JP2000304722A - 電気泳動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ゲルの交換を容易にして取扱いを簡便にする
とともに、多数の試料を同時に処理できるようにする。 【解決手段】 ガラス管２にゲル３を充填して垂直方向
に支持し、その下端をゲル受槽１０に収容されたゲル１
２に浸す。ガラス管２の上端には、サンプルローダ６と
電極８を装着し、サンプルローダ６の各孔４から蛍光物
質により標識された試料を注入する。そして、電源装置
１４により電極８とゲル１２間に高電圧を印加すると、
試料はガラス管２の内壁に沿って下端に向って電気泳動
を開始し、分離されていく。分離された試料が測定光学
系１８の位置まで到達すると、励起光２０によって励起
されて蛍光を発し、検出器２８により検出される。測定
光学系１８がガラス管２を中心としてその周囲の水平面
上を移動しているので、泳動中の試料がレーンごとに順
次検出されていく。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は電気泳動により試料
中の成分を分離する電気泳動装置に関し、例えば、サン
ガー反応を用い、プライマー又はターミネータを蛍光物
質で標識したＤＮＡフラグメント（断片）試料を電気泳
動させ、泳動途中でＤＮＡフラグメント試料からの蛍光
を検出して塩基配列を決定するオンライン式の電気泳動
装置（ＤＮＡシーケンサ）に利用するのに適する。

【０００２】

【従来の技術】電気泳動装置には、平板状のスラブゲル
を用いたものと、ゲルを充填したキャピラリーカラムを
用いたものがある。スラブゲルを用いた電気泳動装置で
は、ゲルは２枚のガラス板の間に挾みこまれた状態で充
填され、ゲルの一端に複数の試料を導入し、そのゲルの
両端間に泳動用高電圧を印加してそれらの試料を同時に
泳動させる。

【０００３】一方、キャピラリーカラムではそれぞれに
１つずつの試料を注入し、複数の試料を泳動させる場合
には、複数本のキャピラリーカラムを用意し、それぞれ
に異なる試料を導入し、キャピラリーカラムの両端間に
泳動用高電圧を印加してそれらの試料を同時に泳動させ
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】スラブゲルを用いた電
気泳動装置は、長鎖ＤＮＡを安定的に解読できる利点が
あるものの、ゲルの交換が面倒であり、又一度に多数の
試料を電気泳動処理するのが難しい欠点を備えている。
一方、キャピラリ電気泳動装置は、取扱いが簡便である
反面、１本のキャピラリカラムには１試料しか注入でき
ないので、試料数分のキャピラリカラムが必要となり、
また長鎖ＤＮＡの読取りが難しい。また、キャピラリカ
ラムは内径が１００μｍ程度と小さいため、ゲルを充填
するには高い圧力を印加しなければならず、ゲルの交換
が容易ではないという欠点もある。そこで、本発明はゲ
ルの交換を容易にして取扱いを簡便にするとともに、多
数の試料を同時に処理できるようにすることを目的とす
るものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の電気泳動装置
は、電気泳動用ゲルが充填され垂直方向に支持された内
径１ｍｍ以上のガラス管を用い、このガラス管の上端に
はゲルの上端部でガラス管内壁に接近した位置に通じる
試料導入用の複数個の孔又は溝をもつ試料導入部材及び
電気泳動用高電圧を印加する電極を設け、このガラス管
の下端をゲル受槽内のゲルやバッファ液などの電解液に
浸す。そして、前記電極と前記ゲル受槽内の電解液との
間に泳動用高電圧を供給する高圧電源装置と、前記ガラ
ス管を一定温度に保つ温調機構と、前記ガラス管の側方
の一水平面内において前記ガラス管の周囲を移動しつ
つ、前記ガラス管内を泳動する試料に励起光を照射し、
試料から発生する光を検出して泳動中の試料をオンライ
ン検出する測定光学系とを備える。

【０００６】本発明では、キャピラリカラムに比べて充
分に太い内径のガラス管を使用するため、高い充填圧力
をかけなくてもゲルを交換することができ、ゲルの交換
が容易になる。ゲルの自動充填も容易である。また、こ
のガラス管を複数本並べることにより、多数の試料を同
時に処理することができるようになる。

【０００７】

【実施例】図１から図３により一実施例を説明する。図
１はこの実施例を概略的に示したものであり、図２はそ
こで使用しているガラス管の上端部を詳細に示した断面
図、図３はこの実施例の測定光学系の上面図を概略的に
表したものである。２は石英ガラスなど、蛍光測定の妨
げにならない材質のガラス管であり、内部に電気泳動用
ゲル３が充填され、垂直方向に支持されている。ガラス
管２の内径は１ｍｍ以上、例えば１〜１０ｍｍであり、
長さは１０〜１００ｃｍが適当である。ゲル３として、
ポリアクリルアミドゲル、リニアアクリルアミドゲル、
ポリエチレンオキサイド（ＰＥＯ）ゲルなどを使用する
ことができる。

【０００８】ガラス管２の上端には、図２に詳細に示さ
れるように、ゲル３の上端部でガラス管２の内壁に接近
した位置に通じる試料導入用の複数個の孔４をもつ試料
導入部材としてのサンプルローダ６と、電気泳動用高電
圧を印加する電極８が設けられている。ガラス管２の上
端部の内側には段差が形成されており、その段差にサン
プルローダ６が嵌め込まれ、電極８はその段差とサンプ
ルローダ６の間に挟まれて、上端部が露出し、下端部が
ゲル３と接触している。

【０００９】ガラス管２の下端は、ゲル受槽１０に収容
された電解液としてのゲル１２に浸されている。このゲ
ル１２はガラス管２中のゲル３と同じものであっても、
異なるものであってよく、またゲルに代えてバッファ液
としてもよい。１４は高圧電源装置であり、電極８とゲ
ル受槽１０内の電解液との間に泳動用高電圧を供給す
る。

【００１０】１８は測定光学系で、ガラス管２の側方の
一水平面内においてガラス管２の周囲を移動しつつ、ガ
ラス管２内を泳動する試料に励起光を照射し、試料から
発生する光を検出して泳動中の試料をオンライン検出す
る。測定光学系１８は、ガラス管２内をその内壁に沿っ
て移動する試料の移動経路（レーン）に励起光２０を照
射する励起光学系２２と、励起光２０により励起された
試料から発生する蛍光２４を励起光２０の光軸からずれ
た方向の受光光軸上で集光する集光光学系２６と、集光
光学系２６が集光した蛍光を検出する検出器２８を備え
ている。励起光学系２２は、光源としてレーザ装置を備
えている。そして、測定光学系１８は、図３に矢印で示
されるように、水平面内でガラス管２と同心の円周上を
移動しつつ、ガラス管内を移動する試料に励起光を照射
する位置で停止し、その位置から発生する蛍光を検出器
２８により検出した後、次の試料の位置へ移動するとい
うように、間欠的に移動していく。測定光学系１８は上
のように間欠的に移動していく場合だけでなく、連続し
て移動していってもよい。

【００１１】１６は温調機構としての恒温槽であり、ガ
ラス管２及び測定光学系１８を収容し、それらを一定温
度に保つ。恒温槽１６は、発泡ポリウレタンなどの断熱
材で囲まれており、ペルチェ素子（図示略）が設けられ
て電子加熱冷却が行なわれるようになっている。恒温槽
１６内には温度センサーとして白金抵抗体や熱電対が設
けられており、その温度センサーの検出出力をペルチェ
素子にフィードバックしてＰＩＤ制御することにより、
恒温槽１６内を一定温度に保つようになっている。

【００１２】図４はこの実施例の制御系を示したもので
ある。３０は高圧電源装置１４により泳動用の高電圧を
発生させる高電圧発生部、３２は検出器２８が検出した
検出信号から試料の通過を検知する測定系制御部、３４
はその検出した信号を処理し、各レーン毎の塩基配列を
決定していくデータ収集・処理部である。また３６は恒
温槽１６による温度制御を行う温調制御部であり、これ
ら各部は制御部であるパーソナルコンピュータ３８によ
り制御される。パーソナルコンピュータ３８はまた、イ
ンタフェースを介してユーザのホストコンピュータに接
続され、ホストコンピュータは集中的な制御やデータ処
理を行なう。

【００１３】この実施例の動作を説明すると、ガラス管
２にゲル３を充填して垂直方向に支持し、その下端をゲ
ル受槽１０に収容されたゲル１２に浸す。ガラス管２の
上端には、サンプルローダ６と電極８を装着し、サンプ
ルローダ６の各孔４から蛍光物質により標識された試料
を注入する。そして、電源装置１４により電極８とゲル
１２間に高電圧を印加すると、試料はガラス管２の内壁
に沿って下端に向って電気泳動を開始し、分離されてい
く。分離された試料が測定光学系１８の位置まで到達す
ると、励起光２０によって励起されて蛍光を発し、検出
器２８により検出される。

【００１４】測定光学系１８はガラス管２を中心として
その周囲の水平面上を移動しているので、泳動中の試料
がレーンごとに順次検出されていく。サンプルローダ６
は、試料注入用に縦方向の穴４が設けられたものである
が、その孔４に代えて、サンプルローダ６の周面に縦方
向の溝を設け、その溝とガラス管２の内壁又は電極８の
内面とによって、試料注入用の孔が構成されるようにし
てもよい。

【００１５】試料としてＤＮＡを測定する場合、１つの
ガラス管で同時に泳動させる複数のレーンの試料として
は、末端塩基別に調製されたＤＮＡフラグメント試料と
してもよく、又は各レーンに４種類の塩基を異なる蛍光
物質で標識化した４種類のＤＮＡ断片を含む試料として
もよい。末端塩基別の試料はそれぞれ異なる蛍光物質に
よる異なる波長の蛍光、又は２種類以上の蛍光物質によ
りコード化された蛍光を発するように、標識化されてい
ることが好ましい。また、隣接するレーン間では異なる
蛍光を発するように蛍光物質を異ならせておけば、隣接
するレーン間からの蛍光を識別するのが容易になる。一
例として、サンプルローダ６の各孔４には、末端塩基別
に異なる螢光物質ＦＡＭ、ＪＯＥ、ＴＡＭＲＡ、ＲＯ
Ｘ、Ｒ６Ｇ、Ｒ−１１０などの螢光物質から選ばれた４
種類の蛍光物質により標識された４種類のＤＮＡフラグ
メントを含む試料がそれぞれ注入され、同時に電気泳動
がなされるものとする。

【００１６】４種類の蛍光を識別できるようにした検出
器２８の例を図５に示す。図５（Ａ）において、１２０
は試料からの光２４から励起光成分を遮蔽し、蛍光を透
過させる光学フィルター、１２２は検出視野を限定する
ためのピンホールスリット、１２４は光学フィルター１
２０を透過した蛍光をピンホールスリット１２２の位置
に結像させる絞りレンズである。ガラス管２での蛍光発
生点がピンホ−ルスリット１２２の位置に結像されるこ
とにより、共焦点光学系を構成している。励起光除去の
ための光学フィルター１２０としては、エッジフィルタ
ーや色ガラスを利用することができる。ピンホールスリ
ット１２２は検出視野を小さくして隣接するレーンから
の迷光侵入を防ぐためのものである。

【００１７】ピンホールスリット１２２での蛍光像を４
つの光束に分割するために、図５（Ｂ）に詳細に示され
るレンズパネル１２６が配置されている。レンズパネル
１２６は単レンズをカットして張りあわせたものや、ガ
ラスモールド成形品として製作することができる。その
４つに分割された光束のそれぞれの光路上には図５
（Ｃ）に詳細に示される各標識蛍光物質用の異なる分光
用フィルターからなるフィルターパネル１２８が配置さ
れている。フィルターパネル１２８はバンドパスフィル
ターであり、各標識蛍光物質に対応した４種類の波長特
性の異なるフィルターがそれぞれの光路上にくるように
並列配置されたものである。各フィルターの透過波長
は、塩基Ａ（アデニン）、Ｇ（グアニン）、Ｔ（チミ
ン）、Ｃ（シトシン）を標識している蛍光物質の発光波
長に対応したものである。それぞれのフィルターを透過
した蛍光を検出するために、それぞれの光路上には４つ
の光電子増倍管１３０が配置されている。検出器２８内
の光学系の構造は、図５に例示のものに限らず、例えば
分光器を用いてそれぞれの蛍光成分に分光し、分光され
たそれぞれの蛍光成分をそれぞれの検出素子に導くよう
にしてもよい。

【００１８】測定光学系は、図３のように励起光光軸と
受光光軸とを異ならせると、受光光学系に励起光が入射
するのが少なくなって蛍光成分から励起光成分を除去す
るのが容易になる。しかし、測定光学系はこれに限ら
ず、励起光と受光光軸とを同一光軸とする落射光学系も
使用することができる。図６は落射光学系とした場合の
測定光学系１８上での励起光学系と受光光学系の配置を
示したものである。１１６は中央部に穴をもち、その穴
から励起光ビーム２０を透過させ、鏡面で蛍光を反射さ
せるトンネルミラー、１１８は励起光２０を１本のレー
ンに集光して投光するとともに、そのレーンを泳動中の
試料から発生する蛍光を受光する集光レンズである。集
光レンズ１１８は励起光の投光と蛍光の受光を同じレン
ズで行なうものであり、落射光学系を構成している。集
光レンズ１１８で集光された蛍光はトンネルミラー１１
６の鏡面で反射されて、検出器２８に入射して検出され
る。

【００１９】

【発明の効果】本発明では、内径１ｍｍ以上のガラス管
を用い、このガラス管の内壁に沿って複数の試料を同時
に電気泳動させるようにした。このように、キャピラリ
カラムに比べて充分に太い内径のガラス管を使用するた
め、高い充填圧力をかけなくてもゲルを交換することが
でき、ゲルの交換が容易になる。ゲルの自動充填も容易
である。また、このガラス管を複数本並べることによ
り、多数の試料を同時に処理することができるようにな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施例を示す概略斜視図である。

【図２】同実施例で使用しているガラス管の上端部を詳
細に示した断面図である。

【図３】同実施例の測定光学系を概略的に示す上面図で
ある。

【図４】同実施例の制御系を示すブロック図である。

【図５】４種類の蛍光を識別できるようにした検出器の
光学系を示す概略構成図である。

【図６】測定光学系を落射光学系とした場合の励起光学
系と受光光学系の配置を示す概略構成図である。

【符号の説明】

２ ガラス管 ３，１２ ゲル ６ サンプルローダ ８ 電極 １０ ゲル受槽 １４ 高圧電源装置 １８ 測定光学系 ２２ 励起光学系 ２８ 検出器

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電気泳動用ゲルが充填され、垂直方向に
   支持された内径１ｍｍ以上のガラス管の上端には、前記
   ゲルの上端部でガラス管内壁に接近した位置に通じる試
   料導入用の複数個の孔又は溝をもつ試料導入部材及び電
   気泳動用高電圧を印加する電極が設けられ、このガラス
   管の下端がゲル受槽内の電解液に浸されており、前記電
   極と前記ゲル受槽内の電解液との間に泳動用高電圧を供
   給する高圧電源装置と、前記ガラス管を一定温度に保つ
   温調機構と、前記ガラス管の側方の一水平面内において
   前記ガラス管の周囲を移動しつつ、前記ガラス管内を泳
   動する試料に励起光を照射し、試料から発生する光を検
   出して泳動中の試料をオンライン検出する測定光学系と
   を備えている電気泳動装置。