JP2833119B2 - 細管式電気泳動分析装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はゲルが充填された細管状泳動管を用いる細管
式ゲル電気泳動分析装置に関するものである。

本発明のゲル電気泳動分析装置は、一般に蛍光検出式
電気泳動分析装置の他、例えばマキサム−ギルバート法
やサンガー法を用いて核酸の塩基配列を決定するときに
その最終段階で用いるのにも適する装置である。

（従来の技術） ゲル電気泳動分析装置を大別すると、スラブ形泳動部
を用いる装置と、泳動管を用いる装置がある。

泳動管を用いる装置の例としては、例えば第３図に示
されるように、ゲルを充填された泳動管50を垂直方向に
設置し、励起光ａを泳動管50の軸方向に直交する方向か
ら照射し、励起光ａが含まれる平面と同じ面内で光検出
器56により蛍光ｂを受光する方式のものが報告されてい
る（特開昭60−220860号公報参照）。52はレンズ、54は
蛍光用干渉フィルタである。

（発明が解決しようとする課題） 泳動管50は細くなるほど熱放散されやすくなって分離
特性が向上する。しかし、泳動管50が細くなると、泳動
管ガラスのレンズ効果が顕著になり、励起光ビームを絞
って検出部に照射することが困難になる。

そこで、仮に、泳動管50の断面を矩形にして励起光ビ
ームを照射しやすくしたとすれば、泳動管の長さを十分
長くとることができなくなり、また曲げることもできな
くなる。また、仮に、泳動管の大部分を円筒とし、励起
光ビームが照射される検出部のみを矩形にしたとすれ
ば、円筒から矩形に変化するところで泳動ゾーンの乱れ
を生じる。

したがって、泳動管を用いた電気泳動分析装置では、
泳動管を細くする方が好ましいが、第３図のような光学
系を備えている限り、泳動管を細くすることは困難であ
る。

本発明は泳動管を用いた電気泳動分析装置において、
泳動管を細くして分離特性を向上させるとともに、励起
光ビームを照射する光学系においては泳動管のレンズ効
果を受けずに励起光ビームを狭く絞ることができるよう
にして検出感度を上げ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） 本発明の細管式電気泳動分析装置では、励起光ビーム
を検出部に照射する励起光学系は、励起光ビームを泳動
管の軸方向に入射させるように構成されている。

（作用） 励起光ビームをゲルが充填された泳動管の軸方向に入
射させると、泳動管の管壁によるレンズ効果の影響を受
けない。そのため、泳動管を細くしても励起光学系で励
起光ビームを絞れば検出部での励起光ビームが狭く限定
され、検出感度が上がる。

（実施例） 第１図は一実施例を表わす。

２はキャピラリ泳動管であり、内部にはポリアクリル
アミドゲル４が充填されている。泳動管２は無蛍光の透
明体であり、石英により構成されている。泳動管２は下
端が泳動の終端になり、下端部には終端側電極槽６が配
置され、泳動管２は電極槽６と支持部材８により垂直方
向に立てられて支持されている。終端側電極槽６は無蛍
光の透明体、例えば石英で構成されている。泳動管２の
上端部にはサンプル側電極槽10が配置されている。電極
槽6,10にはそれぞれ電極液12,14が入れられており、泳
動管２の下端は電極液12中に浸され、上端は電極液14中
に浸されている。両電極槽6,10の電極液間には泳動電源
16により泳動電圧が印加されるようになっている。18は
励起光源としてのアルゴンレーザである。アルゴンレー
ザ光は488nmの波長をもっている。レーザビームａを励
起光として狭く絞って泳動管２の終端部の検出部Ｄに照
射するために、ビームエクスパンダ20と集光レンズ24が
設けられている。22はミラーである。ビームエクスパン
ダ20で拡げられたレーザビームａを集光レンズ24で絞り
込み、泳動管２の終端部の検出部Ｄに泳動管２の終端方
向から泳動管２の軸方向に入射させるように、レーザ1
8、ビームエクスパンダ20及び集光レンズ24を含む励起
光学系が配置されている。

終端側電極槽６の側方には泳動管２の終端部の検出部
Ｄから発生する蛍光ｂを検出する蛍光検出系が設けられ
ており、26はその対物レンズ、28は蛍光光用干渉フィル
タで、例えば520nmの波長の光を通す特性を備えたもの
である。30は集光レンズ、34は光検出器である。32は泳
動方向の検出領域を限定するマスクである。

泳動管２の上端にはサンプル38が置かれる。サンプル
38は例えばサンガー法で処理され、螢光物質FITCで蛍光
標式されたDNA断片である。DNA断片はその末端塩基がＡ
（アデニン）、Ｃ（シトシン）、Ｇ（グアニン）又はＴ
（チミン）のいずれかである４種類が存在し、そのた
め、第１図に示される電気泳動装置は少なくとも４台が
並列に設置され、それぞれに末端塩基別のDNA断片がサ
ンプル38として置かれる。螢光物質FITCはアルゴンレー
ザの488nmで励起されて520nm程度の波長の蛍光を発生す
る。

次に、本実施例の動作について説明する。

サンプル38をサンプル側電極槽10中の泳動管上端に置
き、泳動電源16を入れると、サンプル38は泳動管２中を
泳動中に分離され、泳動管２の終端側電極槽６内に出て
くる。励起光であるアルゴンレーザ18からのレーザビー
ムａはいったんビームエクスパンダ20で拡げられた後、
集光レンズ７により泳動管２の終端部の検出部Ｄに集光
される。検出部Ｄにサンプルがきていればアルゴンレー
ザビームａで励起されて520nmの蛍光ｂを出す。蛍光ｂ
は対物レンズ26で集光され、520nmの干渉フィルタ28で
波長選別され、集光レンズ30で集められ、マスク32で泳
動方向の検出領域が限定された上で、光検出器34で受光
される。

検出感度を決めるのは検出部Ｄでの励起光ａのエネル
ギー密度であり、そしてそれは励起光ａの検出部Ｄにお
けるスポットサイズで決定される。本発明の装置では、
検出部Ｄと集光レンズ24の距離を極限まで近づけること
ができ、その結果集光レンズ24として開口数の大きいレ
ンズを用いることができる。また、励起光ａを泳動管２
の軸方向から照射するので、検出部Ｄとレンズ24の間に
光学的曲面がなく、レンズ効果が生じないので、検出部
Ｄでの励起光ａのスポットサイズを回折限界である数μ
ｍオーダまで縮めることができる。そのため、泳動管２
として内径が10μｍ程度のものまで使用することができ
るようになり、分離能及び検出感度が著しく向上する。

第１図の実施例における終端側電極槽６において、励
起光ａが入射する底面と蛍光ｂを取り出す側面は透明で
ある必要があるので、電極槽６全体を透明石英にするの
に代えて、励起光ビームａの入射部分と蛍光ｂの出射部
分とだけを透明石英の窓としてもよい。また、蛍光ｂを
取り出す部分に破線36で示されるような石英ロッドを設
けておいてもよい。

第２図は他の実施例を表わす。

第１図の実施例と比較すると、励起光学系は同じであ
るが、蛍光検出系は検出感度をさらに高めるために受光
部の立体角を大きくしている。

第２図において、泳動管２の軸方向と直交する方向に
放出される蛍光ｂを全て取り込むために、楕円面又は放
物面をもつ同型のミラー40,42を設け、一方のミラー40
の焦点に検出部Ｄがくるようにミラー40を配置し、他方
のミラー42の焦点に光検出器44を配置している。２つの
ミラー40,42の間には蛍光光用干渉フィルタ28を配置し
ておく。

第２図の実施例によれば、励起光ａの入射方向に対し
て90度の方向に放出される蛍光光ｂは、レーリ散乱が少
なく、したがってS/N比がよいが、そのような蛍光光ｂ
を全て集めることができ、立体角が大きくなって、第１
図よりさらにS/N比が向上する。

（発明の効果） 本発明では泳動管の軸方向に励起光ビームを入射させ
るようにしたので、泳動管壁面によるレンズ効果を避け
ることができ、泳動管を細くして電気泳動の分離能を高
めた場合でも、高感度に蛍光検出をすることができるよ
うになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は一実施例における１個の泳動管に関する部分を
示す断面図、第２図は他の実施例における主として蛍光
検出系を示す断面図、第３図は従来の電気泳動分析装置
の光学系を示す概略斜視図である。 ２……泳動管、４……ポリアクリルアミドゲル、6,10…
…電極槽、12,14……電解液、16……泳動電源、18……
アルゴンレーザ、20……ビームエクスパンダ、24……集
光レンズ、26……対物レンズ、28……蛍光光用干渉フィ
ルタ、30……集光レンズ、32……マスク、34,44……光
検出器、38……サンプル、40,42……放物面鏡。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ゲルが充填された細管状泳動管を垂直方向
   に設置し、泳動管の両端を電解液に浸して検体を泳動管
   中に電気泳動させ、泳動管に励起光ビームを照射し、発
   生する蛍光を測定する電気泳動分析装置において、励起
   光ビームを泳動管の軸方向に入射させるように構成され
   ていることを特徴とする細管式電気泳動分析装置。