(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022078180
(43)【公開日】2022-05-24
(54)【発明の名称】キャピラリ電気泳動カソードシステムおよび方法
(51)【国際特許分類】
G01N 27/447 20060101AFI20220517BHJP
【ＦＩ】
G01N27/447 331G
【審査請求】有
【請求項の数】10
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022031701
(22)【出願日】2022-03-02
(62)【分割の表示】P 2019512907の分割
【原出願日】2017-09-08
(31)【優先権主張番号】62/385,884
(32)【優先日】2016-09-09
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(71)【出願人】
【識別番号】502221282
【氏名又は名称】ライフ テクノロジーズ コーポレーション
(74)【代理人】
【識別番号】100094569
【弁理士】
【氏名又は名称】田中 伸一郎
(74)【代理人】
【識別番号】100103610
【弁理士】
【氏名又は名称】▲吉▼田 和彦
(74)【代理人】
【識別番号】100109070
【弁理士】
【氏名又は名称】須田 洋之
(74)【代理人】
【識別番号】100098475
【弁理士】
【氏名又は名称】倉澤 伊知郎
(74)【代理人】
【識別番号】100130937
【弁理士】
【氏名又は名称】山本 泰史
(74)【代理人】
【識別番号】100144451
【弁理士】
【氏名又は名称】鈴木 博子
(74)【代理人】
【識別番号】100123630
【弁理士】
【氏名又は名称】渡邊 誠
(72)【発明者】
【氏名】ハバーストロフ， マーク
(72)【発明者】
【氏名】ダールホフ， ジェフリー
(57)【要約】
【課題】本開示は、いくつかの実施形態において、キャピラリ電気泳動電流を測定するためのシステムに関する。
【解決手段】システムは、複数のキャピラリ（２０６）を含み、各キャピラリは、カソード端部およびアノード端部を有する。システムは、複数のカソードバッファ（２０２）をさらに含む。カソードバッファの各々は、他のカソードバッファから電気的に絶縁されるように構成されている。さらに、各カソードバッファ（２０２）は、複数のキャピラリのうちの１つのキャピラリ（２０６）と関連付けられている。各キャピラリ（２０６）のカソード端部は、その関連付けられたカソードバッファ（２０２）に浸漬されている。システムは、複数の電流センサ（２０４）を含み、各電流センサは、電流を測定するために複数のキャピラリのうちの１つのキャピラリと関連付けられている。いくつかの実施形態では、複数のキャピラリ（２０６）は、４本のキャピラリである。
【選択図】図２
【解決手段】システムは、複数のキャピラリ（２０６）を含み、各キャピラリは、カソード端部およびアノード端部を有する。システムは、複数のカソードバッファ（２０２）をさらに含む。カソードバッファの各々は、他のカソードバッファから電気的に絶縁されるように構成されている。さらに、各カソードバッファ（２０２）は、複数のキャピラリのうちの１つのキャピラリ（２０６）と関連付けられている。各キャピラリ（２０６）のカソード端部は、その関連付けられたカソードバッファ（２０２）に浸漬されている。システムは、複数の電流センサ（２０４）を含み、各電流センサは、電流を測定するために複数のキャピラリのうちの１つのキャピラリと関連付けられている。いくつかの実施形態では、複数のキャピラリ（２０６）は、４本のキャピラリである。
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
キャピラリ電気泳動を実施するためのシステムであって、
キャピラリシステムであって、キャピラリアレイと、前記キャピラリシステムに関する識別情報を提供するように構成されたタグと、を備える、キャピラリシステムと、
前記キャピラリシステムに電気的に結合された高電圧システムであって、少なくとも１キロボルトの電圧を提供する高電圧電源と、前記高電圧電源に電気的に接続された少なくとも１つの回路と、を備える、高電圧システムと、
前記高電圧システムに結合された低電圧システムと、を備え、
前記タグは、（１）前記高電圧システムと前記低電圧システムとの間の電気的絶縁、（２）前記高電圧システムと前記低電圧システムとの間のデータおよび／もしくは制御信号、または（３）前記低電圧システムから前記高電圧システムへの電力、のうちの少なくとも１つを提供する、システム。
キャピラリシステムであって、キャピラリアレイと、前記キャピラリシステムに関する識別情報を提供するように構成されたタグと、を備える、キャピラリシステムと、
前記キャピラリシステムに電気的に結合された高電圧システムであって、少なくとも１キロボルトの電圧を提供する高電圧電源と、前記高電圧電源に電気的に接続された少なくとも１つの回路と、を備える、高電圧システムと、
前記高電圧システムに結合された低電圧システムと、を備え、
前記タグは、（１）前記高電圧システムと前記低電圧システムとの間の電気的絶縁、（２）前記高電圧システムと前記低電圧システムとの間のデータおよび／もしくは制御信号、または（３）前記低電圧システムから前記高電圧システムへの電力、のうちの少なくとも１つを提供する、システム。
【請求項2】
前記タグは、無線周波数識別タグを備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項3】
前記タグは、動的パッシブ近距離通信／無線周波数識別タグを備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項4】
前記高電圧電気システムは、液体レベルセンサ回路、キャピラリ電流センサ、またはマイクロコントローラのうちの少なくとも１つを備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項5】
前記低電圧回路は、タグに結合されている無線周波数識別リーダ／ライタを備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項6】
前記タグは、無線周波数識別タグ、または動的パッシブ近距離通信／無線周波数識別タグを備える、請求項５に記載のシステム。
【請求項7】
キャピラリ電気泳動を実施するためのシステムであって、
キャピラリシステムであって、キャピラリアレイと、前記キャピラリシステムに関する識別情報を提供するように構成されたタグと、を備える、キャピラリシステムと、
前記キャピラリシステムに電気的に結合された高電圧システムであって、少なくとも１キロボルトの電圧を提供する高電圧電源と、前記高電圧電源に電気的に接続された少なくとも１つの回路と、を備える、高電圧システムと、
前記高電圧システムに結合された低電圧システムと、を備え、
前記タグは、前記高電圧システムと前記低電圧システムとの間の電気的絶縁を提供する、システム。
キャピラリシステムであって、キャピラリアレイと、前記キャピラリシステムに関する識別情報を提供するように構成されたタグと、を備える、キャピラリシステムと、
前記キャピラリシステムに電気的に結合された高電圧システムであって、少なくとも１キロボルトの電圧を提供する高電圧電源と、前記高電圧電源に電気的に接続された少なくとも１つの回路と、を備える、高電圧システムと、
前記高電圧システムに結合された低電圧システムと、を備え、
前記タグは、前記高電圧システムと前記低電圧システムとの間の電気的絶縁を提供する、システム。
【請求項8】
キャピラリ電気泳動を実施するためのシステムであって、
キャピラリシステムであって、キャピラリアレイと、前記キャピラリシステムに関する識別情報を提供するように構成されたタグと、を備える、キャピラリシステムと、
前記キャピラリシステムに電気的に結合された高電圧システムであって、少なくとも１キロボルトの電圧を提供する高電圧電源と、前記高電圧電源に電気的に接続された少なくとも１つの回路と、を備える、高電圧システムと、
前記高電圧システムに結合された低電圧システムと、を備え、
前記タグは、前記高電圧システムと前記低電圧システムとの間にデータおよび／または制御信号を提供する、システム。
キャピラリシステムであって、キャピラリアレイと、前記キャピラリシステムに関する識別情報を提供するように構成されたタグと、を備える、キャピラリシステムと、
前記キャピラリシステムに電気的に結合された高電圧システムであって、少なくとも１キロボルトの電圧を提供する高電圧電源と、前記高電圧電源に電気的に接続された少なくとも１つの回路と、を備える、高電圧システムと、
前記高電圧システムに結合された低電圧システムと、を備え、
前記タグは、前記高電圧システムと前記低電圧システムとの間にデータおよび／または制御信号を提供する、システム。
【請求項9】
キャピラリ電気泳動を実施するためのシステムであって、
キャピラリシステムであって、キャピラリアレイと、前記キャピラリシステムに関する識別情報を提供するように構成されたタグと、を備える、キャピラリシステムと、
前記キャピラリシステムに電気的に結合された高電圧システムであって、少なくとも１キロボルトの電圧を提供する高電圧電源と、前記高電圧電源に電気的に接続された少なくとも１つの回路と、を備える、高電圧システムと、
前記高電圧システムに結合された低電圧システムと、を備え、
前記タグは、前記低電圧システムから前記高電圧システムに電力を提供する、システム。
キャピラリシステムであって、キャピラリアレイと、前記キャピラリシステムに関する識別情報を提供するように構成されたタグと、を備える、キャピラリシステムと、
前記キャピラリシステムに電気的に結合された高電圧システムであって、少なくとも１キロボルトの電圧を提供する高電圧電源と、前記高電圧電源に電気的に接続された少なくとも１つの回路と、を備える、高電圧システムと、
前記高電圧システムに結合された低電圧システムと、を備え、
前記タグは、前記低電圧システムから前記高電圧システムに電力を提供する、システム。
【請求項10】
前記タグは、前記高電圧システムと前記低電圧システムとの間にデータおよび／または制御信号を提供する、請求項９に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、マルチキャピラリ電気泳動方法、装置、およびそれらの構成要素に関する。本開示はさらに、キャピラリのカソード端部に関する検知、電気伝達、および絶縁システム、機構、ならびに方法に関する。
【背景技術】
【0002】
キャピラリ電気泳動デバイスは、一般的に、例えば、キャピラリアレイ、キャピラリに媒体を提供するための分離媒体供給源（例えば、ポリマー）、キャピラリに試料を装填するための試料注入機構、光学検出器の構成要素、電極、キャピラリの一方の端部上の電極およびアノードバッファ源、ならびにキャピラリの他方の端部上のカソードバッファ源を含む、特定の主要構成要素を提供する。キャピラリ電気泳動デバイスはまた、一般に、前述の構成要素の多くの温度を調整するために様々な加熱構成要素およびゾーンも提供する。これらの構成要素の多くの温度を調整することは、結果の品質を改善させることができる。
【0003】
キャピラリ電流の安定性および大きさは、キャピラリ電気泳動シーケンシングおよびフラグメント解析において、電気泳動分離を成功させるための必要条件である。キャピラリ電流の不規則性は、様々なハードウェア障害、例えば詰まったキャピラリまたは気泡のようなポリマー充填問題によって引き起こされ得る。これらの問題の早期の検出、特に貴重な試料を保護および保存するための試料注入段階前の検出は、有益である。その問題を解決するためにシステムによって正しい措置を講じることができるか、または失敗した場合には、ユーザに通知することができる。
【0004】
現在のマルチキャピラリ電気泳動製品は、共通のアノードまたはカソードにおけるキャピラリ電流の合計を測定および監視している。キャピラリ電流の大きさが変動するため、キャピラリ電流の合計に基づいて個々のキャピラリの誤った挙動を検出することは非常に困難であり、欠陥のあるキャピラリを識別することは不可能である。
【0005】
アイドル期間中、キャピラリ端部は、乾燥から保護される必要がある。キャピラリ電気泳動機器において、これは、キャピラリ端部をバッファに浸漬しておくことによって達成される。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【0006】
本開示は、いくつかの実施形態において、キャピラリ電気泳動電流を測定するためのシステムまたは方法に関する。システムまたは方法は、複数のキャピラリを含み、各キャピラリは、カソード端部およびアノード端部を有する。システムは、複数のカソードバッファをさらに含む。カソードバッファの各々は、他のカソードバッファから電気的に絶縁されるように構成されている。さらに、各カソードバッファは、複数のキャピラリのうちの１つのキャピラリと関連付けられている。各キャピラリのカソード端部は、その関連付けられたカソードバッファに浸漬されている。システムは、複数の電流センサを含み、各電流センサは、電流を測定するために複数のキャピラリのうちの１つのキャピラリと関連付けられている。いくつかの実施形態では、複数のキャピラリは、４本のキャピラリである。
【0007】
本開示の他の実施形態では、液体レベルを検出するためのシステムまたは方法が提供される。システムまたは方法は、複数のカソードと、電解バッファと、を含み、複数のカソードの各々は、電解バッファ中に浸漬されている。システムまたは方法は、複数のカソードと電解バッファとの間の静電容量を測定するように構成された複数の電極に接続された静電容量センサをさらに含む。
【0008】
他の実施形態では、キャピラリ電気泳動を実施するためのシステムまたは方法は、キャピラリシステムと、高電圧システムと、低電圧システムと、を備える。キャピラリシステムは、キャピラリアレイと、キャピラリシステムに関する識別情報を提供するように構成されたタグと、を含む。高電圧システムは、キャピラリシステムに電気的に結合されており、少なくとも１キロボルトの電圧を提供する高電圧電源を含み、少なくとも１つの回路は、高電圧電源に電気的に結合されている。低電圧システムは、高電圧システムに結合されている。タグは、（１）高電圧システムと低電圧システムとの間の電気的絶縁、（２）高電圧システムと低電圧システムとの間のデータおよび／もしくは制御信号、または（３）低電圧システムから高電圧システムへの電力、のうちの少なくとも１つを提供する。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】本明細書に記載の様々な実施形態に係るキャピラリ電気泳動装置の一部の概略図を示す。
【図2】本明細書に記載の様々な実施形態に係るマルチキャピラリ電気泳動システムにおける個々のキャピラリ電流検知のためのシステムの概略図を示す。
【図3】本明細書に記載の様々な実施形態に係る液体レベル検知のためのシステムの概略図を示す。
【図4】本明細書に記載の様々な実施形態に係る高電圧絶縁バリアを通過する電力およびデータ伝送のブロック図を示す。
【図5】本明細書に記載の実施形態に係る静電容量を決定するための様々な回路を示す。
【図6】本明細書に記載の実施形態に係る静電容量を決定するための様々な回路を示す。
【図7】本明細書に記載の実施形態に係る静電容量を決定するための様々な回路を示す。
【発明を実施するための形態】
【0010】
本発明のより完全な理解を提供するために、以下の説明は、特定の構成、パラメータ、例などのような多数の特定の詳細を説明する。しかしながら、そのような説明は、本発明の範囲に対する限定として意図されているのではなく、例示的な実施形態の説明を提供することを意図されていることを認識されたい。
【0011】
本明細書に記載の方法、装置、およびシステムは、生物学的解析システムなどの様々な種類のシステム、機器、および機械で実施することができることも認識されたい。例えば、様々な実施形態は、複数のキャピラリにおいてキャピラリ電気泳動（ＣＥ）を行う方法、機器、システムまたは機械において実施されてもよい。本発明の実施形態は、キャピラリ電気泳動方法およびシステムについて本明細書に記載されているが、本発明の実施形態は、他の種類の生物学的解析システム（例えばポリメラーゼ連鎖反応システムまたは方法、次世代シーケンシングシステムまたは方法など）など、他の方法、システム、機器、および器械に拡張されてもよい。
【0012】
図１は、本発明の実施形態によるキャピラリ電気泳動装置またはシステム１００の一部の基本概略図を提供する。特に、図１は、複数のキャピラリ１１１と、電極構成要素（アノード１１２および複数のカソード１１４を含む）、ポリマー源１１６と、バッファ源１１８と、ポリマー導入機構１２０（シリンジポンプとして図示されている）と、を備える、キャピラリアレイアセンブリ１１０を示す。キャピラリアレイアセンブリ１１０を、ポリマー源１１６と、バッファ源１１８と、アノード１１２と、シリンジポンプ１２０と、を含む、ポリマー／バッファ構造１３０に接続するために、カップリング１２２を設けてもよい。温度制御ゾーン１４０は、封入されたキャピラリアレイアセンブリ１１０およびカソード１１４を制御する。特定の実施形態では、ポリマー源１１６および送達経路１３２に対して、追加の温度制御が含まれてもよい。特定の実施形態では、キャピラリ電気泳動装置１００は、キャピラリカートリッジ、ハウジング、またはキャピラリアレイアセンブリ１１０を備えるアセンブリ１５０を備える。キャピラリカートリッジ１５０はまた、キャピラリアレイアセンブリ１１０を支持および／または収容するように構成されたエンクロージャ１５２を含んでもよい。特定の実施形態では、キャピラリカートリッジ１５０は、図１に示される他の構成要素のうちの１つ以上を含むか、またはそれらと一体化されてもよい（例えば、アノード１１２、カソード１１４、ポリマー源１１６、バッファ源１１８、ポリマー導入機構、カップリング１２２、および／またはポリマー導入機構１２０のうちのいくつかまたはすべてを含んでもよい）。図１の図示の実施形態では、キャピラリアレイアセンブリ１１０は、４つのキャピラリ１１１を備えるが、キャピラリアレイアセンブリ１１０は、それよりも多いまたは少ないキャピラリ１１１（例えば、２本、８本、１６本、２４本、４８本、９６本、９６本、または９６本以上のキャピラリ）を含んでもよい。特定の実施形態では、キャピラリアレイアセンブリ１１０は、単一のキャピラリ１１１を備える。
【0013】
個別キャピラリ電流検知
図２を参照すると、特定の実施形態では、装置１００は、複数のキャピラリ２０６のうちの個々のキャピラリに対して個々のキャピラリ電流を検知するように構成されている電流測定システム２００を備える。先行技術のマルチキャピラリ電気泳動システムは、共通のアノードまたはカソードでのキャピラリ電流の合計を測定および監視する。電流にエラーや変動がある場合、どのキャピラリが故障している可能性があるのかを検出することは、困難である。したがって、各キャピラリ電流を個々に監視および測定することが有利であることが分かっている。このようにして、個々のキャピラリ電流の安定性および大きさは、キャピラリを新鮮なポリマーで充填した直後および試料注入の直前の事前段階中に検証され得る。さらに、本発明の実施形態は、エラー検出および解析のために、動電学的注入中および／または電気泳動分離段階中に、個々のキャピラリ電流を監視することを可能にする。
図２を参照すると、特定の実施形態では、装置１００は、複数のキャピラリ２０６のうちの個々のキャピラリに対して個々のキャピラリ電流を検知するように構成されている電流測定システム２００を備える。先行技術のマルチキャピラリ電気泳動システムは、共通のアノードまたはカソードでのキャピラリ電流の合計を測定および監視する。電流にエラーや変動がある場合、どのキャピラリが故障している可能性があるのかを検出することは、困難である。したがって、各キャピラリ電流を個々に監視および測定することが有利であることが分かっている。このようにして、個々のキャピラリ電流の安定性および大きさは、キャピラリを新鮮なポリマーで充填した直後および試料注入の直前の事前段階中に検証され得る。さらに、本発明の実施形態は、エラー検出および解析のために、動電学的注入中および／または電気泳動分離段階中に、個々のキャピラリ電流を監視することを可能にする。
【0014】
システム２００は、個々のカソード接続を介する各キャピラリの電流を測定および／または監視する能力を実行するマルチキャピラリ電気泳動システムを備える。キャピラリ２０６は、カソード部または端部と、アノード部または端部と、を有する。各カソードは、個々のカソードバッファ容器２０２に浸漬される。キャピラリのアノード端部は、アノードバッファ２０８に浸漬されてもよい。図２に示されるように、各個々のカソードは、電気的に絶縁されたバッファまたは試料試薬に浸漬されている。カソードバッファ容器２０２は、ランバッファ用に電気的に絶縁されたコンパートメントを提供する。試料は、マイクロタイタープレートまたはチューブストリップのウェル中で電気的に絶縁される。図２に示す実施形態では、電流は、４つのキャピラリ２０６から個々に監視される。キャピラリの数は、４よりも多くても少なくてもよい。高電圧電源２１０に接続された電流センサ２０４は、各キャピラリ２０６と関連付けられている。
【0015】
電圧電源２１０は、キャピラリ２０６間に高電圧を供給する。例えば、電圧供給は、１３キロボルト（ｋＶ）または約１３キロボルト（ｋＶ）の大きさを有する負電圧をキャピラリ２０６のカソード側に提供してもよい。電圧電源２０１は、キャピラリの数、キャピラリの長さ、ポリマーまたはバッファ溶液の特性などのシステムパラメータに応じて、他の電圧レベルを供給してもよい。例えば、電圧電源２０１は、１ｋＶ以上、５ｋＶ以上、１０ｋＶ以上、１５ｋＶ以上、または２０ｋＶ以上である大きさを有する負電圧を、キャピラリのカソード端に供給してもよい。特定の状況において、キャピラリのカソード側に印加される電圧は、１，０００ボルト以下（例えば、試料の動電学的注入に対しては約１，０００ボルト、またはキャピラリ中の気泡の存在を確認するためには約５００ボルト）である。特定の実施形態では、キャピラリのカソード側に印加される電圧は、上で引用した範囲内の正電圧である。他の実施形態では、キャピラリのカソード側に印加される電圧は、交流電界（例えば、正弦波形）である。
【0016】
液体レベル検知
キャピラリ電気泳動器具が使用されていないとき、キャピラリ端部は、保護され得る。従来、これは、キャピラリ端部をバッファに浸漬することによって行われる。しかしながら、例えば、継続的な使用または蒸発に起因してバッファレベルが低い場合、キャピラリ端部は、バッファに浸漬され得、これは、キャピラリに損傷を与え得る。したがって、本明細書に記載の様々な実施形態によれば、液体レベルの検出を可能にするシステムが説明される。これにより、適切なバッファレベルを確保することができ、かつバッファレベルを調整する必要があるかどうかをユーザまたはシステムに通知することができる。
キャピラリ電気泳動器具が使用されていないとき、キャピラリ端部は、保護され得る。従来、これは、キャピラリ端部をバッファに浸漬することによって行われる。しかしながら、例えば、継続的な使用または蒸発に起因してバッファレベルが低い場合、キャピラリ端部は、バッファに浸漬され得、これは、キャピラリに損傷を与え得る。したがって、本明細書に記載の様々な実施形態によれば、液体レベルの検出を可能にするシステムが説明される。これにより、適切なバッファレベルを確保することができ、かつバッファレベルを調整する必要があるかどうかをユーザまたはシステムに通知することができる。
【0017】
様々な実施形態によれば、液体レベルは、電解バッファ中の２つ以上のカソード間に形成された静電容量（例えば、二重層静電容量）を検知することによって判定される。二重層静電容量は、液浸電極表面積に比例するので、円筒形電極の浸漬深さに対して線形またはほぼ線形である。
【0018】
図３は、本明細書に記載の様々な実施形態に係る（例えば、キャピラリ電気泳動装置１００および／またはキャピラリカートリッジ１５０内の）液体レベル検知用システム３００の概略図を示す。電解質バッファ３０６を含む共通のカソードバッファ容器またはコンパートメント３０５内の少なくとも２つの電極３０４は、液体レベルを検知するように構成され得る。カソードバッファ容器３０５は、４つのキャピラリすべてに対して洗浄バッファ用の１つのコンパートメント（および廃棄バッファ用の１つのコンパートメント）を提供し得る。例えば、カソードと電解バッファ液との間の二重層静電容量は、上述した電圧電源２１０と同じまたは類似の電気的特性を有し得る電圧電源３０３に電気的に結合された静電容量センサ３０２を用いて測定される。
【0019】
図示される実施形態では、２つの電極が存在し、これらの各々は、キャピラリに電気的に結合され得る。そのような実施形態では、静電容量センサは、例えば、１～５ボルトの電圧を有する電源を使用することによって、わずかに異なる電圧を第２の電極に供給するように構成され得る。特定の実施形態では、静電容量センサは、２～２．５ボルトの電圧を有するそのような電圧電源を備え得、例えば、２．２ボルトの電圧が特定の実施形態では有利であることが分かっている。特定の実施形態では、電圧電源は、１ボルト以下である。そのような実施形態では、放電曲線は、ゼロに近い電圧まで延びる。二重層の絶縁破壊電圧を上回るおよび下回る容量特性および電解質特性の測定は、バッファおよび環境変動の存在下での液体レベル測定精度を向上させるための重要なデータを提供し得る。
【0020】
特定の実施形態では、電解質溶液３０６および／または静電容量センサは、図１に示すように、２つよりも多い電極、例えば共通のカソードバッファ容器内に４つの電極を備える。そのような実施形態では、一方の電極は、公称電圧Ｖ１を有するように構成され、他方の電極は、異なる公称電圧Ｖ２を有するように構成されてもよい。そのような実施形態では、静電容量センサ３０２は、電圧Ｖ１の電極と電圧Ｖ２を有する１つ以上の電極との間の静電容量を測定するように構成されてもよい。
【0021】
特定の実施形態では、各電極３０４は、異なるキャピラリに電気的に結合されている。代替的に、一方の電極３０４は、キャピラリに電気的に結合され、他方の電極は、キャピラリの電気特性と同様の電気的特性を有する（例えば、同じまたは同様の抵抗またはインピーダンスを有する）電線または回路に電気的に結合されてもよい。例えば、電流測定システム２００内の各キャピラリ２０６は、それ自身の液体レベル検知システム３００を備え、各カソードバッファ容器２０２は、それ自身の液体レベル検知システム３００に電気的に結合された２つの電極を含む（上述のように、一方の電極は、キャピラリに結合され、他方の電極は、電線または回路に結合される）。したがって、システム２００は、各カソードバッファ容器２０２内の液体レベルと各キャピラリ２０６を通過する電流との両方を測定するように構成されてもよい。
【0022】
記載された概念では、洗浄バッファの液体レベルを連続的に監視することができ、液体レベルがキャピラリが乾燥しないことを確実にするのに必要なレベルを下回るとき、ユーザまたはシステムに通知および／または指示することができる。
【0023】
特定の実施形態では、液体レベル検知システム３００は、キャピラリカソードが乾燥するのを防ぐために、アイドル時間中に使用するように構成されてもよい。これは、貯蔵中または機器運転中にキャピラリカソード電極をバッファリザーバに浸漬することによって達成され得る。有利には、カソードの先端がバッファと接触しているかどうかを単に検出するのではなく、システム３００は、蒸発によってキャピラリ電極が露出する恐れがあるときに、ユーザまたはシステムに送信することができる警告メッセージを提供するように構成されている。したがって、キャピラリの先端が空気にさらされて乾燥する可能性がある前に、ユーザまたはシステムは、潜在的に悪い状態について知らされる。
【0024】
他の実施形態では、キャピラリカソードの先端は、貯蔵中および／または使用中に乾燥しないように、キャピラリカソードの先端をゲルに浸漬するキャピラリ保護具で覆われていてもよい。キャピラリ保護具は、機器に装填される前に取り外される。有利には、システム３００は、特定の実施形態において、試料プレートを移動させる前にキャピラリ保護具の有無を検出するように構成されてもよい。そのような実施形態では、システム３００は、キャピラリ保護具が存在する場合にはそれを取り外すようにユーザまたはシステムに警告するように構成され得、そのため、有利に、消費され得る器具および／またはキャピラリに対する損傷を防止する（例えば、消費され得るキャピラリが試料プレートに衝突してカートリッジが損傷することを防止する）。
【0025】
特定の実施形態では、バッファリザーバに浸漬された２つのカソード電極（例えば電極３０４）間の電気インピーダンスは、（１）バッファ溶液の抵抗を表す既知の抵抗（Ｒｂ）と、（２）例えば、２つの電極の表面上の二重層静電容量の直列接続からなる静電容量（Ｃ）と、の直列接続としてモデル化され得る。二重層静電容量は、バッファに浸漬された電極の表面積に比例する。したがって、この静電容量を測定または計算することによって、静電容量の両側または電極間の液体の存在および／またはレベルを判定することができる。
【0026】
本発明の様々な実施形態によれば、静電容量の測定または計算は、様々なシステムおよび方法によって達成することができる。例えば、図５を参照すると、既知のインピーダンスＲｂを有する回路の一方の電極は、既知の特性の電圧ステップで駆動され得る。そして、トランスインピーダンス増幅器およびＡ／Ｄコンバータ（または同様のもの）を他方の電極上の振幅および減衰時定数を測定するように構成されてもよい。これらの測定値から、静電容量Ｃを判定し、それを２つの電極間の液体の存在および／またはレベルと相関させてもよい。本実施形態では、第１の電極を、基準電圧レベルにある第２の電極に対して充電させることができる。充電および／または放電の測定はまた、第２の電極に対して第１の電極上で行われてもよい。この実施形態では、コンデンサ電圧は充電／放電プロセス中に測定される。
【0027】
図６を参照すると、他の実施形態では、静電容量は、既知の抵抗器を通して充電され、充電時定数Ｔcを測定し、次いで異なる既知の抵抗器を通して放電し、放電時定数Ｔdを測定してもよい。これらの時定数から、静電容量Ｃを判定し、それを２つの電極間の液体の存在および／またはレベルと相関させてもよい。図５に示す実施形態とは対照的に、ここでは充電電流および放電電流を測定し、静電容量を計算するために使用してもよい。
【0028】
図７を参照すると、他の実施形態では、回路の１つの電極は、既知の振幅、周波数および位相角の正弦波で駆動されてもよい。例えば、トランスインピーダンス増幅器および位相検出回路を使用して、複素インピーダンスを測定または計算してもよい。複素インピーダンスから、静電容量Ｃを判定し、それを２つの電極間の液体の存在および／またはレベルと相関させてもよい。
【0029】
高電圧絶縁バリアを通過する電力およびデータ伝送
図４は、高く、電圧絶縁バリア４１２を横切って電力およびデータを伝送するように構成された本発明の実施形態に係るシステム４００のブロック図を示す。上述の方法およびシステムの実施は、シャーシ接地を基準にした高電位を有する（例えば、上述の電圧電源２１０によって提供されるものと同じまたは類似の電圧を有する）、高電圧電源４０２に接続されたカソード電極４０４に接続された個々の電流検知および液体レベル検出センサに関する。したがって、センサ回路４１０は、同じ、またはほぼ同じ高電位にある。有利には、センサ回路４１０は、（例えば、高電圧絶縁バリア４１２の右側で）接地電位付近の回路および導電構成要素から電気的に絶縁されている。そのような実施形態では、電力およびデータ伝送は高電圧絶縁バリア４１２を通過して提供される。これは、いくつか例を挙げると、光学的、機械的、誘導的、容量的、または電波など、様々な方法で実現できる。特定の実施形態では、マイクロコントローラ４２０は、同じまたはほぼ同じ高電位にあるセンサ回路４１０に結合される。
図４は、高く、電圧絶縁バリア４１２を横切って電力およびデータを伝送するように構成された本発明の実施形態に係るシステム４００のブロック図を示す。上述の方法およびシステムの実施は、シャーシ接地を基準にした高電位を有する（例えば、上述の電圧電源２１０によって提供されるものと同じまたは類似の電圧を有する）、高電圧電源４０２に接続されたカソード電極４０４に接続された個々の電流検知および液体レベル検出センサに関する。したがって、センサ回路４１０は、同じ、またはほぼ同じ高電位にある。有利には、センサ回路４１０は、（例えば、高電圧絶縁バリア４１２の右側で）接地電位付近の回路および導電構成要素から電気的に絶縁されている。そのような実施形態では、電力およびデータ伝送は高電圧絶縁バリア４１２を通過して提供される。これは、いくつか例を挙げると、光学的、機械的、誘導的、容量的、または電波など、様々な方法で実現できる。特定の実施形態では、マイクロコントローラ４２０は、同じまたはほぼ同じ高電位にあるセンサ回路４１０に結合される。
【0030】
特定の実施形態では、システム４００は、（１）特定のキャピラリアレイアセンブリを含む特定のカートリッジまたはシステムのデータを識別、タグ付け、および／または提供するように（例えば、キャピラリ１１１または２０６を備えて）、（２）センサ回路４１０および／またはマイクロコントローラ４２０などの高電圧部品と通信する低電圧制御およびデータ線を電気的に絶縁するように、および／または（３）センサ回路４１０および／またはマイクロコントローラ４２０のような高電圧部品に電力を提供するように、有利に構成される無線識別（ＲＦＩＤ）タグ４０６を備える。ＲＦＩＤのセンサ回路は、ダイナミックパッシブＮＦＣ（近距離通信）／ＲＦＩＤタグ４０６を備えてもよい。高電圧絶縁バリア４１２の反対側にあるＲＦＩＤリーダ／ライタ４０８は、ＲＦＩＤタグ４０６を介して無線でセンサ回路に給電して、通信する。
【0031】
特定の実施形態では、ＲＦＩＤタグ４０６は、特定のカートリッジまたはキャピラリアレイアセンブリ（例えば、キャピラリ１１１または２０６を備えたもの）と関連付けられている。そのような実施形態では、ＲＦＩＤは、（１）カートリッジまたはアセンブリのデータを識別、タグ付け、および／または提供すること、ならびに（２）上述の絶縁および／またはデータ／電力伝送を提供することの両方に使用される。他の実施形態では、ＲＦＩＤは、特定のカートリッジまたはキャピラリアレイアセンブリを受容するように構成された機器の一部であり、その場合、ＲＦＩＤタグは、上述の絶縁および／またはデータ／電力伝送を提供するためにのみ使用されてもよい。
【0032】
追加的または代替的に、光アイソレータを使用して、電力および／またはデータを、高電圧絶縁バリア４１２を通過してセンサ回路４０４またはマイクロコントローラ４２０などの高電圧部品に伝送してもよい。光透過性の高電圧絶縁バリアを透過した光エネルギーは、光起電力効果によって電気エネルギーに変換されて高電圧部品に給電する。アナログまたはデジタルの光データ伝送は、光透過性の高電圧絶縁バリアを介して提供される。
【0033】
追加的または代替的に、誘導結合器を使用して、高電圧絶縁バリア４１２を通過して電力およびデータを伝送してもよい。そのような実施形態では、インダクタ間に相互インダクタンスが存在するように、インダクタが高電圧絶縁バリア４１２の両側に配置される。電力は、結合されたインダクタを介してＡＣ電流によってセンサ回路に伝送される。ＡＣ電流は、振幅変調および／または周波数変調を含むがこれらに限定されない当技術分野で公知の変調方法を使用してアナログまたはデジタルデータ伝送を提供するように変調される。センサ回路は、高電圧絶縁バリア４１２を通過してデータを送信するために後方散乱変調を使用してもよい。
【0034】
いくつかの実施形態では、無線伝送は、高電圧絶縁バリア４１２を通過して電力およびデータを伝送するために使用される。センサ回路側では、回路に給電するために無線周波数エネルギーハーベスティングが使用される。データは無線伝送および／または後方散乱の変調によって送信される。
【0035】
記載した実施形態では、双方向データ伝送および／または電力伝送は、周波数多重化、時間多重化、および／または空間的に個々のチャネルに分離することができる。いくつかの実施形態は、例えば、データが光学的に送信されている間に電力が誘導的に送信され得るように、データおよび電力を送信するように記載された様々な方法を組み合わせてもよい。
【0036】
特定の実施形態では、市販のワイヤレス充電技術および規格を使用して電力およびデータを送信してもよい。このアプローチは、高集積と商業的に利用できる技術の普及に起因して、シンプルで費用対効果に優れている。
【0037】
いくつかの実施形態によれば、商業的に利用できるＬＦおよびＨＦ ＲＦＩＤ技術を使用して、誘導結合を介して電力およびデータを送信してもよい。このアプローチは、高集積と商業的に利用できる技術の普及に起因して、シンプルで費用対効果に優れている。
【0038】
一実施形態によれば、商業的に利用できるＵＨＦ ＲＦＩＤ技術を使用して、電波を使用して電力およびデータを送信してもよい。このアプローチは、高集積と商業的に利用できる技術の普及に起因して、シンプルで費用対効果に優れている。
【0039】
記載した実施形態に係るアプローチは、シンプルで費用対効果に優れていてもよい。
【0040】
以上、本発明の様々な実施形態について説明した。これらの実施形態は例としてのみ提示されており、限定として提示されていないことを理解されたい。特許請求の範囲に定義されるような本発明の実施形態の精神および範囲から逸脱することなく、上述の実施形態の形態および詳細における様々な変更がなされ得ることが当業者によって理解されるであろう。したがって、本発明の広さおよび範囲は、上記の例示的な実施形態のいずれによっても限定されるべきではなく、添付の特許請求の範囲およびそれらの均等物に従ってのみ定義されるべきである。
【0041】
本発明の選択された実施形態
選択された実施形態は、以下を含む
実施形態１：キャピラリ電気泳動電流を測定するためのシステムまたは方法であって、
複数のキャピラリであって、各キャピラリは、カソード端部およびアノード端部を有する、複数のキャピラリと、
複数のカソードバッファであって、カソードバッファの各々は、他のカソードバッファから電気的に絶縁されるように構成され、各カソードバッファは、複数のキャピラリのうちの１つのキャピラリと関連付けられ、各キャピラリのカソード端部は、その関連付けられたカソードバッファ中に浸漬される、複数のカソードバッファと、
複数の電流センサであって、各電流センサは、電流を測定するために複数のキャピラリのうちの１つのキャピラリと関連付けられている、複数の電流センサと、を備える、システムまたは方法。
選択された実施形態は、以下を含む
実施形態１：キャピラリ電気泳動電流を測定するためのシステムまたは方法であって、
複数のキャピラリであって、各キャピラリは、カソード端部およびアノード端部を有する、複数のキャピラリと、
複数のカソードバッファであって、カソードバッファの各々は、他のカソードバッファから電気的に絶縁されるように構成され、各カソードバッファは、複数のキャピラリのうちの１つのキャピラリと関連付けられ、各キャピラリのカソード端部は、その関連付けられたカソードバッファ中に浸漬される、複数のカソードバッファと、
複数の電流センサであって、各電流センサは、電流を測定するために複数のキャピラリのうちの１つのキャピラリと関連付けられている、複数の電流センサと、を備える、システムまたは方法。
【0042】
実施形態２：複数のキャピラリは、４本のキャピラリである、実施形態１。
【0043】
実施形態３：キャピラリ電気泳動電流を測定するためのシステムまたは方法であって、
第１のキャピラリおよび第２のキャピラリであって、各キャピラリはカソード端部およびアノード端部を有する、第１のキャピラリおよび第２のキャピラリと、
第１のカソードバッファおよび第２のカソードバッファであって、第１のカソードバッファは、第２のカソードバッファから電気的に絶縁されるように構成され、第１のキャピラリのカソード端部は、第１のカソードバッファに浸漬され、第２のキャピラリのカソード端部は、第２のカソードバッファに浸漬される、第１のカソードバッファおよび第２のカソードバッファと、
電流を測定するために、第１のキャピラリと関連付けられた第１の電流センサおよび第２のキャピラリと関連付けられた第２の電流センサと、を備える、システムまたは方法。
第１のキャピラリおよび第２のキャピラリであって、各キャピラリはカソード端部およびアノード端部を有する、第１のキャピラリおよび第２のキャピラリと、
第１のカソードバッファおよび第２のカソードバッファであって、第１のカソードバッファは、第２のカソードバッファから電気的に絶縁されるように構成され、第１のキャピラリのカソード端部は、第１のカソードバッファに浸漬され、第２のキャピラリのカソード端部は、第２のカソードバッファに浸漬される、第１のカソードバッファおよび第２のカソードバッファと、
電流を測定するために、第１のキャピラリと関連付けられた第１の電流センサおよび第２のキャピラリと関連付けられた第２の電流センサと、を備える、システムまたは方法。
【0044】
実施形態４：
第３のキャピラリおよび第４のキャピラリと、
第３のカソードバッファおよび第４のカソードバッファであって、第３のカソードバッファは、第４のカソードバッファから電気的に絶縁されるように構成され、第３のキャピラリのカソード端部は、第３のカソードバッファに浸漬され、第４のキャピラリのカソード端部は、第４のカソードバッファに浸漬される、第３のカソードバッファおよび第４のカソードバッファと、
電流を測定するために、第３のキャピラリと関連付けられた第３の電流センサおよび第４のキャピラリと関連付けられた第４の電流センサと、をさらに備える、実施形態３。
第３のキャピラリおよび第４のキャピラリと、
第３のカソードバッファおよび第４のカソードバッファであって、第３のカソードバッファは、第４のカソードバッファから電気的に絶縁されるように構成され、第３のキャピラリのカソード端部は、第３のカソードバッファに浸漬され、第４のキャピラリのカソード端部は、第４のカソードバッファに浸漬される、第３のカソードバッファおよび第４のカソードバッファと、
電流を測定するために、第３のキャピラリと関連付けられた第３の電流センサおよび第４のキャピラリと関連付けられた第４の電流センサと、をさらに備える、実施形態３。
【0045】
実施形態５：液体レベルを検出するためのシステムまたは方法であって、
複数のカソードと、
電解バッファであって、複数のカソードのそれぞれが電解バッファ中に浸されている、電解バッファと、
複数のカソードと電解バッファとの間の静電容量を測定するように構成された複数の電極に接続された静電容量センサと、を備える、システムまたは方法。
複数のカソードと、
電解バッファであって、複数のカソードのそれぞれが電解バッファ中に浸されている、電解バッファと、
複数のカソードと電解バッファとの間の静電容量を測定するように構成された複数の電極に接続された静電容量センサと、を備える、システムまたは方法。
【0046】
実施形態６：複数のカソードは、２つのカソードである、実施形態５。
【0047】
実施形態７：静電容量は、カソードの表面積に比例する、実施形態５または６。
【0048】
実施形態８：静電容量は、カソードの浸漬深さに対して線形である、実施形態５、６、または７。
【0049】
実施形態９：複数のカソードは、円筒形である、実施形態５、６、７、または８。
【0050】
実施形態１０：
電解バッファ内のカソードの浸漬深さを計算するためのプロセッサをさらに備える、実施形態５、６、７、８、または９。
電解バッファ内のカソードの浸漬深さを計算するためのプロセッサをさらに備える、実施形態５、６、７、８、または９。
【0051】
実施形態１１：キャピラリ電気泳動を実施するためのシステムまたは方法であって、
キャピラリシステムであって、キャピラリアレイと、キャピラリシステムに関する識別情報を提供するように構成されたタグと、を備える、キャピラリシステムと、
キャピラリシステムに電気的に結合された高電圧システムであって、少なくとも１キロボルトの電圧を提供する高電圧電源と、高電圧電源に電気的に接続された少なくとも１つの回路と、を備える、高電圧システムと、
高電圧システムに結合された低電圧システムと、を備え、
タグは、（１）高電圧システムと低電圧システムとの間の電気的絶縁、（２）高電圧システムと低電圧システムとの間のデータおよび／もしくは制御信号、または（３）低電圧システムから高電圧システムへの電力、のうちの少なくとも１つを提供する、システムまたは方法。
キャピラリシステムであって、キャピラリアレイと、キャピラリシステムに関する識別情報を提供するように構成されたタグと、を備える、キャピラリシステムと、
キャピラリシステムに電気的に結合された高電圧システムであって、少なくとも１キロボルトの電圧を提供する高電圧電源と、高電圧電源に電気的に接続された少なくとも１つの回路と、を備える、高電圧システムと、
高電圧システムに結合された低電圧システムと、を備え、
タグは、（１）高電圧システムと低電圧システムとの間の電気的絶縁、（２）高電圧システムと低電圧システムとの間のデータおよび／もしくは制御信号、または（３）低電圧システムから高電圧システムへの電力、のうちの少なくとも１つを提供する、システムまたは方法。
【0052】
実施形態１２：タグは、無線周波数識別タグを備える、実施形態１１。
【0053】
実施形態１３：タグは、動的パッシブ近距離通信／無線周波数識別タグを備える、実施形態１１または１２。
【0054】
実施形態１４：高電圧電気システムは、液体レベルセンサ回路、キャピラリ電流センサ、またはマイクロコントローラのうちの少なくとも１つを備える、実施形態１１、１２、または１３。
【0055】
実施形態１５：低電圧回路は、タグに結合されている無線周波数識別リーダ／ライタを備える、実施形態１１、１２、１３、または１４。
【0056】
実施形態１６：タグは、無線周波数識別タグ、または動的パッシブ近距離通信／無線周波数識別タグを備える、実施形態１５。
【0057】
実施形態１７：キャピラリ電気泳動を実施するためのシステムまたは方法であって、
キャピラリシステムであって、キャピラリアレイと、キャピラリシステムに関する識別情報を提供するように構成されたタグと、を備える、キャピラリシステムと、
キャピラリシステムに電気的に結合された高電圧システムであって、少なくとも１キロボルトの電圧を提供する高電圧電源と、高電圧電源に電気的に接続された少なくとも１つの回路と、を備える、高電圧システムと、
高電圧システムに結合された低電圧システムと、を備え、
タグは、高電圧システムと低電圧システムとの間の電気的絶縁を提供する、システムまたは方法。
キャピラリシステムであって、キャピラリアレイと、キャピラリシステムに関する識別情報を提供するように構成されたタグと、を備える、キャピラリシステムと、
キャピラリシステムに電気的に結合された高電圧システムであって、少なくとも１キロボルトの電圧を提供する高電圧電源と、高電圧電源に電気的に接続された少なくとも１つの回路と、を備える、高電圧システムと、
高電圧システムに結合された低電圧システムと、を備え、
タグは、高電圧システムと低電圧システムとの間の電気的絶縁を提供する、システムまたは方法。
【0058】
実施形態１８：キャピラリ電気泳動を実施するためのシステムまたは方法であって、
キャピラリシステムであって、キャピラリアレイと、キャピラリシステムに関する識別情報を提供するように構成されたタグと、を備える、キャピラリシステムと、
キャピラリシステムに電気的に結合された高電圧システムであって、少なくとも１キロボルトの電圧を提供する高電圧電源と、高電圧電源に電気的に接続された少なくとも１つの回路と、を備える、高電圧システムと、
高電圧システムに結合された低電圧システムと、を備え、
タグは、高電圧システムと低電圧システムとの間にデータおよび／または制御信号を提供する、システムまたは方法。
キャピラリシステムであって、キャピラリアレイと、キャピラリシステムに関する識別情報を提供するように構成されたタグと、を備える、キャピラリシステムと、
キャピラリシステムに電気的に結合された高電圧システムであって、少なくとも１キロボルトの電圧を提供する高電圧電源と、高電圧電源に電気的に接続された少なくとも１つの回路と、を備える、高電圧システムと、
高電圧システムに結合された低電圧システムと、を備え、
タグは、高電圧システムと低電圧システムとの間にデータおよび／または制御信号を提供する、システムまたは方法。
【0059】
実施形態１９：キャピラリ電気泳動を実施するためのシステムまたは方法であって、
キャピラリシステムであって、キャピラリアレイと、キャピラリシステムに関する識別情報を提供するように構成されたタグと、を備える、キャピラリシステムと、
キャピラリシステムに電気的に結合された高電圧システムであって、少なくとも１キロボルトの電圧を提供する高電圧電源と、高電圧電源に電気的に接続された少なくとも１つの回路と、を備える、高電圧システムと、
高電圧システムに結合された低電圧システムと、を備え、
タグは、低電圧システムから高電圧システムに電力を提供する、システムまたは方法。
キャピラリシステムであって、キャピラリアレイと、キャピラリシステムに関する識別情報を提供するように構成されたタグと、を備える、キャピラリシステムと、
キャピラリシステムに電気的に結合された高電圧システムであって、少なくとも１キロボルトの電圧を提供する高電圧電源と、高電圧電源に電気的に接続された少なくとも１つの回路と、を備える、高電圧システムと、
高電圧システムに結合された低電圧システムと、を備え、
タグは、低電圧システムから高電圧システムに電力を提供する、システムまたは方法。
【0060】
実施形態２０：タグは、高電圧システムと低電圧システムとの間にデータおよび／または制御信号を提供する、実施形態１９。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】