JPH10227740A

JPH10227740A - 多色蛍光検出電気泳動分析装置

Info

Publication number: JPH10227740A
Application number: JP9034027A
Authority: JP
Inventors: Kazunari Imai; 一成今井
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1997-02-18
Filing date: 1997-02-18
Publication date: 1998-08-25
Also published as: US6191425B1

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明の目的は、検出系に１次元センサを用い
るとともに、検出感度の向上した多色蛍光検出電気泳動
分析装置を提供することにある。【解決手段】複数の試料を複数の泳動路でそれぞれ電気
泳動分離し、分離された試料成分に光照射し、この試料
成分から発生する蛍光を含む検知器ユニット１００で計
測する。蛍光は、レンズ６０によって集光され、フィル
ター１１０によって所定の波長の光を選択する。さら
に、直角プリズム１２０によって、４本の光束に分割さ
れた後、４つの１次元センサ１５０によって検知され
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、多色蛍光検出電気
泳動分析装置に係り、特に、ＤＮＡ（デオキシリボ核
酸）などの生体試料の分析のために、複数の毛細管また
は微細流路を泳動分離媒体として用いるＤＮＡシーケン
サ（ＤＮＡ塩基配列解析装置）に用いるに好適な多色蛍
光検出電気泳動分析装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】電気泳動を基盤にしたＤＮＡ分析技術，
特にＤＮＡシーケンサ（ＤＮＡ塩基配列解析装置）が、
広く普及してきている。ＤＮＡ分析のニーズが高まるに
従って、分析処理量を向上させる必要がでてきている。

【０００３】分析処理量を向上させる方法の一つは、泳
動媒体の集積化である。即ち、従来は、２枚の平板ガラ
スの間で形成した薄層ゲルを電気泳動分離媒体としてい
るのに対して、微小な内径のキャピラリーを複数本用い
ることにより集積度を上げ、複数の試料を同時に分析す
る方法が検討されている。この方法によれば、泳動路の
断面積が、従来の平板ガラスに比べて小さくなるので、
電気泳動による電流を小さく、即ち、ジュール熱の発生
を小さくすることができる。従って、従来よりも高い電
気泳動電圧をかけて高速に泳動することができる。ま
た、泳動路として、ガラス板表面に微細な溝を形成させ
る方法も検討されている。この方法も泳動路の集積度を
上げることに対して有効である。

【０００４】また、分析処理量を向上させる他の方法と
しては、検出系の集積化である。即ち、複数の泳動路を
同時に、かつ複数の色素に対応した複数の波長を同時に
計測する方法が、例えば、米国特許明細書第５，０６
２，９４２号，米国特許明細書第５，１６２，６５４
号，特開平２−２６９９３７号公報，特開平２−２６９
９３６号公報，特開平１−１１６４４１号公報，特公平
７−９５０３３号公報に記載されている。これらの方法
は、いずれも２次元ＣＣＤ（ＣｈａｒｇｅＣｏｕｐｌ
ｅｄＤｅｖｉｃｅ）を用い、検知器面上の２次元方向
のそれぞれに、複数検出波長と複数泳動路の像を展開し
て結像させている。

【０００５】２次元ＣＣＤは、検知器面上の２次元方向
のそれぞれに、複数検出波長と複数泳動路の像（位置情
報）を展開して結像させているので、分析上十分以上な
情報が検知器面上の多数の素子で計測される。しかしな
がら、このうち実際必要な情報は、波長，位置ともにわ
ずか一部分であるため、実際には、信号処理によって不
要な部分を削除して、有効な部分のみを選択使用するこ
とが必要となる。ところが、大きな検知器は面上に持つ
素子数が多いため、信号転送，処理が複雑で時間を有す
るのが一般的であるとともに、素子自体が高価であり、
上記信号転送処理を高速に行う回路を含めるとさらにコ
スト高となる。

【０００６】それに対して、検知素子として、１次元ア
レイセンサを用いることができれば、比較的低価格で構
成でき、また必要な部分に限定して計測するので、デー
タの転送，処理が高速かつ簡便にできる可能性がある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明者ら
は、２次元に展開された像を、複数の１次元センサを用
いて検出することにより、構成および信号処理を単純化
することを検討した。しかしながら、１次元センサその
ものの外径寸法は、３０ｍｍ×０．５ｍｍ程度と小型な
ものであるが、この１次元センサを基板上に取り付けた
検知器の外形寸法は、５０ｍｍ×５０ｍｍ程度の大きさ
となる。一方、複数泳動路の像を多角形プリズムを用い
て光路変更する方式では、結像された各スポット間の距
離は、最大５〜８ｍｍ程度が限界であり、これでは、結
像位置に検知器を配置することができないことが判明し
た。

【０００８】なお、１次元センサを用いる方式として
は、例えば、特開平１−１４８９４６号公報の第１図に
記載されているように、フィルターとレンズとイメージ
増幅器と１次元センサからなる複数の検知器を配置する
構成が知られている。しかしながら、かかる構成では、
検知器の外径寸法が大きいことから泳動路の像と検知器
のレンズの距離を大きくする必要がある。像と検知器の
レンズの距離を大きくすると、泳動路の像から３６０゜
方向に拡散して発せられる蛍光の内、レンズを含む検知
器によって取り込むことができる像の立体角が小さくな
る。その結果、検出感度が低下するという問題がある。

【０００９】本発明の目的は、検出系に１次元センサを
用いるとともに、検出感度の向上した多色蛍光検出電気
泳動分析装置を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】（１）上記目的を達成するために、本発明は、複数の試
料を複数の泳動路でそれぞれ電気泳動分離し、分離され
た試料成分に光照射し、この試料成分から発生する蛍光
を１次元センサを含む検知器ユニットで計測する多色蛍
光検出電気泳動分析装置において、上記検知器ユニット
は、上記蛍光を集光する集光手段と、この集光手段によ
って集光された光束を複数の光束に分割する光束分割手
段と、この光束分割手段によって分割された光束の光を
検知する上記１次元センサと、上記集光手段と上記１次
元センサの間に配置され、分割される光束毎にそれぞれ
異なる波長の光を選択する波長選択手段とから構成する
ようにしたものである。かかる構成により、検出系に１
次元センサを用いるとともに、検出感度を向上し得るも
のとなる。

【００１１】（２）上記（１）において、好ましくは、
上記光束分割手段は、上記集光手段によって集光された
光束の光路中に配置され、この光束の一部を直角に反射
する複数の直角プリズムとしたものである。かかる構成
により、容易に光軸を一致させることができるため、容
易に製作し得るものとなる。

【００１２】（３）上記（１）において、好ましくは、
上記光束分割手段は、上記集光手段によって集光された
光束の光路中に配置され、この光束のうちの所定の波長
の光を反射するとともに、他の波長の光を透過するダイ
クロイック・ミラーとしたものである。かかる構成によ
り、部品点数を少なくすることができ、また、小型化し
得るものとなる。

【００１３】（４）上記（１）において、好ましくは、
上記光束分割手段は、上記集光手段によって集光された
光束の光路中に配置され、この光束の一部を反射する複
数のミラーとしたものである。かかる構成により、部品
点数を少なくすることができ、また、小型化し得るもの
となる。

【００１４】（５）上記目的を達成するために、本発明
は、複数の試料を複数の泳動路でそれぞれ電気泳動分離
し、分離された試料成分に光照射し、この試料成分から
発生する蛍光を１次元センサを含む検知器ユニットで計
測する多色蛍光検出電気泳動分析装置において、上記検
知器ユニットは、上記蛍光を集光する集光手段と、この
集光手段によって集光された光束の一部を分割し、分割
された光束の光軸を空間的に分離する光束分割手段と、
この光束分割手段によって分割された光束の光を検知す
る上記１次元センサと、上記集光手段と上記１次元セン
サの間に配置され、分割される光束毎にそれぞれ異なる
波長の光を選択する波長選択手段とから構成するように
したものである。かかる構成により、検出系に１次元セ
ンサを用いるとともに、検出感度を向上し得るものとな
る。

【００１５】（６）上記目的を達成するために、本発明
は、複数の試料を複数の泳動路でそれぞれ電気泳動分離
し、分離された試料成分に光照射し、この試料成分から
発生する蛍光を１次元センサを含む検知器ユニットで計
測する多色蛍光検出電気泳動分析装置において、上記検
知器ユニットは、上記蛍光を集光する集光手段と、この
集光手段によって集光された光束の一部を分割し、分割
された光束の光の進行方向を分割されない光の進行方向
に対して直交する方向に変える光束分割手段と、この光
束分割手段によって分割された光束の光を検知する上記
１次元センサと、上記集光手段と上記１次元センサの間
に配置され、分割される光束毎にそれぞれ異なる波長の
光を選択する波長選択手段とから構成するようにしたも
のである。かかる構成により、検出系に１次元センサを
用いるとともに、検出感度を向上し得るものとなる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、図１〜図３を用いて、本発
明の一実施形態による多色蛍光検出電気泳動分析装置に
ついて説明する。最初に、図１を用いて、本発明の一実
施形態による多色蛍光検出電気泳動分析装置の全体構成
について説明する。図１は、本発明の一実施形態による
多色蛍光検出電気泳動分析装置の全体構成を示す説明図
である。

【００１７】複数本のキャピラリー１０が並列的に配置
されており、その内部には、分離用のゲルマトリックス
を詰められている。キャピラリー１０の両端は、バッフ
ァ（電解液）２０，３０に接続されている。バッファ２
０側から測定すべき試料を導入するとともに、バッファ
２０とバッファ３０との間に、高圧電源４を用いて、泳
動用の電圧を印加する。測定試料が核酸試料である場合
には、予め末端塩基の種類毎に異なる蛍光特性の蛍光色
素を結合させてある。導入された試料は、キャピラリー
１０中を移動するとともに、移動度の差（多くは分子量
の差に基づく）により、成分毎に分離される。

【００１８】キャピラリー１０の泳動終端の側の近傍に
おいて、分離された試料に、レーザ５０からの光を照射
することにより、蛍光が発生する。試料各成分から発生
した蛍光は、集光レンズ６０で集光され、検知器ユニッ
ト１００で検出すべき各波長成分に分けられ、検出され
る。なお、集光レンズ６０は、検知器ユニット１００の
一部を構成する要素でもある。ここでは、試料各成分か
ら発生した蛍光が、検知器ユニット１００に導かれる状
態を明確にするために、集光レンズ６０を独立して図示
している。検知器ユニット１００によって得られた信号
は、信号処理装置７０に送られ、信号処理され、蛍光の
波長により末端塩基の種類を識別し、計測信号をもとに
核酸試料の塩基配列が解析される。

【００１９】ＤＮＡ（デオキシリボ核酸）の塩基配列決
定では、一般的に４波長の計測が行われる。各極大波長
が、それぞれＤＮＡ断片の末端の塩基の種類に対応する
よう予め反応操作で、蛍光色素が結合される。

【００２０】なお、図１に示す例では、キャピラリー１
０の延在する方向をＹ軸方向とすると、レンズ６０及び
検知器ユニット１００が配置される方向をＸ軸方向とす
る。

【００２１】次に、図２を用いて、本実施形態による検
知器ユニットの構成について説明する。図２は、本発明
の一実施形態による多色蛍光検出電気泳動分析装置に用
いる検知器ユニットの構成を示す光学系のブロック図で
ある。

【００２２】発光点８０から発する蛍光は、レンズ６０
で集光される。発光点８０は、図１に示したキャピラリ
ー１０によって分離された試料に、レーザ５０からの光
を照射することにより発せられた蛍光である。レンズ６
０は、図示の例では、１枚のレンズとして示している
が、複数枚のレンズによって構成することができる。レ
ンズ６０の焦点位置に発光点８０が位置するように、発
光点８０とレンズ６０とを配置することにより、レンズ
６０によって集光された光は、平行光束となり、検知器
ユニット１００に導かれる。

【００２３】ここで、図１との相関をとる意味で、キャ
ピラリー１０の延在する方向をＹ軸方向とし、レンズ６
０によって平行光束なった光軸をＸ軸とする。また、図
１に示したように、複数本，例えば、５本のキャピラリ
ー１０は、紙面に垂直なＺ軸方向に平行に配置されてい
るものとする。

【００２４】検知器ユニット１００は、フィルター１１
０と、直角プリズム１２０Ａ〜１２０Ｄと、レンズ１３
０Ａ，１３０Ｂと、空間フィルタ（スリット）１４０
Ａ，１４０Ｂと、４個の１次元センサ１５０Ａ〜１５０
Ｄによって構成されている。

【００２５】フィルター１１０は、バンドパスフィルタ
ーであり、４種類の波長の光を選択するフィルター１１
０Ａ，１１０Ｂ，１１０Ｃ，１１０Ｄから構成されてい
る。フィルター１１０Ａは、第１の波長λ１の光を選択
するものであり、波長λ１は、例えば、５００ｎｍであ
る。フィルター１１０Ｂは、第３の波長λ３の光を選択
するものであり、波長λ３は、例えば、５４０ｎｍであ
る。フィルター１１０Ｃは、第２の波長λ２の光を選択
するものであり、波長λ２は、例えば、５２０ｎｍであ
る。フィルター１１０Ｄは、第４の波長λ４の光を選択
するものであり、波長λ４は、例えば、５６０ｎｍであ
る。

【００２６】フィルター１１０を通過した光束は、４個
の直角プリズム１２０Ａ，１２０Ｂ，１２０Ｃ，１２０
Ｄによって、直角に曲げられるとともに、４本の光束に
分割される。即ち、本実施形態における光学系において
は、１本の光束を４本の光束に分割するようにしてい
る。それに対して、従来の多角プリズムは、光路を変更
するようにしているものである。

【００２７】４本の光束は、レンズ１３０Ａ，１３０Ｂ
によって収束し、１次元センサ１５０Ａ，１５０Ｂ，１
５０Ｃ，１５０Ｄの受光面に結像する。即ち、１個の発
光点８０から発せられた光は、４種類の波長の光をフィ
ルター１１０Ａ〜１１０Ｄによって選択された後、４個
の１次元センサ１５０Ａ〜１５０Ｄによって、それぞれ
４種類の波長に対する蛍光の光強度が検知される。ここ
で、キャピラリー１０が例えば、５本平行に配置されて
いる場合、１次元センサ１５０は、５個の受光面を有し
ている。５個の受光面は、Ｚ軸方向（紙面に垂直な方
向）に配置されている。従って、５本のキャピラリー１
０の中の５個の発光点から発せられた光は、４種類の波
長の光をフィルター１１０Ａ〜１１０Ｄによって選択さ
れた後、４個の１次元センサ１５０Ａ〜１５０Ｄの上の
５個の受光面によって、それぞれ４種類の波長に対する
蛍光の光強度が検知される。

【００２８】また、レンズ１３０Ａ，１３０Ｂと、１次
元センサ１５０Ａ，１５０Ｂ，１５０Ｃ，１５０Ｄとの
間には、空間フィルター（スリット）１４０Ａ，１４０
Ｂが配置されており、迷光を防止している。

【００２９】次に、図３をもちいて、本実施形態におけ
る発光点と１次元センサの受光面に形成された像の関係
について説明する。図３は、本発明の一実施形態による
多色蛍光検出電気泳動分析装置における発光点と１次元
センサの受光面に形成された像の関係の説明図である。

【００３０】図３（Ａ）は、発光点の様子を示してい
る。５本のキャピラリー１０の中では、分離された試料
に、レーザからの光を照射することにより、蛍光が発生
しており、発光点８０を形成している。

【００３１】図３（Ｂ）は、１次元センサ１５０Ａ〜１
５０Ｄの受光面に形成された発光点８０の像を示してい
る。１次元センサ１５０Ａ〜１５０Ｄの受光面に形成さ
れた像は、それぞれ、異なる波長の光に対する像であ
る。

【００３２】２次元ＣＣＤを用いる場合には、全体の検
知面の中で、像が形成された領域のみを必要とし、その
周囲のバックグラウンドは選択，排除の処理が必要であ
る。従って、データ転送，選択処理に時間を要し、高速
化には回路が複雑になる。

【００３３】それに対して、本実施形態では、必要な情
報だけが、１次元センサ１５０Ａ〜１５０Ｄの受光面に
結像され、それをそのまま活用できるため、処理が単純
化できる。

【００３４】以上説明したように、本実施形態において
は、４個の直角プリズム１２０Ａ〜１２０Ｄを用いて、
光束を分割している。１次元センサ１５０Ａと１次元セ
ンサ１５０Ｂの間の距離Ｌ１は、大きい方がよく、１次
元センサを基板上に配置した検知器の大きさが、５０ｍ
ｍあるとすれば、距離Ｌ１は、５０ｍｍ程度必要であ
る。ここで、本実施形態においては、平行光束中に配置
した直角プリズムを用いて、光束を分割しているため、
直角プリズム１２０Ａと直角プリズム１２０Ｂの距離Ｌ
２は、自由に変えることができるため、距離Ｌ２を５０
ｍｍ程度に広げることは容易に行える。

【００３５】また、本実施形態においては、１個の検知
器ユニット１００によって４種類の波長の光を同時に測
定するようにしているため、レンズ６０と発光点８０の
間の距離Ｌ３は、レンズ６０の焦点距離を短くすること
によって、容易に短くすることができるため、発光点８
０の光を検知器ユニット１００に取り込む立体角を大き
くすることができるため、検出感度を向上することがで
きる。

【００３６】また、光束を分割する手段として、直角プ
リズム１２０を使用しており、直角プリズム１２０の１
辺を光学ベースに平行に設置することにより、容易に光
軸を一致させることができるため、製作が容易となる。

【００３７】なお、フィルター１１０Ａ〜１１０Ｄの配
置する位置としては、レンズ６０と直角プリズム１２０
との間の代わりに、点線で示したように、平行光束中で
ある直角プリズム１２０とレンズ１３０との間に配置し
てもよいものである。また、レンズ１３０と空間フィル
タ１４０の間は、収束光束であるが、この位置にフィル
タ１１０を配置するようにしてもよいものである。

【００３８】また、レンズ６０は、発光点８０から発せ
られた光を平行光束としているが、ほぼ平行光束である
多少収束するような光束としてもよいものである。

【００３９】また、直角プリズム１２０の代わりに、平
面ミラーを用いてもよいものである。

【００４０】さらに、空間フィルタ（スリット）は、必
要に応じて、レンズ１３０の前後または直角プリズム１
２０の前後に挿入される。

【００４１】以上のように、本実施形態によれば、多色
蛍光検出電気泳動分析装置の検出系に１次元センサを用
いることができるとともに、検出感度を向上することが
できる。

【００４２】次に、図４用いて、本発明の第２の実施形
態による多色蛍光検出電気泳動分析装置について説明す
る。図４は、本発明の第２の実施形態による多色蛍光検
出電気泳動分析装置に用いる検知器ユニットの構成を示
す光学系のブロック図である。なお、本実施形態による
多色蛍光検出電気泳動分析装置の全体的構成は、図１に
示したものと同様である。

【００４３】発光点８０から発する蛍光は、レンズ６０
で集光される。発光点８０は、レンズ６０は、図示の例
では、１枚のレンズとして示しているが、複数枚のレン
ズによって構成することができる。レンズ６０の焦点位
置に発光点８０が位置することにより、レンズ６０によ
って集光された光は、平行光束となり、検知器ユニット
１００Ａに導かれる。

【００４４】検知器ユニット１００Ａは、フィルター１
１０Ｚと、直角プリズム１２０Ａ，１２０Ｃと、レンズ
１３０Ｃ〜１３０Ｅと、空間フィルタ（スリット）１４
０Ｃ〜１４０Ｅと、３個の１次元センサ１５０Ａ〜１５
０Ｃによって構成されている。

【００４５】フィルター１１０Ｚは、バンドパスフィル
ターであり、３種類の波長の光を選択するフィルター１
１０Ａ，１１０Ｂ，１１０Ｃから構成されている。フィ
ルター１１０Ａは、第１の波長λ１の光を選択するもの
であり、波長λ１は、例えば、５００ｎｍである。フィ
ルター１１０Ｂは、第３の波長λ３の光を選択するもの
であり、波長λ３は、例えば、５４０ｎｍである。フィ
ルター１１０Ｃは、第２の波長λ２の光を選択するもの
であり、波長λ２は、例えば、５２０ｎｍである。

【００４６】フィルター１１０Ｚを通過した光束は、２
個の直角プリズム１２０Ａ，１２０Ｃによって、直角に
曲げられるとともに、残る光束は、直進して、３本の光
束に分割される。即ち、本実施形態における光学系にお
いては、１本の光束を３本の光束に分割するようにして
いる。

【００４７】３本の光束は、レンズ１３０Ｃ〜１３０Ｅ
によって収束し、１次元センサ１５０Ａ，１５０Ｂ，１
５０Ｃの受光面に結像する。即ち、１個の発光点８０か
ら発せられた光は、３種類の波長の光をフィルター１１
０Ａ〜１１０Ｃによって選択された後、３個の１次元セ
ンサ１５０Ａ〜１５０Ｃによって、それぞれ３種類の波
長に対する蛍光の光強度が検知される。ここで、キャピ
ラリー１０が例えば、５本平行に配置されている場合、
１次元センサ１５０は、５個の受光面を有している。５
個の受光面は、Ｚ軸方向（紙面に垂直な方向）に配置さ
れている。従って、５本のキャピラリー１０の中の５個
の発光点から発せられた光は、３種類の波長の光をフィ
ルター１１０Ａ〜１１０Ｃによって選択された後、３個
の１次元センサ１５０Ａ〜１５０Ｃの上の５個の受光面
によって、それぞれ３種類の波長に対する蛍光の光強度
が検知される。

【００４８】また、レンズ１３０Ｃ〜１３０Ｅと、１次
元センサ１５０Ａ，１５０Ｂ，１５０Ｃとの間には、空
間フィルター（スリット）１４０Ｃ〜１４０Ｅが配置さ
れており、迷光を防止している。

【００４９】本実施形態にように、３波長検出用の光学
系に対しても本発明は適用できるものである。光束を３
つ異なる方向に分割するようにしているため、３つの１
次元センサは、それぞれ異なる位置に配置することがで
きるため、１次元センサ同士の干渉が発生しないため、
たとえ、１次元センサを配置した検知器が大きい場合で
も容易に配置することができる。

【００５０】また、本実施形態においては、１個の検知
器ユニット１００によって３種類の波長の光を同時に測
定するようにしているため、レンズ６０と発光点８０の
間の距離Ｌ３は、レンズ６０の焦点距離を短くすること
によって、容易に短くすることができるため、発光点８
０の光を検知器ユニット１００に取り込む立体角を大き
くすることができるため、検出感度を向上することがで
きる。

【００５１】また、光束を分割する手段として、直角プ
リズム１２０を使用しており、直角プリズム１２０の１
辺を光学ベースに平行に設置することにより、容易に光
軸を一致させることができるため、製作が容易となる。

【００５２】なお、フィルター１１０Ａ〜１１０Ｃの配
置する位置としては、レンズ６０と直角プリズム１２０
との間の代わりに、平行光束中である直角プリズム１２
０とレンズ１３０との間に配置してもよいものである。
また、レンズ１３０と空間フィルタ１４０の間は、収束
光束であるが、この位置にフィルタ１１０Ｚを配置する
ようにしてもよいものである。

【００５３】また、レンズ６０は、発光点８０から発せ
られた光を平行光束としているが、ほぼ平行光束である
多少収束するような光束としてもよいものである。

【００５４】また、直角プリズム１２０の代わりに、平
面ミラーを用いてもよいものである。

【００５５】さらに、空間フィルタ（スリット）は、必
要に応じて、レンズ１３０の前後または直角プリズム１
２０の前後に挿入される。

【００５６】以上のように、本実施形態によれば、多色
蛍光検出電気泳動分析装置の検出系に１次元センサを用
いることができるとともに、検出感度を向上することが
できる。

【００５７】また、３波長の検出にも適用可能なもので
ある。

【００５８】次に、図５用いて、本発明の第３の実施形
態による多色蛍光検出電気泳動分析装置について説明す
る。図５は、本発明の第３の実施形態による多色蛍光検
出電気泳動分析装置に用いる検知器ユニットの構成を示
す光学系のブロック図である。なお、本実施形態による
多色蛍光検出電気泳動分析装置の全体的構成は、図１に
示したものと同様である。

【００５９】発光点８０から発する蛍光は、レンズ６０
で集光される。発光点８０は、レンズ６０は、図示の例
では、１枚のレンズとして示しているが、複数枚のレン
ズによって構成することができる。レンズ６０の焦点位
置に発光点８０が位置することにより、レンズ６０によ
って集光された光は、平行光束となり、検知器ユニット
１００Ｂに導かれる。

【００６０】検知器ユニット１００Ｂは、フィルター１
１０と、ダイクロイック・ミラー１６０Ａ，１６０Ｂ
と、レンズ１３０Ａ１，１３０Ａ２，１３０Ｂ１，１３
０Ｂ２と、空間フィルタ（スリット）１４０Ａ，１４０
Ｂと、４個の１次元センサ１５０Ａ〜１５０Ｄによって
構成されている。

【００６１】フィルター１１０Ｙは、バンドパスフィル
ターであり、４種類の波長の光を選択するフィルター１
１０Ａ，１１０Ｂ，１１０Ｃ，１１０Ｄから構成されて
いる。フィルター１１０Ａは、第１の波長λ１の光を選
択するものであり、波長λ１は、例えば、５００ｎｍで
ある。フィルター１１０Ｂは、第３の波長λ３の光を選
択するものであり、波長λ３は、例えば、５４０ｎｍで
ある。フィルター１１０Ｃは、第２の波長λ２の光を選
択するものであり、波長λ２は、例えば、５２０ｎｍで
ある。フィルター１１０Ｄは、第４の波長λ４の光を選
択するものであり、波長λ４は、例えば、５６０ｎｍで
ある。

【００６２】フィルター１１０を通過した光束は、ダイ
クロイック・ミラー１６０Ａ，１６０Ｂに入射する。ダ
イクロイックミラーは、波長成分により、反射・透過の
特性が異なるようになっている。従って、１枚のダイク
ロイック・ミラーにより、光束を分割することができ
る。変更させる。

【００６３】フィルター１１０Ａによって選択された波
長λ１の光は、ダイクロイック・ミラー１６０Ａによっ
て反射されて直角に曲げられるとともに、フィルター１
１０Ｂによって選択された波長λ２の光は、ダイクロイ
ック・ミラー１６０Ａによって透過する。また、フィル
ター１１０Ｃによって選択された波長λ３の光は、ダイ
クロイック・ミラー１６０Ｂによって反射されて直角に
曲げられるとともに、フィルター１１０Ｄによって選択
された波長λ４の光は、ダイクロイック・ミラー１６０
Ａによって透過する。以上によって、本実施形態におけ
る光学系においては、１本の光束を４本の光束に分割す
るようにしている。

【００６４】４本の光束は、レンズ１３０Ａ１，１３０
Ａ２，１３０Ｂ１，１３０Ｂ２によって収束し、１次元
センサ１５０Ａ〜１５０Ｄの受光面に結像する。即ち、
１個の発光点８０から発せられた光は、４種類の波長の
光をフィルター１１０Ａ〜１１０Ｄによって選択された
後、４個の１次元センサ１５０Ａ〜１５０Ｄによって、
それぞれ４種類の波長に対する蛍光の光強度が検知され
る。ここで、キャピラリー１０が例えば、５本平行に配
置されている場合、１次元センサ１５０は、５個の受光
面を有している。５個の受光面は、Ｚ軸方向（紙面に垂
直な方向）に配置されている。従って、５本のキャピラ
リー１０の中の５個の発光点から発せられた光は、４種
類の波長の光をフィルター１１０Ａ〜１１０Ｄによって
選択された後、４個の１次元センサ１５０Ａ〜１５０Ｄ
の上の５個の受光面によって、それぞれ４種類の波長に
対する蛍光の光強度が検知される。

【００６５】また、レンズ１３０Ａ１，１３０Ａ２，１
３０Ｂ１，１３０Ｂ２と、１次元センサ１５０Ａ〜１５
０Ｄとの間には、空間フィルター（スリット）１４０
Ａ，１４０Ｂが配置されており、迷光を防止している。

【００６６】以上説明したように、本実施形態において
は、平行光束中に配置したダイクロイック・ミラーを用
いて、光束を分割している。２枚のダイクロイック・ミ
ラーの距離は、自由に変えることができるため、ダイク
ロイック・ミラーからの反射光を検出する１次元センサ
１５０Ａと１次元センサ１５０Ｂの距離を５０ｍｍ程度
に広げることは容易に行える。また、ダイクロイック・
ミラーからの透過光を検出する１次元センサ１５０Ｃと
１次元センサ１５０Ｄは、フィルター１１０Ｙの両側に
位置するフィルター１１０Ｂとフィルター１１０Ｄを通
過した光を検出するため、両者の距離を大きくとること
ができる。

【００６７】また、直角プリズムに代えて、ダイクロイ
ック・ミラーを用いることにより、第１の実施形態に比
べて、部品点数を少なくすることができ、また、その結
果、小型化することができる。

【００６８】また、１個の検知器ユニット１００によっ
て４種類の波長の光を同時に測定するようにしているた
め、レンズ６０と発光点８０の間の距離は、レンズ６０
の焦点距離を短くすることによって、容易に短くするこ
とができるため、発光点８０の光を検知器ユニット１０
０に取り込む立体角を大きくすることができるため、検
出感度を向上することができる。

【００６９】なお、フィルター１１０Ａ〜１１０Ｄの配
置する位置としては、レンズ６０とダイクロイック・ミ
ラー１６０Ａ，１６０Ｂとの間の代わりに、平行光束中
であるダイクロイック・ミラー１６０Ａ，１６０Ｂとレ
ンズ１３０との間に配置してもよいものである。また、
レンズ１３０と空間フィルタ１４０の間は、収束光束で
あるが、この位置にフィルタ１１０を配置するようにし
てもよいものである。

【００７０】また、レンズ６０は、発光点８０から発せ
られた光を平行光束としているが、ほぼ平行光束である
多少収束するような光束としてもよいものである。

【００７１】さらに、空間フィルタ（スリット）は、必
要に応じて、レンズ１３０の前後またはダイクロイック
・ミラー１６０Ａ，１６０Ｂの前後に挿入される。

【００７２】以上のように、本実施形態によれば、多色
蛍光検出電気泳動分析装置の検出系に１次元センサを用
いることができるとともに、検出感度を向上することが
できる。

【００７３】また、部品点数を少なくすることができ、
また、小型化することができる。

【００７４】次に、図６を用いて、本発明の第４の実施
形態による多色蛍光検出電気泳動分析装置について説明
する。図６は、本発明の第４の実施形態による多色蛍光
検出電気泳動分析装置に用いる検知器ユニットの構成を
示す光学系のブロック図である。なお、本実施形態によ
る多色蛍光検出電気泳動分析装置の全体的構成は、図１
に示したものと同様である。

【００７５】発光点８０から発する蛍光は、レンズ６０
で集光される。発光点８０は、レンズ６０は、図示の例
では、１枚のレンズとして示しているが、複数枚のレン
ズによって構成することができる。レンズ６０の焦点位
置に発光点８０が位置することにより、レンズ６０によ
って集光された光は、平行光束となり、検知器ユニット
１００Ｃに導かれる。

【００７６】検知器ユニット１００Ｃは、フィルター１
１０Ｘと、直角プリズム１２０Ａ，１２０Ｂと、レンズ
１３０Ａ１，１３０Ａ２，１３０Ｂ１，１３０Ｂ２と、
空間フィルタ（スリット）１４０Ａ，１４０Ｂと、４個
の１次元センサ１５０Ａ〜１５０Ｄによって構成されて
いる。

【００７７】フィルター１１０Ｘは、バンドパスフィル
ターであり、４種類の波長の光を選択するフィルター１
１０Ａ，１１０Ｂ，１１０Ｃ，１１０Ｄから構成されて
いる。フィルター１１０Ａは、第１の波長λ１の光を選
択するものであり、波長λ１は、例えば、５００ｎｍで
ある。フィルター１１０Ｂは、第３の波長λ３の光を選
択するものであり、波長λ３は、例えば、５４０ｎｍで
ある。フィルター１１０Ｃは、第２の波長λ２の光を選
択するものであり、波長λ２は、例えば、５２０ｎｍで
ある。フィルター１１０Ｄは、第４の波長λ４の光を選
択するものであり、波長λ４は、例えば、５６０ｎｍで
ある。

【００７８】フィルター１１０Ｘを通過した光束は、２
個の直角プリズム１２０Ａ，１２０Ｂによって、直角に
曲げられるとともに、一部が直進することにより、４本
の光束に分割される。即ち、本実施形態における光学系
においては、１本の光束を４本の光束に分割するように
している。

【００７９】フィルター１１０Ａによって選択された波
長λ１の光は、直角プリズム１２０Ａによって反射され
て直角に曲げられるとともに、フィルター１１０Ｂによ
って選択された波長λ２の光は、直角プリズム１２０Ａ
によって反射されて直角に曲げられる。また、フィルタ
ー１１０Ｃによって選択された波長λ３の光は、直進す
るとともに、フィルター１１０Ｄによって選択された波
長λ４の光は、直進する。以上によって、本実施形態に
おける光学系においては、１本の光束を４本の光束に分
割するようにしている。

【００８０】４本の光束は、レンズ１３０Ａ１，１３０
Ａ２，１３０Ｂ１，１３０Ｂ２によって収束し、１次元
センサ１５０Ａ〜１５０Ｄの受光面に結像する。即ち、
１個の発光点８０から発せられた光は、４種類の波長の
光をフィルター１１０Ａ〜１１０Ｄによって選択された
後、４個の１次元センサ１５０Ａ〜１５０Ｄによって、
それぞれ４種類の波長に対する蛍光の光強度が検知され
る。ここで、キャピラリー１０が例えば、５本平行に配
置されている場合、１次元センサ１５０は、５個の受光
面を有している。５個の受光面は、Ｚ軸方向（紙面に垂
直な方向）に配置されている。従って、５本のキャピラ
リー１０の中の５個の発光点から発せられた光は、４種
類の波長の光をフィルター１１０Ａ〜１１０Ｄによって
選択された後、４個の１次元センサ１５０Ａ〜１５０Ｄ
の上の５個の受光面によって、それぞれ４種類の波長に
対する蛍光の光強度が検知される。

【００８１】また、レンズ１３０Ａ１，１３０Ａ２，１
３０Ｂ１，１３０Ｂ２と、１次元センサ１５０Ａ〜１５
０Ｄとの間には、空間フィルター（スリット）１４０
Ａ，１４０Ｂが配置されており、迷光を防止している。

【００８２】以上説明したように、本実施形態において
は、平行光束中に配置した２個の直角プリズムを用い
て、光束を分割している。２個の直角プリズムの距離
は、自由に変えることができるため、１次元センサ１５
０Ａと１次元センサ１５０Ｂの距離を５０ｍｍ程度に広
げることは容易に行える。また、直進する光を検出する
１次元センサ１５０Ｃと１次元センサ１５０Ｄは、フィ
ルター１１０Ｘの両側に位置するフィルター１１０Ｂと
フィルター１１０Ｄを通過した光を検出するため、両者
の距離を大きくとることができる。

【００８３】また、２個の直角プリズムを用いることに
より、第１の実施形態に比べて、部品点数を少なくする
ことができ、また、その結果、小型化することができ
る。

【００８４】また、１個の検知器ユニット１００によっ
て４種類の波長の光を同時に測定するようにしているた
め、レンズ６０と発光点８０の間の距離は、レンズ６０
の焦点距離を短くすることによって、容易に短くするこ
とができるため、発光点８０の光を検知器ユニット１０
０に取り込む立体角を大きくすることができるため、検
出感度を向上することができる。

【００８５】なお、フィルター１１０Ａ〜１１０Ｄの配
置する位置としては、レンズ６０と直角プリズム１２０
Ａ，１２０Ｂとの間の代わりに、平行光束中である直角
プリズム１２０Ａ，１２０Ｂとレンズ１３０との間に配
置してもよいものである。また、レンズ１３０と空間フ
ィルタ１４０の間は、収束光束であるが、この位置にフ
ィルタ１１０を配置するようにしてもよいものである。

【００８６】また、レンズ６０は、発光点８０から発せ
られた光を平行光束としているが、ほぼ平行光束である
多少収束するような光束としてもよいものである。

【００８７】さらに、空間フィルタ（スリット）は、必
要に応じて、レンズ１３０の前後または直角プリズム１
２０Ａ，１２０Ｂの前後に挿入される。

【００８８】以上のように、本実施形態によれば、多色
蛍光検出電気泳動分析装置の検出系に１次元センサを用
いることができるとともに、検出感度を向上することが
できる。

【００８９】また、部品点数を少なくすることができ、
また、小型化することができる。

【００９０】次に、図７を用いて、本発明の第５の実施
形態による多色蛍光検出電気泳動分析装置について説明
する。図７は、本発明の第５の実施形態による多色蛍光
検出電気泳動分析装置に用いる検知器ユニットの構成を
示す光学系のブロック図である。なお、本実施形態によ
る多色蛍光検出電気泳動分析装置の全体的構成は、図１
に示したものと同様である。

【００９１】発光点８０から発する蛍光は、レンズ６０
で集光される。発光点８０は、レンズ６０は、図示の例
では、１枚のレンズとして示しているが、複数枚のレン
ズによって構成することができる。レンズ６０の焦点位
置に発光点８０が位置することにより、レンズ６０によ
って集光された光は、平行光束となり、検知器ユニット
１００Ｃに導かれる。

【００９２】検知器ユニット１００Ｃは、フィルター１
１０Ｘと、平面ミラー１７０Ａ，１７０Ｂと、レンズ１
３０Ａ１，１３０Ａ２，１３０Ｂ１，１３０Ｂ２と、空
間フィルタ（スリット）１４０Ａ，１４０Ｂと、４個の
１次元センサ１５０Ａ〜１５０Ｄによって構成されてい
る。

【００９３】フィルター１１０Ｘは、バンドパスフィル
ターであり、４種類の波長の光を選択するフィルター１
１０Ａ，１１０Ｂ，１１０Ｃ，１１０Ｄから構成されて
いる。フィルター１１０Ａは、第１の波長λ１の光を選
択するものであり、波長λ１は、例えば、５００ｎｍで
ある。フィルター１１０Ｂは、第３の波長λ３の光を選
択するものであり、波長λ３は、例えば、５４０ｎｍで
ある。フィルター１１０Ｃは、第２の波長λ２の光を選
択するものであり、波長λ２は、例えば、５２０ｎｍで
ある。フィルター１１０Ｄは、第４の波長λ４の光を選
択するものであり、波長λ４は、例えば、５６０ｎｍで
ある。

【００９４】フィルター１１０Ｘを通過した光束は、２
枚の平面ミラー１７０Ａ，１７０Ｂによって、直角に曲
げられるとともに、一部が直進することにより、４本の
光束に分割される。即ち、本実施形態における光学系に
おいては、１本の光束を４本の光束に分割するようにし
ている。

【００９５】フィルター１１０Ａによって選択された波
長λ１の光は、平面ミラー１７０Ａによって反射されて
直角に曲げられるとともに、フィルター１１０Ｂによっ
て選択された波長λ２の光は、平面ミラー１７０Ａによ
って反射されて直角に曲げられる。また、フィルター１
１０Ｃによって選択された波長λ３の光は、直進すると
ともに、フィルター１１０Ｄによって選択された波長λ
４の光は、直進する。以上によって、本実施形態におけ
る光学系においては、１本の光束を４本の光束に分割す
るようにしている。

【００９６】４本の光束は、レンズ１３０Ａ１，１３０
Ａ２，１３０Ｂ１，１３０Ｂ２によって収束し、１次元
センサ１５０Ａ〜１５０Ｄの受光面に結像する。即ち、
１個の発光点８０から発せられた光は、４種類の波長の
光をフィルター１１０Ａ〜１１０Ｄによって選択された
後、４個の１次元センサ１５０Ａ〜１５０Ｄによって、
それぞれ４種類の波長に対する蛍光の光強度が検知され
る。ここで、キャピラリー１０が例えば、５本平行に配
置されている場合、１次元センサ１５０は、５個の受光
面を有している。５個の受光面は、Ｚ軸方向（紙面に垂
直な方向）に配置されている。従って、５本のキャピラ
リー１０の中の５個の発光点から発せられた光は、４種
類の波長の光をフィルター１１０Ａ〜１１０Ｄによって
選択された後、４個の１次元センサ１５０Ａ〜１５０Ｄ
の上の５個の受光面によって、それぞれ４種類の波長に
対する蛍光の光強度が検知される。

【００９７】また、レンズ１３０Ａ１，１３０Ａ２，１
３０Ｂ１，１３０Ｂ２と、１次元センサ１５０Ａ〜１５
０Ｄとの間には、空間フィルター（スリット）１４０
Ａ，１４０Ｂが配置されており、迷光を防止している。

【００９８】以上説明したように、本実施形態において
は、平行光束中に配置した２個の平面ミラーを用いて、
光束を分割している。２個の平面ミラーの距離は、自由
に変えることができるため、１次元センサ１５０Ａと１
次元センサ１５０Ｂの距離を５０ｍｍ程度に広げること
は容易に行える。また、直進する光を検出する１次元セ
ンサ１５０Ｃと１次元センサ１５０Ｄは、フィルター１
１０Ｘの両側に位置するフィルター１１０Ｂとフィルタ
ー１１０Ｄを通過した光を検出するため、両者の距離を
大きくとることができる。

【００９９】また、２個の平面ミラーを用いることによ
り、第１の実施形態に比べて、部品点数を少なくするこ
とができ、また、その結果、小型化することができる。
また、平面ミラーを用いることにより、安価に構成でき
る。

【０１００】また、１個の検知器ユニット１００によっ
て４種類の波長の光を同時に測定するようにしているた
め、レンズ６０と発光点８０の間の距離は、レンズ６０
の焦点距離を短くすることによって、容易に短くするこ
とができるため、発光点８０の光を検知器ユニット１０
０に取り込む立体角を大きくすることができるため、検
出感度を向上することができる。

【０１０１】なお、フィルター１１０Ａ〜１１０Ｄの配
置する位置としては、レンズ６０と平面ミラー１７０
Ａ，１７０Ｂとの間の代わりに、平行光束中である平面
ミラー１７０Ａ，１７０Ｂとレンズ１３０との間に配置
してもよいものである。また、レンズ１３０と空間フィ
ルタ１４０の間は、収束光束であるが、この位置にフィ
ルタ１１０を配置するようにしてもよいものである。

【０１０２】また、レンズ６０は、発光点８０から発せ
られた光を平行光束としているが、ほぼ平行光束である
多少収束するような光束としてもよいものである。

【０１０３】さらに、空間フィルタ（スリット）は、必
要に応じて、レンズ１３０の前後または平面ミラー１７
０Ａ，１７０Ｂの前後に挿入される。

【０１０４】なお、平面ミラー１７０Ａとレンズ１３０
Ａ１の代わりに凹面ミラーを用い、また、平面ミラー１
７０Ｂとレンズ１３０Ａ２の代わりに凹面ミラーを用い
ることにより、さらに、光学系を簡単にすることができ
る。

【０１０５】以上のように、本実施形態によれば、多色
蛍光検出電気泳動分析装置の検出系に１次元センサを用
いることができるとともに、検出感度を向上することが
できる。

【０１０６】また、部品点数を少なくすることができ、
また、小型化することができるとともに、安価に構成す
ることができる。

【０１０７】なお、以上の説明では、１本の光束を４本
の光束に分割するものとして説明したが、別の観点から
説明するならば、１本の光束の一部を分割して、分割さ
れた光束の光軸を空間的に分離し、分割された光束毎
に、４個の１次元センサを用いて個別に検出するもので
もある。

【０１０８】また、検出のＳ／Ｎを向上させる手段とし
て、図１に示したように、電気泳動媒体中で励起光を照
射し蛍光測定する方法に代えて、シースフロー技術を組
合わせ、泳動媒体の外で励起光を照射して蛍光測定する
方法に対しても、叙述した各実施形態の検出器ユニット
の光学系は、適用できるものである。

【０１０９】また、所定の波長の光を選択する手段とし
ては、バンドパスフィルターに代えて、干渉フィルター
を用いることもできる。

【０１１０】

【発明の効果】本発明によれば、多色蛍光検出電気泳動
分析装置における検出系に１次元センサを用いるととも
に、検出感度を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態による多色蛍光検出電気泳
動分析装置の全体構成を示す説明図である。

【図２】本発明の一実施形態による多色蛍光検出電気泳
動分析装置に用いる検知器ユニットの構成を示す光学系
のブロック図である。

【図３】本発明の一実施形態による多色蛍光検出電気泳
動分析装置における発光点と１次元センサの受光面に形
成された像の関係の説明図である。

【図４】本発明の第２の実施形態による多色蛍光検出電
気泳動分析装置に用いる検知器ユニットの構成を示す光
学系のブロック図である。

【図５】本発明の第３の実施形態による多色蛍光検出電
気泳動分析装置に用いる検知器ユニットの構成を示す光
学系のブロック図である。

【図６】本発明の第４の実施形態による多色蛍光検出電
気泳動分析装置に用いる検知器ユニットの構成を示す光
学系のブロック図である。

【図７】本発明の第５の実施形態による多色蛍光検出電
気泳動分析装置に用いる検知器ユニットの構成を示す光
学系のブロック図である。

【符号の説明】

１０…キャピラリー２０，３０…バッファ４０…高圧電源５０…レーザ６０…集光レンズ１００…検知器ユニット７０…信号処理装置８０…発光点１１０…フィルタ１２０…直角プリズム１７０…平面ミラー１３０…レンズ１４０…空間フィルタ（スリット）１５０…１次元センサ１６０…ダイクロイック・ミラー

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の試料を複数の泳動路でそれぞれ電気
泳動分離し、分離された試料成分に光照射し、この試料
成分から発生する蛍光を１次元センサを含む検知器ユニ
ットで計測する多色蛍光検出電気泳動分析装置におい
て、上記検知器ユニットは、上記蛍光を集光する集光手段と、この集光手段によって集光された光束を複数の光束に分
割する光束分割手段と、この光束分割手段によって分割された光束の光を検知す
る上記１次元センサと、上記集光手段と上記１次元センサの間に配置され、分割
される光束毎にそれぞれ異なる波長の光を選択する波長
選択手段とから構成されることを特徴とする多色蛍光検
出電気泳動分析装置。
【請求項２】請求項１記載の多色蛍光検出電気泳動分析
装置において、上記光束分割手段は、上記集光手段によって集光された
光束の光路中に配置され、この光束の一部を直角に反射
する複数の直角プリズムであることを特徴とする多色蛍
光検出電気泳動分析装置。
【請求項３】請求項１記載の多色蛍光検出電気泳動分析
装置において、上記光束分割手段は、上記集光手段によって集光された
光束の光路中に配置され、この光束のうちの所定の波長
の光を反射するとともに、他の波長の光を透過するダイ
クロイック・ミラーであることを特徴とする多色蛍光検
出電気泳動分析装置。
【請求項４】請求項１記載の多色蛍光検出電気泳動分析
装置において、上記光束分割手段は、上記集光手段によって集光された
光束の光路中に配置され、この光束の一部を反射する複
数のミラーであることを特徴とする多色蛍光検出電気泳
動分析装置。
【請求項５】複数の試料を複数の泳動路でそれぞれ電気
泳動分離し、分離された試料成分に光照射し、この試料
成分から発生する蛍光を１次元センサを含む検知器ユニ
ットで計測する多色蛍光検出電気泳動分析装置におい
て、上記検知器ユニットは、上記蛍光を集光する集光手段と、この集光手段によって集光された光束の一部を分割し、
分割された光束の光軸を空間的に分離する光束分割手段
と、この光束分割手段によって分割された光束の光を検知す
る上記１次元センサと、上記集光手段と上記１次元センサの間に配置され、分割
される光束毎にそれぞれ異なる波長の光を選択する波長
選択手段とから構成されることを特徴とする多色蛍光検
出電気泳動分析装置。
【請求項６】複数の試料を複数の泳動路でそれぞれ電気
泳動分離し、分離された試料成分に光照射し、この試料
成分から発生する蛍光を１次元センサを含む検知器ユニ
ットで計測する多色蛍光検出電気泳動分析装置におい
て、上記検知器ユニットは、上記蛍光を集光する集光手段と、この集光手段によって集光された光束の一部を分割し、
分割された光束の光の進行方向を分割されない光の進行
方向に対して直交する方向に変える光束分割手段と、この光束分割手段によって分割された光束の光を検知す
る上記１次元センサと、上記集光手段と上記１次元センサの間に配置され、分割
される光束毎にそれぞれ異なる波長の光を選択する波長
選択手段とから構成されることを特徴とする多色蛍光検
出電気泳動分析装置。