JP2002340859A - 遺伝子診断装置及び遺伝子診断方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 一塩基以上の遺伝子異常を短時間、且つ簡
単、正確に検出することができ、小型、軽量、安価に、
少ないランニングコストで、診断を自動化することがで
きる遺伝子診断装置及び遺伝子診断方法を提供すること
を目的とする。 【解決手段】 本発明の遺伝子診断装置は、密閉流路の
緩衝液の中に、ＤＮＡ試料に水素結合可能な塩基配列と
高分子化合物とが結合し、結合力の差からＤＮＡ試料を
正常ＤＮＡと異常ＤＮＡとノイズＤＮＡに分離する分離
用ＤＮＡコンジュゲートと、ＤＮＡ試料とを備え、電圧
の絶対値を増加させることにより密閉流路内のＤＮＡ試
料が電気泳動され、検出部が正常ＤＮＡと異常ＤＮＡの
通過量をそれぞれ測定することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、遺伝子異常の有無
を簡単、正確に検出できる遺伝子診断装置及び遺伝子診
断方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】全ての疾患には、遺伝性要因と環境要因
が種々の確率で関与しているが、先天性代謝異常症・癌
・糖尿病・高血圧・アルツハイマー・自己免疫疾患・ア
トピー・肥満・アルコール依存などの疾患は、遺伝性要
因が非常に大きな割合を占めている。一方、環境要素の
寄与が大きい疾患は感染症や外傷の後遺症から誘因され
る疾患等である。

【０００３】ところで、近年分子生物学の急速な進展に
よって、様々な疾患において遺伝的要素、すなわち遺伝
子の関与がかなり正確に解明されるようになり、遺伝子
をターゲットにした医療に注目が集まるようになってき
ている。現在、最も注目されているのはＳＮＰｓ（スニ
ップス）と呼ばれるものである。これは、ｓｉｎｇｌｅ
ｎｕｃｌｅｏｔｉｄｅ ｐｏｌｙｍｏｒｐｈｉｓｍの
略で「１塩基多型」と一般に訳されており、個人間の遺
伝子における１暗号（１塩基）の違いの総称である。

【０００４】人を含め地球上の全ての生命体遺伝子（ま
たは遺伝子の全集合体を意味するゲノム）は、共通の４
つの塩基から成り立っており、この塩基の配列によって
様々なタンパク質が作られ、各生物特有の生命活動が行
われている。全ての生物に共通する４つの塩基とは、ア
デニン（Ａと表記される）、グアニン（Ｇと表記され
る）、チミン（Ｔと表記される）、シトシン（Ｃと表記
される）である。人の遺伝子は、約３０〜３２億塩基配
列で構成されているといわれているが、各個人で数百か
ら１０００塩基に１ヶ所程度の割合で他の人と１つの塩
基が異なっている場所が存在する。通常、この１塩基の
変化が、あるヒト集団の全人口中１％以上の頻度で存在
しているものを、ＳＮＰｓと呼んでいる。

【０００５】従って、全遺伝子（ゲノム）中には、３０
０万〜１０００万のＳＮＰｓが存在しているといわれ、
現在世界中でＳＮＰｓの探索が続けられている。ＳＮＰ
ｓが注目されている理由は、ＳＮＰｓの分類により、統
計的に各個人の遺伝子が関与しているといわれている多
くの疾患に対する罹患率が推測できると考えられている
からである。例えば、乳がんを例にとると、乳がんにか
かった患者群と正常な群とのＳＮＰｓの比較により、乳
がんにかかりやすい人に共通のＳＮＰｓを特定すること
ができる。そして、健康診断時に、遺伝子を調査しその
ＳＮＰｓを持った人、すなわち現在は正常でも将来乳が
んにかかりやすい体質の人を見つけることが可能にな
る。

【０００６】この診断によって、乳がんにかかりやすい
体質の人は、頻繁に検査をすることで万一癌に罹患して
も、超早期に治療が行え生存の可能性が向上する。それ
と同様のことが、糖尿病や高血圧などの生活習慣病につ
いても言え、世界中で多くの人が苦しんでいる病気に対
して発病の前から食事や生活指導を正確にすることが可
能になる。

【０００７】また、病気の治療に用いている薬剤に関し
てもＳＮＰｓは重要な役割を期待されている。治療の際
に用いられる薬剤は全ての人に均等に効果を示すもので
はない。一般に薬剤は、ある割合の人には効果があって
も他の人には全く効果が無く、かえって副作用等で逆の
結果を招くことがあることも広く知られている。因み
に、アメリカにおける死亡原因の中で薬剤による副作用
が上位に位置しているのは周知のことである。薬剤の効
果はその人がもつ体質に深く関与しており、その体質も
ＳＮＰｓの分類によって区別可能であると言われてい
る。すなわち、ＳＮＰｓの解析による分類で、ある薬剤
に対してあらかじめ効果や感受性が予測でき適正な処方
をすることが可能になり、患者個々人の体質に合わせた
最適な薬剤の投与や副作用の危険性の回避が期待されて
いる。このような医療のことをテーラーメイド医療また
はオーダーメイド医療と呼び、将来の実用化が確実視さ
れている。

【０００８】また癌は、正常な細胞においては重要な役
割をする遺伝子上の特定の部位に例えば紫外線や変異原
性物質の作用によって突然変異が生じることによって引
き起こされることがわかっている。ある特定の遺伝子上
の変異を読み取ることで細胞が癌化しているか否かを早
い段階から診断できるようになる。そして、犯罪捜査に
おける犯人の特定や曖昧な親子関係の確定さらには本人
であるか否かの識別にもＳＮＰｓは、威力を発揮する。
前述したように、各個人には３００万〜１０００万のＳ
ＮＰｓが存在しており、両親からそれぞれ別々のＳＮＰ
ｓを引き継ぐため、地球上に親子兄弟といえども全く同
じＳＮＰｓをもつ人間は絶対に存在しないと言われてい
る。これが個人の完全な特定を可能にする理由である。

【０００９】このように、特定の遺伝子中の１塩基に起
きた変異を観察することで医療をはじめ様々の事柄に多
大な貢献をもたらす可能性がある。しかしながら現在、
特定の遺伝子の変異を観察する方法は以下に述べるよう
な非常に複雑な操作あるいは高価な装置を必要とし、ラ
ンニングコストも非常に嵩むため、広く利用されるまで
には至っていない状況にある。

【００１０】現在最も一般的に用いられているＳＮＰｓ
を調べる方法は、ＤＮＡの塩基配列を端から直接読んで
いくシーケンシング（塩基配列の決定）と呼ばれている
方法である。遺伝子は１種類のタンパク質を形成するた
めの塩基配列情報をもったＤＮＡの単位であるから、塩
基配列を端から読んでいけばＳＮＰｓが解明することが
できる。シーケンシングを行う方法としては、いくつか
の報告があるが、最も一般的に行われているのは以下に
述べるジデオキシシーケンシング（Ｓａｎｇｅｒ法）で
ある。この方法を含めいずれの方法も、分離能の高い変
性ポリアクリルアミドゲル電気泳動かキャピラリー電気
泳動によって１塩基長の長さの違いを分離・識別できる
技術が基になって成り立っている。

【００１１】ジデオキシシーケンシング（Ｓａｎｇｅｒ
法）は、酵素的シーケンシングとも呼ばれ、１本鎖鋳型
ＤＮＡの相補的鎖を合成するためにＤＮＡポリメラーゼ
を用い、さらに人工的につくった特殊な４種類のジデオ
キシヌクレオチドを利用するのが特徴である。シーケン
シング操作としては、塩基配列を行いたい１本鎖ＤＮＡ
の３’末端を相補する合成塩基配列をプライマーとして
用い、そのプライマーからＤＮＡポリメラーゼと均等に
加えられたデオキシヌクレオチドを酵素反応によって伸
長させる操作を行うが、この時同時に４つの反応容器を
準備しておき、それぞれにＡＴＧＣ４つの塩基の３’末
端に水酸基を持たない、従ってこれ以上ＤＮＡ伸長反応
を続けることができない塩基アナログであるジデオキシ
ヌクレオチドを別々に少量混入させておく。これによ
り、伸長中のＤＮＡの末端にジデオキシヌクレオチドが
付加された時点でＤＮＡ合成がストップし、それぞれの
反応容器中に様々な長さを持った、しかし端は必ず加え
た塩基アナログである２本鎖ＤＮＡが形成される。この
反応容器にＳ１エンドヌクレアーゼを反応させ、１本鎖
ＤＮＡを全て消化し２本鎖ＤＮＡのみとする。こうして
得られた４つの反応容器のＤＮＡ鎖をゲル電気泳動また
はキャピラリー電気泳動し、分離されたＤＮＡを短い方
（速く移動したもの）から順に読めば、鋳型鎖と相補的
なＤＮＡの塩基配列がわかる。この際、泳動結果の識別
は、例えば加えるジデオキシヌクレオチドのリンまたは
イオウを放射性標識したり蛍光を発する化学物質を結合
させたりして行う。放射性標識の場合はフィルムへの露
光での検出、蛍光化学物質の場合はレーザービームを照
射し蛍光を検出する。最近では、Ａ，Ｔ，Ｇ，Ｃの４種
類の塩基アナログを、それぞれ４種類の蛍光波長の異な
る試薬により標識し、その４色の蛍光を同時に検出する
方法も開発されている。

【００１２】このように、従来は被験者から分離・精製
した遺伝子の正確な塩基配列をこのジデオキシシーケン
シング（Ｓａｎｇｅｒ法）あるいはその他の塩基配列決
定法により決定し、正常あるいは標準的な塩基配列と比
較することによってＳＮＰｓの有無や突然変異の有無の
確認、個人の識別等を行っている。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】以上説明したように、
従来からの遺伝子配列決定法を利用した、遺伝子診断や
遺伝子による個人の識別は、ターゲットとする遺伝子を
単離したのち、増幅・精製し、遺伝子の塩基配列決定用
装置を用いて、目的遺伝子の塩基配列を読むことによっ
て行っていたため、実験に膨大な作業量と非常に長い時
間、さらには多大のランニングコストを要していた。ま
た塩基配列決定のための自動化した装置は、非常に高価
で、大きなスペースを占有し、しかも高価な試薬を大量
に必要とするものであった。

【００１４】そこで、従来のこのような問題を解決する
ため本発明は、一塩基以上の遺伝子異常を短時間、且つ
簡単、正確に検出することができ、小型、軽量、安価
に、しかも非常に少ないランニングコストで、診断を自
動化することができる遺伝子診断装置を提供することを
目的とする。

【００１５】さらに、本発明は、一塩基以上の遺伝子異
常を短時間、且つ簡単、正確に判定できる遺伝子診断方
法を提供することを目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明の遺伝子診断装置は、第１容器と第２容器間を
リニアポリマーとＤＮＡ結合制御剤を含む緩衝液を充た
して連絡した密閉流路と、可変電源部を制御して第２電
極と第１電極間に印加する電圧の絶対値を増加させる制
御部と、内部を通過するＤＮＡの通過量を検出する検出
部を備え、さらに密閉流路は、緩衝液の中に、ＤＮＡ試
料に水素結合可能な塩基配列と高分子化合物とが結合
し、結合力の差からＤＮＡ試料を正常ＤＮＡと異常ＤＮ
ＡとノイズＤＮＡに分離する分離用ＤＮＡコンジュゲー
トと、ＤＮＡ試料とを備え、電圧の絶対値を増加させる
ことにより密閉流路内のＤＮＡ試料が電気泳動され、検
出部が正常ＤＮＡと異常ＤＮＡの通過量をそれぞれ測定
することを特徴とする。

【００１７】これにより、一塩基以上の遺伝子異常を短
時間、且つ簡単、正確に検出することができ、小型、軽
量、安価に、しかも非常に少ないランニングコストで、
診断を自動化することができる。

【００１８】また、本発明の遺伝子診断方法は、第１容
器に緩衝液を収容して第１電極を浸漬するとともに第２
容器にも緩衝液を収容して第２電極を浸漬し、第１容器
と第２容器間をリニアポリマーとＤＮＡ結合制御剤を含
む緩衝液を充たして密閉流路で連絡し、次いで、該密閉
流路内の緩衝液の中に、ＤＮＡ試料に水素結合可能な第
１の塩基配列と高分子化合物とが結合し、結合力の差か
らＤＮＡ試料を正常ＤＮＡと異常ＤＮＡとノイズＤＮＡ
に分離する分離用ＤＮＡコンジュゲートを充填し、続い
て、ＤＮＡ試料を加え、その後、第２電極と第１電極間
の電圧の絶対値を増加させて、密閉流路内の緩衝液を電
気泳動させ、正常ＤＮＡと異常ＤＮＡとノイズＤＮＡを
分離し、正常ＤＮＡと異常ＤＮＡの比率もしくは異常Ｄ
ＮＡを検出することを特徴とする。

【００１９】これにより、一塩基以上の遺伝子異常を短
時間、且つ簡単、正確に判定することができる。

【００２０】

【発明の実施の形態】請求項１に記載された発明は、緩
衝液を収容し第１電極が浸漬された第１容器と、緩衝液
を収容し第２電極が浸漬された第２容器と、第１容器と
第２容器間をリニアポリマーとＤＮＡ結合制御剤を含む
緩衝液を充たして連絡した密閉流路と、第２電極に正電
位を印加するとともに第１電極に負電位を印加する可変
電源部と、可変電源部を制御して第２電極と第１電極間
に印加する電圧の絶対値を増加させる制御部と、密閉流
路に設けられ、内部を通過するＤＮＡの通過量を検出す
る検出部を備え、さらに密閉流路は、緩衝液の中に、Ｄ
ＮＡ試料に水素結合可能な塩基配列と高分子化合物とが
結合し、結合力の差からＤＮＡ試料を正常ＤＮＡと異常
ＤＮＡとノイズＤＮＡに分離する分離用ＤＮＡコンジュ
ゲートと、ＤＮＡ試料とを備え、電圧の絶対値を増加さ
せることにより密閉流路内のＤＮＡ試料が電気泳動さ
れ、検出部が正常ＤＮＡと異常ＤＮＡの通過量をそれぞ
れ測定することを特徴とする遺伝子診断装置であるか
ら、第２電極と第１電極間に電圧を印加して電圧の絶対
値を増加させると、ＤＮＡ試料は電気泳動することがで
きるが、分離用ＤＮＡコンジュゲートは高分子化合物と
結合したものであるから、泳動速度はＤＮＡ試料と比較
すると数％にすぎず（但し、高分子化合物の種類と長さ
に依存する）、相対的には擬似固定状態にすることがで
きる。従って、ＤＮＡ試料は電気泳動によって、分離用
ＤＮＡコンジュゲート部分を通過する。その際に、分離
用ＤＮＡコンジュゲートとの水素結合力差を利用して正
常ＤＮＡと異常ＤＮＡ群の泳動速度をノイズＤＮＡに対
して低下させることができる。よって、分離用ＤＮＡコ
ンジュゲートの作用を受けないノイズＤＮＡはほぼその
ままの速度で泳動させることができる。

【００２１】なお、ＤＮＡ試料を遅延させる方法として
アフィニティＤＮＡがあるが、アフィニティＤＮＡはキ
ャピラリー管等の密閉流路の壁面に固定することが一般
的であり、その固定処理は難しく、一度使用すると通常
密閉流路を使い捨てにしなければならないが、本発明に
よれば擬似固定であるため使い捨てにする必要はなく、
分離用ＤＮＡコンジュゲートや試料の各濃度調整および
分離用ＤＮＡコンジュゲートや試料の混合比率の調整が
きわめて容易になる。

【００２２】正常ＤＮＡ及び異常ＤＮＡは移動しながら
この分離用ＤＮＡコンジュゲートの結合力の作用を受
け、この作用を受けないノイズＤＮＡは、電圧の絶対値
を増加させたとき、最も低い（絶対値が最も小さい）電
圧で一番先に且つ速い速度で泳動されて検出部で検出さ
れる。しかし、異常ＤＮＡには、分離用ＤＮＡコンジュ
ゲートとの結合力（但し、正常ＤＮＡに比べて一塩基分
弱い）が作用し、もう少し高い電圧（絶対値が大きい）
にしないとこの作用を振り切れず、ノイズＤＮＡよりも
遅れて泳動され、ノイズＤＮＡの次に検出部で検出され
る。正常ＤＮＡには最大の結合力が作用し、更に高い電
圧にしないとコンジュゲートの作用を振り切れないた
め、ノイズＤＮＡは勿論のこと、異常ＤＮＡよりも遅れ
て泳動され、最後に検出部で検出される。これにより絶
対値を増加させた電圧に比例した３つのＤＮＡの検出時
間に差を生じさせることができる。

【００２３】このように電気泳動とＤＮＡの水素結合を
利用するから数分〜十数分という短時間のうちにＤＮＡ
を分離でき、且つ電圧の絶対値を増加させるから分解能
の高い最適電圧にきわめて簡単に調整でき、正確にＤＮ
Ａの異常の有無を検出することができ、小型、軽量、低
ランニングコストの安価な装置とすることができ、診断
の自動化がきわめて容易である。

【００２４】請求項２に記載された発明は、密閉流路
が、リニアポリマーとＤＮＡ結合制御剤を含む緩衝液で
充たされ、且つ該緩衝液の中に分離用ＤＮＡコンジュゲ
ートとＤＮＡ試料とが分離状態で、リニアポリマーを挟
んでこの順序で充填された分離用密閉流路カートリッジ
であって、該分離用密閉流路カートリッジを交換可能に
装着する分離部が設けられたことを特徴とする請求項１
記載の遺伝子診断装置であるから、予めリニアポリマー
とＤＮＡ結合制御剤を含む緩衝液と、分離用ＤＮＡコン
ジュゲート、ＤＮＡ試料とを充填した分離用密閉流路カ
ートリッジを用意しておくことができ、測定毎に分離部
に分離用密閉流路カートリッジを交換して装着すればよ
く、測定を簡単に且つ容易に行うことができる。

【００２５】請求項３に記載された発明は、密閉流路が
１以上設けられたことを特徴とする請求項１または２に
記載の遺伝子診断装置であるから、密閉流路ごとに分離
用ＤＮＡコンジュゲートとＤＮＡ結合制御剤を変化させ
て、ＤＮＡ試料の正常ＤＮＡと異常ＤＮＡの分離環境を
密閉流路ごとに変化させることができる。

【００２６】請求項４に記載された発明は、ＤＮＡコン
ジュゲートがビニル化したＤＮＡであることを特徴とす
る請求項１〜３のいずれかに記載の遺伝子診断装置であ
るから、ＤＮＡ試料の正常ＤＮＡと異常ＤＮＡを明確に
分離して測定することが可能となる。

【００２７】請求項５に記載された発明は、密閉流路内
の液体を２０℃〜６０℃に調整して正常ＤＮＡと異常Ｄ
ＮＡを分離することを特徴とする請求項１〜５のいずれ
かに記載の遺伝子診断装置であるから、正常ＤＮＡと異
常ＤＮＡを温度調整により分離用ＤＮＡコンジュゲート
に結合したり離脱させたりすることが可能であり、結合
力を温度で調整でき、分離後それぞれを検出部で測定す
ることが可能となる。

【００２８】請求項６に記載された発明は、密閉流路が
内径５０〜１００μｍのフューズドシリカ製キャピラリ
ー管であることを特徴とする請求項１〜５に記載の遺伝
子診断装置であるから、紫外線を９０％以上透過でき、
紫外線の通過量を検出することで異常ＤＮＡの検出が容
易にできる。

【００２９】請求項７に記載された発明は、密閉流路が
溝のある板と紫外線が９０％以上透過する板との組み合
わせであることを特徴とする請求項１〜６に記載の遺伝
子診断装置であるから、紫外線を９０％以上透過でき、
紫外線の通過量を検出することで異常ＤＮＡの検出が容
易にできる。

【００３０】請求項８に記載された発明は、第１容器に
緩衝液を収容して第１電極を浸漬するとともに第２容器
にも緩衝液を収容して第２電極を浸漬し、第１容器と第
２容器間をリニアポリマーとＤＮＡ結合制御剤を含む緩
衝液を充たして密閉流路で連絡し、次いで、該密閉流路
内の緩衝液の中に、ＤＮＡ試料に水素結合可能な第１の
塩基配列と高分子化合物とが結合し、結合力の差からＤ
ＮＡ試料を正常ＤＮＡと異常ＤＮＡとノイズＤＮＡに分
離する分離用ＤＮＡコンジュゲートを充填し、続いて、
ＤＮＡ試料を加え、その後、第２電極に正電位を印加す
るとともに第１電極に負電位を印加し、該第２電極と第
１電極間の電圧の絶対値を増加させて、密閉流路内の緩
衝液を電気泳動させ、正常ＤＮＡと異常ＤＮＡとノイズ
ＤＮＡを分離し、正常ＤＮＡと異常ＤＮＡの比率もしく
は異常ＤＮＡを検出することを特徴とする遺伝子診断方
法であるから、第２電極と第１電極間に電圧を印加して
電圧の絶対値を増加させると、ＤＮＡ試料は電気泳動す
ることができるが、分離用ＤＮＡコンジュゲートは高分
子化合物と結合したものであるから、泳動速度はＤＮＡ
試料と比較すると数％にすぎず（但し、高分子化合物の
種類と長さに依存する）、相対的には擬似固定状態にす
ることができる。従って、ＤＮＡ試料は電気泳動によっ
て、分離用ＤＮＡコンジュゲート部分を通過する。その
際に、分離用ＤＮＡコンジュゲートとの水素結合力差を
利用して正常ＤＮＡと異常ＤＮＡ群の泳動速度をノイズ
ＤＮＡに対して低下させることができる。よって、分離
用ＤＮＡコンジュゲートの作用を受けないノイズＤＮＡ
はほぼそのままの速度で泳動させることができる。

【００３１】なお、ＤＮＡ試料を遅延させる方法として
アフィニティＤＮＡがあるが、アフィニティＤＮＡはキ
ャピラリー管等の密閉流路の壁面に固定することが一般
的であり、その固定処理は難しく、一度使用すると通常
密閉流路を使い捨てにしなければならないが、本発明に
よれば擬似固定であるため使い捨てにする必要はなく、
分離用ＤＮＡコンジュゲートや試料の各濃度調整および
分離用ＤＮＡコンジュゲートや試料の混合比率の調整が
きわめて容易になる。

【００３２】正常ＤＮＡ及び異常ＤＮＡは移動しながら
この分離用ＤＮＡコンジュゲートの結合力の作用を受
け、この作用を受けないノイズＤＮＡは、電圧の絶対値
を増加させたとき、最も低い（絶対値が最も小さい）電
圧で一番先に且つ速い速度で泳動されて検出部で検出さ
れる。しかし、異常ＤＮＡには、分離用ＤＮＡコンジュ
ゲートとの結合力（但し、正常ＤＮＡに比べて一塩基分
弱い）が作用し、もう少し高い（絶対値が大きい）電圧
にしないとこの作用を振り切れず、ノイズＤＮＡよりも
遅れて泳動され、ノイズＤＮＡの次に検出部で検出され
る。正常ＤＮＡには最大の結合力が作用し、更に高い電
圧にしないとコンジュゲートの作用を振り切れないた
め、ノイズＤＮＡは勿論のこと、異常ＤＮＡよりも遅れ
て泳動され、最後に検出部で検出される。これにより絶
対値を増加させた電圧に比例した３つのＤＮＡの検出時
間に差を生じさせることができる。

【００３３】このように電気泳動とＤＮＡの水素結合を
利用するから数分〜十数分という短時間のうちにＤＮＡ
を分離でき、且つ電圧の絶対値を増加させるから分解能
の高い最適電圧にきわめて簡単に調整でき、正確にＤＮ
Ａの異常の有無を検出することができる。

【００３４】（実施の形態１）図１は本発明の実施の形
態１における遺伝子診断装置の外観図、図２は本発明の
実施の形態１における遺伝子診断装置の上蓋開放外観
図、図３は本発明の実施の形態１における遺伝子診断装
置の電気泳動部を含む装置構成図、図４は本発明の実施
の形態１における遺伝子診断装置の制御回路要部図、図
５は本発明の実施の形態１における遺伝子診断装置の密
閉流路内の分離用ＤＮＡコンジュゲートとＤＮＡ試料と
の導入状態図である。

【００３５】図１において、１は遺伝子診断装置の電源
スイッチ、２は装置の種々の操作を行うための操作ボタ
ン、３は表示パネル、４は上蓋、５は装置の筐体であ
る。図２、図３、図４において、６は電気泳動を行うた
めの電気泳動部、７は電気泳動部６を支える支持台、８
は電気泳動を行うための制御や後述する吸引ポンプ２
０、検出部１５の制御を行い、検出したデータを演算す
る基板からなる制御演算部である。９は電源ボックス、
９ａは電源ボックス９内に設けられた可変電源部であ
る。本遺伝子診断装置ではＤＮＡの種類や濃度、処理条
件ごとに異なった最適印加電圧値が存在するため、後述
のＤＮＡ試料２３から異常ＤＮＡと正常ＤＮＡを分離す
るのに最も適した泳動が行えるように、制御演算部８が
可変電源部９ａを制御して印加電圧の絶対値を増加さ
せ、最も高分解能の分離が行える電圧に調整する。１０
はＤＮＡの２重螺旋（以下、２本鎖）を引き離すための
高温部、１１は高温部１０と後記する分離部１２の温度
を独立にするための断熱部、１２は正常ＤＮＡと異常Ｄ
ＮＡとノイズＤＮＡとを分離するための所定温度に調整
するとともに、この部分でＤＮＡを３つのＤＮＡに分離
する分離部、１３は高温部１０の温度を調整する第１温
調器、１４は分離部１２の温度を調整する第２温調器で
ある。

【００３６】この分離部１２内の構成の詳細については
後述するが、測定開始時には、図５に示すように分離用
ＤＮＡコンジュゲート２１が分離部１２の位置から断熱
部１１付近、ＤＮＡ試料２３が高温部１０付近になるよ
うに配置する。そして、このように設定された配置と電
圧制御、濃度調整、温度制御等を行うことにより、電気
泳動させながら本遺伝子診断装置はＤＮＡ試料２３を正
常ＤＮＡと異常ＤＮＡとノイズＤＮＡに数分〜十数分で
分離するものである。

【００３７】このうちＤＮＡ試料２３は、本実施の形態
１においては２本鎖を備えたまま高温部１０に充填、配
置され、第１温調器１３を用いて（９０℃以上の所定温
度±５℃）の温度になるように加熱、制御される。この
加熱により導入されたＤＮＡの２本鎖が１本鎖に自動的
に分離される。続いて、分離部１２から断熱部１１にか
けては分離用ＤＮＡコンジュゲート２１が泳動作用を受
けながら水素結合の結合力の差によってＤＮＡ試料２３
を正常ＤＮＡと異常ＤＮＡとノイズＤＮＡを分離できる
ように、高温部１０の温度より少なくとも１０℃低温、
すなわち１５℃〜８０℃、望ましくは２０℃〜６０℃の
温度範囲の所定温度に保つように制御される。正常ＤＮ
Ａと異常ＤＮＡとを分離するためにはＤＮＡの分離に適
したこの所定の温度から±１℃の範囲で制御するのがよ
い。断熱部１１は、本来、分離部１２と高温部１０の間
を熱的に遮断して温度調整するために設けられるもので
あるが、温度的には高温部１０の９０°以上の温度と分
離部１２の２０℃〜６０℃の温度との中間温度に置か
れ、この温度下での水素結合の結合力差により分離用Ｄ
ＮＡコンジュゲート２１が泳動作用を受けながら正常Ｄ
ＮＡと異常ＤＮＡをノイズＤＮＡから分離する。

【００３８】１５は電気泳動するＤＮＡ試料の通過量を
測定する検出部である。図４に基づいて検出部１５につ
いて説明すると、１５ａは紫外線を照射するＤ₂ラン
プ、１５ｂは紫外線を受光するフォトダイオード、１５
ｃはフォトダイオード１５ｂが検出した微弱電流を増幅
するプリアンプ、１５ｄはデジタル量に変換するＡ／Ｄ
コンバータである。これらの詳細は後述する。１６は電
気泳動のときに正電位を印加する電極（本発明の第２電
極）、１７は電気泳動のときに負電位を印加する電極
（本発明の第１電極）であり、制御演算部８が可変電源
部９ａを制御し、電極１６と電極１７との間の電圧の絶
対値を増加させ、電気泳動の強さを変化させることがで
きる。図３、図４、図５において、１８は電気泳動のと
きの電荷の運搬とＤＮＡ試料のｐＨを安定させるための
緩衝液、１８ａは緩衝液１８を収容する陰極側の容器
（本発明の第１容器）、１８ｂは緩衝液１８を収容する
陽極側の容器（本発明の第２容器）、１８ｄはＤＮＡ結
合制御剤とリニアポリマーを緩衝液１８に添加したリニ
アポリマーゲルであり、電気泳動時にＤＮＡ試料２３が
早い速度で泳動しないように泳動を邪魔する働きを持つ
ものである。この働きにより、ＤＮＡ試料２３は分離用
ＤＮＡコンジュゲート２１とキャピラリー管１９内で充
分遭遇する機会を持つことが可能となる。なお、１９は
電気泳動のときにＤＮＡ試料２３を泳動するためのキャ
ピラリー管（本発明の密閉流路）、２０はキャピラリー
管１９の中に緩衝液１８やＤＮＡ試料２３、リニアポリ
マーゲル１８ｄなどの試薬を注入するための吸引ポンプ
である。容器１８ａの緩衝液１８の中には電極１７が浸
漬され、容器１８ｂの緩衝液１８の中に電極１６が浸漬
される。容器１８ａと容器１８ｂ内の緩衝液１８は、キ
ャピラリー管１９内の緩衝液１８によって連通される。
従って、分離用ＤＮＡコンジュゲート２１にも緩衝液１
８が液のベースとして混入しており、キャピラリー管１
９中全ての部分で同じ濃度の緩衝液１８が存在してい
る。電極１６と電極１７間に電圧を印加すると、キャピ
ラリー管１９内に電気泳動が誘発され、分離用ＤＮＡコ
ンジュゲート２１とＤＮＡ試料２３は負に帯電している
ため、容器１８ａ側から容器１８ｂ側へ分離用ＤＮＡコ
ンジュゲート２１とＤＮＡ試料２３が移動するが、分離
用ＤＮＡコンジュゲート２１には分子量が大きい高分子
がついているため、電気泳動によってＤＮＡ試料２３の
移動量と比較するとほとんど移動はしない。

【００３９】次に、本発明の遺伝子診断装置で測定を行
うために必要な詳細について説明する。本遺伝子診断装
置で測定するＤＮＡ試料２３は、人の細胞や血液等から
入手したＤＮＡである。約３０億塩基対あるといわれる
ヒト・ゲノムＤＮＡからＰＣＲ（ポリメラーゼ連鎖反
応）などの方法を利用して目的の部分を目的の長さに切
り出して測定用に数を増加させる作業が必要である。た
だ、このＰＣＲに関しては本遺伝子診断装置の説明に必
要がないため具体的な説明を省略する。

【００４０】ＰＣＲなどで取り出した目的のＤＮＡは塩
基数でいうと６個程度〜１０００個程度であるが、約３
０億塩基対あるといわれるヒト・ゲノムＤＮＡの中に、
同じＤＮＡ配列が存在しないと確率的に考えられる個数
としては、５０個程度であればよい。しかし、これは総
数が５０個程度あればよいということであるから、数回
に分けてＤＮＡを切り取る場合は６個〜１２個ずつに分
けるのでもよい。そして、本発明者らの実験によると、
本遺伝子診断装置で正常ＤＮＡと１塩基違いの異常ＤＮ
Ａを分離する場合、塩基の個数は６個〜１２個が最も効
率よく分離できるという結果を得ている。ただ、この異
常ＤＮＡの分離はＤＮＡ試料２３の濃度（μＭ、但し、
Ｍ＝モル／リットル）、分離用ＤＮＡコンジュゲート２
１のＤＮＡの濃度（モル％）、測定温度、その他と密接
な関係があるため、適正な条件にしないと分離が起こら
ないから、このような条件を設定することができるか否
かに留意する必要がある。例えば、ＤＮＡ試料２３の濃
度は１〜１０（μＭ）が適当であり、分離用ＤＮＡコン
ジュゲート２１に含まれるＤＮＡが、基本となるリニア
ポリマーのモルに対して０．０００２〜０．０５（モル
％）程度が適当であるが、分離用ＤＮＡコンジュゲート
２１のＤＮＡ総量は、ＤＮＡ試料２３の濃度の２０〜６
００倍とするのが望ましい。以上説明したように本遺伝
子診断装置のＤＮＡ試料は上述のＰＣＲなどにより前処
理によって得られる６個程度〜１０００個程度の塩基配
列を持つＤＮＡ試料が必要であり、適正な条件設定が必
要である。

【００４１】次に、図３、図４、図５のキャピラリー管
１９について説明すると、キャピラリー管１９にゲルを
入れて電気泳動を行うと、電気浸透流と呼ばれる液の流
れが発生してしまうため、本遺伝子診断装置ではこの現
象が起きないようにする必要がある。このためキャピラ
リー管１９の内壁をアクリルアミドなどでコーティング
するのがよい。電気浸透流の発生が阻止できるならコー
ティング方法は他の方法でもよい。例えば、一般に販売
されているコーティングキャピラリー管を使用するので
もよい。なお、キャピラリー管１９としては内径５０〜
１００μｍのフューズドシリカ製キャピラリー管が、紫
外線を９０％以上透過でき、且つ後述するように紫外線
を利用してＤＮＡを検出するとき、紫外線の通過量を容
易に検出できるから最も適当である。そして、溝のある
板と、紫外線が９０％以上透過する板との組み合わせで
キャピラリー管１９に相当する密閉流路を構成するので
も、紫外線を９０％以上透過でき、紫外線の通過量を検
出することで異常ＤＮＡの検出を容易に行うことができ
る。なお、溝のある板を紫外線が透過可能な板にした場
合は透過光を検出し、溝のある板を紫外線が不透過の板
にした場合は、異常ＤＮＡを反射光で検出する。反射光
を検出する場合には溝形状を均一な反射面とするため矩
形断面にする等の工夫が必要である。

【００４２】容器１８ａ，１８ｂの中やキャピラリー管
１９に収容する緩衝液１８は、Ｔｒｉｓ−Ｂｏｒａｔｅ
（ｐＨ７．２〜ｐＨ８程度）緩衝液等を利用するのが適
当である。このうちキャピラリー管１９に収容する緩衝
液１８に必要に応じて混入されるＤＮＡ結合制御剤とし
ては、分離用ＤＮＡコンジュゲート２１に対するＤＮＡ
の結合を促進する塩化マグネシウム等の結合促進剤と、
離脱を促す尿素等の離脱剤の２種類が存在する。この２
種類のＤＮＡ結合制御剤は、２種類の混合割合や、物質
（例えば、結合促進剤として他の電解質）を選ぶこと
で、ＤＮＡに対する多様な泳動速度の制御が可能になる
ものである。リニアポリマーゲル１８ｄに含まれるリニ
アポリマーとしては、ポリアクリルアミドを用いること
ができ、これは分離用ＤＮＡコンジュゲート２１のコン
ジュゲート作成にも利用されるため、相性がよく適当で
ある。

【００４３】次に、キャピラリー管１９への充填順序で
あるが、図５に示すように先ずキャピラリー管１９内に
リニアポリマーとＤＮＡ結合制御剤と緩衝液１８を含ん
だリニアポリマーゲル１８ｄを導入し、続いて以下詳述
する分離用ＤＮＡコンジュゲート２１を加える。分離用
ＤＮＡコンジュゲート２１導入後にリニアポリマーゲル
１８ｄを導入してもよい。図５の場合導入後に分離状態
で導入している。その後、緩衝液１８もしくは純水で希
釈したＤＮＡ試料２３を導入して電気泳動する。ＤＮＡ
試料２３導入後にリニアポリマーゲル１８ｄを導入して
もよく、図５の場合導入後に分離状態で導入している。

【００４４】本実施の形態１では、分離用ＤＮＡコンジ
ュゲート２１を作成するのにアクリルアミドとＤＮＡを
重合させているため、ＤＮＡとの重量差、構造差は大き
く、分離用ＤＮＡコンジュゲート２１の泳動速度（０．
６ｃｍ／分〜０．７ｃｍ／分）は、ＤＮＡの最適の泳動
速度（１３ｃｍ／分〜２０ｃｍ／分）の１／２０〜１／
３０程度であって、非常に動きが鈍く相対的に擬似的に
固定されているといってもよいような状態が実現され
る。従って、測定開始時、充填物を収容したキャピラリ
ー管１９を高温部１０、断熱部１１、分離部１２の間で
位置を調整しながら、分離用ＤＮＡコンジュゲート２１
を分離部１２から断熱部１１付近に配置し、高温部１０
には後述のＤＮＡ試料２３を配置する。このようにする
ことにより、高温部１０でＤＮＡ試料２３の２本鎖を１
本鎖に分離できる。そして断熱部１１から分離部１２に
かけて分離用ＤＮＡコンジュゲート２１を充填したので
速度差で正常ＤＮＡと異常ＤＮＡを分離し、ノイズＤＮ
Ａも分離することができる。

【００４５】なお、遺伝子診断装置のキャピラリー管１
９にＤＮＡ試料や分離用ＤＮＡコンジュゲート、リニア
ポリマーの各溶液を交換的に導入する機構、例えば図３
に示した吸引ポンプ２０のほかに、各ＤＮＡ試料や分離
用ＤＮＡコンジュゲート、リニアポリマーの各溶液をそ
れぞれ保管する容器と、その容器を自動的に交換し、そ
れをキャピラリー管１９に接続する機構を装備するのが
望ましい。

【００４６】さらに、キャピラリー管１９を１本または
複数本単位でユニット化し、これを交換用の分離用密閉
流路カートリッジとして、分離部１２と高温部１０、断
熱部１１に装着可能にし、分離部１２内の第２温調器１
４、あるいは高温部１０内の第１温調器１３で温度制御
するようにするのも適当である。キャピラリー管１９内
に、予めリニアポリマーゲル１８ｄとＤＮＡ結合制御剤
を含む緩衝液１８を充填し、分離用ＤＮＡコンジュゲー
ト２１とＤＮＡ試料２３を分離状態で充填して分離用密
閉流路カートリッジとして用意しておくことが可能にな
る。このように構成することで、測定を行うたびに分離
用密閉流路カートリッジごと交換するため、分離用密閉
流路カートリッジごとに分離用ＤＮＡコンジュゲート２
１、ＤＮＡ試料２３の配置を予め設定できるから、測定
が簡単に行え、且つ正確な測定が行える。なお、この分
離用密閉流路カートリッジでは、分離用ＤＮＡコンジュ
ゲート２１とＤＮＡ試料２３を分離状態にするため、そ
の間にリニアポリマーゲル１８ｄを挟んで充填してい
る。それぞれの中にリニアポリマーゲル１８ｄを混合さ
せて充填するのでもよい。

【００４７】続いて、分離用ＤＮＡコンジュゲート２１
について説明する。図６は本発明の実施の形態１におけ
る遺伝子診断装置の密閉流路内の分離用ＤＮＡコンジュ
ゲートとＤＮＡ試料との関係概念図である。図６におい
て、２１は分離用ＤＮＡコンジュゲートである。ＤＮＡ
は二本鎖を形成するものとこれを分離した一本鎖のもの
と存在するが、ＤＮＡのもつＡ，Ｔ，Ｃ，Ｇ４つの塩基
は互いにＡとＴ、ＧとＣがそれぞれ水素結合し易い性質
をもち、ＤＮＡの二本鎖においてはＡＴ，ＧＣで対をな
している。従って、一本鎖のＤＮＡがＡＴＣＧＣＧＴＣ
ＴＡＧＣ（配列番号１に記載）と配列されている場合、
残りの鎖のＤＮＡは、ＴＡＧＣＧＣＡＧＡＴＣＧ（配列
番号２に記載）という塩基配列をもっている。この関係
は相補的関係と呼ばれるもので、この相補関係を充たす
限り、ＡとＴ、ＧとＣがそれぞれ水素結合により結合
し、二本鎖を形成する。本発明ではこの関係を利用する
ために、図６に示すように分離用ＤＮＡコンジュゲート
２１のＤＮＡ部分にはＤＮＡ試料の正常ＤＮＡに相補的
な塩基配列を持たせている。従って、ＤＮＡ試料の正常
ＤＮＡの塩基配列がＡＴＣＧＣＧＴＣＴＡＧＣ（配列番
号１に記載）を含み、異常ＤＮＡがＡＴＣＡ^*ＣＧＴＣ
ＴＡＧＣ（配列番号３に記載）で、＊で示した部分で正
常ＤＮＡと異常ＤＮＡの塩基が異なっている場合、分離
用ＤＮＡコンジュゲート２１のＤＮＡ部分の配列（本発
明の第１の塩基配列）をＴＡＧＣＧＣＡＧＡＴＣＧ（配
列番号２に記載）とすると、異常ＤＮＡはＡ^*において
分離用ＤＮＡコンジュゲート２１と相補的ではなくなる
ため水素結合せず、水素結合全体の結合力はＤＮＡ試料
の正常ＤＮＡの方が異常ＤＮＡより１塩基分の結合力分
だけ大きくなる。その結果、後で説明する電気泳動時に
正常ＤＮＡの方が異常ＤＮＡより強い結合力で長い時間
分離用ＤＮＡコンジュゲート２１と結合するため、正常
ＤＮＡは異常ＤＮＡより相対的に遅延するようになる。
というのは、電気泳動時結合力だけでなく電気泳動によ
る引離力も作用するから、多数のＤＮＡが断続的に結合
と離脱を繰り返すような結合状態となるからである。そ
して、この泳動速度を平均的にみると、長い時間結合す
る正常ＤＮＡの方が異常ＤＮＡより泳動速度が低下する
ことになる。ＤＮＡ試料の中には、２本鎖のＤＮＡのう
ち測定対象ではない分離した残りの１本鎖ＤＮＡのよう
に正常ＤＮＡと異常ＤＮＡ以外のＤＮＡも含まれてお
り、このＤＮＡが後で説明する電気泳動時にノイズとし
て作用するが、このノイズＤＮＡは分離用ＤＮＡコンジ
ュゲート２１のＤＮＡとはほとんど無反応で結合しない
から、最も速い泳動速度をもち分離されることになる。
なお、分離用ＤＮＡコンジュゲート２１のＤＮＡ総量
は、ＤＮＡ試料の濃度の２０〜６００倍とするのが適当
である。

【００４８】次に、このような分離用ＤＮＡコンジュゲ
ート２１の作成・合成方法について説明する。ビニル化
ＤＮＡを合成するために、ＰＣＲによって、分離用ＤＮ
Ａコンジュゲート２１用のＤＮＡを切り出す。上述の例
では、ＴＡＧＣＧＣＡＧＡＴＣＧ（配列番号２に記載）
が分離用ＤＮＡコンジュゲート２１のＤＮＡである。次
に、目的の塩基配列を有するＤＮＡの５’末端をアミノ
化（通常は、ヘキシル基を介してアミノ化）する。この
ようにして得られたアミノ化ＤＮＡを２．６ｍＭになる
ように滅菌した超純水を加えて希釈する。次いで、ＭＯ
ＳＵ（メタクリロイドオキシスクシンイミド）を７１．
３８８ｍＭになるようにＤＭＳＯ（ディメチルスルオキ
シド）で希釈する。そして、このようにして得たアミノ
化ＤＮＡとＭＯＳＵを１：５０の比率になるように加え
て調整する。さらに、この調整溶液に対して、ｐＨ調整
用としてｐＨ９になるように炭酸水素ナトリウムと水酸
化ナトリウムで調整した溶液を、アミノ化ＤＮＡの量と
等量加える。

【００４９】そして、得られた溶液を一晩振とうする。
その後、ＨＰＬＣ（Ｈｉｇｈ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ
Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ：高速
液体クロマトグラフィー）を使用して、振とうした溶液
中のビニル化ＤＮＡを、アミノ化ＤＮＡ，ＭＯＳＵ，そ
の他と分離する。ビニル化ＤＮＡは溶離液（ＴＥＡＡ；
トリエチルアミン−酢酸とアセトニトリルの混合溶液）
を含んでいるため、さらに真空乾燥機能を持った遠心エ
バポレーターで減圧濃縮する。

【００５０】次いで、重合溶液である１０％のＡＡＭ
（アクリルアミド）を５３μｍｏｌ窒素置換する。さら
に、重合開始剤である１．３４％のＴＥＭＤ（Ｎ，Ｎ，
Ｎ’Ｎ’−テトラメチルエチレンジアミン）を超音波で
脱気した滅菌超純水で希釈する。これを重合開始剤であ
る１．３４％のＡＰＳ（過硫酸アンモニウム）を同じく
超音波で脱気した滅菌超純水で希釈する。さらに濃縮し
たビニル化ＤＮＡを滅菌した超純水で希釈する。そし
て、１００μｌの分離用ＤＮＡコンジュゲートを合成す
るために、上記のＡＡＭを３４μｌ、上記のＴＥＭＤと
ＡＰＳを各々５μｌ、ビニル化ＤＮＡがＡＡＭに対して
０．０１％モル〜０．０５％モルになるように加え、１
００μｌになるように滅菌超純水を追加して、６０分程
度放置しておくとアクリルアミド化された分離用ＤＮＡ
コンジュゲート２１が得られる。

【００５１】なお、未反応のビニル化ＤＮＡを除去する
ために、適当な大きさの孔径選択したゲルろ過を数十回
に分けて行うと、純度の高いＤＮＡコンジュゲートが得
られる。

【００５２】続いて、本実施の形態１の遺伝子診断装置
の動作について説明する。先ず遺伝子診断装置内に、Ｄ
ＮＡ試料や各溶液を導入したキャピラリー管１９をセッ
トし、図３、図４に示すように両端に容器１８ａ，１８
ｂ内の緩衝液１８を浸す。この電極１６と電極１７間に
可変電源部９ａによって電圧の絶対値が増加するように
印加する。最大電圧の大きさとして望ましくは１０〜２
０キロボルトが好ましいが、電解質や電極の状態により
１００ボルト〜３０キロボルトでもよい。例えば、低電
解質濃度の場合や、電極面積が大きな場合には電圧を低
電圧にする。そして、最初から電圧の絶対値を増加させ
るのではなく、まず準備用の３０キロボルト以上の高電
圧を印加し、ノイズＤＮＡをいち早く分離すれば、測定
を迅速に行うことができる。そして、その後徐々に電圧
の絶対値を増加させて、高電圧を印加して行く。また、
徐々に電圧の絶対値を増加させる場合、規則的或いは不
規則に増加させても良いが、特に好ましい方法は、電圧
を掃引して印加することである。掃引とは、電圧を単位
時間あたり一定値で変化させる事であり、例えば、０ボ
ルトから１キロボルト／秒で掃引を開始すれば、１０秒
後には１０キロボルト印加することになる。

【００５３】ここで、印加電圧を掃引する理由を説明す
ると、分離用ＤＮＡコンジュゲート２１に対するＤＮＡ
試料２３の結合力と、電気泳動力による引離力との差
が、ＤＮＡの泳動速度や移動差に大きな影響を与えるた
め、正常ＤＮＡと異常ＤＮＡとノイズＤＮＡの分離が最
も効果的に行われる電圧を調整するため掃引するもので
ある。掃引により最も泳動速度に差が生じる電圧が分か
ったら、この電圧を保てばよい。印加電圧を掃引するこ
とで、分解能の高い最適電圧にきわめて簡単に調整でき
ると言う効果が得られる。

【００５４】というのは、ノイズＤＮＡは、掃引電圧が
低い段階で一番先に泳動されて検出部で検出されるが、
異常ＤＮＡは分離用ＤＮＡコンジュゲート２１に対して
一塩基分弱い結合力を有するため少し高電圧にならない
と、これを振り切って離脱できない。さらに、正常ＤＮ
Ａはもっと電圧を高くしないと離脱できない。この付近
の電圧を印加しておけば、ノイズＤＮＡと異常ＤＮＡと
正常ＤＮＡは明確に分離される。但し、これより掃印電
圧を上げると、正常ＤＮＡと異常ＤＮＡの分解能が低下
するため、正常ＤＮＡが泳動を開始する電圧付近に電圧
を保つのが最適となる。

【００５５】そして、当初３０キロボルト程度以上の準
備電圧を短時間印加した後、掃引開始電圧を簡単に通常
０ボルトから開始するのでよいが、分離用ＤＮＡコンジ
ュゲート２１とＤＮＡ試料の結合条件によっては、３０
キロボルト以上を印加した後、５キロボルト〜７キロボ
ルトから掃引を開始してもよい。なお、キャピラリー管
１９内のＤＮＡは陽極側に進むため、可変電源部９ａは
電極１６を正電位、電極１７を負電位になるように印加
する必要がある。

【００５６】電圧が掃引されるとＤＮＡ試料２３は泳動
され、分離用ＤＮＡコンジュゲート２１は正常ＤＮＡと
異常ＤＮＡとの結合力に一塩基分の差があり、泳動され
ていくとき両者間に移動速度差が生じ、ノイズＤＮＡと
の間で大きな移動差を生じる。なお、掃引に当たって
は、あまりにゆっくりとした掃引は泳動時間を長くしす
ぎることになり、キャピラリー管１９内で緩衝液１８が
乾燥するので避けなければならない。

【００５７】次に、分離が行われる高温部１０と分離部
１２、断熱部１１の説明を行う。上述したように、高温
部１０でＤＮＡの２本鎖を離すために９０℃以上の（所
定温度±５℃）になるように第１温調器１３を用いて制
御する。また、分離部１２では、ＤＮＡ試料の状態によ
っても異なるが、分離用ＤＮＡコンジュゲート２１とＤ
ＮＡ試料の結合力の差に基づいて正常ＤＮＡや異常ＤＮ
Ａ、ノイズＤＮＡを分離できるように、高温部１０の温
度より１０℃程度低温、すなわち１５℃〜８０℃、望ま
しくは２０℃〜６０℃の温度範囲の所定温度に保たなけ
ればならない。実施の形態１の遺伝子診断装置では、キ
ャピラリー管１９を覆っている分離部１２の下部に、シ
リコンラバーヒーターやニクロム線等と熱電対やサーマ
ル等の温度センサーを配置し、第２温調器１４で所定の
温度±１℃以下になるように管理する。ただ、環境温度
によっては室温が目的の所定温度を超える場合もあり、
シリコンラバーヒーターやニクロム線等に代えて、ペル
チェ素子等の暖・冷可能な部品を使うのがよい。また、
断熱部１１はガラスウールや発砲剤、雲母、多孔質セラ
ミックス等の断熱材もしくは、中身を真空にしたものを
使用するのでもよい。断熱部１１付近では高温部１０と
分離部１２の中間温度となるから、これを利用して分離
用ＤＮＡコンジュゲート２１で正常ＤＮＡと異常ＤＮＡ
とをノイズＤＮＡから分離することができる。

【００５８】続いて、分離用ＤＮＡコンジュゲート２１
の作用で泳動速度に差を生じ、移動差が生じた正常ＤＮ
Ａと異常ＤＮＡ、ノイズＤＮＡを、どのようにして検出
するか説明する。図７は、泳動開始からの経過時間を横
軸にして吸光度を縦軸にしたときの経過時間と吸光度の
関係図である。検出は紫外線の照射が正常ＤＮＡと異常
ＤＮＡ、ノイズＤＮＡによって遮光されたときの吸光度
を測定することで行う。実施の形態１においては、図５
に示すようにキャピラリー管１９の一部でガラス部を露
出させ、Ｄ₂ランプ１５ａから波長２６０ｎｍの紫外線
を照射し、このとき得られる紫外線照射光をフォトダイ
オード１５ｂで検出し、吸光度を測定している。制御演
算部８によって可変電源部９ａを制御してＤ₂ランプ１
５ａを発光させ、フォトダイオード１５ｂで検出した電
流はプリアンプ１５ｃで増幅し、Ａ／Ｄコンバータ１５
ｄでデジタル量として吸光度に制御演算部８で換算され
る。制御演算部８はタイマ（図示しない）を内蔵し、泳
動開始時間からの経過時間を測定することができる。図
７において、時間的に早い方（Ｉ）が、ＤＮＡコンジュ
ゲートと結合しないノイズＤＮＡ、時間が中位の（Ｉ
Ｉ）が異常ＤＮＡ、時間が遅い（ＩＩＩ）が正常ＤＮＡ
である。

【００５９】この関係図よりピークの高さと時間とピー
クの数を読み取れば、ピークの数からＤＮＡ試料に異常
ＤＮＡが含まれていることが分かる。すなわち、ピーク
の数から異常ＤＮＡが存在するか否かが判定できる。な
お、印加する電圧やＤＮＡ濃度、ＤＮＡの長さ（塩基の
個数）によってはピークの数を異常ＤＮＡとノイズＤＮ
Ａだけにすることができるから、このときは異常ＤＮＡ
の通過量だけを測定する。また、ピークの高さを比べる
のは、同じ条件下で電気泳動されたＤＮＡ中の泳動速度
差のある２つの集合の吸光度差を示すから、異常ＤＮＡ
と正常ＤＮＡの存在比率に相当し、存在比率の判定が可
能になる。異常ＤＮＡの存在量の判定は、標準ＤＮＡ試
料の検出ピーク波形から得られた標準データを制御演算
部８に予め入力しておき、そのデータと測定したデータ
を比較して換算すればよい。

【００６０】以上説明したように、本実施の形態１の遺
伝子診断装置と遺伝子診断方法によれば、細胞や血液等
から取り出したＤＮＡの中で、特定のＤＮＡを制限酵素
などで取り出したＤＮＡ試料中に含まれる正常ＤＮＡと
異常ＤＮＡの存在比率等が分かることにより、遺伝子診
断、判定ができる。

【００６１】（実施の形態２）本発明の実施の形態２に
おける遺伝子診断装置及び遺伝子診断方法について図
１，図２，図４〜図８に基づいて説明する。図８は本発
明の実施の形態２における遺伝子診断装置の装置構成図
である。実施の形態２の遺伝子診断装置は、実施の形態
１の遺伝子診断装置をＤＮＡ試料としてＤＮＡの１本鎖
のものに対応させたものであり、基本的に実施の形態１
の遺伝子診断装置と同一であるから、特徴部分の説明を
行うにとどめ、詳細な説明は実施の形態１に譲って省略
する。

【００６２】図８に示すように、実施の形態２の遺伝子
診断装置では、分離用ＤＮＡコンジュゲート２１と１本
鎖のＤＮＡ試料２３を直接分離部１２内に導入する。す
なわち、電気泳動部６を基本的に分離部１２だけで構成
している。実施の形態１の高温部１０、断熱部１１は存
在しない。分離用密閉流路カートリッジの形式で導入す
る場合は、この順序で分離用ＤＮＡコンジュゲート２１
とＤＮＡ試料２３が充填されたキャピラリー管１９を、
測定ごとに交換して分離部１２に装着する。

【００６３】実施の形態１においては、２本鎖のＤＮＡ
試料２３が供給され、これを自動的に１本鎖にするため
に高温部１０が設けられている。しかし、実施の形態２
においてはＤＮＡ試料２３として供給されるのが１本鎖
のＤＮＡであり、２本鎖のＤＮＡを分離する必要がない
ため高温部１０と断熱部１１が不要になっている。従っ
て、測定開始時に、分離用ＤＮＡコンジュゲート２１が
分離部１２内、ＤＮＡ試料２３が分離部１２の入口付近
になるように配置さえすれば、測定を直ちに実行でき
る。そして、分離部１２の第２温調器１４は、実施の形
態１と同様に１５℃〜８０℃、望ましくは２０℃〜６０
℃の温度範囲の所定温度に保つように制御される。この
ように温度制御することで、ＤＮＡ試料２３を、分離用
ＤＮＡコンジュゲート２１によって、正常ＤＮＡと異常
ＤＮＡとノイズＤＮＡに分離することができる。

【００６４】このように、実施の形態２の遺伝子診断装
置は、高温部１０と断熱部１１が不要であるから、診断
装置の構成が簡単化でき、制御も容易で、扱い易いもの
とすることができる。

【００６５】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、以下の
ような有利な効果が得られる。

【００６６】請求項１に記載された遺伝子診断装置は、
第２電極と第１電極間に電圧の絶対値を増加させて印加
すると、ＤＮＡ試料は電気泳動することができるが、分
離用ＤＮＡコンジュゲートは高分子化合物と結合したも
のであるから、泳動速度はＤＮＡ試料と比較すると数％
にすぎず（但し、高分子化合物の種類と長さに依存す
る）、相対的には擬似固定状態にすることができる。従
って、ＤＮＡ試料は電気泳動によって、分離用ＤＮＡコ
ンジュゲート部分を通過する。その際に、分離用ＤＮＡ
コンジュゲートとの水素結合力差を利用して正常ＤＮＡ
と異常ＤＮＡ群の泳動速度をノイズＤＮＡに対して低下
させることができる。よって、分離用ＤＮＡコンジュゲ
ートの作用を受けないノイズＤＮＡはほぼそのままの速
度で泳動させることができる。

【００６７】なお、ＤＮＡ試料を遅延させる方法として
アフィニティＤＮＡがあるが、アフィニティＤＮＡはキ
ャピラリー管等の密閉流路の壁面に固定することが一般
的であり、その固定処理は難しく、一度使用すると通常
密閉流路を使い捨てにしなければならないが、本発明に
よれば擬似固定であるため使い捨てにする必要はなく、
分離用ＤＮＡコンジュゲートや試料の各濃度調整および
分離用ＤＮＡコンジュゲートや試料の混合比率の調整が
きわめて容易になる。

【００６８】正常ＤＮＡ及び異常ＤＮＡは移動しながら
この分離用ＤＮＡコンジュゲートの結合力の作用を受
け、この作用を受けないノイズＤＮＡは、電圧の絶対値
を増加させたとき、最も低い電圧で一番先に検出部で検
出されるが、異常ＤＮＡは、少し高い電圧で検出され、
正常ＤＮＡは更に高い電圧で検出される。これにより３
つのＤＮＡに、絶対値を増加させた電圧に比例した検出
時間の差を生じさせることができる。

【００６９】電気泳動とＤＮＡの水素結合を利用するか
ら数分〜十数分という短時間のうちにＤＮＡを分離で
き、且つ電圧の絶対値を増加させるから分解能の高い最
適電圧にきわめて簡単に調整でき、正確にＤＮＡの異常
の有無を検出することができ、小型、軽量、低ランニン
グコストの安価な装置とすることができ、診断の自動化
がきわめて容易である。

【００７０】これにより、癌・糖尿病・高血圧・アルツ
ハイマーなどの様々な遺伝子の変異に起因する疾患に関
して、その疾患に対する発症の危険性を予知し、発症前
の予防あるいは極めて早期の発見をすることができる。
また、各個人が持つ遺伝子の多様性を調査することで、
薬品の副作用と効果の有無をあらかじめ推測し各個人に
最も適合した医薬品を提供することが可能になる。さら
に、突然変異が起き癌化してしまった組織から採取した
遺伝子の変異を速やかに決定して利用することができ
る。個人を特定し、犯罪捜査や親子関係の特定、各個人
のセキュリティーの確保に決定的な信頼性を遺伝子診断
装置によって付与することができる。

【００７１】請求項２に記載された遺伝子診断装置は、
予めリニアポリマーとＤＮＡ結合制御剤を含む緩衝液
と、分離用ＤＮＡコンジュゲート、ＤＮＡ試料とを充填
した分離用密閉流路カートリッジを用意しておくことが
でき、測定毎に分離部に分離用密閉流路カートリッジを
交換して装着すればよく、測定を簡単に且つ容易に行う
ことができる。

【００７２】請求項３に記載された遺伝子診断装置は、
密閉流路ごとに分離用ＤＮＡコンジュゲートとＤＮＡ結
合制御剤を変化させて、ＤＮＡ試料の正常ＤＮＡと異常
ＤＮＡの分離環境を密閉流路ごとに変化させることがで
きる。

【００７３】請求項４に記載された遺伝子診断装置は、
ＤＮＡ試料の正常ＤＮＡと異常ＤＮＡを明確に分離して
測定することが可能となる。

【００７４】請求項５に記載された遺伝子診断装置は、
密閉流路内の液体を２０℃〜６０℃に調整して正常ＤＮ
Ａと異常ＤＮＡを分離するから、正常ＤＮＡと異常ＤＮ
Ａを温度調整により分離用ＤＮＡコンジュゲートに結合
したり離脱させたりすることが可能であり、結合力を温
度で調整でき、分離後それぞれを検出部で測定すること
が可能となる。

【００７５】請求項６に記載された遺伝子診断装置は、
密閉流路が内径５０〜１００μｍのフューズドシリカ製
キャピラリー管であるから、紫外線を９０％以上透過で
き、紫外線の通過量を検出することで異常ＤＮＡの検出
が容易にできる。

【００７６】請求項７に記載された遺伝子診断装置は、
密閉流路が溝のある板と紫外線が９０％以上透過する板
との組み合わせであるから、紫外線を９０％以上透過で
き、紫外線の通過量を検出することで異常ＤＮＡの検出
が容易にできる。

【００７７】請求項８に記載された遺伝子診断方法は、
第２電極と第１電極間に電圧の絶対値を増加させて印加
すると、ＤＮＡ試料は電気泳動することができるが、分
離用ＤＮＡコンジュゲートは高分子化合物と結合したも
のであるから、泳動速度はＤＮＡ試料と比較すると数％
にすぎず（但し、高分子化合物の種類と長さに依存す
る）、相対的には擬似固定状態にすることができる。従
って、ＤＮＡ試料は電気泳動によって、分離用ＤＮＡコ
ンジュゲート部分を通過する。その際に、分離用ＤＮＡ
コンジュゲートとの水素結合力差を利用して正常ＤＮＡ
と異常ＤＮＡ群の泳動速度をノイズＤＮＡに対して低下
させることができる。よって、分離用ＤＮＡコンジュゲ
ートの作用を受けないノイズＤＮＡはほぼそのままの速
度で泳動させることができる。

【００７８】なお、ＤＮＡ試料を遅延させる方法として
アフィニティＤＮＡがあるが、アフィニティＤＮＡはキ
ャピラリー管等の密閉流路の壁面に固定することが一般
的であり、その固定処理は難しく、一度使用すると通常
密閉流路を使い捨てにしなければならないが、本発明に
よれば擬似固定であるため使い捨てにする必要はなく、
分離用ＤＮＡコンジュゲートや試料の各濃度調整および
分離用ＤＮＡコンジュゲートや試料の混合比率の調整が
きわめて容易になる。

【００７９】正常ＤＮＡ及び異常ＤＮＡは移動しながら
この分離用ＤＮＡコンジュゲートの結合力の作用を受
け、この作用を受けないノイズＤＮＡは、電圧の絶対値
を増加させたとき、最も低い電圧で一番先に検出部で検
出されるが、異常ＤＮＡは、少し高い電圧で検出され、
正常ＤＮＡは更に高い電圧で検出される。これにより３
つのＤＮＡに、絶対値を増加させた電圧に比例した検出
時間の差を生じさせることができる。

【００８０】電気泳動とＤＮＡの水素結合を利用するか
ら数分〜十数分という短時間のうちにＤＮＡを分離で
き、且つ電圧の絶対値を増加させるから分解能の高い最
適電圧にきわめて簡単に調整でき、正確にＤＮＡの異常
の有無を検出することができる。この遺伝子診断方法に
よれば、遺伝子の変異に起因する疾患に関して、その疾
患に対する発症の危険性を予知し、予防と極めて早期の
発見をすることができる。また、各個人が持つ遺伝子の
多様性を調査することで、薬品の副作用と効果の有無を
あらかじめ推測し、各個人に最も適合した医薬品を提供
することが可能になる。さらに、癌化してしまった組織
から採取した遺伝子の変異を速やかに決定することがで
きる。個人を特定し、犯罪捜査や親子関係の特定、各個
人のセキュリティーの確保に決定的な信頼性を与えるこ
とができる。

【００８１】

【配列表】 SEQUENCE LISTING <110> Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. et al. <120> The apparatus and method for genetic testing <130> 2913040056 <140> <141> <150> JP P2001-051687 <151> 2001-02-27 <160> 3 <170> PatentIn Ver. 2.1 <210> 1 <211> 12 <212> DNA <213> Homo sapiens <400> 1 atcgcgtcta gc 12 <210> 2 <211> 12 <212> DNA <213> Homo sapiens <400> 2 tagcgcagat cg 12 <210> 3 <211> 12 <212> DNA <213> Homo sapiens <400> 3 atcacgtcta gc 12

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１における遺伝子診断装置
の外観図

【図２】本発明の実施の形態１における遺伝子診断装置
の上蓋開放外観図

【図３】本発明の実施の形態１における遺伝子診断装置
の電気泳動部を含む装置構成図

【図４】本発明の実施の形態１における遺伝子診断装置
の制御回路要部図

【図５】本発明の実施の形態１における遺伝子診断装置
の密閉流路内の分離用ＤＮＡコンジュゲートとＤＮＡ試
料との導入状態図

【図６】本発明の実施の形態１における遺伝子診断装置
の密閉流路内の分離用ＤＮＡコンジュゲートとＤＮＡ試
料との関係概念図

【図７】経過時間と吸光度の関係図

【図８】本発明の実施の形態２における遺伝子診断装置
の装置構成図

【符号の説明】

１ 電源スイッチ ２ 操作ボタン ３ 表示パネル ４ 上蓋 ５ 筐体 ６ 電気泳動部 ７ 支持台 ８ 制御演算部 ９ 電源ボックス ９ａ 可変電源部 １０ 高温部 １１ 断熱部 １２ 分離部 １３ 第１温調器 １４ 第２温調器 １５ 検出部 １５ａ Ｄ₂ランプ １５ｂ フォトダイオード １５ｃ プリアンプ １５ｄ Ａ／Ｄコンバータ １６，１７ 電極 １８ 緩衝液 １８ａ，１８ｂ 容器 １８ｄ リニアポリマーゲル １９ キャピラリー管 ２０ 吸引ポンプ ２１ 分離用ＤＮＡコンジュゲート ２３ ＤＮＡ試料

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ１２Ｎ 15/09 ＺＮＡ Ｇ０１Ｎ 33/483 Ｆ Ｃ１２Ｑ 1/68 33/50 Ｐ Ｇ０１Ｎ 33/483 27/26 ３１１Ｚ 33/50 Ｃ１２Ｎ 15/00 ＺＮＡＡ Ｇ０１Ｎ 27/26 ３１５Ｋ ３２５Ａ ３２５Ｅ (72)発明者 森 一芳 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 橋本 英明 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 西田 毅 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 前田 瑞夫 福岡県福岡市東区箱崎３丁目１番14号503 (72)発明者 片山 佳樹 福岡県福岡市西区横浜３丁目４番20号 Ｆターム(参考） 2G045 DA12 DA13 FB05 4B024 AA11 CA01 CA09 HA12 HA19 4B029 AA07 AA12 AA21 AA23 BB20 CC03 FA15 4B063 QA01 QA12 QA18 QA19 QQ02 QQ42 QR32 QR38 QR55 QS16 QS20 QS28 QS34 QS39 QX01

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】緩衝液を収容し第１電極が浸漬された第１
   容器と、 緩衝液を収容し第２電極が浸漬された第２容器と、 前記第１容器と前記第２容器間をリニアポリマーとＤＮ
   Ａ結合制御剤を含む緩衝液を充たして連絡した密閉流路
   と、 前記第２電極に正電位を印加するとともに前記第１電極
   に負電位を印加する可変電源部と、 前記可変電源部を制御して前記第２電極と前記第１電極
   間に印加する電圧の絶対値を増加させる制御部と、 前記密閉流路に設けられ、内部を通過するＤＮＡの通過
   量を検出する検出部を備え、 さらに前記密閉流路は、前記緩衝液の中に、 ＤＮＡ試料に水素結合可能な塩基配列と高分子化合物と
   が結合し、結合力の差から前記ＤＮＡ試料を正常ＤＮＡ
   と異常ＤＮＡとノイズＤＮＡに分離する分離用ＤＮＡコ
   ンジュゲートと、ＤＮＡ試料とを備え、 前記電圧の絶対値を増加させることにより前記密閉流路
   内のＤＮＡ試料が電気泳動され、前記検出部が正常ＤＮ
   Ａと異常ＤＮＡの通過量をそれぞれ測定することを特徴
   とする遺伝子診断装置。
2. 【請求項２】前記密閉流路が、リニアポリマーとＤＮＡ
   結合制御剤を含む緩衝液で充たされ、且つ該緩衝液の中
   に前記分離用ＤＮＡコンジュゲートとＤＮＡ試料とが分
   離状態で、リニアポリマーを挟んでこの順序で充填され
   た分離用密閉流路カートリッジであって、該分離用密閉
   流路カートリッジを交換可能に装着する分離部が設けら
   れたことを特徴とする請求項１記載の遺伝子診断装置。
3. 【請求項３】前記密閉流路が１以上設けられたことを特
   徴とする請求項１または２に記載の遺伝子診断装置。
4. 【請求項４】前記分離用ＤＮＡコンジュゲートがビニル
   化したＤＮＡであることを特徴とする請求項１〜３のい
   ずれかに記載の遺伝子診断装置。
5. 【請求項５】前記密閉流路内の液体を２０℃〜６０℃に
   調整して正常ＤＮＡと異常ＤＮＡを分離することを特徴
   とする請求項１〜４のいずれかに記載の遺伝子診断装
   置。
6. 【請求項６】前記密閉流路が内径５０〜１００μｍのフ
   ューズドシリカ製キャピラリー管であることを特徴とす
   る請求項１〜５に記載の遺伝子診断装置。
7. 【請求項７】前記密閉流路が溝のある板と紫外線が９０
   ％以上透過する板との組み合わせであることを特徴とす
   る請求項１〜６に記載の遺伝子診断装置。
8. 【請求項８】第１容器に緩衝液を収容して第１電極を浸
   漬するとともに第２容器にも緩衝液を収容して第２電極
   を浸漬し、 前記第１容器と前記第２容器間をリニアポリマーとＤＮ
   Ａ結合制御剤を含む緩衝液を充たして密閉流路で連絡
   し、 次いで、該密閉流路内の緩衝液の中に、前記ＤＮＡ試料
   に水素結合可能な第１の塩基配列と高分子化合物とが結
   合し、結合力の差から前記ＤＮＡ試料を正常ＤＮＡと異
   常ＤＮＡとノイズＤＮＡに分離する分離用ＤＮＡコンジ
   ュゲートを充填し、 続いて、ＤＮＡ試料を加え、 その後、前記第２電極に正電位を印加するとともに前記
   第１電極に負電位を印加し、該第２電極と第１電極間の
   電圧の絶対値を増加させて、前記密閉流路内の緩衝液を
   電気泳動させ、正常ＤＮＡと異常ＤＮＡとノイズＤＮＡ
   を分離し、正常ＤＮＡと異常ＤＮＡの比率もしくは異常
   ＤＮＡを検出することを特徴とする遺伝子診断方法。