特開 2024-126876 キャピラリカートリッジ

(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】P2024126876

(43)【公開日】2024-09-20

(54)【発明の名称】キャピラリカートリッジ

(51)【国際特許分類】

   G01N 27/447 20060101AFI20240912BHJP

【ＦＩ】

G01N27/447 321Z

G01N27/447 315K

G01N27/447 331H

【審査請求】未請求

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023035594

(22)【出願日】2023-03-08

(71)【出願人】

【識別番号】523085027

【氏名又は名称】インテジェンエックス インコーポレイテッド

(71)【出願人】

【識別番号】501387839

【氏名又は名称】株式会社日立ハイテク

(74)【代理人】

【識別番号】110000350

【氏名又は名称】ポレール弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】馬場 務

(72)【発明者】

【氏名】片野 真吾

(72)【発明者】

【氏名】富永 幸夫

(72)【発明者】

【氏名】中澤 太朗

(57)【要約】

【課題】キャピラリの主流路への挿入角度を調整可能なキャピラリカートリッジを提供する。
【解決手段】キャピラリ保持部材３３の形状の少なくとも一部は第１の球面の一部であり、第１の球面の半径方向にキャピラリ２２を通す貫通孔が形成されており、キャピラリ保持部材の第１の球面とブロック２１の第１部材３１とは、第１部材３１の受け部４３において接触し、第１部材の受け部の形状は第２の球面４３ｓの一部であり、第２の球面の半径方向はブロック２１に形成された主流路３４の中心軸と一致し、キャピラリは主流路に挿入される。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

キャピラリと、
前記キャピラリを保持するキャピラリ保持部材と、
主流路が形成された第１部材と前記第１部材と接続される第２部材とを備え、前記第１部材と前記第２部材との間に前記キャピラリ保持部材を挟み込んで保持するブロックとを有し、
前記キャピラリ保持部材の形状の少なくとも一部は第１の球面の一部であり、前記第１の球面の半径方向に前記キャピラリを通す貫通孔が形成されており、
前記キャピラリ保持部材の前記第１の球面と前記第１部材とは、前記第１部材の受け部において接触し、前記第１部材の受け部の形状は第２の球面の一部であり、前記第２の球面の半径方向は前記主流路の中心軸と一致し、
前記キャピラリは前記主流路に挿入されるキャピラリカートリッジ。

【請求項2】

請求項１において、
前記第２の球面の半径は前記第１の球面の半径よりも大きいキャピラリカートリッジ。

【請求項3】

請求項２において、
前記第２部材には前記キャピラリを通す貫通孔が形成されており、
前記キャピラリ保持部材の形状の少なくとも一部は第３の球面の一部であり、前記第３の球面の半径方向は前記キャピラリ保持部材の貫通孔の中心軸と一致し、
前記キャピラリ保持部材の前記第３の球面と前記第２部材とは、前記第２部材の受け部において接触し、前記第２部材の受け部の形状は第４の球面の一部であり、前記第４の球面の半径方向は前記第２部材の貫通孔の中心軸と一致するキャピラリカートリッジ。

【請求項4】

請求項３において、
前記第４の球面の半径は前記第３の球面の半径よりも大きいキャピラリカートリッジ。

【請求項5】

請求項４において、
前記キャピラリ保持部材は球体であるキャピラリカートリッジ。

【請求項6】

請求項１において、
前記第１部材及び前記第２部材には、互いを組み合わせるためのねじ構造が設けられるキャピラリカートリッジ。

【請求項7】

請求項１において、
前記第２部材は、前記キャピラリの前記主流路への挿入角度を調整する調整機構を備えるキャピラリカートリッジ。

【請求項8】

請求項７において、
前記調整機構として、前記キャピラリ保持部材を回転させる調整ピンを備えるキャピラリカートリッジ。

【請求項9】

請求項１乃至８のいずれか一項に記載において、
前記ブロックには、前記主流路に結合され、サンプル溶液が導入されるサンプル流路と、前記主流路に結合され、バッファ試薬が導入されるバッファ流路とが形成されているキャピラリカートリッジ。

【請求項10】

請求項９において、
前記ブロックには、前記主流路の長手方向に沿って２つの電極が設けられ、
前記２つの電極は、前記２つの電極間の抵抗値に基づき、前記キャピラリ内に電気泳動させる電気泳動対象試料がインジェクションされたことを判定するために設けられるキャピラリカートリッジ。

【請求項11】

請求項１０において、
前記キャピラリは、前記キャピラリの先端が前記２つの電極の間に位置するように前記主流路に挿入されるキャピラリカートリッジ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、キャピラリカートリッジに関する。

【背景技術】

【0002】

キャピラリ電気泳動装置においては、キャピラリとよばれる微小細管の中で試料の電気泳動を行わせる。試料は泳動中、キャピラリ内を移動しながら徐々に分離され、キャピラリの途中に設けられたセル（窓）において、光学的に試料内容物の解析が行われる。

【0003】

キャピラリを装置に接続するため、フェラルを用いることがよく行われている（例えば、特許文献１）。フェラルは、片側が尖ったテーパー部を有する円柱部材であり、その中心軸に沿って貫通孔が設けられている。装置の接続口もテーパー加工されており、貫通孔にキャピラリを挿入したフェラルをそのテーパー部の側からテーパー加工された接続口に押し込む。フェラルのテーパー部が変形することによってキャピラリが接続口にしっかりと固定される。また、フェラルが変形することによって高い気密性を得ることができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１２－９８３０９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

フェラルによるキャピラリの固定は、フェラルを変形させるための加圧を加えながら接続口に押し込むことによって行われるため、キャピラリの挿入状態を調整することが難しい。また、一旦キャピラリが固定されてしまうと、フェラルが接続口の形状にあわせて変形されているため、その後にキャピラリの挿入状態を調整しようとすると、フェラルの変形による気密性の効果が損なわれるおそれがある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一実施の態様であるキャピラリカートリッジは、キャピラリと、キャピラリを保持するキャピラリ保持部材と、主流路が形成された第１部材と第１部材と接続される第２部材とを備え、第１部材と第２部材との間にキャピラリ保持部材を挟み込んで保持するブロックとを有し、キャピラリ保持部材の形状の少なくとも一部は第１の球面の一部であり、第１の球面の半径方向にキャピラリを通す貫通孔が形成されており、キャピラリ保持部材の第１の球面と第１部材とは、第１部材の受け部において接触し、第１部材の受け部の形状は第２の球面の一部であり、第２の球面の半径方向は主流路の中心軸と一致し、キャピラリは主流路に挿入される。

【発明の効果】

【0007】

キャピラリの主流路への挿入角度を調整可能なキャピラリカートリッジを提供する。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】キャピラリ電気泳動装置の概略図である。

【図2】カソードブロックとキャピラリとの接続構造を説明するための図である。

【図3A】カソードブロックの構造を説明するための図である。

【図3B】カソードブロックの構造を説明するための図である。

【図4】キャピラリが主流路の中心軸に対して傾いた状態で挿入された状態を示す図である。

【図5】キャピラリの傾きの調整方法を説明するための図である。

【図6】キャピラリの傾きの調整方法を説明するための図である。

【図7】キャピラリにＤＮＡ断片を導入する工程を示す図である。

【図8】キャピラリヘッドの他の形状を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

図１はキャピラリ電気泳動装置１００の概略図である。ここでは、ＤＮＡの塩基配列を決定するＤＮＡシーケンシングを行うキャピラリ電気泳動装置の例を示している。ユーザの装置の使い勝手を向上させるとともに、装置のメンテナンスを容易するため、本装置では、サンプル細胞を装置に導入し、サンプルＤＮＡをＰＣＲ（Polymerase chain reaction）法により増幅する処理部と、サンプル細胞のＤＮＡ断片をキャピラリ内で電気泳動させる処理部とをそれぞれカートリッジとして交換可能な構造にしている。前者をサンプルカートリッジ、後者をキャピラリカートリッジと称する。カートリッジ以外のブロック（太枠のブロック）は、装置固定の機構である。

【0010】

サンプルカートリッジ１は、スワブ１１に付着されたサンプル細胞１２からサンプルＤＮＡを取り出し、ＰＣＲ試薬１３を用いて増幅し、様々な長さのＤＮＡ断片を作製する。サンプルカートリッジ１によりサンプルＤＮＡの増幅を実施するため、ＰＣＲ温調ユニット３、送液ユニット４が設けられている。サンプルカートリッジ１において作製されたＤＮＡ断片はロータリーポンプ５により、キャピラリカートリッジ２に導入される。

【0011】

キャピラリカートリッジ２は、サンプルカートリッジ１において作製されたＤＮＡ断片をキャピラリゲル電気泳動法により、キャピラリ内で電気泳動させる。キャピラリ２２はカソードブロック２１とアノードブロック２３との間に接続されている。分子ふるい効果を利用するため、電気泳動はキャピラリ２２内にゲルを注入した状態で行われる。ゲルを形成する網目構造により、ＤＮＡ断片を分子量の大きさ、すなわちＤＮＡ断片の長さに応じて分離することができる。このため、アノードブロック２３にはキャピラリ２２内にゲルを注入し、排出するためのゲルシリンジ２４及びゲル廃液バッグ２５が接続されている。また、装置には、ゲルを冷却しておくためのゲル冷却ユニット８が設けられている。

【0012】

一方、サンプルＤＮＡを増幅して作製したＤＮＡ断片は、カソードブロック２１からキャピラリ２２内に導入される。このため、カソードブロック２１はＤＮＡ断片を導入するためのロータリーポンプ５が接続されるとともに、バッファ試薬（緩衝液）が封入されたバッファ試薬バッグ２７が小型ポンプ２６を介して接続されている。また、カソードブロック２１からの廃液は廃液バッグ２８に蓄積される。ＤＮＡ断片のキャピラリ２２への導入動作については、図７を用いて後述する。

【0013】

高電圧電源ユニット９からカソードブロック２１とアノードブロック２３との間に、電気泳動を生じさせるための高電圧が印加され、電気泳動された結果は照射ユニット６及び検出ユニット７により光学的に解析される。

【0014】

図７にキャピラリ２２にＤＮＡ断片（電気泳動対象試料）を導入する工程１～６を示す。

【0015】

（工程１）工程１はカソードブロック２１にキャピラリ２２が接続された状態を模式的に示している。カソードブロック２１はキャピラリ２２が挿入される主流路３４と、ＤＮＡ断片が導入されるサンプル流路３５と、バッファ試薬が導入されるバッファ流路３６を備えている。サンプル流路３５及びバッファ流路３６の一方の端部は主流路３４に結合されている。

【0016】

なお、サンプル流路３５の他方の端部はロータリーポンプ５に、バッファ流路３６の他方の端部は小型ポンプ２６に接続されている。また、主流路３４は、一方の端部からキャピラリ２２が挿入され、他方の端部は廃液バッグ２８に接続されている。また、この例ではキャピラリ２２が主流路３４の中心部に挿入された理想的な状態を示している。

【0017】

（工程２）ロータリーポンプ５により、サンプル流路３５から主流路３４にＤＮＡ断片が溶け込んだサンプル溶液６１が導入される。

【0018】

（工程３）高電圧電源ユニット９からキャピラリ２２に高電圧が印加され、サンプル溶液６１からＤＮＡ断片６２がキャピラリ２２内にインジェクションされる。

【0019】

（工程４）ロータリーポンプ５により、サンプル流路３５から主流路３４に空気が導入されることにより、サンプル溶液６１は主流路３４から排出される。

【0020】

（工程５）小型ポンプ２６により、バッファ流路３６から主流路３４にバッファ試薬（緩衝液）６３が導入されることにより、サンプル溶液６１は完全に主流路３４から排出される。

【0021】

（工程６）高電圧電源ユニット９から再度キャピラリ２２に高電圧が印加され、キャピラリ２２内のＤＮＡ断片６２はキャピラリ２２の奥側に向かって移動する。

【0022】

図２を用いて、本実施例のカソードブロック２１とキャピラリ２２との接続構造について説明する。本実施例のカソードブロック２１は図７に示した流路が形成される本体部（第１部材）３１とキャピラリ２２を固定するための固定部（第２部材）３２とを備えている。キャピラリ２２には球体のキャピラリヘッド（キャピラリ保持部材）３３が固定されており、キャピラリヘッド３３を本体部３１と固定部３２との間で挟み込むことによって、カソードブロック２１にキャピラリ２２が接続される。なお、キャピラリヘッド３３の半径方向には貫通孔が設けられており、キャピラリヘッド３４はキャピラリ２２をこの貫通孔に通した状態で固定する。

【0023】

本体部３１に形成された主流路３４に沿って、２つの電極３７，３８が設けられている。ここでは電極３７をボーラス電極３７、電極３８を基準（ＧＮＤ）電極３８という。この２つの電極は、図７に示した工程３において、キャピラリ２２内に十分な量のＤＮＡ断片がインジェクションされたか否かの判定のために設けられている。ＤＮＡ断片は負電位に帯電していることから、ボーラス電極３７とＧＮＤ電極３８の間に電圧を印加し、電極間の抵抗値が十分に低抵抗になっていれば、キャピラリ２２内に十分な量のＤＮＡ断片がインジェクションされたと判定できる。このため、キャピラリ２２の先端は、ボーラス電極３７とＧＮＤ電極３８とのおよそ中間地点に位置するまで、主流路３４内に挿入される必要がある。一方、主流路３４の径はキャピラリ２２の径に比べてわずかに大きい程度に過ぎない。このため、図４に示すように、キャピラリ２２の挿入方向が主流路３４の中心軸に対してわずかに傾いただけで、キャピラリ２２の先端が主流路３４の内壁に接触するといったことが起こる。主流路３４内のサンプル溶液６１において、ＤＮＡ断片は主に主流路３４の中心に存在しており、内壁に近い位置にはあまり存在していないため、図４のようにキャピラリ２２が主流路３４の中心軸に対して傾いて挿入されていると、ＤＮＡ断片がキャピラリ２２に十分にインジェクションされないインジェクション不良が生じる。本実施例のカソードブロック２１とキャピラリ２２との接続構造は、仮に図４のようにキャピラリ２２が傾いて主流路３４に挿入されてしまった場合にでも、キャピラリ２２の挿入方向を調整可能とするものである。

【0024】

図３Ａを用いて、カソードブロック２１の本体部（第１部材）３１と固定部（第２部材）３２の構造を説明する。本体部３１のキャピラリ２２が挿入される側には、固定部３２と接続するための第１接続部４１が形成されるとともに、主流路３４の開口の周囲にはキャピラリ接続時にキャピラリヘッド３３と接触する受け部４３が形成されている。一方、固定部３２には、本体部３１と接続するための第２接続部４４が形成されるとともに、キャピラリ２２を通すための貫通孔３９の開口の周囲にはキャピラリ接続時にキャピラリヘッド３３と接触する受け部４６が形成されている。

【0025】

図２に示すように、第１接続部４１と第２接続部４４とが互いに組み合わされることによって、キャピラリ２２がカソードブロック２１に保持される。この例では、第１接続部４１はＸ方向からみて円形状をした凸形状であり、第２接続部４４は、第１接続部４１の形状にあわせた凹形状となっている。第１接続部４１に形成されたねじ構造４２、第２接続部４４に形成されたねじ構造４５により、第１接続部４１と第２接続部４４とが組み合わされる。なお、キャピラリヘッド３３を挟み込んで固定できる構造であれば、本体部３１と固定部３２とを組み合わせる方法は図３Ａに例示する構造に限定されない。

【0026】

また、既に述べたように、キャピラリヘッド３３は球体であり、キャピラリ接続時にキャピラリヘッド３３と接触する本体部３１の受け部４３の形状は球面の一部とされる。図３Ａ、図３Ｂでは受け部４３をその一部として含む球面（一点鎖線）を球面４３ｓとして示している。球面４３ｓの半径方向は、主流路３４の中心軸と一致する。ここで、キャピラリヘッド３３の半径をＲ１、球面４３ｓの半径をＲ２とすると、図３Ｂに示すように、Ｒ２＞Ｒ１とされている。同様に、キャピラリ接続時にキャピラリヘッド３３と接触する固定部３２の受け部４６の形状も球面の一部とされる。図３Ａでは受け部４６をその一部として含む球面（二点鎖線）を球面４６ｓとして示している。球面４６ｓの半径方向は、貫通孔３９の中心軸と一致する。ここで、キャピラリヘッド３３の半径をＲ１、球面４６ｓの半径をＲ３とすると、Ｒ３＞Ｒ１とされている。球面４３ｓの半径と球面４６ｓの半径との大小関係は限定しないが、Ｒ２＝Ｒ３であってもよい。なお、キャピラリヘッド３３を挟み込むために、本体部３１及び固定部３２に設けられる窪みの面全体が球面である必要はない。接触面（受け部）が球面であり、それ以外の窪みの面はキャピラリヘッド３３を挟み込んだときに干渉するような形状でなければ、任意の形状をしていてよい。

【0027】

このように球体のキャピラリヘッド３３が本体部３１の球面の受け部４３と接触して固定されることで気密性を高く保つことができ、かつＲ２＞Ｒ１とすることで、第１接続部４１と第２接続部４４とを組み合わせるときに、キャピラリ２２が主流路３４の中心に挿入されるような位置にキャピラリヘッド３３が位置するようになる。

【0028】

図８にキャピラリヘッド３３の変形例を示す。本変形例では、キャピラリヘッド３３を、本体部３１の受け部４３、固定部３２の受け部４６と接触する面は球面とするが、それ以外の部分は任意の形状（ここでは円柱形状）とするものである。図８にはキャピラリヘッド３３の変形例について、２方向からの平面図を示している。キャピラリヘッド３３の受け部４３と接触する面は球面３３ｓの一部であり、球面３３ｓの半径方向はキャピラリヘッド３３の貫通孔２９の中心軸と一致している。図示していないが、キャピラリヘッド３３の受け部４６と接触する面も球面の一部であり、当該球面の半径方向はキャピラリヘッド３３の貫通孔の中心軸と一致している。

【0029】

続いて図４のように、キャピラリ２２が主流路３４の中心軸に対して傾いて挿入されてしまった場合の調整方法を図５及び図６を用いて説明する。図６は、図５のＡ－Ａ線におけるＸ方向からみた断面図である。

【0030】

本実施例の固定部３２は、キャピラリヘッド３３を回転させることで、キャピラリ２２の主流路３４への挿入角度を調整する調整機構を備えている。この例での調整機構は、図６に示すように、互いに直交する方向に挿入される調整ピン５１ａ～５１ｄである。

【0031】

一旦、キャピラリヘッド３３が回転可能な状態にまで、本体部３１と固定部３２との組み合わせを緩め、調整ピン５１ａ～５１ｄのいずれかでキャピラリ２２の先端が主流路３４の中心に位置するようにキャピラリヘッド３３を回転させる。キャピラリ２２の先端が主流路３４の中心に位置したら、その状態を維持したまま、本体部３１と固定部３２との組み合わせを再度締め付けて、キャピラリヘッド３３を固定する。

【0032】

なお、ここでは４本の調整ピンでキャピラリヘッド３３を回転させる例を示したが、キャピラリヘッド３３を任意の方向に回転させることができれば、調整ピンの数は限定されない。例えば、３本であってもよい。また、調整ピンは調整が必要なときに差し込めるようにしてあればよく、固定部３２が調整ピンを備えている必要はない。

【0033】

本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。また、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

【符号の説明】

【0034】

１：サンプルカートリッジ、２：キャピラリカートリッジ、３：ＰＣＲ温調ユニット、４：送液ユニット、５：ロータリーポンプ、６：照射ユニット、７：検出ユニット、８：ゲル冷却ユニット、９：高電圧電源ユニット、１１：スワブ、１２：サンプル細胞、１３：ＰＣＲ試薬、２１：カソードブロック、２２：キャピラリ、２３：アノードブロック、２４：ゲルシリンジ、２５：ゲル廃液バッグ、２６：小型ポンプ、２７：バッファ試薬バッグ、２８：廃液バッグ、２９：貫通孔、３１：本体部（第１部材）、３２：固定部（第２部材）、３３：キャピラリヘッド、３３ｓ：球面、３４：主流路、３５：サンプル流路、３６：バッファ流路、３７：ボーラス電極、３８：基準（ＧＮＤ）電極、３９：貫通孔、４１：第１接続部、４２：ねじ構造、４３：受け部、４３ｓ：球面、４４：第２接続部、４５：ねじ構造、４６：受け部、４６ｓ：球面、５１：調整ピン、６１：サンプル溶液、６２：ＤＮＡ断片、６３：バッファ試薬（緩衝液）、１００：キャピラリ電気泳動装置。

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】