JP2524243B2 - 蛍光式電気泳動パタ―ン読み取り装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、蛍光式電気泳動パターン読み取り装置に関
し、特に、電気泳動パターン読み取り用の蛍光励起光源
を小型化、軽量化、小電力化、長寿命化することがで
き、電気泳動パターンの読み取り感度を向上させた蛍光
式電気泳動パターン読み取り装置に関するものである。

〔従来の技術〕

蛍光法による電気泳動パターン読み取り装置は、危険
で高価な放射性アイソトープを必要としない利点を有し
ている。

一般に、DNAシーケンシング（遺伝子の塩基配列決
定）を含む種々の遺伝子構造解析、アミノ酸等の蛋白の
質量分析、高分子の構造分析を行うために、蛍光法によ
る電気泳動分析法が用いられる。このような電気泳動分
析法は、蛍光物質で標識した試料の断片に対してゲルを
用いて電気泳動を行い、電気泳動で展開された試料の断
片の分布パターンの解析を行うことにより、試料の分析
を行う方法である。

電気泳動パターン読み取り装置の代表例として、DNA
シーケンシング装置を例として説明する。DNAシーケン
シング装置を用いて、DNAシーケンシングを行う場合、
構造を決定しようとするDNAの試料は、まず、制限酵素
によって各塩基の部所に特異的な化学反応の反応率をコ
ントロールして試料を断片化し、蛍光物質で標識してフ
ラグメント（断片）とする。このフラグメントは、種々
の長さを持ち、かつ、切断端にアデニン、シトシン、グ
アニン、チミン（Adenin,Cytosine,Guanine,Thimine;以
下、A,C,G,Tと略称する）の４種のいずれかの特定の塩
基を有する断片である。フラグメント化されたA,C,G,T
の各々のDNAの試料は、電気泳動によりその断片の長さ
に対応して分離できるので、電気泳動を行い、各断片を
分離した後、レーザ光を照射し、各断片に標識されてい
る蛍光物質を励起し、その蛍光物質から発する蛍光の強
度分布を測定することにより、各々の塩基の配列を読み
取り、DNAの構造を決定する。

第21図は、電気泳動を行ったDNA断片の分布例を示す
図である。DNA断片の持つ長さの相違（分子量の差）に
より電気泳動される距離が異なるために、各々のDNA断
片が時間の経過と共に同一分子量のDNA断片毎に集ま
り、第21図に示すような電気泳動パターン70が形成され
る。この電気泳動パターン70は、各々の分子量に対応し
て、各々のバンド66が展開されて形成されるものであ
り、全体としては、各々の塩基のレーン71、72、73、74
に展開されたバンド66を有するパターンとなる。A,C,G,
Tの各塩基のDNA断片には必ず１塩基以上の分子量差が生
ずるため、電気泳動される距離が、各々の塩基のレーン
71、72、73、74のバンド毎にすべて異なる。したがっ
て、A,C,G,Tの各塩基のレーン71〜74における各バンド6
6が原理的にレーンのバンドと横一列に並ぶことはな
い。DNAシーケンシングでは、バンド66の順番をA,C,G,T
の各塩基のレーン71〜74に対して下から順にたどるパタ
ーン読み取りを行い、DNAの配列を解析する。

電気泳動法による分析法は、上述のように、各々のDN
Aの塩基の配列を解析するDNAシーケンシング装置に利用
されるが、また、電気泳動法による分析法は、他の試料
に対して電気泳動を行う場合も同様に利用できる。この
場合、解析すべき試料に対して電気泳動を行う。解析す
べき試料に電気泳動を行うと、試料は各々の分子量に対
応して分離され、それぞれにバンドが形成されるので、
形成されたバンドの分布を読み取り、試料の分子量の差
が判定できる。また、電気泳動による試料の断片の泳動
距離の測定、所定位置のバンドの有無の判定により、分
子量の推定や所定の分子の有無が判定できる。

このような電気泳動を行う場合、ベースとなるゲルに
蛍光物質を標識した試料を注入し、ゲルに電気泳動を行
うと、電気泳動を行った後のゲルには、試料の各々の分
子量の相違により分布するバンド分布ができるので、こ
のバンド分布を測定する。バンド分布の測定は、蛍光物
質に励起を起こす励起光となるレーザ光やランプなどの
光を発光して、この光を電気泳動を行ったゲルに照射
し、ゲルから励起された蛍光を光電変換素子で検出する
ことによって、バンドの分布パターンを測定する。ゲル
としては、例えば、ポリアクリルアミドゲルや、アガロ
ースゲルなどが用いられる。

この種の蛍光検出法による電気泳動装置の一例とし
て、特開昭61−62843号公報に記載された電気泳動装置
がある。

次に、このような蛍光検出法による電気泳動装置につ
いて具体的に説明する。

第17図は、従来の蛍光式電気泳動装置の外観を示す斜
視図である。第17図を参照すると、電気泳動装置は、試
料の電気泳動を行い、蛍光の分布を計測する泳動計測装
置51と、計測したデータを基にデータ処理を行うデータ
処理装置52、それら相互を接続するケーブル53から構成
されている。泳動計測装置51には扉51aがあり、扉51aを
開いて、DNA断片の電気泳動を行うベースとなるゲルの
注入を行い、更に電気泳動を行う試料の所定量を注入す
る。扉51aを閉じて、操作表示パネル51bの泳動開始スイ
ッチを押すと電気泳動が開始される。電気泳動が開始さ
れると、泳動計測装置51では、操作表示パネル51bにあ
るモニタに動作状態が表示される。計測されたデータ
は、データ処理装置52に転送され、予めプログラムされ
ている所定のデータ処理が行われる。なお、データ処理
装置52は、計算機本体54と、利用者からの指令などを入
力するためのキーボード55、処理状態や結果を表示する
ディスプレイ装置56、処理の結果を記録するプリンタ57
から構成されている。

第18図は、泳動計測装置の内部の構成を示すブロック
図である。泳動計測装置（51;第17図）の構成は、第18
図に示すように、電気泳動装置部63および信号処理装置
部64から構成されており、この２つの部分がまとめられ
て、泳動計測装置の全体の装置を構成している。電気泳
動装置部63は、電気泳動を行う泳動部５と、泳動部５に
電圧を印加するための第１電極2aおよび第２電極2bと、
泳動部５および各電極2a、2bを支えるための支持板３
と、泳動部５に電圧を印加するための電気泳動用電源装
置４と、蛍光物質を励起するための光を発光する光源11
と、光源11からの光を導くための光ファイバ12と、蛍光
物質から発生した蛍光13を集光して受光する光学系の集
光器14と、特定波長の光を選択的に通す光学フィルタ15
と、受光した光を電気信号に変換するための光センサ16
とから構成されている。また、信号処理装置部64は、光
センサ16からの電気信号を受けて増幅する増幅器17と、
電気信号のアナログ信号をディジタルデータに変換する
アナログ・ディジタル変換回路18と、ディジタル変換し
たデータに対して加算平均処理等の前処理を行う信号処
理部19と、前処理したデータを外部のデータ処理装置へ
送出するインターフェース処理を行うインタフェース20
と、電気泳動装置部および信号処理系の全体を制御する
ための制御回路10とから構成されている。この信号処理
装置部64から出力されるディジタル信号OUTは、データ
処理装置（52;第17図）に送られ、解析処理などのデー
タ処理が行われる。

次に、このように構成された電気泳動装置の動作を説
明する。

第17図および第18図を参照する。泳動計測装置51にあ
る扉51aを開き、内部にある泳動部５にゲルを注入し、
更に蛍光物質で標識したDNA断片の試料を注入する。操
作パネル51bのスイッチを操作して、電気泳動開始を支
持すると、電気泳動用電源装置４からの電圧が電極2a,2
bにより泳動部５に供給されて電気泳動が開始される。
電気泳動によって、蛍光物質で標識された試料は、例え
ば、第21図に示すように、各々の試料のレーン71、72、
73、74において電気泳動され、試料に含まれる分子の分
子量毎に集まり、それぞれにバンド66を作る。分子量の
軽い分子ほど泳動速度が速いため、同一時間内に泳動さ
れる距離は大きい。これらのバンド66の検出は、第19a
図に示すように、光源からの光を光ファイバ12に通して
導き、泳動部５の横方向からゲルに対して光路61上で照
射することにより、ゲル中でバンド66に集まっている標
識の蛍光物質が蛍光13を発する。

なお、泳動部５は、その正面図を第19a図に、その縦
断面図を第19b図に示すように、ポリアクリルアミドな
どのゲル5aと、該ゲル5aを両側から挟んで支えるための
ガラスの支持板5b,5cとから構成されている。泳動部５
のゲル5aに上部から例えばDNA断片の試料を注入し、第
１電極2aおよび第２電極2b（第18図）に泳動電圧を印加
して、電気泳動を行う。光源から照射された光、例えば
レーザ光は、光ファイバ12からゲル5a中の光路61を通
り、光路61上の蛍光物質を照射する。これにより、光路
61上に存在する蛍光物質が励起されて蛍光13を発する。
蛍光13はレンズの組合せで構成される光学系の集光器14
に到達し、集光された後に光学フィルタ15で選択され、
光センサ16において電気信号に変換される。光センサ16
により得られた電気信号は、増幅器17により希望するレ
ベルの信号に増幅され、アナログ・ディジタル変換回路
18によりアナログ・ディジタル変換され、信号処理部19
へ送られる。信号処理部19では、信号対雑音比（S/N
比）を向上させるために加算平均処理等の信号処理が行
われる。このようにして信号処理されたディジタル信号
のデータは、インタフェース20により、データ処理装置
52に送出される。

第20a図および第20b図は、泳動計測装置51から送出さ
れるDNA断片の蛍光強度パターン信号の例を説明する図
である。例えば、第20a図に示されるように、電気泳動
が行われた泳動部５に対して光路61でレーザ光が照射さ
れると、光路61上に存在するゲルの蛍光物質が励起され
て、蛍光を発するので、この蛍光を、レーン毎に所定の
検出位置で電気泳動方向62の方向に時間の経過と共に検
出する。これにより、各レーンのバンド66が光路61上の
位置を通過する時に、蛍光が検出されることになり、１
つのレーンにおける蛍光強度のパターン信号が、第20b
図に示すように、検出される。このため、バンド66が光
路61上の位置を通過するときに、蛍光強度のピークが得
られる。したがって、第20b図に示す蛍光強度パターン
信号は、電気泳動方向62の方向におけるバンド66の蛍光
強度パターン信号となっている。

データ処理装置52では、計算機本体54により泳動計測
装置51から送出されるDNA断片の蛍光強度パターン信号
のデータを受けて、蛍光強度パターンのデータから分子
量の比較やDNAの塩基配列を決定するデータ処理を行
う。データ処理を行い決定された塩基等の並びは、記号
化して出力され、ディスプレイ装置56により画面表示
し、またはプリンタ57により印刷出力される。また、デ
ータ処理された結果のデータは、必要に応じて磁気記憶
媒体に記録される。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、上述したように、蛍光検出法による電気泳
動装置においては、光源からの光を泳動部に対して横方
向に入射している。このような横方向からの光入射で
は、光源からの励起光は、直接的にゲルに光照射が行な
われるため、ゲルの支持板のガラスには励起光が当たら
ず、励起光の散乱光は発生せず、ゲルの支持板のガラス
を通して蛍光を受光する感度が高いという利点を有して
いる。

しかし、泳動部のゲルとして、例えばアガロースゲル
を用いる場合には、ゲル中における励起光の散乱度が大
きく、光路61の全てに渡って、励起光の光ビームのスポ
ット径と強度を均一に維持することが困難である。更
に、電気泳動の前のゲルの注入において、電気泳動には
関係しない泳動部の両端部分に気泡などができた場合
に、それが励起光の光路上であると、励起光を入射する
ことが困難となり、また、大きな散乱を生じることにな
る。さらに、横方向からの光入射では、光路上にある蛍
光物質が、全て同時に蛍光を発光するため、蛍光を集光
して受光する光センサとして、高価な１次元状の光セン
サ（ラインセンサ）を用いなければならないという問題
がある。

また、電気泳動パターン読み取り装置において、蛍光
物質の励起に用いる励起光の光源としては、白熱ランプ
や、ガスレーザ、色素レーザなどの光源が用いられてい
る。しかし、これらの光源は、電力から光への変換効率
が低く、発熱量が多く、光源の電源装置が大型で、重量
も大きく、電気泳動パターン読み取り装置の構成を小型
化することが困難となっているという問題がある。

本発明は、これらの問題を解決するためになされたも
のである。

本発明の目的は、電気泳動パターン読み取り用の蛍光
励起光源を小型化、軽量化、小電力化、長寿命化するこ
とができ、パターンの読み取り感度を向上させた蛍光式
電気泳動パターン読み取り装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するため、本発明の蛍光式電気泳動パ
ターン読み取り装置は、電気泳動を行うベースのゲルお
よび該ゲルを支持するゲル支持体からなる着脱自在な泳
動部ユニットと、該泳動部ユニットを装着して蛍光物質
で標識した試料を与えたゲルに泳動電圧を印加して電気
泳動を行う電気泳動ユニットと、電気泳動を行った後の
泳動部ユニットを装着し、泳動部ユニットのゲルに対し
て、光源からの照射光を走査してゲルの厚み方向に照射
し、照射光の光軸とは異なる方向に受光面を設定して受
光経路の空間的位置関係により、ゲル内の試料の蛍光物
質から発生した蛍光を、照射光によりゲル支持板から発
生する散乱光から分離して、電気泳動パターンを読み取
る読み取りユニットとを備えたことを特徴とする。

〔作用〕

前記手段によれば、蛍光式電気泳動パターン読み取り
装置には、泳動部ユニットと、電気泳動ユニットと、読
み取りユニットとが備えられる。

泳動部ユニットは、電気泳動を行うベースのゲルおよ
び該ゲルを支持するゲル支持体から構成され、着脱自在
となっている。電気泳動ユニットは、この泳動部ユニッ
トを装着して蛍光物質で標識した試料を与えたゲルに泳
動電圧を印加して電気泳動を行う。また、読み取りユニ
ットは、電気泳動を行った後の泳動部ユニットを装着
し、泳動部ユニットのゲルに対して、光源からの照射光
を走査してゲルの厚み方向に照射し、照射光の光軸とは
異なる方向に受光面を設定して受光経路の空間的位置関
係により、ゲル内の試料の蛍光物質から発生した蛍光
を、照射光によりゲル支持板から発生する散乱光から分
離して、電気泳動パターンを読み取る。

読み取りユニットにおいては、電気泳動パターンを読
み取るための光学系を、光源からの照射光を走査してゲ
ルの厚み方向に照射し、照射光の光軸とは異なる方向に
受光面を設定して受光経路の空間的位置関係により、ゲ
ル内の試料の蛍光物質から発生した蛍光を、照射光によ
りゲル支持板から発生する散乱光から分離する構成とす
ることにより、試料断片の標識に用いた蛍光物質を励起
する光源としては、光量の大きな光源を必要とせず、半
導体レーザを用いることができる。これにより、光源を
小型，軽量，高効率化として、装置の構成を小型化す
る。また、光源からの照射光は走査してゲルの厚み方向
に照射する構成とするので、集光部は、高価な一次元状
の光センサを用いる必要がなく、光ファイバアレイなど
で検出する蛍光を導入し、スポット光を受光する光セン
サで十分に電気泳動パターンの蛍光を検出できる。この
場合、励起光となる照射光はゲルの厚み方向に走査して
照射するため、照射光がゲル表面またはゲル支持板表面
から散乱光となり、検出する蛍光のノイズ分となるが、
ゲル表面またはゲル支持板表面から発生する散乱光とゲ
ル内から発生する蛍光とを光学レンズ系または光学ミラ
ー系を用いて受光経路の空間的位置関係の相違により分
離する。これにより、安価に横入射方式と同等の信号対
雑音比を得る。さらに、照射光をゲル上に走査して照射
する場合、スキャンスポットの移動速度変化による検出
感度の変化が、歪として電気泳動パターンの検出信号に
生じないように、スキャンミラーの回転速度を制御し
て、ゲル上でスキャンスポットの移動速度が一定となる
ように制御する。これは、スキャンミラーを駆動するミ
ラードライバの駆動制御信号として、これを補正する関
数電気信号を発生してスキャンミラーのミラードライバ
に加えることにより行う。

このようにして、蛍光物質を励起するための光源とし
て、半導体レーザを用いることにより供給電力に対する
光出力、すなわちレーザ光の発振効率を向上させ、同じ
レベルの光出力であればレーザ発振部の体積や駆動電源
部の体積が大幅に小さくできる。これにより、装置を小
型，軽量にすることができる。また、半導体レーザで
は、すべての固体化で構成されており、信頼性が高く装
置の長寿命化が可能である。半導体レーザで発振するレ
ーザ光の波長が、試料の標識物質として用いる蛍光物質
の蛍光の励起光として、波長が適合しない場合には、蛍
光を発する光学ロッド，非線形光学物質を用いて、発振
したレーザ光の波長を、試料の標識物質として用いる蛍
光物質に蛍光を励起するために適切な光の波長に変換す
る。

ゲル支持体から発生する励起光の散乱光とゲルから発
生する蛍光は、ゲル支持体の厚さ分だけ離れた位置から
発する光なので、光学レンズ系または光学ミラー系を用
いて、受光経路の空間的位置関係により別の位置に結像
させて分離し、集光することができる。これにより非常
に安価でありながら、励起光を横方向から入射する方式
と同レベルの信号対雑音比を実現することができる。ま
た、ゲルの厚み方向に照射する照射光のスポット光をス
キャンする場合、振動ミラーなど等角速度でスキャンす
ると、ゲル上ではスポット光の移動速度が等速とはなら
ないが、振動ミラーの回転角速度制御によりゲル上に於
て移動速度が等速となるように、回転角速度の補正制御
を行うことにより歪のない電気泳動パターンを得ること
ができる。

これにより、電気泳動パターン読み取り用の蛍光励起
光源を小型化、軽量化、小電力化、長寿命化することが
でき、パターンの読み取り感度を向上させることができ
る。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を図面を用いて具体的に説明
する。

第１図は、本発明の一実施例にかかる蛍光式電気泳動
パターン読み取り装置の全体構成を説明する概略図であ
る。第１図に示すように、蛍光式電気泳動パターン読み
取り装置は、電気泳動ユニット１と読み取りユニット６
とが分離されて全体の装置が構成される。電気泳動ユニ
ット１は、電気泳動を行うベースとなるゲルと該ゲルを
ガラス板などで挟み込んで支持するゲル支持体とからな
る泳動部（泳動部ユニット；この実施例では泳動部が着
脱自在となっており、これを、泳動部ユニットともい
う）５と、泳動部ユニット５が装着され該泳動部ユニッ
ト５に電気泳動電圧を加える第１電極2a及び第２電極2b
と、この第１電極2a及び第２電極2bを支えると共に泳動
部５を支える支持板３と、電気泳動電圧を供給する電気
泳動用電源装置４とから構成される。泳動部ユニット５
は、前述したように、泳動試料を展開するポリアクリル
アミドなどのゲルと、該ゲルを両側から挟んで支持する
ガラス板などのゲル支持体から構成される（第19a図、
第19b図参照）。電気泳動ユニット１において、泳動部
（泳動部ユニット）５が装着され、泳動部５のゲルの上
部から電気泳動する断片化した試料が供給され、電気泳
動用電源装置４から第１電極2aおよび第２電極2bに泳動
電圧が印加され、電気泳動が行われる。電気泳動ユニッ
ト１で電気泳動を行った後の泳動部５は取り外し、次
に、読み取りユニット６に装着して、電気泳動パターン
の読み取りを行う。

読み取りユニット６は、電気泳動を行った泳動部５
を、そのままの状態で（または泳動部５からゲルのみを
取り出した状態で）装着して、電気泳動パターンを読み
取って、データ処理を行う。読み取りユニット６は、第
１図に示すように、計測部本体７を主要部として構成さ
れ、データ処理装置８およびイメージプリンタ９等が付
加されて構成される。データ処理装置８およびイメージ
プリンタ９は、計測部本体７で読み取った電気泳動パタ
ーンデータに対して、データ処理、イメージ処理、判定
処理を行い、読み取った電気泳動パターンデータを加工
して出力する。計測部本体７には、電気泳動ユニット１
において既に電気泳動を行った泳動部（ゲル及びゲル支
持体からなる泳動部ユニット）５を装着して、読取る読
み取り台が本体上部の蓋7aの直下に設けられている。電
気泳動ユニット１から取り外した泳動部５は、計測部本
体７において、本体上部の蓋7aを開けて読み取り台に装
着される。泳動部５の読み取り対象のゲルを装着し、蓋
7aを閉じて、計測部本体７の操作表示パネル7bの読み取
り開始スイッチを押下すると、計測部本体７が泳動部５
のゲルの電気泳動パターンの読み取りを開始する。電気
泳動パターンの読み取りが開始されると、計測部本体７
に内蔵する光源からの光が走査され、装着した泳動部５
のゲルに励起光を照射し、蛍光物質を励起させ、これに
より発光した蛍光を受光して、蛍光物質の分布を計測す
る。データ処理装置８は計測部本体７で計測した読み取
りデータを基にデータ処理を行い、また、計測部本体７
の制御を行う。データ処理されたデータは、イメージプ
リンタ９などにより可視化される。

第２図は、計測部本体の要部の構成を示すブロック図
であり、また、第３図は、計測部本体に装着する泳動部
の装着位置を説明する図である。第２図および第３図を
参照して説明する。

電気泳動パターン読み取り装置を用いて、試料の電気
泳動分析を行う場合、前述したように、まず、電気泳動
ユニット１を用いて、蛍光色素（蛍光物質）により標識
した試料（DNAフラグメント）の電気泳動を行う。所定
時間の電気泳動の終了の後、泳動部５を電気泳動ユニッ
ト１から取り外す。取り外した泳動部５のゲルは、その
ままの泳動部５の状態で、あるいはゲル支持体のガラス
を外した状態で、第３図に示すように、読み取りユニッ
ト６の計測部本体７の上部の蓋7aを開き、内部の読み取
り台7cの上部に載置する。そして、蓋7aを閉じて、読み
取りユニットへのセットが完了する。このとき、電気泳
動を行ったゲルが蛍光色素で標識されていない試料の場
合には、ここで色素をつける処理を施ようにしてもよ
い。また、また、ゲルの乾燥等の処理も行う。

次に、電気泳動パターンの読み取り開始を指示する操
作を行う。読み取り開始の操作は、操作表示パネル7bの
読み取り開始スイッチの押圧による開始指示により、ま
たはデータ処理装置８からの読み取り開始指示により行
う。データ処理装置８によって読み取り動作を開始する
場合には、計測部本体７における泳動部ユニットの装着
状態が制御信号線を通してデータ処理装置８の側に送ら
れ、その状態に応じてデータ処理装置８が読み取りユニ
ット７の動作を制御して行う。この場合には、動作時の
読み取り速度などのパラメータ設定も予めデータ処理装
置８の側に登録しておくことにより、読み取り開始の操
作が自動的に行われるので、操作者のスイッチ操作負担
が軽減される。

読み取られた蛍光色素の分布データは、データ処理装
置８に送られる。データ処理装置８では、蛍光強度のピ
ーク検出処理、泳動距離を求める処理などの予めプログ
ラムしてある所望の処理を行う。データ処理した結果の
データは、必要に応じてイメージプリンタ９により、蛍
光強度を濃淡画像で印刷出力し、または蛍光強度を等高
線形式または色や濃度で区分けした画像として印刷出力
する。蛍光強度に応じた濃淡画像で印刷出力した画像
は、従来から用いられている放射性物質で標識して電気
泳動を行った放射性Ｘフィルム像と同じ画像となる。ま
た、必要に応じて、データ処理した結果のデータは、磁
気的または光学的記録装置にディジタルデータとして記
憶される。

第２図の計測部本体の構成を示すブロック図におい
て、光源21から発光されたレーザビーム31は、ミラード
ライバ30で駆動される振動ミラー22により図面（紙面）
の表裏方向にスキャンされ、読み取り対象の泳動部５の
ゲルに加えられる。振動ミラー22によりスキャンされる
レーザビーム31のスポット光は、移動しながら、泳動部
５のゲルを厚み方向に照射する。これにより、スキャン
されたレーザビーム31のスポット光が照射された泳動部
５のゲルからは蛍光13が発するので、これを集光器23を
通して受光する。集光器23は、後述するように、蛍光13
を受光するため受光経路の光軸が泳動部５を照射するス
ポット光の光軸とは異なるように、また、光学レンズ系
により受光の光学経路の空間的位置関係を構成して、泳
動部５の照射面から発する散乱光からの検出感度を高め
て、蛍光13を受光する。集光器23で受光した光は、光電
変換部24により電気信号に変換されて増幅器25により増
幅される。なお、ゲルを透過したレーザビーム31が、迷
光として悪影響を与えないように、泳動部５のレーザビ
ーム31の照射面と反対側には、光トラップ32が設けられ
ている。

このように集光器23、光電変換部24を通して、検出す
る蛍光13の受光感度を高くし、更に受光した蛍光13を電
気信号に変換し、変換した電気信号を増幅器25に入力す
る。増幅器25において増幅された電気信号は、アナログ
・ディジタル変換回路26に入力されて、ディジタルデー
タに変換される。ディジタルデータに変換された蛍光の
検出信号はメモリ28に記憶され、メモリ28に記憶された
データがインタフェース29を通してデータ処理装置８に
送られる。このような一連の信号処理の全体の制御は、
制御回路27が行う。

第4a図、第4b図、第4c図および第4d図は、計測部本体
に装着された泳動部ユニットの読み取り走査を説明する
図である。

第4a図〜第4d図を参照して、計測部本体に装着された
泳動部（泳動ユニット）５に対する読み取り操作につい
て説明すると、計測部本体７に対して、読み取り対象の
泳動部５が装着され、読み取り開始の操作がなされる
と、装着された泳動部５が、読み取り台7cの上で左右に
移動して、ゲルの電気泳行パターンの読み取りが行われ
る。まず、最初に泳動部５は、第4a図に示すような状態
の位置にセットされる。第4a図において、矢印40は光源
からのレーザビームがスキャンされる走査方向であり、
第１の走査方向（主走査方向）である。読み取り開始の
操作がなされると、泳動部５は、第4b図に示すように、
読み取り台7cの左端まで移動して、主走査方向にレーザ
ビームのスキャンが開始される。泳動部５が左端の位置
から所定の速度で右側に移動しながら読み取られる。泳
動部５の読み取りが開始され、泳動部５が所定の速度で
右に移動し、第4c図に示すように、泳動部５が右端まで
移動すると、読み取りが終了する。読み取り台7cにおい
て、泳動部５を移動させるステージの矢印41の移動方向
が第２の走査方向（副走査方向）となる。このようにし
て結果的に、泳動部５のゲルの蛍光物質の分布が２次元
的に分布画像として読み取られる。

このような泳動部５の相対移動による２次元的な読み
取り動作において、読み取り光のレーザビームの走査
は、第4d図に示すように、主走査方向（矢印40の走査方
向）と副走査方向（矢印41の移動方向）とにより、泳動
部５の面を走査して読み取られることと等価となり、主
走査方向を電気泳動と同方向として読み取りを行う。

次に、このような構成の電気泳動パターン読み取り装
置の計測部本体（第２図）の各部の構成を詳細に説明す
る。

第５図は、計測部本体の光源として半導体レーザを用
いる場合の光源装置の要部の構成を示すブロック図であ
る。

光源21となるレーザ光の光源装置は、第５図に示すよ
うに、光源用電源21aと、光軸を同一とした光路上に配
設される半導体レーザ21b,第１の光学レンズ21c,第２の
光学レンズ21d,光学ロッド21e,第３の光学レンズ21f,非
線形光学結晶21g,および出力カップラ21hから構成され
ている。光源用電源21aから供給される電流によって半
導体レーザ21bが発振してレーザ光を発光する。発光し
たレーザ光は第１の光学レンズ21cおよび第２の光学レ
ンズ21dで集光され、光学ロッド21eに入射される。光学
ロッド21eは、ネオジウムを拡散させたイットリウム，
アルミニウム，ガーネット結晶のロッド（以下、YAGロ
ッドという）により構成された光学ロッドであり、入射
れたレーザ光によ励起され蛍光を発光する。ここでの半
導体レーザ21aの発振波長は、YAGロッドの光の吸収帯で
ある約807nm中心の波長となっている。このようなレー
ザ光が入射されたYAGロッド（光学ロッド21e）は励起状
態となり、蛍光を発する状態となって、波長1064nmの光
を発生する。この光学ロッド21eからの光は第３の光学
レンズ21fにおいて、再び、集光されて、非線形光学結
晶21gに入射される。非線形光学結晶21gは、ここではKT
P（KTiOPO₄）が用いられる。このため、非線形光学結晶
21gから波長1064nmの光の第２高調波の1/2波長の波長53
2nmの光が発生する。そして、ここで発生した波長532nm
の光のみを出力カップラ21hにより取り出し、レーザ光
源装置の光源21から出力するレーザビームの照射光とす
る。

半導体レーザの発振効率は、通常の場合、ガスレーザ
等の１桁上であり、レーザ発振器の駆動電源装置の体
積，重量は約10分の１以下となる。まだ、レーザ発振器
自体も、ガスレーザの共振部の長さの10分の１以下程度
であり、大幅に小型化，軽量化が可能である。また、す
べて固体素子で構成されているため機械的な振動に強
く、寿命もガスレーザや色素レーザと比較して数倍長い
特徴を持っている。通常のガスレーザの寿命が２〜５千
時間であるのに対して、半導体レーザの寿命は４〜５万
時間と非常に長い。このため、光源として半導体レーザ
を用いる構成とすることにより、装置本体の構造を小型
化，軽量化することができる。

ところで、電気泳動パターンの読み取りのために、泳
動部のゲルに照射する照射光を半導体レーザのレーザ光
とする場合、レーザの成分が単一波長の光となってお
り、標識物質の蛍光物質の励起光として適切でない場合
には、十分に標識物質の蛍光物質から蛍光が得られない
場合がある。すなわち、例えば、試料のDNAフラグメン
トの標識物質の蛍光物質に蛍光励起を起こさせる光の波
長成分と、光源から発する光の波長が適合していない
と、電気泳動したパターンから発光する蛍光が弱く、読
み取りが困難となる場合がある。これに対しては、この
実施例では、半導体レーザで発振したレーザ光の波長
を、光学ロッドおよび非線形光学結晶を用い、発振した
レーザ光の波長を変換することにより、標識物質の蛍光
物質に蛍光励起を起こさせるために適切な光の波長成分
としている。また、泳動部にゲルに照射するレーザ光の
波長により、十分に蛍光を発光する蛍光物質の標識物質
を選択して用いるようにしてもよい。この例の光源装置
において出力する波長532nmの励起光波長に対しては、
それに適した標識物質の蛍光色素として、ローダミン
Ｘ、テトラメチルローダミンなどのローダミン類などが
使用できる。

第６図は、振動ミラーを用いてゲル面をレーザビーム
でスキャンする光走査部（以下、光走査機構という）を
説明する図であり、また、第７図は振動ミラーの回転角
とレーザビームのスポット光の移動距離の関係を説明す
る図である。

光源21,ミラー22,および泳動部５の配置位置が、第６
図に示すような位置関係にあるため、例えば、振動ミラ
ー22がミラードライバ30により等角速度で振動するよう
に駆動された場合、泳動部５においては、両端部での光
スポットの移動速度が中央部（Ｘ＝０）の付近よりも速
くなってしまう。そのため、泳動部５の試料から検出さ
れる蛍光の検出感度に、中央部と端部とでは差が生じる
ことになる。このため、ここでは、泳動部５のゲル上で
レーザのスポット光の移動速度が等速となるように、振
動ミラーを駆動する速度を補正制御する。すなわち、ス
ポット光の位置Ｘに対するミラーの角度θの関係は、第
７図に示すような関係となり、振動ミラーの回転中心と
泳動部５の中央部との距離Ｚを用いて、次式で表され
る。

θ＝tan^-1X/Z ここで、Ｚは振動ミラー22の回転中心から泳動部５の
ゲルまでの距離であり、Ｘは振動ミラー22の回転中心か
ら泳動部５のゲルの面に垂線を下ろした点を原点とする
ゲルの面方向の距離である。

この種の光走査機構における回転角と移動距離との間
の補正方法には、ｆθレンズを用いる方法があるが、ｆ
θレンズは高価であり、また、ｆθレンズを装着するた
め装置が大きくなるので、ここでは、光走査機構の振動
ミラー回転角と移動距離との間の補正を、ミラードライ
バ30に、振動ミラー22の回転角速度を可変制御する制御
回路を備え、振動ミラー22の回転駆動速度を補正制御す
ることにより行う。

第８図は、振動ミラーを回転駆動制御するミラードラ
イバの制御回路の要部構成を示すブロック図である。振
動ミラーのアクチュエータとしては直線モータを用いて
おり、振動ミラーの回転角制御は、回転角対応に比例し
た電圧を印加することによって制御できる。ゲルの照射
面においてレーザのスポット光が等速で移動するために
は、照射面の距離Ｘと時間ｔが比例関係となるように制
御すればよい。振動ミラーの回転角θとスポットの移動
距離Ｘとの関係は、第７図に示すような関係となってい
るので、第７図のグラフの横軸を時間軸、縦軸を電圧軸
に対応させた電圧波形の信号を発生させ、これを振動ミ
ラーを駆動する駆動制御信号とする。このような駆動制
御信号の発生は、ミラードライバ30における制御回路に
より行い、発生した駆動制御信号を振動ミラー22に供給
して、振動ミラー22の駆動制御を行う。

ミラードライバ30は、第８図に示すように、関数波形
を記憶した読み出し専用メモリ30aと、読み出した関数
データを電圧信号に変換するデジタル・アナログ変換回
路30bと、変換された電圧信号を増幅して駆動制御信号
として出力するドライバ30cと、メモリに対し時系列的
に読み出しアドレスを与えるカウンタ30dと、カウンタ
にクロック信号を与える発振回路30eから構成されてい
る。

計測部本体の制御回路27からの指示により発振回路30
eが動作し、発振回路30eからのクロック信号が、カウン
タ30dに入力される。カウンタ30dはクロック信号をカウ
ントし、読み出し専用メモリ30aに供給する読み出しア
ドレスを時系列的に発生する。カウンタ30dにより発生
された読み出しアドレスが時系列的に読み出し専用メモ
リ30aに供給されると、読み出し専用メモリ30aから予め
記憶されている関数データが順次に読み出される。読み
出し専用メモリ30aには、予め振動ミラーの回転角に関
する関数データ（第７図）が書き込んであり、このよう
な関数データが時系列的に読み出される。この例では、
関数データのビット数は、12ビットとしている。読み出
された関数データは、ディジタル・アナログ変換回路30
bにおいて振動ミラーの回転角を制御するアナログ信号
の電圧信号に変換される。この電圧信号は、ドライバ30
cにおいて、ステップ状のノイズをフィルタリングし、
更に電力増幅して、駆動制御信号として、振動ミラー22
に供給される。これにより、泳動部におけるレーザ光の
スポット光の移動速度（スキャン速度）が一定となるよ
うに、所望の回転角速度で振動ミラーを振動させること
ができる。

また、ここでのスキャン速度は、対数的にほぼ等分と
なるように、0.5,1,2,5,10,20,50,100,200Hzで可変でき
るようにしてある。これは、電気泳動する試料に標識し
た蛍光物質の量や蛍光物質の量子収率の差に応じて、読
み取り速度を変えられるようにし、効率的に読み取りを
行うためである。この場合のスキャン速度の指定は、操
作表示パネル7bまたは、データ処理装置８から指定する
ことが可能であり、制御回路27からミラードライバ30に
指示が送られ、カウンタ30dおよび発振回路30eを制御し
て、所望のスキャン速度で振動ミラー22を駆動させる。

このようにして、振動ミラー22の駆動制御により、光
源21からのレーザ光がスキャンされ、泳動部５において
は一定速度で移動するスポット光として照射される。こ
れにより、レーザ光の照射光により照射された部分にあ
る泳動部５のゲルの蛍光物質が励起され、蛍光13を発す
る（第２図）。

第９図は、ゲルから発生する蛍光を受光するための集
光器および光電変換部の要部の構成を光路を中心に示す
図である。

前述したように泳動部のゲル5aは、ガラスのゲル支持
体5b,5cに挟まれて支持されている。ここでのゲル支持
体5b,5cとして、この例の泳動部５では、ゲル支持体5b,
5cに硼硅酸ガラスを使用している。この他にゲル支持体
5b,5cには、石英ガラスや各種光学ガラスなどが利用さ
れる。

泳動部５では、スキャンされ移動するレーザビーム31
の照射光が照射されると、このレーザビーム31の照射光
はゲル支持体5b,5cを厚み方向に透過し、ゲル5aに到達
する。ゲル5aについてもその厚み方向にレーザビーム31
の照射光が進行する。ゲル支持板5b,5cおよびゲル5aの
厚みは、それぞれ約5mmおよび約0.35mmとなっており、
ゲル支持板5b,5cおよびゲル5aの厚み方向に照射される
レーザビーム31の照射光は、泳動部５のどの位置におい
てもゲルに到達する光の強度は概ね等しい。また、ゲル
5aおよびゲル支持体5b,5cの照射光の入射面で発生する
光散乱によるレーザビーム31の広がりや強度減少も、厚
み方向に照射光を入射しているため、大幅に少なくな
る。なお、ゲルを透過したレーザビーム31は、迷光とし
て悪影響を与えないように光トラップ32に入り減衰させ
られる。

このようにスキャンされ、ゲル5a内から発生する蛍光
13は、励起光による散乱光などと共に集光器23で集めら
れる。ゲル支持体5b,5cにおいて発生する散乱光は受光
経路の空間的位置関係により幾何光学的に分離し、ゲル
からの蛍光を光電変換部24に送る。光電変換部24におい
ては、ゲル内において発生する散乱光と蛍光を光学フィ
ルタを用いて分離し、光電子像倍管で電気信号に変換さ
れる。集光器23および光電変換部24の光学系の詳細な構
成を第９図に示す。

第９図を参照すると、泳動部５からの蛍光13およびゲ
ル支持体5b,5cから発生する励起光の散乱光は、シリン
ドリカルレンズ23aに到達し、散乱光および蛍光が、第
９図に示すように、シリンドリカルレンズ23aの反対側
に結像する。図中Ａ点はゲル5aからの蛍光13およびゲル
5aの表面で発生する励起光の散乱光に対する焦点であ
る。また、ゲル支持体5b,5cの表面において発生する励
起光の散乱光は、焦点Ａ′点に結像する。ここで光ファ
イバアレイ23bは、ゲル5aからの蛍光を受光するように
その結像点Ａの位置に配設することで、受光経路の空間
的位置関係により幾何光学的に分離され、ゲル支持体か
らの散乱光を分離することができる。このように照射光
を厚み方向に照射する方法では、ゲルと、ゲル支持体で
あるガラスの屈折率が1.4前後と比較的近いことと、ゲ
ルとゲル支持体のガラスの境界面が非常に密着している
ことにより、この境界面において発生する散乱光は非常
に少ない。したがって、Ａ点で受光する光は、ゲル5aの
表面で発生する励起光の散乱光は少なく、ゲル5aからの
蛍光13のみが大きく受光される。

また、ゲル支持体5b,5cの何れか、または両方を取り
外してゲル5aに対して直接に照射光をスキャンさせる場
合には、上述のようなゲル支持体において発生する量と
ほぼ同じの量の散乱光がゲル表面から発生するが、この
場合には、計測部本体７の読み取り台7cのゲルの載置ガ
ラスを厚みにより、ゲル支持体のガラスと同様な効果が
あるので、検出感度が低下することなく、ゲル面からの
蛍光が確実に検出できる。なお、特にこの時点におい
て、ゲル5aに対して色素を着色する処理などを行うため
にゲル支持体5b,5cの取り除きが必要のない場合には、
ゲル支持体5b,5cをつけたままで、ゲル5aの読み取りを
行う方が信号対雑音比を向上させることができる。

光ファイバアレイ23aにより集光された蛍光は、光フ
ァイバ内を導かれ、光電変換部24に入力される。光電変
換部24に入力された蛍光は、第１のレンズ24a,絞り24b,
第２のレンズ24cを用いて並行光成分のみを取り出し、
光学フィルタ24dに入射する。そして、光学フィルタ24d
により散乱光の成分を除いて、更に第３のレンズ24eで
集光して光電子像倍管24fに導き、検出された蛍光を電
気信号に変換する。このように、光電変換部24では、光
学フィルタ24dの波長分離性能を向上するために入射す
る光を、第２のレンズ24cにより並行光成分のみとし、
光学フィルタ24dに直角に入射させる。そして、光学フ
ィルタ24dによりゲル内に於て発生する励起光の散乱光
を分離して、信号対雑音比を向上させ、第３のレンズ24
eで集光して光電子像倍管24fに導く。

このように集光器23、光電変換部24を通して、検出す
る蛍光の受光感度を高くし、更に受光した蛍光を電気信
号に変換し、変換した電気信号を増幅器25に入力する。
増幅器25において増幅された電気信号は、アナログ・デ
ィジタル変換回路26に入力されて、ディジタルデータに
変換される。ディジタルデータに変換された蛍光検出信
号はメモリ28に記憶され、メモリ28に記憶されたデータ
がインタフェース回路29を通してデータ処理装置８に送
られる。このような一連の信号処理の全体の制御は、制
御回路27が行う。

次に、本実施例にかかる電気泳動パターン読み取り装
置装置における各部の構成要素の変形例について説明す
る。

上述した実施例の説明において、計測部本体７におけ
る光走査機構として、読み取り走査のためのレーザビー
ムのスキャン方法を振動ミラー22を用いるスキャン方法
としているが、これに替えて、回転多面体ミラーを用い
るスキャン方法，回転する回折格子を用いたスキャン方
法，または音響光学効果による回折を用いたスキャン方
法などが利用できる。この場合、回転多面体ミラーを用
いるスキャン方法、屈折および干渉などの光学的性質を
利用するスキャン方法など、スキャンするレーザ光の光
軸の方向を変える光走査機構ならば、どのような機構を
用いるようにしてもよい。

また、本実施例では、蛍光物質で標識した試料に励起
光を与えるための光源21として、半導体レーザを使用
し、発振したレーザ光によりYAGロッド21eを励起し、YA
Gロッド21eから発生する1064nmの蛍光を得て、更に非線
形光学結晶21gで高２高調波の波長の約532nmのレーザ光
を得る光源装置（第５図）を用いているが、これに替え
て、例えば、第10図に示すように、半導体レーザ21bか
らの発振されたレーザ光を第１の光学レンズ21cおよび
第２の光学レンズ21dにより集光した後、直接的に非線
形光学結晶21gに入射して、高調波のレーザ光を得るよ
うにしてもよい。この場合、非線形光学結晶21gの光変
換の効率が悪くなるが、例えば、非線形光学結晶の２次
高調波では、入力パルス強度のべき乗に比例した出力が
得られるため、パルス励起にしてパルスのピーク値を高
くすることにより、変換効率を高くすることにより対応
できる。すなわち、平均パワーが同じである場合、連続
光励起よりもパルス励起にしてパルスのピーク値を高く
する方が効率がよく、これにより、光源装置を第10図に
示すような構成とし、半導体レーザをパルス励起して用
いることにより、同等なレーザ光を発光する光源装置を
得ることができる。また、照射光がパルス性のレーザ光
である場合、ゲルからの検出される蛍光を受光する側の
処理で、照射光のパルス周期よりも長い時間だけ受光信
号を蓄積または積分することにより、同様の蛍光の検出
出力を得ることができる。ここでの半導体レーザ21b
は、約830nm中心の発振波長を持つ半導体レーザを用
い、非線形光学結晶21gとしてKTP（KTiOPO₄）を用いて
いるが、これに替えて、非線形光学結晶21gにLiNbO₃を
用い、その第２高調波として波長415nmのレーザ光を得
るような構成とすることができる。なお、非線形光学結
晶21gとしてLiNbO₃を用いることにより、波長340〜430n
m前後まで第２高調波を得ることが可能である。

波長340〜430nm前後までのレーザ光を励起光として照
射する場合には、試料の標識に用いる蛍光色素として
は、ルシファーイエローや、ユーロピウムの錯体［Eu−
（β−NTA）₃;NTAはナフトイルトリフルオロアセト
ン］、ポルフィリンとその誘導体などが使用できる。

また、その他に、このような非線形光学物質として、
β−BaB₂O₄を用いることができる。

なお、光源装置に用いる光学ロッドとしては、前述の
YAGロッド（イットリウム，アルミニウム，ガーネット
の結晶）の他に、ネオジウムを拡散したイットリウム，
リチウム，フッ素の結晶の光学ロッドなどを用いること
できる。

第11図は、集光器の他の実施例の要部の構成を説明す
る図である。第11図に示す集光器の構成は、泳動部５か
らの蛍光13とゲル支持体5b,5cからの散乱光を幾何光学
的に分離するのに凹面シリンドリカルミラー23cを用い
る構成となっている。光源からのレーザビーム31は、第
９図に示した集光器の構成と同様に、図の表面から裏面
への方向にスキャンしているものとする。ゲル内から発
生する蛍光13は、凹面シリンドリカルミラー23cにより
スキャン方向に長く集光される。集光された光は、光フ
ァイバアレイ23dに導かれて、光電変換部24に供給され
る。この場合、凹面シリンドリカルミラー23cでは、検
出すべき蛍光は焦点Ａ″点に集光され、光ファイバアレ
イ23dに導かれるが、ゲル支持体5b,5cからの散乱光は、
焦点Ａ″点から離れた点（図示せず）に集光するため幾
何光学的に、蛍光を散乱光から分離することができる。
このような凹面ミラーを用いた方法では、反射が１回の
みであるため光の損失が少ないという特徴を持つ。

第12図および第13図は、光走査機構の他の実施例を説
明する図である。第12図に他の実施例にかかる光走査機
構の全体の概略の構成を示し、第13図に光走査機構のセ
ンサヘッド部の構成を示す。

第12図において、５は泳動部であり、この泳動部５の
ゲル5aに対して蛍光を励起させる励起光を照射し、ゲル
5aからの蛍光を検出する。このため、ガイドレールを兼
ねたヘッド駆動機構のシャフト32,センサヘッド34が設
けられる。センサヘッド34は、光源からの光を導きゲル
に照射する光照射部とゲルから受光した蛍光を集光する
集光部とが一体に構成されており、光ファイバ33aによ
り光源からの照射光の供給を受け、光ファイバ33bによ
り検出した蛍光を出力する。センサヘッド34はシャフト
32に移動自在に装着されており、シャフト32の回転によ
りセンサヘッド34がシャフト上を摺動しながら左右に移
動する。これにより、泳動部５に対して、照射光をスキ
ャンし、泳動部５のゲルからの蛍光を検出する。なお、
シャフト32は泳動部５の光照射面に対して平行に配設さ
れており、センサヘッド34の照射光の出口および受光口
が泳動部５に対面するように配設される。

第13図は、センサヘッド34の構成を示す図である。セ
ンサヘッド34の構成は、図示するように、光入力用の光
ファイバ33aから導入される光源の光が、端部が凸レン
ズ仕上げとなっている光源ファイバ34cに導かれて、凸
レンズ部の端部から泳動部５に照射される。この光源フ
ァイバ34cの凸レンズ部の光出力端は、泳動部５内のゲ
ル5aにおいて焦点を結ぶように調整してある。これによ
り、レーザビーム31のスポット光がゲル5aに照射され
る。ゲル5a内から発生した蛍光13は、円形の凸レンズ34
aで集光される。凸レンズ34aの集光点Ｂには、集光ファ
イバ34bの受光口が設定されており、集光ファイバ34bに
より集光した蛍光が、光出力用の光ファイバ33bに導か
れて、光電変換部24へ供給される。なお、ゲル支持体5
b,5cからの散乱光は、前述の実施例の場合と同様に、受
光経路の空間的位置関係により幾何光学的に別の位置に
結像するので、蛍光からは分離されて、集光ファイバ34
bからは集光されない。

第14図は、センサヘッド34の他の変形例の構成を示す
図である。この例のセンサヘッド34の構成は、図示する
ように、蛍光の集光用の凸レンズに替えて円形の凹面ミ
ラー34dを蛍光の集光に用いる構成としたものである。
光入力用の光ファイバ33aから導入される光源の光が、
端部が凸レンズ仕上げとなっている光源ファイバ34cに
導かれて、凸レンズ部の端部から泳動部５に照射され
る。これにより、レーザビーム31のスポット光がゲル5a
に照射される。この光照射によってゲル5a内から発生し
た蛍光13は、円形の凹面ミラー34dにより集光される。
凹面ミラー34dの集光点には、集光ファイバ34bの受光口
が設定されており、集光ファイバ34bにより集光した蛍
光が、光出力用の光ファイバ33bに導かれて、光電変換
部24へ供給される。なお、ゲル支持体5b,5cからの散乱
光は、前述の場合と同様に、受光経路の空間的位置関係
により幾何光学的に別の位置に結像するので、蛍光から
は分離されて、集光ファイバ34bからは集光されない。

このような構成の光走査機構においては、センサヘッ
ド34は、シャフト32の回転により一定の移動速度で左右
に移動させて走査することができるので、前述のような
泳動部５の中央部と両端とで移動速度に差が生ずること
がなく、このため、泳動部５の試料から検出される蛍光
の検出感度に差が生ずることはない。

また、前述の実施例のように、光走査機構として、振
動ミラーまたは回転多面体ミラーを用いるような構成の
場合には、ミラーの回転角速度と泳動部の走査面の移動
速度とが比例関係になく、泳動部５の試料から検出され
る蛍光の検出感度に、中央部と端部とで差が生ずること
になる。このため、前述の実施例の場合には、振動ミラ
ーのミラードライバに回転角速度の補正制御回路を設け
る構成としたが、これに替えて、蛍光の検出感度特性を
補正することにより、検出された蛍光の電気信号をデー
タ処理する場合に、データ処理の段階で補正を行うよう
にしてもよい。すなわち、この場合には、等速度（回転
角速度）でミラーをスキャンし、読み取られた蛍光の強
度を、第15図に示すような関数の特性により、各々の蛍
光の検出位置Ｘに対応して重み付けを行い、読み取られ
た蛍光の強度を補正する。

以上に説明した実施例における電気泳動パターン読み
取り装置では、泳動部５を電気泳動ユニット１から取り
外し、泳動部５を読み取りユニット６に装着し、読み取
りユニット６において泳動部５の蛍光標識した電気泳動
パターンを読み取る装置構成となっているが、特に、電
気泳動ユニット１において泳動部５に対して電気泳動を
行いながら、同時に、蛍光物質の分布を読み取れるよう
に、読み取りユニットを構成してもよい。この場合の読
み取りユニットは縦型となり、電気泳動ユニットの全体
が装着できる構造とする。この場合にも読み取りユニッ
トは、光走査機構が泳動部のゲルに対して、光源からの
照射光を走査してゲルの厚み方向に照射し、集光器で
は、照射光の光軸とは異なる方向に受光面を設定して受
光経路の空間的位置関係により、ゲル内の試料の蛍光物
質から発生した蛍光を、照射光によりゲル支持板から発
生する散乱光から分離して、電気泳動パターンを読み取
ることになる。

第16図は、泳動部に対して電気泳動を行いながら同時
に蛍光の分布の読み取るを行う変形例の電気泳動パター
ン読み取り装置の構成を示すブロック図である。

第16図に示す電気泳動パターン読み取り装置のブロッ
ク図において、各部の要素は、第１図および第２図によ
り説明したものとを同様な要素であり、同じ参照番号を
付けて示している。

この例における読み取りユニットにおいては、泳動部
ユニットが装着される電気泳動ユニットの全体が、当該
読み取りユニットに装着される構成となる。この読み取
りユニットは、全体の構成が電気泳動読み取り処理部45
および信号処理部46とに分けられて構成されている。電
気泳動ユニット１が装着される電気泳動読み取り処理部
45は、この電気泳動ユニット１の泳動部５に対して、蛍
光の励起光を照射する光源21,光源21からの光をスキャ
ンさせるための振動ミラー22,振動ミラー22を駆動する
ミラードライバ30,泳動部５のゲルから発生する蛍光13
を集光するための集光器23,および、光電変換部24から
構成される。それぞれの構成要素については、前述の第
２図における要素と同様なものであり、また、同様に動
作するものなので、詳細な説明は省略する。

電気泳動読み取り処理部45からの電気信号に対する信
号処理を行う電気信号処理部46は、電気信号を増幅する
増幅器25,増幅器25により増幅された電気信号をディジ
タルデータに変換するアナログ・ディジタル変換回路2
6,ディジタルデータに変換された蛍光の検出信号を一時
的に記憶するメモリ28,メモリ28に記憶されたデータを
送出するインタフェース29,および、一連の信号処理の
全体の制御を行う制御回路27から構成される。これらの
各々の構成要素は、前述の第２図における要素と同様な
ものであり、また、同様に動作するものなので、詳細な
説明は省略する。

このように構成された電気泳動パターン読み取り装置
においては、読み取りユニットに、泳動部５を装備した
電気泳動ユニット１の全体が装着され、電気泳動ユニッ
ト１においてゲルの電気泳動を行いながら、電気泳動さ
れた泳動パターンの蛍光を読み取ることになる。

このように構成された変形例の電気泳動パターン読み
取り装置（第16図）においては、電気泳動を行っている
ゲルの側面よりレーザビームを入射する横入射方式の電
気泳動パターン読み取り装置（従来例：第18図）と異な
り、ゲルの厚み方向に光を照射するため、ゲルにより散
乱の影響を受けにくく、また、レーザビームを横入射す
る場合のように、ゲルの厚み約0.35mmの中心位置に光フ
ァイバ12（第18図）の光入射口を合わせるような位置合
せの困難性はなく、セッティングが容易である特徴も持
っている。この場合においても、光源，光走査機構，集
光器などにおいて、前述のような各々の構成要素の変形
例の別異の例を適用できる。

以上、本発明を実施例にもとづき具体的に説明した
が、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、
その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能である
ことは言うまでもない。

〔発明の効果〕

以上、説明したように、本発明によれば、蛍光式電気
泳動パターン装置の光源として、半導体レーザを用いる
ことができ、装置構成が大幅に小型化，軽量化され、か
つ小電力化が可能である。また、ゲルに照射する光をゲ
ルの厚み方向に照射して集光する集光器においても、装
置構成が大型化されずに、ゲル支持体からの散乱光を確
実に分離することができるので、信号対雑音比を大幅に
向上することが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例にかかる蛍光式電気泳動パ
ターン読み取り装置の全体の構成を説明する概略構成
図、 第２図は、計測部本体の要部の構成を示すブロック図、 第３図は、計測部本体に装着する泳動部ユニットの装着
位置を説明する図、 第4a図、第4b図、第4c図、および第4d図は、計測部本体
に装着された泳動部ユニットの読み取り走査を説明する
図、 第５図は、計測部本体の光源として半導体レーザを用い
る場合の光源装置の要部の構成を示すブロック図、 第６図は、振動ミラーを用いてゲル面をレーザビームで
スキャンする光走査機構を説明する図、 第７図は、振動ミラーの回転角とレーザビームのスポッ
ト光の移動距離の関係を説明する図、 第８図は、振動ミラーを回転駆動制御するミラードライ
バの制御回路の要部構成を示すブロック図である。 第９図は、集光器および光電変換部の光学系の詳細な構
成を示す図、 第10図は、計測部本体の光源として半導体レーザを用い
る場合の光源装置の変形例の要部の構成を示すブロック
図、 第11図は、集光器の他の実施例の要部の構成を説明する
図、 第12図は、光走査機構の他の実施例の全体の概略の構成
を示す図、 第13図は、光走査機構の他の実施例におけるセンサヘッ
ド部の構成の一例を示す図、 第14図は、光走査機構の他の実施例におけるセンサヘッ
ド部の構成の別の例を示す図、 である。 第15図は、等角速度でミラーをスキャンする光走査機構
によるスキャン補正を信号処理により行う別の実施例を
説明する図、 第16図は、泳動部に対して電気泳動を行いながら同時に
蛍光の分布の読み取るを行う変形例の電気泳動パターン
読み取り装置の構成を示すブロック図、 ある。 第17図は、従来の蛍光式電気泳動装置の外観を示す斜視
図、 第18図は、泳動計測装置の内部の構成を示すブロック
図、 第19a図および第19b図は、蛍光法による電気泳動パター
ン検出の動作原理を示す泳動部の正面図および縦断面
図、 第20a図および第20b図は、泳動計測装置から送出される
DNA断片の蛍光強度パターン信号の例を説明する図、 第21図は、電気泳動を行ったDNA断片の分布例を示す図
である。 図中、１……電気泳動ユニット、2a……第１電極、2b…
…第２電極、３……支持板、４……電気泳動用電源装
置、５……泳動部ユニット（泳動部）、６……読み取り
ユニット、７……計測部本体、８……データ処理装置、
９……イメージプリンタ、10……制御回路、11……光
源、12……光ファイバ、13……蛍光、14……集光器、15
……光学フィルタ、16……光センサ、17……増幅器、18
……アナログ・ディジタル変換回路、19……信号処理
部、20……インタフェース、21……光源、22……振動ミ
ラー、23……集光器、24……光電変換部、25……増幅
器、26……アナログ・ディジタル変換回路、27……制御
回路、28……記憶回路、29……インタフェース、30……
ミラードライバ、31……レーザビーム、32……光トラッ
プ、45……電気泳動読み取り処理部、46……信号処理
部、51……泳動計測装置、51a……扉、51b……操作パネ
ル、52……データ処理装置、53……ケーブル、54……計
算機本体、55……キーボード、56……ディスプレイ、57
……プリンタ、63……電気泳動部装置、64……信号処理
装置、61……光路、62……走査線、66……バンド、71,7
2,73,47……レーン。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 湯浅 一敏 神奈川県横浜市中区尾上町６丁目81番地 日立ソフトウェアエンジニアリング株 式会社内 (72)発明者 奈須 永典 神奈川県横浜市中区尾上町６丁目81番地 日立ソフトウェアエンジニアリング株 式会社内 (72)発明者 古賀 恵義 神奈川県横浜市中区尾上町６丁目81番地 日立ソフトウェアエンジニアリング株 式会社内 (72)発明者 中島 茂郎 神奈川県横浜市中区尾上町６丁目81番地 日立ソフトウェアエンジニアリング株 式会社内 (56)参考文献 特開 平２−10266（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−313035（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−196536（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−235548（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−243874（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−127662（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−317770（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−138615（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−80739（ＪＰ，Ａ)

Claims (11)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電気泳動を行うベースのゲルおよび該ゲル
   を支持するゲル支持体からなる着脱自在な泳動部ユニッ
   トと、 該泳動部ユニットを装着して蛍光物質で標識した試料を
   与えたゲルに泳動電圧を印加して電気泳動を行う電気泳
   動ユニットと、 電気泳動を行った後の泳動部ユニットを装着し、泳動部
   ユニットのゲルに対して、光源からの照射光を走査し
   て、試料に標識した蛍光物質からの蛍光を受光し、試料
   内の蛍光物質の分布を読み取る読み取りユニットと を備えた蛍光式電気泳動パターン読み取り装置におい
   て、 前記読み取りユニットは、 光源からの光を走査して、装着した泳動部ユニットのゲ
   ル支持板の上からゲルの厚み方向に照射光として照射す
   る光走査部と、 光源からの光の走査する方向とは交差する方向に、装着
   した泳動部ユニットを移動させる副走査部と、 照射光の光軸とは異なる方向で、照射光の散乱光を含む
   ゲルの区画からの光が、光学系によりゲル支持板の表面
   で発生する散乱光と異なる位置で結像する位置に受光面
   を設定し、散乱光から蛍光を分離して受光する受光部
   と、 該受光部により受光した蛍光から、波長の違いにより照
   射光の散乱光を除去し、標識した蛍光物質からの蛍光を
   選択する光学フィルタ部と を備えたことを特徴とする蛍光式電気泳動パターン読み
   取り装置。
2. 【請求項２】読み取りユニットは、半導体レーザ発振器
   と、光の波長を変換する光波長変換手段とを有する光源
   装置を光源として備え、 半導体レーザ発振器から発振したレーザ光の第１の波長
   の光を光波長変換手段に加え、光波長変換手段により第
   １の波長の光を第２の波長の光に変換し、波長変換した
   光をゲルの厚み方向に照射する照射光として用いること
   を特徴する請求項１に記載の蛍光式電気泳動パターン読
   取り装置。
3. 【請求項３】請求項２に記載の蛍光式電気泳動パターン
   読み取り装置において、 光波長変換手段は、レーザ光を入射し、入射された光で
   励起され、蛍光を発生する光学ロッドであることを特徴
   とする蛍光式電気泳動パターン読み取り装置。
4. 【請求項４】請求項２に記載の蛍光式電気泳動パターン
   読み取り装置において、 光波長変換手段は、レーザ光を入射し、入射された光の
   高調波を発生する非線形光学物質であることを特徴とす
   る蛍光式電気泳動パターン読み取り装置。
5. 【請求項５】電気泳動を行うベースのゲルおよび該ゲル
   を支持するゲル支持体からなる着脱自在な泳動部ユニッ
   トと、 該泳動部ユニットを装着して蛍光物質で標識した試料を
   与えたゲルに泳動電圧を印加して電気泳動を行う電気泳
   動ユニットと、 電気泳動を行った後の泳動部ユニットを装着し、泳動部
   ユニットのゲルに対して、光源からの照射光を走査し
   て、試料に標識した蛍光物質からの蛍光を受光し、試料
   内の蛍光物質の分布を読み取る読み取りユニットと を備えた蛍光式電気泳動パターン読み取り装置におい
   て、 読み取りユニットは、 光源から発光された光を走査して、装着した泳動部ユニ
   ットのゲル支持板の上からゲルの厚み方向に照射光とし
   て照射する光走査部と、 光源からの光の走査する方向と交差する方向に、装着し
   た泳動部ユニットを移動させる副走査部と、 照射光によりゲル支持体から発生する散乱光と、ゲル内
   に分布する蛍光物質で標識した試料から発生する蛍光と
   を、受光経路の空間的位置関係により分離する光学系を
   有し、該光学系によりゲル内の試料の蛍光物質から発生
   した蛍光を集光して受光する集光器と を備えることを特徴とする蛍光式電気泳動パターン読み
   取り装置。
6. 【請求項６】請求項１に記載の蛍光式電気泳動パターン
   読み取り装置において、 受光部は、ゲル内の試料の蛍光物質から発生した蛍光を
   集光して受光する光学レンズ系および光ファイバアレイ
   を有する集光器を備え、 光走査部により照射光を一次元的に走査して、ゲルの厚
   み方向に光を照射し、照射した光によりゲル内に分布す
   る蛍光物質で標識した試料から発生する蛍光を、集光器
   の光学レンズ系および光ファイバアレイにより、ゲル支
   持板の表面で発生する照射光の散乱光から分離して受光
   する ことを特徴とした蛍光式電気泳動パターン読み取り装
   置。
7. 【請求項７】請求項１に記載の蛍光式電気泳動パターン
   読み取り装置において、 受光部は、ゲル内の試料の蛍光物質から発生した蛍光
   を集光して受光する光学ミラー系および光ファイバアレ
   イを有する集光器とを備え、 光走査部により照射光を一次元的に走査して、ゲルの厚
   み方向に光を照射し、照射した光によりゲル内に分布す
   る蛍光物質で標識した試料から発生する蛍光を、集光器
   の光学ミラー系および光ファイバアレイにより、ゲル支
   持板の表面で発生する照射光の散乱光から分離して受光
   する ことを特徴とした蛍光式電気泳動パターン読み取り装
   置。
8. 【請求項８】請求項５に記載の蛍光式電気泳動パターン
   読み取り装置において、 読み取りユニットは、装着した泳動部ユニットのゲル
   に対して照射する照射光を一次元的に走査する光走査部
   とゲル内の試料の蛍光物質から発生した蛍光を受光する
   集光器がセンサヘッドとして一体に構成され、センサヘ
   ッドの走査により、光源からスポット光とした照射光を
   １次元的に走査してゲルに照射し、集光器が走査された
   スポット光の照射光による蛍光を、受光口の配設空間位
   置関係により照射光によるゲルの支持体の表面から発生
   する散乱光とゲル内に分布する蛍光物質で標識した試料
   から発生する蛍光とを分離し、光ファイバアレイにより
   受光した蛍光を集光して光電変換部に導出する ことを特徴とした蛍光式電気泳動パターン読み取り装
   置。
9. 【請求項９】請求項１に記載の蛍光式電気泳動パターン
   読み取り装置において、 光走査部は、振動ミラーと、該振動ミラーを駆動制御信
   号により駆動制御するミラードライバとを備え、 ミラードライバに、ゲル上を走査して照射するスポット
   光の移動走査速度がゲル上で等速となる駆動制御信号を
   発生する制御回路を備える ことを特徴とする蛍光式電気泳動パターン読み取り装
   置。
10. 【請求項１０】請求項１に記載の蛍光式電気泳動パター
    ン読み取り装置において、 読み取りユニットは、更に、ゲル上の照射光のスポット
    光の移動速度変化による受光する蛍光の強度を補正する
    補正処理手段を備え、 光走査部により照射光を一次元的に走査してゲルの厚み
    方向に光を照射し、照射した光によりゲル内に分布する
    蛍光物質で標識した試料から発生する蛍光を、照射光の
    散乱光から分離して受光し、補正処理手段によりゲル上
    に照射されるスポット光の移動速度変化により受光する
    蛍光強度を補正して読み取る ことを特徴とした蛍光式電気泳動パターン読み取り装
    置。
11. 【請求項１１】電気泳動を行うベースのゲルおよび該ゲ
    ルを支持する光学的に透明なゲル支持体からなる着脱自
    在な泳動部ユニットと、 泳動部ユニットを装着し、蛍光物質で標識した試料を与
    えたゲルに泳動電圧を印加して電気泳動を行う電気泳動
    ユニットと、 電気泳動ユニットに泳動部ユニットを装着し、電気泳動
    を行いながら、光源からの光を走査して、装着した泳動
    部ユニットのゲル支持板の上からゲルの厚み方向に照射
    光として照射する光走査部と、光源からの光を走査する
    方向とは交差する方向に、装着した泳動部ユニットを移
    動させる副走査部と、泳動部ユニットのゲルに対して、
    ゲルの厚み方向に光を照射し、ゲル内の試料の蛍光物質
    から発生した蛍光を受光して、電気泳動パターンを読み
    取る受光部とを有する読み取りユニットと を備えたことを特徴とする蛍光式電気泳動パターン読み
    取り装置。