JPH0593711A - 細溝型電気泳動装置 - Google Patents
細溝型電気泳動装置Info
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- JPH0593711A JPH0593711A JP3139986A JP13998691A JPH0593711A JP H0593711 A JPH0593711 A JP H0593711A JP 3139986 A JP3139986 A JP 3139986A JP 13998691 A JP13998691 A JP 13998691A JP H0593711 A JPH0593711 A JP H0593711A
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- Japan
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- flat plate
- electrophoretic device
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- narrow groove
- grooves
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Abstract
(57)【要約】
【目的】高感度でスループットの大きい細溝型電気泳動
装置を提供する。 【構成】レーザ照射溝2と多数の細溝3を有する細溝付
ガラス板1と、溝のない平板とを密着して重ね合わせる
ことにより、多数のキャピラリー泳動路を細溝3によっ
て形成する。 【効果】泳動路断面積を小さくすることができるので、
DNAバンドの体積を小さくでき、微量サンプルの測定
が可能となるとともにスループットが向上する。
装置を提供する。 【構成】レーザ照射溝2と多数の細溝3を有する細溝付
ガラス板1と、溝のない平板とを密着して重ね合わせる
ことにより、多数のキャピラリー泳動路を細溝3によっ
て形成する。 【効果】泳動路断面積を小さくすることができるので、
DNAバンドの体積を小さくでき、微量サンプルの測定
が可能となるとともにスループットが向上する。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は蛍光標識したDNA等の
生物試料を電気泳動により分離検出する装置、たとえば
DNAシーケンサーもしくは遺伝子診断装置に関するも
のである。
生物試料を電気泳動により分離検出する装置、たとえば
DNAシーケンサーもしくは遺伝子診断装置に関するも
のである。
【0002】
【従来の技術】従来、DNAの塩基配列決定は放射性元
素でDNAを標識し、ゲル電気泳動分離した後に分離パ
ターンフィルムに転写することにより行なっていた。し
かし、放射性標識を用いる煩雑さに加えて手間と時間の
かかる難点があり、蛍光標識を用いた実時間光検出を用
いた方法が用いられ始めている。
素でDNAを標識し、ゲル電気泳動分離した後に分離パ
ターンフィルムに転写することにより行なっていた。し
かし、放射性標識を用いる煩雑さに加えて手間と時間の
かかる難点があり、蛍光標識を用いた実時間光検出を用
いた方法が用いられ始めている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】このような蛍光標識と
平板型ゲル(スラブゲル)による方法は高感度が得られ
ない難点があり、測定体積を小さくし感度を上げる工夫
がキャピラリー電気泳動を用いてなされている。しか
し、キャピラリー電気泳動を用いる方法では泳動路を1
本しか確保できないため、スループットが小さい上、D
NAシーケンシングでは末端塩基種A,C,G,および
Tの識別に発光波長の異なる蛍光体を使用する必要があ
り、励起効率の良い光源と蛍光体の組み合わせをすべて
について実現することは困難である。
平板型ゲル(スラブゲル)による方法は高感度が得られ
ない難点があり、測定体積を小さくし感度を上げる工夫
がキャピラリー電気泳動を用いてなされている。しか
し、キャピラリー電気泳動を用いる方法では泳動路を1
本しか確保できないため、スループットが小さい上、D
NAシーケンシングでは末端塩基種A,C,G,および
Tの識別に発光波長の異なる蛍光体を使用する必要があ
り、励起効率の良い光源と蛍光体の組み合わせをすべて
について実現することは困難である。
【0004】本発明の目的はこの問題点を解決し、高感
度でスループットの大きなDNA等の分離検出装置を提
供するものである。
度でスループットの大きなDNA等の分離検出装置を提
供するものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記目的は石英あるいは
ガラス平板に多数の溝を作成し、この溝内にゲルを形成
して、キャピラリー型泳動路を構成することにより達成
される。
ガラス平板に多数の溝を作成し、この溝内にゲルを形成
して、キャピラリー型泳動路を構成することにより達成
される。
【0006】
【作用】石英板に堀られた多数の直線(あるいは曲線)
状溝の1つ1つがキャピラリー泳動路と同じ役割を果
す。1cm当り少なくとも10本以上の溝を堀ることがで
きるので横巾10cmの領域に100本以上の泳動路を確
保できる。溝の径を小さくすることにより、DNAバン
ドの体積を小さくできる。検出限界は背景光と目的物か
らの蛍光の大小で決定される。このため小さな体積の中
に試料を押し込めることにより微量検出が実現できる。
状溝の1つ1つがキャピラリー泳動路と同じ役割を果
す。1cm当り少なくとも10本以上の溝を堀ることがで
きるので横巾10cmの領域に100本以上の泳動路を確
保できる。溝の径を小さくすることにより、DNAバン
ドの体積を小さくできる。検出限界は背景光と目的物か
らの蛍光の大小で決定される。このため小さな体積の中
に試料を押し込めることにより微量検出が実現できる。
【0007】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図1〜図4により
説明する。図1に示すゲル保持板となるガラス板1の片
面には巾0.2mm,深さ0.2mmの溝3が1mm間隔できざま
れ細溝付ガラス板が形成される。間隔は0.5mm あるい
はそれ以下にすることもできる。上端から25cmの所に
泳動路と直角にレーザー照射用の溝2(巾0.4mm 深さ
0.3mm)が設けられている,上端は試料注入部であ
り、各溝3の端30はすりばち状に広げられている。そ
の端面の断面は約0.5φ で、試料注入を容易に行なえ
るようにしてある。図2に示すようにこの細溝付ガラス
板1を溝のないガラスの平板4とを密着して重ね合わせ
てキャピラリー泳動路を形成する。これらの泳動路にポ
リアクリルアミドゲルを形成し図2に示したようにセッ
トする。ガラス板3と4の積層体からなる泳動板は垂直
に立てられ、その上部にはゲルが形成された各泳動路の
上端にバッファ溶液が接するよう、上部バッファ槽13
が設けられる。また泳動路の下端は、下部バッファ槽1
2のバッファ溶液に接するように設置される。DNA等
の試料をゲル上端にそれぞれ添加し、バッファ槽13と
12の間に泳動用電圧を印加して泳動分離を行なう。実
施例では、TexaoRed(励起極大波長596nm,発光極大
波長615nm)で標識したDNAを上部から泳動させ分
離した。励起光源5にはPMS(Particle Measurement
Systems)社製He−Neレーザー(発振波長594n
m,出力2.5mW)を用いた。レーザー光はミラー6に
反射させ、溝2を通るように泳動板の側面から入射さ
せ、もってすべての泳動路を均一に照射する。蛍光標識
DNA断片がレーザー照射部を通過する時蛍光を発する
が、線状照射部つまり溝2からの蛍光像は波長選別用フ
ィルター8を通過した後、レンズ9によりイメージ増幅
器11の受光面に結像され、例えばダイオードアレーか
らなる高感度ラインセンサー、あるいは例えばCCDの
ような二次元光検出器10で検出される。図3は測定中
の一時期の蛍光像の強度分布を示したもので、蛍光標識
DNA断片の通過中の泳動路部分から蛍光が見られる。
図4は試料としてλファージを制限酸素HindIIIで
切断し、切断部に蛍光標識を入れたDNA断片を泳動さ
せた例である。特定の泳動路から出る蛍光の時間変化を
示したものでDNA断片スペクトルに相当する。DNA
バンドの巾は約0.7mm で1つのバンド当り2×10
-19mole という微量のDNAを含んでいるに過ぎないが
S/N良くピークが検出されている。
説明する。図1に示すゲル保持板となるガラス板1の片
面には巾0.2mm,深さ0.2mmの溝3が1mm間隔できざま
れ細溝付ガラス板が形成される。間隔は0.5mm あるい
はそれ以下にすることもできる。上端から25cmの所に
泳動路と直角にレーザー照射用の溝2(巾0.4mm 深さ
0.3mm)が設けられている,上端は試料注入部であ
り、各溝3の端30はすりばち状に広げられている。そ
の端面の断面は約0.5φ で、試料注入を容易に行なえ
るようにしてある。図2に示すようにこの細溝付ガラス
板1を溝のないガラスの平板4とを密着して重ね合わせ
てキャピラリー泳動路を形成する。これらの泳動路にポ
リアクリルアミドゲルを形成し図2に示したようにセッ
トする。ガラス板3と4の積層体からなる泳動板は垂直
に立てられ、その上部にはゲルが形成された各泳動路の
上端にバッファ溶液が接するよう、上部バッファ槽13
が設けられる。また泳動路の下端は、下部バッファ槽1
2のバッファ溶液に接するように設置される。DNA等
の試料をゲル上端にそれぞれ添加し、バッファ槽13と
12の間に泳動用電圧を印加して泳動分離を行なう。実
施例では、TexaoRed(励起極大波長596nm,発光極大
波長615nm)で標識したDNAを上部から泳動させ分
離した。励起光源5にはPMS(Particle Measurement
Systems)社製He−Neレーザー(発振波長594n
m,出力2.5mW)を用いた。レーザー光はミラー6に
反射させ、溝2を通るように泳動板の側面から入射さ
せ、もってすべての泳動路を均一に照射する。蛍光標識
DNA断片がレーザー照射部を通過する時蛍光を発する
が、線状照射部つまり溝2からの蛍光像は波長選別用フ
ィルター8を通過した後、レンズ9によりイメージ増幅
器11の受光面に結像され、例えばダイオードアレーか
らなる高感度ラインセンサー、あるいは例えばCCDの
ような二次元光検出器10で検出される。図3は測定中
の一時期の蛍光像の強度分布を示したもので、蛍光標識
DNA断片の通過中の泳動路部分から蛍光が見られる。
図4は試料としてλファージを制限酸素HindIIIで
切断し、切断部に蛍光標識を入れたDNA断片を泳動さ
せた例である。特定の泳動路から出る蛍光の時間変化を
示したものでDNA断片スペクトルに相当する。DNA
バンドの巾は約0.7mm で1つのバンド当り2×10
-19mole という微量のDNAを含んでいるに過ぎないが
S/N良くピークが検出されている。
【0008】上述の実施例では泳動板を垂直にして用い
たが、図5に示したような泳動板を用い水平位置で動作
させる事も可能である。この泳動板では、溝3がきざま
れた細溝付ガラス板1と密着させるもう1枚のガラス板
4´には図5(a)に示すように試料注入口とする穴1
6を各溝3に対応させて設け、容易に試料注入を行なう
事ができる利点がある。
たが、図5に示したような泳動板を用い水平位置で動作
させる事も可能である。この泳動板では、溝3がきざま
れた細溝付ガラス板1と密着させるもう1枚のガラス板
4´には図5(a)に示すように試料注入口とする穴1
6を各溝3に対応させて設け、容易に試料注入を行なう
事ができる利点がある。
【0009】さらに、各溝3の他方の端に近い位置に対
応する位置には、各溝に共通に泳動断片流出のための長
方形の穴15が設けられる。細溝付ガラス板1とガラス
板4´が密着され、これにより生じるキャピラリー、及
び上記の穴15,16にゲルが形成されて複数のキャピ
ラリー泳動路となる。なお、溝3は試料注入口16に対
応する位置から断片流出口15に対応する位置に渡って
設けられていれば良いが、図1に示すようにガラス板1
の一端から他端に渡って設けられていても良い。いずれ
にしても、泳動路は試料注入口から断片流出口までとな
り、試料注入口16がガラス板の端面でなくガラス板4
´の主面に並んでいるので、試料注入が容易となる。こ
のような泳動板は図5(b)に示すように水平に設置さ
れ、試料注入口16の位置,及び断片流出口15の位置
にはバッファ槽13´及び12´がそれぞれ設置され
る。試料注入口16にそれぞれ分析する試料液が注入さ
れた後、各バッファ槽をバッファ溶液で満たし、電圧印
加により電気泳動を行なって溝2にレーザー光を照射し
て断片の通過を検出する。これらの実施例においてDN
Aを多色蛍光標識し、発する蛍光をプリズム等を用いて
波長選別受光することにより、スループットの向上ある
いはDNAシーケンシングにおけるA、C,G,T,D
NA末端を発光波長の差により識別する機能を具備させ
ることもできる。
応する位置には、各溝に共通に泳動断片流出のための長
方形の穴15が設けられる。細溝付ガラス板1とガラス
板4´が密着され、これにより生じるキャピラリー、及
び上記の穴15,16にゲルが形成されて複数のキャピ
ラリー泳動路となる。なお、溝3は試料注入口16に対
応する位置から断片流出口15に対応する位置に渡って
設けられていれば良いが、図1に示すようにガラス板1
の一端から他端に渡って設けられていても良い。いずれ
にしても、泳動路は試料注入口から断片流出口までとな
り、試料注入口16がガラス板の端面でなくガラス板4
´の主面に並んでいるので、試料注入が容易となる。こ
のような泳動板は図5(b)に示すように水平に設置さ
れ、試料注入口16の位置,及び断片流出口15の位置
にはバッファ槽13´及び12´がそれぞれ設置され
る。試料注入口16にそれぞれ分析する試料液が注入さ
れた後、各バッファ槽をバッファ溶液で満たし、電圧印
加により電気泳動を行なって溝2にレーザー光を照射し
て断片の通過を検出する。これらの実施例においてDN
Aを多色蛍光標識し、発する蛍光をプリズム等を用いて
波長選別受光することにより、スループットの向上ある
いはDNAシーケンシングにおけるA、C,G,T,D
NA末端を発光波長の差により識別する機能を具備させ
ることもできる。
【0010】また以上の実施例では、泳動媒質としてポ
リアクリルアミドゲルを用いたが、この他にアガロース
等のゲルおよび導電性の液体などを用いてもよいことは
明白である。
リアクリルアミドゲルを用いたが、この他にアガロース
等のゲルおよび導電性の液体などを用いてもよいことは
明白である。
【0011】以上の実施例ではゲル保持板(平板)に溝
を作ったが、細溝付平板は図6に示す実施例のように平
板に線状あるいはリボン状の突起物を固着したり、又は
平板間にガラス線、高分子線あるいはリボン17(材質
はポリエチレンテレフタレート、アクリルなど)あるい
は他の絶縁性素材あるいは高電気抵抗素材からなるワイ
ヤーあるいはリボンを挟み込み保持し、多数の泳動路3
を形成することもできる。リボンやワイヤーは各泳動路
を分離する役目を果す。図6の実施例では細溝付平板と
平板を密着して重ね合わせキャピラリー泳動路を形成す
るが、線状あるいはリボン状の突起物を2枚の平板の双
方にそれぞれ交互に固着したのち、密着して重ね合わせ
ても同様にキャピラリー泳動路を形成することができ
る。
を作ったが、細溝付平板は図6に示す実施例のように平
板に線状あるいはリボン状の突起物を固着したり、又は
平板間にガラス線、高分子線あるいはリボン17(材質
はポリエチレンテレフタレート、アクリルなど)あるい
は他の絶縁性素材あるいは高電気抵抗素材からなるワイ
ヤーあるいはリボンを挟み込み保持し、多数の泳動路3
を形成することもできる。リボンやワイヤーは各泳動路
を分離する役目を果す。図6の実施例では細溝付平板と
平板を密着して重ね合わせキャピラリー泳動路を形成す
るが、線状あるいはリボン状の突起物を2枚の平板の双
方にそれぞれ交互に固着したのち、密着して重ね合わせ
ても同様にキャピラリー泳動路を形成することができ
る。
【0012】溝がきざまれる平板3、及びこれと密着さ
せる平板4もしくは4´としては、石英ガラス,耐熱強
化ガラス等のガラス材が適切であるが、ある程度の熱伝
導性を有する絶縁物であれば使用することができる。エ
ッチング可能な感光性ガラスを使用すれば正確に多数の
溝をエッチングにより再現性良く形成することができ
る。一方、導電性を有する板材料であっても、板あるい
は板に溝をきざんだ後に表面を絶縁物質でコーティング
して用いることも可能である。例えば、表面を酸化被
膜、もしくは窒化被膜で絶縁層とした金属板をいずれか
の平板に使用すれば、電気泳動で生じる熱を排出するの
に有利となる。
せる平板4もしくは4´としては、石英ガラス,耐熱強
化ガラス等のガラス材が適切であるが、ある程度の熱伝
導性を有する絶縁物であれば使用することができる。エ
ッチング可能な感光性ガラスを使用すれば正確に多数の
溝をエッチングにより再現性良く形成することができ
る。一方、導電性を有する板材料であっても、板あるい
は板に溝をきざんだ後に表面を絶縁物質でコーティング
して用いることも可能である。例えば、表面を酸化被
膜、もしくは窒化被膜で絶縁層とした金属板をいずれか
の平板に使用すれば、電気泳動で生じる熱を排出するの
に有利となる。
【0013】DNAなどの検出には図1に示した側面入
射方式の他、励起光スキャンの方式を用いてもよい。
射方式の他、励起光スキャンの方式を用いてもよい。
【0014】
【発明の効果】本発明によれば、泳動路の断面積を溝に
より小さく制限することができ、DNAバンドの体積を
小さくできるので微量の試料で計測することができる。
たとえば、従来の平板型ゲルを用いたDNA計測ではゲ
ルの厚さ0.3〜0.5mm,DNAバンドの巾2〜5mmが
用いられていた。すなわち泳動路の断面積は小さい方で
も0.6mm2内外であった。一方、本発明では実施例で
0.04mm2、更に溝の巾を小さくすることで0.01mm2
あるいはそれ以下の泳動路断面積を得ることも可能であ
る。面積を小さくした事で1〜2桁の微量サンプルでの
測定が可能となった。また作製する溝も1mmに1〜2本
は作れるので従来10cmに20〜30本しか確保できな
かった泳動路数を100本以上にすることができ、スル
ープットの向上に大きな効果がある。また、泳動路間隔
が1mmあるいはそれ以下なので温度差が小さく、泳動路
によりDNAの泳動速度に差がでないのでDNAを1種
の蛍光体で標識し泳動路の差で末端DNA塩基種を識別
するシーケンシングにも有効に活用できる。
より小さく制限することができ、DNAバンドの体積を
小さくできるので微量の試料で計測することができる。
たとえば、従来の平板型ゲルを用いたDNA計測ではゲ
ルの厚さ0.3〜0.5mm,DNAバンドの巾2〜5mmが
用いられていた。すなわち泳動路の断面積は小さい方で
も0.6mm2内外であった。一方、本発明では実施例で
0.04mm2、更に溝の巾を小さくすることで0.01mm2
あるいはそれ以下の泳動路断面積を得ることも可能であ
る。面積を小さくした事で1〜2桁の微量サンプルでの
測定が可能となった。また作製する溝も1mmに1〜2本
は作れるので従来10cmに20〜30本しか確保できな
かった泳動路数を100本以上にすることができ、スル
ープットの向上に大きな効果がある。また、泳動路間隔
が1mmあるいはそれ以下なので温度差が小さく、泳動路
によりDNAの泳動速度に差がでないのでDNAを1種
の蛍光体で標識し泳動路の差で末端DNA塩基種を識別
するシーケンシングにも有効に活用できる。
【図1】溝付ガラス板の平面図。
【図2】測定装置の概念図。
【図3】測定された信号の一例。
【図4】特定位置における蛍光強度変化を測定したDN
A断片スペクトル。
A断片スペクトル。
【図5】水平型泳動漕の例。
【図6】泳動路分離リボン付泳動板の見取り図。
【符号の説明】 1…細溝付ガラス板、2…レーザ照射溝、3…泳動用細
溝、4…平板、5…レーザー、6…ミラー、7…レーザ
ー光、8…フィルター、9…レンズ、10…1次元ある
いは2次元光検出器、11…イメージ増幅器、12…下
部バッファー槽、13…上部バッファー槽、14…DN
A断片ピーク、15…DNA断片流出口、16…DNA
断片注入口、17…泳動分離リボン。
溝、4…平板、5…レーザー、6…ミラー、7…レーザ
ー光、8…フィルター、9…レンズ、10…1次元ある
いは2次元光検出器、11…イメージ増幅器、12…下
部バッファー槽、13…上部バッファー槽、14…DN
A断片ピーク、15…DNA断片流出口、16…DNA
断片注入口、17…泳動分離リボン。
フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 7235−2J 331 Z
Claims (8)
- 【請求項1】試料断片が泳動する泳動路の途中の検出位
置にレーザー光を照射し、該レーザー光の照射により生
じる蛍光標識物質の発光の実時間推移を検出して前記試
料断片が前記検出位置を通過したとの情報を得る実時間
検出の電気泳動装置において、表面に微細な溝が設けら
れた第1の平板と、該第1の平板に密着する第2の平板
と有し、該第1,第2の平板で形成される微細な管を泳
動路とすることを特徴とする細溝型電気泳動装置。 - 【請求項2】前記泳動路にはゲルが充填されていること
を特徴とする請求項1に記載の細溝型電気泳動装置。 - 【請求項3】前記第1の平板には、泳動路となる複数の
溝と、該複数の溝と直角方向に前記レーザー光を通すた
めの溝とが設けられることを特徴とする請求項1に記載
の細溝型電気泳動装置。 - 【請求項4】前記第2の平板には、上記溝の位置に対応
させて試料注入口と断片流出口が設けられることを特徴
とする請求項1に記載の細溝型電気泳動装置。 - 【請求項5】前記第1,第2の平板の少なくも一方はガ
ラス材で形成される請求項1に記載の細溝型電気泳動装
置。 - 【請求項6】前記第1,第2の平板の少なくも一方は表
面を絶縁物でコーティングした金属板であることを特徴
とする請求項1に記載の細溝型電気泳動装置。 - 【請求項7】前記第1の平板の溝が平板を削ることによ
り形成されることを特徴とする請求項1に記載の細溝型
電気泳動装置。 - 【請求項8】前記第1の平板の溝は線状あるはリボン状
の突起物を平板に固着させることにより形成するか、又
は2枚の平板間にリボンあるいはワイヤー状物を挟み込
んで泳動路を形成することを特徴とする請求項1に記載
の細溝型電気泳動装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3139986A JP2910319B2 (ja) | 1990-11-30 | 1991-06-12 | 細溝型電気泳動装置 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33707490 | 1990-11-30 | ||
| JP2-337074 | 1990-11-30 | ||
| JP3139986A JP2910319B2 (ja) | 1990-11-30 | 1991-06-12 | 細溝型電気泳動装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0593711A true JPH0593711A (ja) | 1993-04-16 |
| JP2910319B2 JP2910319B2 (ja) | 1999-06-23 |
Family
ID=26472635
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3139986A Expired - Fee Related JP2910319B2 (ja) | 1990-11-30 | 1991-06-12 | 細溝型電気泳動装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2910319B2 (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5582705A (en) * | 1995-05-19 | 1996-12-10 | Iowa State University Research Foundation, Inc. | Multiplexed capillary electrophoresis system |
| WO1997011362A1 (en) * | 1995-09-18 | 1997-03-27 | Otsuka Pharmaceutical Co., Ltd. | Multi-capillary electrophoretic apparatus |
| WO2000022426A1 (en) * | 1998-10-09 | 2000-04-20 | Hitachi, Ltd. | Capillary electrophoretic system, sample analyzer and liquid sample cassette for electrophoretic separation |
| JP2003503715A (ja) * | 1999-07-07 | 2003-01-28 | スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー | 流体制御フィルムを有する検出物品 |
| US7497937B2 (en) * | 2004-09-03 | 2009-03-03 | Combisep, Inc. | Microfabricated chip and method of use |
| JP2014097463A (ja) * | 2012-11-15 | 2014-05-29 | Tadashi Kishimoto | 電気泳動装置、電気泳動法および電気泳動法を用いた濃縮・分離・分析方法 |
-
1991
- 1991-06-12 JP JP3139986A patent/JP2910319B2/ja not_active Expired - Fee Related
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