JP2003215031A - 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、低
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とその遺伝子診
断方法は、定電圧の印加によりＤＮＡ試料とＤＮＡコン
ジュゲートを電気泳動させたとき、照射した光の吸光度
から流路内部を通過するＤＮＡ試料の通過量の時間変化
を検出するための検出部を備えるとともに、検出部がＤ
ＮＡ試料を透過する光のスペクトル波形を検出し、制御
演算部がＤＮＡ吸収波長を含む所定の波長領域における
該スペクトル波形の変極点の存在によって通過量の時間
変化のピークがＤＮＡとノイズ成分のいずれに対応する
かを判断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 nucle
otide 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ＤＮ
Ａ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ＤＮ
Ａ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Ｄ
ＮＡ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、定電圧の印加によりＤＮ
Ａ試料とＤＮＡコンジュゲートを電気泳動させたとき、
照射した光の吸光度から流路内部を通過するＤＮＡ試料
の通過量の時間変化を検出するための検出部を備えると
ともに、検出部がＤＮＡ試料を透過する光のスペクトル
波形を検出し、制御演算部がＤＮＡ吸収波長を含む所定
の波長領域における該スペクトル波形の変極点の存在に
よって通過量の時間変化のピークがＤＮＡとノイズ成分
のいずれに対応するかを判断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、ＤＮＡ
試料とＤＮＡコンジュゲートを電気泳動させ、ＤＮＡ試
料中のＤＮＡとＤＮＡコンジュゲートとの塩基配列の違
いによる結合力の差によって泳動速度に差を生じさせ、
正常ＤＮＡと異常ＤＮＡとノイズ成分に分離して吸光度
を測定し、該吸光度のフェログラムのピークから正常Ｄ
ＮＡと異常ＤＮＡの存在比率を診断し、吸光度を測定す
るときにスペクトル波形を検出し、２００ｎｍ〜２６０
ｎｍの波長の範囲に変極点があった場合にＤＮＡのピー
クと判断し、残りの場合をノイズ成分のピークと判断す
ることを特徴とする。

【００１９】これにより、一塩基違いの遺伝子異常でも
短時間、且つ簡単、正確に検出することができ、安価
に、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。

【００２０】

【発明の実施の形態】請求項１に記載された発明は、第
１電極を収容し導電性を有する媒体で満たされた第１容
器と、第２電極を収容し導電性を有する媒体が満たされ
た第２容器と、第１容器と第２容器の間を連絡するとと
もに導電性を有する媒体が満たされ、さらに該媒体中に
は、ＤＮＡ試料と、該ＤＮＡ試料の正常ＤＮＡと相補関
係にあるＤＮＡを高分子化合物に結合させたＤＮＡコン
ジュゲートが充填された流路と、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電源部と、
電源部を制御して第２電極と第１電極間に所定の定電圧
を印加する制御演算部と、流路に設けられ、定電圧の印
加によりＤＮＡ試料とＤＮＡコンジュゲートを電気泳動
させたとき、照射した光の吸光度から流路内部を通過す
るＤＮＡ試料の通過量の時間変化を検出するための検出
部を備えた遺伝子診断装置であって、検出部がＤＮＡ試
料を透過する光のスペクトル波形を検出し、制御演算部
がＤＮＡ吸収波長を含む所定の波長領域における該スペ
クトル波形の変極点の存在によって通過量の時間変化の
ピークがＤＮＡとノイズ成分のいずれに対応するかを判
断することを特徴とする遺伝子診断装置であり、第２電
極と第１電極間に所定の定電圧を印加し、ＤＮＡ試料と
ＤＮＡコンジュゲートを電気泳動させ、結合力の差を利
用して正常ＤＮＡと異常ＤＮＡの泳動速度をそれぞれ低
下させ、その作用を受けないノイズ成分はほぼそのまま
の速度で泳動させることができる。すなわち、正常ＤＮ
Ａ及び異常ＤＮＡは移動しながらこの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
成分は、電圧を印加したとき一番先に泳動されて検出部
で検出される。しかし、異常ＤＮＡには、ＤＮＡコンジ
ュゲートから正常ＤＮＡより若干弱い結合力が作用し、
コンジュゲートの作用をなかなか振り切れず、ノイズ成
分に遅れて次に泳動を開始する。正常ＤＮＡには最大の
結合力が作用し、更に遅れて泳動開始され、最後に検出
部で検出される。これにより３つのＤＮＡの検出時間に
差を生じさせることができる。ノイズ成分の中には、正
常ＤＮＡや異常ＤＮＡと同じ吸収波長をするものも存在
するが、そのようなノイズ成分は、ＤＮＡとは異なるス
ペクトル波形を有し、ＤＮＡの所定の波長領域における
スペクトル波形にみられる変極点が存在しないことか
ら、ノイズ成分とＤＮＡを分離し、さらに正常ＤＮＡと
異常ＤＮＡとを判別することができる。電気泳動とＤＮ
Ａの水素結合を利用するから十数分という短時間のうち
にＤＮＡを分離でき、且つ所定の定電圧を印加するだけ
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。

【００２１】請求項２に記載された発明は、ＤＮＡコン
ジュゲートが、ＤＮＡの塩基配列の違いによる結合力の
差によって正常ＤＮＡと異常ＤＮＡの泳動速度に差を生
じさせ、ＤＮＡ試料を正常ＤＮＡと異常ＤＮＡに分離す
ることを特徴とする請求項１記載の遺伝子診断装置であ
り、ＤＮＡコンジュゲートとの水素結合の結合力の差を
利用して正常ＤＮＡと異常ＤＮＡの泳動速度をそれぞれ
低下させ、その作用を受けないノイズ成分はほぼそのま
まの速度で泳動させることができる。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）、相対的にみて擬似
固定状態にすることができる。コンジュゲートの固定処
理は難しく、通常流路を使い捨てにしなければならない
が、擬似固定のためその必要はなく、各種コンジュゲー
トや試料の各濃度調整および各種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】請求項３に記載された発明は、検出部に
は、発光部と、該発光部から照射され流路を透過した光
を波長ごとに分解できる分離部と、該分離部を通過した
光を検出する受光部が設けられたことを特徴とする請求
項１または２記載の遺伝子診断装置であるから、プリズ
ムや透光フィルター等の分離部によってスペクトル波形
を得ることができ、このスペクトル波形から正常ＤＮＡ
と異常ＤＮＡを区別し、通過量をそれぞれ測定すること
ができる。なお、プリズムに対しては分解された光ごと
に受光可能な受光部が必要となる。

【００２３】請求項４に記載された発明は、分離部が２
００ｎｍ〜２６０ｎｍの波長領域で照射光を分解するこ
とを特徴とする請求項３記載の遺伝子診断装置であるか
ら、ＤＮＡのスペクトル波形には、ＤＮＡ吸収波長であ
る２６０ｎｍのピークと、変極点として２４０ｎｍ付近
の極小値が現われ、正常ＤＮＡや異常ＤＮＡと異なって
ピークや変極点をもたないノイズ成分の区別を正確に行
うことができ、測定を簡単に且つ容易に行うことができ
る。

【００２４】請求項５に記載された発明は、検出部で検
出した２６０ｎｍの波長の吸光度が２４０ｎｍの波長の
吸光度より大きく、２００ｎｍの波長の吸光度が２４０
ｎｍの吸光度より大きい場合に、ピークがＤＮＡを示す
ピークと判断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であり、２００ｎｍの波長
の吸光度と、２４０ｎｍの波長の吸光度と、２６０ｎｍ
の波長の吸光度を検出するだけで、簡易に変極点情報を
入手することができ、きわめて簡単にＤＮＡとノイズ成
分とを判別することができる。

【００２５】請求項６に記載された発明は、分離部が所
定の波長領域のみを透過する透過フィルターであること
を特徴とする請求項３〜５のいずれかに記載の遺伝子診
断装置であり、流路内から透過する光から目的とする波
長の範囲を一つの受光部で検出することができる。

【００２６】請求項７に記載された発明は、透過フィル
ターが、所定の波長領域の中で複数の異なる波長を選択
して透過させることを特徴とする請求項６記載の遺伝子
診断装置であり、流路内から透過する光から目的とする
複数の波長の吸光度を１つの受光部で検出することがで
きる。

【００２７】請求項８に記載された発明は、第２電極と
第１電極の間に所定の定電圧を印加してＤＮＡ試料とＤ
ＮＡコンジュゲートを電気泳動させ、ＤＮＡ試料中のＤ
ＮＡとＤＮＡコンジュゲートとの塩基配列の違いによる
結合力の差によって泳動速度に差を生じさせ、正常ＤＮ
Ａと異常ＤＮＡとノイズ成分に分離して吸光度を測定
し、フェログラムのピークから正常ＤＮＡと異常ＤＮＡ
の存在比率を診断する遺伝子診断方法であって、吸光度
を測定するときにスペクトル波形を検出し、２００ｎｍ
〜２６０ｎｍの波長の範囲に変極点があった場合にＤＮ
Ａのピークと判断し、残りの場合をノイズ成分のピーク
と判断することを特徴とする遺伝子診断方法であり、第
２電極と第１電極間に所定の定電圧を印加し、ＤＮＡ試
料とＤＮＡコンジュゲートを電気泳動させ、結合力の差
を利用して正常ＤＮＡと異常ＤＮＡの泳動速度をそれぞ
れ低下させ、その作用を受けないノイズ成分はほぼその
ままの速度で泳動させることができる。正常ＤＮＡ及び
異常ＤＮＡは移動しながらこの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成分
は、電圧を印加したとき一番先に泳動されて検出部で検
出される。しかし、異常ＤＮＡには、ＤＮＡコンジュゲ
ートとの一塩基分弱い結合力が作用し、コンジュゲート
の作用をなかなか振り切れず、ノイズ成分に遅れて次に
泳動を開始する。正常ＤＮＡには最大の結合力が作用
し、更に遅れて泳動開始され、最後に検出部で検出され
る。これにより３つのＤＮＡの検出時間に差を生じさせ
ることができる。ノイズ成分の中には、正常ＤＮＡや異
常ＤＮＡと同じ吸収波長をするものも存在するが、その
ようなノイズ成分は、ＤＮＡとは異なるスペクトル吸収
波形を有し、ＤＮＡのスペクトル波形にみられる変極点
が存在しないことから、ノイズ成分とＤＮＡを分離し、
さらに正常ＤＮＡと異常ＤＮＡとを判別することができ
る。電気泳動とＤＮＡの水素結合を利用するから十数分
という短時間のうちにＤＮＡを分離でき、且つ所定の定
電圧を印加するだけ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。

【００２８】請求項９に記載された発明は、２６０ｎｍ
の波長の吸光度が２４０ｎｍの波長の吸光度より大き
く、２００ｎｍの波長の吸光度が２４０ｎｍの吸光度よ
り大きい場合に、変極点が存在すると判断することを特
徴とする請求項９記載の遺伝子診断方法であり、２００
ｎｍの波長の吸光度と、２４０ｎｍの波長の吸光度と、
２６０ｎｍの波長の吸光度を検出するだけで、きわめて
簡単にＤＮＡとノイズ成分とを判別することができる。

【００２９】以下、本発明の実施の形態における遺伝子
診断装置と遺伝子診断方法について、図面を参照しなが
ら説明する。

【００３０】（実施の形態１）図１は本発明の実施の形
態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における遺伝子診断装置の装置
構成図、図４は本発明の実施の形態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にお
ける遺伝子診断装置の流路内の分離用ＤＮＡコンジュゲ
ートとＤＮＡ試料との導入状態図、図６は本発明の実施
の形態における遺伝子診断装置の検出部構成図、図８は
経過時間と吸光度の関係図、図９は２６０ｎｍ吸光度ピ
ーク発生時のスペクトル波形図である。

【００３１】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内に設けられた電源部である。電
源部９ａは、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ＤＮ
Ａを分離するのに最も適した泳動が行えるように所定の
電圧を制御演算部８の制御により印加する。１０はＤＮ
Ａ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ＤＮＡ
とノイズ成分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と分離部１２の温度を調整する
温調器である。

【００３２】この高温部１０と分離部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とノイズ成分に十数分で分離するも
のである。

【００３３】このうちＤＮＡ試料２３は、本実施の形態
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、温調器１３を用いて（９０℃以上の所定温度で±
５℃の範囲）の温度になるように加熱、制御される。こ
の温度に加熱されることにより導入された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
では分離用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とノイズ成分を分離できるよう
に、高温部１１の温度より少なくとも１０℃低い温度、
すなわち１５℃〜８０℃、望ましくは２０℃〜６０℃の
温度範囲の中で所定の温度に保つように制御される。正
常ＤＮＡ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の±１℃の範囲で制御するの
がよい。さらに、断熱部１１は、本来、分離部１２と高
温部１１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、分離部１２の温度を２０℃〜６０℃にな
るように調整される。この温度下での水素結合の結合力
差により泳動作用を受けながら正常ＤＮＡと異常ＤＮＡ
をノイズ成分から分離することができる。

【００３４】１４は、電気泳動の方向を基準として高温
部１０の前方に設けられ、分離用ＤＮＡコンジュゲート
２１を図５の分離部１２の位置付近に正確に配置するた
めに測定に先立って位置情報を入手するための予備検出
部、１５は分離部１２の後流側に設けられ、分離されて
電気泳動されるＤＮＡ試料の通過量を測定する検出部で
ある。この予備検出部１４は測定開始前に使用するもの
で、キャピラリー管１９を挿通させて分離用ＤＮＡコン
ジュゲート２１の存在位置を検出し、この存在位置を基
準にキャピラリー管１９を所定距離移動させ、分離用Ｄ
ＮＡコンジュゲート２１を分離部１２の位置付近に配置
するものである。測定を行うだけなら検出部１５だけで
十分であるが、測定を行う前に分離用ＤＮＡコンジュゲ
ート２１を図５に示す位置に正確に配置する必要がある
ため、予備検出部１４を用いるものである。このように
予備検出部１４の検出した情報を基に位置決定するた
め、きわめて正確に位置制御することができる。

【００３５】図４において、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、１５ｃ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。２４は透過してくる光を目
的とする波長領域のみ透過させる透過フィルター（本発
明の分離部）であり、Ｄ２ランプ１５ａとフォトダイオ
ード１５ｂの間に設けられている。透過フィルター２４
の詳細は後述するが、２００ｎｍ，２４０ｎｍ，２６０
ｎｍの波長の光のスペクトル波形からノイズ成分を除去
してＤＮＡを検出することが可能になる。なお、予備検
出部１４は検出部１５と同一の内部構成を備えており、
Ｄ２ランプ（図示しない）とフォトダイオード（図示し
ない）と透過フィルター（図示しない）を備え、検出部
１５と共用するＡ／Ｄコンバータ１５ｄを経由して制御
演算部８に信号を送る。これにより、予備検出部１４で
分離用ＤＮＡコンジュゲート２１の位置を検出すること
ができる。ところで、本実施の形態においては本発明の
分離部は透過フィルター２４で構成したが、プリズム等
で構成する場合は、分解した光をそれぞれ検出できるよ
うにフォトダイオード１５ｂの数を増してフォトダイオ
ードアレーにするのがよい。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７が電源部９ａを制御し、電極
１６と電極１７との間に所定の定電圧を印加し、最も有
効な電気泳動を生じさせる。

【００３６】次に、図３、図４、図５において、１８は
電気泳動時の電荷の運搬とＤＮＡ試料のｐＨを安定させ
るための緩衝液（本発明の導電性を有する媒体）、１８
ａは緩衝液１８を収容する陽極側の容器（本発明の第１
容器）、１８ｂは緩衝液１８を収容する陰極側の容器
（本発明の第２容器）、１８ｃはＤＮＡ結合制御剤と下
記のリニアポリマー１８ｄを緩衝液１８に添加した添加
緩衝液、１８ｄは電気泳動を可能にし、正常ＤＮＡと異
常ＤＮＡとノイズ成分を分離する媒体であるポリアクリ
ルアミドのようなリニアポリマーである。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（本発明の流路）、２０はキャピラリー管１９の中
にＤＮＡ試料２３やリニアポリマー１８ｄとＤＮＡ結合
制御剤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１６が浸漬され、
容器１８ｂの緩衝液１８の中に電極１７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内の添加緩衝液１８ｃによって連通される。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、ＤＮＡ試料２３は負に帯電しているため、
容器１８ａから容器１８ｂ側へ分離用ＤＮＡコンジュゲ
ート２１、ＤＮＡ試料２３が移動する。

【００３７】図６において、透過フィルター２４はＤ２
ランプ１５ａから照射されコンジュゲート管１９を透過
してくる光の中で目的とする波長領域のみを透過させる
ものであり、２４ａは透過フィルター２４を構成する２
００ｎｍの波長透過フィルター、２４ｂは２４０ｎｍの
波長透過フィルター、２４ｃは２６０ｎｍの波長透過フ
ィルターである。透過フィルター２４は電気泳動時に回
転させられ、２００ｎｍ，２４０ｎｍ，２６０ｎｍにお
ける吸光度が測定される。なお、透過フィルター２４を
３点以上の波長透過フィルターで構成すればさらに詳細
なスペクトル波形を得ることができる。

【００３８】ところで、図９は図８に示す吸光度の各ピ
ークにおけるスペクトル波形を示したものである。図９
の“ａ”は代表的なＤＮＡのスペクトル波形で、“ｂ”
はＤＮＡ以外の不純物におけるスペクトル波形の例であ
る。通常、図８に示す吸光度の各ピークの位置付近のス
ペクトル波形を調べると、図９のようにスペクトル波形
が“ａ”か“ｂ”かの、すなわち変極点があるか無いか
の特徴が現われる。すなわち、２６０ｎｍがＤＮＡ吸収
波長であるから、スペクトル波形においてこの近辺の領
域、すなわち２００ｎｍ〜２６０ｎｍの領域に極小値が
あれば２６０ｎｍにピークがあり、そのピークはＤＮＡ
の存在を示している。このように、透過フィルター２４
によって吸収波長を選択し、スペクトル波形の違いをみ
ることで、吸光度ピーク成分がＤＮＡであるかどうかの
判断が可能になるものである。

【００３９】続いて、以下本発明の遺伝子診断装置で測
定を行う測定原理と留意すべき事項について説明する。
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試料の濃度（μＭ）、分離用Ｄ
ＮＡコンジュゲート濃度（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、分離用ＤＮＡ
コンジュゲート２１濃度は０．００４〜０．００８（モ
ル％）程度が適当であるが、ＤＮＡ試料２３の濃度は１
〜１０（μＭ）が適当で、５００〜６００倍の濃度とす
るのが望ましい。このように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試料が本遺伝子診断装置の診断には必要であ
り、条件設定を行うことが望まれる。

【００４１】次に、キャピラリー管１９について説明す
る。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必要がある。

【００４２】容器１８ａ，１８ｂの中やキャピラリー管
１９に収容する緩衝液１８，１８ｃ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に収容する添加
緩衝液１８ｃに混入するＤＮＡ結合制御剤には、分離用
ＤＮＡコンジュゲートに対する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。分離用
ＤＮＡコンジュゲート２１やＤＮＡ試料２３等を電気泳
動するためのリニアポリマー１８ｄは、ポリアクリルア
ミドが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１８ｄとＤＮＡ結合制御剤を含んだ添加
緩衝液１８ｃを導入し、続いて以下詳述する分離用ＤＮ
Ａコンジュゲート２１を加える。このときリニアポリマ
ー１８ｄと混合して導入してもよいし、分離用ＤＮＡコ
ンジュゲート２１導入後にリニアポリマー１８ｄを導入
してもよい。その後、添加緩衝液１８ｃで希釈したＤＮ
Ａ試料２３を導入して電気泳動する。

【００４４】本実施の形態では、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の最適泳動速
度（１３ｃｍ／分〜２０ｃｍ／分）の１／２０〜１／３
０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、測定を開始するに先立って、電気泳動部６の入
り口に設けられた予備検出部１４で分離用ＤＮＡコンジ
ュゲート２１の検出を行い、この位置情報を基に、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の間で移動させ、分離用ＤＮＡコンジ
ュゲート２１を分離部１２内に置き、ＤＮＡ試料２３は
高温部１０に配置する。予備検出部１４で位置情報を得
ての配置であるため所定の位置に正確に配置することが
できる。この状態から電気泳動にすることにより、高温
部１０でＤＮＡ試料２３の２本鎖を１本鎖に分離し、高
温部１０から断熱部１１、分離部１２を経て正常ＤＮＡ
と異常ＤＮＡを分離し、さらにノイズ成分も明確に分離
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としては、例
えば図３に示した吸引ポンプ２０を装備するほかにも、
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カラムと、そのカラ
ムを自動的に交換し、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、温調器１３で高温部１０及び分離
部１２内を温度制御するようにするのが好ましい。この
場合、キャピラリー管１９内に、予めリニアポリマー１
８ｄとＤＮＡ結合制御剤を含む添加緩衝液１８ｃ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流路カートリッジとして用
意しておき、測定を行うたびに分離用流路カートリッジ
ごと交換する。分離用流路カートリッジごとに分離用Ｄ
ＮＡコンジュゲート２１、ＤＮＡ試料２３の配置を予め
正確に設定できるから、測定が簡単に行え、しかも正確
な測定が行える。なお、この分離用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
１８ｄを混合させて充填するのでもよい。

【００４７】続いて、分離用ＤＮＡコンジュゲートにつ
いて説明する。図７は本発明の実施の形態における遺伝
子診断装置の流路内の分離用ＤＮＡコンジュゲートとＤ
ＮＡ試料との関係概念図である。図７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
おいてもＡＴ，ＧＣで対をなしている。従って、一方の
鎖のＤＮＡがＡＴＣＧＣＧＴＣＴＡＧＣ（配列番号１に
記載）と配列されている場合、もう一方の鎖の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７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^*ＣＧＴＣＴＡＧＣ（配列番
号３に記載）で、＊で示した部分で正常ＤＮＡと異常Ｄ
ＮＡ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以外の不純物等も含まれており、これら不
純物が後で説明する電気泳動時にノイズとして作用する
が、このノイズ成分は分離用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。

【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が分離用ＤＮＡコンジ
ュゲートのＤＮＡとなる。

【００４９】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、ＭＯＳＵ（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。

【００５０】そして、得られた溶液を一晩振とうする。
その後、ＨＰＬＣ（High Performance Liquid Chromato
graphy：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；トリエチルアミンー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。

【００５１】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０．０
１％モル〜０．０５％モルになるように加え、１００μ
ｌ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ＤＮＡコンジュゲー
トが得られる。

【００５２】なお、未反応のビニル化ＤＮＡを除去する
ために、セロファンなどの透析膜の内部に、得られたＤ
ＮＡコンジュゲートを入れて密封し大量の超純水の中で
透析膜を回転させて、内部の未反応ＤＮＡを除去する。
これにより、純度の高いＤＮＡコンジュゲートが得られ
る。

【００５３】続いて、本実施の形態における遺伝子診断
装置の動作について説明する。先ず遺伝子診断装置内
に、ＤＮＡ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１８
ａ，１８ｂ内の緩衝液１８を浸す。この電極１６と電極
１７間に電源部９ａによって後述する所定電圧を印加す
る。適当な電圧幅としては、望ましくは１０〜２０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は電圧を低電圧にす
る。そして、最初から所定電圧を印加するのでなく、定
電圧の印加の前に準備用の３０キロボルト以上の高電圧
を印加し、ノイズ成分をいち早く分離すれば、測定を迅
速に行うことができる。

【００５４】ここで、所定の電圧を印加しなければなら
ない理由を説明すると、分離用ＤＮＡコンジュゲート２
１に対するＤＮＡ試料の結合力と、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とノイズ成分の
分離が最も効果的に行われる所定の定電圧を印加して電
気泳動する必要があるからである。この電圧は、（１）
最も泳動しにくい正常ＤＮＡを電気泳動することができ
るという条件と、（２）高電圧にすると正常ＤＮＡと異
常ＤＮＡの分解能が低下するので、分解能を上げるため
できるだけ低電圧で電気泳動しなければならないという
条件、の（１）（２）の条件を充たす電圧である。従っ
て、予め印加する電圧として最適な電圧をＤＮＡごと、
条件ごとに調べておき、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、この電圧を印加するよう
にする。なお、キャピラリー管１９内のＤＮＡは負に帯
電しており陽極側に進むため、可変電源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。また、電気泳動に当たっては、泳動時間を長く
しすぎると、キャピラリー管１９内で添加緩衝液１８ｃ
が乾燥するので、必要以上に長い時間泳動を行うのは避
けなければならない。

【００５５】電圧が印加されるとＤＮＡ試料は泳動され
ていくが、分離用コンジュゲート２１は試料ＤＮＡの正
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ると
ともに、ノイズ成分との間で大きな移動差を生じる。同
様に、この正常ＤＮＡと異常ＤＮＡの群は遅延用コンジ
ュゲートとの結合力が同等であり、まったく同様に泳動
していくため、ノイズ成分と、正常ＤＮＡと異常ＤＮＡ
の群との間に移動差が生じることになる。

【００５６】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コンジュゲートとＤＮＡ試料
の結合力の差に基づいて、正常ＤＮＡや異常ＤＮＡ、あ
るいはノイズ成分を分離できるように、高温部１１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１０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、温調器１３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。

【００５７】続いて、移動差が生じた正常ＤＮＡと異常
ＤＮＡ、ノイズ成分を、検出部でどのようにして検出す
るか説明する。検出は、図８に示すように紫外線の照射
が正常ＤＮＡと異常ＤＮＡ、ノイズ成分によって遮光さ
れたときの吸光度を測定することで行う。実施の形態に
おいては、図６に示すようにキャピラリー管１９の一部
でスリット板のスリットでガラス部を露出させ、Ｄ２ラ
ンプ１５ａから紫外線を照射し、このとき得られる紫外
線照射光の透過フィルター２４を透過した光だけをフォ
トダイオード１５ｂで検出し、吸光度を測定している。
なお、分離部としてプリズム等を使った場合は複数のフ
ォトダイオード１５ｂによって検出するのがよい。制御
演算部８によって電源部９ａを制御してＤ２ランプ１５
ａ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１５ｄ
でデジタル量として吸光度に制御演算部８で換算され、
表示パネル３上にフェログラムとして表示される。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８におい
て、経過時間が大きい（時間的に早い）方（Ｉ）が、Ｄ
ＮＡコンジュゲートと結合しないノイズ成分、経過時間
が中位の（ＩＩ）が異常ＤＮＡ、経過時間が小さい（Ｉ
ＩＩ）が正常ＤＮＡである。

【００５８】このフェログラムよりピークの高さと時間
とピークの山の数を読み取れば、ＤＮＡ試料に異常ＤＮ
Ａが含まれていることが分かる。すなわち、ピークの数
が３個以上あれば異常ＤＮＡが存在する。そして、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とノイズ成分だけにす
ることができるから、このときは例外的に２個のピーク
しかなく、この一方が異常ＤＮＡとなる。そして、正常
ＤＮＡと異常ＤＮＡの各通過量を求めるに当ってフェロ
グラム上で両者を示すピークの高さを比較するが、これ
は、比較対象の２つのピークが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
を示しているからであり、言い換えるならこの比が異常
ＤＮＡと正常ＤＮＡの存在比率に相当するからである。
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基部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。

【００５９】ところで上述したようにＤＮＡ試料中に異
常ＤＮＡが含まれている場合はピークが３つ以上現わ
れ、泳動速度差を考慮すれば正常ＤＮＡと異常ＤＮＡと
ノイズ成分の区別が判断できるが、ピークが２つの場合
やピークが重なる例外的な場合には、正常ＤＮＡだけの
場合と区別できない。そこで、本発明の遺伝子診断方法
では、それぞれのピークでのスペクトル波形を測定する
ことにより、ピークを示す主成分がＤＮＡかそれ以外の
不純物からなるノイズ成分なのかの区別を正確に判断し
ている。図６に示すように、本発明の実施の形態におけ
る遺伝子診断装置は、透過フィルター２４は透過してく
る光を目的とする波長領域のみ透過させ、Ｄ２ランプ１
５ａとフォトダイオード１５ｂの間に設けられている。
波長透過フィルター２４ａは２００ｎｍ、２４ｂは２４
０ｎｍの波長透過フィルター、２４ｃは２６０ｎｍの波
長透過フィルターであり、透過フィルター２４は１２０
°ごとに配置された波長透過フィルター２４ａ，２４
ｂ，２４ｃから構成されている。透過フィルター２４は
電気泳動時に回転することで、波長透過フィルター２４
ａ，２４ｂ，２４ｃにより２００ｎｍ，２４０ｎｍ，２
６０ｎｍの吸光度を測定することを可能になる。

【００６０】この波長透過フィルター２４ａとして２０
０ｎｍ、波長透過フィルター２４ｂとして２４０ｎｍ、
波長透過フィルター２４ｃとして２６０ｎｍの吸光度を
測定するフィルターを採用した理由は、図９のスペクト
ル波形の特徴に基づいている。すなわち、２６０ｎｍが
ＤＮＡ吸収波長であり、２００ｎｍ〜２６０ｎｍの波長
領域においては図９に示すように、ＤＮＡの吸収スペク
トル波形“ａ”は２００ｎｍ付近においては減少傾向を
示し、２４０ｎｍ付近で極小値を示して反転し、２６０
ｎｍ付近でピークを形成している。これに対し、ＤＮＡ
以外の不純物の吸収スペクトル波形“ｂ”は、２００ｎ
ｍ付近、２４０ｎｍ付近、２６０ｎｍ付近と進むにつれ
単純に減少する傾向を有している。吸光度の絶対値につ
いては２００ｎｍ、２４０ｎｍ、２６０ｎｍでそれぞれ
変動もあるが、２４０ｎｍ付近、２６０ｎｍ付近に変極
点が存在するという特徴はほぼ不変であり、２００ｎｍ
の吸光度の方が２４０ｎｍの吸光度より大きく、２６０
ｎｍの吸光度の方が２４０ｎｍの吸光度より大きいとい
った傾向を有している。多くは２００ｎｍより２６０ｎ
ｍの吸光度の方が大きく、通常２６０ｎｍの吸光度がこ
の領域で最も大きい値を示す。これに対して、不純物の
吸収スペクトル波形“ｂ”は、波長が小さいほど吸光度
が大きくなる傾向をもっているだけであり、この特徴か
ら透過フィルター２４による２００ｎｍ付近、２４０ｎ
ｍ付近、２６０ｎｍ付近の選択的な吸収波長を検出する
ことで、吸光度ピーク成分がＤＮＡであるかどうかが判
断可能になる。

【００６１】従って、本実施の形態においては吸収波長
をフォトダイオード１５ｂで検出し、制御演算部８で換
算された各波長における吸光度の関係が２００ｎｍ＞２
４０ｎｍ、２４０ｎｍ＜２６０ｎｍとなっていれば、Ｄ
ＮＡと判断し、この関係が成立しない場合はＤＮＡ以外
のノイズ成分と判断するものである。この判断をピーク
の数、ピークの比に加えることにより、いかなる不純物
がＤＮＡ試料中に混入していたとしても、確実にＤＮＡ
との区別が可能になる。

【００６２】以上説明したように、本実施の形態の遺伝
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の存在比率等がノイズ成分の影響を受けること
なく正確に分かることにより、遺伝子診断、判定ができ
る。

【００６３】

【発明の効果】以上のように、本発明の遺伝子診断装置
によれば、ＤＮＡ試料を透過する光のスペクトル波形を
検出し、ＤＮＡ吸収波長を含む所定の波長領域における
スペクトル波形の変極点の存在によって通過量の時間変
化のピークがＤＮＡとノイズ成分のいずれを示すかを判
断することができ、第２電極と第１電極間に所定の定電
圧を印加し、ＤＮＡ試料とＤＮＡコンジュゲートを電気
泳動させ、結合力の差を利用して正常ＤＮＡと異常ＤＮ
Ａの泳動速度をそれぞれ低下させ、その作用を受けない
ノイズ成分はほぼそのままの速度で泳動させることがで
きる。すなわち、正常ＤＮＡ及び異常ＤＮＡは移動しな
がらこの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成分は、電圧を印加したとき
一番先に泳動されて検出部で検出される。しかし、異常
ＤＮＡには、ＤＮＡコンジュゲートから正常ＤＮＡより
若干弱い結合力が作用し、コンジュゲートの作用をなか
なか振り切れず、ノイズ成分に遅れて次に泳動を開始す
る。正常ＤＮＡには最大の結合力が作用し、更に遅れて
泳動開始され、最後に検出部で検出される。これにより
３つのＤＮＡの検出時間に差を生じさせることができ
る。ノイズ成分の中には、正常ＤＮＡや異常ＤＮＡと同
じ吸収波長をするものも存在するが、そのようなノイズ
成分は、ＤＮＡとは異なるスペクトル吸収波形を有し、
ＤＮＡの所定の波長領域におけるスペクトル波形にみら
れる変極点が存在しないことから、ノイズ成分とＤＮＡ
を分離し、さらに正常ＤＮＡと異常ＤＮＡとを判別する
ことができる。電気泳動とＤＮＡの水素結合を利用する
から十数分という短時間のうちにＤＮＡを分離でき、且
つ所定の定電圧を印加するだけ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。

【００６４】また、ＤＮＡコンジュゲートが、ＤＮＡの
塩基配列の違いによる結合力の差によって正常ＤＮＡと
異常ＤＮＡの泳動速度に差を生じさせ、ＤＮＡ試料を正
常ＤＮＡと異常ＤＮＡに分離するから、ＤＮＡコンジュ
ゲートとの水素結合の結合力の差を利用して正常ＤＮＡ
と異常ＤＮＡの泳動速度をそれぞれ低下させ、その作用
を受けないノイズ成分はほぼそのままの速度で泳動させ
ることができる。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）、相対的にみて擬似固定状態にすること
ができる。コンジュゲートの固定処理は難しく、通常流
路を使い捨てにしなければならないが、擬似固定のため
その必要はなく、各種コンジュゲートや試料の各濃度調
整および各種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。

【００６５】分離部によってスペクトル波形を得ること
ができ、このスペクトル波形から正常ＤＮＡと異常ＤＮ
Ａを区別し、通過量をそれぞれ測定することができる。

【００６６】分離部が２００ｎｍ〜２６０ｎｍの波長領
域で照射光を分解するから、ＤＮＡのスペクトル波形に
は、ＤＮＡ吸収波長である２６０ｎｍのピークと、変極
点として２４０ｎｍ付近の極小値が現われ、正常ＤＮＡ
や異常ＤＮＡと異なってピークや変極点をもたないノイ
ズ成分の区別を正確に行うことができ、測定を簡単に且
つ容易に行うことができる。

【００６７】そして、検出部で検出した２６０ｎｍの波
長の吸光度が２４０ｎｍの波長の吸光度より大きく、２
００ｎｍの波長の吸光度が２４０ｎｍの吸光度より大き
い場合に、ピークがＤＮＡを示すピークと判断するか
ら、２００ｎｍの波長の吸光度と、２４０ｎｍの波長の
吸光度と、２６０ｎｍの波長の吸光度を検出するだけ
で、簡易に変極点情報を入手することができ、きわめて
簡単にＤＮＡとノイズ成分とを判別することができる。

【００６８】分離部が所定の波長領域のみを透過する透
過フィルターであるため、流路内から透過する光から目
的とする波長の範囲を１つの受光部で検出することがで
きる。さらに、流路内から透過する光から目的とする複
数の波長の吸光度を１つの受光部で検出することができ
る。

【００６９】本発明の遺伝子診断方法によれば、ＤＮＡ
試料とＤＮＡコンジュゲートを電気泳動させ、ＤＮＡ試
料中のＤＮＡとＤＮＡコンジュゲートとの塩基配列の違
いによる結合力の差によって泳動速度に差を生じさせ、
吸光度のフェログラムのピークから正常ＤＮＡと異常Ｄ
ＮＡの存在比率を診断し、吸光度を測定するときにスペ
クトル波形を検出し、２００ｎｍ〜２６０ｎｍの波長の
範囲に変極点があった場合にＤＮＡのピークと判断し、
残りの場合をノイズ成分のピークと判断するから、ＤＮ
Ａ試料とＤＮＡコンジュゲートを電気泳動させ、結合力
の差を利用して正常ＤＮＡと異常ＤＮＡの泳動速度をそ
れぞれ低下させ、その作用を受けないノイズ成分はほぼ
そのままの速度で泳動させることができる。正常ＤＮＡ
及び異常ＤＮＡは移動しながらこの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成
分は、電圧を印加したとき一番先に泳動されて検出部で
検出される。しかし、異常ＤＮＡには、ＤＮＡコンジュ
ゲートとの一塩基分弱い結合力が作用し、コンジュゲー
トの作用をなかなか振り切れず、ノイズ成分に遅れて次
に泳動を開始する。正常ＤＮＡには最大の結合力が作用
し、更に遅れて泳動開始され、最後に検出部で検出され
る。これにより３つのＤＮＡの検出時間に差を生じさせ
ることができる。ノイズ成分の中には、正常ＤＮＡや異
常ＤＮＡと同じ吸収波長をするものも存在するが、その
ようなノイズ成分は、ＤＮＡとは異なるスペクトル吸収
波形を有し、ＤＮＡのスペクトル波形にみられる変極点
が存在しないことから、ノイズ成分とＤＮＡを分離し、
さらに正常ＤＮＡと異常ＤＮＡとを判別することができ
る。

【００７０】このように電気泳動とＤＮＡの水素結合を
利用するから十数分という短時間のうちにＤＮＡを分離
でき、且つ所定の定電圧を印加するだけから分解能の高
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。

【００７１】２６０ｎｍの波長の吸光度が２４０ｎｍの
波長の吸光度より大きく、２００ｎｍの波長の吸光度が
２４０ｎｍの吸光度より大きい場合に、変極点が存在す
ると判断するから、２００ｎｍの波長の吸光度と、２４
０ｎｍの波長の吸光度と、２６０ｎｍの波長の吸光度を
検出するだけで、簡易に変極点情報を入手することがで
き、きわめて簡単にＤＮＡとノイズ成分とを判別するこ
とができる。

【００７２】

【配列表】 SEQUENCE LISTING <110> Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. et al. <120> The apparatus and method for genetic testing <130> 2913040005 <140> <141> <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における遺伝子診断装置の
装置構成図

【図４】本発明の実施の形態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における遺伝子診断装置の
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における遺伝子診断装置の
検出部構成図

【図７】本発明の実施の形態における遺伝子診断装置の
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８】経過時間と吸光度の関係図

【図９】２６０ｎｍ吸光度ピーク発生時のスペクトル波
形図

【符号の説明】

１ 電源スイッチ ２ 表示部 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 電源部 １０ 分離部 １３ 温調器 １４ 予備検出部 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 １８ｃ 添加緩衝液 １８ａ，１８ｂ 容器 １８ｄ リニアポリマー 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 ２４，２４ａ，２４ｂ，２４ｃ 透過フィルター

───────────────────────────────────────────────────── 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） Ｇ０１Ｎ 33/53 Ｇ０１Ｎ 37/00 １０３ 33/566 Ｃ１２Ｎ 15/00 ＺＮＡＡ 37/00 １０３ Ｇ０１Ｎ 27/26 ３１５Ｋ ３１５Ｆ ３２５Ｅ ３２５Ａ ３３１Ｅ (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 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 Ｆターム(参考） 2G059 AA06 BB04 BB12 CC16 DD01 DD12 DD16 EE01 EE12 FF04 HH03 HH06 JJ02 JJ06 KK04 MM01 MM04 MM09 4B024 AA11 AA19 CA01 CA09 CA11 HA14 4B029 AA21 AA23 BB20 CC01 FA12 FA15 4B063 QA13 QA17 QA19 QQ42 QQ52 QR32 QR35 QR38 QR55 QS16 QS34 QS36 QS39 QX01

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】第１電極を収容し導電性を有する媒体で満
   たされた第１容器と、 第２電極を収容し導電性を有する媒体が満たされた第２
   容器と、 前記第１容器と前記第２容器の間を連絡するとともに導
   電性を有する媒体が満たされ、さらに該媒体中には、Ｄ
   ＮＡ試料と、該ＤＮＡ試料の正常ＤＮＡと相補関係にあ
   るＤＮＡを高分子化合物に結合させたＤＮＡコンジュゲ
   ートが充填された流路と、 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電源部と、 前記電源部を制御して前記第２電極と前記第１電極間に
   所定の定電圧を印加する制御演算部と、 前記流路に設けられ、前記定電圧の印加により前記ＤＮ
   Ａ試料と前記ＤＮＡコンジュゲートを電気泳動させたと
   き、照射した光の吸光度から前記流路内部を通過するＤ
   ＮＡ試料の通過量の時間変化を検出するための検出部を
   備えた遺伝子診断装置であって、 前記検出部がＤＮＡ試料を透過する光のスペクトル波形
   を検出し、前記制御演算部がＤＮＡ吸収波長を含む所定
   の波長領域における該スペクトル波形の変極点の存在に
   よって前記通過量の時間変化のピークがＤＮＡとノイズ
   成分のいずれに対応するかを判断することを特徴とする
   遺伝子診断装置。
2. 【請求項２】前記ＤＮＡコンジュゲートが、ＤＮＡの塩
   基配列の違いによる結合力の差によって正常ＤＮＡと異
   常ＤＮＡの泳動速度に差を生じさせ、前記ＤＮＡ試料を
   正常ＤＮＡと異常ＤＮＡに分離する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】前記検出部には、発光部と、該発光部から
   照射され前記流路を透過した光を波長ごとに分解できる
   分離部と、該分離部を通過した光を検出する受光部が設
   けられたことを特徴とする請求項１または２記載の遺伝
   子診断装置。
4. 【請求項４】前記分離部が２００ｎｍ〜２６０ｎｍの波
   長領域で照射光を分解することを特徴とする請求項３記
   載の遺伝子診断装置。
5. 【請求項５】前記検出部で検出した２６０ｎｍの波長の
   吸光度が２４０ｎｍの波長の吸光度より大きく、２００
   ｎｍの波長の吸光度が２４０ｎｍの吸光度より大きい場
   合に、前記ピークがＤＮＡを示すピークと判断すること
   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】前記分離部が所定の波長領域のみを透過す
   る透過フィルターであることを特徴とする請求項３〜５
   のいずれかに記載の遺伝子診断装置。
7. 【請求項７】前記透過フィルターが、所定の波長領域の
   中で複数の異なる波長を選択して透過させることを特徴
   とする請求項６記載の遺伝子診断装置。
8. 【請求項８】第２電極と第１電極の間に所定の定電圧を
   印加してＤＮＡ試料とＤＮＡコンジュゲートを電気泳動
   させ、前記ＤＮＡ試料中のＤＮＡと前記ＤＮＡコンジュ
   ゲートとの塩基配列の違いによる結合力の差によって泳
   動速度に差を生じさせ、正常ＤＮＡと異常ＤＮＡとノイ
   ズ成分に分離して吸光度を測定し、フェログラムのピー
   クから正常ＤＮＡと異常ＤＮＡの存在比率を診断する遺
   伝子診断方法であって、 前記吸光度を測定するときにスペクトル波形を検出し、
   ２００ｎｍ〜２６０ｎｍの波長の範囲に変極点があった
   場合にＤＮＡのピークと判断し、残りの場合をノイズ成
   分のピークと判断することを特徴とする遺伝子診断方
   法。
9. 【請求項９】２６０ｎｍの波長の吸光度が２４０ｎｍの
   波長の吸光度より大きく、２００ｎｍの波長の吸光度が
   ２４０ｎｍの吸光度より大きい場合に、変極点が存在す
   ると判断することを特徴とする請求項８記載の遺伝子診
   断方法。