[发明专利]毛细管阵列电泳系统

说明书

本申请与1994年11月7日申请的08/337,412号申请有关，而后者又是1993年4月23日递交的08/051,324号申请的继续申请。这些公开的内容在此提供参考。

本发明涉及一电泳系统，特别是涉及一毛细管阵列电泳系统。该系统适合于荧光团标记的DNA(脱氧核糖核酸)和有机体混合物分析。

由于DNA定序的需求增加，非常希望开发高速高吞吐量的DNA定序器和DNA分析器。使用凝胶厚板作为分离媒介的荧光检测型电泳系统已常规用于DNA定序或DNA分析。然而凝胶厚板的使用，限制了分析速度和吞吐量的增加。最近，一种毛细管阵列电泳系统已被提出，该系统通过排列成行的大量充有凝胶的毛细管构成，更适合于获得高速高吞吐量。(Nature359，167-168，1992，Nature361，565-566，1993)。

在毛细管阵列电泳系统中，量测部分阵列中的毛细管被排成行并且受光照射。从荧光团标记的DNA或有机混合物发出的荧光，通过扫描与毛细管相关联的检测器而被检出，此检测器装有与毛细管阵列相对的光多路器，或者依靠检测器上形成的排列成行的荧光斑图象，用线阵传感器或面阵传感器与成象透镜结合进行检测。

由于毛细管阵列中的毛细管数量极大地影响总吞吐量，增加阵列中的毛细管数量对提高吞吐量是非常有效的。然而，从一实际的方式考虑，例如操作的最大毛细管数为50到100。

系统中检测器相对于毛细管移动，使用共焦荧光检测系统以排除从毛细管发出的背景荧光。于是，在扫描期间检测器与待测部分间的距离应保持高度精确。因此，扫描速度的增加并非容易，而且同时被测量的毛细管数目估计约为50。

换句话说，在使用成象设备例如线阵传感器和透镜的系统中，从排列成行的毛细管中洗提出来的样品同时地被照射和检测。因此，不像上面所描述的扫描系统，在此成象系统中不存在扫描速度的问题。而且，当荧光发射区域的长度太长(此长度同毛细管数量成正比)时，减缩的图象将形成在检测器上，造成收集的荧光降低。通常，检测器的长度是16到24毫米，毛细管的直径大约0.2毫米，而毛细管之间的中心距大约是0.4毫米。为避免由于荧光检测效率低引起的灵敏度损失，图象的放大至少应该是大约1/2，而能用在这样的系统中的毛细管数量限制在80到120的范围。

本发明的一个目的是提供一毛细管阵列电泳系统，利用这个系统借助大量毛细管进行测量。

上面所述的目的是这样实现的：将许多毛细管的端部二维地放置于检测区域，使得样品从每根毛细管的端部洗提出来，进入一个二维平面，以光照射样品并通过从面对毛细管端部横断面方向的面阵传感器，接收二维的荧光图象。

换句话说，按照本发明的毛细管阵列电泳系统特别地提供了一种电泳系统，它包含大量毛细电泳道，此毛细电泳道的端部二维地安排成一个平面，一激励光照射分别在各个毛细电泳道中的样品，并且一二维检测器同时检测因激励光照射样品而产生的荧光。毛细管中充有凝胶之类的物质，而激励光照射从毛细管洗提出来并进入缓冲剂溶液流中的样品。

此系统还进一步包括施加激励光的装置，激励光与上面所述平面平行，并且此大量毛细管的端部实际上放置在几乎垂直于毛细管终端部分的同一平面上。系统还包括从垂直干上面所述平面的方向形成二维荧光图象和检测此图象的装置。

为了进行样品的荧光检测，此样品被洗提入缓冲剂溶液流中。缓冲剂流在由大量毛细管末端确定的平面和面对此平面及检测器安放的光学窗之间形成，并且样品被激励光照射以发射荧光。反之，样品可以在从毛细管端部洗提出以后，在沿毛细管轴的延伸方向流动的套流(sheath flow)中被照射。此时，激励光照射穿过实际上与大量毛细管末端确定的平面平行之平面的样品。

更具体地说，按照本发明的毛细管阵列电泳系统包括一含有缓冲剂溶液的光学单元，一与缓冲剂接触的光学窗和一些毛细管阵列层，其上大量毛细管的末端以预定的间距排列并固定列一支托物上，还有一激励光和一荧光检测系统。毛细管阵列层按这样的方式重叠：毛细管的末梢端面对光学窗。缓冲剂溶液在毛细管末端和光学窗之间的空间沿毛细管阵列层重叠方向流动。激励光以这样一种方式：横穿从毛细管阵列洗提出来并进入缓冲剂溶液的样品流，沿着每个毛细管阵列层照射，而荧光检测系统用二维检测器，经过光学单元的光学窗检测从样品发出的荧光。面对光学窗的支托物的端部，最好在毛细管放置面的另一面的拐角处被刻槽。