JP2543702Y2 - 核酸の塩基配列決定装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本考案は、サンガーの方法によって核酸の塩基配列を
決定する過程で、特に予めプライマーを蛍光物質や燐光
物質などの標識色素でラベルしておき、最終段階のゲル
電気泳動からの配列の読取りをその標識色素からの発光
を利用して分光学的方法により行なう装置に関するもの
である。

（従来の技術） 従来の塩基配列決定装置としては、例えば「Nature」
誌、第321巻、第674〜679ページ（1986年）に記載のも
のや、「Journal of Biochemical and Biophysical Met
hods」誌、第13巻、第315〜323ページ（1986年）に記載
のものなどがある。これらの塩基配列決定装置は、予め
サンガー法（「Proc.Natl.Acad.Sci.USA」誌、第74巻、
第5463ページ（1977年）参照）で処理したDNA断片にそ
の末端塩基の種類（Ａ（アデニン）、Ｇ（グアニン）、
Ｔ（テミン）、Ｃ（シトシン））に応じて別々の蛍光物
質をつけたものを単一の泳動レーンで泳動させるか、又
は同じ蛍光物質をつけたものを別々の泳動レーンで泳動
させるかし、その蛍光物質をレーザ光で励起し、蛍光波
長の光のみを受光し測定することによりDNA断片の泳動
パターンを検出し、最終的に塩基配列を決定している。

塩基配列決定の泳動ゲルとして平板状のスラブゲルを
使用したものがある。平板状ゲルを使用した装置ではゲ
ル中を電気泳動してくる核酸断片を励起光ビームで走査
するために、励起光ビームをゲルに照射する光学系を直
線上で往復運動させる。

（考案が解決しようとする課題） 光学系を往復運動させると光学系の安定度に問題が生
じ、また高速走査させる上で問題があり、そのため多検
体試料を泳動させる場合にそのレーンの数が16〜20程度
に制限させる。

また、平板状ゲルの両側近傍は泳動には使用すること
はできない。

そこで、そのような問題を解決するために、ゲルを円
筒状とし、励起光光源と光検出器の一方を円筒の内側領
域、他方を外側領域に配置し、光学系又はゲルを円筒の
中心軸を中心にして回転させることにより、ゲルの円筒
の周方向に沿って励起光ビームで走査を行なう装置が提
案されている（特願昭62−51698号参照）。

本考案は上記に引用した円筒状ゲルを用いた装置と同
様に円筒状ゲルを用いることにより上記の問題点を解決
する他に、光学系又はゲルを回転させる機構を簡単にす
ることができ、また、装置としても小型にすることので
きる核酸の塩基配列決定装置を提供することを目的とす
るものである。

（課題を解決するための手段） 本考案では、ゲルに励起光ビームを照射する光照射手
段及びゲルからの蛍光を受光する光検出器を含む光学系
をともに円筒状ゲルの内側領域に配置する。そして、光
学系のうちの少なくともゲルへの励起光ビーム照射部
分、又はゲルをゲルの円筒軸を中心として回転させる。

（作用） 励起光ビーム照射部分又はゲルを回転させることによ
り、励起光ビームは円筒状ゲルの内側の特定の円周に沿
って移動する。核酸断片は電気泳動によって円筒状ゲル
の軸方向に泳動してくるので、励起光ビームの走査位置
までくると核酸断片の標識色素が励起光ビームで励起さ
れて蛍光を発し、その蛍光は光検出器で検出される。

（実施例） 第１図は一実施例を概略的に表わしたものである。

２は円筒状に形成された電気泳動用のポリアクリルア
ミドゲルである。円筒状ゲル２は、例えば２個の内径の
異なる円筒状ガラス管を同軸上に重ね、その隙間にポリ
アクリルアミドゲルを保持したものである。ガラス管の
隙間はゲル２の厚みを規定する。その隙間は例えば0.5
〜0.8mmが適当である。また、可撓性フィルム上にポリ
アクリルアミドゲルを形成し、そのフィルムを円筒状に
巻き付けることによっても円筒状ゲル２を形成すること
ができる。ゲル２はその円筒の軸が垂直方向になるよう
に設置されている。

泳動ゲル２の上下には電解液の入った電極槽4,6を備
え、両電極槽4,6間には泳動電源８によって泳動電圧が
印加されるようになっている。

泳動ゲル２の上端には試料を注入するためのスロット
10が設けられており、各スロット10にはサンガー法で処
理されそのプライマーに標識色素である例えばFITCなど
の蛍光物質で予めラベルされたDNA断片が、その末端塩
基A,G,T,C別にそれぞれ入れられ、泳動方向12に泳動さ
せられてバンド13を作る。

14は核酸断片の標識色素を励起するための励起光ビー
ムを発生するレーザであり、レーザ14から発生するレー
ザビーム15の光軸がゲル２の円筒の中心軸と一致するよ
うに配置されている。16はレーザビーム15をゲル２の内
面に照射するミラーであり、ゲル２の円筒の中心軸上に
設けられ、その中心軸を軸として回転する回転機構に取
りつけられている。ミラー16の回転ににより、ミラー16
により反射されてゲル２の内面を照射するレーザビーム
15の照射点はゲル２の一定の高さの周方向に沿って軌跡
を描いて移動する。

22は光電子増倍管であり、ゲル２の円筒の中心軸上に
設けられており、レーザビーム15で照射されたゲル２の
内面上の点からの蛍光を受光する。ゲル２から光電子増
倍管22に入射する蛍光の光軸上には、干渉フィルタ20が
設けられており、この干渉フィルタ20はゲル２の円筒の
軸を中心とし、かつ、ミラー16と同期して回転するよう
に回転機構に取りつけられている。干渉フィルタ20はゲ
ル２から光電子増倍管22に向う光の成分のうち蛍光波長
成分だけを通す特性をもつ干渉フィルタである。

光電子増倍管22の検出信号は、A/D変換器24でデジタ
ル信号に変換されてマイクロコンピュータ26に取り込ま
れ、マイクロコンピュータ26で塩基配列が決定される。

第２図にはミラー16と干渉フィルタ20を同期して回転
させる回転機構の例を示す。

−側である上部電極槽４と＋側である下部電極槽６が
支持部材28によって支持され、電極槽4,6間には２枚の
円筒状ガラス管とその間に形成されたゲル２が保持され
ている。ガラス管の図示は省略されている。

ゲル２の内側領域においては、軸受30,32によって光
学系回転用のスキャナロッド34が支持部材28に回転可能
に支持されている。スキャナロッド34は上部及び下部が
それぞれ中空であり、下部の中空部分にはミラー16が取
りつけられている。下方のレーザ14からのレーザビーム
15がミラー16で反射されてゲル２に入射するように、ス
キャナロッド34の側部に孔36があけられている。スキャ
ナロッド34の上部の中空部分には光電子増倍管22が設け
られ、ゲル２からの蛍光を光電子増倍管22に導くために
スキャナロッド34の側部に孔38があけられている。孔38
から入射した光が干渉フィルタ20を通過するように、光
電子増倍管22の入射側には干渉フィルタ20が取りつけら
れている。

スキャナロッド34の下端部の外周には歯車40が設けら
れ、この歯車40は回転駆動源であるモータ42の回転軸に
取りつけられた歯車44と噛み合っている。

本実施例において、モータ42によってスキャナロッド
34を回転させると、ゲル２の円筒の中心軸を回転中心と
してミラー16と干渉フィルタ20が同時に回転し、ミラー
16で反射されてゲル２の内面を照射する照射点はゲル２
の内面の一定高さの周方向の軌跡を描く。ゲル２の内面
の照射点からの蛍光は、孔38を通って干渉フィルタ20を
透過し、光電子増倍管22に入射する。

光電子増倍管22の出力から塩基配列を決定する方法は
よく知られている。例えば、ある瞬間にレーザビーム15
の照射位置にDNA断片のバンド13があれば、このバンド1
3から蛍光が放出され、光電子増倍管22に入射する。マ
イクロコンピュータではレーザビーム15の照射位置と光
電子増倍管22からの蛍光の有無を示す信号によってDNA
のバンド13の状態がわかる。バンド13はDNA断片の分子
長さの短かい順に泳動されてくるので、これによって塩
基配列を決定することができる。

第２図ではレーザ14を下方に設け、下側からレーザビ
ーム15を照射しているが、レーザ14を上方に設け、上側
から照射するようにすることもできる。その場合、ミラ
ー16、干渉フィルタ20及び光電子増倍管22の配置は第２
図とは上下方向を逆にすればよい。

また、回転駆動源であるモータ42を上側に設け、スキ
ャナロッド34の上端部で駆動するようにすることもでき
る。

実施例はミラー16及び干渉フィルタ20をゲル２の軸を
中心として回転させるようにしているが、ミラー16及び
干渉フィルタ20を含む光学系を固定し、ゲル２の方を回
転させるようにすることもできる。その場合はレーザ14
はゲル２の中心軸上に設ける必要がなく、ミラー16も光
電子増倍管22もゲル２の中心軸上に設ける必要がない。

（考案の効果） 本考案ではゲルを円筒状とし、その内面に励起光ビー
ムを照射し、かつ、内面からの蛍光を受光して塩基配列
を決定するようにしたので、光学系又はゲルを円筒の軸
を中心として回転させればよく、平板状ゲルを用いるよ
うに光学系を直線上で往復運動させるよりも機構的に簡
単になり、また、高速走査が可能になる。高速走査をす
れば、繰り返して検出し、データを積算して平均化処理
することができるので、検出精度が向上する。

高速走査が可能になることから、従来の平板上ゲルを
用いる場合より多くの検体を同時に泳動させて検出する
ことが可能になる。

円筒状ゲルには両側の端面というものが存在しないた
め、ゲルを有効に活用することができる。

特に本考案では、励起光ビームの照射用光学系も検出
器も全てゲルの内側領域に設けるので、光学系又はゲル
を回転させる機構が一層回端になり、また、装置として
も小型になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は一実施例を示す概略斜視断面図、第２図は一実
施例の回転機構を示す断面図である。 ２……円筒状ゲル、4,6……電極槽、８……泳動電源、1
4……レーザ、15……レーザビーム、16……ミラー、20
……干渉フィルタ、22……光電子増倍管、34……スキャ
ナロッド、42……モータ。

Claims (1)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】円筒状ゲルを備え、標識色素により標識化
   された核酸断片を前記ゲル中で円筒の軸方向に電気泳動
   させる機構と、前記ゲルの円筒の内側領域からゲルの内
   面に励起光ビームを照射する光照射手段、前記ゲルの円
   筒の内側領域でゲルからの蛍光を受光する光検出器及び
   この光検出器の光入射側に設けられて蛍光成分だけを透
   過させる光学素子を含む光学系と、この光学系のうちの
   少なくともゲルへの励起光ビーム照射部分、又は前記ゲ
   ルをゲルの円筒軸を中心として回転させる機構とを備え
   た核酸の塩基配列決定装置。