。ここで、２つ目の偏光フィルタは１つ目の偏光フィルタと同一のものであり、戻り光は、反対側から入射することになる。但し、戻り光の偏光は９０°回転している。言い換えると、レーザ光２４はハーフ波長板８８により、キャピラリ軸に対して垂直方向のレーザ光の偏光が４５°回転され、キャピラリ軸に対して４５°の角度でキャピラリアレイに入射するようになっている。レーザ光２４は、９６本のキャピラリを透過した後、ハーフ波長板８９でさらに４５°偏光が回転する。２つのハーフ波長板８８，８９を通過することによりレーザ光２４の偏光方向は９０°回転する。同様にレーザ光２５の透過光も偏光方向が９０°回転する。そして、透過光は偏光フィルタに進入する。
【０１０６】
しかし、この偏光フィルタは、レーザ本体８７からのレーザ光の強度を最大にするように角度調整してあり、キャピラリアレイを透過してループ状の光路を戻ってきた光は偏光方向が９０°回転しているので、偏光フィルタは戻り光に対しては透過光強度が最小になるようになっている。
【０１０７】
従って、この偏光フィルタを通過することができず、レーザヘッドに到達しないため、戻り光がレーザに戻ることを抑制することができる。９６本のキャピラリを通過する過程において直線偏光が乱れ、キャピラリ通過前の偏光成分は２５％程度減少する。しかしながら、本発明により透過戻り光を７５％抑制することができた。
【０１０８】
本実施例では、キャピラリアレイを通過した光がレーザ発振器に戻り、レーザ発振を不安定にするという問題が解決でき、比較的安定したレーザ発振を得ることができた。
【０１０９】
実施例７
実施例６においては、キャピラリにより反射した戻り光を抑制できないという問題があった。実施例７は、複数キャピラリの両側からレーザ光を照射する電気泳動装置において、キャピラリへのレーザ入射角度をキャピラリと垂直にしないことで、キャピラリにより反射したレーザ光がレーザ発振機に戻りレーザ発振を不安定にするという問題を回避・低減するものである。
【０１１０】
図１２に、実施例７の模式図を示す。本実施例は、光照射部の光軸構成以外は実施例６と基本的に同様である。しかし、前述した光照射機構がキャピラリに対し垂直から２°ずれた角度でレーザ光を照射し、また、光選択部材であるピンホール板９７を供えている。この光選択部材は、光源からキャピラリに進行するレーザ光を透過できる開口部と、キャピラリから光源に進行する戻りレーザ光は遮断できる障壁部を備えている。
【０１１１】
レーザ光２４，２５は、アレイ面内にあり、キャピラリに対し垂直から２°ずれた角度で入射する。レーザ光２４と２５はキャピラリアレイに照射される際に同軸になっており、一方のレーザ光のうちキャピラリを通過した光は、もう一方の入射レーザ光と同軸上を通り、レーザ本体８７に戻るように光軸を調整している。これにより、レーザ光２４，２５によるキャピラリやセルからの反射光９５，９６は、図１２に示すように入射レーザ光軸とは別の光軸上を伝搬するため、レーザ光２４，レーザ光２５のいずれとも同軸とはならない。
【０１１２】
レーザ本体８７のレーザ光出射口付近に、キャピラリ入射前のレーザ光は透過し、キャピラリで反射したレーザ光は透過しない光選択手段である直径１．４ｍｍのピンホールを有するピンホール板９７を取付ける。レーザ本体８７からのレーザ光はピンホールを通過するが、反射光はピンホールを通過できないため、反射光９５，９６がレーザ本体８７に戻ることを防ぐことができる。従って、キャピラリアレイやセルからの反射光がレーザ発振器に戻り、レーザ発振を不安定にするという問題を解決できる。
【０１１３】
尚、本実施例と実施例６とは組み合わせることにより、透過戻り光は実施例６の方法で抑制され、反射戻り光は本実施例の方法で抑制することができるため、安定したレーザ発振を得ることができる。
【０１１４】
実施例８
実施例８にかかる発明は、キャピラリ周囲の充填媒質の形状を所定の曲面に形成することで、キャピラリから生じる蛍光が充填媒質境界面を通過する際に発散することを回避するものである。
【０１１５】
図１６に、実施例８のレーザ照射部付近の上面図を示す。その他の構造は実施例３と同様である。図１６ａに示すように、充填した光伝達媒体であるＦポリマ６０の表面形状が、キャピラリ内のレーザ照射部分１００から見て凸形状となるように成型されている。
【０１１６】
ここで、蛍光集光レンズ３１のＦ値が１．８ であるとする。Ｆポリマ６０の表面が平面である場合（図１６ｂ）には、空気とＦポリマ６０の界面６５において信号光が屈折するため、図示するとおりキャピラリ断面において約±１１°の範囲の信号光しか蛍光集光レンズ３１に到達しない。
【０１１７】
一方、Ｆポリマ６０の表面形状が図１６ａのように凸形状である場合には、その表面形状の曲率半径に依存してキャピラリ断面において約±１１〜１５°の範囲の信号光が蛍光集光レンズに到達する。このように、充填したＦポリマ６０の表面形状を凸形状等の曲面にすることにより、検出機構により検出されるキャピラリ１６からの照射光強度を増加させることができる。なお、照射光強度を効果的に増大させるためには、Ｆポリマ６０の表面凸形状の円弧の中心とレーザ光軸が一致することが望ましい。検査試料が発した蛍光が、Ｆポリマ６０の凸形状表面に対して垂直方向に進行するため、その凸形状表面（境界面）を通過する際に進行方向が変化しないためである。これにより、収差の問題も回避することができる。
【０１１８】
また、充填したＦポリマ６０の表面形状を、所定の曲面となるように形成することでも、分離能を向上することができる。たとえば、その１断面が所定の曲線（楕円，双曲線，中心がレーザ光軸と異なる円）となるように曲面を形成する。このようにすると、蛍光が、検出部であるＣＣＤカメラにより多く収束するため、ＣＣＤが検出する蛍光強度が増大する。つまり、キャピラリ周囲のＦポリマ６０の表面形状を所定の曲面に形成することで、Ｆポリマ６０がレンズとして作用し、蛍光の進行方向を調整することができる。尚、収差による問題は、Ｆポリマ６０の表面形状にかかるレンズが、複数の焦点を持つように形成することで回避できる。
【０１１９】
尚、Ｆポリマの表面とは空気に接するものに限らず、Ｆポリマとは異なる屈折率を有する媒質との接触面をいう。また、Ｆポリマとキャピラリとの間に、屈折率の異なる別媒質が存在してもよい。
本実施例は実施例４と同時に実施することもできる。
【０１２０】
実施例９
実施例９は、キャピラリ周囲の充填媒質を被覆する容器の外型を所定の曲面に形成することで、キャピラリから生じる蛍光が容器表面を通過する際に発散することを回避するものである。
【０１２１】
図１７に、実施例９の光照射部付近の上面図を示す。その他の構造は実施例１と同様である。図１７ａに示すように、セル蓋２０の表面形状を、キャピラリ内のレーザ照射部分１００から見て凸形状になるようにする。
【０１２２】
ここで、蛍光集光レンズ３１のＦ値が１．８ であるとする。セル蓋２０の表面形状が平面である場合（図１７ｂ）には、空気とセル蓋２０の界面において信号光が屈折するため、図示するとおりキャピラリ断面において約±１１°の範囲の信号光しか蛍光集光レンズ３１に到達しない。
【０１２３】
一方、セル蓋２０の表面形状が図１７ａのように凸形状である場合には、その表面形状の曲率半径に依存してキャピラリ断面において約±１１〜１５°の範囲の信号光が蛍光集光レンズに到達する。このように、セル蓋２０の表面形状を、凸形状にすることで検出されるキャピラリ１６からの照射光強度を増加させることができる。なお、照射光強度を効果的に増大させるためには、セル蓋の表面凸形状の円弧の中心とレーザ光軸が一致することが望ましい。
【０１２４】
また、セル蓋の表面形状をより大きな曲率の曲面とすることで、蛍光が検出機構内のＣＣＤカメラにより収束し、照射光強度を増大させることができる。つまり、キャピラリ周囲の充填媒質を被覆するセル蓋等容器の形状を所定の曲面に形成することで、セル蓋等の容器がレンズとして作用し、蛍光の進行方向を調整することができる。
【０１２５】
尚、セル蓋の表面とは空気に接するものに限らず、セル蓋等の容器とは異なる屈折率を有する媒質との接触面をいう。また、セル蓋と境界面を形成する充填媒質の間に、屈折率の異なる別媒質が存在してもよい。
【０１２６】
実施例１０
実施例１０にかかる発明は、一方が平面で他方が曲面の部材であるシリンドリカルレンズを、表面形状が平面であるマルチキャピラリアレイに備え付けることで、実施例９におけるセル蓋の表面凸形状の機能を、装置に装着されたシリンドリカルレンズ２０２が担うものである。
【０１２７】
図１８に、実施例１０のレーザ照射部付近の上面図を示す。本実施例では、実施例１にかかるマルチキャピラリアレイのセル蓋が、電気泳動装置本体に装着されたシリンドリカルレンズ２０２に覆われている。その他の構造は実施例１と同様である。
【０１２８】
実施例９におけるセル蓋の表面凸形状の機能を装置に装着されたシリンドリカルレンズ２０２が担うことができるため、消耗品であるキャピラリアレイのセル蓋は平面ガラス板でよいことになる。また、シリンドリカルレンズ２０２が装置に装着されているため、シリンドリカルレンズ２０２の表面凸形状の中心とレーザ光軸が一致するため、照射光強度がキャピラリアレイの取付精度に依存しないというメリットがある。
【０１２９】
実施例１１
図１９に、実施例１１のレーザ照射部付近の正面図（１９ａ）と正面図におけるＡ−Ａ′断面（１９ｂ）を示す。本実施例では、１本のキャピラリ中からの試料から生じる蛍光を透過する検出窓を有する背景光遮蔽部材が、光照射部は石英製のアレイ台１５上に並列配置されたキャピラリの上方に配置されている。その他の構造は実施例１と同様である。
【０１３０】
９６本のキャピラリ１６すべてがアレイ台１５に接触するようにアレイ台１５に配列され、シリコン板１０１とともに、アレイ台１５に対して接着固定されている。シリコン板１０１には、シリコン異方性エッチング技術により、柵１０２により仕切られた検出窓１０３と、キャピラリ１６の配列位置決めのために用いられるＶ溝１０４が形成されている。Ｖ溝１０４にキャピラリ１６が嵌るため、キャピラリ１６を所定の間隔で高精度に配列することができ、また、柵１０２により仕切られた検出窓１０３とキャピラリ１６との位置合わせを容易に行うことができる。
【０１３１】
また、アレイ台１５にはシリコン板の位置決めガイド１０５が形成されているが、これは測定部の検出許容範囲に対応している。すなわち、全てのキャピラリ１６がシリコン板の位置決めガイド１０５の内側にあれば、全てのキャピラリ１６が検出機構の検出許容範囲内に入るということである。アレイ台１５にシリコン板の位置決めガイド１０５を形成することにより、アレイ台１５に対するキャピラリ１６の位置決めを容易に行うことが可能となる。
【０１３２】
キャピラリ１６は、内径５０μｍ，外径１２６μｍの石英管１８が厚さ１２μｍのポリマ被膜で覆われた構造をとり、全外径は１５０μｍである。キャピラリ内部にはＤＮＡの分離媒体であるポリマ水溶液（屈折率１．４１）が充填されている。光照射部においては、ポリマ被膜が除去され、石英管１８がむき出しの状態になっている。レーザ光を照射すると、レーザ光の乱反射光の一部がキャピラリ１６のポリマ被膜にあたることにより蛍光を発したり、ＤＮＡサンプルが発した蛍光の一部が乱反射したりする。このポリマ被膜からの蛍光やＤＮＡサンプルからの蛍光の乱反射光が検出機構で受光されると、背景光の増大によりＳＮ比が低下し、分離能が低下するしかし、所望の照射光は検出窓１０３を透過するが、背景光は柵１０２により遮られるため、背景光の増大を防止することが可能となる。さらには、アレイ台１５からの反射光が検出窓１０３を通過し、検出機構で受光されることを防ぐために、アレイ台１５には反射防止膜１０６が形成されている。これにより、さらに背景光を低減させることができるため、分離能をさらに向上させることが可能となる。
【０１３３】
光照射部のキャピラリ周辺は、Ｆ溶液１９で満たされている。Ｆ溶液１９は、石英製のセル蓋２０，アレイ台１５、および、それらを固定する接着剤で完全に密封されている。
【０１３４】
温度変化に伴うＦ溶液１９の体積膨張によりセルの密封構造が破壊されることを防ぐために、密封構造の中には発泡倍率が３０倍（体積の約３０分の２９が気泡）の高圧縮が可能な発泡体１０７を混入させた。Ｆ溶液１９の体膨張率は０．００１２ｍｍ３／ｍｍ３・℃ であるから、キャピラリアレイの保存温度（室温２５℃）と使用温度（６０℃）との差を３５℃とすれば、Ｆ溶液１９の保存温度から使用温度への温度上昇（３５℃）による体積増加は約０．０４ｍｍ３／ｍｍ３（約４％）となる。発泡体１０７の大きさは、セル容積の約１０％の大きさに設定した。
【０１３５】
発泡体１０７は、アレイ台１５に設けられた溝に、アレイ台１５とキャピラリ１６に挟まれるようにして配置されている。また、発泡体１０７は、検出機構の検出範囲内であるが、シリコン板１０１により検出機構から隠された位置に配置されている。これにより、発泡体１０７の蛍光による背景光の増大を防止することができる。また、発泡体１０７は、セルの密封構造内にＦ溶液を注入するための穴１０９に、それを塞ぐ蓋として配置することもできる。これにより、アレイ台１５への発泡体１０７の為のみの特別加工が不要になる。
【０１３６】
気泡がレーザ光路上に侵入することを防ぐために、セル内部には気泡が存在しないことが望ましいが、セル内部から気泡を完全に除去することは容易ではない。そこで、仮にＦ溶液１９で満たされたセル内部に気泡が混入したとしても、この気泡がレーザ光路上に侵入することを防ぐために、セルに石英製の気泡排除ブロック２３を形成している。
【０１３７】
入射レーザ光とセルのレーザ入射面の角度を一定に保つ必要がある。アレイ台１５にはセル蓋の位置決め用の溝であるガイド１０８を形成されており、アレイ台１５に対するセルの位置決めを容易かつ確実に行うことができる。
【０１３８】
以上より、背景光を低減したＳＮ比の高いキャピラリアレイを実現することができた。
【図面の簡単な説明】
【０１３９】
【図１】実施例１のキャピラリアレイにおける光照射部付近の側面図（１ａ）と正面図（１ｂ）である。
【図２】本発明が適用されるキャピラリアレイ電気泳動装置の概観図である。
【図３】キャピラリアレイからの発光の検出系の概観図である。
【図４】実施例１により得られるＣＣＤに結像されたイメージと、９３本のキャピラリからの発光強度分布である。
【図５】実施例１により得られた電気泳動結果である。
【図６】実施例２のキャピラリアレイ取付部の正面図（６ａ）と正面図におけるＡ−Ａ′断面（６ｂ）である。
【図７】Ｆ溶液における直線ＶＷ上の温度勾配の計算結果である。
【図８】実施例３の検出部付近の側面図（８ａ）と正面図（８ｂ）である。
【図９】実施例４のレーザ照射部付近の側面図（９ａ）と、実施例３のレーザ照射部付近の側面図（９ｂ）である。
【図１０】実施例５の検出部付近の側面図である。
【図１１】実施例６の模式図である。
【図１２】実施例７の模式図である。
【図１３】充填媒体の屈折率と発光強度比のシミュレート結果である。
【図１４】実施例１により得られるＣＣＤに結像されたイメージと、９６本のキャピラリからの発光強度分布である。
【図１５】９６本のキャピラリ中の一本についての電気泳動結果である。
【図１６】実施例８の模式図である。
【図１７】実施例９の模式図である。
【図１８】実施例１０の模式図である。
【図１９】実施例１１のレーザ照射部付近の正面図（図１ａ）と正面図におけるＡ−Ａ′断面（図１ｂ）である。
【図２０】Ｆポリマの透過波長と透明度の関係を表したグラフである。
【図２１】Ｆ溶液の化学的特長を表した表である。
【図２２】Ｆポリマの屈折率を表した表である。
【図２３】実施例２のキャピラリアレイ取付部変形例の正面図（２３ａ）と正面図におけるＡ−Ａ′断面（２３ｂ）である。
【符号の説明】
【０１４０】
１，８２…キャピラリアレイ、２…負電極、３…負電極側のバッファー液、４…ゲルブロック、５…ゲルブロックへの接続部、６…バルブ、７…アース電極、８…光照射部、９，２４，２５，８０…レーザ光、１０…シリンジ、１１…オーブン、１１−１…光源、１１−２…高圧電源、１１−３…試料導入部、１１−４…第１バッファー容器、１１−５…流動媒体注入機構、１１−６…検出部、１１−７…第２バッファー容器、１１−８…測定部、１２…アース電極側のバッファー、１５…アレイ台、１６…キャピラリ、１７…キャピラリ押さえ板、１８…石英管、１９…キャピラリ周辺を満たす３Ｍ社製の含フッ素溶液フロリナートＦＣ４３、２０…セル蓋、２０−２…気泡収容空間、２１…接着剤、２２…気泡、２３…気泡がレーザ光路上に侵入することを防ぐための石英製の気泡排除ブロック、３１…蛍光集光レンズ、３２…グレーティング、３３…フォーカスレンズ、３４…ＣＣＤ、３４−２…検出機構、３５…蛍光、３６…キャピラリからの発光が蛍光集光レンズによって平行光となった光束、４０…アレイ台１５上の基準面Ｐ、４０−２…キャピラリアレイを配列する基準平面、４１…取付基準面Ｐ′、４４…押し当て棒、４５，５１−１０…バネ、４６…アレイ台において面Ｐに対して垂直でＸ軸に対し平行の基準面Ｑ、４７，４８…取付基準線ＱＱ′、４７−２，４８−２…取付基準線Ｑ″Ｑ′′′、４９…面Ｑに最も近いキャピラリ、５０…セル蓋の石英表面のうちレーザ光が通過する面Ｒ、５１…セルの石英表面のうちレーザ光が通過する面Ｓ、５１−６…蛍光透過部、５１−７…レーザ光透過部、５１−８…押圧部Ａ、５１−９…押圧部Ｂ、５１−１１…取付部蓋、５２…セルの石英表面のうちレーザ光が通過する面Ｔ、５３…セルの石英表面のうちレーザ光が通過する面Ｕ、５４…アレイ台においてＦ溶液に接する部分の一点、５５…セル蓋においてＦ溶液に接する部分の一点、６０…キャピラリアレイの光照射部を覆うフッ素化ポリマ、６０−２…光照射部、６１，６２…両端のキャピラリの外側に位置し、フッ素化ポリマをせき止めるポリマブロック、６５…空気とＦポリマ６０の界面、７０…気泡がレーザ光路上に侵入することを防ぐためにアレイ台に施した穴加工、７１…セル下部の蛍光検出用石英窓、７２，７３…レーザ光透過用石英窓、８１…ハーフミラー、８３，８４…レーザ集光レンズ、８５，８６…レーザが入射する端キャピラリ、８７…レーザ本体、８８，８９…ハーフ波長板、９０…偏光フィルタ、９１…ミラー、９５，９６…レーザ光によるキャピラリやセルからの反射光、９７…ピンホール板、１０１…シリコン板、１０２…柵、１０３…検出窓、１０４…Ｖ溝、１０５…シリコン板の位置決めガイド、１０６…反射防止膜、１０７…発泡体、１０８…セル蓋の位置決めガイド、１０９…Ｆ溶液注入穴、２０２…シリンドリカルレンズ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蛍光標識されたＤＮＡなどの試料を電気泳動により分離し、該試料を分析する電気泳動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＤＮＡの塩基配列および塩基長の決定等を目的として、石英管およびそれを覆うポリマ被覆からなるキャピラリを用いた電気泳動法が用いられている。石英キャピラリ中のポリアクリルアミド等の分離媒体に測定対象であるＤＮＡを含む試料を注入して、キャピラリの両端部に電圧を印加する。試料中のＤＮＡ合成物はキャピラリ内を移動し、分子量の大きさ等によって分離されキャピラリ内にＤＮＡバンドを生じる。各ＤＮＡバンドには蛍光色素が加えられており、レーザ光の照射によって発色し、これを蛍光計測手段で読み取り、ＤＮＡの配列を決定する。蛋白質の分離・分析も同様に行って、蛋白質の構成を調べることができる。
【０００３】
レーザ光の照射方式の一つは以下のようなものである。平面基板上に並んだ複数のキャピラリからなるキャピラリアレイの一方あるいは両側の端のキャピラリにレーザ光を照射し、前記レーザ光が隣接するキャピラリに次々と伝搬してキャピラリアレイを横断する構成をとる方式がある。ここで、キャピラリ中でレーザ光が照射される個所及びその近傍においては、キャピラリの表面のポリイミドなどの被覆は除去されている。
【０００４】
しかし、キャピラリと空気の接触面の様に屈折率が異なる境界面をレーザ光が透過するとき、境界面を構成する物質の屈折率差によるレーザ光の分散と反射の影響でレーザ光は減衰する。したがって、レーザ光がいくつものキャピラリを透過して伝播する過程で、レーザ光は指数的に減少し、分析精度が低下する。
【０００５】
そこで、キャピラリ間に所定の屈折率を有する光伝達媒体を充填し、屈折率と反射率を調整することで、屈折と反射によるレーザ光の損失を抑制する考え方がある。
【０００６】
ここで、このレーザ光照射方式の公知例には、キャピラリとキャピラリの間の空間であってレーザ光が通過する空間の少なくとも一部が空気以外の媒体で満たされたものが存在する（下記特許文献１、下記特許文献２、下記特許文献３）。これらの明細書においては、キャピラリの石英内径，石英外径，キャピラリ内に充填する分離媒体の屈折率等のパラメータに応じて、キャピラリ間に充填する媒体の屈折率の条件が記載されている。本明細書では、これら明細書の内容を、権利解釈を制限しない範囲において援用する。
【０００７】
しかし、前述の明細書においては、キャピラリの石英内径，石英外径，キャピラリに充填する分離媒体の屈折率等のパラメータに応じて、キャピラリ間に充填する媒体の屈折率の条件が記載されている。下記特許文献１においては、キャピラリ間に充填する媒体として液体たとえば、水，水溶液あるいは空気，真空が記載されている。下記特許文献２においては、キャピラリ間の充填物として、屈折率が１．３−１．５の物質として水のみが記載されている。また下記特許文献３においては、キャピラリ間の充填物は、透明液体として屈折率が１．３３−１．３７の水と緩衝液，透明気体として空気及びガラス質体として石英ガラスが例示されている。
【０００８】
【特許文献１】米国特許第５７９０７２７号明細書
【特許文献２】米国特許第５５８２７０５号明細書
【特許文献３】米国特許第５８３３８２７号明細書（特開平９−１５２４１８号，特開平９−９６６２３号）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、複数のキャピラリからなるマルチキャピラリアレイの検出部に対し、照射光が複数のキャピラリを同時に貫くように照射される電気泳動装置の分析精度の向上を図ることに関する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、試料を電気泳動により分離する複数のキャピラリを備えたキャピラリアレイの検出部に対し、照射光を複数のキャピラリを同時に貫くように照射して、それによって生じる試料情報を検出する電気泳動装置において、キャピラリの間の空間に、屈折率が空気より大きく、水の屈折率より大きくない液体又は固体を介在させて、照射光がキャピラリによって散乱する量を減少させたことを特徴とする。これにより、照射光がキャピラリを通過する際の屈折・反射を調整し複数のキャピラリを透過することによる光損失を低減して、試料に照射される光強度の低減を防止する。本発明おいて、キャピラリ間に充填される物質は、常温，常圧で液体，半固体又は固体であり、その屈折率は水より小さい物質が好ましい。
【００１１】
前記公知例においては、石英ガラス（屈折率１．４６）が記載されているが、キャピラリに照射される照射光の反射や散乱を十分減少させることはできない。上記特許文献２には水溶液が記載されているが、その具体的な記載はない。また、前記公知例には空気，真空なども使用できるように記載されているが、これらは屈折率が小さすぎて、使用できるものではない。したがって、キャピラリ間に充填する物質は、最大でも水と同じ屈折率を有し、好ましくは、水よりも小さい屈折率を有する物質が望ましい。また、空気や真空の屈折率より大きい屈折率を有し、好ましくは１より十分大きい屈折率を有する物質が望ましい。
【００１２】
具体的には、常温，常圧で液体のフッ素含有化合物（液体，半固体，ポリマのいずれでもよい）であって、屈折率が１．２５−１．３２の材料がよい。この含フッ素化合物については後で詳細に説明する。
【００１３】
また、本発明は、前記複数のキャピラリを液体中に浸した電気泳動装置において、前記液体の膨張を給する機構を上記液体の容器に付加して、液体の温度上昇による上記容器の破損や液漏れを防止する。また、上記液体の温度を制御することにより、照射光が通過する部分の前記液体の屈折率勾配を調整し、照射光が湾曲するのを抑止して、試料に照射される光強度の低減を防止する。
【００１４】
また、本発明は、キャピラリ周囲に所定屈折率の光伝導媒体を設けた電気泳動装置において、該光伝導媒体の表面形状を所定の曲面に形成することにより、試料から生じた光の進行方向を調整して、検出機構が検出する光強度を増大することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、複数のキャピラリ内の試料を高精度に分析することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴を、図面を参照して詳細に説明する。
【００１７】
実施例１
本実施例にかかるマルチキャピラリ電気泳動装置の全体構成を図２に示す。
本実施例にかかるマルチキャピラリ電気泳動装置は、検査試料を分離するための分離媒体を含むキャピラリからなるマルチキャピラリアレイ１と、マルチキャピラリアレイの負電極２と試料導入部１１−３とを浸すバッファー液３を保持する第１バッファー容器１１−４と、バルブ６を有するゲルブロック４と、ゲルブロック４とアース電極７とを浸すバッファー液１２を保持する第２バッファー容器１１−７と、キャピラリアレイ内に泳動媒体であるゲルを注入するためのシリンジ１０と、試料に依存する情報を取得するための検出部１１−８と、コヒーレント光であるレーザ光９を光照射部８に照射する光源１１−１と、試料が生じる蛍光を取得する測定部（図示しない）と、キャピラリアレイの温度を調節する恒温槽１１と、分離媒体に電圧を印加する高圧電源１１−２から構成される。
【００１８】
マルチキャピラリアレイ１は、ＤＮＡ分子などのサンプルが含まれている検査試料と検査試料中のＤＮＡ分子を分離するための分離媒体であるポリマ水溶液が充填される、管状部材である石英製キャピラリを９６本有する。マルチキャピラリアレイ１の一端には、キャピラリ内に試料を導入できる試料導入部１１−３が形成され、負電圧を印加できる電極２が配置されている。他端には、ゲルブロック４と連結し、ゲルブロック４とマルチキャピラリアレイ１との間で分離媒体を移動できる接続部５を有する。試料導入部１１−３と接続部５の間に、レーザ光が照射される光照射部８を含む検出部１１−８を有する。
【００１９】
ゲルブロック４とシリンジ１０は、泳動媒体であるポリマ水溶液をキャピラリ内に注入する流動媒体注入機構１１−５である。キャピラリ内に、泳動媒体であるポリマ水溶液を充填する際には、バルブ６を閉じ、シリンジ１０を押し込むことによって、シリンジ１０内のポリマ水溶液をキャピラリ内に注入する。
【００２０】
キャピラリアレイ１，ゲルブロック４，バッファー液３，電極２，アース電極側のバッファー１２，アース電極７、及び高圧電源１１−２は、検査試料を電気泳動するための電圧印加機構を構成する。電気泳動をする際には、負電極２をバッファー液３に浸し、バルブ６を開放する。これにより、負電極２，バッファー液３，マルチキャピラリアレイ１（より正確には、キャピラリ内のポリマ水溶液），ゲルブロック（より正確には、ゲルブロック内のポリマ水溶液），アース電極側のバッファー１２、及びアース電極７からなる通電路が形成される。この通電路に高圧電源１１−２により電圧を印加する。通電路に電圧が印加されると、ポリマ水溶液中の検査試料が電気泳動し、その分子量等の性質に従い分離される。
【００２１】
電気泳動装置の光学系は、光源１１−１と、光照射部８を含む測定部１１−８と、検出部から生じる蛍光を検出する検出機構から構成される。光源１１−１は、コヒーレント光であるレーザ光９（アルゴンイオンレーザからの４８８．０ｎｍおよび５１４．５ｎｍ の光）を発振する。検出部１１−８８には、レーザ光９がキャピラリを透過する個所である光照射部８が並列配置されている。そして、複数本のキャピラリの光照射部８を同時に貫くように、検出部１１−８にレーザ光９が上下両方向から照射される。このレーザ光９が検査試料を励起して、検査試料から蛍光が放出される。この蛍光を、ＣＣＤ３４を含む検出機構により検出して、ＤＮＡ分子配列等の検査試料に依存した情報を取得できる。
【００２２】
図３に、キャピラリアレイ中の検査試料からの蛍光の検出機構３４−２と、光照射部８を示す。検出機構３４−２は、蛍光集光レンズ３１，グレーティング３２，フォーカスレンズ３３、及びＣＣＤ３４から構成される。光照射部８にレーザ光９が照射されることで生じる、キャピラリ１６中の検査試料からの蛍光３５は、蛍光集光レンズ３１によって平行光３６となり、グレーティング３２によって分光され、フォーカスレンズ３３によってＣＣＤ３４上に結像される。図３の右図にその結像に関する要素（検出部１１−８、グレーティング３２、ＣＣＤ３４）の様子を示す。Ｙ軸方向に９６本のキャピラリ像が並び、Ｘ軸方向に各キャピラリからの発光が分光される。
【００２３】
恒温槽（オーブン）１１は、キャピラリアレイ１の温度を制御するための温度制御機構である。これにより、キャピラリアレイ１の大部分は、例えば６０℃などの一定温度に保温される。
【００２４】
検出部１１−８について説明する。図１に、検出部１１−８の側面図（１ａ）と正面図（１ｂ）を示す。検出部１１−８は、９６本のキャピラリ１６と、アレイ台１５と、セル蓋２０と、押さえ板１７と、気泡排除ブロック２３と、充填媒体（Ｆ溶液１９）と、気泡２２より構成される。
【００２５】
キャピラリの配列について説明する。石英製のアレイ台１５は、キャピラリを配列するための基準平面が形成されている。９６本のキャピラリが全て基準平面接触するように、かつ、隣接キャピラリが互いに接触するようにアレイ台１５上に配列される。キャピラリ１６を固定するための押さえ板１７とアレイ台１５との間に挟み込むことで、キャピラリ１６はアレイ台１５に対して接着固定されている。これにより、キャピラリは平面状に並列配置され、各キャピラリの中心軸のズレは６μｍ以下となる。従って、９６本ものキャピラリを同時に貫くようにレーザ光９を照射した際の、屈折や反射によるレーザ光９の損失の影響が低減できる。
【００２６】
キャピラリの構造について説明する。キャピラリ１６は、内径５０ｕｍ，外形１２６ｕｍの石英管１８が、厚さ１２ｕｍのポリマ被膜で覆われた構造をとり、全外径は１５０ｕｍである。キャピラリ内部にはＤＮＡの分離媒体であるポリマ水溶液（屈折率１．４１）が充填されている。光照射部８においては、ポリマ被膜が除去され、石英管１８がむき出しの状態になっている。レーザ光９を照射すると、乱反射光の一部がキャピラリのポリマ被膜にあたり、このポリマ被膜が蛍光を発する場合がある。しかし、このポリマ被膜からの蛍光は押さえ板１７により遮られ、測定部に到達しないようになっている。このため、ＳＮ比の高い高精度検出ができる。
【００２７】
ここで、本実施例では、アレイ台１５と、石英製のセル蓋２０、およびそれらを固定する接着剤２１が密閉構造を形成し、特定の液体・固体等の光伝導媒体を保持できる密閉容器（セル）を構成する。このセル内に光伝達媒体を充填することにより、キャピラリの間であってレーザ光が通過する空間を光伝達媒体で満たすことができる。言い換えれば、キャピラリ１６の光照射部８は光伝達媒体に浸されている。尚、電気泳動時にはキャピラリに高電圧が印加されるため、キャピラリは帯電した空気中の埃を吸着してしまうが、キャピラリ１６の光照射部近傍が密封容器により外気と隔離されているため光照射部８に塵が吸着しない。
【００２８】
この光伝達媒体の選択が、電気泳動分析の分析能に極めて大きな影響を与える。その説明にあたり、レーザ光の伝播と、レーザ光の損失による問題点について述べる。本実施例では、検出部の上方と下方の両端から、それぞれレーザ光２４，２５をキャピラリアレイに照射する。２つのレーザ光２４，２５は、互いに重なり合うように照射されている。照射されたそれぞれのレーザ光は、隣接するキャピラリに次々と伝搬して９６本のキャピラリを貫通し、キャピラリの光照射部８を横断する。ここで、レーザ光２４，２５がキャピラリ１６と光伝達媒体の境界面を進行する場合、レーザ光２４，２５は屈折率の異なる媒質の境界面を通過することになり、屈折と反射によるレーザ光の散乱により光強度を損失する。この損失によりレーザ光２４，２５の光強度が弱くなると、キャピラリ１６中の試料から生じる蛍光が小さくなるため、ＤＮＡ分子配列等を高感度に分析できなくなる。以下、原則、これを「分離能が低下する」と表現する。
【００２９】
レーザ光損失の解決方法としては、レーザ光の強度を強くすることで蛍光を大きくする方法も考えられる。しかし、レーザ光強度が強すぎるとＤＮＡ分子等の検査試料を変性させてしまうために、この解決方法には限度がある。
【００３０】
また、複数本のキャピラリをレーザ光が貫通する電気泳動装置においては、各々のキャピラリに照射されるレーザ光強度の差が問題となる。レーザ光がキャピラリを通過するに従い、屈折や反射によりその強度は指数的に減少するため、入射するレーザ光強度が一番強いキャピラリから生じる蛍光と、一番弱いキャピラリ（キャピラリアレイの両側からレーザ光を照射する場合には真中のキャピラリ）から生じる蛍光の大きさに差が生じる。このとき、ＣＣＤ３４の検出レンジは全ての蛍光を収めるように設定する必要があるため、蛍光の強度の差が大きいとＣＣＤ３４の分析性能を有効に活用できず、分析能が悪くなる。従って、キャピラリ間のレーザ光強度差が大きいと、検査試料の有効な分析ができない。特に、この屈折と反射による損失はレーザ光が貫くキャピラリの本数が多くなるに従い指数的に増大するため、２４本以上のキャピラリからなる電気泳動装置では屈折と反射による光強度の損失は大問題となる。
【００３１】
この屈折による損失と反射による損失は、その境界面の屈折率差に依存する。屈折率差が大きいと（反射率が大きいと）境界面をレーザ光が通過する際に反射による減衰が起こり、屈折率差が小さいと境界面を通過する際にレーザ光の分散による減衰が起こるためである。そこで、キャピラリ間に所定の屈折率を有する媒体を充填し、屈折と反射による損失の総和を抑制する方法が有効であると発明者は考えた。
【００３２】
ここで、反射による損失について説明する。一般に媒質１（屈折率：ｎ１）から媒質２（屈折率：ｎ２）に入射角０で光が進行した場合の反射率（Ｒ）は次式で求められる。
反射率：Ｒ＝［（ｎ１−ｎ２）／（ｎ１＋ｎ２）］２
【００３３】
例えば、キャピラリ周囲の充填媒体が空気である場合、空気（ｎ＝１．００）と石英（ｎ＝１．４６）の境界面での反射率は３．４９％であるため、レーザ光がその境界面を一つ通過する毎に３．４９％ の光が反射し光強度の損失が生じる。この損失は、レーザ光が透過するキャピラリの本数が多くなるに従い指数的に増大する。反射による損失を減少させるためには、充填媒体の屈折率をキャピラリの屈折率に近づければよい。
【００３４】
また、屈折による損失は、境界面を通過する際のレーザ光の分散（光が広がる状態）による減衰である。つまり、キャピラリ断面が楕円・円形の場合、キャピラリと充填媒体の境界面がレンズとして作用し、レーザ光が分離媒体が充填されているキャピラリ中空部に集中（光の密度が高まる）する。しかし、キャピラリとその周囲媒体の屈折率が小さいと、その境界面によるレンズ効果が減少し、レーザ光が発散するために損失が生じる。一般的に、媒質１（屈折率：ｎ１）から媒質２（屈折率：ｎ２）に光が進行した場合の入射角θ１，出射角θ２の関係は次式で求められる。
ｎ１ｓｉｎθ１＝ｎ２ｓｉｎθ２
【００３５】
したがって、一般的にキャピラリのレンズ効果を強めて屈折による損失を低減するためには、充填媒体とキャピラリの屈折率差を大きくすればよい。
【００３６】
発明者は上記考察に基づき、キャピラリ周囲の光伝達媒体の屈折率Ｎと、発光強度比の関係のシミュレートした。シミュレート条件は、本実施例と同様の検出部構造を備えた９６本のキャピラリを有するマルチキャピラリアレイについて、キャピラリ内部には屈折率１．４１のポリマ水溶液が充填され、キャピラリのからのみレーザ光を照射した場合である。キャピラリの配列誤差を±６μｍ，レーザ径を７２μｍ，光軸ずれを１０μｍと想定した。
【００３７】
図１３にそのシミュレート結果を示す。横軸は光伝達媒体の屈折率であり、縦軸は発光強度比である。発光強度比とは、レーザ光がキャピラリを次々に伝播する場合に、入射レーザ光に対する、それぞれのキャピラリ内を通過する光量の相対値を、９６本のキャピラリについて平均したものである。図中の■は発光強度比の期待値（複数キャピラリの発光強度の平均値）を示し、■を含む上下方向の線は発光強度の分布を示す。
【００３８】
発光強度比は、充填媒質の屈折率に対して、屈折率１．２９ 近辺を頂点とした山の形状となることが理解できる。屈折率が１．２９ より小さい場合は、反射による損失の寄与が大きい。屈折率が１．２９ より大きい場合は、屈折による損失の寄与が大きい。電気泳動分析において許容される発光強度比を０．３５ 以上とすれば、キャピラリ周囲の光伝達媒体としては、その屈折率が１．２５から１．３２の範囲にあるものが適することが理解できる。特に、屈折率１．２９ の光伝達媒体は最適である。
【００３９】
また、光伝達媒体はレーザ光を吸収しないほうが望ましい。光伝達媒体中をレーザ光が透過する際にしても、その光強度の減衰を抑えるためである。この減衰もキャピラリの本数が多くなり、光伝達媒体中のレーザ光路が長くなるに従い増大する。
【００４０】
さらに、光伝達媒体は蛍光を発しないほうが望ましい。レーザ光により光伝達媒体自体が蛍光を発すると、その発光はノイズとなり、検査試料が発する蛍光の検出を阻害するためである。
【００４１】
発明者は上記の条件を備えた光伝達媒体として最適な物質を探求した。そして、３Ｍ社製のＦｌｕｏｒｉｎｅｒｔ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｌｉｑｕｉｄ ＦＣ−４３（以下、「Ｆ溶液１９」）に辿りついた。尚、“Ｆｌｕｏｒｉｎｅｒｔ”は３Ｍ社の登録商標である。Ｆ溶液１９は、屈折率が約１．２９ であり、粘性が低く、無色透明で、熱的化学的に非常に安定した完全フッ素化液体である。また、照射光を吸収せず、照射光を照射しても水のラマン散乱と同等以下の蛍光しか発しない。このため、複数のキャピラリを備えたマルチキャピラリ電気泳動装置の光伝達媒体として非常に適した物質である。さらに次の特性を備えており、これらが好適に作用する場合もある。１）電気絶縁性と熱伝導性が優れている。２）表面張力が非常に低く浸透性がすぐれている。３）高温，低温を問わず各種溶剤に溶解しない。４）不燃性，無毒，無臭で安全である。５）不活性で、電子部品，金属，プラスチック，ゴムなどをほとんど侵さない。図２１に２５［℃］におけるＦ溶液の化学的特徴を示す。
【００４２】
本実施例にかかるキャピラリアレイの密封容器の内部には、Ｆ溶液１９が充填されており、光照射部８はＦ溶液１９に浸されている。これによりレーザ光がキャピラリ１６表面を透過する際の屈折と反射による損失を低減して、検査試料が生ずる蛍光強度の減少を回避できるため、複数のキャピラリ、特に２４本以上のキャピラリを有するマルチキャピラリ電気泳動装置において、分析能を向上させることができる。
【００４３】
密封構造中には、Ｆ溶液１９とともに、気泡２２が充填されている。温度変化に伴うＦ溶液１９の体積膨張により、密閉構造が破壊されることを防ぐためである。但し、気泡２２は可動するため、レーザ光路上に侵入して分析に影響を与える可能性がある。そこで、気泡２２がレーザ光路上に侵入することを防ぐために、気泡排除手段である石英製の気泡排除ブロック２３が密封構造の中に形成されている。気泡排除ブロック２３は、検出部１１−８を電気泳動装置に備え付ける際に上となる位置で、レーザ光２４及び２５が透過する位置に配置される。これにより、密閉容器内の上方で、かつレーザ光２４及び２５が透過しない位置に気泡２２を収容する空間２０−２ができる。計測の際に気泡はセル上方に移動し、この空間２０−２に留まるため、気泡２２がレーザ光路を横断することを防止できる。また、アレイ台１５の基準面が水平となり、基準面が下になるように光照射部８を電気泳動装置に備え付ける場合、光照射部２０−３近傍のアレイ台１５の基準面に溝状の空間を形成する。光照射部近傍のキャピラリの隙間には気泡が溜まりやすいが、溝状の空間の体積が気泡２２の体積以上であればこの空間に気泡が留まるため、気泡２２とレーザ光２４及び２５の接触を避けることができる。また、光照射部８を電気泳動装置に斜めに備え付ける。つまり、気泡２２が、密封容器内の片隅で、かつレーザ光２４及び２５の透過しない位置に移動するように備え付けることでも、同様の効果が得られる。つまり、検出部を電気泳動装置に備えつけた際に、気泡がレーザ光２４及び２５の透過しない位置に残留するように密閉構造を形成することで、気泡２２とレーザ光２４及び２５の接触を避けることができる。これにより、気泡２２とＦ溶液１９の境界面をレーザ光が通過することによる屈折及び反射による損失を回避できる。
【００４４】
図１４に、本実施例のＣＣＤに結像されたイメージおよび９６本のキャピラリからの発光強度分布を示す。尚、図４に９３本キャピラリの場合のＣＣＤに結像されたイメージおよび９３本のキャピラリからの発光強度分布を示す。図１４に示される発光は、分離媒体の発光スペクトル（主に水のラマン散乱）である。図に示すように、９６本のキャピラリからの発光を同時検出することができる。図１５に、９６本のキャピラリ中の一本についての電気泳動結果を示す。尚、図５に、９３本のキャピラリのうち、１本についての電気泳動結果を示す。ここでは、いわゆるサイズマーカーと呼ばれる塩基長が既知のＤＮＡサンプルを測定対象とした。恒温槽内の温度は６０℃、光照射部と試料導入端の間の長さは３６ｃｍ、キャピラリに印加する電圧は、１ｃｍあたり３１９Ｖであった。
【００４５】
電気泳動装置のＤＮＡ分離能を示す標識の一つにクロスオーバーポイントがある。これは、光照射部における１塩基相当の分離長と、１塩基のＤＮＡバンドの半値全幅が等しくなる塩基長を意味し、値が大きいほど電気泳動の分離能が大きいことを表す。図１５のクロスオーバーポイントは４１０塩基であった。他の９５本のキャピラリについても同様の結果を得ることができた。尚、図５のクロスオーバーポイントは、４１０塩基であり、他の９２本のキャピラリについても同様の結果を得ることができた。
【００４６】
以上より、本実施例においては、キャピラリ毎のクロスオーバーポイントが４１０塩基である高分析能のマルチキャピラリ電気泳動装置を提供できる。
【００４７】
実施例２
入射レーザ光とセルのレーザ入射面の角度は一定に保つ必要がある。この角度がキャピラリアレイごとにばらつくと、レーザ光のセルへの入射角がばらつき、その結果、セル中のレーザ光路がばらつくためである。例えば、セルのレーザ入射面が石英であり、キャピラリを満たす媒体が屈折率１．２９ の液体であるとき、セルのレーザ入射面が４ｍｒａｄばらつく場合には、セルへの入射点からレーザが２０ｍｍ伝搬した地点におけるレーザ光路の変位は２０μｍとなる。キャピラリ軸方向にレーザが変位すると、上下２方向照射される２つのレーザ光が同軸ではなくなり、レーザ光径が実効的に大きくなる。その結果、ＤＮＡ検出の分離能（隣接するＤＮＡバンドの識別能）が低下する等の性能低下につながる。また、キャピラリ軸と垂直方向（以下、「Ｚ軸方向」という）にレーザ光が変位すると、キャピラリ内径内へのレーザ光照射量が減少し、信号強度が減少する。このような性能低下を避けるため、入射レーザ光とセルのレーザ入射面の角度を一定に保つ必要がある。
【００４８】
特に実施例１にかかるマルチキャピラリ電気泳動装置において、分離媒体と検査試料が充填されるキャピラリの内径は５０μｍ、キャピラリ中心軸の許容誤差（キャピラリ中心軸と基準面の距離のバラツキ）は±６μｍ、レーザ光径は７２μｍである。従って、キャピラリとレーザ光の位置関係をμオーダで精密に調整しなければ、分離能を担保することができない。さらに、マルチキャピラリアレイは電気泳動装置本体から脱着できることが好ましいが、装着に際してキャピラリとレーザ光の精密な位置調整が容易にできる必要がある。このため実施例２にかかる電気泳動装置では、マルチキャピラリアレイにおける電気泳動装置への取付基準面とセルのレーザ入射面を一定角度にし、かつ、この取付基準面と装置側の取付基準面を常に一定角度に取り付けられる構造を備えている。より詳細には、複数のキャピラリが並んだ平面を電気泳動装置のマルチキャピラリアレイ取付部における取付基準面に接触させることにより、前記取付基準面に対する垂線方向に関する平面基板と電気泳動装置の相対位置合わせを行い、かつ、前記平面基板のうちキャピラリが並んだ平面に対して垂直な一平面をマルチキャピラリアレイ取付部におけるもうひとつの取付基準面に接触させることにより、前記垂線方向に垂直な方向に関するキャピラリアレイと電気泳動装置の相対位置合わせを行うことにより、入射レーザ光とセルのレーザ入射面の角度を一定に保つことができる。
【００４９】
図６に、実施例２のキャピラリアレイ取付部の正面図（６ａ）と正面図におけるＡ−Ａ′断面（６ｂ）を示す。尚、他の個所は実施例１と同様である。ＸＹＺ軸を図示の通り定義する。Ｘ軸はキャピラリ軸に平行な方向であり、Ｚ軸は複数のキャピラリが並んだ基準平面に垂線な方向であり、Ｙ軸はＸ軸とＺ軸の双方に垂直な方向である。
【００５０】
石英製のアレイ台１５は、キャピラリのポリマ被覆を接触させてキャピラリを配列できる基準平面４０−２と、電気泳動装置本体と接触する取付基準面Ｐ４０と、取付基準面Ｑ４６が形成されている。アレイ台１５の取付基準面Ｑ４６は、取付基準面Ｐ４０に対して垂直で、Ｘ軸に対し平行である。基準平面４０−２と取付基準面Ｐ４０とは略並行でその距離は６μｍ以内であることが望ましい。本実施例のように、基準平面４０−２と取付基準面Ｐ４０とが同一平面上に形成されていると、キャピラリアレイを高精度に製作することができ好適である。
【００５１】
電気泳動装置本体にあるキャピラリアレイ取付部は、マルチキャピラリアレイの取付基準面Ｐ４０と取付基準面Ｑ４６とそれぞれ接する取付基準面Ｐ′４１と取付基準線ＱＱ′４７，４８が形成され、光照射部８に入射するレーザ光２４，２５が透過するレーザ光透過部５１−７，試料が発する蛍光が透過する蛍光透過部５１−６，取付部蓋５１−１１とバネ５１−１０からなる押圧部Ａ５１−８，押し当て棒４４とバネ４５からなる押圧部Ｂ５１−９を備えている。
【００５２】
押圧部Ａ５１−８は、マルチキャピラリアレイをキャピラリアレイ取付部に脱着する際に移動することができる。装着の際に、アレイ台１５の取付基準面Ｐ４０を電気泳動装置のマルチキャピラリアレイ取付部における取付基準面Ｐ′４１に接触させ、押圧部Ａ５１−８によりアレイ台１５を−Ｚ軸方向（取付基準面Ｐ４０から取付基準面Ｐ′４１の方向）に押し付けることで、Ｚ軸方向に関するアレイ台１５と電気泳動装置の相対位置合わせをμｍオーダの精度で行うことができる。この位置合わせにより、キャピラリアレイを脱着する際にレーザ光のキャピラリ照射位置の再現性を確保することができる。特に、基準平面４０−２と取付基準面Ｐ４０とが同一平面上に存在する場合には、各キャピラリ中心軸とレーザ光２４，２５の透過路の位置関係を極めて高精度に調整できる。
【００５３】
アレイ台１５の取付基準面Ｑ４６を、Ｚ軸上方から見ると半円形状である２つのキャピラリ取付基準部材に接触させることにより、取付基準線ＱＱ′４７，４８に接触させる。そして、Ｚ軸上方から見ると半円形状である２つのキャピラリ押し当て部材を有する押し当て棒４４を介して、バネ４５によりＹ軸方向（取付基準面Ｑ４６から取付基準線ＱＱ′４７，４８の方向）にアレイ台１５を押し当てる。このように、Ｚ方向から見ると１直線が２点で接しているため、Ｙ軸方向に関するアレイ台１５と電気泳動装置の相対位置合わせを高精度に行うことができる。
【００５４】
また、キャピラリアレイにおいては、取付基準面Ｑ４６と各キャピラリが平行になるようにキャピラリを配列し、また、取付基準面Ｑ４６に最も近いキャピラリ４９と取付基準面Ｑ４６の距離を、どのキャピラリアレイにおいても一定とした。こうすることにより、最も近いキャピラリ４９から続く残り９５本のすべてのキャピラリについて、各キャピラリと取付基準線ＱＱ′４７，４８と位置関係が一義的に定まる。したがって、ＣＣＤ３４への結像位置がキャピラリアレイに依存しなくなり、ＣＣＤ３４の受光面サイズを最小限にすることができる。
【００５５】
あるいは、アレイ台上において、すべてのキャピラリが配列される範囲を設定し、その範囲内で取付基準面Ｑ４６と各キャピラリが平行になるようにキャピラリを配列する。取付基準面Ｑ４６に最も近い前記範囲の距離と、最も遠い前記範囲の距離を、どのキャピラリアレイにおいても一定とした。このような構造は、例えば図８に示されるようにアレイ台上に２つの平行なブロックを形成しそのブロック間を配列範囲とし、９６本のキャピラリをこの範囲に配列することにより実現することができる。この場合、ブロックのキャピラリ側の内壁と、取付基準面Ｑ４６の距離を一定に保つことになる。こうすることにより、ＣＣＤ３４への結像位置がキャピラリアレイに依存しなくなり、ＣＣＤ３４の受光面サイズを最小限にすることができる。
【００５６】
石英製セル蓋２０の表面のうち、レーザ光２４，２５が通過するＲ５０，Ｓ５１，Ｔ５２，Ｕ５３面と面Ｑ４６との平行度は２×１０−３ｒａｄ 以下になるようにした。この平行度がキャピラリアレイごとにばらつくと、レーザ光２４，２５のセル蓋２０への入射角がばらつき、その結果、セル中のレーザ光路がばらつく。Ｘ軸方向にレーザ光路がばらつくと、上下２方向のレーザ光２４，２５が同軸ではなくなり、レーザビーム径が実効的に大きくなる。その結果、ＤＮＡ検出の分離能（隣接するＤＮＡバンドの識別能）が低下する等の性能低下につながる。また、Ｚ軸方向にレーザ光２４，２５が変位すると、キャピラリ内径内へのレーザ光照射量が減少し、信号強度が減少する。このような性能低下を避けるため、上記の通りＲ５０，Ｓ５１，Ｔ５２，Ｕ５３面をそれぞれ面Ｑ４６とほぼ平行にした。
【００５７】
なお、レーザ光路のばらつきを抑制するためには、Ｒ５０，Ｓ５１，Ｔ５２，Ｕ５３面が面Ｑと平行であるだけでは不十分であり、電気泳動装置へのアレイ台１５取付角度を再現性よく一定にする必要がある。この条件は、面Ｑ４６を線Ｑ４７，Ｑ′４８に押し当てる上記方法により実現されている。
【００５８】
キャピラリアレイ取付部へのキャピラリアレイ取付方法として、次のような方法もある。
【００５９】
図２３に、実施例２の変形例のキャピラリアレイ取付部の正面図（２３ａ）と正面図におけるＡ−Ａ′断面（２３ｂ）を示す。ＸＹＺ軸を図示の通り定義する。アレイ台１５上の基準面Ｐ４０（キャピラリのポリマ被膜が接触している面）を、電気泳動装置本体のキャピラリアレイ取付部における取付基準面Ｐ′４１に接触させることにより、Ｚ軸方向に関するアレイ台１５と電気泳動装置の相対位置合わせを行った。この位置合わせにより、キャピラリアレイを着脱する際にレーザ光のキャピラリ照射位置の再現性を確保することができる。
【００６０】
また、押し当て棒４４を介して、バネ４５によりＹ軸方向にアレイ台１５を押し当て、セルの面Ｕ５３（面Ｐ４０に対して垂直でＸ軸に対し平行）を電気泳動装置のキャピラリアレイ取付部における取付基準線Ｑ″Ｑ′′′４７−２，４８−２に接触させることにより、Ｙ軸方向に関するアレイ台１５と電気泳動装置の相対位置合わせを行った。また、キャピラリアレイにおいては、面Ｕ５３と各キャピラリが平行になるようにキャピラリを配列し、また、面Ｕ５３に最も近いキャピラリ４９と面Ｕ５３の距離を、どのキャピラリアレイにおいても一定とした。こうすることにより、ＣＣＤ３４への結像位置がキャピラリアレイに依存しなくなり、ＣＣＤ３４の受光面サイズを最小限にすることができる。
【００６１】
あるいは、アレイ台上において、すべてのキャピラリが配列される範囲を設定し、その範囲内で取付基準面Ｑ４６と各キャピラリが平行になるようにキャピラリを配列する。取付基準面Ｑ４６に最も近い前記範囲の距離と、最も遠い前記範囲の距離を、どのキャピラリアレイにおいても一定とした。このような構造は、例えば図８に示されるようにアレイ台上に２つの平行なブロックを形成しそのブロック間を配列範囲とし、９６本のキャピラリをこの範囲に配列することにより実現することができる。この場合、ブロックのキャピラリ側の内壁と、取付基準面Ｑ４６の距離を一定に保つことになる。こうすることにより、ＣＣＤ３４への結像位置がキャピラリアレイに依存しなくなり、ＣＣＤ３４の受光面サイズを最小限にすることができる。
【００６２】
セル蓋２０の石英表面のうち、レーザ光２４，２５が通過するＲ５０，Ｓ５１，Ｔ５２面と面Ｕ５３との平行度は２×１０−３ｒａｄ 以下になるようにした。キャピラリアレイごとにこの平行度がばらつくと、レーザ光２４，２５のセル蓋２０への入射角がばらつき、その結果、セル中のレーザ光路がばらつく。Ｘ軸方向にレーザ光路がばらつくと、上下２方向のレーザ光２４，２５が同軸ではなくなり、レーザビーム径が実効的に大きくなる。その結果、ＤＮＡ検出の分離能（隣接するＤＮＡバンドの識別能）が低下する等の性能低下につながる。また、Ｚ軸方向にレーザ光２４，２５が変位すると、キャピラリ内径内へのレーザ光照射量が減少し、信号強度が減少する。このような性能低下を避けるため、上記の通りＲ５０，Ｓ５１，Ｔ５２をそれぞれ面Ｕ５３とほぼ平行にした。
【００６３】
なお、レーザ光路のばらつきを抑制するためには、Ｒ５０，Ｓ５１，Ｔ５２面が面Ｕ５３と平行であるだけでは不十分であり、電気泳動装置へのアレイ台１５取付角度を再現性よく一定にする必要がある。この条件は、面Ｕ５３を線Ｑ′４７，Ｑ″４８に押し当てる上記方法により実現されている。
【００６４】
図６に示した方法においてはセル蓋２０の面Ｒ５０とアレイ台１５の面Ｑ４６が平行になるようにセル蓋２０をアレイ台１５に取付，接着する必要がある。本方法においては、セル蓋２０の面Ｕ５３が、キャピラリアレイ取付部の取付基準線Ｑ′４７，Ｑ″４８に直接接触するため、アレイ台１５とセル蓋２０の平行度の裕度が大きくなる。
【００６５】
また発明者は、キャピラリ間の充填媒体に温度勾配が生ずるとき、電気泳動装置の分解能が悪化する問題を見出した。そして、その理由が、充填媒質中の屈折率傾斜によるレーザ光の湾曲であることを突き止めた。以下、この問題と、解決手段について説明する。
【００６６】
光伝達媒体（Ｆ溶液１９）のＺ軸方向温度分布が存在すると、Ｚ軸方向にＦ溶液１９の屈折率傾斜が発生する。この屈折率傾斜により、本来Ｙ軸方向のみの成分をもつレーザ光２４，２５の進行方向が、微小ながらＺ軸成分をもつようになる。Ｙ方向に進行するレーザ光２４，２５の進行方向がこの屈折率勾配によりＺ軸方向に変位した結果、キャピラリを伝搬する過程において、レーザ光がキャピラリアレイからずれてしまう。そのため、キャピラリに照射されるレーザ光強度が減少し、信号強度（試料からの蛍光強度）が減少し電気泳動装置の分離能が悪化する問題が発生する。特にこの問題は、レーザ光２４，２５の光伝達媒体中を通過する距離が長くなる程（キャピラリの本数が多い程）顕著になる。
【００６７】
発明者は、密封容器の内部表面温度を適切に調整することで、複雑な構成を利用せずともこの問題を解決できるのではないかと考えた。そこで、内部表面温度差と、充填媒体中の所定位置の温度勾配との関係を調査した。その結果を図７に示す。図７は、図６中の点Ｖ５４と点Ｗ５５の温度差と、直線ＶＷ上の温度勾配とを表したものである。横軸は、直線ＶＷ上のＺ座標であり、Ｚ＝０はキャピラリの中心位置に相当する。尚、直線ＶＷはアレイ台に対して垂直であり、キャピラリ間の空間の中心を通るとする。Ｖ−Ｗ間の距離、すなわちＦ溶液層厚は０．８ｍｍである。縦軸は、温度勾配である。ΔＴは、点Ｖ５４と点Ｗ５５の温度差である（ΔＴ＝［点Ｖの温度］−［点Ｗの温度］）。各曲線は、ΔＴが−２０，−５Ｋ，−２Ｋ，２Ｋ，５Ｋ，２０Ｋの場合のＦ溶液における直線ＶＷ上の温度勾配を表している。尚、Ｆ溶液の熱伝導率は、０．０６６Ｗ／ｍＫ 、比熱は１０５０Ｊ／ｋｇＫ、密度は１８８０ｋｇ／ｍ３である。また、電気泳動中におけるキャピラリ１本の発熱は、長さ１０ｍｍあたり１ｍＷと仮定して計算した。
【００６８】
図７からわかるように、ΔＴが正である（点Ｖ５４の温度が点Ｗ５５の温度より大きい）ほうが負であるよりも温度勾配の絶対値が小さくなる。つまり、アレイ台１５の平面基板の温度がセル蓋２０よりも高い場合の方が、その逆の場合に比べて温度勾配の変位量が小さいことが判明した。
【００６９】
この結果を踏まえ、図６に示すようにマルチキャピラリアレイを設計した。本実施例にかかるマルチキャピラリアレイは、密閉容器の第１平板部である石英製のアレイ台１５の厚みが、第２の平板部である石英製のセル蓋２０の厚み（検出されるべきキャピラリアレイからの信号光が透過する前記セルの一部である透明板の板厚）より厚くなっている。尚、セル蓋２０を石英製、アレイ台１５をサファイア製とすることにより、アレイ台１５をセル蓋より薄くしても、ΔＴを正に保つことができる。つまり、第１平板部の熱伝達効率を第２平板部の熱伝達効率より大きくするようにキャピラリアレイを設計する。これにより、マルチキャピラリアレイ取付部が６０℃などの温度に一定に保たれている場合に、６０℃に保たれているマルチキャピラリアレイ取付部の面Ｐ′（取付基準面Ｐ′４１と取付基準線ＱＱ′４７，４８）に接触する部分から面Ｐ（取付基準面Ｐ４０と取付基準面Ｑ４６）に伝達される熱をセル蓋よりもアレイ台の方に効率的に伝達させ、ΔＴを正に保つためである。これにより、キャピラリ間の光伝達媒体でレーザ光が通過する個所の温度勾配が小さくなり、屈折率勾配が減少するため、レーザ光路は曲がりにくくなり、直進性を保つことができる。
【００７０】
好ましくは、電気泳動の際に、レーザ光の透過する個所の充填媒質の温度勾配がゼロになるようにマルチキャピラリアレイを設計する。ここで、温度勾配がゼロとは、温度勾配がほぼ存在しないためレーザ光が直進できる状態のことをいい、レーザ光の湾曲が分離能をほとんど悪化させない状態をいう。
【００７１】
以上より、キャピラリ周囲に充填媒質を満たす電気泳動装置において、分離能を向上することができる。
【００７２】
実施例３
実施例３では、光伝達媒質として、屈折率１．２９ のフッ素化ポリマであるデュポン社製Ｔｅｆｌｏｎ ＡＦ ２４００（以下、「Ｆポリマ」）、又は屈折率１．３２ のフッ素化ポリマであるデュポン社製Ｔｅｆｌｏｎ ＡＦ １６００（以下「Ｆ′ポリマ」という）を利用していることを一つの特徴とする。尚、“Ｔｅｆｌｏｎ”はデュポン社の登録商標である。図８に、実施例３の検出部付近の側面図（８ａ）と正面図（８ｂ）を示す。光照射部８以外の構成は実施例１と同様である。
【００７３】
また、次の化学構造Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄのうち少なくとも一つの繰り返し単位を有する構造を有する媒体も用いることができる。これらは、水素原子をすべてフッ素原子で置換したもので、上記Ｆ溶液と同様に、光伝達媒体として優れている。
【００７４】
【化１】
【００７５】
キャピラリアレイ１の光照射部８はアレイ台１５上に形成されている。アレイ台上の９６本のキャピラリ１６すべてがアレイ台１５に接触するように、かつ、隣接キャピラリと接触するようにアレイ台１５上に配列され、押さえ板１７とともに、アレイ台１５に対して接着固定されている。これにより、実施例２と同様に、各キャピラリと取付基準面の位置関係が一義的に定まる。
【００７６】
キャピラリ１６は、実施例１と同様にポリマ薄膜で覆われているが、光照射部６０−２においては、ポリマ被膜が除去され、石英管１８がむき出しの状態になっている。実施例３にかかる発明では、この石英が露出している光照射部６０−２が、屈折率１．２９ のフッ素化ポリマであるＦポリマで覆われている。または、屈折率１．３２ のフッ素化ポリマであるデュポン社製Ｔｅｆｌｏｎ ＡＦ １６００（登録商標）（以下「Ｆ′ポリマ」という）で覆われていてもよい。
【００７７】
キャピラリ１６をアレイ台１５に対して固定した後にＦポリマ６０をキャピラリ間に充填した。両端のキャピラリの外側に位置する２つのポリマブロック６１，６２の間の空間において、レーザ光２４，２５の通過領域を完全に覆うようにＦポリマ６０を充填した。
【００７８】
ここで、Ｆポリマの化学構造式Ｅを示す。なおｎは自然数である。
【００７９】
【化２】
【００８０】
また、Ｆポリマ、及びＦ′ポリマには次の特徴がある。
（１）温度安定性が高い（Ｈｉｇｈ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ）
（２）科学的耐性に秀でている（Ｅｘｃｅｌｌｅｎｔ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）
（３）表面エネルギーが低い（Ｌｏｗ ｓｕｒｆａｃｅ ｅｎｅｒｇｙ）
（４）水吸収が低い（Ｌｏｗ ｗａｔｅｒ ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ）
（５）透明で光伝達率が高い（ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ ｈｉｇｈ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）
（６）屈折率が低い（ｖｅｒｙ ｌｏｗ ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ ｉｎｄｅｘ）
（７）ガス浸透性が高い（Ｈｉｇｈ ｇａｓ ｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙ）
【００８１】
図２０にＦポリマの透過スペクトラムを示す。図よりＦポリマは紫外線から赤外線の範囲で高い透過性を有することがわかる。従って、Ｆポリマ６０は、蛍光であるアルゴンレーザの波長４８８．０ｎｍ，５１４．５ｎｍの光を吸収せず、また、この光を照射しても蛍光を発しないため、充填媒体として適している。
【００８２】
図２２にＦポリマ及びＦ′ポリマの屈折率を示す。Ｆポリマの温度２０℃におけるナトリウムＤ線による屈折率は１．２９ であり、Ｆ′ポリマの温度２０℃におけるナトリウムＤ線による屈折率は１．３２ である。屈折率は、接触液体としてα−ｂｒｏｍｏ−ｎａｐｔｈａｌｅｎｅ を利用したＡｂｂｅ反射測定器を用いて測定した。これら屈折率は、固体有機重合体の中で最も低い値として知られており、ＡＦ２４００の屈折率は、ＧｒｏｈとＺｉｍｍｅｒｍ が提唱した固体有機重合体屈折率の理論的最低限界値に近い値である。
【００８３】
このように、屈折率が１．２５から１．３２、好ましくは１．２９ のフッ素含有ポリマを、キャピラリの隙間に充填することにより、レーザ光２４，２５が石英管１８表面を透過する際の屈折と反射による光強度の損失を防ぐことができ、実施例１とほぼ同様の信号を得ることができる。
【００８４】
実施例４
図９ａに、実施例４のレーザ照射部付近の側面図を示す。
本実施例では、図９ａに示すように、充填したＦポリマ６０の表面形状を、その断面形状がキャピラリ１６と同心の円状になるように成型した。その他の構造は実施例３と同様である。ここで、蛍光集光レンズ３１のＦ値が１．８ であるとする。Ｆポリマ６０の表面が平面である場合（図９ｂ）には、空気とＦポリマ６０の界面６５において信号光が屈折するため、図示するとおりキャピラリ断面において±１２°の範囲の信号光しか蛍光集光レンズ３１に到達しない。一方、Ｆポリマ６０の表面形状がキャピラリ１６と同心円状である場合には、キャピラリ断面において±１５．５° の範囲の信号光が蛍光集光レンズに到達する。また、キャピラリ中の検査試料から生じた蛍光が石英管とＦポリマ６０の境界面、及びＦポリマ６０と外気（空気）との境界面を通過する際、蛍光はこれら境界面に対して垂直に入射する。従って、蛍光は屈折しないため、収差による問題が生じない。このように、充填したＦポリマ６０の表面形状を、その断面形状がキャピラリの同心円の一部となるように成型することにより、測定部３４−３（ＣＣＤ３４）が検出する蛍光の強度を増加することができ、分離能が向上する。
【００８５】
また、充填したＦポリマ６０の表面形状を、所定の曲面となるように形成することでも分離能を向上することができる。たとえば、その１断面が所定の曲線（楕円，双曲線，中心軸がキャピラリ中心軸と異なる円）となるように曲面を形成する。これにより、Ｆポリマ６０をレンズとして作用させ、検査試料から生じる蛍光をより多く検出機構３４−２に収束させることができる。尚、収差による問題は、表面形状を非球面レンズとして形成したりすること等で回避できる。
【００８６】
以上のように、Ｆポリマ６０の表面形状を所定の曲面に形成し、蛍光の進行方向を制御して、検出機構に入射する蛍光強度を上げることにより、分離能を向上させることができる。
【００８７】
実施例５
図１０に、実施例５の検出部付近の側面図を示す。本実施例では、キャピラリ間であってレーザ光が通過する空間を満たす液体は、キャピラリアレイのセル構造に包含されておらず、キャピラリアレイ電気泳動装置本体側に具備された液体を包含するセル構造に保持されている。この場合、装置のセル内にキャピラリをディップし、キャピラリアレイを固定する。その他、特に記載のない事項については、実施例１と同様である。
【００８８】
キャピラリアレイがセル構造を有さない点を除いて、アレイ台１５上に形成される検出部の基本的な構造は、実施例１と同様であり、９６本のキャピラリ１６すべてがアレイ台１５に接触するように、かつ、隣接キャピラリと接触するようにアレイ台１５上に配列され、押さえ板１７とともに、アレイ台１５に対して接着固定されている。
【００８９】
電気泳動装置のキャピラリアレイ取付部は、Ｆ溶液を満たすことができる容器部であるセルと、レーザ光を透過することができるレーザ光透過部であるセルの石英窓７２，７３と、蛍光を透過することができる蛍光透過部であるセル下部の石英窓７１と、取付基準面Ｐ′４１を備えている。
【００９０】
電気泳動装置は、キャピラリアレイを下向きに取り付けるようになっている。アレイ台１５の面Ｐ４０を装置の取付基準面Ｐ′４１に接触させることによりアレイ台１５と電気泳動装置の相対位置合わせを行うことができる。
【００９１】
電気泳動装置のセルは、Ｆ溶液１９で満たされ、レーザ光２４，２５はセルの石英窓７２，７３を通してＦ溶液１９中を水平方向に進行している。キャピラリからの発光は下向きであり、セル下部の石英窓７１を通して、実施例１と同様な検出機構により検出される。
【００９２】
気泡がレーザ光路上に侵入することを防ぐために、アレイ台には穴加工７０が施してある。穴加工７０とは、アレイ台１５を貫通する穴を形成することである。また、光照射部の上方に位置するアレイ台１５に、溝を形成することでも同様の効果を達成することができる。これにより、キャピラリの光照射部の近傍の気泡が上方に移動できるため、該気泡はレーザ光路上に残留しない。
【００９３】
本実施例により、マルチキャピラリアレイの光照射部近傍をＦ媒体に浸すことができるため、実施例１とほぼ同様の測定結果を得ることができ、電気泳動装置の分離能を向上させることができる。
【００９４】
実施例６
実施例６は、複数キャピラリの両側からレーザ光を照射する電気泳動装置において、透過したレーザ光を直線偏光とする偏光素子，透過したレーザ光の偏光方向を回転させる偏光回転素子を適切に配置することにより、レーザ光がレーザ発振機に戻りレーザ発振を不安定にするという問題を回避・低減するものである。
【００９５】
図１１に、実施例６の概略を示す。キャピラリアレイの構成は実施例１と同様である。キャピラリアレイの検出部付近とレーザ光の導入経路のみ表示し、レーザ用のシャッタ，フィルタ等は表示していない。
【００９６】
本実施例にかかるマルチキャピラリアレイ電気泳動装置は、実施例１と同様の構成であるキャピラリアレイと、複数のキャピラリを貫く２つのレーザ光を照射し、この２つのレーザ光の進行方向を対向するように調整する光照射機構と、キャピラリアレイを通過したレーザ光がレーザ本体に戻ることを防ぐための光遮断機構をそなえる。
【００９７】
光照射機構は、コヒーレント光であるレーザ光８０を照射する光源であるレーザ本体８７と、一つのレーザ光８０を２つのレーザ光２４，２５に２等分できるハーフミラー８１と、レーザの進行方向を変更するミラー９１と、集光レンズ８３，８４よりなる。レーザ光の経路の途中に、ミラー，ハーフミラー，レンズなどがあってもかまわない。
【００９８】
光遮断機構は、透過する光の偏光方向を変更できる偏光回転素子であるハーフ波長板（水晶λ／２板，雲母波長板など）８８，８９と、所定の偏光のみ透過する偏光フィルタ９０よりなる。
【００９９】
レーザ本体８７から照射されたレーザ光８０は、ハーフミラー８１によって２等分される。これら２つのレーザ光は、キャピラリアレイ８２に対して両側の側面から照射する。ここで、ハーフミラー８１による反射光をレーザ光２４，透過光をレーザ光２５とする。レーザ光２４の集光レンズを集光レンズ８３，レーザ光２５の集光レンズを集光レンズ８４とする。アレイの端に位置し、レーザ光２４が導入されるキャピラリを以下、第１キャピラリ８５，レーザ光２５が導入されるキャピラリを以下、第９６キャピラリ８６とする。レーザ光２４，２５は、９６本のそれぞれのキャピラリの中心軸を含む平面（以下、「アレイ面」という）内にあり、キャピラリに対し垂直に入射する。レーザ光２４と２５は同軸になっており、一方のレーザ光のうちキャピラリを通過した光は、もう一方の入射レーザ光の同軸上を通り、レーザ本体８７に戻るように光軸を調整した。レーザ光２４，２５はともに直線偏光であり、その偏光方向はキャピラリ軸に対し垂直方向である。以上の構成（偏光素子と偏光回転素子を設置しない場合）において、キャピラリアレイからの反射光、または、キャピラリアレイを通過した透過光がレーザ本体に戻り、レーザ発振が不安定化し、分離能が悪化するという問題が発生する。尚、透過戻り光強度，反射戻り光強度ともに、入射光強度の６％程度であった。
【０１００】
この戻り光を抑制するために、上下両方からのそれぞれのレーザ光２４，２５に対し、レーザ集光レンズのキャピラリ側に偏光回転素子としてハーフ波長板である水晶λ／２板，雲母波長板８８，８９などを設置した。偏光フィルタおよび偏光回転素子の光軸周りの回転角度調整を次のように行うことが望ましい。偏光フィルタは、レーザからの光の透過光強度を最大にするように角度調整する。偏光回転素子については、偏光回転角度が４５°になるようにこの素子の回転角度を調整する。偏光を４５°回転させる光学素子を２つ通過することにより、入射光の偏光方向は９０°回転する。２つ目の偏光フィルタは偏光方向が９０°回転した光の透過光強度が最小になるように角度調整する。尚、偏光回転素子の回転角度，偏光フィルタの偏光方向は上記数値に厳密に限定されるものではなく、戻り光強度の問題を解決するために十分であれば良い。
【０１０１】
本実施例では、分岐点よりもキャピラリアレイ側に偏光回転素子を設置し、分岐点よりもレーザ側に偏光フィルタを設置する。レーザ本体８７の近くに設置された偏光フィルタは、レーザからの光の強度を最大にするように角度調整してある。キャピラリアレイを透過してループ状の光路を戻ってきた光は偏光方向が９０°回転しているので、偏光フィルタは戻り光に対しては透過光強度が最小になる。
【０１０２】
尚、偏光フィルタ、及び偏光回転素子の設置は、これに限定されるものではない。たとえば、分岐点よりもキャピラリ側に、偏光フィルタ，偏光回転素子の両方を設置してもよい。この場合、それぞれの光学素子は２個ずつ必要になる。また、分岐点よりもレーザ側に偏光フィルタを設置してもよい。この場合には１つの偏光フィルタが必要になる。また、集光レンズと偏光回転素子の配置を交換し、集光レンズを偏光回転素子よりキャピラリ側に配置してもよい。この場合、レーザは、偏光回転素子、集光レンズの順に透過する。
【０１０３】
これにより、レーザ本体８７より照射されたレーザ光は、偏光フィルタ（透過光が最大になるように角度調整する）を通過し、ハーフミラーで２つに分岐し、偏光回転素子を通過した後に、２方向からキャピラリアレイを照射する。キャピラリ軸に対して垂直方向のレーザ光の偏光がハーフ波長板８８により４５°回転され、キャピラリ軸に対して４５°の角度でキャピラリアレイに入射する。上記光経路では、キャピラリアレイの地点において上下２つのレーザ光の偏光方向は互いに垂直になる。キャピラリ内径内からの信号光強度は、入射レーザ光の偏光方向に依存するものの、上下２つのレーザ光はキャピラリ軸に対してともに４５°になるため、９６本のキャピラリの信号光強度分布は上下対称になる。
【０１０４】
キャピラリアレイを透過したレーザ光は、偏光回転素子（最初の偏光回転素子と同一方向に偏光を回転する）を通過する。キャピラリアレイの両側に配置された偏光回転素子は、レーザ光を同じ方向に偏光させる性質を有するため、キャピラリアレイの一端から入射するレーザ光は、キャピラリを通過後に再度偏光素子により偏光方向が回転し、他方のレーザ光の偏光方向とほぼ直角の関係になる。
【０１０５】
次に、ハーフミラーを経由して偏光フィルタに進入する。ここで、２つ目の偏光フィルタは１つ目の偏光フィルタと同一のものであり、戻り光は、反対側から入射することになる。但し、戻り光の偏光は９０°回転している。言い換えると、レーザ光２４はハーフ波長板８８により、キャピラリ軸に対して垂直方向のレーザ光の偏光が４５°回転され、キャピラリ軸に対して４５°の角度でキャピラリアレイに入射するようになっている。レーザ光２４は、９６本のキャピラリを透過した後、ハーフ波長板８９でさらに４５°偏光が回転する。２つのハーフ波長板８８，８９を通過することによりレーザ光２４の偏光方向は９０°回転する。同様にレーザ光２５の透過光も偏光方向が９０°回転する。そして、透過光は偏光フィルタに進入する。
【０１０６】
しかし、この偏光フィルタは、レーザ本体８７からのレーザ光の強度を最大にするように角度調整してあり、キャピラリアレイを透過してループ状の光路を戻ってきた光は偏光方向が９０°回転しているので、偏光フィルタは戻り光に対しては透過光強度が最小になるようになっている。
【０１０７】
従って、この偏光フィルタを通過することができず、レーザヘッドに到達しないため、戻り光がレーザに戻ることを抑制することができる。９６本のキャピラリを通過する過程において直線偏光が乱れ、キャピラリ通過前の偏光成分は２５％程度減少する。しかしながら、本発明により透過戻り光を７５％抑制することができた。
【０１０８】
本実施例では、キャピラリアレイを通過した光がレーザ発振器に戻り、レーザ発振を不安定にするという問題が解決でき、比較的安定したレーザ発振を得ることができた。
【０１０９】
実施例７
実施例６においては、キャピラリにより反射した戻り光を抑制できないという問題があった。実施例７は、複数キャピラリの両側からレーザ光を照射する電気泳動装置において、キャピラリへのレーザ入射角度をキャピラリと垂直にしないことで、キャピラリにより反射したレーザ光がレーザ発振機に戻りレーザ発振を不安定にするという問題を回避・低減するものである。
【０１１０】
図１２に、実施例７の模式図を示す。本実施例は、光照射部の光軸構成以外は実施例６と基本的に同様である。しかし、前述した光照射機構がキャピラリに対し垂直から２°ずれた角度でレーザ光を照射し、また、光選択部材であるピンホール板９７を供えている。この光選択部材は、光源からキャピラリに進行するレーザ光を透過できる開口部と、キャピラリから光源に進行する戻りレーザ光は遮断できる障壁部を備えている。
【０１１１】
レーザ光２４，２５は、アレイ面内にあり、キャピラリに対し垂直から２°ずれた角度で入射する。レーザ光２４と２５はキャピラリアレイに照射される際に同軸になっており、一方のレーザ光のうちキャピラリを通過した光は、もう一方の入射レーザ光と同軸上を通り、レーザ本体８７に戻るように光軸を調整している。これにより、レーザ光２４，２５によるキャピラリやセルからの反射光９５，９６は、図１２に示すように入射レーザ光軸とは別の光軸上を伝搬するため、レーザ光２４，レーザ光２５のいずれとも同軸とはならない。
【０１１２】
レーザ本体８７のレーザ光出射口付近に、キャピラリ入射前のレーザ光は透過し、キャピラリで反射したレーザ光は透過しない光選択手段である直径１．４ｍｍのピンホールを有するピンホール板９７を取付ける。レーザ本体８７からのレーザ光はピンホールを通過するが、反射光はピンホールを通過できないため、反射光９５，９６がレーザ本体８７に戻ることを防ぐことができる。従って、キャピラリアレイやセルからの反射光がレーザ発振器に戻り、レーザ発振を不安定にするという問題を解決できる。
【０１１３】
尚、本実施例と実施例６とは組み合わせることにより、透過戻り光は実施例６の方法で抑制され、反射戻り光は本実施例の方法で抑制することができるため、安定したレーザ発振を得ることができる。
【０１１４】
実施例８
実施例８にかかる発明は、キャピラリ周囲の充填媒質の形状を所定の曲面に形成することで、キャピラリから生じる蛍光が充填媒質境界面を通過する際に発散することを回避するものである。
【０１１５】
図１６に、実施例８のレーザ照射部付近の上面図を示す。その他の構造は実施例３と同様である。図１６ａに示すように、充填した光伝達媒体であるＦポリマ６０の表面形状が、キャピラリ内のレーザ照射部分１００から見て凸形状となるように成型されている。
【０１１６】
ここで、蛍光集光レンズ３１のＦ値が１．８ であるとする。Ｆポリマ６０の表面が平面である場合（図１６ｂ）には、空気とＦポリマ６０の界面６５において信号光が屈折するため、図示するとおりキャピラリ断面において約±１１°の範囲の信号光しか蛍光集光レンズ３１に到達しない。
【０１１７】
一方、Ｆポリマ６０の表面形状が図１６ａのように凸形状である場合には、その表面形状の曲率半径に依存してキャピラリ断面において約±１１〜１５°の範囲の信号光が蛍光集光レンズに到達する。このように、充填したＦポリマ６０の表面形状を凸形状等の曲面にすることにより、検出機構により検出されるキャピラリ１６からの照射光強度を増加させることができる。なお、照射光強度を効果的に増大させるためには、Ｆポリマ６０の表面凸形状の円弧の中心とレーザ光軸が一致することが望ましい。検査試料が発した蛍光が、Ｆポリマ６０の凸形状表面に対して垂直方向に進行するため、その凸形状表面（境界面）を通過する際に進行方向が変化しないためである。これにより、収差の問題も回避することができる。
【０１１８】
また、充填したＦポリマ６０の表面形状を、所定の曲面となるように形成することでも、分離能を向上することができる。たとえば、その１断面が所定の曲線（楕円，双曲線，中心がレーザ光軸と異なる円）となるように曲面を形成する。このようにすると、蛍光が、検出部であるＣＣＤカメラにより多く収束するため、ＣＣＤが検出する蛍光強度が増大する。つまり、キャピラリ周囲のＦポリマ６０の表面形状を所定の曲面に形成することで、Ｆポリマ６０がレンズとして作用し、蛍光の進行方向を調整することができる。尚、収差による問題は、Ｆポリマ６０の表面形状にかかるレンズが、複数の焦点を持つように形成することで回避できる。
【０１１９】
尚、Ｆポリマの表面とは空気に接するものに限らず、Ｆポリマとは異なる屈折率を有する媒質との接触面をいう。また、Ｆポリマとキャピラリとの間に、屈折率の異なる別媒質が存在してもよい。
本実施例は実施例４と同時に実施することもできる。
【０１２０】
実施例９
実施例９は、キャピラリ周囲の充填媒質を被覆する容器の外型を所定の曲面に形成することで、キャピラリから生じる蛍光が容器表面を通過する際に発散することを回避するものである。
【０１２１】
図１７に、実施例９の光照射部付近の上面図を示す。その他の構造は実施例１と同様である。図１７ａに示すように、セル蓋２０の表面形状を、キャピラリ内のレーザ照射部分１００から見て凸形状になるようにする。
【０１２２】
ここで、蛍光集光レンズ３１のＦ値が１．８ であるとする。セル蓋２０の表面形状が平面である場合（図１７ｂ）には、空気とセル蓋２０の界面において信号光が屈折するため、図示するとおりキャピラリ断面において約±１１°の範囲の信号光しか蛍光集光レンズ３１に到達しない。
【０１２３】
一方、セル蓋２０の表面形状が図１７ａのように凸形状である場合には、その表面形状の曲率半径に依存してキャピラリ断面において約±１１〜１５°の範囲の信号光が蛍光集光レンズに到達する。このように、セル蓋２０の表面形状を、凸形状にすることで検出されるキャピラリ１６からの照射光強度を増加させることができる。なお、照射光強度を効果的に増大させるためには、セル蓋の表面凸形状の円弧の中心とレーザ光軸が一致することが望ましい。
【０１２４】
また、セル蓋の表面形状をより大きな曲率の曲面とすることで、蛍光が検出機構内のＣＣＤカメラにより収束し、照射光強度を増大させることができる。つまり、キャピラリ周囲の充填媒質を被覆するセル蓋等容器の形状を所定の曲面に形成することで、セル蓋等の容器がレンズとして作用し、蛍光の進行方向を調整することができる。
【０１２５】
尚、セル蓋の表面とは空気に接するものに限らず、セル蓋等の容器とは異なる屈折率を有する媒質との接触面をいう。また、セル蓋と境界面を形成する充填媒質の間に、屈折率の異なる別媒質が存在してもよい。
【０１２６】
実施例１０
実施例１０にかかる発明は、一方が平面で他方が曲面の部材であるシリンドリカルレンズを、表面形状が平面であるマルチキャピラリアレイに備え付けることで、実施例９におけるセル蓋の表面凸形状の機能を、装置に装着されたシリンドリカルレンズ２０２が担うものである。
【０１２７】
図１８に、実施例１０のレーザ照射部付近の上面図を示す。本実施例では、実施例１にかかるマルチキャピラリアレイのセル蓋が、電気泳動装置本体に装着されたシリンドリカルレンズ２０２に覆われている。その他の構造は実施例１と同様である。
【０１２８】
実施例９におけるセル蓋の表面凸形状の機能を装置に装着されたシリンドリカルレンズ２０２が担うことができるため、消耗品であるキャピラリアレイのセル蓋は平面ガラス板でよいことになる。また、シリンドリカルレンズ２０２が装置に装着されているため、シリンドリカルレンズ２０２の表面凸形状の中心とレーザ光軸が一致するため、照射光強度がキャピラリアレイの取付精度に依存しないというメリットがある。
【０１２９】
実施例１１
図１９に、実施例１１のレーザ照射部付近の正面図（１９ａ）と正面図におけるＡ−Ａ′断面（１９ｂ）を示す。本実施例では、１本のキャピラリ中からの試料から生じる蛍光を透過する検出窓を有する背景光遮蔽部材が、光照射部は石英製のアレイ台１５上に並列配置されたキャピラリの上方に配置されている。その他の構造は実施例１と同様である。
【０１３０】
９６本のキャピラリ１６すべてがアレイ台１５に接触するようにアレイ台１５に配列され、シリコン板１０１とともに、アレイ台１５に対して接着固定されている。シリコン板１０１には、シリコン異方性エッチング技術により、柵１０２により仕切られた検出窓１０３と、キャピラリ１６の配列位置決めのために用いられるＶ溝１０４が形成されている。Ｖ溝１０４にキャピラリ１６が嵌るため、キャピラリ１６を所定の間隔で高精度に配列することができ、また、柵１０２により仕切られた検出窓１０３とキャピラリ１６との位置合わせを容易に行うことができる。
【０１３１】
また、アレイ台１５にはシリコン板の位置決めガイド１０５が形成されているが、これは測定部の検出許容範囲に対応している。すなわち、全てのキャピラリ１６がシリコン板の位置決めガイド１０５の内側にあれば、全てのキャピラリ１６が検出機構の検出許容範囲内に入るということである。アレイ台１５にシリコン板の位置決めガイド１０５を形成することにより、アレイ台１５に対するキャピラリ１６の位置決めを容易に行うことが可能となる。
【０１３２】
キャピラリ１６は、内径５０μｍ，外径１２６μｍの石英管１８が厚さ１２μｍのポリマ被膜で覆われた構造をとり、全外径は１５０μｍである。キャピラリ内部にはＤＮＡの分離媒体であるポリマ水溶液（屈折率１．４１）が充填されている。光照射部においては、ポリマ被膜が除去され、石英管１８がむき出しの状態になっている。レーザ光を照射すると、レーザ光の乱反射光の一部がキャピラリ１６のポリマ被膜にあたることにより蛍光を発したり、ＤＮＡサンプルが発した蛍光の一部が乱反射したりする。このポリマ被膜からの蛍光やＤＮＡサンプルからの蛍光の乱反射光が検出機構で受光されると、背景光の増大によりＳＮ比が低下し、分離能が低下するしかし、所望の照射光は検出窓１０３を透過するが、背景光は柵１０２により遮られるため、背景光の増大を防止することが可能となる。さらには、アレイ台１５からの反射光が検出窓１０３を通過し、検出機構で受光されることを防ぐために、アレイ台１５には反射防止膜１０６が形成されている。これにより、さらに背景光を低減させることができるため、分離能をさらに向上させることが可能となる。
【０１３３】
光照射部のキャピラリ周辺は、Ｆ溶液１９で満たされている。Ｆ溶液１９は、石英製のセル蓋２０，アレイ台１５、および、それらを固定する接着剤で完全に密封されている。
【０１３４】
温度変化に伴うＦ溶液１９の体積膨張によりセルの密封構造が破壊されることを防ぐために、密封構造の中には発泡倍率が３０倍（体積の約３０分の２９が気泡）の高圧縮が可能な発泡体１０７を混入させた。Ｆ溶液１９の体膨張率は０．００１２ｍｍ３／ｍｍ３・℃ であるから、キャピラリアレイの保存温度（室温２５℃）と使用温度（６０℃）との差を３５℃とすれば、Ｆ溶液１９の保存温度から使用温度への温度上昇（３５℃）による体積増加は約０．０４ｍｍ３／ｍｍ３（約４％）となる。発泡体１０７の大きさは、セル容積の約１０％の大きさに設定した。
【０１３５】
発泡体１０７は、アレイ台１５に設けられた溝に、アレイ台１５とキャピラリ１６に挟まれるようにして配置されている。また、発泡体１０７は、検出機構の検出範囲内であるが、シリコン板１０１により検出機構から隠された位置に配置されている。これにより、発泡体１０７の蛍光による背景光の増大を防止することができる。また、発泡体１０７は、セルの密封構造内にＦ溶液を注入するための穴１０９に、それを塞ぐ蓋として配置することもできる。これにより、アレイ台１５への発泡体１０７の為のみの特別加工が不要になる。
【０１３６】
気泡がレーザ光路上に侵入することを防ぐために、セル内部には気泡が存在しないことが望ましいが、セル内部から気泡を完全に除去することは容易ではない。そこで、仮にＦ溶液１９で満たされたセル内部に気泡が混入したとしても、この気泡がレーザ光路上に侵入することを防ぐために、セルに石英製の気泡排除ブロック２３を形成している。
【０１３７】
入射レーザ光とセルのレーザ入射面の角度を一定に保つ必要がある。アレイ台１５にはセル蓋の位置決め用の溝であるガイド１０８を形成されており、アレイ台１５に対するセルの位置決めを容易かつ確実に行うことができる。
【０１３８】
以上より、背景光を低減したＳＮ比の高いキャピラリアレイを実現することができた。
【図面の簡単な説明】
【０１３９】
【図１】実施例１のキャピラリアレイにおける光照射部付近の側面図（１ａ）と正面図（１ｂ）である。
【図２】本発明が適用されるキャピラリアレイ電気泳動装置の概観図である。
【図３】キャピラリアレイからの発光の検出系の概観図である。
【図４】実施例１により得られるＣＣＤに結像されたイメージと、９３本のキャピラリからの発光強度分布である。
【図５】実施例１により得られた電気泳動結果である。
【図６】実施例２のキャピラリアレイ取付部の正面図（６ａ）と正面図におけるＡ−Ａ′断面（６ｂ）である。
【図７】Ｆ溶液における直線ＶＷ上の温度勾配の計算結果である。
【図８】実施例３の検出部付近の側面図（８ａ）と正面図（８ｂ）である。
【図９】実施例４のレーザ照射部付近の側面図（９ａ）と、実施例３のレーザ照射部付近の側面図（９ｂ）である。
【図１０】実施例５の検出部付近の側面図である。
【図１１】実施例６の模式図である。
【図１２】実施例７の模式図である。
【図１３】充填媒体の屈折率と発光強度比のシミュレート結果である。
【図１４】実施例１により得られるＣＣＤに結像されたイメージと、９６本のキャピラリからの発光強度分布である。
【図１５】９６本のキャピラリ中の一本についての電気泳動結果である。
【図１６】実施例８の模式図である。
【図１７】実施例９の模式図である。
【図１８】実施例１０の模式図である。
【図１９】実施例１１のレーザ照射部付近の正面図（図１ａ）と正面図におけるＡ−Ａ′断面（図１ｂ）である。
【図２０】Ｆポリマの透過波長と透明度の関係を表したグラフである。
【図２１】Ｆ溶液の化学的特長を表した表である。
【図２２】Ｆポリマの屈折率を表した表である。
【図２３】実施例２のキャピラリアレイ取付部変形例の正面図（２３ａ）と正面図におけるＡ−Ａ′断面（２３ｂ）である。
【符号の説明】
【０１４０】
１，８２…キャピラリアレイ、２…負電極、３…負電極側のバッファー液、４…ゲルブロック、５…ゲルブロックへの接続部、６…バルブ、７…アース電極、８…光照射部、９，２４，２５，８０…レーザ光、１０…シリンジ、１１…オーブン、１１−１…光源、１１−２…高圧電源、１１−３…試料導入部、１１−４…第１バッファー容器、１１−５…流動媒体注入機構、１１−６…検出部、１１−７…第２バッファー容器、１１−８…測定部、１２…アース電極側のバッファー、１５…アレイ台、１６…キャピラリ、１７…キャピラリ押さえ板、１８…石英管、１９…キャピラリ周辺を満たす３Ｍ社製の含フッ素溶液フロリナートＦＣ４３、２０…セル蓋、２０−２…気泡収容空間、２１…接着剤、２２…気泡、２３…気泡がレーザ光路上に侵入することを防ぐための石英製の気泡排除ブロック、３１…蛍光集光レンズ、３２…グレーティング、３３…フォーカスレンズ、３４…ＣＣＤ、３４−２…検出機構、３５…蛍光、３６…キャピラリからの発光が蛍光集光レンズによって平行光となった光束、４０…アレイ台１５上の基準面Ｐ、４０−２…キャピラリアレイを配列する基準平面、４１…取付基準面Ｐ′、４４…押し当て棒、４５，５１−１０…バネ、４６…アレイ台において面Ｐに対して垂直でＸ軸に対し平行の基準面Ｑ、４７，４８…取付基準線ＱＱ′、４７−２，４８−２…取付基準線Ｑ″Ｑ′′′、４９…面Ｑに最も近いキャピラリ、５０…セル蓋の石英表面のうちレーザ光が通過する面Ｒ、５１…セルの石英表面のうちレーザ光が通過する面Ｓ、５１−６…蛍光透過部、５１−７…レーザ光透過部、５１−８…押圧部Ａ、５１−９…押圧部Ｂ、５１−１１…取付部蓋、５２…セルの石英表面のうちレーザ光が通過する面Ｔ、５３…セルの石英表面のうちレーザ光が通過する面Ｕ、５４…アレイ台においてＦ溶液に接する部分の一点、５５…セル蓋においてＦ溶液に接する部分の一点、６０…キャピラリアレイの光照射部を覆うフッ素化ポリマ、６０−２…光照射部、６１，６２…両端のキャピラリの外側に位置し、フッ素化ポリマをせき止めるポリマブロック、６５…空気とＦポリマ６０の界面、７０…気泡がレーザ光路上に侵入することを防ぐためにアレイ台に施した穴加工、７１…セル下部の蛍光検出用石英窓、７２，７３…レーザ光透過用石英窓、８１…ハーフミラー、８３，８４…レーザ集光レンズ、８５，８６…レーザが入射する端キャピラリ、８７…レーザ本体、８８，８９…ハーフ波長板、９０…偏光フィルタ、９１…ミラー、９５，９６…レーザ光によるキャピラリやセルからの反射光、９７…ピンホール板、１０１…シリコン板、１０２…柵、１０３…検出窓、１０４…Ｖ溝、１０５…シリコン板の位置決めガイド、１０６…反射防止膜、１０７…発泡体、１０８…セル蓋の位置決めガイド、１０９…Ｆ溶液注入穴、２０２…シリンドリカルレンズ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料を分離するための分離媒体が充填され、前記試料を導入するための導入部と、照射光が照射される光照射部とを有する複数のキャピラリを有し、空気の屈折率より大きく水の屈折率より小さい屈折率を有する物質を前記光照射部の周囲に保持できる密封容器を備えたマルチキャピラリアレイと、
該密封容器を着脱できるマルチキャピラリアレイ取付部と、
前記導入部と前記光照射部とを含む通電路に電圧を印加する電圧印加機構と、
並列配置された複数の前記光照射部を連続して貫く照射光を照射する光照射機構と、
前記試料が発する光を検出する検出機構とを有する電気泳動装置であって、
前記密封容器が、複数の前記光照射部の整列配置された基準平面に略並行な第１平面と、該第１平面に略垂直な第２平面を含み、
前記マルチキャピラリアレイ取付部が、前記第１平面と接触する第１取付基準面と、前記第２平面と接触する第２取付基準面を含む電気泳動装置。
【請求項２】
請求項１記載の電気泳動装置であって、
前記基準平面と前記第１平面が同一平面上にある電気泳動装置。
【請求項３】
請求項１記載の電気泳動装置であって、
前記第２平面を前記照射光が透過する電気泳動装置。
【請求項１】
試料を分離するための分離媒体が充填され、前記試料を導入するための導入部と、照射光が照射される光照射部とを有する複数のキャピラリを有し、空気の屈折率より大きく水の屈折率より小さい屈折率を有する物質を前記光照射部の周囲に保持できる密封容器を備えたマルチキャピラリアレイと、
該密封容器を着脱できるマルチキャピラリアレイ取付部と、
前記導入部と前記光照射部とを含む通電路に電圧を印加する電圧印加機構と、
並列配置された複数の前記光照射部を連続して貫く照射光を照射する光照射機構と、
前記試料が発する光を検出する検出機構とを有する電気泳動装置であって、
前記密封容器が、複数の前記光照射部の整列配置された基準平面に略並行な第１平面と、該第１平面に略垂直な第２平面を含み、
前記マルチキャピラリアレイ取付部が、前記第１平面と接触する第１取付基準面と、前記第２平面と接触する第２取付基準面を含む電気泳動装置。
【請求項２】
請求項１記載の電気泳動装置であって、
前記基準平面と前記第１平面が同一平面上にある電気泳動装置。
【請求項３】
請求項１記載の電気泳動装置であって、
前記第２平面を前記照射光が透過する電気泳動装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【公開番号】特開２００７−１７１２１４（Ｐ２００７−１７１２１４Ａ）
【公開日】平成１９年７月５日（２００７．７．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−４０４０２（Ｐ２００７−４０４０２）
【出願日】平成１９年２月２１日（２００７．２．２１）
【分割の表示】特願２００２−２８１６２４（Ｐ２００２−２８１６２４）の分割
【原出願日】平成１４年９月２６日（２００２．９．２６）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【出願人】（５０３２２９７４２）アプレラ コーポレイション (8)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年７月５日（２００７．７．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年２月２１日（２００７．２．２１）
【分割の表示】特願２００２−２８１６２４（Ｐ２００２−２８１６２４）の分割
【原出願日】平成１４年９月２６日（２００２．９．２６）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【出願人】（５０３２２９７４２）アプレラ コーポレイション (8)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]