JP7016313B2

JP7016313B2 - 電気泳動チップ、電気泳動装置、及び電気泳動システム

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Publication number: JP7016313B2
Application number: JP2018505320A
Authority: JP
Inventors: 秀二田島
Original assignee: Universal Bio Research Co Ltd
Current assignee: Universal Bio Research Co Ltd
Priority date: 2016-03-18
Filing date: 2017-01-31
Publication date: 2022-02-04
Anticipated expiration: 2037-01-31
Also published as: WO2017159084A1; JPWO2017159084A1

Description

本発明は、生体関連物質等の有機物質を電気泳動により分取または解析する電気泳動チップ、電気泳動装置、及び電気泳動システムに関する。

近年、次世代シーケンサーがイルミナ社やロシュ社により実用化されている。さらに、１分子リアルタイム・シーケンシング等を用いて、ＤＮＡ等の塩基配列決定量が飛躍的に高まっている。このように次世代シーケンサー技術は飛躍的に進歩したものの、シーケンス解析に用いるＤＮＡ等のサンプルの調整（前処理工程）は、手作業で複雑な工程が必要となっていた。

ＤＮＡ等のサンプルの前処理工程は、非特許文献１に記載されるように、（ａ）サンプルからのＤＮＡの抽出、（ｂ）ＤＮＡの断片化、（ｃ）ＤＮＡのサイズセレクション（サイジング）、（ｄ）ＤＮＡ末端の平滑化処理、（ｅ）ＤＮＡ末端へのアダプター配列の付加、（ｆ）ＤＮＡの精製、（ｇ）ＤＮＡの増幅、を必要とする。ＤＮＡサイズセレクションには、電気泳動を用いた手法が知られている。次世代シーケンサーのためのＤＮＡサイズセレクションは、所定範囲のサイズに揃えられたＤＮＡ断片、例えば１０ｋｂｐ～２５ｋｂｐにサイジングされたＤＮＡ断片が必要とされている。

上記（Ｃ）サイジングにおける電気泳動としては、例えばアガロースゲル電気泳動が用いられている。アガロースゲル電気泳動は、平板状に配置したアガロースゲルに電圧をかけることにより、マイナスに荷電したＤＮＡサンプルがアガロースゲル中をプラス極側に移動する。この移動中に、長いＤＮＡ断片は網目構造のゲル中をゆっくり移動するのに対し、短いＤＮＡ断片は網目構造のゲル中を早く移動する。このような移動速度の差異を利用して、ＤＮＡ断片がサイズ毎のバンドとして分離される。そして、必要なサイズのバンドの部分をアガロースゲルから手作業で切り取って上記（ｄ）以降の処理が行われる。なお、ＤＮＡ断片の電気泳動に関して、特許文献１に示すようなキャピラリーゲル電気泳動を用いた分離分取装置が神原らにより提案されている。

田崎裕人企画編集、「製品中に含まれる(超)微量成分・不純物の同定・定量ノウハウ」、株式会社技術情報協会、２０１４年３月１１日、ｐ．８１６－８２２

特開２００２－４８７６６号公報

従来の電気泳動は、一度に比較的大量のＤＮＡ等のサンプルを処理することが困難であった。特許文献１に記載の装置は、比較的大量のサンプルを同時に処理することが困難であった。そこで本発明は、効率よくサンプルのサイジングを可能とする新規な電気泳動具、電気泳動装置、及び電気泳動システムの提供を目的とする。

本発明は、次の通り構成される。

（態様１）電気泳動用のゲル及びバッファーを収容する電気泳動管と、前記電気泳動管の下側にプラスまたはマイナスの一方の電位を加える第１の電極と、前記電気泳動管の上側にプラスまたはマイナスの他方の電位を加える第２の電極と、を備える、電気泳動具であって、前記電気泳動管、及び前記第１の電極を一体的に保持するホルダを備える、電気泳動具。（態様２）態様１に記載の電気泳動具において、前記ホルダは、前記電気泳動管、前記第１の電極、及び前記第２の電極を一体的に保持する、電気泳動具。（態様３）態様１または２に記載の電気泳動具において、前記ホルダは、前記電気泳動管の上部を保持する、電気泳動具。（態様４）態様１～３のいずれか一項に記載の電気泳動具において、前記ホルダは、前記第１の電極を収容する第１の電極収容部と、前記第２の電極を収容する第２の電極収容部とを備える、電気泳動具。

（態様５）態様４に記載の電気泳動具において、前記第１の電極収容部及び前記第２の電極収容部を接続するヒンジ部を備える、電気泳動具。（態様６）態様４に記載の電気泳動具において、前記第１の電極収容部及び前記第２の電極収容部は、分離可能である、電気泳動具。（態様７）態様６に記載の電気泳動具において、前記第１の電極収容部は、前記第２の電極収容部を挿入可能な開口を有する、電気泳動具。（態様８）態様１～７のいずれか一項に記載の電気泳動具において、前記第２の電極は、前記電気泳動管の前記上側から前記下側まで、前記電気泳動管にそって延びる、電気泳動具。（態様９）態様８に記載の電気泳動具において、前記ホルダは、前記第２の電極にそって前記電気泳動管の前記下側まで延びる延長部を備える、電気泳動具。（態様１０）態様９に記載の電気泳動具において、前記延長部は、前記電気泳動管を挟持する挟持部を備える、電気泳動具。

（態様１１）態様１～１０のいずれか一項に記載の電気泳動具において、前記ホルダは、前記第２の電極を収容する収容溝を備える、電気泳動具。（態様１２）態様１～１１のいずれか一項に記載の電気泳動具において、前記第１の電極の下端は、前記電気泳動管の内部に挿入される、電気泳動具。（態様１３）態様１に記載の電気泳動具において、前記ホルダは、前記第１の電極と嵌合するように、前記電気泳動管と一体成形された、第１の嵌合体を含む、電気泳動具。（態様１４）態様１５に記載の電気泳動具において、前記ホルダは、前記第２の電極と嵌合するように、前記電気泳動管と一体成形された、第２の嵌合体を含む、電気泳動具。（態様１５）態様１３または１４に記載の電気泳動具において、前記ホルダは、前記電気泳動管の上部に設けられる、電気泳動具。

（態様１６）態様１～１４のいずれか一項に記載の電気泳動知具において、前記電気泳動管は、バッファーを収容するバッファー収容管と、前記ゲルを収容するゲル収容管とを備える、電気泳動具。（態様１７）態様１６に記載の電気泳動具において、前記第１の電極の下端は、前記バッファー収容管内に配置される、電気泳動具。（態様１８）電気泳動装置であって、電気泳動を制御する制御部と、態様１～１７のいずれか一項に記載の電気泳動具と、前記電気泳動具の前記第１の電極に給電する第１の給電部と、前記電気泳動具の前記第２の電極に給電する第２の給電部と、分注器と、前記電気泳動具の前記第２の電極及び前記電気泳動管の下端が挿入されるウェルと、前記電気泳動具及び／または前記分注器を３次元的に移動可能な移動ユニットとを備える、電気泳動装置。（態様１９）態様１８に記載の電気泳動装置において、パルスフィールドゲル電気泳動を行うために、前記第１の電極及び前記第２の電極の間に加わる電場を周期的に変化させる電源部を備える、電気泳動装置。（態様２０）態様１９に記載の電気泳動装置において、前記電源部は、前記電場の向きを周期的に反転させる、電気泳動装置。

（態様２１）態様１８または１９に記載の電気泳動装置において、前記電源部は、前記電場の強さを周期的に変化させる、電気泳動装置。（態様２２）態様１８～２１のいずれか一項に記載の電気泳動装置において、前記移動ユニットは、前記電気泳動具及び／または前記分注器を縦方向へ略直線的に移動する縦移動ユニットと、前記電気泳動具及び／または前記分注器を横方向へ略直線的に移動する横移動ユニットとから構成される、電気泳動装置。（態様２３）態様２２に記載の電気泳動装置において、前記横移動ユニットは、前記縦移動ユニットを搭載し、前記縦移動ユニットを横方向に移動する、電気泳動装置。（態様２４）態様１８～２３に記載の電気泳動装置において、前記ウェルが複数のウェルであり、前記移動ユニットが前記電気泳動具を移動することにより、前記複数のバンドを前記複数のウェルに分取する、電気泳動装置。（態様２５）態様２４に記載の電気泳動装置において、前記移動ユニットが前記電気泳動具を移動する際、前記制御部は、前記電気泳動具を前記移動ユニットにより前記ウェルの上方に移動する、電気泳動装置。

（態様２６）態様２４または２５に記載の電気泳動装置において、前記移動ユニットが前記電気泳動具を移動する際、前記制御部は、前記第１の給電部及び前記第２の給電部から前記第１の電極及び前記第２の電極への給電を停止する、電気泳動装置。（態様２７）態様１８～２６のいずれか一項に記載の電気泳動装置において、前記ウェルは、環状に配置された複数の容器を備える、電気泳動装置。（態様２８）態様２７に記載の電気泳動装置において、前記ウェルは、前記複数の容器に取り囲まれるバッファー容器を備える、電気泳動装置。（態様２９）態様２７または２８に記載の電気泳動装置において、前記ウェルを回転するウェル回転機構を備える、電気泳動装置。（態様３０）態様２９に記載の電気泳動装置において、前記ウェル回転機構が前記ウェルを回転することにより前記複数の分取部を切り替える、電気泳動装置。

（態様３１）態様３０に記載の電気泳動装置において、前記ウェル回転機構が前記ウェルを回転する際、前記電気泳動具は前記移動ユニットにより前記ウェルから離れて上方に移動する、電気泳動装置。（態様３２）態様２９～３１のいずれか一項に記載の電気泳動装置において、前記ウェル回転機構が前記ウェルを回転する際、前記制御部は、前記第１の給電部及び前記第２の給電部から前記第１の電極及び前記第２の電極への給電を停止する、電気泳動装置。（態様３３）態様２２または２３に記載の電気泳動装置において、前記分注器は、前記縦移動ユニットに接続される、電気泳動装置。（態様３４）態様２２、２３、３３のいずれか一項に記載の電気泳動装置において、前記縦移動ユニットは、前記第１の給電部及び前記第２の給電部を一体的に移動する、電気泳動装置。（態様３５）態様１８～３４のいずれか一項に記載の電気泳動装置において、前記電気泳動管の前記ゲルをサンプルが流れる際に生じるバンドまたはラダーを検出する検出装置を備える、電気泳動装置。

（態様３６）態様３５に記載の電気泳動装置において、前記検出装置は、前記電気泳動具の前記電気泳動管に対向する検出端部と、前記検出端部を３次元的に移動する検出端部移動ユニットとを備える、電気泳動装置。（態様３７）態様３６に記載の電気泳動装置において、前記検出端部移動ユニットは、前記電気泳動管の長手方向にそって前記検出端部を移動する、電気泳動装置。（態様３８）態様３６または３７に記載の電気泳動装置において、前記検出端部移動ユニットは、前記電気泳動管または前記ウェルの側面に対向した状態に前記検出端部を移動する、電気泳動装置。（態様３９）態様３６～３８のいずれか一項に記載の電気泳動装置において、前記検出端部移動ユニットは、前記検出端部が前記電気泳動管又は前記ウェルに対向した状態で、前記電気泳動管又は前記ウェルの側面に対して近付く方向又は遠ざかる方向に前記検出端部を移動する、電気泳動装置。（態様４０）態様３６～３７のいずれか一項に記載の電気泳動装置において、前記検出端部は、励起光用光ファイバーの照射端及び蛍光受光用光ファイバーの受光端を保持する、電気泳動装置。

（態様４１）態様３６～４０のいずれか一項に記載の電気泳動装置において、前記検出端部は、前記ウェルの側面の輪郭にそった湾曲面を備える、電気泳動装置。（態様４２）態様３６～４１のいずれか一項に記載の電気泳動装置において、前記検出装置が電気泳動中のサンプルから分離した複数のバンドの位置を検出する、電気泳動装置。（態様４３）態様１８～４２のいずれか一項に記載の電気泳動装置において、磁性粒子を用いた核酸の抽出機構を備える、電気泳動装置。（態様４４）態様１８～４３のいずれか一項に記載の電気泳動装置において、核酸を増幅する増幅機構を備える、電気泳動装置。

（態様４５）態様１８～４４のいずれか一項に記載の電気泳動装置を複数備える、電気泳動システム。（態様４６）態様４５に記載の電気泳動システムにおいて、前記制御部は、前記複数の電気泳動具のぞれぞれに対して、前記検出装置を用いてサンプルから分離したバンドの位置をそれぞれ検出するとともに、前記バンドの検出位置に基づき、前記複数の電気泳動具のそれぞれの前記第２の電極及び前記第１の電極への給電を制御することにより、各電気泳動具における前記バンドの移動を制御する、電気泳動システム。（態様４７）態様４６に記載の電気泳動システムにおいて、前記制御部は、前記複数の電気泳動具のぞれぞれにおける、前記バンドの位置を揃えるように、前記第１の電極及び前記第２の電極への給電を制御する、電気泳動システム。（態様４８）態様１８～４４のいずれか一項に記載の電気泳動装置を用いて、サンプルの電気泳動を実行する、電気泳動方法。（態様４９）態様４４～４７のいずれか一項に記載の電気泳動システムを用いて、複数のサンプルの電気泳動の並列処理を実行する、電気泳動方法。（態様５０）態様４８または４９に記載の電気泳動方法において、前記サンプルは生体関連物質である、方法。（態様５１）態様４８～５０のいずれか一項に記載の電気泳動方法において、前記生体関連物質は、ＤＮＡ、ＲＮＡ、またはタンパク質である、方法。

本発明の電気泳動具、電気泳動装置、及び電気泳動システムによれば、効率よくサンプルをサイジングし、分取又はミルキング、分析することが可能となる。

本発明の第１の実施形態に係る電気泳動チップの斜視図である。図１の電気泳動チップの側面図である。図１の電気泳動管の斜視図である。図３の電気泳動管の長手方向における断面図である。図１の電気泳動管用のホルダの展開斜視図である。図５のホルダの上面図である。図５のホルダの展開側面図である。図５のホルダに電気泳動管を装着する途中の拡大側面図である。図８のホルダに電気泳動管を装着した状態の側面図である。図６のホルダに電気泳動管の装着後、ホルダ閉鎖中の拡大斜視図である。図２の電気泳動チップの上面図である。本発明の第１の実施形態に係る電気泳動装置の側面図である。図１の電気泳動チップへ分注器を用いた分注状態を示す側面図である。図１２の電気泳動装置を用いた電気泳動を示す側断面図である。本発明の第１の実施形態に係る電気泳動システムの上面図である。図１５の電気泳動システムによる電気泳動を示す断面図である。本発明の第２の実施形態に係る電気泳動チップの（ａ）側面図及び（ｂ）正面図である。図１７のプラス電極収容部の（ａ）側面図及び（ｂ）正面図である。図１８のプラス電極収容部に電気泳動チップを装着した状態の（ａ）側面図及び（ｂ）正面図である。図１９（ａ）のプラス電極収容部をマイナス電極収容部に装着する直前の側面図である。図１９の状態の斜視図である。図１７の電気泳動チップの上面図である。本発明の第２の実施形態に係る電気泳動システムの斜視図である。図２３の電気泳動システムの正面図である。図２３の電気泳動システムの側面図である。図２３の電気泳動システムのステージに関する（ａ）４レーン配置の平面図、（ｂ）８レーン配置の平面図である。図２３の電気泳動システムに用いる回転分取ウェルの斜視図である。図２７の回転分取ウェルの使用状態の側面図である。図２７の回転分取ウェルの回転機構の斜視図である。図２３の電気泳動システムの電気泳動状態の要部斜視図である。図３０の検出端部移動ユニットの要部斜視図である。図３１の検出端部移動ユニットの移動状態の要部斜視図である。本発明の実施例に用いる各種容器の側面図である。本発明の実施例おける電気泳動方法を示す図である。本発明の実施例おける電気泳動パターンを示す図である。本発明の第３の実施形態に係る電気泳動チップの、（ａ）正面図、（ｂ）側面図である。図３６の電気泳動チップの上部の断面図である。図３６の電気泳動チップの第１の組立工程を示す側面図である。図３６の電気泳動チップの第２の組立工程を示す側面図である。図３６の電気泳動チップの第３の組立工程を示す側面図である。

本発明の電気泳動チップ（電気泳動具）、電気泳動装置、及び電気泳動システムの各実施形態を説明する。本実施形態の電気泳動チップは、好ましくは電気泳動管、プラス電極、マイナス電極を一体化したものである。本実施形態の電気泳動装置は、電気泳動チップを移動ユニットに取り付けることにより、電気泳動チップを３次元的に移動可能とする。本実施形態の電気泳動システムは、電気泳動装置の処理レーン（処理ライン）を複数含み、複数のサンプルを平行して同時に処理するものである、各実施形態において、同一部分には同一の符号を付し、同一部分の説明は適宜省略する。

〔第１の実施形態〕
（電気泳動チップ）
本発明の第１の実施形態に係る電気泳動チップ（Ｔｉｐ）１を、図１及び図２を用いて説明する。電気泳動チップ１は、電気泳動用のゲルを収容する電気泳動管１００と、電気泳動管１００の上部を保持するホルダ２００と、電気泳動管１００の下方からゲルにプラス電位（第１の電位）を加えるプラス電極（第１の電極）３００と、電気泳動管１００の上方からゲルにマイナス電位（第２の電位）を加えるマイナス電極（第２の電極）４００とから構成される。ホルダ２００は、電気泳動管１００、プラス電極３００、及びマイナス電極４００をそれぞれ固定して一体化する。なお、ホルダ２００によりプラス電極４００を一体化せず、プラス電極４００を図１４の分取ウェル５１１～５１３（カートリッジ）側に移動可能に設けることもできる。

図３及び図４には、使用開始前（ホルダ２００に固定前）の電気泳動管１００の状態を示している。電気泳動管１００は、ホルダ２００により保持される上端１０８と、バッファーを収容するバッファー収容管１１０と、バッファー収容管１１０よりも細く形成されたゲル収容管１１２と、ゲル収容管１１２に充填されるゲル１４０とを備える。電気泳動管１は、ストロー状であり、ゲル収容管１１２の内径は、好ましくは３ｍｍ～４ｍｍとすることができる。電気泳動管１００は、好ましくは電気泳動管１００の上端開口を閉鎖する可撓性の上部キャップ１２０と、下端開口を閉鎖する可撓性の下部キャップ１３０とを備える。電気泳動管１００が両キャップ１２０及び１３０を備えることにより、電気泳動管１００をホルダ２００に取り付ける前に、ゲルの乾燥及びゲルへのコンタミネーションを防止することができる。上部キャップ１２０及び下部キャップ１３０は、電気泳動を行う前に取り外される。

上部キャップ１２０に替えて、電気泳動管１００の内部でゲル１４０の上部を閉鎖する上部キャップ１２１を設けてもよい。上部キャップ１２１は棒状であり、電気泳動管１００の上端開口の外側まで延びるつまみ１２３を備える。使用時につまみ１２３を引っ張ることにより上部キャップ１２１を容易に取り外すことができる。さらに、つまみ１２３の末端にリングを取り付けて、キャップ１２３の引き出しを容易にしてよい。電気泳動管１は、紫外線及び可視光が透過可能な透明材料から形成される。バッファーは、電気泳動を行う前に、図１３に示すように分注器６１０を用いて分注される。ゲル１４０は、好ましくはアガロースゲルまたはポリアクリルアミドゲルを用いることができるがこれらに限定されない。

図５及び図６の展開図に示すように、ホルダ２００は、プラス電極３００を収容するプラス電極収容部（第１の電極収容部）２１０と、マイナス電極４００を収容するマイナス電極収容部（第２の電極収容部）２２０と、両電極収容部２１０及び２２０を接続するヒンジ部２３０とから構成される。各電極収容部２１０、２２０は、さらに電気泳動管１００の上部を取り囲み収容するように湾曲した形状（筒を長手方向に切断した形状）を有する。ヒンジ部２３０を中心としてマイナス電極収容部２２０をプラス電極収容部２１０に対して回転させると、両電極収容部２１０及び２２０が筒状のホルダ２００を形成する。図示していないが、ホルダ２００は、好ましくは、筒状のホルダ２００を形成した状態で、両電極収容部２１０及び２２０を互いに固定する係止構造を備える。係止構造は、例えば、一方の電極収容部に設けられた弾性変形可能な爪と、他方の電極収容部に設けられ前記爪が引っ掛かる窪みとから構成される。

プラス電極収容部２１０には、プラス電極３００を収容する電極収容溝２１１と、プラス電極３００の下端近傍まで延びる延長部２１３とを備える。電極収容溝２１１は、プラス電極収容部２１０の上端から延長部２１３の下端まで延びる。延長部２１３には、好ましくは電極収容溝２１１上に突出する複数の突出部を設けることにより、電極の脱落を防止することができる。さらに、延長部２１３には、図１に示したように、電気泳動管１００のゲル収容管１１２を挟持する１つまたは複数の挟持部２１５、及び／または、プラス電極３００の下端３２０側を保持する電極保持部２１７を設けることもできる。マイナス電極収容部２２０は、マイナス電極４００を着脱自在に保持するＣ字状突起部２２１を備える。

図５及び図６のホルダ２００にプラス電極３００及びマイナス電極４００を取り付けた状態を、図７を用いて説明する。プラス電極３００は、図１２のプラス給電部（第１の給電部）６２１に接続される上端３１０と、図１４の分取ウェル５１１～５１３等に満たされたバッファーに浸けられる下端３２０と、上端３１０及び下端３２０を接続する電線部３３０とから構成される。電線部３３０が電極収容溝２１１に収容される。

マイナス電極４００は、図１２のマイナス給電部（第２の給電部）６２３に接続される上端４１０と、電気泳動管１００に満たされたバッファーに浸けられる下端４２０と、上端４１０及び下端４２０を接続する電線部４３０とから構成される。マイナス電極４００は、マイナス電極収容部２２０に設けられたＣ字状突起部２２１に着脱自在に保持される。

図７の状態のホルダ２００に電気泳動管１００を装着する手順を説明する。初めに、図３の状態の電気泳動管１００からキャップ１２０及び１３０を取り外す。次に、図８に示すように、マイナス電極収容部２２０の下方から上方に向けて電気泳動管１００を移動して、電気泳動管１００内にマイナス電極４００の下端４２０を導き入れる。さらに、図９に示すように、下端４２０がバッファー収容管１１０内に延びるまで、電気泳動管１００を移動する。図９から図１０を経て、電極収容部２１０及び２２０を閉じることにより、ホルダ２００が電気泳動管１００の上部を取り囲んで固定した状態となる。この状態を図１及び図２に示す。図１１は、図１及び図２の状態の電気泳動チップ１を上側から見た図である。

（電気泳動装置）
本発明の第１の実施形態に係る電気泳動装置２を説明する。電気泳動装置２は、電気泳動チップ１を備える。図１２に示すように、電気泳動装置２は、縦方向（略鉛直方向）に直線的に移動可能な縦移動ユニット６００と、略直線状（ライン状）に配置された複数のウェルを備える処理ライン（カートリッジ）５００とをさらに備える。図１２は、電気泳動チップ１の図示を省略している。縦移動ユニット６００には、分注チップ６１１を着脱自在に装着する分注器６１０と、分注器６１０を着脱自在に装着する分注器装着部（吸引ノズル）６１３と、電気泳動チップ１を着脱自在に装着する電気泳動チップ装着部６２０とを備える。電気泳動装置２は、縦移動ユニット６００を横方向（略水平方向）に略直線的に移動可能とする横移動ユニット（例えば、図２３の横移動ユニット９００）と、前記横移動ユニット６００及び縦移動ユニット９００を制御する制御部（不図示）とを備える。電気泳動装置２が縦移動ユニット６００及び横移動ユニット９００を備えることにより、電気泳動チップ１を処理ライン６００上で３次元的に移動することができる。電気泳動チップ１は、図１５に示す電気泳動チップ収容ラック５２０に収容されている。分注器６１０は、図１３に示すように、バッファーやサンプルを電気泳動チップ１の上端開口からその内部に分注することができる。さらに、分注器６１０は、各ウェルに溶液、サンプル、及び試薬を分注（吐出）したり、各ウェルからこれらを吸引して移動することもできる。

第１の実施形態の電気泳動装置２を用いて電気泳動を行う状態を図１４に示す。電気泳動装置２は、ＤＮＡ等のサンプルの電気泳動によりゲル１４０中に生じるバンドを検出する検出装置（蛍光スキャナー）７００を備える。検出装置７００は、励起光の光源７０５と、励起光用光ファイバー７１０と、蛍光受光用光ファイバー７２０と、励起光用光ファイバー７１０の照射端及び蛍光受光用光ファイバー７２０の受光端を保持する検出端部７３０と、蛍光受光用光ファイバー７２０からの光を検出する光電子増倍管（ＰＭＴ）等の光検出素子７４０と、検出端部７３０を３次元的に移動する検出端部移動ユニット（例えば、図３１及び３２の検出端部移動ユニット７５０）とを備える。検出端部７３０は、検出端部移動機構によって、励起光用光ファイバー７１０の照射端及び蛍光受光用光ファイバー７２０の受光端を、電気泳動管１００のゲル収容管１１２の側面及び／またはウェル５１０の側面と対向させた状態で、ゲル収容管１１２及び／またはウェル５１０の長手方向にそって縦方向（略垂直方向）に移動可能である。さらに、検出端部７３０は、検出端部移動ユニットによって、ゲル収容管１１２の側面及び／またはウェル５１０の側面に対して近付いたり離れたりする横方向（略水平方向）に移動可能である。なお、分取ウェル５１１～５１３は、紫外線及び可視光が透過可能な透明材料から形成される。

第１の実施形態の並列処理式の電気泳動システム３は、図１５に示すように、同一構成を有する複数の電気泳動装置２～２Ｇを備える。図１５のステージ８００の上面図に示すように、各電気泳動装置２～２Ｇは、電気泳動チップ１～１Ａと、処理ライン（処理レーン）５００～５００Ｇと、縦移動ユニット６００～６００Ｇと、検出装置７００～７００Ｇ（図示省略）と、横移動ユニット９００とから構成される。各縦移動ユニット６００～６００Ｇは、対応する各処理ライン５００～５００Ｇ上方でこれらの長手方向にそって移動可能である。さらに、各処理ライン５００～５００Ｇに対して検出装置の検出端部７３０が設けられる。各検出端部７３０は、縦移動ユニット６００に装着された各電気泳動チップ１の横移動方向に配置することが好ましい。これによって、図１５に示すように、複数の電気泳動装置を備えた場合にも、一の検出端部７３０の水平移動が他の検出端部７３０の移動に干渉せず、全体としてコンパクトに配置することができる。検出端部７３０の水平及び垂直移動の邪魔にならないように、分取ウェル５１１、５１２、５１３は、他のウェルの分取時に移動することができる。図１５において、各縦移動ユニットに個別の横移動ユニット６００～６００Ｇを設けることにより、各処理レーン５００～５００Ｇ上で独立して３次元的に移動可能としたが、各縦移動ユニットを一体的に移動する縦移動ユニット（図２３の縦移動ユニット６００）、及び／または横移動ユニット（図２３の横移動ユニット９００）を設けてもよい。

（電気泳動による分取）
電気泳動装置２を用いた電気泳動による断片化ＤＮＡ（サンプル）の分取工程を、図１４を参照して説明する。公知の手法を用いてサンプルからＤＮＡを抽出し、これを断片化する。得られた断片化ＤＮＡに、複数の標識化ＤＮＡ（分子量マーカー）を加える。複数の標識化ＤＮＡは、既知の分子量（サイズ）をそれぞれ有し、蛍光により検出装置７００を用いて検出可能である。例えば、１０ｋｂｐの分子量を有する標識化ＤＮＡと、２５ｋｂｐの分子量を有する標識化ＤＮＡとの２種類を加えることができる。このように複数の標識化ＤＮＡを加えて電気泳動を行うと、複数の標識化ＤＮＡのバンド、各標識化ＤＮＡのバンドの間に位置する断片化ＤＮＡのバンドに分離する。そして、標識化ＤＮＡのバンドの位置を検出装置７００により検出することにより、必要な分子量の断片化ＤＮＡを分取（ミルキング）することができる。

電気泳動装置２による分取（ミルキング）の具体的な処理手順は、次の通りである。図１及び図２の状態に組み立てた電気泳動チップ１を、電気泳動装置２のチップ収容ラック５２０（図１５）にセットする。チップ収容ラック５２０に収容した状態で、電気泳動チップ１は縦移動ユニット６００には装着されていない。この状態で、図１３に示すように、制御部が、分注器６１０を用いて、電気泳動チップ１の上端開口からバッファー、断片化ＤＮＡのサンプル、既知分子量の複数の標識化ＤＮＡを電気泳動チップ１内に分注する。次に縦移動ユニット６００の電気泳動チップ装着部６２０に、電気泳動チップ１の上部を装着する。この装着と同時に、プラス電極３００の上端３１０を縦移動ユニット６００のプラス給電部６２１に、且つマイナス電極４００の上端４１０を縦移動ユニット６００のマイナス給電部６２３に、それぞれ挿入して電気的に接続する。これによってゲル１４０（図４）に電圧が印加可能となる。なお、電気泳動チップ装着部６２０には、電気泳動チップ１の移動の際、確実に固定するために、電気泳動チップ１の上部を挟んで押える押え機構を設けることもできる。

そしてゲル１４０に電圧を印加すると、ＤＮＡはマイナスに帯電しているため、プラス電極の下端３２０側に向かって移動する。この移動の際に、ＤＮＡはそのサイズ（分子量）が大きいほどゲル中の移動速度が遅くなるため、図１４に示すようにバンドＡ、Ｂ、Ｃに分離する。本実施形態では、バンドＡは２５ｋｂｐの標識化ＤＮＡ、バンドＢは分取が必要な断片化ＤＮＡ、バンドＣは１０ｋｂｐの標識化ＤＮＡである。

検出装置７００の検出端部７３０を、ゲル収容管１１２に対向させた状態で、ゲル収容管１１２の長手方向に移動しつつ、ゲル収容管１１２に励起光を照射しゲル収容管１１２からの蛍光を測定することができる。これによって、ゲル収容管１１２の長手方向における断片化ＤＮＡの分離状態をリアルタイムで確認することができる。検出端部７３０は、ゲル収容管１１２の上端と下端との間で、縦方向及び横方向に移動可能である。

検出端部７３０が電気泳動管１００の下端の側面及び分取ウェル５１１の側壁に対向した状態で、バンドＣ（標識化ＤＮＡ）が分取ウェル５１１内に落下していることを、検出装置７００で確認することができる。バンドＣの分取が完了したことを検出装置７００からの信号で制御部が確認した後、制御部は、給電部６２１及び６２３から電極３００及び４００への電圧付与を停止して他のバンドＡ及びＢ（断片化ＤＮＡ）がゲル中を移動することを停止する。電圧付与を停止した状態で、縦移動ユニット６００を用いて、電気泳動チップ１の下端をウェル５１２内に移動する。電気泳動チップ１及びプラス電極３００の下端がウェル５１２のバッファーに浸けられると、制御部は、給電部６２１及び６２３から電極３００及び４００への電圧付与を再開する。電圧付与の再開により、バンドＢが下方に移動を開始する。なお、好ましくは、異なるウェルへの移動前に、電気泳動チップ１及び電極３００の下端を洗浄することができる。

第１の実施形態の電気泳動装置２または電気泳動システム３の制御部が、バンドＢの断片化ＤＮＡがウェル５１２に落下して分取できたことを検出装置７００からの信号により確認した後、制御部は、給電部６２１及び６２３から電極３００及び４００への電圧付与を再び停止してバンドＡがゲル中を移動することを停止する。このようにして複数のバンドに含まれる断片化ＤＮＡ、標識化ＤＮＡを、電気泳動チップ１を移動しつつ分取（ミルキング）することができる。

図１５の並列処理式の電気泳動システム３のように、複数の電気泳動チップ１～１Ｇを備えて、同時に同じサンプルの電気泳動を行う場合を説明する。各電気泳動チップ１～１Ｇに収容されたゲルに対して、同じサンプルを供給し同時に電気泳動を行ったとしても、各サンプルを完全に同じバンドの位置で分離することはできない。例えば、図１６に示すようにバンドＡ～Ｃの位置が、電気泳動チップ１～１Ｂで異なっている。これは、ゲルの状態を完全に均一にすることはできないことによる。通常の電気泳動ではこのようなずれを調整することは困難である。

電気泳動システム３においては、各電気泳動チップ１～１Ｂが備える検出端部７３０によって、各バンドの位置を測定し制御部が電圧供給を調整することにより、各バンドの下降を制御して各バンドの位置（高さ）を揃えることができる。これにより、分取が必要なバンドを各分取ウェル５１１に同じタイミングで分取することができる。例えば、必要なバンド位置が下方にある電気泳動チップ１に対しては制御部は電圧供給を停止する一方、必要なバンド位置が上方にある電気泳動チップ１に対しては制御部は電圧供給を続けることにより、各バンドの位置を同じ高さに調整することができる。

電気泳動システム３の検出装置７００に好適な蛍光スキャナーは、本願出願人により特願２０１５－９４４２６号として特許出願（発明の名称「多重反応平行測定装置及びその方法」）されている。当該特許出願に記載の蛍光スキャナーを本発明に適用した場合を説明する。各電気泳動チップに設けられた各光照射検出部７３０は水平方向に延びる共通の上下方向移動枠に取り付けられる。各光照射検出部７３０の各蛍光受光用光ファイバー７２０からの蛍光の出光端は、同心円状に配置され、この配置に対して、回転するロータリファイバー回転ユニット７５０（図２３及び図２５）を設ける。この回転体に設けた一本の光ファイバーに順次、蛍光が入射するようにする。これによって、複数の電気泳動チップの蛍光を一つの光ファイバーに導き、一つの光ファイバーに接続された光検出素子によって、時分割で複数の電気泳動チップの蛍光を検出処理することができる。

〔第２の実施形態〕
（電気泳動チップ）
本発明の第２の実施形態に係る電気泳動チップ１’を説明する。電気泳動チップ１’（図１７）は、ホルダ１２００の構造が電気泳動チップ１とは相違する。ホルダ１２００は、プラス電極３００を収容するプラス電極収容部１２１０（図１８）と、マイナス電極４００を収容するマイナス電極収容部１２２０（図２０）とから構成される。プラス電極収容部１２１０とマイナス電極収容部１２２０とは分離可能な部材である。

図１８に示すように、プラス電極収容部１２１０は、電気泳動管１００の上部を取り囲み収容するように湾曲した形状（筒を長手方向に切断した形状）を有する。プラス電極収容部１２１０には、第１の実施形態と同様の延長部２１３を備える。プラス電極収容部１２１０に電気泳動管１００を装着すると、図１９の状態となる。マイナス電極収容部１２２０は、図１８及び図１９に示すように概略筒状であり、下端に設けられたフランジ部１２２３と、フランジ部１２２３から下方に突出する位置決めリブ１２２５とを備える。位置決めリブ１２２５が挿入可能なスリットを、ステージ８００の収容開口部または縦移動ユニット６００の電気泳動チップ装着部６２０に設けることにより、電気泳動チップ１’を適切な向きで保持することができる。

電気泳動管１００を装着したプラス電極収容部１２１０の上部を、図２０及び図２１の矢印方向に向けて移動して、マイナス電極収容部１２２０の開口に挿入する。これによって、電気泳動管１００、プラス電極収容部１２１０、及びマイナス電極収容部１２２０が一体化されて、電気泳動チップ１’の組立てが完成する。図２２に示すように、組立完了状態の電気泳動チップ１’はその上端開口を介して、電気泳動管１００の内部に分注可能となる。電気泳動チップ１’は、マイナス電極収容部１２２０からプラス電極収容部１２１０の脱落を防止する脱落防止機構を備えることができる。脱落防止機構は、マイナス電極収容部１２２０の筒状部分内側に設けたリブまたは突起と、当該リブまたは突起が噛み合うマイナス電極収容部１２２０の外側面に設けた窪みとから構成される。リブまたは突起が窪みに係合して脱落が防止される。

（電気泳動システム）
本発明の第２の実施形態に係る電気泳動システム３を説明する。電気泳動システム３は、第１の実施形態に係る電気泳動システム３を具体化したものである。図２３～図２５に示すように、電気泳動システム３は、検出機構（蛍光スキャナー）７００と、ウェル５３０を含む複数のウェル等を備えるステージ８００と、ステージ８００上に設けられた縦方向（略垂直方向）へ略直転的に移動可能な縦移動ユニット６００と、縦移動ユニット６００を装着した状態で横方向（略水平方向）へ略直転的に移動可能な横移動ユニット９００とを備える。縦移動ユニット６００には、電気泳動チップ１または１’が着脱自在に装着される。検出機構７００は、ロータリーファイバー回転機構７５０を備える。

横移動ユニット９００は、縦移動ユニット６００を縦方向に移動するモータ９０１と、縦移動ユニット６００の分注器６０１の吸引／吐出を行うポンプを駆動するモータ９０３とを備える。縦移動ユニット６００、モータ９０１、９０３は、横移動ユニット９００に搭載されているため、横移動ユニット９００と一体となって横方向に移動可能である。横移動ユニット９００は、ステージ８００の下に不図示の横移動用機構（モータ及びギア）を備える。

ステージ８００の構造を図２６を用いて説明する。図２６（ａ）は、電気泳動用の分取ウェル５３０をステージ８００に装着した状態の４レーン配置であり、図２６（ｂ）は、分取ウェル５３０をステージ８００から取り外し電気泳動用の非分取ウェル５３５を装着した状態の８レーン配置である。ステージ８００には、複数のウェル等が一列に並んだ複数の処理ライン（処理レーン）を備える。図２６（ｂ）は８つの処理ラインを使用する配置であり、図２６(ａ）は、ライン幅より直径が大きい回転式の分取ウェル５３０を使用するため、１レーン飛ばしに４つの処理ラインを使用する配置である。なお、図２６（ｂ）の配置は、サンプルを分取する必要がなくバンドの位置関係（ラダーの形状）の情報が必要な場合（親子関係の検査等）に用いる。

ステージ８００の各ラインは、サンプルチューブ５８０と、チップ収容カートリッジ５５０と、サンプル抽出カートリッジ５６０と、ＰＣＲカートリッジ５７０と、分取ウェル５３０（図２６（ａ））または非分取ウェル５３５（図２６（ｂ））とを備える。サンプルチューブ５８０には、生体関連物質のサンプルが収容される。チップ収容カートリッジ５５０には、複数の分注チップ６１１（図１２）、試薬容器のシールを穿孔するピアシング用チップ、電気泳動チップ１または１’が収容される。サンプル抽出カートリッジ５６０は、複数のウェルを備え、磁性粒子を用いてサンプルからＤＮＡ等の生体関連物質を抽出する。また、図２６に示すように、ステージ８００上方で処理ラインの長手方向にそって横移動ユニット９００が縦移動ユニット６００と一体となって移動する。縦移動ユニット６００には、縦移動ユニット６００に装着された分注器６１０または電気泳動チップ１（１’）は、横移動ユニット９００によって、処理ライン上で必要なウェル等の上方に移動し、縦移動ユニット６００によって下降して、所定の処理を実行する。所定の処理とは、分注器６１０によるピアシング、吸引、または吐出、電気泳動チップ１，１’による電気泳動による分取とすることができる。

（分取ウェル）
本発明の第２の実施形態に用いる分取ウェル５３０及び分取ウェル回転機構５４０について、図２７～図２９を用いて説明する。分取ウェル５３０は、紫外線及び可視光が透過可能な透明材料を用いて、概略有底筒形状に形成される。さらに、分取ウェル５３０は、電気泳動用のバッファー等を収容するバッファー容器５３１と、バッファー容器５３１を取り囲むように環状に設けられた複数の分取容器５３３と、バッファー容器５３１の底部から十字状に突出する突出部５３５とを備える。電気泳動時には、図２８に示すように、分注器６１０を用いて予めバッファー容器５３１に貯留されたバッファーを分取容器５３３に分注する。複数の分取容器５３３は、サンプル分取用の分取容器５３３と、排液分取用の分取容器５３３とから構成することができる。

分取ウェル回転機構５４０は、ラックアンドピニオンを用いて複数の電気泳動分取ウェル５３０を回転する。分取ウェル回転機構５４０は、図２９に示すように、分取ウェル回転用モータ５４１と、モータ５４１により回転する第１ピニオンギヤ５４３と、第１ピニオンギヤ５４３により直転的に移動されるラックギヤ５４５と、ラックギヤ５４５により回転される複数の第２ピニオンギヤ５４７と、複数の第２ピニオンギヤ５４７により回転される複数のインターナルギヤ５４９とを備える。ラックギヤ５４５は、第１ピニオンギヤ５４３と噛み合う第１歯面５４３ａと、複数の第２ピニオンギヤ５４７と噛み合う第２歯面５４３ｂとを備える。インターナルギヤ５４９は、分取ウェル５３０の突出部５３５に固定される。制御部がモータ５４１の回転方向を変えることにより、複数の電気泳動分取ウェル５３０を時計方向または反時計方向に回転させることができる。分取ウェル５３０及び分取ウェル回転機構５４０により、横移動ユニット９００の位置を移動することなく、サンプル中の複数のバンドを複数の分取容器５３３に分取することができる。

第２の実施形態の電気泳動装置３によるＤＮＡ等の分取動作を図３０～図３２を用いて説する。図３０には、電気泳動装置３に電気泳動チップ１’を装着して電気泳動を行っている状態を示している。電気泳動チップ１’の電気泳動管１００の下端及びプラス電極３００の下端３２０は、分取ウェル５３０の分取容器５３３のバッファー中に浸けられている。検出装置７００の検出端部７３０は、各分取ウェル５３０の背後に配置される。検出端部（蛍光スキャン部）７３０は、検出端部移動ユニット７５０により図３１に矢印で示す、縦方向（略垂直方向）及び横方向（略水平方向）へ略直転的に移動可能である。検出端部７３０は、分取ウェル５３０の側面の輪郭にそうように湾曲した湾曲面７３１と、湾曲面７３１に設けられたスリット７３１ａとを備える。スリット７３１ａの内部には、励起光用光ファイバー７１０の照射端及び蛍光受光用光ファイバー７２０の受光端が、分取ウェル５３０または電気泳動管１００のゲル収容管１１２の側面に対向するように配置されている。検出端部移動ユニット７５０は、複数の検出端部７３０を搭載し、複数の検出端部７３０を一体的または個別に略縦方向に移動する縦移動機構（不図示）と、複数の検出端部７３０を略横方向に一体的または個別に移動する横移動機構（不図示）とを備える。

そして、電気泳動時に、検出端部７３０は、電気泳動チップ１’の長手方向（略垂直方向）にそって、図３２に示すように移動可能である。検出端部７３０が長手方向にそって移動した際、検出端部７３０は電気泳動チップ１’の側面に近づく方向または遠ざかる方向に移動することができる。これによって、検出端部７３０が電気泳動チップ１’の側面の近傍で対向した状態でバンドを測定できるため測定精度が向上する。図１４で説明した場合と同様に、検出端部７３０を略垂直方向に移動しながら測定を行うことにより、電気泳動中にサンプルから分離した複数のバンドの位置をスキャンすることができる。

検出端部７３０が図３０の位置にある状態で、検出端部７３０は電気泳動チップ１’の最下端を測定することができる。１つのバンドが１つの分取部５３３に落下したことを検出すると、電気泳動システム３の制御部はプラス及びマイナス電極３００、４００にへの電圧付与を停止した後、電気泳動チップ１’の下端を分取ウェルの上方に移動し、分取ウェル５３０を所定角度回転して、電気泳動チップ１’を他の分取部５３３の上方に移動する。そして、制御部は、電気泳動チップ１’を降下し、電気泳動チップ１’の下端を他の分取部５３３内のバッファーに浸け、プラス及びマイナス電極３００、４００の間に電圧を印加して電気泳動を再開する。このような動作を繰り返すことにより複数のバンドを複数の分取部に自動的に分取することができる。

〔第３の実施形態〕
第１の実施形態の電気泳動チップ１（図１、図１４、図１６）、第２の実施形態の電気泳動チップ１’（図１７）、第４の実施形態の電気泳動チップ１Ａ（図３６）では、第１の電極（プラス電極）３００により電気泳動管１００の下方からゲルにプラス電位を加え、第２の電極（マイナス電極）４００により電気泳動管１００の上方からゲルにマイナス電位を加えている。これによって、電気泳動チップ１、１’、１Ａを用いて電気泳動を行う際、ＤＮＡ等のサンプルは上から下に移動しつつ分子量に応じて分離されて検出または分取可能となる。

これに対して、第３の実施形態では、第１～第４の実施形態の下側の第１の電極３００、３００Ａをマイナス電極とし、第１～第４の実施形態の上側の第２の電極４００、４００Ａをプラス電極とした。さらに、第３の実施形態では、図１２の第１給電部６２１をマイナス電極とし、第２給電部６２３をプラス給電部とする。第３の実施形態の電気泳動チップ１、１’を用いて電気泳動する際、ＤＮＡ等のサンプルは、電気泳動チップ１、１’の電気泳動管１００の下端側から提供され、電気泳動管１００を下から上に移動しつつ分子量に応じて分離されて分取可能となる。なお、第３の実施形態の電気泳動管１００の上下に印加される電圧の大きさを調整することにより、重力に関わらず下から上に向かってサンプルを電気泳動することができる。

〔第４の実施形態〕
第４の実施形態の電気泳動チップ１Ａは、第１の実施形態の電気泳動チップ１や第２の実施形態の電気泳動チップ１’とは異なり、第１電極（プラス電極）３００Ａ及び第２の電極（マイナス電極）４００Ａを保持するホルダを、電気泳動管１００と一体成形したものである。第４の実施形態の電気泳動チップ１Ａを図３６～３７を用いて説明する。電気泳動チップ１Ａの電気泳動管１００は、バッファー収容管１１０と、バッファー収容管１１０の下端に圧入されるゲル収容管１１２（キャピラリーチューブ）とを備える。ゲル収容管１１２には、ゲル１４０が充填され、ゲル収容管１１２の下端開口は下部キャップ（ゴム栓）１３０で密封されている。バッファー収容管１１０は、その上端開口の周囲に形成されたフランジ部１３０と、フランジ部１３０及びバッファー収容管１１０の側面の間に形成された複数のリブ１３１と、フランジ部１３０から上方に突出する第１の電極嵌合ピン（第１の嵌合体）１３３と、フランジ部１３０から上方に突出する第２の電極嵌合ピン（第２の嵌合体）１３４とを備えている。第４の実施形態のホルダは、第１の電極嵌合ピン１３３、及び第２の電極嵌合ピン１３４から構成される。

第１の電極嵌合ピン１３３の上端には、切り欠き部１３３ａが設けられ、切り欠き部１３３ａに第１の電極３００Ａの湾曲部が収容または嵌合される。第１の電極嵌合ピン１３３の下端の周囲のフランジ部１３０には、一対の貫通孔が設けられる。第１の電極３００Ａの上端３１０Ａ及び下端３２０Ａがそれぞれ一対の貫通孔に挿入される。第１の電極嵌合ピン１３３に第１の電極３００Ａが取り付けられた状態で、第１の電極嵌合ピン１３３に第１の電極３００Ａを保持するために、Ｏリング１３６が第１の電極嵌合ピン１３３側の第１の電極３００Ａの周囲に取り付けられる。第２の電極嵌合ピン１４３の上端には、切り欠き部１４３ａが設けられ、切り欠き部１４３ａに第２の電極４００Ａの湾曲部が収容または嵌合される。第２の電極嵌合ピン１３４の下端の周囲のフランジ部１３０には、一対の貫通孔が設けられる。第２の電極４００Ａの上端４１０Ａ及び下端４２０Ａがそれぞれ一対の貫通孔に挿入される。第２の電極嵌合ピン１３４に第２の電極４００Ａが取り付けられた状態で、第２の電極嵌合ピン１３４に第２の電極４００Ａを保持するために、Ｏリング１３６が第２の電極嵌合ピン１３４側の第２の電極４００Ａの周囲に取り付けられる。

第４の実施形態の電気泳動チップ１Ａの組立方法を図３８～図４０を用いて説明する。図３８（Ａ）に示すように、第１の組立工程では、ゲルを収容した状態で、ゲル収容管１１２の下端開口に下部キャップ１３０を取り付け、ゲル収容管１１２の上端開口に上部キャップ（ゲル密封栓）１２１を取り付け、図３８（Ｂ）に示すように、ゲル収容管１１２を密封する。上部キャップ１２１は、棒状であり、その上端に環状のつまみ１２３を備えている。

図３８（Ｂ）の状態のゲル収容管１１２に対して、図３９（Ｃ）に示すように、つまみ１２３及び上部キャップ１２１を、バッファー収容管１１０の下端開口から、バッファー収容管１１０の内部に挿入する。ゲル収容管１１２をバッファー収容管１１０の方向に移動して、図３９（Ｄ）に示すように、ゲル収容管１１２の上端をバッファー収容管１１０の下端開口内に圧入して一体化する。なお、図３９（Ｄ）の状態で、上部キャップ１２１のつまみ１２３の全体が、バッファー収容管１１０の上端開口から露出している。

さらに、図４０（Ｅ）に示すように、第１の電極嵌合ピン１３３に第１の電極３００Ａの湾曲された上端３１０Ａが取り付けられた後、Ｏリング１３６で第１の電極３００Ａの湾曲された上端３１０Ａが第１の電極嵌合ピン１３３に固定される。同様に、第２の電極嵌合ピン１３４に第２の電極４００Ａの湾曲された上端４１０Ａが取り付けられた後、Ｏリング１３６で第２の電極４００Ａの湾曲された上端４１０Ａが第２の電極嵌合ピン１３４に固定されて、図４０（Ｆ）に示すように、第４の実施形態の電気泳動チップ１Ａの組立が完了する。なお、電気泳動チップ１Ａは、図４０（Ｇ）に示すように、第１の電極３００Ａの下部をゲル収容管１１２の下部に対して支持する支持体１６０を備えることができる。

第１～第４の実施形態の電気泳動具（電気泳動チップ）、電気泳動装置、及び電気泳動システムは、ＤＮＡ等の核酸の電気泳動に限定されず、タンパク質等の生体関連物質を含む有機物の電気泳動にも適用可能である。第１～第４の実施形態の電気泳動チップ１、１’、１Ａの縦移動ユニット６００による縦方向及び横方向の移動は、予め定めた手順にしたがって制御部が自動的に実行することができる。各実施形態の検出装置７００は、蛍光を検出するがこれに限定されず、化学発光を検出したり、吸光度を検出する装置を用いることもできる。化学発光を検出する場合には、励起光の光源７０５及び励起光用光ファイバー７１０を省略することができる。吸光度を検出する場合は、ＰＭＴ等の光検出素子７４０に換えて吸光度光計を用い、さらに着色した標識化ＤＮＡを用いることができる。各実施形態の電気泳動装置または電気泳動システムに、磁性粒子を用いたＤＮＡの抽出機構、及び／または断片化ＤＮＡをＰＣＲ等により増幅する増幅機構を組み合わせた抽出／増幅装置を提供することもできる。電気泳動装置、抽出機構、増幅機構は、予め定めた手順にしたがって自動的に処理を行うことができる。第１～第４の実施形態の電気泳動チップ１、１’、１Ａの縦移動ユニット６００への着脱は、着脱機構をにより自動的に行うことができる。各実施形態の光検出素子７４０は、ＰＭＴに限定されず、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の撮像素子を用いることもできる。

各実施形態の電気泳動システム３において、並列に配置された各電気泳動チップ１～１Ｇのバンド位置の誤差補正を電圧を制御することにより、電気泳動のバンドの位置の均等化が可能となる。各実施形態の制御部は、電気泳動チップの溶液に混入させた蛍光標識化ＤＮＡ等を常時検出装置７００（蛍光スキャナー）で観察し、一定の略水平位置で一列に揃えるように、各電気泳動チップの電圧を個別にオンオフすることにより、位置制御しＤＮＡ等の分取または解析を正確に行うことができる。

第１の実施形態、第２の実施形態、及び第４の実施形態では、電気泳動管１００の上側にマイナス電極４００、下側にプラス電極３００を設けてゲルに電位を加えるものとし、第３の実施形態では、電気泳動管１００の下側にマイナス電極４００、上側にプラス電極３００を設けてゲルに電位を加えるものとしたが、これに限定されず、マイナス電極とプラス電極とを交互に切換えるパルスフィールドゲル電気泳動（ＰＦＧＥ）を用いることができる。図１２及び図１４に示すように、電気泳動装置２は、給電部６２１及び６２３と電気的に接続される電源部６３０を備える。電源部６３０は、電極３００及び４００の間に加わる電場を周期的に変化させることができる。より具体的には、電源部６３０は、電極３００及び４００の間の電場が加わる向きを周期的に反転させることができる。さらに、電源部６３０は、電極３００及び４００の間の電場の向きを周期的に反転させつつ、前記電場の強さを周期的に変化させることもできる。ＰＦＧＥを行うことにより、大分子量（数十ｋｂｐ～数Ｍｂｐ）のＤＮＡを効率よく分離することができる。

（遺伝子マーカー解析）
第１の実施形態の電気泳動システム３を、遺伝子マーカー解析に用いることもできる。遺伝子マーカーとしては、一塩基多型（SNP：single nucleotide polymorphism）、制限酵素断片長多型（RFLP（Restriction Fragment Length Polymorphism）、またはマイクロサテライトを用いることができる。マイクロサテライトとは、ゲノム上に存在する反復配列であり、数塩基（例えば、２～４塩基）の単位配列の繰り返しから構成される。第１の実施形態の電気泳動システム３を、マイクロサテライト解析等の遺伝子マーカーの解析に用いた場合を以下説明する。

第１の実施形態の電気泳動システム３は、図１６に示すように複数の電気泳動チップ１～１Ｂを備えており、各電気泳動チップ１～１Ｂを用いて、異なる複数のサンプルの電気泳動を行う。電気泳動の際には、各サンプルの基準バンド（例えば分子量マーカーのバンド）の位置が揃うように、検出装置７００の検出端部７３０で測定しつつ、制御部が第１の電極および第２の電極の間の電圧を調整し電気泳動を実行する。これによって、電気泳動チップ１～１Ｂにそれぞれ投入された異なるサンプルについて、基準バンドの位置が揃ったラダー（電気泳動パターン）を得ることができる。

ラダーの情報（配置または形状）は、検出端部７３０を電気泳動管の長手方向にそって移動しつつスキャンすることにより得ることができる。このラダーに含まれる遺伝子マーカーを解析することにより、ヒトの個人識別、親子解析、親族解析、またはプレシジョンメディシン（精密医療）等を実行することができる。また、第１の実施形態の電気泳動システム３は、基準バンドの位置を揃えることができるため、各サンプルのラダーの解析（比較）が容易となる。さらに、比較するサンプルは、それぞれ独立した電気泳動チップ１～１Ｂ内で、独立した分注器及びウェルを用いて電気泳動を実行するため、異なるサンプル間のコンタミネーションの可能性を低減することができる。

本発明の電気泳動システムの実施例を説明する。本実施例において、第１、第２、及び第３の実施形態と同一部分は、同一符号を付し、説明は適宜省略する。本実施例は、第３の実施形態に対応する構成を備える。図３２に示すように、本実施例の電気泳動システム３は、サンプルを収容するサンプル容器（ウェル）５８０、ローディングバッファーを収容するローディング容器５８１、電気泳動バッファーを収容する電気泳動容器５８２と、洗浄液を収容する洗浄容器５８３とを備える。これらの容器に、電気泳動に必要なサンプル、試薬、及び各種バッファーが予め分注器等を用いてそれぞれ分注される。容器５８０、５８１、５８２、５８３は、それぞれ１つまたは複数設けることができる。容器５８０、５８１、５８２、５８３は、好ましくはステージ８００（図２３～図２６）上に配置される。サンプルは、好ましくはＰＣＲから得られたＤＮＡ等である。ローディングバッファーは、電気泳動バッファーと、分子量マーカーと、ラべリングダイとを混合したものである。

ローディングダイは、２本鎖ＤＮＡ検出のための蛍光色素であり、例えばSYBER GREEN Iを用いることができる。ローディングダイには、視覚的に泳動状態を確認できるようにBromophenol Blue(BPB)や、Xylene Cyanole FF(XC)等を含めることもできる。分子量マーカーとは、解析するＤＮＡのサイズを推定するための、既知サイズのＤＮＡ断片である。分子量マーカーは、ＤＮＡ等のサンプルと同時に泳動される。分子量マーカーは好ましくは２種類のサイズを含み、解析するＤＮＡサイズは、２種類の分子量マーカーのサイズの間でなければならない。電気泳動バッファーは、ゲルの組成、分離するＤＮＡサイズに最適な電気泳動バッファの種類や濃度を選択することができる。電気泳動バッファーとしては、例えばＴＡＥバッファー、またはＴＢＥバッファーを用いることができる。電気泳動バッファーは、電気泳動管１００（キャピラリーカラム）の先端部の洗浄液としても使用することもできる。

本実施例の電気泳動方法で実行される工程１）～３）を、図３４を用いて説明する。最初に工程１）において、サンプル調整を行う。具体的には、サンプル容器５８０中のサンプル（例えば５μｌ）を分注器６１０に取り付けた分注チップ６１１に吸引した状態で、分注器６１０を移動して、ローディング容器５８１に吐出する。分注器６１０を用いて、ローディング容器５８１中の液体の吸引吐出を繰り返し、ローディング容器５８１中のサンプルとローディングバッファーとを撹拌し十分に混合する。

工程２）において、電気泳動チップ１（１’）を用いてサンプルのローディングを行う。具体的には、電気泳動管１００及びマイナス電極（第１の電極）３００の下端部を、ローディング容器５８１中のサンプル及びローディングバッファーの混合液に浸す。この状態で、所定時間、所定電圧を印加し、サンプルをゲルの下端に浸透（ローディング）させる。所定時間は、好ましくは１～５秒、より好ましくは２～３秒とすることができる。所定電圧は、好ましくは、５０～１５０Ｖ、より好ましくは８０～１２０Ｖ、さらに好ましくは約１００Ｖとすることができる。この時の印加する所定時間により、電気泳動するサンプル量が決まる。なお、サンプルのローディング量を多くすると、蛍光強度を強くすることができるが、サンプルのＤＮＡサイズの分解能は低下する。

工程３）において、電気泳動チップ１（１’）を用いてサンプルの電気泳動及び分析を行う。具体的には、矢印Ａ1にしたがって、ローディング容器５８１でサンプルをローディングした電気泳動チップ１（１’）を、洗浄容器５８３に移動する。洗浄容器５８３中の洗浄液に対して、電気泳動管１００及びマイナス電極３００の下端部を浸けたり出したりすることにより、下端部を洗浄することができる。この下端部の洗浄により、ゲルに浸透していないＤＮＡを洗い流し、その影響を無くすことができる。この洗浄後に、矢印Ａ２にしたがって、電気泳動チップ１（１’）を電気泳動容器５８２に移動する。電気泳動チップ１（１’）の電気泳動管１００及びマイナス電極３００の下端部を電気泳動容器５８２中の電気泳動バッファーに浸す。そして、電気泳動管１００のマイナス電極３００とプラス電極４００との間に上記所定電圧を印加し、電気泳動管１００で電気泳動を実行する。ＤＮＡ等のサンプルはマイナスに帯電しているため、電気泳動により電気泳動管１００の下から上に移動する。なお、印加する電圧を高くすると、電気泳動時間を短縮できるが、発熱等による電気泳動パターンの乱れが発生しやすくなる。

工程３）によって電気泳動ラダーが得られる。この電気泳動ラダーの解析を図３５を用いて説明する。図３５は、電気泳動管１００をサンプルＳ等が電気泳動する状態を示している。サンプルＳには、サンプル調整の際、既知のサイズ（分子量）を持つ２種類のマーカーが予め混合される。２種類のマーカーとしては、検出するサンプルＤＮＡの分子量より低い（小さい）分子量を有する低分子量マーカーＭ_Lと、検出するサンプルＤＮＡの分子量より高い（大きい）分子量を有する高分子量マーカＭ_Hとが選択される。図３５に示すように、電気泳動管１００の側面には、検出装置（蛍光スキャナー）７００の検出端部７３０が配置されている。

そして、２種類のマーカーＭ_L、Ｍ_HをサンプルＳと同時に電気泳動する。図３５に示すように、電気泳動開始から時間Ｔが経過した時、低分子量マーカーＭ_Lの移動距離Ｄ_L、サンプルＳの移動距離Ｄ_S、高分子量マーカーＭ_Hの移動距離Ｄ_H、を測定する。移動距離の測定方式としては、図３５の右側に示す検出端部７３０を下側から上側に向かって電気泳動管１００の長手方向に移動しつつ、各マーカー及びサンプルの蛍光を測定することにより、各移動距離Ｄを測定することができる。低分子量マーカーＭ_Lの移動距離Ｄ_L、高分子量マーカーＭ_Hの移動距離Ｄ_H、低分子量マーカーＭ_Lの分子量、高分子量マーカーＭ_Hの分子量、移動時間Ｔを用いて、ＤＮＡサイズと電気泳動速度の関係式を求めることができる。２つのマーカーの間にあるサンプルＳの位置を先に求めた関係式に当てはめることにより、サンプルＤＮＡのサイズを見積もることができる。

サンプルに含まれる解析するＤＮＡのサイズ（分子量）は、２種類のマーカーＭ_L、Ｍ_Hの間に位置しなければならない。また、２種類のマーカーＭ_L、Ｍ_Hのサイズ（分子量）の差を大きくすると、推定精度が落ちるため、好ましくは、低分子量マーカーＭ_Lとの分子量に対して、高分子量マーカＭ_Hとの分子量を、２～３倍程度に設定することができる。
低分子マーカーは、サンプルＳに含まれるプライマー・ダイマーと容易に識別できるだけ大きくなければならない。

移動距離を測定せずに、移動時間を測定することによりサンプルＤＮＡのサイズを見積もることもできる。図３５の左側に示す検出端部７３０の位置を既知の検出位置Ｐ_Dに固定する。低分子量マーカーＭ_L、サンプルＳ、高分子量マーカーＭ_Hが、検出位置Ｐ_Dを通過する通過時間をそれぞれ測定することにより、それぞれの通過時間、低分子量マーカーＭ_Lの分子量、高分子量マーカーＭ_Hの分子量の関係式から、サンプルＤＮＡのサイズを見積もることができる。なお、本実施例は、第３の実施形態に基づき電気泳動管１００を下から上に移動する電気泳動として説明したが、これに限定されず、第１及び第２の実施形態のように、電気泳動管１００を上から下に移動する電気泳動に適用することも可能である。

１，１’ 電気泳動チップ
２電気泳動装置
３電気泳動システム
１００電気泳動管
１１０バッファー収容管
１１２ゲル収容管
２００ホルダ
２１０プラス電極収容部
２２０マイナス電極収容部
３００プラス電極
４００マイナス電極
５００カートリッジ
６００縦移動ユニット
７００検出装置
７３０検出端部
８００ステージ
９００横移動ユニット
１２００ホルダ
１２１０プラス電極収容部
１２２０マイナス電極収容部

Claims

電気泳動用のゲル及びバッファーを収容する電気泳動管と、前記電気泳動管の下側にプラスまたはマイナスの一方の電位を加える第１の電極と、前記電気泳動管の上側にプラスまたはマイナスの他方の電位を加える第２の電極と、を備える、電気泳動具であって、
前記電気泳動管、前記第１の電極、及び第２の電極を一体的に保持するホルダを備え、
前記第１の電極は、前記電気泳動管の前記上側から前記下側まで、前記電気泳動管の外側を前記電気泳動管にそって延びる、電気泳動具。
請求項１に記載の電気泳動具において、前記ホルダは、前記電気泳動管、前記第１の電極、及び前記第２の電極を固定する、電気泳動具。
請求項１または２に記載の電気泳動具において、
前記ホルダは、前記電気泳動管の上部を保持する、電気泳動具。
請求項１～３のいずれか一項に記載の電気泳動具において、
前記ホルダは、前記第１の電極を収容する第１の電極収容部と、前記第２の電極を収容する第２の電極収容部とを備える、電気泳動具。
請求項４に記載の電気泳動具において、
前記第１の電極収容部及び前記第２の電極収容部を接続するヒンジ部を備える、電気泳動具。
請求項４に記載の電気泳動具において、
前記第１の電極収容部及び前記第２の電極収容部は、分離可能である、電気泳動具。
請求項６に記載の電気泳動具において、
前記第１の電極収容部は、前記第２の電極収容部を挿入可能な開口を有する、電気泳動具。
請求項１～７のいずれか一項に記載の電気泳動具において、
前記第１の電極は、前記電気泳動管の前記下側で、前記電気泳動管と平行に延びる、電気泳動具。
請求項８に記載の電気泳動具において、
前記ホルダは、前記第１の電極にそって前記電気泳動管の前記下側まで延びる延長部を備える、電気泳動具。
請求項９に記載の電気泳動具において、
前記延長部は、前記電気泳動管を挟持する挟持部を備える、電気泳動具。
請求項１～１０のいずれか一項に記載の電気泳動具において、
前記ホルダは、前記第１の電極を収容する収容溝を備える、電気泳動具。
請求項１～１１のいずれか一項に記載の電気泳動具において、
前記第２の電極の下端は、前記電気泳動管の内部に挿入される、電気泳動具。
請求項１に記載の電気泳動具において、
前記ホルダは、前記第１の電極と嵌合するように、前記電気泳動管と一体成形された、第１の嵌合体を含む、電気泳動具。
請求項１３に記載の電気泳動具において、
前記ホルダは、前記第２の電極と嵌合するように、前記電気泳動管と一体成形された、第２の嵌合体を含む、電気泳動具。
請求項１３または１４に記載の電気泳動具において、
前記ホルダは、前記電気泳動管の上部に設けられる、電気泳動具。
請求項１～１４のいずれか一項に記載の電気泳動具において、
前記電気泳動管は、バッファーを収容するバッファー収容管と、前記ゲルを収容するゲル収容管とを備える、電気泳動具。
請求項１６に記載の電気泳動具において、
前記第１の電極の下端は、前記バッファー収容管内に配置される、電気泳動具。
電気泳動装置であって、
電気泳動を制御する制御部と、
請求項１～１７のいずれか一項に記載の電気泳動具と、
前記電気泳動具の前記第１の電極に給電する第１の給電部と、
前記電気泳動具の前記第２の電極に給電する第２の給電部と、
分注器と、
前記電気泳動具の前記第２の電極及び前記電気泳動管の下端が挿入されるウェルと、
前記電気泳動具及び／または前記分注器を３次元的に移動可能な移動ユニットとを備える、電気泳動装置。
請求項１８に記載の電気泳動装置において、
パルスフィールドゲル電気泳動を行うために、前記第１の電極及び前記第２の電極の間に加わる電場を周期的に変化させる電源部を備える、電気泳動装置。
請求項１９に記載の電気泳動装置において、
前記電源部は、前記電場の向きを周期的に反転させる、電気泳動装置。
請求項１９または２０に記載の電気泳動装置において、
前記電源部は、前記電場の強さを周期的に変化させる、電気泳動装置。
請求項１８～２１のいずれか一項に記載の電気泳動装置において、
前記移動ユニットは、前記電気泳動具及び／または前記分注器を縦方向へ略直線的に移動する縦移動ユニットと、前記電気泳動具及び／または前記分注器を横方向へ略直線的に移動する横移動ユニットとから構成される、電気泳動装置。
請求項２２に記載の電気泳動装置において、
前記横移動ユニットは、前記縦移動ユニットを搭載し、前記縦移動ユニットを横方向に移動する、電気泳動装置。
請求項１８～２３に記載の電気泳動装置において、
前記ウェルが複数のウェルであり、
前記移動ユニットが前記電気泳動具を移動することにより、前記電気泳動管の前記ゲルをサンプルが流れる際に生じる複数のバンドを前記複数のウェルに分取する、電気泳動装置。
請求項２４に記載の電気泳動装置において、
前記移動ユニットが前記電気泳動具を移動する際、前記制御部は、前記電気泳動具を前記移動ユニットにより前記ウェルの上方に移動する、電気泳動装置。
請求項２４または２５に記載の電気泳動装置において、
前記移動ユニットが前記電気泳動具を移動する際、
前記制御部は、前記第１の給電部及び前記第２の給電部から前記第１の電極及び前記第２の電極への給電を停止する、電気泳動装置。
請求項１８～２６のいずれか一項に記載の電気泳動装置において、
前記ウェルは、環状に配置された複数の容器を備える、電気泳動装置。
請求項２７に記載の電気泳動装置において、
前記ウェルは、前記複数の容器に取り囲まれるバッファー容器を備える、電気泳動装置。
請求項２７または２８に記載の電気泳動装置において、
前記ウェルを回転するウェル回転機構を備える、電気泳動装置。
請求項２９に記載の電気泳動装置において、
前記ウェルが、複数の分取容器を備え、
前記ウェル回転機構が前記ウェルを回転することにより前記複数の分取容器を切り替える、電気泳動装置。
請求項３０に記載の電気泳動装置において、
前記ウェル回転機構が前記ウェルを回転する際、前記電気泳動具は前記移動ユニットにより前記ウェルから離れて上方に移動する、電気泳動装置。
請求項２９～３１のいずれか一項に記載の電気泳動装置において、
前記ウェル回転機構が前記ウェルを回転する際、
前記制御部は、前記第１の給電部及び前記第２の給電部から前記第１の電極及び前記第２の電極への給電を停止する、電気泳動装置。
請求項２２または２３に記載の電気泳動装置において、
前記分注器は、前記縦移動ユニットに接続される、電気泳動装置。
請求項２２、２３、３３のいずれか一項に記載の電気泳動装置において、
前記縦移動ユニットは、前記第１の給電部及び前記第２の給電部を一体的に移動する、電気泳動装置。
請求項１８～３４のいずれか一項に記載の電気泳動装置において、
前記電気泳動管の前記ゲルをサンプルが流れる際に生じるバンドまたはラダーを検出する検出装置を備える、電気泳動装置。
請求項３５に記載の電気泳動装置において、
前記検出装置は、前記電気泳動具の前記電気泳動管に対向する検出端部と、前記検出端部を３次元的に移動する検出端部移動ユニットとを備える、電気泳動装置。
請求項３６に記載の電気泳動装置において、
前記検出端部移動ユニットは、前記電気泳動管の長手方向にそって前記検出端部を移動する、電気泳動装置。
請求項３６または３７に記載の電気泳動装置において、
前記検出端部移動ユニットは、前記電気泳動管または前記ウェルの側面に対向した状態に前記検出端部を移動する、電気泳動装置。
請求項３６～３８のいずれか一項に記載の電気泳動装置において、
前記検出端部移動ユニットは、前記検出端部が前記電気泳動管又は前記ウェルに対向した状態で、前記電気泳動管又は前記ウェルの側面に対して近付く方向又は遠ざかる方向に前記検出端部を移動する、電気泳動装置。
請求項３６～３７のいずれか一項に記載の電気泳動装置において、
前記検出端部は、励起光用光ファイバーの照射端及び蛍光受光用光ファイバーの受光端を保持する、電気泳動装置。
請求項３６～４０のいずれか一項に記載の電気泳動装置において、
前記検出端部は、前記ウェルの側面の輪郭にそった湾曲面を備える、電気泳動装置。
請求項３６～４１のいずれか一項に記載の電気泳動装置において、
前記検出装置が電気泳動中のサンプルから分離した複数のバンドの位置を検出する、電気泳動装置。
請求項１８～４２のいずれか一項に記載の電気泳動装置において、
磁性粒子を用いた核酸の抽出機構を備える、電気泳動装置。
請求項１８～４３のいずれか一項に記載の電気泳動装置において、
核酸を増幅する増幅機構を備える、電気泳動装置。
請求項１８～４４のいずれか一項に記載の電気泳動装置を複数備える、電気泳動システム。
請求項４５に記載の電気泳動システムにおいて、
前記制御部は、複数の電気泳動具のぞれぞれに対して、検出装置を用いてサンプルから分離したバンドの位置をそれぞれ検出するとともに、前記バンドの検出位置に基づき、前記複数の電気泳動具のそれぞれの前記第２の電極及び前記第１の電極への給電を制御することにより、各電気泳動具における前記バンドの移動を制御する、電気泳動システム。
請求項４６に記載の電気泳動システムにおいて、
前記制御部は、前記複数の電気泳動具のぞれぞれにおける、前記バンドの位置を揃えるように、前記第１の電極及び前記第２の電極への給電を制御する、電気泳動システム。
請求項１８～４４のいずれか一項に記載の電気泳動装置を用いて、サンプルの電気泳動を実行する、電気泳動方法。
請求項４５～４７のいずれか一項に記載の電気泳動システムを用いて、複数のサンプルの電気泳動の並列処理を実行する、電気泳動方法。
請求項４８または４９に記載の電気泳動方法において、
前記サンプルは生体関連物質である、方法。
請求項５０に記載の電気泳動方法において、
前記生体関連物質は、ＤＮＡ、ＲＮＡ、またはタンパク質である、方法。