JP2006349588A

JP2006349588A - 電気泳動システム

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Publication number: JP2006349588A
Application number: JP2005178574A
Authority: JP
Inventors: Shunsuke Nishihara; 俊介西原; Kuniyuki Matsuda; 晋幸松田; Akinari Yada; 明也矢田; Shigeki Joko; 茂樹上甲
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2005-06-17
Filing date: 2005-06-17
Publication date: 2006-12-28

Abstract

【課題】
電気泳動、電気泳動パターンの撮影、分離した高分子生体試料の切り出しが、手動による作業の介在なしに実施可能であり、高精度で小型かつ、安価な、電気泳動システムを提供する。
【解決手段】
生体高分子試料を分離するための支持体を付設した電気泳動槽と、電気泳動パターンの画像を撮影する画像撮影手段と、各画像の画像歪を補正する画像歪補正手段と、分離した生体高分子試料の画分を支持体より切り出すための切り出し手段とを有し、電気泳動槽、および画像撮影手段のいずれか、あるいは両方を、Ｘ軸およびＹ軸方向のいずれか、あるいはその双方に駆動することにより、電気泳動パターン画像の撮影を行うとともに、電気泳動により分離した支持体内の生体高分子試料の画分の位置情報の獲得を行い、この位置情報に基づき、切り出し手段による生体高分子試料の画分の切り出しを、連続的に、高精度に実施可能とした。
【選択図】図１

Description

本発明は、生体高分子、とりわけ核酸を分析するための電気泳動システムに関するものである。

本発明は、核酸の電気泳動システムに関し、より詳細には、電気泳動システムにより核酸を分子量毎に分離し、その画像を撮影すると共に電気泳動の支持体より核酸の切り出しおよび抽出回収する際のカメラ画像の画像歪を補正する技術に関する。

本発明は、電気泳動システムに係り、特に電気泳動により核酸を分子量毎に分離させた結果に基づき、一貫したシステム内で電気泳動の実施、その結果の画像の撮影さらに電気泳動支持体からの核酸の切り出し・抽出回収までを好適に高精度に実現できるものである。

従来より、生体高分子とりわけ核酸の電気泳動装置による分子量に基づいた分離、解析方法は、簡便かつ安価であると共に分析精度も高いため、核酸分析の装置として広範囲に利用されている。以下、核酸の電気泳動に関して述べる。

電気泳動による核酸の分析は、まず、両端に電圧を導電する電極を緩衝液で接触させる電気泳動槽に核酸試料が移動する支持体を付設することにより構成されている。この電気泳動の支持体としては、アガロースあるいはポリアクリルアミドなどのゲル状物質が使用されている。また装置の形態としては、取り扱いの容易さから支持体を横面に設置する水平方式の電気泳動装置が汎用されている。電気泳動の動作は、支持体の一端に形成した溝に核酸試料を滴下し、支持体の両端に電圧を印加させ、支持体中の核酸試料を電気的に移動させる。この時に支持体の網目構造により核酸試料の移動が制約を受け、分子量が大きい程、移動度が遅くなることにより、核酸の分子量に基づいた分離が可能となる。さらにこのようにして分離した核酸を支持体より核酸画分毎に切り出し、ＶｏｇｅｌｓｔｅｉｎとＧｉｌｌｅｓｐｉｅの方法（非特許文献１）あるいはＭｏｌｅｃｕｌａｒＣｌｏｎｉｎｇに記載の方法（非特許文献２）などの適当な方法で核酸を抽出回収することにより、核酸試料からの不純物質の分離除去、ベクターへの組み込み、配列マッピングなどへ利用されている。

なお、この核酸分画を回収する方法としては、電気泳動装置を利用する方法以外にも高速液体クロマトグラフィーに代表されるカラムクロマトグラフィーを利用する方法などがあるが、核酸の分離精度に対する装置の簡便性、融通性、装置価格、維持費用などを勘案した場合、電気泳動装置による方法は極めて高効率であるため、専ら核酸画分の回収には電気泳動による方法が利用されている。

この電気泳動装置の利便性をさらに向上させるため、支持体の小型化、電圧印加により生じるジュール熱を抑制する提案がなされ、電気泳動の短時間化が可能となり、設置場所も制約を受けないため作業効率の向上に貢献している（特許文献１および特許文献２）。

次に電気泳動により分離した核酸の検出方法については、臭化エチジウム等の核酸結合性蛍光試薬を電気泳動前に予め支持体中に混合あるいは電気泳動後、支持体をこれらの溶液中に浸漬し、支持体中に浸潤させ、支持体中の核酸試料とこの蛍光試薬を結合させた後、蛍光試薬を紫外線により励起し、蛍光発色させて、支持体中の分離した核酸試料を可視化させる（この紫外線を照射する装置はトランスイルミネーターと呼ばれている）。

この紫外線照射により可視化した核酸試料の結果は、従来、フィルム式カメラを利用した画像撮影によりデータを取得していたが、近年の電子デバイスの進歩と共に電荷結合素子（ＣＣＤ）式カメラを採用した電気泳動画像撮影装置が提案され（特許文献３、非特許文献３）、画像をデジタル化することが可能となり、フィルム式に比べ、撮影の簡便性、データの保存性およびコンピュータ等のデジタルデバイスとの親和性が高く、電気泳動の短時間化と共に一連の電気泳動手技の作業効率向上に貢献している。

さらに近年、電気泳動装置と画像撮影装置を一体化させて、電気泳動のリアルタイムモニタリングが提案されており、電気泳動による最適な核酸分離分析及び画像の取得を可能にしている（特許文献４、特許文献５および特許文献６）。

電気泳動により分離した核酸の支持体からの抽出回収については、従来、鋭利な刃物を利用して支持体より目的の核酸画分を切り出し、非特許文献１あるいは２などの適当な方法により核酸を抽出回収していたが、近年、機械的に支持体より核酸分画を切り出す装置および抽出回収装置（特許文献７、特許文献８、特許文献９、特許文献１０）が提案され、従来の手動による方法に比べ、作業効率を大幅に向上している。
特開平１０−２８８５９７号公報特開２００２−３２８１１３号公報特許第２８３８１１７号公報特開２０００−１０５２１９号公報特開２００２−３５７５９０号公報特開２００３−２４０７５６号公報特許３３８１４８４号公報特開２００１−２２１７６号公報実用新案登録第３１０１４４号公報特開２０００−８８８０４号公報ヴォーゲルステイン（Vogelstein. B.）、ギレスピー（Gillespie. D.），「米国科学アカデミー紀要（Proc. Natl. Acad. Sci. USA）」，１９７９年，７６巻，ｐ．６１５−６１９サンブルック（Sambrook. J.）、フリッチ（Fritsch. E. F.）、マニアティス（Maniatis. T.）編，モレキュラークローニング（Molecular Cloning）第２版，１９８９年，ｐ．６．２２−６．３５，コールドスプリングハーバー研究所出版（Cold Spring Harbor Laboratory Press）刊サザーランド（Sutherland. J. F.）ら，「アナリティカルバイオケミストリー（Anal. Biochem.）」，１９８７年，第１６３巻，ｐ．４４６−４５７

しかしながら、前記従来の電気泳動システムとりわけ電気泳動画像撮影では、異なる任意の寸法の支持体が画像撮影装置であるカメラの一定規格のフレーム内に収まるように設計しているため、支持体の寸法が大きい場合と小さい場合とでは、必然的に単位面積当たりの画像の解像度が異なり、さらには、支持体の寸法の変動に従って画像の歪度合いが変動してしまい、そのため支持体寸法を規格化する以外は、電気泳動による支持体の生体高分子試料の一定した画像解像度および高精度な生体高分子分画の画像位置情報を獲得することが困難となり、結果としてさまざまな支持体寸法からの獲得画像に基づいた支持体からの生体高分子試料画分の高精度な切り出しが困難になるという課題を有していた。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、設置場所を制限せず、かつ、電気泳動の実施から電気泳動による分画画分の抽出回収を一連に実施可能とし、かつ、任意の支持体寸法に依存しない取得画像解像度の最適化、および、任意の支持体寸法に対する任意の生体高分子試料の分子量画分に合わせて画像の歪の補正の最適化を行い、任意の支持体寸法に対しても生体高分子の画分を切り出す際に必要な高精度の位置情報の取得を行うことのできる、小型で安価な電気泳動システムを提供することを目的とする。

従来の課題を解決するために、本発明の請求項１にかかる電気泳動システムは、生体高分子試料を分離解析する電気泳動システムであって、前記生体高分子試料を、支持体を用いて電気泳動させるための電気泳動槽と、前記電気泳動槽に付設した前記支持体の両端に電圧を印加し、前記生体高分子試料を電気泳動させる電圧印加手段と、前記電気泳動支持体に対し光を照射する手段を有し前記電気泳動の結果を撮影する画像撮影手段と、前記画像撮影手段により獲得した画像と、画像歪補正用のパターンから成る画像歪補正用画像とを用いて画像の補正係数を取得し、該補正係数に基づいて、被写体を前記画像撮影手段により撮影したときの各撮影画像において前記被写体までの距離の差に応じて生ずる湾曲を補正し、該湾曲を補正した画像に基づき、前記電気泳動支持体における生体高分子画分の位置情報を算出し、該支持体で分離した生体高分子の画分を切り出す切り出し手段と、を備え、前記電気泳動の実施から、前記電気泳動による前記生体高分子分画画分の抽出回収までを、一連に実施可能である、ことを特徴とするものである。

本発明の請求項２にかかる電気泳動システムは、請求項１に記載の電気泳動システムにおいて、前記電気泳動の結果を撮影する画像撮影手段が、モノクロＣＣＤよりなり、前記切り出し手段は、生体高分子試料の撮影に用いない波長領域の画像歪補正用のパターンから成る画像歪補正用画像を用いて画像の補正係数を取得し、前記湾曲を補正した画像に基づき、前記電気泳動支持体における生体高分子画分の位置情報を算出し、該支持体で分離した生体高分子の画分を切り出す、ことを特徴とするものである。

本発明の請求項３にかかる電気泳動システムは、請求項１に記載の電気泳動システムにおいて、前記電気泳動の結果を撮影する画像撮影手段が、カラーＣＣＤよりなり、前記切り出し手段は、生体高分子試料の撮影に用いない波長領域の画像歪補正用のパターンから成る画像歪補正用画像を用いて画像の補正係数を取得し、前記湾曲を補正した画像に基づき、前記電気泳動支持体における生体高分子画分の位置情報を算出し、該支持体で分離した生体高分子の画分を切り出す、ことを特徴とするものである。

本発明の請求項４にかかる電気泳動システムは、請求項１に記載の電気泳動システムにおいて、前記画像歪補正用のパターンは、格子状のものである、ことを特徴とするものである。

本発明の請求項５にかかる電気泳動システムは、請求項１に記載の電気泳動システムにおいて、前記画像歪補正用のパターンは、複数の点から構成される、ことを特徴とするおのである。

本発明の請求項６にかかる電気泳動システムは、請求項１に記載の電気泳動システムにおいて、前記画像歪補正用のパターンは、紫外線蛍光塗料よりなる、ことを特徴とするものである。

要するに、本発明の電気泳動システムは、生体高分子試料を分離解析する電気泳動システムにあって、電気泳動槽と、前記電気泳動槽に付設した支持体を有し、前記支持体の両端に電圧を印加し、電気泳動を実施する手段と、電気泳動の結果を撮影する画像撮影手段と、画像撮影手段により獲得した画像に基づき電気泳動支持体における生体高分子画分の位置情報を算出し、該支持体で分離した生体高分子の画分を切り出す切り出し手段とを有し、電気泳動の実施から電気泳動による分画画分の抽出回収を好適に一連実施可能とする、ようにしたものである。

また、本発明は、生体高分子試料を分離解析する電気泳動システムにあって、支持体を設置し、その両端に電圧を印加し、電気泳動を実施する手段と、電気泳動の結果を撮影する画像撮影手段と、画像撮影手段により獲得した画像に基づき、電気泳動支持体における生体高分子画分の位置情報を算出し、該支持体で分離した生体高分子の画分を切り出す切り出し手段とを有し、電気泳動の実施から電気泳動による分画画分の抽出回収を一連に実施可能とし、かつ、任意の生体高分子試料の大きさにあわせて取得画像の大きさの最適化を行い、さらには、画像の歪の補正を任意の生体高分子試料の任意の大きさにあわせて最適化し、任意の大きさの生体高分子試料に対しても生体高分子の画分を切り出す際に必要な高精度の位置情報を取得するようにしたものである。

本発明の電気泳動システムによれば、支持体寸法の変動に依存せず最適な画像解像度を獲得し、かつ画像歪の最適化をすることで、支持体での生体高分子分画の高精度な位置情報が獲得可能となるため、高精度な生体高分子試料分画の切り出しが可能となる、小型で安価な電気泳動システムを提供できるものである。

以下に、本発明の電気泳動システムの実施の形態を図面とともに詳細に説明する。
なお、生体高分子の試料を核酸（デオキシリボ核酸）、電気泳動用の支持体にアガロースゲルを使用し、紫外線を光源として核酸を検出する場合について以下、説明する。

（実施の形態１）
図１から図１０は、本発明の実施の形態１における電気泳動システムを示すものである。

図１は、本発明の電気泳動システムの概略構成を示した図である。図２は、本発明の電気泳動システム内部の概略構成を示した図である。本発明の実施の形態１の電気泳動システムは、主に、Ｙ軸方向に駆動可能なテーブル機構４０、Ｘ軸方向に駆動可能なキャリッジ機構６０、Ｚ軸方向に駆動可能な切り出し手段６２、画像撮影手段６１、および紫外線照射部７０から構成されている。テーブル機構４０は、スライドテーブル挿入部４１、および動力伝達部４２から構成され、前記動力伝達部４２は、歯車５１、および歯車５２を介して、ステッピングモータなどの駆動量を制御可能な駆動用モータ５０に接続されており、前記駆動用モータ５０の回転動力を直線運動に変換する。

図３および図４は、本実施の形態１のよる電気泳動システムにおけるテーブル機構およびスライドテーブルの概略を示す。図３に示すテーブル機構４０の中心部４３は、窓状に開口されているか、または、紫外線透過性アクリル樹脂（例えば、住友化学製スミペックス０１０など）、あるいは紫外線透過性ガラス（例えば、旭テクノグラス製ＵＶ−３３Ｓ、ＵＶ−２９など）などの紫外線透過性の高い材料で構成されている。さらに、前記テーブル機構４０は、スライドテーブル挿入部４１にＹ軸方向にスライド移動可能なスライドテーブル４５を挿入可能であり、図４に示したスライドテーブル４５は、前記テーブル機構４０と同様に、中心部が窓状に開口しているか、または、前出のような紫外線透過性の高い材料で構成され、テーブル機構４０内をＹ軸方向に移動することができる。また、スライドテーブル４５は、電気泳動槽１０の設置部４５ａ、切り出し器具ホルダー３０の設置部４５ｂを有している。

前記スライドテーブル４５に設置可能な電気泳動槽１０は、電気泳動用ゲル１０１を付設するための支持体付設面１１を有し、支持体付設面１１に設置された電気泳動用ゲル１０１の両端に、白金線等の電極１４を備えており、前記電極に電圧を印加するための受電部１２を有し、該受電部１２は、電気泳動システム本体に設けられた電力供給部（図示せず）と脱着可能な構造となっている。

図５は、キャリッジ機構６０を詳細に示した図であり、図６は、切り出し器具２０を示した図である。ゲル切り出し器具２０は、切り出し手段６２にて把持されＺ軸方向に駆動させることで、電気泳動によって分離された核酸試料を、電気泳動用ゲル１０１と共に切出すことが可能であり、切り出し器具ホルダー３０は、複数の前記切り出し器具２０を収容可能である。前記テーブル機構４０の直上には、画像撮影手段６１と前記切り出し器具２０を把持可能な切り出し手段６２を一体として有したキャリッジ機構６０が配置されている。本実施の形態１では、画像撮影手段６１にはエリアＣＣＤ方式のカメラを採用し、撮影された電気泳動パターン画像をデジタル化することが可能である。切り出し手段６２は、電気泳動槽１０の支持体付設面１１に対して垂直なＺ軸方向に動作するように、切り出し器具動作用モータ５６と、かつ、前記切り出し器具動作用モータ５６に接続された歯車５３と連結されるように、ラック部を有した切り出し器具把持ピン６７から構成される。切り出し器具把持ピン６７は、切り出し器具の上部孔２１に接続可能な構成となっている。前記キャリッジ機構６０は、Ｘ軸方向に直線移動が可能なようにＸ軸方向に設置された直動シャフト６３と、スラスト軸受け部６５によって連結され、またキャリッジ用モータ５５に接続されたリードスクリュー６４と、スクリューナット６６によって連結されている。

また、前記テーブル機構４０の下部に、紫外線照射部７０を設ける。該紫外線照射７０は、紫外線光源７１を設けるとともに、該紫外線光源７１とテーブル機構４０との間に、可視光以上の波長の光（例えば４００ｎｍ以上の波長の光）をカットする第１の光学フィルター９１を設置する。また、前記キャリッジ機構６０に搭載された画像撮影手段６１には、紫外線をカットする（例えば６００ｎｍ以下の光をカットする）第２の光学フィルター９２が設置してある。

また、図７は、本実施の形態１による電気泳動システムにおいて、蛍光位置マーカーによる位置検出、およびこれを用いた位置制御を行う手段を示す図であり、図８は、蛍光マーカーを利用して画像歪補正係数を取得する手段を示す図であり、図９は、本実施の形態１による電気泳動システムの構成ブロック図を示す図である。

図９に示すように、本実施の形態１は、さらに、紫外線照射部７０の点灯・消灯、画像撮影手段６１の撮影制御、撮影された画像を元にした電気泳動槽１０の電圧制御、自動的にまたは手動により指定した箇所のゲルを切り出すための、テーブル機構４０の駆動、キャリッジ機構６０の駆動、切り出し手段６２の駆動、を制御するシステム制御部１２０を備えている。さらに、システム制御部１２０においては、前記テーブル機構４０、キャリッジ機構６０、および前記画像撮影手段６１を操作するためのＣＰＵ１２３およびインタフェイス部１２４と、前記前記テーブル機構４０、キャリッジ機構６０、および前記画像撮影手段６１を操作して分割撮影して得た複数枚のゲル画像を保持する記録装置１２５と、該分割撮影した複数画像を、図７に示したような、蛍光位置マーカーによる位置検出、および位置制御を行って、かつ、図８に示したような、蛍光マーカーを利用した画像歪補正係数の取得を行って、１枚の画像に合成するための画像合成手段１２１と、撮影したゲル画像から核酸画分の位置を計測する核酸画分位置計測手段１２２とを有している。

図１０はさらに、本実施の形態１による電気泳動システム１００を制御するための外部インタフェイス２４及び外部コンピュータ２５を含む構成を示す図であり、外部インタフェイス２４が図９のインタフェイス１２４に相当し、外部コンピュータ２５が図９のＣＰＵ１２３に相当する。

以上のように構成された本実施の形態１による電気泳動システムについて、以下、その動作および作用を説明する。

まず、電気泳動槽１０内に電気泳動用ゲル１０１を設置する。支持体である電気泳動用ゲル１０１の一端に設けた注入口に、核酸試料を注入した後、ゲルの両端に設置された１対の電極間に、規定の電圧を印加する。電圧を印加することで、負に帯電している核酸試料は陰極から陽極方向に向かって移動を開始する。ゲル内部は微細な網目状となっているため、ゲル内部を移動する核酸試料は、その分子量の大きさによって移動する速度が異なるため、一定時間の電圧を加えたゲル内部では、分子量に基づいてゲルの注入口とほぼ同じ幅の帯状に分離される。

このとき、紫外線光源７１を点灯して核酸試料に紫外線を照射すると、核酸試料に予め混合しておいた臭化エチジウムなどの核酸結合性蛍光試薬が蛍光発色する。この蛍光を画像撮影手段６１にて撮影することで、核酸試料が分子量に基づいて帯状に分離している電気泳動パターンの画像を得ることが出来る。このとき、第１の光学フィルター９１により、紫外線光源７１から発している紫外線より長い波長の不用な光をカットすることで、撮影画質を向上させることができる。また、画像撮影手段６１に取り付けられた第２の光学フィルター９２により、紫外線光源から発光される紫外線をカットすることで、核酸試料に混合された核酸結合性蛍光試薬の蛍光状態のみをより鮮明に撮影することができる。

本実施の形態１では、詳しくは紫外線照射部７０の発光面に４００ｎｍ以上の波長の光を遮断する第１の光学フィルター９１を設け、画像撮影手段においては、撮影面には６００ｎｍ以下の波長の光を遮断する第２の光学フィルター９２を設けている。

また、本実施の形態１においては、電気泳動槽１０がテーブル機構４０の直上に設置されていることと、泳画像撮影手段６１がゲル面上の移動可能なキャリッジ機構に搭載されていることとから、画像撮影手段６１であるカメラと、被写体であるゲルとの距離が小さく、それに伴い撮影範囲も小さくなる。そこで、前記画像撮影手段６１の撮影範囲を超えるような大面積ゲルの撮影を行う場合は、システム制御部を用いて駆動用モータ５０と、キャリッジ用モータ５５を駆動させることで、テーブル機構４０およびキャリッジ機構をゲル面上の任意の場所に移動させることができ、画像撮影手段６１にてゲルを部分的に分割して撮影し、システム制御部１２０内の記録装置に記録する。システム制御部１２０の記録装置１２５内に記録された分割画像は、システム制御部に設けられた画像合成手段１２１を利用することで、１枚の電気泳動パターン画像を得ることができる。

次に、ゲル切り出し手段６２を用いて、電気泳動実施後の分離した核酸を核酸画分毎に切り出す動作について説明する。これまで述べたように、電気泳動から撮影まで実施した核酸試料を更に後続の実験にて使用する際には、ゲルの切り出しによる核酸試料の抽出が必要となる。本発明による電気泳動システムにおいては、まず前記のような方法によって電気泳動パターンを撮影する。

その電気泳動パターン画像を元に、目的とする核酸試料が含まれる核酸画分を自動的に検出するか、または表示部に表示された電気泳動パターンの画像を元に、作業者によって手動で指定する。作業者によって切り出し開始命令が実行されると、キャリッジ機構６０がスライドテーブル４５上の切り出し器具ホルダー３０に収納された、切り出し器具２０の直上まで移動し、切り出し手段６２を下方向に移動させることで、切り出し器具２０を把持する。

次に、電気泳動パターン撮影画像を元に、指定された場所へ切り出し手段６２を移動させるため、システム制御部１２０において、その移動すべき量を、テーブル機構４０と、キャリッジ機構６０の駆動量に変換し、駆動用モータを回転駆動させる。キャリッジ機構６０が指定した位置へ移動したのちは、切り出し器具動作用モータ５６を駆動させることにより、切り出し器具把持ピン６７をゲル設置方向へ降下させ、把持している切り出し器具２０をゲルに押し付け、ゲルの切り出しを行う。

切り出されたゲルが切り出し器具２０内部に留まった状態で、キャリッジ機構６０は切り出し器具ホルダー３０の直上まで移動し、ゲルを内部に留置した状態の切り出し器具２０を切り出し手段６２から外して、切り出し器具２０を切り出し器具ホルダー３０へ収納して切り出し作業を終了する。さらに、テーブル機構４０はテーブル排出動作に移行し、電気泳動槽１０、および切り出し器具ホルダー３０を、電気泳動システムの外部へと排出し、作業者は切り出し器具ホルダー３０から切り出し器具２０を取り出し、ピペットなどで切り出し器具２０内部に留置された核酸試料を、ゲルごと取り出す。

本実施の形態１においては、画像撮影手段６１と、切り出し手段６２とを一体ユニット化したキャリッジ機構６０を例示しているが、このように画像撮影手段６１と、切り出し手段６２をユニット化することで、電気泳動用ゲル１０１の切り出し過程、および切り出し手段６２による切り出し器具２０の切り出し器具ホルダー３０からの把持、収納を、キャリッジによる影を生じることなく、画像撮影手段６１によって詳細に追跡することが可能となる。その後は、背景技術に示したＶｏｇｅｌｓｔｅｉｎとＧｉｌｌｅｓｐｉｅの方法あるいはＭｏｌｅｃｕｌａｒＣｌｏｎｉｎｇに記載の方法などの適当な方法で、核酸試料を抽出回収することが可能となる。

また、本実施の形態１の特徴は、電気泳動槽１０の支持体付設面１１に、設置可能な支持体ホルダー１３を設け、この支持体ホルダー１３に画像歪補正用のパターンとして、電気泳動パターン撮影に必要の無い波長に蛍光する紫外線蛍光塗料による蛍光位置マーカー１６を塗抹し、画像撮影手段で撮影した該蛍光位置マーカー１６の位置情報から、テーブル機構４０またはキャリッジ機構６０の位置情報を正確に取得するための画像歪補正係数を算出する画像歪補正係数算出手段１３０、および位置情報算出手段１４０と、前記位置情報算出手段１４０で得た位置情報を元に、テーブル機構４０およびキャリッジ機構６０を駆動する駆動制御手段１５０を有している点である。

蛍光位置マーカー１６は、紫外線を照射すると電気泳動パターンの撮影に必要の無い波長に蛍光する可視光領域の光を蛍光発色する物質（例えば、シンロヒ社製ルミライトカラーなど）であり、支持体ホルダー１３表面の一つ以上の所定箇所に、異なる記号または形状となるように蛍光位置マーカー１６が塗抹されている。例えば、図７のように個々の蛍光位置マーカー１６の塗抹位置を核酸試料の泳動に影響が無いようにマトリックス状に配置し、塗抹する形状または記号を位置に応じて異なる形状または記号とする。

また、塗抹したそれぞれの形状毎の蛍光位置マーカー１６の位置情報は、事前に位置情報算出手段１４０に記録しておき、図８（ａ）に示すように実際に取得した電気泳動パターンの画像から、図８（ｂ）に示すような蛍光位置マーカー１６が含まれる必要な波長の画像情報を取得し、この中に含まれる蛍光位置マーカー１６の位置情報と、図８（ｄ）に示す本来の蛍光位置マーカー１６の位置情報を、図８（ｅ）に示すように減算処理することで、画像歪補正に必要な補正係数ｘｚ１〜ｘｚ４、ｙｚ１〜ｙｚ４を取得し、該補正係数を、実画像から得られた蛍光位置マーカー１６の位置情報より減算することで、図８（ｆ）に示す各蛍光位置マーカー１６の新たな位置情報、（ｘ１’，ｙ１’）〜（ｘ４’，ｙ４’）に補正することで、画像歪を軽減し、テーブル機構４０、およびキャリッジ機構６０の正確な位置情報を算出することが可能となる。

なお、画像歪補正用のパターンとして、支持体ホルダー１３表面の複数の点に紫外線蛍光塗料よりなる蛍光位置マーカー１６を配置したものを示したが、支持体ホルダー１３表面に格子状のパターンを形成する紫外線蛍光塗料を塗抹し、該格子状のパターンを画像歪補正用のパターンとして用いるようにしてもよい。

以上のように、本実施の形態１による電気泳動システムにおいては、電気泳動槽１０と、電気泳動槽１０を搭載可能なＹ軸方向に直線移動が可能なテーブル機構４０と、電気泳動槽１０内のゲルの一部を切り出すことが可能な切り出し器具２０と、切り出し器具２０を把持しゲル面に対して垂直なＺ軸方向に切り出し器具２０を移動させてゲルの切り出しを行う切り出し手段６２と、切り出し手段６２と、画像撮影手段６１とを備え、ゲル面上Ｘ軸方向に平行移動可能なキャリッジ機構６０と、テーブル機構４０に搭載された電気泳動槽１０内のゲルに紫外線を照射可能な紫外線照射部７０と、キャリッジ機構６０に搭載されたゲルの電機泳動パターンを撮影する画像撮影手段６１と、泳動パターンを撮影するために紫外線照射部７０の点灯、および画像撮影手段６１の撮影制御と、電気泳動槽１０の電圧制御、およびテーブル機構４０、キャリッジ機構６０、切り出し手段６１の駆動制御、を行うシステム制御部１２０とを備えて、撮影した画像の合成を行えるようにし、さらにその際、各核酸画分の蛍光位置マーカー１６との位置関係を比較し、画像歪を補正するようにしたので、各核酸画分の正確な位置を把握することができ、試料中の核酸画分の切り出しを高精度に行うことができる効果がある。しかも、かかる電気泳動システムを、小型で安価に得られる効果がある。

本発明にかかる電気泳動システムは、ゲル電気泳動、および電気移動パターンの撮影、電気泳動後の核酸試料の切り出し作業を、自動的に一括して実施可能で、作業者の安全と労力の低減を図り、かつ小型で安価な装置を提供でき、また試料の大きさによらず高精度な核酸画分の切出しを行うことができるものであり、生体高分子の分析で一般的に利用される電気泳動に関連する技術分野において有用である。

本発明の実施の形態１による電気泳動システムの、全体の概観を示した斜視図本発明の実施の形態１による電気泳動システムの、内部の概要を示した斜視図本発明の実施の形態１による電気泳動システムにおける、スライドテーブルの構成を示した斜視図本発明の実施の形態１による電気泳動システムにおける、テーブル機構の構成を示した斜視図本発明の実施の形態１による電気泳動システムにおける、切り出し手段および画像撮影手段を示した図本発明の実施の形態１による電気泳動システムにおける、切り出し器具を示した斜視図本発明の実施の形態１における、蛍光マーカーによる位置検出、およびこれを用いて位置制御を行う手段を示した図本発明の実施の形態１における、蛍光マーカーを利用して画像歪補正係数を取得する手段を示した図本発明の実施の形態１による電気泳動システムのブロック構成を示す図本発明の実施の形態１による、外部端末を接続した電気泳動システムの概略図

符号の説明

１０電気泳動槽
１１支持体付設面
１２受電部
１３支持体ホルダー
１４白金線等の電極
１６蛍光位置マーカー
２０切り出し器具
２１切り出し器具の上部孔
２４外部インタフェイス
２５外部コンピュータ
３０切り出し器具ホルダー
４０テーブル機構
４１スライドテーブル挿入部
４２動力伝達部
４３中心部
４５スライドテーブル
４５ａ電気泳動槽設置部
４５ｂ切り出し器具ホルダー設置部
５０駆動用モータ
５５キャリッジ用モータ
５６切り出し器具動作用モータ
６０キャリッジ機構
６１画像撮影手段
６２切り出し手段
６３直動シャフト
６４リードスクリュー
６５スラスト軸受け部
６６スクリューナット
６７切り出し器具把持ピン
７０紫外線照射部
７１紫外線光源
９１第１の光学フィルター
９２第２の光学フィルター
１０１電気泳動用ゲル
１２０システム制御部
１２１画像合成手段
１２２核酸画分位置計測手段
１２３ＣＰＵ
１２４インタフェイス部
１２５記録装置
１３０画像歪補正係数算出手段
１４０位置情報算出手段
１５０駆動制御手段

Claims

生体高分子試料を分離解析する電気泳動システムであって、
前記生体高分子試料を、支持体を用いて電気泳動させるための電気泳動槽と、
前記電気泳動槽に付設した前記支持体の両端に電圧を印加し、前記生体高分子試料を電気泳動させる電圧印加手段と、
前記電気泳動支持体に対し光を照射する手段を有し前記電気泳動の結果を撮影する画像撮影手段と、
前記画像撮影手段により獲得した画像と、画像歪補正用のパターンから成る画像歪補正用画像とを用いて画像の補正係数を取得し、該補正係数に基づいて、被写体を前記画像撮影手段により撮影したときの各撮影画像において前記被写体までの距離の差に応じて生ずる湾曲を補正し、該湾曲を補正した画像に基づき、前記電気泳動支持体における生体高分子画分の位置情報を算出し、該支持体で分離した生体高分子の画分を切り出す切り出し手段と、を備え、
前記電気泳動の実施から、前記電気泳動による前記生体高分子分画画分の抽出回収までを、一連に実施可能である、
ことを特徴とする電気泳動システム。
請求項１に記載の電気泳動システムにおいて、
前記電気泳動の結果を撮影する画像撮影手段が、モノクロＣＣＤよりなり、
前記切り出し手段は、生体高分子試料の撮影に用いない波長領域の画像歪補正用のパターンから成る画像歪補正用画像を用いて画像の補正係数を取得し、前記湾曲を補正した画像に基づき、前記電気泳動支持体における生体高分子画分の位置情報を算出し、該支持体で分離した生体高分子の画分を切り出す、
ことを特徴とする電気泳動システム。
請求項１に記載の電気泳動システムにおいて、
前記電気泳動の結果を撮影する画像撮影手段が、カラーＣＣＤよりなり、
前記切り出し手段は、生体高分子試料の撮影に用いない波長領域の画像歪補正用のパターンから成る画像歪補正用画像を用いて画像の補正係数を取得し、前記湾曲を補正した画像に基づき、前記電気泳動支持体における生体高分子画分の位置情報を算出し、該支持体で分離した生体高分子の画分を切り出す、
ことを特徴とする電気泳動システム。
請求項１に記載の電気泳動システムにおいて、
前記画像歪補正用のパターンは、格子状のものである、
ことを特徴とする電気泳動システム。
請求項１に記載の電気泳動システムにおいて、
前記画像歪補正用のパターンは、複数の点から構成される、
ことを特徴とする電気泳動システム。
請求項１に記載の電気泳動システムにおいて、
前記画像歪補正用のパターンは、紫外線蛍光塗料よりなる、
ことを特徴とする電気泳動システム。