JPH07120392A - 塩基配列決定装置 - Google Patents

塩基配列決定装置

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JPH07120392A
JPH07120392A JP5270514A JP27051493A JPH07120392A JP H07120392 A JPH07120392 A JP H07120392A JP 5270514 A JP5270514 A JP 5270514A JP 27051493 A JP27051493 A JP 27051493A JP H07120392 A JPH07120392 A JP H07120392A
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JP
Japan
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optical system
excitation
migration
light
gel electrophoresis
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JP5270514A
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English (en)
Inventor
Junichi Kita
純一 喜多
Kenji Takubo
健二 田窪
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Shimadzu Corp
Original Assignee
Shimadzu Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 励起・受光光学系の走査及び複雑な光軸調整
が不要で、しかも光利用率が高くS/N比の良くなる塩
基配列決定装置を提供することを目的とする。 【構成】 塩基配列決定装置の励起・受光光学系に例え
ば、LED、APDを用い、これを一体化して、各泳動
レーン毎に配置したことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、DNAなどの塩基配列
決定装置であって、更に詳しくは蛍光ラベルをしたDN
A断片をゲル電気泳動させ、泳動方向と交わる方向に蛍
光の励起・受光光学系を配置し、DNA断片の泳動パタ
ーンを検出するものに関する。
【0002】
【従来の技術】プライマー部又はダイオキシ部に蛍光ラ
ベルを付し、サンガーの方法で調整したDNA断片をゲ
ル電気泳動を行い、得られる展開パターンを解析してD
NAの塩基配列を決定する塩基配列決定装置が知られて
いる。
【0003】代表的な塩基配列決定装置としては、例え
ば特開昭63−313035号公報に記載にものを挙げ
ることができる。この装置は、図6に示されるものであ
り、ガラス板に挟まれて図で紙面垂直方向に延びる泳動
ゲル104に蛍光ラベルしたサンプルが紙面垂直方向に
泳動する。
【0004】ステージ239はガイドレール233に案
内され、モータ237で駆動される棒ネジ252の回転
によって泳動方向と直交する図の上下方向に走査され
る。ステージ239には集光レンズ260が設けられ、
励起光であるレーザビーム250がミラー251で反射
されてレンズ260に入射し、ステージ239上のミラ
ー255で反射されて泳動ゲル104の測定部分を照射
する。
【0005】その測定部分から出た蛍光はステージ23
9に設けられた集光レンズ221で集光され、干渉フィ
ルタ223で分光されてレンズ225を通り、光電子増
倍管229で検知される。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかし、図6の装置で
は、励起・受光光学系をステージ239に載せ走査して
いるため、高速で各泳動レーンの信号をサンプリングし
ようとすれば、ステージ239を高速駆動するための特
別な駆動機構を必要とし、装置全体の大型化を招いてい
た。
【0007】また、図6の装置では、泳動ゲル104と
走査方向(ネジ252とガイドレール233で決ま
る)、及び集光レンズ260への励起光の入射方向の三
者が全く平行で、かつ泳動ゲル104の位置は走査のど
の場所でも全く一致していなければならないが、図7に
示すような状態になっている場合がある。すなわち、走
査のある場所Aでは励起光250により照明されたゲル
部分は正しく受光光学系の光軸上にあり、強い信号が得
られるが、ゲル104が挟まれているガラス板の厚さが
変化したり、ゲル104とネジ252の平行度が不十分
な場合など、走査の別の場所Bでは図のように励起光2
50により照明されたゲル部分と受光光学系の光軸との
間にずれが生じ、信号強度が弱くなり、はなはだしい場
合には信号が検出されなくなった。
【0008】そこで、本発明は、上記に鑑みなされたも
ので、励起・受光光学系の走査及び複雑な光軸調整が不
要で、しかも光利用率が高くS/N比の良くなる塩基配
列決定装置を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するため、蛍光ラベルしたDNA断片を複数のレーン
でゲル電気泳動させ、泳動方向と交わる方向に蛍光の励
起・受光光学系を配置し、DNA断片の泳動パターンを
検出する塩基配列決定装置において、前記励起・受光光
学系を一体化して、各泳動レーン毎に配置したことを特
徴とする。
【0010】ここで、励起・受光光学系とは、DNA断
片の蛍光ラベルに励起光を照射する光源、発した蛍光を
受光する検出器を少なくとも備えたもので、光源として
は、LED、検出器としてはフォトダイオードを用いる
のが小形化の点で特に好ましいが、これに限定されな
い。また、フォトダイオードとしては、感度を考慮する
と高感度検出が可能なアバランシェ・フォトダイオード
を用いるのが好ましい。なお、アバランシェフォト・ダ
イオードとは、pn接合に逆方向バイアスを十分印加
し、空乏層を広げ、空乏層の高電界でそこで発生したキ
ャリアを発生させ、原子との衝突によって新たな電子正
孔対を発生させるものである。
【0011】励起・受光光学系には、必要に応じ光源か
らの励起光をDNA断片の蛍光ラベルにスポット照射す
るための集光レンズ、発した蛍光を検出器に集めるため
の集光レンズ等も含まれる。
【0012】励起・受光光学系の一体化は、例えば、鏡
筒の中に光源、検出器などを収容することにより行う
が、これに限定されない。
【0013】一体化された励起・受光光学系を、ゲル電
気泳動板に設置するときは、光学系の焦点が泳動レーン
にくるようにすることは勿論である。設置は、例えばマ
ウント部材に励起・受光光学系を泳動レーンの間隔毎に
複数個並べて、そのマウント部材を電気泳動板に嵌め合
わせるようにすることが考えられるが、これに限定され
ず励起・受光光学系を直接ゲル電気泳動板の泳動レーン
に設置しても良い。設置方向も励起光がゲルに垂直に入
射する方向には限定されず、斜入射する方向でも良い。
【0014】なお、本発明で使用する蛍光ラベルとして
は、例えば、イソチオシアン酸フルオレセイン(FIT
C)、イソチオシアン酸エオシン(EITC)、イソチ
オシアン酸テトラメチルローダミン(TMIRTC)、
置換イソチオシアン酸ローダミン(XRITC)、テキ
アスレッドなどを挙げることができる。また、蛍光ラベ
ルは塩基の種類、A(アデニン)、C(シトシン)、T
(チミン),G(グアニン)毎に異なるものを用いても
良いし、同一のものを用いてもよい。もし、塩基の種類
毎に蛍光ラベルを異なえる場合(4種類の蛍光ラベルを
用いる場合)は、一つの泳動レーンで4種類の塩基の測
定が可能となる。
【0015】また、ゲル電気泳動には、キャピラリー
型、平板型の両者を含む。
【0016】
【作用】本発明によれば、励起・受光光学系を一体化
し、その光学系焦点を予め泳動レーンに一致させておく
ことにより、その一体化構造体をゲル電気泳動板に密着
させることで、光学系の調整を必要としない構造とな
る。
【0017】また、泳動レーン毎に励起・受光光学系を
1個設けているので、光学系の走査機能を排除できる。
【0018】
【実施例】本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
図1は、本発明にかかる装置の全体概略図で、1はゲル
電気泳動板を示す。これは、例えば厚さ5mmのパイレ
ックスガラス板1a、1a´間に6%ポリアクリルアミ
ドゲル1bを0.35mmの厚さに挟んで形成される。
【0019】2は、ゲル電気泳動板に形成された凹状の
ウェルで、凹部に蛍光ラベルしたDNA断片が注入され
る。従って、このウェル2の凹部をゲル電気泳動板2の
長さ方向に延長したのが泳動レーンとなる。なお、ウェ
ルの幅は典型的には5mm〜10mmの範囲にある。
【0020】ゲル電気泳動板1の両端は緩衝液槽3、4
に挿入され、この緩衝液槽3、4に一対の電極(図示せ
ず)を入れて高電圧電源(図示せず)と接続する。高電
圧の印加によりウェル2に注入されたDNA断片は図の
矢印方向に泳動する。なお、緩衝液槽3、4に入れる緩
衝液としては、例えば、リン酸緩衝液を用いる。
【0021】ゲル電気泳動板1の裏面には、泳動中にゲ
ル電気泳動板を水冷する水冷装置5が設置されており、
この水冷装置5は、例えば、平板に溝を切り、そこに水
が流せるようになっている。なお、水の導入出口は図示
省略してある。
【0022】ゲル電気泳動板1での泳動方向(図の矢印
方向)には、マウント部材6が嵌め込まれており、この
マウント部材6にセンサヘッド7が複数個設置される。
センサヘッド7の間隔は、ウェルの幅に対応し、各泳動
レーンに1個設置されることになる。
【0023】ここで、センサヘッド7の内部構造とゲル
電気泳動板1の関係を図2に示す。センサヘッド7は、
光源であるLED71と検出器であるアバランシェ・フ
ォトダイオード(APD)72を筒70内に固定してい
る。LED71から発せられる光は干渉フィルタ77を
通り、不必要波長がカットされた後、集光レンズ73で
集光しゲル1bに照射される。集光レンズ73の焦点は
ゲル1bに合致されているのは勿論のことである。蛍光
ラベルしたDNA断片から発せられる蛍光は、接眼レン
ズ74で集光し平行光にした後、干渉フィルタ及び色フ
ィルタ75、集光レンズ76を通り、APD72に入射
されるようになっている。
【0024】なお、使用するLEDの種類・波長等は、
蛍光ラベルの種類により適宜選択される。例えば、蛍光
ラベルとしてテキサスレッドを用いる場合は590nm
を中心とする光を発するLEDを用い、干渉フィルタ7
7で610nmより長波長の光をカットする。また、前
記の蛍光ラベルの場合、蛍光ラベルより発せられる蛍光
は中心波長615nmのものとなり、フィルタ75で6
10nm以下の波長をカットして、APD72に入るよ
うにする。
【0025】センサヘッド7からの信号はCPU(図示
せず)に導かれ、そこで信号処理されて塩基配列が決定
される。
【0026】なお、センサヘッドの構造は図2のものに
は限定されず、図3〜図5のものでも良い。図3は、図
2のものとは接眼レンズが異なり、半球状の接眼レンズ
78を用いている。これにより、接眼レンズ78は蛍光
の集光レンズとしての機能だけでなく、LED71の集
光レンズを兼ねることにもなり、部品点数を少なく出来
るとともに、等方的に発せられる蛍光に対し、立体角を
広く集光できることになり、光学系が明るくなる。
【0027】図4は、センサヘッド7の設置面と反対側
に反射板(Al反射鏡)79を配置しており、これによ
り、ゲル電気泳動板を通過した光(入射光、蛍光の両
方)を再度利用できることになり、光利用効率を高める
ことができる。
【0028】図5は、図4の変形で、ガラス板1a´の
ゲル側にAl80を蒸着しておくことにより、図4と同
様の効果をもたらしている。
【0029】なお、図3〜図5中、図2と同じものには
同じ番号が付されている。
【0030】
【発明の効果】本発明によれば、泳動レーン毎に励起・
受光光学系を1個設けているので、光学系の走査機能を
排除できる。
【0031】また、励起・受光光学系を一体化し、その
光学系焦点を予め泳動レーンに一致させてゲル電気泳動
板に密着させているので、光学系の調整を必要としな
い。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の装置の全体概略を示す図である。
【図2】本発明のセンサヘッドを示す図である。
【図3】本発明のセンサヘッドの他の実施例図である。
【図4】本発明のセンサヘッドの他の実施例図である。
【図5】本発明のセンサヘッドの他の実施例図である。
【図6】従来装置の概略図である。
【図7】従来装置の欠点を示す図である。
【符号の説明】
1:ゲル電気泳動板 3、4:緩衝液槽 7:センサヘッド 71:LED 72:APD

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 蛍光ラベルしたDNA断片を複数のレー
    ンでゲル電気泳動させ、泳動方向と交わる方向に蛍光の
    励起・受光光学系を配置し、DNA断片の泳動パターン
    を検出する塩基配列決定装置において、 前記励起・受光光学系を一体化して、各泳動レーン毎に
    配置したことを特徴とする塩基配列決定装置。
JP5270514A 1993-10-28 1993-10-28 塩基配列決定装置 Pending JPH07120392A (ja)

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