JP4094289B2 - Base sequence determination apparatus and base sequence determination method - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、核酸の塩基配列を読み取る塩基配列決定装置、および核酸の塩基配列を決定する方法に関する。より具体的に、本発明は、核酸を担持している担体をレーザー光により捕捉した状態で、核酸の塩基を末端から一つずつ切断する反応を行い、核酸の塩基を標識する蛍光物質の有無および/または種類により塩基配列を決定する装置および方法に関する。また、本発明の塩基配列決定装置は、反応に供する任意の物質を担持している担体をレーザー光により捕捉した状態で所定の反応を行い、該反応により得られる結果を蛍光物質の有無および/または種類により判定する装置として利用可能である。
【0002】
【従来の技術】
従来よりDNAやRNAの核酸の塩基配列を決定する装置として、ゲル電気泳動装置、キャピラリー電気泳動装置などが知られている。ゲル電気泳動装置では、ゲルの泳動長を長くすれば原理的にいくらでも長い核酸の塩基配列を読み取ることができる。しかし、泳動長を長くすれば装置がそれだけ大掛かりになる、サンプルの準備に手間と時間がかかるなどの難点を有する。また、キャピラリー電気泳動装置は、一度に多量のサンプルを読み取ることができる点、また、サンプルの準備に手間があまりかからない点で優れているが、1回の測定で読み取ることができるのは600〜700塩基程度であり、長い核酸の塩基配列を読み取ることは難しい。
【0003】
また、核酸の塩基配列決定は、従来ラジオアイソトープ(RI)、一般に32Pを用いて行われていた。RIによる手法は、非常に高感度であるが、放射性廃棄物などの処理が面倒である上に、環境に対する配慮が必要になる。
【0004】
一方、個々のDNAや細胞などの内部構造を観察する方法として顕微分光測光法がある。この方法は、細胞に蛍光色素を加え、顕微鏡のプレパラート上で蛍光を観測して細胞組織の内部の状態や構造を測定するものである。この方法は、塩基配列を読み取ることを対象としていないし、読み取ることもできない。
【0005】
また、流体中の生体細胞や微粒子の測定方法として、フローサイトメトリがよく用いられている。フローサイトメトリは、生物細胞やラテックス粒子などの微粒子を流体中で移送させながら、これらの対象物個々にレーザー光などの光を入射させる。次いで、複数の方向に置かれた受光器により、対象とする細胞や微粒子からの散乱光や蛍光を観測し、対象物の形状や内部構造などを測定する。この方法は、高速で流れる流体中で次々に、細胞や微粒子からの散乱光や蛍光を測定するが、微小な単一分子を検出することができず、塩基配列を読み取ることはできない。
【0006】
90年代に入り蛍光を用いた単一分子の検出・イメージングに関する研究が急増している。例えば、単一分子の検出法として、P.M.Goodwin et al., ACC.Chem.Res. 1996, 29, 607-613に記載される手法、および蛍光相関分光法(FCS)などが挙げられる。蛍光相関分光法では、共焦点レーザー顕微鏡の視野の中で、蛍光標識したタンパク質や担体粒子を溶液中に浮遊させ、これらの微粒子のブラウン運動に基づく蛍光強度のゆらぎを解析する。これにより、対象とする微粒子などの数や大きさを計測することができる。この技術については、例えば、金城政孝「蛋白質 核酸 酵素」(1999) Vol.44, No.9, 1431-1437に詳しく論じられている。この方法では、微粒子の大きさや量についての情報しか得ることができない。
【0007】
また、DNAが付着したラテックス粒子を流路内で光トラップにより捕捉し、付着したDNAを伸長してその振る舞いや力を測定する試みも行われている(Steven B. Smith et al, Science (1996) Vol.271, 795-)。さらに、流路中に微粒子を搬送するシステムにおいて、レーザー光により個々の粒子を捕捉(トラップ)し、光照射のオン・オフによってトラップした微粒子の移動の動きを制御し、搬送される微粒子の移動の間隔を整える装置が提案されている(特開平5-296914)。このように微粒子を光トラップする方法では、レーザー光などにより微粒子を捕捉する手法については開示しているが、微粒子に付着させた蛍光物質を判別したり、蛍光物質の量を測定したりする方法については開示されていない。
【0008】
また、新たな手法を用いて、塩基配列を決定する試みが行われている。すなわち、DNAの一方の鎖の末端からモノヌクレオチド(塩基)を1個ずつ切り離し、その順序を保持したままで基板の上に固定し、これを基板上で蛍光性誘導体に変換して、これをレーザー光で励起し、ビデオカメラで撮影して画像化する手法である。この技術については、石川満「蛋白質 核酸 酵素」(1999) Vol.44, No13, 2019-2023に詳しく述べられている。しかし、この手法は、基板上で各塩基を蛍光性誘導体に変換しなければならない。また、溶媒のない基板上で切り離された各塩基を順番を確実に保持しながら基板上に並ばせなくてはならず、基板の取扱いが大変難しい。
【0009】
一般に、蛍光物質を用いて個々の所望の分子をラベルし、それを溶液中で検出・同定する場合、反応容器を用いて該容器内を洗浄液やサンプルを流す方法が使用される。しかし、反応容器内の流路を流れる蛍光標識分子の大きさは、流路の大きさ(管の内径もしくは幅)に比べて極端に小さく、これによる微弱な蛍光を個々毎に確実に同定・検出することは、これまで極めて困難であった。
【0010】
一方、Kellerらにより、微小流路の中を流れる蛍光標識分子の蛍光を個々毎に検出し、これによりDNAの塩基配列を決定する手法の原理が提案されている(Single-molecule fluoresence analysis in solution Appl.Spectroscopy, Vol.50, No.7, 1996, PP12A-32A)。この提案は、各塩基を蛍光色素で標識したDNAをガラス微粒子に付着させたものをサンプルとして用い、このサンプルを微小流路の中を流しながら赤外レーザー光で捕捉し、この流路に分解酵素を流してDNAの塩基を一つずつ切り離し、各塩基に付いた蛍光分子からの蛍光を検出する方法である。しかし、Kellerらは、着想のみにとどまり、実際にこの方法を具現化するために必要な構成については言及していない。
【0011】
その後、Dorreらにより、Kellerらの提案を具体的にする試みが為されているが、その報告の中にも述べられているように、塩基配列を読み取るという最終目的を達成するに至っていない(Dorre K et al, Bioimaging 5, 139-152, 1997, Techniques for single molecule sequencing)。このようにこれまで、具体的にどのように微粒子を捕捉し、捕捉された微粒子を所定の位置に移動させ、蛍光を励起、測定するかについて報告されていない。また、どのような機構でサンプル溶液、分解酵素液、洗浄液などを搬入、搬出させるかについても、具体的に記載されたことがない。更に、どのように蛍光信号を処理し、塩基配列を読み取るかについても明確に記載されたことがない。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、従来の電気泳動による分離操作を必要とする塩基配列決定法の問題点を改善した、新たな塩基配列決定法を具体的に実現する手段を提供することを目的とする。すなわち本発明は、無制限の長さの核酸を連続的かつ簡便に配列決定できる塩基配列決定装置および塩基配列決定方法を提供することを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、以下のように核酸の塩基配列を読み取る手段を提供する。まず、配列決定したい核酸分子の各塩基を蛍光物質で識別標識し、この核酸を担体に付着することにより分析試料を調製する。この分析試料を、測定セルの流路に導入し、レーザーにより担体を捕捉する。次いで、この状態で流路に分解酵素液を流し、核酸を構成するモノヌクレオチドを末端から順に切断する。切断されたモノヌクレオチドが、切断された順序を守って流路内を流れるような条件下で、モノヌクレオチドの塩基を標識している蛍光物質が発する蛍光を順次検出し、核酸の塩基配列を読み取る。
【0014】
特に、サンプル溶液、酵素液、洗浄液などを迅速に測定セルの流路に搬送することができる手段であって、分解酵素により切断される核酸の塩基を、その切断順序を守って流路内を搬送させることができる手段について、本発明は提言している。
【0015】
すなわち、本発明は以下に記載の手段により達成された。
【0016】
(1)所定の反応により得られる結果を蛍光物質の有無および/または種類により判定する装置であって、該反応に供する物質を担持している担体を光トラップにより捕捉した状態で、該反応に供する物質に所定の反応を行う装置において、
内部に流路を備え、光ビームを前記流路内へ透過させるための透明な面を備えた測定セルと、
前記測定セルの流路に、前記担体の懸濁液を搬送するための手段と、
前記担体を捕捉するための第一のレーザー光源と、
前記第一のレーザー光源からの光ビームを前記測定セルの流路内に集光し、前記担体を捕捉する第一の光学系と、
前記担体が担持する物質に所定の反応を行なわせるための反応液を、前記測定セルの流路に一定流速を維持して搬送するための手段と、
前記反応により得られる結果を判定するために、該結果を反映している蛍光物質を励起するための第二のレーザー光源と、
前記第二のレーザー光源からの光ビームを前記測定セルの流路内に集光し、前記蛍光物質を励起する第二の光学系と、
前記蛍光物質からの蛍光を集光する第三の光学系と、
集光した蛍光を検出する光検出器と、
前記光検出器が発生した識別信号から、前記反応の結果を解析する解析手段とを具備することを特徴とする判定装置。
【0017】
(2)(1)に記載の装置であって、前記測定セルの流路に、前記担体の懸濁液を搬送するための手段、および前記担体が担持する物質に所定の反応を行なわせるための反応液を、前記測定セルの流路に搬送するための手段が、何れも、測定セルの流路へ各溶液を搬送するための配管、および搬送される液体に脈流を生じさせることなく液体の流れを制御する部材を具備することを特徴とする装置。
【0018】
(3)(1)または(2)に記載の装置であって、前記測定セルの流路に、前記担体の懸濁液を搬送するための手段、および前記担体が担持する物質に所定の反応を行なわせるための反応液を、前記測定セルの流路に搬送するための手段が、何れも、測定セルの流路へ各溶液を搬送するための配管を具備し、該配管が、測定セルの流路入口近くにおいて、測定セルの流路へ向かう方向と廃液へ向かう方向とに分岐していることを特徴とする装置。
【0019】
(4)塩基の種類と蛍光物質の種類とを対応付けて識別標識した核酸を付着させた担体を分析試料として用いる塩基配列決定装置であって、
内部に流路を備え、光ビームを前記流路内へ透過させるための透明な面を備えた測定セルと、
前記測定セルの流路に、分析試料である前記核酸を付着させた担体の懸濁液を搬送するための手段と、
前記核酸を付着させた担体を捕捉するための第一のレーザー光源と、
前記第一のレーザー光源からの光ビームを前記測定セルの流路内に集光し、前記核酸を付着させた担体を捕捉する第一の光学系と、
前記核酸を構成するモノヌクレオチドを末端から順に切断する酵素液を、前記測定セルの流路に一定流速を維持して搬送するための手段と、
前記酵素液により切断されたモノヌクレオチドの塩基を識別標識している蛍光物質を、切断順に励起するための第二のレーザー光源と、
前記第二のレーザー光源からの光ビームを前記測定セルの流路内に集光し、前記蛍光物質を切断順に励起する第二の光学系と、
前記核酸の塩基を識別標識している蛍光物質からの蛍光を、順次集光する第三の光学系と、
集光した蛍光を順次検出し、検出された蛍光に対応する識別信号を発生する光検出器と、
前記光検出器が発生した識別信号から、前記核酸の塩基配列を読み取る解析手段と
を具備することを特徴とする塩基配列決定装置。
【0020】
(5)(4)に記載の装置であって、前記測定セルの流路に、分析試料である前記核酸を付着させた担体の懸濁液を搬送するための手段、および前記核酸を構成するモノヌクレオチドを末端から順に切断する酵素液を、前記測定セルの流路に搬送するための手段が、何れも、測定セルの流路へ各溶液を搬送するための配管、および搬送される液体に脈流を生じさせることなく液体の流れを制御する部材を具備することを特徴とする装置。
【0021】
(6)(4)または(5)に記載の装置であって、前記測定セルの流路に、分析試料である前記核酸を付着させた担体の懸濁液を搬送するための手段、および前記核酸を構成するモノヌクレオチドを末端から順に切断する酵素液を、前記測定セルの流路に搬送するための手段が、何れも、測定セルの流路へ各溶液を搬送するための配管を具備し、該配管が、測定セルの流路入口近くにおいて、測定セルの流路へ向かう方向と廃液へ向かう方向とに分岐していることを特徴とする装置。
【0022】
(7)(1)〜(6)の何れか1に記載の装置であって、
前記測定セルの流路内に照明光を照射するための光源と、
前記光源からの光を前記測定セルの流路内に照射し、前記担体に対して照明光を照射する光学系と、
前記照明光の下で、前記担体が、前記第一のレーザー光源により捕捉された画像を撮像するための光学系と、
前記担体が捕捉された画像を撮像する撮像手段と
を更に具備することを特徴とする装置。
【0023】
(8) 分析試料として、塩基の種類と蛍光物質の種類とを対応付けて識別標識した核酸を付着させた担体を用い、測定セルとして、内部に流路を備え、光ビームを前記流路内へ透過させるための透明な面を備えたセルを用いた塩基配列決定方法であって、
分析試料である前記核酸を付着させた担体の懸濁液を前記測定セルの流路に搬送する工程と、
前記核酸を付着させた担体を流路内でレーザートラップにより捕捉する工程と、
前記流路内に、核酸を構成するモノヌクレオチドを末端から順に切断する酵素液を一定流速を維持して流す工程と、
前記酵素液により切断されたモノヌクレオチドの塩基を識別標識している蛍光物質を順に励起する工程と、
前記工程により励起された蛍光物質が放射する蛍光を順次検出し、検出された蛍光に対応する塩基配列を読み取る工程と
を具備することを特徴とする塩基配列決定方法。
【0024】
(9) 前記核酸を付着させた担体がレーザートラップにより捕捉された画像を撮像する工程を更に具備することを特徴とする(8)に記載の塩基配列決定方法。
【0025】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
【0026】
<分析試料>
まず、本発明の塩基配列決定装置で塩基配列を読み取るために使用される分析試料について説明する。分析試料は、図1にその一例を示すとおり、「塩基の種類と蛍光物質の種類とを対応付けて識別標識した核酸を担体に付着させたもの」である。
【0027】
本発明で使用される「担体」は、レーザー光により捕捉されるものであれば特に限定されない。担体としては、ガラス微粒子、ラテックス粒子、金コロイド粒子などの金属微粒子、磁気微粒子、あるいは生体細胞など、水不溶性の任意のものを使用することができる。また、レーザートラップされる担体粒子は、そのサイズが、一般には直径0.01μm〜10μm、好ましくは直径0.05μm〜2μm、より好ましくは直径0.1μm〜1μmのものが使用される。担体の一例として、直径1μmのガラス微粒子を挙げることができる。直径1μmのガラス微粒子として、より具体的には、Bangs Laboratories Inc社(米国)製のストレプトアビジンコートされたシリカビーズを使用することができる。
【0028】
本発明において「蛍光物質」は、当該蛍光物質で標識されていることが検出可能なものであれば特に限定されない。例えば、ローダミングリーン(以下、RGともいう)、テトラメチルローダミン−5−イソチオシアネート(以下、TMRともいう)、Cy5(サイファイブ(登録商標)、アマシャム・ファルマシアバイオテック社)、フルオレセインイソチオシアネート(FITC)、アクリジンイエロー(Acridine Yellow)、テキサスレッド(Texas Red)を使用することができる。ただし、2種類以上の蛍光物質を利用して各塩基を識別標識する場合は、それぞれの蛍光物質が、その放射する波長の違いにより区別して検出される必要がある。
【0029】
本発明において「塩基の種類と蛍光物質の種類とを対応付けて識別標識した核酸」は、具体例として、図1に示される一例、即ち4種類の塩基を4種類の蛍光物質で識別標識したDNAが挙げられるが、これに限定されない。すなわち、本発明において「核酸」とは、DNAおよびRNAの両方を指す。また、ここで「識別標識」とは、必ずしも4種類の塩基すべてを標識することを意図しておらず、蛍光標識されていない塩基の種類があってもよい。また、2種類もしくは3種類の異なる塩基種が、同一の蛍光物質で標識されていてもよい。
【0030】
このような識別標識のバリエーションは、後述の具体的試料(図16、17、19の試料)に例示される。例えば、1種類の蛍光物質を用いて核酸の4種類の塩基のうち1種類の塩基(例えばアデニン)のみを識別標識してもよい(図16参照)。あるいは、放射波長の異なる2種類の蛍光物質を用いて、2種類の塩基をそれぞれ識別標識してもよい(図17参照)。あるいは、放射波長の異なる2種類の蛍光物質を用いて、1種類の塩基を一方の蛍光物質で標識し、その他3種類の塩基を他方の蛍光物質で識別標識してもよい(図19参照)。
【0031】
「塩基の種類と蛍光物質の種類とを対応付けて識別標識した核酸」は、例えば、以下のとおり調製することができる。ここでは、2種類の蛍光物質を用いて核酸の塩基を識別標識した試料の調製例を述べる。
【0032】
まず、担体に付着させる物質として、5’末端がビオチン標識され、各塩基が識別標識されたDNA1本鎖(もしくはRNA1本鎖)を調製する。すなわち、下記の反応溶液
{50mM Tris-HCl(pH8.5)、10mM KCl、15mM (NH4)2SO4、7mM MgSO4、0.005% Triton X-100、10mM 2-Mercaptoethanol、1反応あたり1pmolのビオチン標識プライマー、各20μMの蛍光標識した基質(例えば、RG−dTTP(代わりにRG−dUTPを使用してもよい)、RG−dATP、TMR−dCTP、TMR−dGTP)}
中に、DNA1本鎖(鋳型となる鎖)、伸長酵素を加え、37℃で30分反応させて試料を調製する。この反応では、蛍光標識された4種類のモノヌクレオチドを基質として利用し、DNA1本鎖(鋳型となる鎖)に相補的なDNA鎖(もしくは相補的なRNA鎖)の合成が起こる。ここで合成された相補的なDNA鎖(もしくは相補的なRNA鎖)が、実際の配列解析に使用される。以下、この相補的なDNA鎖(もしくは相補的なRNA鎖)を、試料DNA(もしくは試料RNA)と称し、試料として使用する。このようにして、5’末端がビオチン標識され、且つ各塩基が蛍光物質により識別標識された、所定の配列を有する試料DNA(もしくは試料RNA)が調製される。ただし、調製例で挙げた緩衝液の組成、反応温度等の条件は、この記載に限定されない。
【0033】
次いで、調製された試料DNA(もしくは試料RNA)を、担体に付着させる反応を行なう。試料DNA(もしくは試料RNA)を担体に付着させる手段としては、図1に示されるアビジン・ビオチン反応によるものが挙げられる。しかし、このような付着機能を果たすものであればこれに限定されない。アビジン・ビオチン反応による付着は、上述のBangs Laboratories Inc社(米国)製のストレプトアビジンコートされたシリカビーズ(ガラス微粒子の表面にアビジンが固定化されたもの)を利用して、これに前述の試料DNA(もしくは試料RNA)を結合させることにより行われる。より詳細には、上記シリカビーズと上記試料DNA(もしくは試料RNA)とを、100 mM Tris-HCl(pH8.0)、1.0M LiCl、0.1%(v/v)Tween20の溶液に加え、室温で反応させて作製することができる。ただし緩衝液の組成、反応温度等の条件は、この記載に限定されない。このようにアビジンとビオチンの1対1の反応を利用して分析試料を作成すれば、担体1つに対して1本のDNA鎖(もしくはRNA鎖)を付着させることができる。
【0034】
本発明の塩基配列決定装置に用いる、核酸の塩基を識別標識した分析試料は、このように公知の手法により調製することができる。分析試料の調製についてはZeno Foldes-Papp et al, Nucleosides & Nucleosides, 16(5&6), 781-787, 1997, Exonuclease degradation of DNA studied by fluorescence correlation spectroscopyの記載も参照されたい。
【0035】
<塩基配列決定装置>
[第1の実施の形態]
以下、本発明の第1の実施の形態に係る塩基配列決定装置について、図2を参照して説明する。本実施の形態の装置には、1種類の蛍光物質を用いて核酸の塩基を識別標識した分析試料を使用する。
【0036】
図2に示すように、本実施の形態の塩基配列決定装置は、下記の構成を具備する。
内部に流路を備え、光ビームを前記流路内へ透過させるための透明な面を備えた測定セル1;
前記測定セルの流路に、分析試料である核酸を付着させた担体の懸濁液を搬送するための手段2;
前記核酸を付着させた担体を捕捉するための第一のレーザー光源3;
前記第一のレーザー光源からの光ビームを前記測定セルの流路内に集光し、前記核酸を付着させた担体を捕捉する第一の光学系4〜10;
前記核酸を構成するモノヌクレオチドを末端から順に切断する酵素液を、前記測定セルの流路に搬送するための手段2;
前記酵素液により切断されたモノヌクレオチドの塩基を識別標識している蛍光物質を、切断順に励起するための第二のレーザー光源11;
前記第二のレーザー光源からの光ビームを前記測定セルの流路内に集光し、前記蛍光物質を切断順に励起する第二の光学系12〜14、および10;
前記核酸の塩基を識別標識している蛍光物質からの蛍光を、順次集光する第三の光学系10、15〜19;
集光した蛍光を順次検出し、検出された蛍光に対応する識別信号を発生する光検出器20;
前記光検出器が発生した識別信号から、前記核酸の塩基配列を読み取る解析手段21〜23;
前記測定セルの流路内に照明光を照射するための光源24;
前記光源からの光を前記測定セルの流路内に照射し、前記核酸を付着させた担体に対して照明光を照射する光学系25、26、15、10;
前記照明光の下で、分析試料である前記核酸を付着させた担体が、前記第一のレーザー光源により捕捉された画像を撮像するための光学系10、15、27〜29;
前記核酸を付着させた担体が捕捉された画像を撮像する撮像手段30。
【0037】
本発明の塩基配列決定装置は、共焦点レーザー顕微鏡を利用したものである。このように蛍光を検出するための光学系を共焦点光学系とすることにより、切断されたモノヌクレオチド一分子の塩基を順次解読することができる。
【0038】
本発明の塩基配列決定装置は、核酸を担持させた担体をレーザー光により捕捉しながら、該核酸の塩基を末端から切断する反応を行い、該核酸の塩基配列を読み取るために使用することができる。このような使用に限定されず、本発明の塩基配列決定装置は、反応に供する物質を担持させた担体をレーザートラップにより捕捉し、所定の反応を行なわせ、該反応結果を得るために使用することもできる。所定の反応とは、該反応により得られる結果を蛍光物質の有無および/または種類により判定できるような任意の反応をいう。例えば、抗原を担持している担体に、蛍光標識された抗体を反応させることにより抗原抗体反応を行なってもよいし、1本鎖の核酸を担持している担体に、蛍光標識された1本鎖の核酸を反応させることにより、ハイブリダイゼーションの反応を行なってもよい。
【0039】
以下、塩基配列決定装置の第一の実施の形態に係る各構成および動作について、先に挙げた構成の順に説明する。
【0040】
≪測定セル≫
まず「内部に流路を備え、光ビームを前記流路内へ透過させるための透明な面を備えた測定セル1」について説明する。測定セルの一例を詳細に図3に示す。図3(a)は測定セルを示す斜視図、(b)は(a)の測定セルを示す平面図、(c)はA−A線に沿う断面の一部を示す図である。
【0041】
測定セル1は、まず、その内部に流路1cを備え、且つ光ビームを流路内へ透過させるための透明な面(1bの面)を備えている必要がある。この透明な面(1bの面)の側に対物レンズが配置されることになり、1bの側からレーザー光は入射する。
【0042】
また測定セル1は、本発明の塩基配列決定装置に配置した際に、対物レンズの焦点が流路内に合わせられるような位置に流路を備えている必要がある。言い換えると、対物レンズの焦点が流路内に合わせられるように、光ビームを透過する表面部分1bの厚みを適宜設定する必要がある。更に、測定セル1において、流路内へと光ビームが導かれる際に光が透過する面は全て、光の屈折が起こらないように平坦である必要がある。
【0043】
更に、本発明では、試料となる核酸の末端から順に切断されたモノヌクレオチドを、その順序を守って流路内を搬送することが必須であるため、流路の幅、深さを適切な微小サイズにする必要がある。
【0044】
以上の要件をまとめると、測定セル1は、▲1▼流路へ入射する光、流路から出射する光が透過する面は全て透明であること、▲2▼流路へ入射する光、流路から出射する光が透過する面は均一の厚みを有する凹凸のない平板であること、▲3▼該平板は、対物レンズの焦点が流路内に合わせられる適切な厚みを有していること、▲4▼流路の幅、深さは微小であることが必要である。なお、本発明において、透明とは、入射する光に対してのことであり、ヒトの眼で見た透明とは必ずしも一致しない。
【0045】
図3において測定セル1は、本体部分1aとレーザー光が透過可能な透明な表面部分1bとから構成され、その間に流路1cが形成されている。なお、測定セルがこのような2つの部分から成る構成に限定されないことはいうまでもない。測定セル1のサイズとしては、特に限定されないが、おおよそ、流路の長さ方向1〜25mm、流路の幅方向5〜15mm、流路の深さ方向(厚み)0.3〜1mmとすることができる。例えば、測定セル1のサイズは、流路の長さ方向約10mm、流路の幅方向約5mm、流路の深さ方向(厚み)約1mmとすることができる。
【0046】
図3において本体部分1aは、シリコンウエハから成り、この本体部分にエッチングなどにより流路1c(溝)が形成されている。本体部分1aの厚みは、好ましくは、0.2〜1mmである。流路の幅は、好ましくは5〜100μm、より好ましくは10〜50μm、流路の深さは、好ましくは5〜100μm、より好ましくは10〜50μmであり、例えば、流路の幅約50μm、流路の深さ約50μmとすることができる。流路の長さは、好ましくは1〜25mmであり、例えば、約10mmとすることができる。なお、図3において、流路の両端部分は、シリコンウエハに貫通穴が設けてあり、この穴には、接続端子1dを介して溶液搬入・搬出用のチューブが接続されることになる。
【0047】
図3において表面部分1bは、ガラスより成る透明の平板(ガラスカバー)となっている。表面部分1bは、上述のとおり、流路へ入射する光および流路から出射する光が透過するため、透明であること、および凹凸のない同一の厚みを有する平板であることが必要である。また、上述のとおり、表面部分1bの厚みは、対物レンズの焦点位置に影響を及ぼすため、0.13〜0.21mmのものが好ましく、0.169〜0.171mmのものがより好ましい。表面部分1bは、本体部分(シリコン部分)1aと陽極接合などの方法で接合される。
【0048】
また、測定セル1は、上述の流路を備えたセルに限定されず、ガラスキャピラリーのような微小な中空円筒状の測定セル、あるいは薄いシート状の測定セルを使用することもできる。
【0049】
図3において、流路1cは一本の直線状の溝であり、この場合、先に流した溶液と異なる溶液を流す際には、一旦流路を緩衝液等で洗浄する必要がある。流路を適宜分岐させて増やすことにより、このような洗浄操作を効率よく行うこともできる。例えば、流路を分岐させて、Y字型の流路を作製してもよい。
【0050】
また、測定セルは、図4(測定セルの平面図)に示すような形状の流路、すなわち直線状であるが、流路の中央部において流路の幅および深さが共に狭小になっている形状の流路を有してもよい。この流路の狭小になっている部分に、担体捕捉用レーザーおよび励起用レーザーを照射する。狭小になっている部分の幅(図中W2で示す)および深さは、好ましくは5〜50μmである。狭小になっている流路部分の長さ(図中Lで示す)は、好ましくは1〜10mmである。また、流路の狭小でない部分の幅(図中W1で示す)および深さは、5〜200μmである。このように、流路の中央部においてのみ流路の幅および深さを狭くすることにより、溶液の搬送が困難な狭小な範囲を、最小限にすることができる。
【0051】
≪溶液搬入・搬出機構≫
次に、「前記測定セルの流路に、分析試料である核酸を付着させた担体の懸濁液を搬送するための手段2」について説明する。該手段は、溶液搬入・搬出機構ともいい、その概略を図5に示す。
【0052】
本発明においてこのような溶液搬入・搬出機構を設けた理由は、Dorreらの提案する電気浸透流(electro-osmotic flow:EOF)で溶液を搬送することに、以下の問題点を見出したからである。すなわち、電気浸透流で溶液を搬送する場合、高い電圧をかける必要がある。そのため、電気浸透流により長時間稼動したり、流速を高めたりすると、流路内に熱が発生し、特に酵素などのタンパク質の活性が低下したり、気泡が発生したりする恐れがある。従って、流路の周辺を冷やす等の対策が必要になる。特に反応部の流路が狭小であるほど、熱および気泡が発生し易くなる。
【0053】
また、本発明のように溶液搬入・搬出機構を設け、重力またはポンプ駆動で溶液を搬送した場合、流路内の液体の流れは「層流」となり、流路の中心付近で最も流れが速く、流路の周辺にいくに従って流れが遅くなる流速分布を示す。しかし、電気浸透流では、流路内の液体は「プラグフロー」と呼ばれる流れになり、搬送される分子(モノヌクレオチド)の流れが、流路の中心部分に集中しないで、流路内の液体の流れの水平方向などにも分散してしまう可能性がある。このように、流路の周辺部分にモノヌクレオチドが分散すると、流路の中を流れてくるモノヌクレオチドの塩基を、共焦点領域で識別することが難しくなる。よって、このような問題点を考慮し、本発明では、以下で説明するような溶液搬入・搬出機構を設けることにした。
【0054】
本発明において使用されるサンプル液(担体の懸濁液)は、担体が所定の濃度で懸濁されているものが好ましい。すなわち、サンプル液は、レーザートラップにより一つの担体が捕捉され易い適切な濃度に設定される。担体濃度が高すぎると、捕捉した担体の背後にもう一つの担体を捉えたり、一旦捕捉された担体が、後から流れてきた他の担体によりはじき飛ばされたりする可能性が高くなる。一方、担体濃度が低すぎると捕捉する可能性が低くなる。従って、0.01〜0.3重量%の担体を含む懸濁液が一般に使用される。例えば、ガラス微粒子がリン酸緩衝液に0.1重量%の濃度で懸濁されているものを使用することができる。
【0055】
図5が示す溶液搬入・搬出機構において、測定セル1は、ホルダー1eに収容されている。測定セル1は、上述のとおりそのサイズが小さいため、ホルダー内に収容して取り扱う方が簡便である。このホルダー1eの両端に取り付けられた接合端子1dのそれぞれに、搬入用タンク2aおよび搬出用タンク2cが、それぞれ搬入用チューブ2bおよび搬出用チューブ2dを介して接続されている。搬入用タンク2aには、流路に搬送するための溶液が満たされている。溶液としては、サンプル液(担体懸濁液)、流路内洗浄液(緩衝液)、分解酵素液を含む緩衝液などが使用される。チューブ2b、2dは、例えばテフロン材質のものを使用することができる。
【0056】
搬入用タンク2aから流路へのサンプル液等の搬入、搬出用タンク2cへの搬出に関しては、両タンクの上下の高さ位置を移動させることにより行うことができる。両タンクの高さ位置の制御により、溶液の流路への流量、流速を制御することができる。あるいは、ガス圧を用いてシリンジなどを直接駆動し、吸引、排出を行うことで、溶液の搬入、搬出を行うこともできる。この場合、ガス圧の制御により、溶液の流路への流量、流速を制御することができる。また、モーター駆動ポンプにより溶液の搬入、搬出を行うこともできる。
【0057】
溶液の流路への流量および流速は、以下の点に注意して制御される必要がある。すなわち、本発明において流速が速すぎた場合、レーザートラップにより捕捉されている担体が逃げてしまうため、トラップされた状態から担体が逃げない程度の流速が上限となる。このように流速の上限は、担体をレーザートラップしている力(レーザー光の出力)との関係で設定される。また、流速が遅すぎた場合、切断されたモノヌクレオチドがブラウン運動により任意の方向に移動し、切断された順序にモノヌクレオチドが並ばなくなる可能性があるため、少なくともモノヌクレオチド分子のブラウン運動を制する程度の流速が必要となる。一般に、流速は0.5mm/s〜10mm/sに設定される。例えば、流速は1mm/sに設定される。
【0058】
本発明において、塩基配列決定装置の構成を具現化するにあたり、溶液搬入・搬出機構に着目した。というのは、本発明の塩基配列決定装置の構成を具現化する際に、以下の問題を新たに見出したからである。すなわち、レーザーにより捕捉された状態(トラップ状態)にある担体が、液体の流速の急激な変化(脈流)により、トラップ状態を解除されてしまうという問題、並びに、分解酵素により切断されたモノヌクレオチドが、液体の流速の急激な変化により、その切断順序を守って流路内を搬送されなくなるという問題を見出した。なお、本発明の目的とする塩基配列の正確な読み取りのためには、核酸の末端から順に切断されたモノヌクレオチドを、その順序を守って測定セルの流路内を搬送することは最重要課題となる。よって、これらの問題を解決するため、測定セルの流路の幅、深さを微小にすることに加えて、流路内における溶液の搬送は、一定の流速を保持している必要があることに本発明者らは着目した。しかし、一般に流路の幅、深さ(内径)が、1mm以下になると、溶液の搬送は困難になる。よって、本発明者らは、このような微小な流路内にスムーズに溶液を搬送することができ、且つ一定の流速を保つことができる溶液搬入・搬出機構を構築する必要があるという考えに至った。
【0059】
このような要件を満たす溶液搬入・搬出機構の一例として、図6および図7に具体的な構成を挙げる。すなわち、本発明において溶液搬入・搬出機構は、好ましくは、下記の二つの特徴を有する。
【0060】
第一に、この機構は、微小な流路にスムーズに溶液を搬送するために、測定セルの流路へ各溶液を搬送するための配管を具備し、該配管が、測定セルの流路入口近くにおいて、測定セルの流路へ向かう方向と廃液へ向かう方向とに分岐していることを特徴とする。本明細書において「配管」は、溶液を測定セルの流路へ導くための流路、および測定セルの流路から廃液として排出するための流路を形成する全ての管を意味する。
【0061】
ここで測定セルの流路入口近くにおいて、測定セルの流路へ向かう方向と廃液へ向かう方向とに分岐している前記配管は、微小な測定セルの流路に溶液を搬送することが困難であることを解決するために設けられたものであり、測定セルの流路への溶液の搬送を補助する意味を有する。廃液方向へ向かう配管は、測定セルの流路入口近くまで搬送された溶液を、一時的に廃液の方向に逃がすために機能する。一旦、廃液の方向に溶液を流し、その後、溶液の流れる流路を切り替えて測定セルの流路に溶液を導くことにより、測定セルの流路入口近くまでは、速やかに溶液を搬送することができる。なお、この廃液方向へ向かう配管は、配管内の空気を逃がすためにも機能し得る。
【0062】
ここで流路入口近くとは、測定セルの流路への溶液の搬送を補助するという意味において、できるだけ測定セルの流路入口に近い方が好ましい。具体的には、測定セルの流路と「配管」とを連結する接続部分(例えば接続端子)から約10mm以内のところに配管の分岐点が位置していることが好ましい。
【0063】
第二に、溶液搬入・搬出機構は、流路を流れる溶液が一定の流速を保つために、搬送される液体に脈流を生じさせることなく、配管内を流れる液体の流れを制御する部材を具備することを特徴とする。「液体の流れを制御する部材」は、液体を流したり、その流れを止めたり、あるいは分岐した配管内を流れる液体の流路を切り替えたりたりして、液体の流れを制御することができる任意の部材である。一般に該部材としてバルブを使用することができる。
【0064】
本発明において、流路内で一定流速の溶液の流れを維持するために(すなわち、溶液に脈流を生じさせることなく)、「液体の流れを制御する部材(バルブ)」について下記のとおり検討した。例えば、一般に使用されるソレノイドバルブは、入手しやすく、その動作をコンピュータにより容易に制御できる点で優れている。しかし、このソレノイドバルブを本発明における溶液搬入・搬出機構に使用すると、液体の流れを制御する動作を行った際に急激な体積変化を起こし、これにより、一定流速を保って流路に溶液を搬送することができない。よって、本発明では、分岐している配管において液体の流れる方向を切り替えたり等の、液体の流れを制御する動作を行った際に急激な体積変化を起こさないバルブを使用することが適切であることを見出した。即ち、液体の流れを制御する動作を行った際に、液体の流量を徐々に変化させるバルブ、例えば回転によって溶液の流れを制御するバルブ(具体的には擦り合わせバルブが好ましい)を使用することが適切であることを見出した。ただし、本発明において使用するバルブは、液体の流れを制御する動作を行った際に液体に脈流を生じさせることなく、一定流速の溶液の流れを維持することが可能なものであれば特に限定されない。すなわち、一定流速の溶液を流れを維持することにより、試料DNA(もしくは試料RNA)の末端から順に切断されたモノヌクレオチドが、その順序を守って流路内を搬送され得るものであれば、限定されない。
【0065】
このような特徴を有する溶液搬入・搬出機構は、その一例を図6および図7に示すように、分岐した配管、バルブ、T型継ぎ手を具備し、これにより各溶液を効率よくスムーズに微小流路に搬入、搬出できるものである。更にこの機構は、溶液の搬送時に急激な体積変化を生じさせない(即ち、液体の脈流を引き起こさない)特定のバルブを使用することにより、一定の流速を維持することができるものである。
【0066】
なお、本明細書において説明する溶液搬入・搬出機構は、任意の液体を、微小流路を備えたセルに搬入する際に利用できるものである。
【0067】
以下、溶液搬入・搬出機構の具体的な例について図6を参照して詳細に説明する。ただし、本発明における溶液搬入・搬出機構は、一定流速を維持して微小な流路に溶液を搬送することができるものであれば、図6に示す例に限定されないことはいうまでもない。
【0068】
図6に示す溶液搬入・搬出機構は、分解酵素導入シリンジ44、サンプル導入シリンジ45、緩衝液タンク(Buffer tank)46、47、バルブ1〜9、T型継ぎ手48、49、陰圧ポンプ52、廃液タンク(Waste tank)53、およびこれらを結ぶ配管より構成されている。
【0069】
なお、図6において、溶液搬入・搬出機構の配管は、測定セル1の流路と、接続端子50および51を介して接続されている。このように、測定セルは、その流路の幅が非常に狭いため、サンプル液を流した後の洗浄に時間を要することを考慮し、接続端子50および51を介して交換可能な状態に設置しておくことが望ましい。以降の説明において、接続端子を境にして、測定セル内の流路と測定セル外の流路を、それぞれ「測定セルの流路」、「配管の流路」と区別して呼ぶ。配管は、例えばテフロンより構成されている。
【0070】
図6に示す溶液搬入・搬出機構の各構成部分について説明する。
【0071】
{シリンジおよび緩衝液タンク}
分解酵素導入シリンジ44およびサンプル導入シリンジ45から、それぞれ分解酵素液およびサンプル液が「配管の流路」に注入される。分解酵素導入シリンジ44およびサンプル導入シリンジ45には、分解酵素液およびサンプル液を希釈したり、溶液が流れる流路を洗浄したりするための緩衝液タンク46および47がそれぞれ設置されている。
【0072】
なお、図6において、分解酵素液は、測定セルの流路内を左から右(バルブ4からバルブ2の方向)に搬送され、サンプル液は、測定セルの流路内を右から左(バルブ2からバルブ4の方向)に搬送される。図6に示す例に限定されず、分解酵素液、サンプル液をともに、測定セルの流路内を同一方向に向かって流れるように、各シリンジと緩衝液タンクを設置してもよい。ただし、分解酵素液が測定セルの流路内を流れる際には、その上流に、担体捕捉用レーザー(図中、Trap laser)が照射されており、それより下流に励起用レーザー(図中、Excitation laser)が照射されている必要がある。すなわち、まず流路の上流で、担体捕捉用レーザーに捕捉された担体(核酸を担持している)に分解酵素液が作用し、次いでこの作用により切断された標識ヌクレオチドが、流路の下流で励起用レーザーで励起される必要がある。
【0073】
{バルブおよびT型継ぎ手}
溶液搬入・搬出機構の配管において、液体の流れる流路を塞いだり開放したり、あるいは分岐した配管において液体の流れる方向を選択したり等、溶液の流れを制御するために、バルブが設置されている。図6においてバルブ1〜9は、2方弁もしくは3方弁であり、図中、バルブに表示されているNOはNormal Open(通常開放)、NCはNormal Close(通常遮断)、COMはCommon(共通)を意味する。上述のとおり、好ましくは、バルブは脈流を起こさないものを使用する。
【0074】
一方、T型継ぎ手は、一般に分岐した配管を形成するために使用される。図6においてT型継ぎ手48、49は、測定セルの流路入口近くにおいて、測定セルの流路へ向かう方向と廃液へ向かう方向とに分岐した配管を形成するために機能する。すなわち、T型継ぎ手48、49を測定セルの流路のごく近くに設置して配管を分岐させて、測定セルの流路入口近くまで搬送された溶液を一時的に廃液タンクに逃がすことにより、測定セルの流路内に搬送したい溶液を、流路の入口近くまで迅速に導くことができる。これにより、溶液の搬送が困難である測定セルの流路への溶液の搬送を補助することができる。例えば、T型継ぎ手48は、接続端子50のできるだけ近くに位置させることが好ましく、例えば接続端子50から約20mm離れた位置に位置させることができる。同様に、T型継ぎ手49は、接続端子51のできるだけ近くに位置させることが好ましく、例えば接続端子51から約20mm離れた位置に位置させることができる。
【0075】
ここで、「配管の流路」の内径はすべて、測定セルの流路幅(例えば50μm)よりある程度広い幅を有していることが好ましい。このように、溶液の搬送をスムーズに行なうために、測定セルの流路幅よりも配管の流路幅を広くすることが好ましく、例えば流路幅を50〜800μm、好ましくは約250μmとすることができる。一方、測定セルの流路の幅、深さは、本発明の塩基配列決定の目的に適うように、上述のとおり、例えば50μmと微小にする必要がある。
【0076】
更に、図6に示す溶液搬入・搬出機構は、バルブ4およびバルブ2が設置されている箇所それぞれにおいて、測定セルの流路へ向かう方向と廃液へ向かう方向とに配管は分岐している。バルブ4およびバルブ2の設置箇所においても、配管を分岐させ、溶液を一時的に廃液タンクに逃がすことにより、測定セルの流路内に搬送したい溶液を、該バルブまで迅速に導くことができる。これにより、測定セルの流路への溶液の搬送を補助することができる。
【0077】
例えばバルブ4は、接続端子50から約200mm離れた位置に位置させ、バルブ2は、接続端子51から約200mm離れた位置に位置させることができる。なお、後述の図7のように、バルブ48から廃液タンクに溶液を搬送する配管とバルブ4から廃液タンクに溶液を搬送する配管は、1本の配管で兼任させることもできる。同様に、バルブ49から廃液タンクに溶液を搬送する配管とバルブ2から廃液タンクに溶液を搬送する配管も、1本の配管で兼任させることができる。
【0078】
{陰圧ポンプ}
陰圧ポンプ52は、吸引により溶液を廃液タンク53に導くために機能する。ただし、陰圧ポンプを使用しないで、重力によって溶液を廃液タンクに導くこともできる。陰圧ポンプを使用した方が、微小な流路内を効率よく溶液を搬送できるが、ポンプの振動の影響を避けたい場合には、ポンプを使用せず重力によって溶液を搬送する。本発明では、測定セルの流路内にて担体がレーザーにより捕捉されたら、その後の操作は全て、振動を避けるためポンプを使用しない方が望ましい。
【0079】
次に、溶液搬入・搬出機構により、各溶液(サンプル液、分解酵素液、緩衝液)を測定セルの流路内に搬入する動作について説明する。
【0080】
各溶液は、好ましくは、流路に搬入する前に脱気処理しておく。
【0081】
まず、測定セルの流路内にサンプル液を搬送し、次いで測定セルの流路内にて、サンプル液中に含有される担体を、担体捕捉用レーザー(Trap laser)により捕捉する。捕捉された担体以外の担体を、測定セルの流路内から押し流し、洗浄しておく。次いで、測定セルの流路内に分解酵素液を搬送し、担体が担持する核酸のモノヌクレオチドを末端から順に切断する。モノヌクレオチドを標識している蛍光物質を、励起用レーザー(Excitation laser)により励起し、蛍光物質の種類(即ち、塩基の種類)を読み取る。測定を終えたサンプル液等は、緩衝液を流すことにより廃液タンク53へ搬出する。
【0082】
以下、詳細に説明する。
【0083】
A)緩衝液の搬送
(A−1) バルブ8を開き、バルブ1をNC側(COMとNCが繋がる)にし、バルブ2をNO側(COMとNOが繋がる)にする。緩衝液タンク47を上方へ押し上げ、重力により緩衝液を廃液タンクに導く。
【0084】
(A−2) バルブ2をNC側にし、バルブ5をNO側にし、緩衝液タンク47を上方へ押し上げることにより、緩衝液をT型継ぎ手49を経由して廃液タンクに導く。このとき、バルブ5をNC側にし、バルブ7をNC側にして陰圧ポンプにより吸引してもよいし、バルブ5をNO側にして重力により廃液タンクに導いても何れでもよい。(A−1)、(A−2)の操作により、T型継ぎ手49まで溶液を迅速に導くことができる。
【0085】
(A−3) バルブ5を閉じ、バルブ6を開放し、緩衝液タンク47を上方へ押し上げることにより、測定セルの流路内に緩衝液を搬送する。測定セルの流路を流れた緩衝液は、開放されたバルブ6を通って廃液タンクに導かれる。このとき、バルブ6をNC側にし、バルブ7をNO側にして陰圧ポンプにより吸引してもよいし、バルブ6をNO側にして重力により廃液タンクに導いても何れでもよい。
【0086】
(A−4) バルブ9を開き、バルブ3をNC側にし、バルブ4をNC側にする。バルブ6をNO側にし、緩衝液タンク46を上方へ押し上げ、重力により緩衝液を廃液タンクに導く。このとき、バルブ6をNC側にし、バルブ7をNO側にして陰圧ポンプにより吸引してもよいし、バルブ6をNO側にして重力により廃液タンクに導いても何れでもよい。
【0087】
(A−5) バルブ4をNO側にし、緩衝液タンク46を上方へ押し上げ、重力により緩衝液を廃液タンクに導く。上記(A−1)〜(A−5)の操作により、すべての配管内が緩衝液で満たされる。
【0088】
B)試料の投入
バルブ1をNO側にし、バルブ2をNC側にし、バルブ5を閉じる。バルブ6を開放し、シリンジ45のピストンを押し込むことにより、サンプル液(例えばガラスビーズ懸濁液、粒子直径1μm、濃度0.1重量%)を測定セルの流路に導く。測定セルの流路を通ったサンプル液は、バルブ6をNC側にし、バルブ7をNO側にし、陰圧ポンプで吸引することにより廃液タンクに導く。なお、重力によりサンプル液を廃液タンクに導いてもよい。
【0089】
C)捕捉された担体以外の担体の洗浄(B/F分離)
担体捕捉用レーザーにより担体を捕捉した後、バルブ1をNC側にし、緩衝液タンク47を上方へ押し上げ、緩衝液を測定セルの流路に導き、流路内の捕捉されなかった担体を洗い流す。このとき、バルブ6をNC側にし、バルブ7をNO側にして陰圧ポンプにより吸引してもよいし、バルブ6をNO側にして重力により廃液タンクに導いてもよい。ただしポンプの使用は、その振動により、捕捉されている担体が、押し流されてしまう可能性があるため望ましくない。この操作により、レーザー光により捕捉された担体以外の担体は洗い流され、測定セルの流路内は洗浄される。
【0090】
D)分解酵素液の搬送
バルブ9を閉じ、バルブ3をNO側にし、バルブ4をNC側にし、バルブ6を閉じる。バルブ5を開放し、シリンジ44のピストンを押し込むことにより、分解酵素液を測定セルの流路に導く。測定セルの流路を通過した分解酵素液は、バルブ5をNC側にし、バルブ7をNC側にし、陰圧ポンプで吸引することにより廃液タンクに導いてもよいし、重力により廃液タンクに導いてもよい。ただしこの操作においても、ポンプの振動により、捕捉されている担体が押し流されてしまう可能性があるため、ポンプの使用は望ましくない。
【0091】
E)流路の洗浄
分解酵素による核酸の各塩基の切断後、バルブ9を開き、バルブ3をNC側にし、バルブ4をNC側にし、バルブ6を閉じて、緩衝液タンク46を上方へ押し上げ、緩衝液を測定セルの流路に導く。この操作により流路の洗浄を行なう。この洗浄操作は、バルブ5をNC側にし、バルブ7をNC側にして陰圧ポンプで吸引することにより効率よく行なうことができる。
【0092】
次いで、溶液搬入・搬出機構の別の例について図7を参照して説明する。この具体例は、基本的には、図6に示す例と同じであり、同一の構成要素には同じ符号を付している。図7に示す溶液搬入・搬出機構は、分解酵素導入シリンジ44、サンプル導入シリンジ45、緩衝液タンク(Buffer tank)46、47、バルブ21〜25、T型継ぎ手48、49、54、55、陰圧ポンプ52、廃液タンク(Waste tank)53、およびこれらを結ぶ配管より構成されている。
【0093】
図7に示す溶液搬入・搬出機構は、図6に示す例と同じく、分岐した配管、バルブ、T型継ぎ手を具備し、これにより各溶液を効率よくスムーズに微小流路に搬入、搬出できるものである。また同様に、この機構は、溶液の搬送時に急激な体積変化を生じさせない(即ち、液体の脈流を引き起こさない)特定のバルブを使用することにより、一定の流速を維持することができるものである。
【0094】
また、図6に示す例と同様、T型継ぎ手48、49は、測定セルの流路入口近くにおいて、測定セルの流路へ向かう方向と廃液へ向かう方向とに分岐した配管を形成するために機能している。この分岐した配管を利用して、溶液を一時的に廃液タンクに逃がすことにより、測定セルの流路内に搬送したい溶液を、測定セルの流路入口近くまで迅速に導くことができる。これにより、溶液の搬送が困難である測定セルの流路への溶液の搬送を補助することができる。例えば、T型継ぎ手48は接続端子50から約20mm離れた位置に位置させ、T型継ぎ手49は接続端子51から約20mm離れた位置に位置させることができる。
【0095】
また、図6に示す例と同様、測定セル外の配管の流路幅を、測定セル内の流路幅(例えば50μm)より広くしておくことは、溶液をスムーズに搬送する上で好ましい。
【0096】
以下に、図7に示す溶液搬入・搬出機構の動作について説明する。
【0097】
A)緩衝液の搬送
サンプル投入前に、下記の操作により、全ての流路内を緩衝液で満たしておく。
【0098】
(A−1) バルブ21を開き、バルブ23をNO側にする。緩衝液タンク47を上方へ押し上げ、重力により緩衝液を廃液タンクに導く。このとき、バルブ23をNC側にし、バルブ25をNC側にして陰圧ポンプにより吸引してもよいし、バルブ23をNO側にして重力により廃液タンクに導いても何れでもよい。この操作により、T型継ぎ手49まで溶液を迅速に導くことができる。
【0099】
(A−2) バルブ23を閉じ、バルブ24をNC側もしくはNO側にし、緩衝液タンク47を上方へ押し上げることにより、測定セルの流路内に緩衝液を搬送する。測定セルの流路を流れた緩衝液は、バルブ24を通って廃液タンクに導かれる。このとき、バルブ24をNC側にし、バルブ25をNO側にして陰圧ポンプにより吸引してもよいし、バルブ25をNO側にして重力により廃液タンクに導いても何れでもよい。
【0100】
(A−3) バルブ22を開き、バルブ24をNC側もしくはNO側にし、緩衝液タンク46を上方へ押し上げ、重力により緩衝液を廃液タンクの方向に導く。このとき、バルブ24をNC側にし、バルブ25をNO側にして陰圧ポンプにより吸引してもよいし、バルブ24をNO側にして重力により廃液タンクに導いても何れでもよい。上記(A−1)〜(A−3)の操作により、すべての流路内が緩衝液で満たされる。
【0101】
B)試料の投入
バルブ21を閉じ、バルブ23を閉じ、バルブ24を開放し、シリンジ45のピストンを押し込むことにより、サンプル液(例えばガラスビーズ懸濁液、粒子直径1μm、濃度0.1重量%)を測定セルの流路に導く。測定セルの流路を通ったサンプル液は、バルブ24をNC側にし、バルブ25をNO側にし、陰圧ポンプで吸引することにより廃液タンクに導く。なお、重力によりサンプル液を廃液タンクに導いてもよい。
【0102】
C)捕捉された担体以外の担体の洗浄(B/F分離)
レーザー光により担体を捕捉した後、バルブ21を開き、緩衝液タンク47を上方へ押し上げ、緩衝液を測定セルの流路に導き、流路内の捕捉されなかった担体を洗い流す。このとき、バルブ24をNC側にし、バルブ25をNO側にして陰圧ポンプにより吸引してもよいし、バルブ24をNO側にして重力により廃液タンクに導いてもよい。ただしポンプの使用は、その振動により、捕捉されている担体が、押し流されてしまう可能性があるため望ましくない。この操作により、レーザー光により捕捉された担体以外の担体は洗い流され、測定セルの流路内は洗浄される。
【0103】
D)分解酵素液の搬送
バルブ22を閉じ、バルブ24を閉じ、バルブ23を開放し、シリンジ44のピストンを押し込むことにより、分解酵素液を測定セルの流路に導く。測定セルの流路を通過した分解酵素液は、バルブ23をNC側にし、バルブ25をNC側にし、陰圧ポンプで吸引することにより廃液タンクに導いてもよいし、重力により廃液タンクに導いてもよい。ただしこの操作においても、ポンプの振動により、捕捉されている担体が押し流されてしまう可能性があるため、ポンプの使用は望ましくない。
【0104】
E)流路の洗浄
分解酵素による核酸の各塩基の切断後、バルブ22を開き、バルブ24を閉じて、緩衝液タンク46を上方へ押し上げ、緩衝液を測定セルの流路に導き、流路の洗浄を行なう。このとき、バルブ23をNC側にし、バルブ25をNC側にして陰圧ポンプで吸引することにより効率よく流路の洗浄を行なうことができる。
【0105】
≪担体捕捉用レーザー光源≫
次に、「前記核酸を付着させた担体を捕捉するための第一のレーザー光源3」について説明する。第一のレーザー光源から出射されるレーザー(以下、担体捕捉用レーザーともいう)は、捕捉したい担体のサイズに応じて、その種類および照射波長について適宜選択することができる。あるいは、担体捕捉用レーザーを選択した後に、そのレーザーにより捕捉される担体のサイズを選択してもよい。
【0106】
本発明において使用されるレーザーは、レーザートラップで慣用的に使用されるものであれば限定されず、一般に488nm(アルゴンレーザー)〜1064nm(Nd:YAGレーザー)のレーザーを使用することができる。例えば、波長855nmのCr.LiSAFレーザーを使用することができる。あるいは、Nd:YAGレーザーなどの赤外の固体レーザーや色素レーザーなどを用いてもよい。好ましくは、波長700nm以上の赤外域のレーザーを使用する。例えば、直径1μmのガラス微粒子をレーザートラップにより捕捉するためには、855nmの出力300mWのCr.LiSAFレーザーを使用することができる。
【0107】
なお、レーザーの波長と捕捉される粒子サイズとの関係については、詳しくは、W.H.Wright, G.J.Sonek, and M.W. Berns, Appl.Phys. Lett., Vol.63 (6), 1993, Radiation trapping forces on microspheres with optical tweezersの記載を参照されたい。
【0108】
担体捕捉用レーザーの出力は、高ければそれだけ担体を捕捉する力が強くなり望ましいが、装置(対物レンズ)や分析試料、並びに核酸を構成する塩基を末端から切断する分解酵素に損傷を与えるという弊害がある。よって、出力はこのような弊害をもたらさない程度に高く(好ましくは2W以下に)設定される。一般に担体を捕捉するために100〜1000mWのレーザー出力を使用する。
【0109】
≪第一の光学系≫
次いで、「前記第一のレーザー光源からの光ビームを前記測定セルの流路内に集光し、前記核酸を付着させた担体を捕捉する第一の光学系4〜10」について説明する。該光学系は、コリメートレンズ4、ビームエキスパンダー5、レンズ6、ミラー7、レンズ8、ダイクロイックハーフミラー9、対物レンズ10から構成される。これら光学系4〜10は、担体捕捉用レーザーから出射される光ビームの光路上にこの順に配置されている。
【0110】
本発明の装置において、対物レンズによる集光光学系は、共焦点光学系となっており、対物レンズの開口数(NA)で決まる非常に狭い領域に、レーザー光がフォーカスされるようになっている。例えば、本発明の装置に使用される対物レンズの開口数(NA)は、0.9である。
【0111】
担体捕捉用レーザーの光ビームは、コリメートレンズ4により平行ビームとされ、ビームエキスパンダー5によりビーム直径を大きくする。その後、レンズ6でミラー7面上に集光させ、レンズ8で平行光にした後、ダイクロイックハーフミラー9により光路を曲げて対物レンズ10に導かれる。対物レンズ10を介した光ビームを測定セル1の流路内の所定の位置に集光させる。
【0112】
担体の流路内での捕捉位置は、ミラー7の角度を変えることにより、流路の長さ方向について調整することができる。また、対物レンズ10の光軸方向の移動により、光軸方向についてその捕捉位置を制御することができる。このように調整・制御をして、流路内の所定の位置に担体捕捉用レーザを照射することが可能になる。ここで所定の位置は、塩基配列解析時には励起用レーザーとの位置関係で決められるものであるが、このことについては後述する。
【0113】
なお、担体捕捉用レーザーを照射して担体を捕捉する際には、流路内をサンプル液が流動していてもよいし、流動していなくてもよい。
【0114】
上述のようにして流路内に集光させた光ビームが、流路内を流れに沿って移動する担体を1個捕捉し得る。その様子を図8に示す。図8に示すとおり、担体捕捉用レーザーの光ビームは、対物レンズ10により集光された後、測定セル1の表面部分1bを貫通して、流路1c内の溶液の中央部分にフォーカスされ、担体の懸濁液を照射する。これにより、担体1個を流路内で捕捉する。
【0115】
≪酵素液搬送手段≫
次に、「前記核酸を構成するモノヌクレオチドを末端から順に切断する酵素液を、前記測定セルの流路に搬送するための手段」について説明する。本実施の形態では、酵素液を流すための手段は、担体の懸濁液を搬送するための手段2と共用することができる。よって、溶液搬入・搬出機構に関する上記説明も参照されたい。
【0116】
ここで「末端から順に切断する」とは、試料となる核酸が5’末端の側で担体に付着している場合は、核酸を構成するモノヌクレオチドを3’末端から順に切断することを意味する。逆に、試料となる核酸が3’末端の側で担体に付着している場合、核酸を構成するモノヌクレオチドを5’末端から順に切断することを意味する。
【0117】
「酵素液」は、3’側からのみモノヌクレオチドを一つずつ切断するエキソヌクレアーゼ、あるいは5’側からのみモノヌクレオチドを一つずつ切断するエキソヌクレアーゼなど、適宜選択することができる。例えば、エキソヌクレアーゼI、T7ポリメラーゼを使用することができる。酵素液の有する酵素活性は、所望の分解反応を行う範囲内で適宜設定されるが、好ましくは、10〜200nMの活性を有する酵素液を使用する。
【0118】
図5に示す溶液搬入・搬出機構において、酵素液は、搬入用タンク2aから流路へ所定の流速で流され、流路から搬出用タンク2cへと排出される。上述のとおり、酵素液を流路に所定の流速で流すためには、両タンクの上下の高さ位置を制御したり、シリンジのガス圧を制御したりすることにより行うことができる。また、モーター駆動ポンプにより溶液の搬入、搬出を行うこともできる。
【0119】
先に説明したとおり、酵素液の搬送において、所定の流速を定常的に保つことは、末端から順に切断されたモノヌクレオチドを、その順序を守って流路内を搬送することが本発明で要求されているため、重要な意味を有する。本発明において流速が速すぎた場合、レーザートラップにより捕捉されている粒子が逃げてしまうため、トラップされた状態から粒子が逃げない程度の流速が上限となる。また、流速が遅すぎた場合、切断されたモノヌクレオチドがブラウン運動により任意の方向に移動し、切断された順序にモノヌクレオチドが並ばなくなる可能性があるため、少なくともモノヌクレオチド分子のブラウン運動を制する程度の流速が必要となる。核酸の塩基配列の解析精度を高めるためには、捕捉されている粒子が逃げない範囲において流速は速い方が好ましい。すなわち、流速は、粒子をレーザートラップしている力(レーザー出力)との関係で設定される。一般に、流速は一般に0.5mm/s〜10mm/sに設定される。例えば、流速は1mm/sに設定される。
【0120】
≪励起用レーザー光源≫
次に、「前記酵素液により切断されたモノヌクレオチドの塩基を識別標識している蛍光物質を、切断順に励起するための励起用レーザー光源11」について説明する。励起用レーザーは、一般に可視域の波長を有しており、使用した蛍光物質を励起させる波長を有しているものを使用する。例えば、蛍光物質としてローダミングリーンを使用した場合には固体ブルーレーザー(473nm)を、TMRを使用した場合にはアルゴンレーザー(514.5nm)を使用する。
【0121】
なお、本実施の形態では励起用レーザー光源は1つであり、そのため当該レーザー光源により励起される1種類の蛍光物質のみを核酸塩基の標識のために使用することとなる。
【0122】
≪第二の光学系≫
続いて、「励起用レーザー光源からの光ビームを前記測定セルの流路内に集光し、前記蛍光物質を切断順に励起する第二の光学系12〜14、および10」について説明する。該光学系は、コリメートレンズ12、ビームエキスパンダー13、ダイクロイックハーフミラー14、対物レンズ10から構成される。これら光学系12〜14、および10は、レーザー光源11から出射される光ビームの光路上にこの順に配置されている。
【0123】
励起用レーザー光源11からの光ビームは、コリメートレンズ12により平行ビームとされ、ビームエキスパンダー13によりビーム直径を大きくした後、ダイクロイックハーフミラー14により光路を曲げて対物レンズ10に導かれる。対物レンズ10を介した光ビームを、測定セル1の流路内の所定の位置に集光させる。
【0124】
励起用レーザーの流路内での照射位置は、ダイクロイックハーフミラー14の角度を変えることにより、流路の長さ方向について調整することができる。また、対物レンズ10の光軸方向の移動により、光軸方向についてその照射位置を制御することができる。このように調整・制御をして、流路内の所定の位置に励起用レーザを照射することが可能になる。
【0125】
よって本実施の形態では、上述の担体捕捉用レーザーの光ビームおよび励起用レーザーの光ビームの両方を、一つの対物レンズ10で集光し、測定セル1の流路内にフォーカスさせる。
【0126】
本発明において塩基配列解析時には、担体捕捉用レーザーの光ビームと励起用レーザーの光ビームは、測定セルの流路内に所定の位置関係で照射されている必要がある。具体的には、塩基配列解析時に両ビームは、図9に示すような状態で流路内に照射されている必要がある。すなわち、溶液が流れている流路の上流で、担体捕捉用レーザーにより担体が捕捉され、その下流で励起用レーザーが照射されている必要がある。このような所定の位置関係により、担体に担持された核酸を構成するモノヌクレオチドを、切断された順に励起用レーザーの照射領域内に順次流入させ、次いでモノヌクレオチドの塩基を標識している蛍光物質を順次励起することが可能になる(図9参照)。
【0127】
従って、塩基配列解析時に上記所定の位置関係で両レーザービームが照射されるように、予め光ビームの光路を設定しておくか、あるいは、解析前に担体捕捉用レーザービームまたは励起用レーザービームの少なくとも一のビームを適切な位置に移動させることが必要である。図2に示される本実施の形態では、このような光ビームの光路の制御は、光ビームを照射するための光学系(具体的にはダイクロイックハーフミラー9またはダイクロイックハーフミラー14)により行われる。
【0128】
塩基配列解析時の両レーザービームの所定の位置は、対物レンズ視野において両レーザーが離れた位置に位置していれば特に限定されないが、好ましくは両レーザーが対物レンズ視野内で最も離れた位置に(約25μm離れて)位置することである。
【0129】
このように、本実施の形態では一つの対物レンズにて2つのレーザービームを所定の離れた位置に集光させることが可能である。しかし、本発明の塩基配列決定装置は、一つの対物レンズにて2つの光ビームを離れた位置に集光させる態様に限定されず、2つの対物レンズにて装置を組み立ててもよい(後述する第4の実施の形態および図13を参照)。
【0130】
≪第三の光学系≫
次に、「前記核酸の塩基を識別標識している蛍光物質からの蛍光を順次集光する第三の光学系10、15〜19」について説明する。該光学系は、対物レンズ10、レンズ15、アパーチャー16、集光レンズ17、Irカットフィルター18、バンドパスフィルター19から構成される。これら光学系15〜19は、蛍光物質から放射される蛍光の光路上にこの順に配置されている。なお図2において、対物レンズ10と、集光された蛍光を検出する受光器20とを結ぶ光学系を「測定用光学系」と称する。
【0131】
蛍光物質からの蛍光は、対物レンズ10を通過し、レンズ15によりアパーチャー16に結像させ、その後集光レンズ17により受光器20の受光面にフォーカスさせる。受光器20の受光面の前方に、Irカットフィルター18、バンドパスフィルター19を配置し、蛍光物質からの蛍光のみが受光器20に届くようにする。Irカットフィルター18は、測定セル1の壁面、およびミラー裏面などの光路途中の光学系による反射光などのノイズ光をカットする。バンドパスフィルター19は、蛍光波長の光のみを効率的に通過させる。
【0132】
≪光検出器≫
次いで、「集光した蛍光を順次検出し、検出された蛍光に対応する識別信号を発生する光検出器20」について説明する。光検出器20には、アバランシェフォトダイオード、あるいは光電子増倍管等の微弱光検出器を用いることができる。光検出器20は、切断されたモノヌクレオチドの順に、当該モノヌクレオチドの塩基の種類に対応する蛍光を検出する。そして検出された蛍光を、それに対応する識別信号に変換して、後述の解析手段へと伝達する。具体的には、光検出器20で光電子に変換される。
【0133】
≪解析手段≫
最後に、「前記光検出器が発生した識別信号から、前記核酸の塩基配列を読み取る解析手段21〜23」について説明する。解析手段は、光検出器20より得られた信号を信号処理部21により処理し、その結果をコンピュータ23のモニター画面上に表示する。具体的には、光検出器20で光電子に変換された光信号は、信号処理部21で波形整形などの処理を行った後、フォトンパルスとしてコンピュータ23に導かれ、パルス数が計数され、コンピュータの画面上に表示される。信号制御部22は、コンピュータに送られる最終情報を担体捕捉用レーザー光源にフィードバックして、担体のトラップを解除することができる。
【0134】
≪担体の捕捉状態を観察するための構成≫
図2に示す本実施の形態の塩基配列決定装置には、担体を捕捉した状態を撮影するために前記測定セルの流路内に照明光を照射するための光源24、照明用光学系25、26、15、10が設置されている。図2において、光源24はハロゲンランプであり、照明用光学系25、26、15、10は、レンズ25、可動ミラー26、レンズ15、対物レンズ10から構成される。光源24からの照明光は、レンズ25を通過して可動ミラー26により測定セル方向へ屈曲し、レンズ15を通過した後、対物レンズ10にて分析試料に集光される。
【0135】
なお、本発明の装置においてこの光源および照明用光学系は必ずしも必要ではない。従って、使用しない時には、可動ミラー26を移動することにより、必要に応じて測定用光学系から取り外してもよい。
【0136】
また、図2に示す本実施の形態の塩基配列決定装置には、前記照明光の下で、担体を捕捉した状態を撮影するための撮影用光学系10、15、27〜29、および撮像手段30が設置されている。図2において撮影用光学系10、15、27〜29は、対物レンズ10、レンズ15、可動プリズム27、バンドパスフィルター28、レンズ29から構成され、撮像手段30は、CCDカメラである。照明光を照射された分析試料からの反射光は、対物レンズ10、レンズを15を通過した後、可動プリズム27によりCCDカメラ30方向へ屈曲され、バンドパスフィルター28で必要な波長の光だけを選択的に透過させ、レンズ29を介して撮像手段(CCDカメラ)30へ送られる。このように、撮影用光学系は、CCDカメラ30で効率的に受光される波長の光を選択的に透過させ、テレビモニター上に画像化させる。
【0137】
なお、図2において撮影用光学系および照明用光学系は、測定セルの流路内の捕捉された担体を照射し撮像するため、可動プリズム27により、測定用光学系と一致させることが必要である。また、本発明の装置においてこの撮影用光学系および撮像手段は必ずしも必要ではない。従って、担体を捕捉する時にのみ使用し、その他の時には、可動プリズム27を移動することにより、必要に応じて測定用光学系から取り外してもよい。
【0138】
[第2の実施の形態]
次に、本発明の第2の実施の形態に係る塩基配列決定装置について、図10を参照して説明する。
【0139】
第2の実施の形態の基本的な構成は、第1の実施の形態と同じである。図10の第2の実施の形態において、図2に示す第1の実施の形態と同一な部分(符号1〜30)に関しては同符号を付している。本実施の形態の装置には、2種類の蛍光物質を用いて核酸の塩基を識別標識した分析試料を使用する。
【0140】
そのため、本実施の形態では、励起用レーザー光源として、放射波長の異なる2種類のレーザー、例えばアルゴンイオンレーザー(波長 514.5nm)、固体ブルーレーザー(波長473nm)を用いる。従って、図10における本実施の形態の装置には、励起用レーザー光源11に加えて第二の励起用レーザー光源31が設置されている。
【0141】
第二の励起用レーザー光源31からの光ビームも、励起用レーザー光源11からの光ビームと同様に、コリメートレンズ32により平行ビームとされ、ビームエキスパンダー33によりビーム直径を大きくされる。その後、ミラー34、2つのダイクロイックハーフミラー35および14により光路を曲げて対物レンズ10に導かれる。これら2つの励起用レーザー光源11および31からの光ビームは、ダイクロイックハーフミラー35により一つの光路にまとめられ、対物レンズ10に導かれる。
【0142】
このように、波長の異なる2種類のレーザーを用いることで、2種類の蛍光物質を励起することができる。2種類の蛍光物質としては、例えば、ローダミングリーン(RG)とテトラメチルローダミン−5−イソチオシアネート(TMR)を使用することができる。ローダミングリーンは、固体ブルーレーザー(473nm)により励起され、550nmの波長の蛍光を放射し、一方、テトラメチルローダミン−5−イソチオシアネートは、アルゴンレーザー(514.5nm)により励起され、570nmの波長の蛍光を放射する。2種類の蛍光物質を用いて異なる波長の蛍光を放射させることで、2種類の塩基を区別して検出することが可能になる。
【0143】
本実施の形態では、放射された異なる波長の蛍光を検出するために、測定用光学系も2系統とする必要がある。すなわち、2種類の蛍光物質からの蛍光を、ダイクロイックハーフミラー36により、それぞれの蛍光物質の発光波長に合わせて透過光強度が最大になるように調整して光路を2分割する。2分割された光は、その一方は、バンドパスフィルター19を通って、受光器20にて受光される。受光器で光電子に変換された光信号は、信号処理部21にて処理され、フォトンパルスとしてコンピュータ23に送られ、パルスの数が計数される。もう一方の光も同様に、バンドパスフィルター37を通って、受光器38にて受光される。受光器20からの信号は信号処理部39にて処理され、コンピュータ23に送られる。なお、信号制御部22は、受け取った情報を担体捕捉用レーザー光源にフィードバックして、担体のトラップを解除することができる。
【0144】
このような2系統の測定用光学系の構成は、第1の実施の形態における1系統の測定用光学系と基本的には同じである。2つの受光器で測光する領域は同一の領域である。このようにして2つの光路について、それぞれ独立に蛍光を検出することができる。
【0145】
第2の実施の形態の装置は、以下の利点を有する。すなわち、1回の測定で同時に2種類の蛍光の位置を読み取ることができ、これに対応する塩基配列を読み取ることができる。従って、第1の実施の形態の装置と比べて、測定の回数を減らすとともに、測定精度を向上させることができる。
【0146】
なお、本発明の塩基配列決定装置は、3つの励起用レーザー光源を設置し、区別して検出され得る3種類の蛍光物質を用いて塩基を識別標識した核酸の塩基配列を決定することもできる。更に3つを超える励起用レーザー光源を設置した塩基配列決定装置も可能であり、このような装置も本発明の範囲に包含される。
【0147】
[第3の実施の形態]
次に、本発明の第3の実施の形態に係る塩基配列決定装置について、図11を参照して説明する。
【0148】
第3の実施の形態の基本的な構成は、第1の実施の形態と同じである。図11に示す第3の実施の形態において、図2に示す第1の実施の形態と同一な部分(符号1〜30)に関しては同符号を付している。本実施の形態の装置には、第1の実施の形態と同様、1種類の蛍光物質を用いて核酸の塩基を識別標識した分析試料を使用する。
【0149】
本実施の形態では、流路を備えた測定セルとして、図12に示すような全面透明な測定セル1’を使用する。図12は、図3(c)に対応する図であり、流路に沿って切断された断面図である。
【0150】
測定セル1’の構造は、図3に示す測定セル1と基本的に同じである。測定セル1が、レーザー光の透過する面のみが透明であるのに対し、ここで使用する測定セル1’は、全面が透明なセルである点で異なる。測定セル1’は、例えば、ガラス板、パイレックス、あるいはアクリル、塩化ビニル樹脂のような透明なプラスチック板から構成され得る。
【0151】
このような測定セル1’を使用することにより、担体粒子が捕捉された状態を観察するための撮影用光学系を、測定用光学系から分離させることができる。すなわち、図11において、撮影用光学系43、28〜29は、測定用光学系である対物レンズ10から受光器20までの光学系と分離されている。
【0152】
本実施の形態では、ハロゲンランプ24による照明光と、担体捕捉用レーザー3による光ビームを、対物レンズ43に通して拡大した後、バンドパスフィルター28で必要な波長の光だけを選択的に透過させ、レンズ29を介して撮像手段(CCDカメラ)30で撮像する。
【0153】
また、本発明の塩基配列決定装置は、図11に図示されるとおり、各光学系の動作に対応して開閉されるシャッターを備えていてもよい。具体的には、図11において、担体捕捉用レーザーを光源3から測定セルへと導く第一の光学系、励起用レーザーを光源11から測定セルへと導く第二の光学系、および対物レンズ10から受光器20までの測定用光学系のそれぞれに、順にシャッター40、41、42が設置されている。
【0154】
このように、撮影用光学系を測定用光学系から分離させることにより、観察のための光学系の測定光への妨害を除去することができるとともに、透過光を観察することになるので、視野が明るくなり、担体粒子の搬送の様子や粒子捕捉の様子を明確に検知することができる。
【0155】
[第4の実施の形態]
次に、本発明の第4の実施の形態に係る塩基配列決定装置について、図13を参照して説明する。
【0156】
第4の実施の形態の基本的な構成は、第1の実施の形態と同じである。図13に示す第4の実施の形態において、図2に示す第1の実施の形態と同一な部分(符号1〜30)に関しては同符号を付している。本実施の形態の装置には、第1の実施の形態と同様、1種類の蛍光物質を用いて核酸の塩基を識別標識した分析試料を使用する。
【0157】
本実施の形態では、第3の実施の形態に係る装置と同様、流路を備えた測定セルとして、図12に示すような全面透明な測定セル1’を使用する。
【0158】
このような測定セル1’を使用することにより、担体粒子が捕捉された状態を観察するための撮影用光学系を、測定用光学系から分離させることができる。すなわち、図13において、撮影用光学系43、28〜29は、測定用光学系である対物レンズ10から受光器20までの光学系と分離されている。
【0159】
このように、撮影用光学系を測定用光学系から分離させることにより、観察のための光学系の測定光への妨害を除去することができるとともに、透過光を観察することになるので、視野が明るくなり、担体粒子の搬送の様子や粒子捕捉の様子を明確に検知することができる。
【0160】
更に、本実施の形態では、全面透明な測定セル1’を使用することにより、担体捕捉用レーザーを測定セルへと導く第一の光学系を、励起用レーザーを測定セルへと導く第二の光学系および測定用光学系から分離させることが可能になる。すなわち、図13において、第一の光学系4〜9、43は、第二の光学系11〜14、10および測定用光学系10、14〜20から分離されている。図13において、担体捕捉用レーザーは、測定セルの上面から入射して流路内に集光し、励起用レーザーは、測定セルの下面から入射して流路内に集光する。
【0161】
このように、担体捕捉用レーザー(赤外光)と励起用レーザー(可視光)を、同一の光学系を共用して流路内に集光させないことにより、それぞれのレーザー光の焦点位置を合わせることが容易になる。一般に、赤外光と可視光とを、同一の光学系を通して同じ位置に焦点位置を合わせるためには補正光学系が必要とされる。しかし図13のように、担体捕捉用レーザーと励起用レーザーとを別々の光学系を通すことにより、それぞれ独自に焦点位置を合わせることが可能になる。
【0162】
なお、上記全ての実施の形態に係る塩基配列決定装置の動作について、詳しくは以下の塩基配列決定方法の説明も参照されたい。
【0163】
<塩基配列決定方法>
次に、本発明の塩基配列決定方法について説明する。なお、本発明の塩基配列決定方法は、上述の装置を用いて行うことができる。上述の装置の構成も適宜参照されたい。
【0164】
本発明の塩基配列決定方法は、
分析試料として、塩基の種類と蛍光物質の種類とを対応付けて識別標識した核酸を付着させた担体を用い、測定セルとして、内部に流路を備え、光ビームを前記流路内へ透過させるための透明な面を備えたセルを用いた塩基配列決定方法であって、
1)分析試料である前記核酸を付着させた担体の懸濁液を前記測定セルの流路に搬送する工程と、
2)前記核酸を付着させた担体を流路内でレーザートラップにより捕捉する工程と、
3)前記流路内に、核酸を構成するモノヌクレオチドを末端から順に切断する酵素液を流す工程と、
4)前記酵素液により切断されたモノヌクレオチドの塩基を識別標識している蛍光物質を順に励起する工程と、
5)前記工程により励起された蛍光物質が放射する蛍光を順次検出し、検出された蛍光に対応する塩基配列を読み取る工程と
を具備する方法である。
【0165】
好ましい態様において、本発明の塩基配列決定方法は、
分析試料として、塩基の種類と蛍光物質の種類とを対応付けて識別標識した核酸を付着させた担体を用い、測定セルとして、内部に流路を備え、光ビームを前記流路内へ透過させるための透明な面を備えたセルを用いた塩基配列決定方法であって、
1)分析試料である前記核酸を付着させた担体の懸濁液を前記測定セルの流路に搬送する工程と、
2-1)前記核酸を付着させた担体を流路内でレーザートラップにより捕捉する工程と、
2-2)前記工程により捕捉された担体に、蛍光物質で識別標識された核酸分子が付着していることを、励起光を照射することにより確認する工程と、
2-3)前記流路内において、前記担体を捕捉するためのレーザーの照射位置を、前記励起光の照射位置の上流に位置させる工程と、
3)前記流路内に、核酸を構成するモノヌクレオチドを末端から順に切断する酵素液を流す工程と、
4)前記酵素液により切断されたモノヌクレオチドの塩基を識別標識している蛍光物質を順に励起する工程と、
5)前記工程により励起された蛍光物質が放射する蛍光を順次検出し、検出された蛍光に対応する塩基配列を読み取る工程と
を具備する方法である。
【0166】
本発明の塩基配列決定方法で使用される分析試料および測定セルについては、上述の説明どおりである。以下、1)〜5)の各工程について順に説明する。塩基配列決定方法の全体の流れについては、図14に示すフローチャート図も参照されたい。
【0167】
1)分析試料の搬送
分析試料(蛍光物質で塩基を識別標識した核酸を付着させた担体懸濁液)を、図5に示すような溶液搬入・搬出機構により測定セルに搬送する。
【0168】
2-1)担体の捕捉
担体捕捉用レーザーを点灯し、レーザートラップにより担体1個を捕捉する。担体1個が捕捉されたら、流路中に存在する捕捉されなかったその他の担体を緩衝液で洗い流しておくとよい。ここで、担体が1個捕捉された状態は、撮像手段(CCDカメラ)により確認することができる。
【0169】
2-2)捕捉した担体に、蛍光物質で識別標識された核酸分子が付着されていることを、下記のとおり確認することもできる。レーザートラップにより担体を捕捉した状態で、励起用レーザーを点灯する。このとき、励起用レーザーの光ビームは、担体捕捉用レーザーと同じ光路を通って捕捉された担体を照射する。これにより、担体が担持している核酸を標識している蛍光物質が励起される。
【0170】
次いで、蛍光物質から放射される蛍光の有無を測定する。放射される蛍光の信号は、電気信号(フォトンパルス)に変換されて検出される。蛍光測定の結果の一例を図15に示す。ある閾値を予め決めておき、これよりもフォトンパルス数が多く測定された場合のみ、蛍光が検出されたと判断する。この閾値は、装置のバックグラウンドノイズなどを考慮して適宜設定され得る。
【0171】
フォトンパルス数が閾値より低く蛍光が検出されなかった場合(フローチャートで“NO”の場合)、担体に核酸分子が付着していないと判断される。このとき信号制御部にて司令を出し、担体捕捉用レーザーの照射を止め、担体のトラップを解除する。再び担体の懸濁液を測定セルに流し、蛍光測定にて蛍光が検出されるまで同様の動作を繰り返す。
【0172】
フォトンパルス数が閾値より高く蛍光が検出された場合(フローチャートで“YES”の場合)、担体に核酸分子が付着していると判断される。
【0173】
2-3)捕捉された担体に核酸分子が付着していることが確認されたら、同一の光路を通って担体を照射している担体捕捉用レーザーと励起用レーザーの照射位置を、塩基配列の解析に必要な所定の状態(図9に示す所定の状態)にする。すなわち、核酸塩基を1つずつ切断する分解酵素液を流路内に搬送する際、その上流で担体が捕捉されていて、その下流で励起用レーザーが照射されている状態をつくる。具体的には、励起用レーザービームと同じ光路上にあった担体捕捉用レーザービームを、光軸と垂直方向(流路の長さ方向)に移動させることにより所定の状態をつくることができる。あるいは、励起用レーザービームの光路を、担体捕捉用レーザービームの光路からずらすことにより、図9に示す所定の状態を作り出してもよい。
【0174】
ここで、担体捕捉用レーザーおよび/または励起用レーザービームを移動させる距離は、対物レンズ視野において両レーザーが離れた位置に位置していれば特に限定されないが、好ましくは両レーザーが対物レンズ視野内で最も離れた位置に位置するまで(約25μm)移動させる。
【0175】
3)分解酵素の導入
塩基配列を解析するための所定の状態に両レーザービームが設定された後、溶液搬入・搬出機構により分解酵素を含む緩衝液を測定セルの流路に流す。分解酵素の導入により、担体に付着している核酸のモノヌクレオチドは、末端から順に切断される。
【0176】
分解酵素を含む緩衝液としては、100mM Tris-HCl(pH7.5)、10mM MgCl2、2.5mM DTTを使用することができる。分解酵素は、10〜200nMの活性を有するエキソヌクレアーゼ、T7ポリメラーゼなどを使用することができる。この緩衝液中で室温で分解反応を行う。緩衝液の組成、温度等は、上記したものに限定されない。
【0177】
流速は、上述のとおり、切断されたモノヌクレオチドが、その切断順序を守って流路を流れていくことが可能な速度(下限)であって、担体がレーザートラップされた状態から逃げない速度(上限)であれば限定されない。例えば、約1mm/sにすることができる。
【0178】
なお、流路内に溶液を搬送する操作は、担体が流路内にて捕捉された後は脈流が生じないように行う必要がある。これは、脈流により、捕捉されている担体が押し流されないようにするためであり、切断された塩基がその順序を守って流路内を搬送されるようにするためである。
【0179】
4)蛍光発光
分解酵素により切断されたモノヌクレオチドの塩基は、上記流速の制御下において、流路内の励起用レーザーの照射位置(即ち、測定領域)に切断された順に流入する。これにより、塩基を識別標識している蛍光物質が順次励起され、このとき放射される蛍光が、順次対物レンズを介して測定用光学系に導かれる。
【0180】
5)塩基配列の読み取り
核酸の各塩基を識別標識している蛍光物質により、塩基配列が順次判読される。
【0181】
以下、核酸の塩基の種類と蛍光物質の種類とを対応付けて識別標識した具体例を挙げる。
【0182】
例えば図16に、1種類の蛍光物質を用いてDNA塩基の1種類を識別標識した分析試料について、塩基配列の読み取り結果を示す。この分析試料は、本発明の第1の実施の形態の装置を用いて配列を読み取ることができる。
【0183】
図中、「○」は該塩基に蛍光物質による標識が有ることを、「×」は該塩基に蛍光物質による標識がないことを示す。試料DNAの4種類の塩基のうち、全アデニンを蛍光標識したものを試料1−1、全グアニンを蛍光標識したものを試料1−2、全チミンを蛍光標識したものを試料1−3とする。
【0184】
このように、単一の塩基のみを標識した場合、全塩基配列を読み取るためには最低3回の測定回数を必要とするが、その読み取り結果が示すとおり、DNAの塩基配列を読み取ることができる。
【0185】
また図17に、2種類の蛍光物質を用いて2種類の塩基を識別標識した分析試料について、塩基配列の読み取り結果を示す。この分析試料は、本発明の第2の実施の形態の装置を用いて配列を読み取ることができる。
【0186】
図中、「○」は該塩基に蛍光物質A(例えばTMR)による標識が有ることを、「●」は該塩基に蛍光物質B(例えばRG)による標識が有ることを、「×」は該塩基に蛍光物質による標識がないことを示す。試料DNAの4種類の塩基のうち、アデニンおよびグアニンを2種類の蛍光物質A、Bでそれぞれ識別標識したものを試料2−1、チミンおよびシトシンを2種類の蛍光物質A、Bでそれぞれ識別標識したものを試料2−2とする。その読み取り結果をまとめて図18に示す。
【0187】
このように2種類の蛍光物質を使用すると、1回の測定で同時に2種類の塩基の位置を検出することができ、全塩基配列を読み取るための測定回数を最低2回とすることができる。1種類の蛍光物質を使用した場合(図16に示す例)と比較して短時間で配列決定を行うことが可能になる。
【0188】
また図19に、2種類の蛍光物質を用いて、1種類の塩基とその他3種類の塩基とを識別標識した分析試料について、塩基配列の読み取り結果を示す。この分析試料は、本発明の第2の実施の形態の装置を用いて配列を読み取ることができる。
【0189】
図中、「○」は該塩基に蛍光物質A(例えばTMR)による標識が有ることを、「●」は該塩基に蛍光物質B(例えばRG)による標識が有ることを示す。試料DNAの4種類の塩基のうち、アデニンを蛍光物質Aで標識し、その他の塩基(G、T、C)を蛍光物質Bで標識したものを試料3−1、グアニンを蛍光物質Aで標識し、その他の塩基(A、T、C)を蛍光物質Bで標識したものを試料3−2、チミンを蛍光物質Aで標識し、その他の塩基(A、G、C)を蛍光物質Bで標識したものを試料3−3とする。
【0190】
このように、2種類の蛍光物質を使用して4種類の塩基全てを識別標識すると、4種類の塩基全てについて蛍光が観測されるようになるので、測定の精度を向上させることができる。すなわち、図16、図17に示す例のように蛍光が観測されなかった塩基の数を、蛍光が検出されなかった時間の長さにより決定する必要がなくなる。
【0191】
なお本発明の方法は、1つの分析試料に対して、DNA分子を変えて複数回の配列決定データを取得し、データの信頼性を高めることが望ましい。なお、核酸の塩基を識別標識するパターンは、図16、図17、および図19に示す例に限定されず、適宜設定することができる。
【0192】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、新規な塩基配列決定装置および塩基配列決定方法を提供する。本発明によれば、熟練を必要とせず簡単に、しかも短時間で核酸の塩基配列を読み取ることができる。また、本発明は、試料となる核酸の長さに原理的に制限がないという利点を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の塩基配列決定に使用する分析試料を示す図。
【図2】 本発明の第1の実施の形態に係る塩基配列決定装置の構成を示す図。
【図3】 測定セルの構成を示す図。
【図4】 測定セルの別の例を示す図。
【図5】 溶液搬入・搬出機構の構成を示す図。
【図6】 溶液搬入・搬出機構の自動動作の例を示す図。
【図7】 溶液搬入・搬出機構の自動動作の例を示す図。
【図8】 測定セルの流路内で担体1個を捕えている様子を示す図。
【図9】 塩基配列解析時における測定セルの流路内の様子を示す図。
【図10】 本発明の第2の実施の形態に係る塩基配列決定装置の構成を示す図。
【図11】 本発明の第3の実施の形態に係る塩基配列決定装置の構成を示す図。
【図12】 全面透明な測定セルの構成を示す図。
【図13】 本発明の第4の実施の形態に係る塩基配列決定装置の構成を示す図。
【図14】 本発明の塩基配列決定方法の流れを示すフローチャート図。
【図15】 分析試料の蛍光の有無を測定した結果の一例を示す図。
【図16】 DNAの塩基配列を解析した結果の一例を示す図。
【図17】 DNAの塩基配列の解析した結果の一例を示す図。
【図18】 図17の測定結果を示す図。
【図19】 DNAの塩基配列を解析した結果の一例を示す図。
【符号の説明】
1、1’…測定セル、1a、1a’…本体部分、1b…表面部分、1c、1c’…流路、1d、1d’…接続端子、1e…流路を備えた測定セルのホルダー、2…溶液搬入・搬出機構、2a…搬入用タンク、2b…搬入用チューブ、2c…搬出用タンク、2d…搬出用チューブ、3…担体捕捉用レーザー光源、4…コリメートレンズ、5…ビームエキスパンダー、6…レンズ、7…ミラー、8…レンズ、9…ダイクロイックハーフミラー、10…対物レンズ、11…励起用レーザー光源、12…コリメートレンズ、13…ビームエキスパンダー、14…ダイクロイックハーフミラー、15…レンズ、16…アパーチャー、17…集光レンズ、18…Irカットフィルター、19…バンドパスフィルター、20…受光器、21…信号処理部、22…信号制御部、23…コンピュータ、24…ハロゲンランプ、25…レンズ、26…可動ミラー、27…可動プリズム、28…バンドパスフィルター、29…レンズ、30…CCDカメラ、31…第二の励起用レーザー光源、32…コリメートレンズ、33…ビームエキスパンダー、34…ミラー、35…ダイクロイックハーフミラー、36…ダイクロイックハーフミラー、37…バンドパスフィルター、38…受光器、39…信号処理部、40…シャッター(1)、41…シャッター(2)、42…シャッター(3)、43…対物レンズ、44…分解酵素導入シリンジ、45…試料導入シリンジ、46…緩衝液タンク、47…緩衝液タンク、48…T型継ぎ手、49…T型継ぎ手、50…接続端子、51…接続端子、52…陰圧ポンプ、53…廃液タンク、54…T型継ぎ手、55…T型継ぎ手
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a base sequence determination apparatus for reading a base sequence of a nucleic acid and a method for determining the base sequence of a nucleic acid. More specifically, in the present invention, the presence or absence of a fluorescent substance that labels nucleic acid bases by performing a reaction of cleaving nucleic acid bases one by one from the ends in a state where a carrier carrying nucleic acids is captured by laser light The present invention also relates to an apparatus and method for determining a base sequence according to type. Further, the base sequence determination apparatus of the present invention performs a predetermined reaction in a state where a carrier carrying an arbitrary substance to be subjected to the reaction is captured by a laser beam, and the result obtained by the reaction is determined based on the presence / absence of a fluorescent substance and / or Alternatively, it can be used as a device for determining by type.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, gel electrophoresis apparatuses, capillary electrophoresis apparatuses, and the like are known as apparatuses for determining the base sequences of DNA and RNA nucleic acids. In a gel electrophoresis apparatus, a nucleic acid base sequence that is as long as possible can be read in principle by increasing the gel migration length. However, if the migration length is made longer, the apparatus becomes much larger, and it takes time and effort to prepare the sample. In addition, the capillary electrophoresis apparatus is excellent in that it can read a large amount of sample at a time, and in that it does not take much time to prepare the sample, but it can be read from 600 to 600 in one measurement. It is about 700 bases, and it is difficult to read a long nucleic acid base sequence.
[0003]
In addition, the base sequence determination of nucleic acids is generally performed by conventional radioisotopes (RI). 32 This was done using P. Although the RI technique is very sensitive, it is troublesome to handle radioactive waste and requires consideration for the environment.
[0004]
On the other hand, there is microspectrophotometry as a method for observing the internal structure of individual DNA or cells. In this method, a fluorescent dye is added to cells, and fluorescence is observed on a microscope preparation to measure the internal state and structure of the cell tissue. This method is not intended for reading a base sequence, and cannot be read.
[0005]
Further, flow cytometry is often used as a method for measuring living cells and fine particles in a fluid. Flow cytometry makes light such as laser light incident on each of these objects while transferring fine particles such as biological cells and latex particles in a fluid. Next, scattered light and fluorescence from the target cells and fine particles are observed by light receivers placed in a plurality of directions, and the shape and internal structure of the target are measured. In this method, scattered light and fluorescence from cells and fine particles are measured one after another in a fluid flowing at high speed, but a minute single molecule cannot be detected, and the base sequence cannot be read.
[0006]
In the 90's, research on detection and imaging of single molecules using fluorescence has been rapidly increasing. For example, as a method for detecting a single molecule, a method described in PMGoodwin et al., ACC. Chem. Res. 1996, 29, 607-613, fluorescence correlation spectroscopy (FCS), and the like can be mentioned. In fluorescence correlation spectroscopy, fluorescently labeled proteins and carrier particles are suspended in a solution in the field of view of a confocal laser microscope, and fluctuations in fluorescence intensity based on Brownian motion of these fine particles are analyzed. As a result, the number and size of the target fine particles can be measured. This technique is discussed in detail in, for example, Masataka Kaneshiro “Protein Nucleic Acid Enzyme” (1999) Vol. 44, No. 9, 1431-1437. With this method, only information about the size and amount of the fine particles can be obtained.
[0007]
Attempts have also been made to capture latex particles attached with DNA by a light trap in the channel, and to measure the behavior and force of the attached DNA by extending the attached DNA (Steven B. Smith et al, Science (1996). ) Vol.271, 795-). Furthermore, in a system that transports fine particles into the flow path, individual particles are captured (trapped) by laser light, and the movement of the trapped fine particles is controlled by turning on and off the light irradiation. Has been proposed (Japanese Patent Laid-Open No. 5-296914). As described above, in the method of optically trapping fine particles, a method of capturing fine particles by laser light or the like is disclosed, but a method of discriminating a fluorescent substance attached to the fine particles or measuring an amount of the fluorescent substance Is not disclosed.
[0008]
Attempts have also been made to determine the base sequence using a new technique. That is, mononucleotides (bases) are cut one by one from the end of one strand of DNA, fixed on the substrate while maintaining the order, and converted into a fluorescent derivative on the substrate. It is a technique that excites with a laser beam and shoots it with a video camera. This technique is described in detail in Mitsuru Ishikawa “Protein Nucleic Acid Enzyme” (1999) Vol.44, No13, 2019-2023. However, this approach must convert each base to a fluorescent derivative on the substrate. In addition, the bases separated on the substrate without the solvent must be arranged on the substrate while keeping the order in order, and handling of the substrate is very difficult.
[0009]
In general, when individual desired molecules are labeled using a fluorescent substance and detected / identified in a solution, a method of flowing a washing solution or a sample through the container using a reaction container is used. However, the size of the fluorescently labeled molecules that flow through the flow channel in the reaction vessel is extremely small compared to the size of the flow channel (inner diameter or width of the tube), so that weak fluorescence resulting from this can be reliably identified and It has been extremely difficult to detect.
[0010]
On the other hand, Keller et al. Have proposed the principle of a technique for detecting the fluorescence of a fluorescently labeled molecule flowing in a microchannel for each individual and thereby determining the DNA base sequence (Single-molecule fluoresence analysis in solution). Appl. Spectroscopy, Vol. 50, No. 7, 1996, PP12A-32A). This proposal uses a sample in which DNA labeled with a fluorescent dye is attached to a glass microparticle as a sample. This sample is captured by infrared laser light while flowing through a microchannel and decomposed into this channel. In this method, an enzyme is flowed to separate DNA bases one by one, and fluorescence from fluorescent molecules attached to each base is detected. However, Keller et al. Are not limited to the idea, and do not mention the configuration necessary to actually implement this method.
[0011]
Since then, Dorre et al. Have tried to make the proposal of Keller et al. Concrete, but as described in the report, the final goal of reading the base sequence has not been achieved ( Dorre K et al, Bioimaging 5, 139-152, 1997, Techniques for single molecule sequencing). As described above, there has been no report on how to specifically capture fine particles, move the captured fine particles to a predetermined position, and excite and measure fluorescence. In addition, there is no specific description regarding the mechanism by which the sample solution, decomposing enzyme solution, cleaning solution, and the like are carried in and out. Furthermore, it has never been clearly described how to process a fluorescence signal and read a base sequence.
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and a means for concretely realizing a new base sequencing method that has improved the problems of the conventional base sequencing method that requires a separation operation by electrophoresis. The purpose is to provide. That is, an object of the present invention is to provide a base sequence determination device and a base sequence determination method capable of sequencing a nucleic acid of unlimited length continuously and simply.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention provides means for reading the base sequence of a nucleic acid as follows. First, an analysis sample is prepared by identifying and labeling each base of a nucleic acid molecule to be sequenced with a fluorescent substance and attaching the nucleic acid to a carrier. This analysis sample is introduced into the flow channel of the measurement cell, and the carrier is captured by a laser. Next, in this state, a degradation enzyme solution is allowed to flow through the flow path, and the mononucleotides constituting the nucleic acid are cleaved sequentially from the end. Under the condition that the cleaved mononucleotide flows in the flow path in the cleaved order, the fluorescence emitted from the fluorescent substance labeled with the mononucleotide base is sequentially detected and the nucleic acid base sequence is read. .
[0014]
In particular, it is a means that can quickly transport sample solution, enzyme solution, washing solution, etc. to the flow channel of the measurement cell, and keeps the base of the nucleic acid cleaved by the degrading enzyme in the flow channel in the order of its cleavage. The present invention suggests means that can be transported.
[0015]
That is, the present invention has been achieved by the means described below.
[0016]
(1) An apparatus for judging the result obtained by a predetermined reaction based on the presence and / or type of a fluorescent substance, in which the carrier carrying the substance to be used for the reaction is captured in a light trap. In an apparatus for performing a predetermined reaction on a substance to be provided,
A measurement cell having a flow path therein and a transparent surface for transmitting a light beam into the flow path;
Means for transporting the suspension of the carrier to the flow path of the measurement cell;
A first laser light source for capturing the carrier;
A first optical system that collects the light beam from the first laser light source in the flow path of the measurement cell and captures the carrier;
Means for transporting a reaction solution for causing a substance carried by the carrier to perform a predetermined reaction while maintaining a constant flow rate in the flow path of the measurement cell;
A second laser light source for exciting the fluorescent material reflecting the result to determine the result obtained by the reaction;
A second optical system for condensing the light beam from the second laser light source in the flow path of the measurement cell and exciting the fluorescent material;
A third optical system for collecting fluorescence from the fluorescent material;
A photodetector for detecting the condensed fluorescence;
A determination apparatus comprising: analysis means for analyzing a result of the reaction from an identification signal generated by the photodetector.
[0017]
(2) The apparatus according to (1), wherein the means for conveying the suspension of the carrier to the flow path of the measurement cell and the substance carried by the carrier are caused to perform a predetermined reaction. None of the means for transporting the reaction liquid to the flow path of the measurement cell causes piping to transport each solution to the flow path of the measurement cell, and causes no pulsating flow in the transported liquid. An apparatus comprising a member for controlling a flow of liquid.
[0018]
(3) The apparatus according to (1) or (2), in which a means for transporting the suspension of the carrier to the flow path of the measurement cell and a predetermined reaction with the substance carried by the carrier Each of the means for transporting the reaction liquid for performing the measurement to the flow path of the measurement cell includes a pipe for transporting each solution to the flow path of the measurement cell, and the pipe is connected to the measurement cell. An apparatus is characterized in that, in the vicinity of the flow channel inlet, a branch is made in a direction toward the flow channel of the measurement cell and in a direction toward the waste liquid.
[0019]
(4) A base sequence determination apparatus using a carrier to which a nucleic acid labeled and associated with a type of base and a type of fluorescent substance is attached as an analysis sample,
A measurement cell having a flow path therein and a transparent surface for transmitting a light beam into the flow path;
Means for transporting a suspension of a carrier to which the nucleic acid as an analysis sample is attached to the flow path of the measurement cell;
A first laser light source for capturing the carrier to which the nucleic acid is attached;
A first optical system that collects the light beam from the first laser light source in the flow path of the measurement cell and captures the carrier to which the nucleic acid is attached;
Means for transporting the enzyme solution that cleaves mononucleotides constituting the nucleic acid in order from the end, while maintaining a constant flow rate in the flow path of the measurement cell;
A second laser light source for exciting the fluorescent substance that is identifying and labeling the base of the mononucleotide cleaved by the enzyme solution, in the order of cleavage;
A second optical system for condensing the light beam from the second laser light source in the flow path of the measurement cell and exciting the fluorescent materials in the order of cutting;
A third optical system for sequentially collecting the fluorescence from the fluorescent substance that identifies and labels the base of the nucleic acid;
A photodetector that sequentially detects the collected fluorescence and generates an identification signal corresponding to the detected fluorescence;
Analysis means for reading a base sequence of the nucleic acid from an identification signal generated by the photodetector;
A base sequence determination apparatus comprising:
[0020]
(5) The apparatus according to (4), wherein a means for transporting a suspension of a carrier to which the nucleic acid, which is an analysis sample, is attached to the flow path of the measurement cell, and the nucleic acid are configured The means for transporting the enzyme solution for cleaving the mononucleotide in order from the end to the flow path of the measurement cell are all pipes for transporting each solution to the flow path of the measurement cell, and the liquid to be transported An apparatus comprising a member for controlling a flow of liquid without causing a pulsating flow.
[0021]
(6) The apparatus according to (4) or (5), the means for transporting the suspension of the carrier to which the nucleic acid as the analysis sample is attached to the flow path of the measurement cell, and Each means for transporting an enzyme solution for sequentially cleaving mononucleotides constituting a nucleic acid from the end to the flow path of the measurement cell comprises a pipe for transporting each solution to the flow path of the measurement cell. The apparatus is characterized in that the pipe branches in the direction toward the flow path of the measurement cell and the direction toward the waste liquid near the flow path inlet of the measurement cell.
[0022]
(7) The apparatus according to any one of (1) to (6),
A light source for irradiating illumination light into the flow path of the measurement cell;
An optical system for irradiating the light from the light source into the flow path of the measurement cell and irradiating the carrier with illumination light;
An optical system for the carrier to capture an image captured by the first laser light source under the illumination light;
Imaging means for capturing an image of the carrier captured;
The apparatus further comprising:
[0023]
(8) As an analysis sample, a carrier to which a nucleic acid that is identified and labeled in association with a base type and a fluorescent substance type is used is attached. A method for determining a base sequence using a cell having a transparent surface for permeation into
Transporting a suspension of a carrier to which the nucleic acid, which is an analysis sample, is attached, to the flow path of the measurement cell;
Capturing the carrier to which the nucleic acid is attached with a laser trap in a flow path;
A flow of an enzyme solution for sequentially cleaving mononucleotides constituting the nucleic acid from the end in the flow path while maintaining a constant flow rate;
A step of sequentially exciting fluorescent substances that identify and label mononucleotide bases cleaved by the enzyme solution;
Sequentially detecting the fluorescence emitted by the fluorescent material excited by the above-mentioned steps, and reading the base sequence corresponding to the detected fluorescence; and
A nucleotide sequence determination method comprising:
[0024]
(9) The base sequence determination method according to (8), further comprising a step of capturing an image of the carrier to which the nucleic acid is attached captured by a laser trap.
[0025]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
[0026]
<Analytical sample>
First, an analysis sample used for reading a base sequence with the base sequence determination apparatus of the present invention will be described. As shown in FIG. 1, the analysis sample is “a nucleic acid that is identified and labeled in association with the type of base and the type of fluorescent substance attached to a carrier”.
[0027]
The “carrier” used in the present invention is not particularly limited as long as it is captured by laser light. As the carrier, any water-insoluble material such as glass fine particles, latex fine particles, metal fine particles such as gold colloid particles, magnetic fine particles, or living cells can be used. Further, the carrier particles to be laser trapped generally have a diameter of 0.01 μm to 10 μm, preferably a diameter of 0.05 μm to 2 μm, more preferably a diameter of 0.1 μm to 1 μm. As an example of the carrier, glass fine particles having a diameter of 1 μm can be mentioned. More specifically, streptavidin-coated silica beads manufactured by Bangs Laboratories Inc. (USA) can be used as the glass fine particles having a diameter of 1 μm.
[0028]
In the present invention, the “fluorescent substance” is not particularly limited as long as it can be detected that the fluorescent substance is labeled with the fluorescent substance. For example, rhodamine green (hereinafter also referred to as RG), tetramethylrhodamine-5-isothiocyanate (hereinafter also referred to as TMR), Cy5 (Sciive (registered trademark), Amersham Pharmacia Biotech), fluorescein isothiocyanate (FITC) ), Acridine Yellow, Texas Red. However, when each base is discriminated and labeled using two or more kinds of fluorescent substances, the respective fluorescent substances need to be distinguished and detected depending on the difference in the wavelength emitted.
[0029]
In the present invention, the “nucleic acid discriminated and labeled by associating the type of base and the type of fluorescent substance” is, as a specific example, an example shown in FIG. Examples include, but are not limited to, DNA. That is, in the present invention, “nucleic acid” refers to both DNA and RNA. Here, the “identification label” does not necessarily intend to label all four types of bases, and may include base types that are not fluorescently labeled. Further, two or three different base species may be labeled with the same fluorescent substance.
[0030]
Such variations of the identification mark are exemplified in specific samples (samples shown in FIGS. 16, 17, and 19) described later. For example, only one type (for example, adenine) of four types of nucleic acids may be identified and labeled using one type of fluorescent substance (see FIG. 16). Alternatively, two types of bases may be identified and labeled using two types of fluorescent substances having different emission wavelengths (see FIG. 17). Alternatively, two types of fluorescent substances having different emission wavelengths may be used, and one type of base may be labeled with one fluorescent substance and the other three types of bases may be identified and labeled with the other fluorescent substance (see FIG. 19). .
[0031]
“Nucleic acids that are identified and labeled by associating the types of bases with the types of fluorescent substances” can be prepared as follows, for example. Here, an example of preparing a sample in which the base of a nucleic acid is identified and labeled using two types of fluorescent substances will be described.
[0032]
First, as a substance to be attached to the carrier, a DNA single strand (or RNA single strand) in which the 5 ′ end is labeled with biotin and each base is discriminated and labeled is prepared. That is, the following reaction solution
{50 mM Tris-HCl (pH 8.5), 10 mM KCl, 15 mM (NH Four ) 2 SO Four 7 mM MgSO Four , 0.005% Triton X-100, 10 mM 2-Mercaptoethanol, 1 pmol of biotin-labeled primer per reaction, 20 μM of each fluorescence-labeled substrate (for example, RG-dTTP (RG-dUTP may be used instead), RG -DATP, TMR-dCTP, TMR-dGTP)}
A DNA single strand (template strand) and an extension enzyme are added to the sample, and the mixture is reacted at 37 ° C. for 30 minutes to prepare a sample. In this reaction, four kinds of fluorescently labeled mononucleotides are used as substrates, and a DNA strand (or complementary RNA strand) complementary to a single DNA strand (a strand serving as a template) occurs. The complementary DNA strand (or complementary RNA strand) synthesized here is used for actual sequence analysis. Hereinafter, this complementary DNA strand (or complementary RNA strand) is referred to as sample DNA (or sample RNA) and used as a sample. In this way, sample DNA (or sample RNA) having a predetermined sequence in which the 5 ′ end is labeled with biotin and each base is labeled with a fluorescent substance is prepared. However, conditions such as the composition of the buffer solution and the reaction temperature mentioned in the preparation examples are not limited to this description.
[0033]
Next, a reaction is performed in which the prepared sample DNA (or sample RNA) is attached to a carrier. As a means for attaching the sample DNA (or sample RNA) to the carrier, there may be mentioned a method using an avidin / biotin reaction shown in FIG. However, it is not limited to this as long as it fulfills such an adhesion function. Adhesion by avidin-biotin reaction uses the above-mentioned sample by using the above-mentioned Bangs Laboratories Inc. (USA) streptavidin-coated silica beads (with avidin immobilized on the surface of glass microparticles). This is performed by binding DNA (or sample RNA). More specifically, the silica beads and the sample DNA (or sample RNA) are added to a solution of 100 mM Tris-HCl (pH 8.0), 1.0 M LiCl, 0.1% (v / v) Tween 20, and at room temperature. It can be made to react. However, conditions such as the composition of the buffer solution and the reaction temperature are not limited to this description. Thus, if an analysis sample is prepared using a one-to-one reaction between avidin and biotin, one DNA strand (or RNA strand) can be attached to one carrier.
[0034]
The analytical sample used for the base sequence determination apparatus of the present invention, in which the nucleic acid base is discriminated and labeled, can be prepared by a known technique as described above. See also the description of Zeno Foldes-Papp et al, Nucleosides & Nucleosides, 16 (5 & 6), 781-787, 1997, Exonuclease degradation of DNA studied by fluorescence correlation spectroscopy for the preparation of analytical samples.
[0035]
<Base sequence determination device>
[First Embodiment]
Hereinafter, the base sequence determination apparatus according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the apparatus of the present embodiment, an analysis sample in which a nucleic acid base is identified and labeled using one type of fluorescent substance is used.
[0036]
As shown in FIG. 2, the base sequence determination apparatus according to the present embodiment has the following configuration.
A measuring cell 1 having a flow path therein and having a transparent surface for transmitting a light beam into the flow path;
Means 2 for transporting a suspension of a carrier to which a nucleic acid as an analysis sample is attached to the flow path of the measurement cell;
A first laser light source 3 for capturing the carrier to which the nucleic acid is attached;
A first optical system 4 to 10 that collects a light beam from the first laser light source in a flow path of the measurement cell and captures the carrier to which the nucleic acid is attached;
Means 2 for transporting an enzyme solution for sequentially cleaving mononucleotides constituting the nucleic acid from the end to the flow path of the measurement cell;
A second laser light source 11 for exciting a fluorescent substance that has been identified and labeled with a base of a mononucleotide cleaved by the enzyme solution in the order of cleavage;
Second optical systems 12 to 14 and 10 for condensing the light beam from the second laser light source in the flow path of the measurement cell and exciting the fluorescent material in the order of cutting;
A third optical system 10, 15-19 for sequentially collecting the fluorescence from the fluorescent substance that is identifying and labeling the base of the nucleic acid;
A photodetector 20 that sequentially detects the collected fluorescence and generates an identification signal corresponding to the detected fluorescence;
Analysis means 21 to 23 for reading the base sequence of the nucleic acid from the identification signal generated by the photodetector;
A light source 24 for irradiating illumination light into the flow channel of the measurement cell;
Optical systems 25, 26, 15, 10 for irradiating light from the light source into the flow path of the measurement cell and irradiating illumination light to the carrier to which the nucleic acid is attached;
An optical system 10, 15, 27-29 for capturing an image captured by the carrier on which the nucleic acid, which is an analysis sample, is attached under the illumination light, by the first laser light source;
Imaging means 30 for capturing an image in which the carrier to which the nucleic acid is attached is captured.
[0037]
The base sequence determination apparatus of the present invention utilizes a confocal laser microscope. Thus, by making the optical system for detecting fluorescence into a confocal optical system, the bases of one molecule of the cleaved mononucleotide can be sequentially decoded.
[0038]
The base sequence determination apparatus of the present invention can be used to read a base sequence of a nucleic acid by performing a reaction of cleaving the base of the nucleic acid from the end while capturing the carrier carrying the nucleic acid with a laser beam. . The base sequence determination apparatus of the present invention is not limited to such use, but is used to capture a carrier carrying a substance to be subjected to a reaction with a laser trap, perform a predetermined reaction, and obtain the reaction result. You can also. The predetermined reaction refers to any reaction that can determine the result obtained by the reaction based on the presence and / or type of the fluorescent substance. For example, an antigen-antibody reaction may be carried out by reacting a fluorescently labeled antibody with a carrier carrying an antigen, or a single fluorescently labeled carrier carrying a single-stranded nucleic acid. A hybridization reaction may be carried out by reacting the strand nucleic acid.
[0039]
Hereafter, each structure and operation | movement which concern on 1st embodiment of a base sequence determination apparatus are demonstrated in order of the structure quoted previously.
[0040]
≪Measurement cell≫
First, the “measurement cell 1 having a flow path inside and a transparent surface for transmitting a light beam into the flow path” will be described. An example of the measurement cell is shown in detail in FIG. 3A is a perspective view showing the measurement cell, FIG. 3B is a plan view showing the measurement cell of FIG. 3A, and FIG. 3C is a view showing a part of a cross section taken along the line AA.
[0041]
First, the measurement cell 1 needs to have a flow path 1c therein and a transparent surface (surface 1b) for transmitting a light beam into the flow path. The objective lens is disposed on the side of the transparent surface (surface 1b), and laser light is incident from the side 1b.
[0042]
Moreover, when the measurement cell 1 is arranged in the base sequence determination apparatus of the present invention, it is necessary to provide the flow path at a position where the focal point of the objective lens can be adjusted in the flow path. In other words, it is necessary to appropriately set the thickness of the surface portion 1b that transmits the light beam so that the focus of the objective lens can be adjusted in the flow path. Furthermore, in the measurement cell 1, all surfaces through which light is transmitted when the light beam is guided into the flow path need to be flat so as not to cause light refraction.
[0043]
Furthermore, in the present invention, it is essential to transport mononucleotides cleaved in order from the end of the nucleic acid sample to be transported in the flow channel while maintaining the order. It needs to be a size.
[0044]
Summarizing the above requirements, the measurement cell 1 has (1) the light incident on the flow path, the surface through which the light emitted from the flow path is transparent, and (2) the light incident on the flow path, the flow The surface through which light emitted from the path is transmitted is a flat plate having a uniform thickness and without unevenness. (3) The flat plate has an appropriate thickness so that the focal point of the objective lens can be adjusted in the flow path. (4) The width and depth of the flow path must be very small. In the present invention, the term “transparent” refers to incident light and does not necessarily match the transparency seen by the human eye.
[0045]
In FIG. 3, the measurement cell 1 is composed of a main body portion 1a and a transparent surface portion 1b through which laser light can pass, and a flow path 1c is formed therebetween. It goes without saying that the measurement cell is not limited to such a two-part configuration. The size of the measurement cell 1 is not particularly limited, but is approximately 1 to 25 mm in the length direction of the flow path, 5 to 15 mm in the width direction of the flow path, and 0.3 to 1 mm in the depth direction (thickness) of the flow path. be able to. For example, the size of the measurement cell 1 can be about 10 mm in the length direction of the channel, about 5 mm in the width direction of the channel, and about 1 mm in the depth direction (thickness) of the channel.
[0046]
In FIG. 3, a main body portion 1a is made of a silicon wafer, and a flow path 1c (groove) is formed in the main body portion by etching or the like. The thickness of the main body portion 1a is preferably 0.2 to 1 mm. The channel width is preferably 5 to 100 μm, more preferably 10 to 50 μm, and the channel depth is preferably 5 to 100 μm, more preferably 10 to 50 μm. For example, the channel width is about 50 μm, The channel depth can be about 50 μm. The length of the flow path is preferably 1 to 25 mm, and can be about 10 mm, for example. In FIG. 3, through holes are provided in the silicon wafer at both ends of the flow path, and tubes for solution loading / unloading are connected to the holes through the connection terminals 1d.
[0047]
In FIG. 3, the surface portion 1b is a transparent flat plate (glass cover) made of glass. As described above, the surface portion 1b is transparent and needs to be a flat plate having the same thickness without unevenness because light incident on the channel and light emitted from the channel pass therethrough. Further, as described above, since the thickness of the surface portion 1b affects the focal position of the objective lens, the thickness is preferably 0.13 to 0.21 mm, and more preferably 0.169 to 0.171 mm. The surface portion 1b is bonded to the main body portion (silicon portion) 1a by a method such as anodic bonding.
[0048]
Moreover, the measurement cell 1 is not limited to the cell provided with the above-mentioned flow path, and a minute hollow cylindrical measurement cell such as a glass capillary, or a thin sheet measurement cell can also be used.
[0049]
In FIG. 3, the flow path 1 c is a single linear groove. In this case, when a solution different from the previously flowed solution is flowed, it is necessary to once wash the flow path with a buffer solution or the like. Such a washing operation can also be efficiently performed by appropriately branching and increasing the flow paths. For example, the flow path may be branched to produce a Y-shaped flow path.
[0050]
Further, the measurement cell is a flow channel having a shape as shown in FIG. 4 (plan view of the measurement cell), that is, a linear shape, but the width and depth of the flow channel are both narrowed at the center of the flow channel. You may have a flow path of the shape. The narrow portion of the flow path is irradiated with a carrier capturing laser and an excitation laser. Width of the narrowed part (W in the figure 2 And the depth is preferably 5 to 50 μm. The length of the narrow channel portion (indicated by L in the figure) is preferably 1 to 10 mm. The width of the non-narrow portion of the flow path (W in the figure) 1 And the depth is 5 to 200 μm. Thus, by narrowing the width and depth of the flow path only at the central portion of the flow path, a narrow range in which the solution is difficult to transport can be minimized.
[0051]
≪Solution loading / unloading mechanism≫
Next, “Means 2 for transporting a suspension of a carrier with a nucleic acid as an analysis sample attached to the flow path of the measurement cell” will be described. This means is also called a solution carry-in / carry-out mechanism, and its outline is shown in FIG.
[0052]
The reason why such a solution carrying-in / out mechanism is provided in the present invention is that the following problems have been found in conveying a solution by electro-osmotic flow (EOF) proposed by Dorre et al. . That is, when conveying a solution by electroosmotic flow, it is necessary to apply a high voltage. Therefore, if the electroosmotic flow is used for a long time or the flow rate is increased, heat is generated in the flow path, and the activity of proteins such as enzymes may be lowered, or bubbles may be generated. Therefore, it is necessary to take measures such as cooling the periphery of the flow path. In particular, the narrower the flow path in the reaction section, the more easily heat and bubbles are generated.
[0053]
In addition, when a solution loading / unloading mechanism is provided as in the present invention and the solution is conveyed by gravity or pump driving, the flow of liquid in the flow path becomes “laminar flow” and the flow is fastest near the center of the flow path. The flow velocity distribution in which the flow becomes slower as it goes to the periphery of the flow path is shown. However, in the electroosmotic flow, the liquid in the flow path becomes a flow called “plug flow”, and the flow of molecules (mononucleotides) to be conveyed does not concentrate on the central portion of the flow path, and the liquid in the flow path There is also a possibility that the horizontal direction of the flow will be dispersed. Thus, when the mononucleotide is dispersed in the peripheral portion of the flow path, it becomes difficult to identify the base of the mononucleotide flowing through the flow path in the confocal region. Therefore, in consideration of such problems, in the present invention, a solution loading / unloading mechanism as described below is provided.
[0054]
The sample solution (suspension of the carrier) used in the present invention is preferably one in which the carrier is suspended at a predetermined concentration. That is, the sample solution is set to an appropriate concentration at which one carrier is easily captured by the laser trap. If the carrier concentration is too high, there is a high possibility that another carrier will be caught behind the trapped carrier or that the carrier once trapped will be repelled by other carriers that have flown later. On the other hand, if the carrier concentration is too low, the possibility of trapping becomes low. Therefore, suspensions containing 0.01 to 0.3% by weight of carrier are generally used. For example, a glass fine particle suspended in a phosphate buffer at a concentration of 0.1% by weight can be used.
[0055]
In the solution carry-in / carry-out mechanism shown in FIG. 5, the measurement cell 1 is accommodated in a holder 1e. Since the measurement cell 1 is small in size as described above, it is easier to accommodate the measurement cell 1 in a holder. A carry-in tank 2a and a carry-out tank 2c are connected to each of the junction terminals 1d attached to both ends of the holder 1e via a carry-in tube 2b and a carry-out tube 2d, respectively. The loading tank 2a is filled with a solution for transporting to the flow path. As the solution, a sample solution (carrier suspension), a channel cleaning solution (buffer solution), a buffer solution containing a degrading enzyme solution, and the like are used. As the tubes 2b and 2d, for example, a Teflon material can be used.
[0056]
Carrying in the sample liquid and the like from the carry-in tank 2a to the flow path and carrying out into the carry-out tank 2c can be performed by moving the upper and lower height positions of both tanks. By controlling the height positions of both tanks, the flow rate and flow rate of the solution into the flow path can be controlled. Alternatively, the solution can be carried in and out by directly driving a syringe or the like using gas pressure to perform suction and discharge. In this case, the flow rate and flow rate of the solution into the flow path can be controlled by controlling the gas pressure. Further, the solution can be carried in and out by a motor-driven pump.
[0057]
The flow rate and flow rate of the solution into the flow path must be controlled with attention to the following points. That is, in the present invention, when the flow rate is too high, the carrier trapped by the laser trap escapes, so the upper limit is a flow rate that does not escape the carrier from the trapped state. Thus, the upper limit of the flow velocity is set in relation to the force (laser light output) for laser trapping the carrier. If the flow rate is too slow, the cleaved mononucleotides may move in any direction due to Brownian motion, and the mononucleotides may not be aligned in the cleaved order. A flow rate of about In general, the flow rate is set to 0.5 mm / s to 10 mm / s. For example, the flow rate is set to 1 mm / s.
[0058]
In the present invention, in embodying the configuration of the base sequence determination apparatus, attention was paid to the solution loading / unloading mechanism. This is because the following problems were newly found when the configuration of the base sequence determination apparatus of the present invention was embodied. That is, the carrier trapped by the laser (trap state) is released from the trap state due to a rapid change (pulsating flow) of the liquid flow rate, and the mononucleotide cleaved by the degrading enzyme However, due to a rapid change in the flow rate of the liquid, a problem has been found that the cutting order is not maintained and the fluid is not conveyed in the flow path. In order to accurately read the base sequence targeted by the present invention, it is most important to transport mononucleotides cut in order from the end of the nucleic acid in the flow path of the measurement cell in the order. It becomes. Therefore, in order to solve these problems, in addition to making the width and depth of the flow channel of the measurement cell minute, the solution transport in the flow channel must be maintained at a constant flow rate. The present inventors paid attention to. However, generally, when the width and depth (inner diameter) of the flow path are 1 mm or less, it becomes difficult to transport the solution. Therefore, the present inventors have thought that it is necessary to construct a solution loading / unloading mechanism that can smoothly transport a solution into such a minute flow path and can maintain a constant flow rate. It came.
[0059]
A specific configuration is shown in FIGS. 6 and 7 as an example of a solution carrying-in / out mechanism that satisfies such requirements. That is, in the present invention, the solution carry-in / carry-out mechanism preferably has the following two characteristics.
[0060]
First, this mechanism includes piping for transporting each solution to the flow channel of the measurement cell in order to smoothly transport the solution to the minute flow channel, and the piping is connected to the flow channel inlet of the measurement cell. In the vicinity, it is branched into a direction toward the flow path of the measurement cell and a direction toward the waste liquid. In this specification, “piping” means all pipes that form a flow path for guiding a solution to the flow path of the measurement cell and a flow path for discharging the solution from the flow path of the measurement cell as waste liquid.
[0061]
Here, near the flow channel inlet of the measurement cell, the pipe branched in the direction toward the flow channel of the measurement cell and the direction toward the waste liquid is difficult to transport the solution to the flow channel of the minute measurement cell. It is provided in order to solve a certain problem, and has the meaning of assisting the conveyance of the solution to the flow path of the measurement cell. The piping toward the waste liquid functions to temporarily release the solution transported to the vicinity of the flow channel inlet of the measurement cell in the direction of the waste liquid. Once the solution is flowed in the direction of the waste liquid, the solution can be quickly transported to the vicinity of the flow channel inlet of the measurement cell by switching the flow channel through which the solution flows and guiding the solution to the flow channel of the measurement cell. it can. Note that the piping toward the waste liquid direction can also function to release air in the piping.
[0062]
Here, “close to the flow channel inlet” is preferably as close as possible to the flow channel inlet of the measurement cell in the sense of assisting the conveyance of the solution to the flow channel of the measurement cell. Specifically, it is preferable that the branch point of the pipe is located within about 10 mm from the connection portion (for example, the connection terminal) that connects the flow path of the measurement cell and the “pipe”.
[0063]
Second, the solution carry-in / carry-out mechanism is a member that controls the flow of the liquid flowing in the pipe without causing a pulsating flow in the conveyed liquid in order to maintain a constant flow rate of the solution flowing through the flow path. It is characterized by comprising. “A member that controls the flow of liquid” is an arbitrary element that can control the flow of liquid by flowing the liquid, stopping the flow, or switching the flow path of the liquid flowing in the branched pipe. It is a member. In general, a valve can be used as the member.
[0064]
In the present invention, in order to maintain the flow of the solution at a constant flow rate in the flow path (that is, without causing a pulsating flow in the solution), the “member for controlling the flow of the liquid (valve)” is examined as follows. did. For example, a commonly used solenoid valve is excellent in that it is easily available and its operation can be easily controlled by a computer. However, when this solenoid valve is used in the solution loading / unloading mechanism according to the present invention, a sudden volume change occurs when an operation for controlling the flow of the liquid is performed. It cannot be transported. Therefore, in the present invention, it is appropriate to use a valve that does not cause a sudden volume change when an operation for controlling the flow of the liquid, such as switching the flow direction of the liquid, is performed in the branched pipe. I found out. That is, a valve that gradually changes the flow rate of the liquid when performing an operation for controlling the flow of the liquid, such as a valve that controls the flow of the solution by rotation (specifically, a rubbing valve is preferable) is used. Found that is appropriate. However, the valve used in the present invention is not particularly limited as long as it can maintain the flow of the solution at a constant flow rate without causing a pulsating flow in the liquid when the operation of controlling the flow of the liquid is performed. It is not limited. That is, as long as the mononucleotide cleaved in order from the end of the sample DNA (or sample RNA) can be transported in the flow path in the order by maintaining the flow of the solution at a constant flow rate, the limitation is imposed. Not.
[0065]
As shown in FIG. 6 and FIG. 7, an example of the solution carrying-in / out mechanism having such characteristics is provided with branched pipes, valves, and T-type joints. It can be brought into and out of the road. Furthermore, this mechanism can maintain a constant flow rate by using a specific valve that does not cause a sudden volume change (ie, does not cause a pulsating flow of liquid) during transport of the solution.
[0066]
Note that the solution carry-in / carry-out mechanism described in this specification can be used when any liquid is carried into a cell provided with a microchannel.
[0067]
Hereinafter, a specific example of the solution loading / unloading mechanism will be described in detail with reference to FIG. However, it goes without saying that the solution carrying-in / out mechanism in the present invention is not limited to the example shown in FIG. 6 as long as the solution can be carried into a minute flow path while maintaining a constant flow rate.
[0068]
The solution loading / unloading mechanism shown in FIG. 6 includes a degradation enzyme introduction syringe 44, a sample introduction syringe 45, buffer tanks 46 and 47, valves 1 to 9, T-type joints 48 and 49, a negative pressure pump 52, A waste tank 53 and a pipe connecting them are configured.
[0069]
In FIG. 6, the piping of the solution carry-in / carry-out mechanism is connected to the flow path of the measurement cell 1 via connection terminals 50 and 51. In this way, the measurement cell is installed in a state where it can be exchanged via the connection terminals 50 and 51 in consideration of the fact that the flow path has a very narrow width and thus it takes time to wash after flowing the sample liquid. It is desirable to keep it. In the following description, the flow channel inside the measurement cell and the flow channel outside the measurement cell are referred to as “measurement cell flow channel” and “pipe flow channel”, respectively, with the connection terminal as a boundary. The piping is composed of, for example, Teflon.
[0070]
Each component part of the solution carrying in / out mechanism shown in FIG. 6 will be described.
[0071]
{Syringe and buffer tank}
From the decomposing enzyme introduction syringe 44 and the sample introduction syringe 45, the decomposing enzyme solution and the sample solution are injected into the “piping flow path”, respectively. The decomposing enzyme introduction syringe 44 and the sample introduction syringe 45 are respectively provided with buffer tanks 46 and 47 for diluting the decomposing enzyme solution and the sample solution and washing the flow path through which the solution flows.
[0072]
In FIG. 6, the degrading enzyme solution is conveyed from left to right (in the direction from valve 4 to valve 2) in the flow channel of the measurement cell, and the sample solution is transferred from right to left (valve in the flow channel of the measurement cell. 2 to the direction of the valve 4). It is not limited to the example shown in FIG. 6, You may install each syringe and a buffer solution tank so that a degradation enzyme solution and a sample solution may flow in the flow path of a measurement cell toward the same direction. However, when the degrading enzyme solution flows in the flow channel of the measurement cell, the carrier capture laser (Trap laser) is irradiated upstream, and the excitation laser (in the figure, Excitation laser) needs to be irradiated. That is, first, upstream of the flow path, the decomposing enzyme solution acts on the carrier (which carries the nucleic acid) captured by the carrier capture laser, and then the labeled nucleotide cleaved by this action is moved downstream of the flow path. It needs to be excited with an excitation laser.
[0073]
{Valve and T-type fitting}
Valves are installed to control the flow of the solution in the piping of the solution loading / unloading mechanism, such as closing or opening the flow path of the liquid, or selecting the flow direction of the liquid in the branched piping. Yes. In FIG. 6, valves 1 to 9 are two-way valves or three-way valves. In the figure, NO displayed on the valves is Normal Open (normally open), NC is Normal Close (normally shut off), and COM is Common ( Common). As described above, preferably, a valve that does not cause pulsation is used.
[0074]
On the other hand, the T-type joint is generally used to form a branched pipe. In FIG. 6, T-shaped joints 48 and 49 function to form a pipe branched in a direction toward the flow path of the measurement cell and a direction toward the waste liquid near the flow path inlet of the measurement cell. That is, by installing the T-shaped joints 48 and 49 very close to the flow path of the measurement cell and branching the pipe, the solution conveyed to the vicinity of the flow path entrance of the measurement cell is temporarily released to the waste liquid tank, The solution to be transported into the flow channel of the measurement cell can be quickly guided to near the entrance of the flow channel. Thereby, conveyance of the solution to the flow path of the measurement cell which is difficult to convey the solution can be assisted. For example, the T-shaped joint 48 is preferably located as close as possible to the connection terminal 50, and can be located, for example, at a position about 20 mm away from the connection terminal 50. Similarly, the T-shaped joint 49 is preferably located as close as possible to the connection terminal 51, and can be located, for example, at a position about 20 mm away from the connection terminal 51.
[0075]
Here, it is preferable that all the inner diameters of the “piping flow paths” have a width that is somewhat larger than the flow path width (for example, 50 μm) of the measurement cell. Thus, in order to carry the solution smoothly, it is preferable to make the flow path width of the pipe wider than the flow path width of the measurement cell, for example, the flow path width is 50 to 800 μm, preferably about 250 μm. Can do. On the other hand, the width and depth of the flow path of the measurement cell need to be as small as 50 μm, for example, as described above so as to meet the purpose of the base sequence determination of the present invention.
[0076]
Further, in the solution carry-in / carry-out mechanism shown in FIG. 6, the piping is branched into a direction toward the flow path of the measurement cell and a direction toward the waste liquid at each of the locations where the valve 4 and the valve 2 are installed. Also at the locations where the valve 4 and the valve 2 are installed, the solution to be transferred into the flow path of the measurement cell can be quickly guided to the valve by branching the piping and allowing the solution to temporarily escape to the waste liquid tank. Thereby, conveyance of the solution to the flow path of a measurement cell can be assisted.
[0077]
For example, the valve 4 can be positioned at a position away from the connection terminal 50 by about 200 mm, and the valve 2 can be positioned at a position away from the connection terminal 51 by about 200 mm. In addition, as shown in FIG. 7 described later, a single pipe may be used as the pipe for conveying the solution from the valve 48 to the waste liquid tank and the pipe for conveying the solution from the valve 4 to the waste liquid tank. Similarly, a pipe for conveying the solution from the valve 49 to the waste liquid tank and a pipe for conveying the solution from the valve 2 to the waste liquid tank can be combined with one pipe.
[0078]
{Negative pressure pump}
The negative pressure pump 52 functions to guide the solution to the waste liquid tank 53 by suction. However, the solution can be guided to the waste tank by gravity without using a negative pressure pump. The use of a negative pressure pump can transport the solution more efficiently in the minute flow path, but when the influence of the vibration of the pump is to be avoided, the solution is transported by gravity without using the pump. In the present invention, once the carrier is captured by the laser in the flow channel of the measurement cell, it is preferable not to use a pump in order to avoid vibrations in all subsequent operations.
[0079]
Next, the operation of loading each solution (sample solution, decomposing enzyme solution, buffer solution) into the flow path of the measurement cell by the solution loading / unloading mechanism will be described.
[0080]
Each solution is preferably deaerated before being carried into the flow path.
[0081]
First, the sample liquid is conveyed into the flow path of the measurement cell, and then the carrier contained in the sample liquid is captured in the flow path of the measurement cell by a carrier capturing laser (Trap laser). Carriers other than the trapped carrier are washed away from the flow path of the measurement cell. Next, the degradation enzyme solution is conveyed into the flow channel of the measurement cell, and the mononucleotides of the nucleic acid carried by the carrier are cleaved in order from the end. The fluorescent substance labeled with the mononucleotide is excited by an excitation laser, and the kind of fluorescent substance (that is, the kind of base) is read. The sample liquid or the like that has been measured is carried out to the waste liquid tank 53 by flowing a buffer solution.
[0082]
Details will be described below.
[0083]
A) Transport of buffer solution
(A-1) The valve 8 is opened, the valve 1 is set to the NC side (COM and NC are connected), and the valve 2 is set to the NO side (COM and NO are connected). The buffer solution tank 47 is pushed upward, and the buffer solution is guided to the waste solution tank by gravity.
[0084]
(A-2) The valve 2 is set to the NC side, the valve 5 is set to the NO side, and the buffer solution tank 47 is pushed upward to guide the buffer solution to the waste solution tank via the T-shaped joint 49. At this time, the valve 5 may be set to the NC side, the valve 7 may be set to the NC side, and suction may be performed by a negative pressure pump, or the valve 5 may be set to the NO side and guided to the waste liquid tank by gravity. By the operations (A-1) and (A-2), the solution can be quickly guided to the T-type joint 49.
[0085]
(A-3) The valve 5 is closed, the valve 6 is opened, and the buffer tank 47 is pushed upward to transfer the buffer into the flow path of the measurement cell. The buffer solution flowing through the flow path of the measurement cell is guided to the waste liquid tank through the opened valve 6. At this time, the valve 6 may be set to the NC side, the valve 7 may be set to the NO side, and suction may be performed by a negative pressure pump, or the valve 6 may be set to the NO side and guided to the waste liquid tank by gravity.
[0086]
(A-4) Open the valve 9, set the valve 3 to the NC side, and set the valve 4 to the NC side. The valve 6 is set to the NO side, the buffer solution tank 46 is pushed upward, and the buffer solution is guided to the waste solution tank by gravity. At this time, the valve 6 may be set to the NC side, the valve 7 may be set to the NO side, and suction may be performed by a negative pressure pump, or the valve 6 may be set to the NO side and guided to the waste liquid tank by gravity.
[0087]
(A-5) The valve 4 is set to the NO side, the buffer solution tank 46 is pushed upward, and the buffer solution is guided to the waste solution tank by gravity. By the operations (A-1) to (A-5), all the pipes are filled with the buffer solution.
[0088]
B) Sample input
Valve 1 is set to the NO side, valve 2 is set to the NC side, and valve 5 is closed. By opening the valve 6 and pushing the piston of the syringe 45, a sample liquid (for example, a glass bead suspension, a particle diameter of 1 μm, a concentration of 0.1% by weight) is guided to the flow path of the measurement cell. The sample liquid that has passed through the flow path of the measurement cell is guided to the waste liquid tank by suctioning with a negative pressure pump with the valve 6 on the NC side and the valve 7 on the NO side. Note that the sample liquid may be guided to the waste liquid tank by gravity.
[0089]
C) Cleaning of carriers other than the trapped carrier (B / F separation)
After capturing the carrier with the laser for capturing the carrier, the valve 1 is set to the NC side, the buffer solution tank 47 is pushed upward, the buffer solution is guided to the flow channel of the measurement cell, and the uncaptured carrier in the flow channel is washed away. At this time, the valve 6 may be set to the NC side, the valve 7 may be set to the NO side, and suction may be performed by a negative pressure pump, or the valve 6 may be set to the NO side and guided to the waste liquid tank by gravity. However, the use of a pump is not desirable because the trapped carrier may be washed away by the vibration. By this operation, carriers other than the carrier captured by the laser beam are washed away, and the flow path of the measurement cell is washed.
[0090]
D) Transport of degradation enzyme solution
The valve 9 is closed, the valve 3 is set to the NO side, the valve 4 is set to the NC side, and the valve 6 is closed. By opening the valve 5 and pushing in the piston of the syringe 44, the degradation enzyme solution is guided to the flow path of the measurement cell. The degradation enzyme solution that has passed through the flow path of the measurement cell may be led to the waste liquid tank by suctioning with a negative pressure pump with the valve 5 on the NC side and the valve 7 on the NC side, or led to the waste liquid tank by gravity. May be. However, even in this operation, it is not desirable to use the pump because the trapped carrier may be washed away by the vibration of the pump.
[0091]
E) Cleaning the flow path
After cleaving each base of nucleic acid with a degrading enzyme, valve 9 is opened, valve 3 is set to the NC side, valve 4 is set to the NC side, valve 6 is closed, buffer tank 46 is pushed upward, and the buffer solution is measured. To the flow path. This operation cleans the flow path. This washing operation can be efficiently performed by suctioning with a negative pressure pump with the valve 5 on the NC side and the valve 7 on the NC side.
[0092]
Next, another example of the solution carry-in / carry-out mechanism will be described with reference to FIG. This specific example is basically the same as the example shown in FIG. 6, and the same reference numerals are given to the same components. 7 includes a degradation enzyme introduction syringe 44, a sample introduction syringe 45, buffer tanks 46 and 47, valves 21 to 25, T-type joints 48, 49, 54 and 55, and a negative electrode. It is composed of a pressure pump 52, a waste tank 53, and piping connecting them.
[0093]
The solution loading / unloading mechanism shown in FIG. 7 is provided with branched pipes, valves, and T-shaped joints as in the example shown in FIG. 6, so that each solution can be efficiently and smoothly carried into and out of the microchannel. It is. Similarly, this mechanism can maintain a constant flow rate by using a specific valve that does not cause a sudden volume change (ie, does not cause a pulsating flow of liquid) during transport of the solution. is there.
[0094]
Similarly to the example shown in FIG. 6, the T-type joints 48 and 49 are provided in the vicinity of the flow channel inlet of the measurement cell to form a pipe branched into the direction toward the flow channel of the measurement cell and the direction toward the waste liquid. It is functioning. By using this branched pipe to temporarily release the solution to the waste liquid tank, the solution to be transported into the flow channel of the measurement cell can be quickly guided to the vicinity of the flow channel inlet of the measurement cell. Thereby, conveyance of the solution to the flow path of the measurement cell which is difficult to convey the solution can be assisted. For example, the T-type joint 48 can be positioned at a position about 20 mm away from the connection terminal 50, and the T-type joint 49 can be located at a position about 20 mm away from the connection terminal 51.
[0095]
In addition, as in the example shown in FIG. 6, it is preferable to make the flow path width of the pipe outside the measurement cell wider than the flow path width (for example, 50 μm) inside the measurement cell in order to smoothly transport the solution.
[0096]
Below, operation | movement of the solution carrying in / out mechanism shown in FIG. 7 is demonstrated.
[0097]
A) Transport of buffer solution
Prior to sample introduction, all the flow paths are filled with a buffer solution by the following operation.
[0098]
(A-1) Open the valve 21 and set the valve 23 to the NO side. The buffer solution tank 47 is pushed upward, and the buffer solution is guided to the waste solution tank by gravity. At this time, the valve 23 may be on the NC side, the valve 25 may be on the NC side, and suction may be performed by a negative pressure pump, or the valve 23 may be on the NO side and guided to the waste liquid tank by gravity. By this operation, the solution can be quickly guided to the T-type joint 49.
[0099]
(A-2) The valve 23 is closed, the valve 24 is set to the NC side or the NO side, and the buffer solution tank 47 is pushed upward to convey the buffer solution into the flow path of the measurement cell. The buffer solution flowing through the flow path of the measurement cell is led to the waste liquid tank through the valve 24. At this time, the valve 24 may be set to the NC side, the valve 25 may be set to the NO side, and suction may be performed by a negative pressure pump, or the valve 25 may be set to the NO side and guided to the waste liquid tank by gravity.
[0100]
(A-3) The valve 22 is opened, the valve 24 is set to the NC side or NO side, the buffer solution tank 46 is pushed upward, and the buffer solution is guided toward the waste solution tank by gravity. At this time, the valve 24 may be set to the NC side, the valve 25 may be set to the NO side, and suction may be performed by a negative pressure pump, or the valve 24 may be set to the NO side and guided to the waste liquid tank by gravity. Through the operations (A-1) to (A-3), all the flow paths are filled with the buffer solution.
[0101]
B) Sample input
The valve 21 is closed, the valve 23 is closed, the valve 24 is opened, and the piston of the syringe 45 is pushed in, so that the sample liquid (for example, glass bead suspension, particle diameter 1 μm, concentration 0.1% by weight) flows through the measurement cell. Lead to. The sample liquid that has passed through the flow path of the measurement cell is guided to the waste liquid tank by suctioning with a negative pressure pump with the valve 24 on the NC side and the valve 25 on the NO side. Note that the sample liquid may be guided to the waste liquid tank by gravity.
[0102]
C) Cleaning of carriers other than the trapped carrier (B / F separation)
After capturing the carrier with laser light, the valve 21 is opened, the buffer tank 47 is pushed upward, the buffer solution is guided to the flow path of the measurement cell, and the uncaptured carrier in the flow path is washed away. At this time, the valve 24 may be set to the NC side, the valve 25 may be set to the NO side, and suction may be performed by a negative pressure pump, or the valve 24 may be set to the NO side and guided to the waste liquid tank by gravity. However, the use of a pump is not desirable because the trapped carrier may be washed away by the vibration. By this operation, carriers other than the carrier captured by the laser beam are washed away, and the flow path of the measurement cell is washed.
[0103]
D) Transport of degradation enzyme solution
The valve 22 is closed, the valve 24 is closed, the valve 23 is opened, and the piston of the syringe 44 is pushed in, whereby the degrading enzyme solution is guided to the flow path of the measurement cell. The degradation enzyme solution that has passed through the flow path of the measurement cell may be led to the waste liquid tank by suctioning with a negative pressure pump with the valve 23 on the NC side and the valve 25 on the NC side, or led to the waste liquid tank by gravity. May be. However, even in this operation, it is not desirable to use the pump because the trapped carrier may be washed away by the vibration of the pump.
[0104]
E) Cleaning the flow path
After the cleavage of each base of the nucleic acid by the degrading enzyme, the valve 22 is opened, the valve 24 is closed, the buffer solution tank 46 is pushed upward, the buffer solution is guided to the flow channel of the measurement cell, and the flow channel is washed. At this time, the flow path can be efficiently cleaned by suction with a negative pressure pump with the valve 23 on the NC side and the valve 25 on the NC side.
[0105]
≪Laser light source for carrier capture≫
Next, the “first laser light source 3 for capturing the carrier to which the nucleic acid is attached” will be described. The type and irradiation wavelength of the laser emitted from the first laser light source (hereinafter also referred to as carrier capturing laser) can be appropriately selected according to the size of the carrier to be captured. Alternatively, after selecting a laser for capturing a carrier, the size of the carrier captured by the laser may be selected.
[0106]
The laser used in the present invention is not limited as long as it is conventionally used in a laser trap, and generally a laser of 488 nm (argon laser) to 1064 nm (Nd: YAG laser) can be used. For example, Cr. A LiSAF laser can be used. Alternatively, an infrared solid laser such as an Nd: YAG laser or a dye laser may be used. Preferably, an infrared laser having a wavelength of 700 nm or more is used. For example, in order to capture glass fine particles having a diameter of 1 μm with a laser trap, Cr. A LiSAF laser can be used.
[0107]
For details on the relationship between laser wavelength and trapped particle size, see WHWright, GJSonek, and MW Berns, Appl.Phys.Lett., Vol.63 (6), 1993, Radiation trapping forces on microspheres with See the description of optical tweezers.
[0108]
The higher the output of the carrier capture laser, the stronger the ability to capture the carrier, which is desirable. However, the device (objective lens), the analytical sample, and the degrading enzyme that cleaves the bases constituting the nucleic acid from the end are damaged. There is. Therefore, the output is set high (preferably 2 W or less) so as not to cause such a harmful effect. Generally, a laser power of 100 to 1000 mW is used to capture the carrier.
[0109]
≪First optical system≫
Next, “first optical systems 4 to 10 that collect the light beam from the first laser light source in the flow path of the measurement cell and capture the carrier to which the nucleic acid is attached” will be described. The optical system includes a collimating lens 4, a beam expander 5, a lens 6, a mirror 7, a lens 8, a dichroic half mirror 9, and an objective lens 10. These optical systems 4 to 10 are arranged in this order on the optical path of the light beam emitted from the carrier capturing laser.
[0110]
In the apparatus of the present invention, the condensing optical system using the objective lens is a confocal optical system, and the laser beam is focused on a very narrow area determined by the numerical aperture (NA) of the objective lens. Yes. For example, the numerical aperture (NA) of the objective lens used in the apparatus of the present invention is 0.9.
[0111]
The light beam of the carrier capturing laser is collimated by the collimating lens 4 and the beam diameter is increased by the beam expander 5. Thereafter, the light is condensed on the surface of the mirror 7 by the lens 6 and converted into parallel light by the lens 8, and then the optical path is bent by the dichroic half mirror 9 and guided to the objective lens 10. The light beam through the objective lens 10 is condensed at a predetermined position in the flow path of the measurement cell 1.
[0112]
The capturing position of the carrier in the flow path can be adjusted in the length direction of the flow path by changing the angle of the mirror 7. Further, the capture position in the optical axis direction can be controlled by the movement of the objective lens 10 in the optical axis direction. By adjusting and controlling in this way, it becomes possible to irradiate a predetermined position in the channel with the carrier capturing laser. Here, the predetermined position is determined by the positional relationship with the excitation laser at the time of base sequence analysis, which will be described later.
[0113]
Note that when capturing the carrier by irradiating the carrier capturing laser, the sample liquid may or may not flow in the flow path.
[0114]
The light beam condensed in the flow path as described above can capture one carrier moving along the flow in the flow path. This is shown in FIG. As shown in FIG. 8, the light beam of the carrier capturing laser is focused by the objective lens 10, passes through the surface portion 1 b of the measurement cell 1, and is focused on the central portion of the solution in the flow path 1 c, Irradiate a suspension of the carrier. Thereby, one carrier is captured in the flow path.
[0115]
≪Enzyme solution transport means≫
Next, “means for transporting an enzyme solution that cleaves mononucleotides constituting the nucleic acid in order from the end to the flow path of the measurement cell” will be described. In the present embodiment, the means for flowing the enzyme solution can be shared with the means 2 for transporting the carrier suspension. Therefore, see also the above description regarding the solution carry-in / carry-out mechanism.
[0116]
Here, “cleave in order from the end” means that, when the sample nucleic acid is attached to the carrier on the 5 ′ end side, the mononucleotide constituting the nucleic acid is cleaved in order from the 3 ′ end. . On the contrary, when the nucleic acid used as a sample is attached to the carrier on the 3 ′ end side, it means that the mononucleotides constituting the nucleic acid are sequentially cleaved from the 5 ′ end.
[0117]
The “enzyme solution” can be appropriately selected from exonuclease that cleaves mononucleotides one by one only from the 3 ′ side, or exonuclease that cleaves mononucleotides one by one from the 5 ′ side. For example, exonuclease I, T7 polymerase can be used. The enzyme activity possessed by the enzyme solution is appropriately set within a range in which a desired decomposition reaction is performed, but preferably an enzyme solution having an activity of 10 to 200 nM is used.
[0118]
In the solution carry-in / carry-out mechanism shown in FIG. 5, the enzyme solution is caused to flow from the carry-in tank 2a to the flow path at a predetermined flow rate and is discharged from the flow path to the carry-out tank 2c. As described above, the enzyme solution can be caused to flow through the flow path at a predetermined flow rate by controlling the vertical positions of both tanks or controlling the gas pressure of the syringe. Further, the solution can be carried in and out by a motor-driven pump.
[0119]
As described above, in the transportation of the enzyme solution, to maintain a predetermined flow rate constantly, it is required in the present invention that mononucleotides cut in order from the end are transported in the flow path in the order. Has an important meaning. In the present invention, when the flow velocity is too high, particles captured by the laser trap escape, so the upper limit is a flow velocity at which particles do not escape from the trapped state. If the flow rate is too slow, the cleaved mononucleotides may move in any direction due to Brownian motion, and the mononucleotides may not be aligned in the cleaved order. A flow rate of about In order to increase the analysis accuracy of the base sequence of the nucleic acid, it is preferable that the flow rate be high in a range where the captured particles do not escape. That is, the flow velocity is set in relation to the force (laser output) that is laser trapping particles. Generally, the flow rate is generally set to 0.5 mm / s to 10 mm / s. For example, the flow rate is set to 1 mm / s.
[0120]
<< Laser light source for excitation >>
Next, “excitation laser light source 11 for exciting a fluorescent substance that has been identified and labeled with a base of a mononucleotide cleaved by the enzyme solution in the order of cleavage” will be described. The excitation laser generally has a wavelength in the visible range, and a laser having a wavelength for exciting the fluorescent substance used is used. For example, a solid blue laser (473 nm) is used when rhodamine green is used as the fluorescent material, and an argon laser (514.5 nm) is used when TMR is used.
[0121]
In this embodiment, there is one excitation laser light source, and therefore, only one type of fluorescent substance excited by the laser light source is used for labeling the nucleobase.
[0122]
≪Second optical system≫
Subsequently, “second optical systems 12 to 14 and 10 for condensing the light beam from the excitation laser light source in the flow path of the measurement cell and exciting the fluorescent materials in the order of cutting” will be described. The optical system includes a collimating lens 12, a beam expander 13, a dichroic half mirror 14, and an objective lens 10. These optical systems 12 to 14 and 10 are arranged in this order on the optical path of the light beam emitted from the laser light source 11.
[0123]
The light beam from the excitation laser light source 11 is converted into a parallel beam by the collimator lens 12, the beam diameter is increased by the beam expander 13, the optical path is bent by the dichroic half mirror 14, and the light beam is guided to the objective lens 10. The light beam that has passed through the objective lens 10 is condensed at a predetermined position in the flow path of the measurement cell 1.
[0124]
The irradiation position of the excitation laser in the flow path can be adjusted in the length direction of the flow path by changing the angle of the dichroic half mirror 14. Further, the irradiation position in the optical axis direction can be controlled by moving the objective lens 10 in the optical axis direction. By adjusting and controlling in this way, it becomes possible to irradiate a predetermined position in the flow path with the excitation laser.
[0125]
Therefore, in the present embodiment, both the light beam of the carrier capturing laser and the light beam of the excitation laser described above are collected by one objective lens 10 and focused in the flow path of the measurement cell 1.
[0126]
In the present invention, at the time of base sequence analysis, the light beam of the carrier capturing laser and the light beam of the excitation laser need to be irradiated in a predetermined positional relationship within the flow path of the measurement cell. Specifically, at the time of base sequence analysis, both beams need to be irradiated into the flow path in a state as shown in FIG. That is, it is necessary that the carrier is captured by the carrier capturing laser upstream of the channel through which the solution flows, and the excitation laser is irradiated downstream thereof. With such a predetermined positional relationship, the fluorescent substance in which the mononucleotides constituting the nucleic acid supported on the carrier are sequentially allowed to flow into the irradiation region of the excitation laser in the order of cleavage and then the bases of the mononucleotides are labeled Can be sequentially excited (see FIG. 9).
[0127]
Therefore, the optical path of the light beam is set in advance so that both laser beams are irradiated in the predetermined positional relationship at the time of base sequence analysis, or the carrier capturing laser beam or the excitation laser beam is analyzed before the analysis. It is necessary to move at least one beam to an appropriate position. In the present embodiment shown in FIG. 2, such control of the optical path of the light beam is performed by an optical system for irradiating the light beam (specifically, the dichroic half mirror 9 or the dichroic half mirror 14).
[0128]
The predetermined position of both laser beams at the time of base sequence analysis is not particularly limited as long as both lasers are located in the objective lens field of view, but preferably both lasers are located farthest in the objective lens field of view. (Approximately 25 μm apart).
[0129]
As described above, in this embodiment, it is possible to focus two laser beams on a predetermined distance with one objective lens. However, the base sequence determination apparatus of the present invention is not limited to a mode in which two light beams are condensed at a position separated by one objective lens, and the apparatus may be assembled by two objective lenses (described later). (Refer to the fourth embodiment and FIG. 13).
[0130]
≪Third optical system≫
Next, the “third optical systems 10 and 15 to 19 that sequentially collect fluorescence from a fluorescent substance that identifies and labels the bases of the nucleic acids” will be described. The optical system includes an objective lens 10, a lens 15, an aperture 16, a condenser lens 17, an Ir cut filter 18, and a band pass filter 19. These optical systems 15 to 19 are arranged in this order on the optical path of the fluorescence emitted from the fluorescent material. In FIG. 2, an optical system that connects the objective lens 10 and the light receiver 20 that detects the condensed fluorescence is referred to as a “measurement optical system”.
[0131]
Fluorescence from the fluorescent material passes through the objective lens 10, forms an image on the aperture 16 by the lens 15, and then focuses on the light receiving surface of the light receiver 20 by the condenser lens 17. An Ir cut filter 18 and a band pass filter 19 are arranged in front of the light receiving surface of the light receiver 20 so that only the fluorescence from the fluorescent material reaches the light receiver 20. The Ir cut filter 18 cuts noise light such as light reflected by the optical system in the middle of the optical path such as the wall surface of the measurement cell 1 and the back surface of the mirror. The band pass filter 19 efficiently allows only the light having the fluorescence wavelength to pass therethrough.
[0132]
≪Photodetector≫
Next, “the photodetector 20 that sequentially detects collected fluorescence and generates an identification signal corresponding to the detected fluorescence” will be described. The photodetector 20 can be a weak photodetector such as an avalanche photodiode or a photomultiplier tube. The photodetector 20 detects fluorescence corresponding to the type of base of the mononucleotide in the order of the cleaved mononucleotide. Then, the detected fluorescence is converted into an identification signal corresponding to the detected fluorescence and transmitted to an analysis unit described later. Specifically, it is converted into photoelectrons by the photodetector 20.
[0133]
≪Analysis means≫
Finally, “analyzing means 21 to 23 for reading the base sequence of the nucleic acid from the identification signal generated by the photodetector” will be described. The analysis means processes the signal obtained from the photodetector 20 by the signal processing unit 21 and displays the result on the monitor screen of the computer 23. Specifically, the optical signal converted into photoelectrons by the photodetector 20 is subjected to processing such as waveform shaping by the signal processing unit 21, and then guided to the computer 23 as a photon pulse, and the number of pulses is counted. Displayed on the screen. The signal control unit 22 can release the trap of the carrier by feeding back the final information sent to the computer to the laser light source for capturing the carrier.
[0134]
≪Configuration for observing the capture state of the carrier≫
In the base sequence determination apparatus of the present embodiment shown in FIG. 2, a light source 24 for irradiating illumination light into the flow path of the measurement cell in order to photograph the captured state of the carrier, an illumination optical system 25, 26, 15, and 10 are installed. In FIG. 2, the light source 24 is a halogen lamp, and the illumination optical systems 25, 26, 15, and 10 include a lens 25, a movable mirror 26, a lens 15, and the objective lens 10. Illumination light from the light source 24 passes through the lens 25, bends in the direction of the measurement cell by the movable mirror 26, passes through the lens 15, and is then condensed on the analysis sample by the objective lens 10.
[0135]
The light source and the illumination optical system are not necessarily required in the apparatus of the present invention. Therefore, when not in use, the movable mirror 26 may be removed from the measuring optical system as necessary by moving it.
[0136]
In addition, the base sequence determination apparatus according to the present embodiment shown in FIG. 2 includes imaging optical systems 10, 15, 27 to 29 for imaging a state in which a carrier is captured under the illumination light, and imaging means. 30 is installed. In FIG. 2, the photographing optical systems 10, 15, and 27 to 29 are composed of an objective lens 10, a lens 15, a movable prism 27, a band pass filter 28, and a lens 29, and the imaging means 30 is a CCD camera. The reflected light from the analysis sample irradiated with the illumination light passes through the objective lens 10 and the lens 15, and then is bent toward the CCD camera 30 by the movable prism 27, and only the light having the necessary wavelength is obtained by the band pass filter 28. The light is selectively transmitted and sent to the image pickup means (CCD camera) 30 through the lens 29. In this way, the photographing optical system selectively transmits light having a wavelength that is efficiently received by the CCD camera 30 and forms an image on the television monitor.
[0137]
In FIG. 2, the imaging optical system and the illumination optical system irradiate the captured carrier in the flow channel of the measurement cell and image it, so that it is necessary to match the measurement optical system with the movable prism 27. is there. Further, the photographing optical system and the imaging means are not necessarily required in the apparatus of the present invention. Therefore, it may be used only when capturing the carrier, and may be removed from the measuring optical system as necessary by moving the movable prism 27 at other times.
[0138]
[Second Embodiment]
Next, a base sequence determination apparatus according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
[0139]
The basic configuration of the second embodiment is the same as that of the first embodiment. In the second embodiment of FIG. 10, the same reference numerals are given to the same portions (reference numerals 1 to 30) as those of the first embodiment shown in FIG. In the apparatus of the present embodiment, an analysis sample in which a nucleic acid base is identified and labeled using two types of fluorescent substances is used.
[0140]
Therefore, in this embodiment, two types of lasers having different emission wavelengths, for example, an argon ion laser (wavelength 514.5 nm) and a solid blue laser (wavelength 473 nm) are used as the excitation laser light source. Therefore, in the apparatus of the present embodiment in FIG. 10, a second excitation laser light source 31 is installed in addition to the excitation laser light source 11.
[0141]
Similarly to the light beam from the excitation laser light source 11, the light beam from the second excitation laser light source 31 is converted into a parallel beam by the collimator lens 32 and the beam diameter is increased by the beam expander 33. Thereafter, the optical path is bent by the mirror 34 and the two dichroic half mirrors 35 and 14 and guided to the objective lens 10. The light beams from the two excitation laser light sources 11 and 31 are combined into one optical path by the dichroic half mirror 35 and guided to the objective lens 10.
[0142]
Thus, two types of fluorescent materials can be excited by using two types of lasers having different wavelengths. As the two kinds of fluorescent substances, for example, rhodamine green (RG) and tetramethylrhodamine-5-isothiocyanate (TMR) can be used. Rhodamine green is excited by a solid blue laser (473 nm) and emits fluorescence at a wavelength of 550 nm, while tetramethylrhodamine-5-isothiocyanate is excited by an argon laser (514.5 nm) and emits fluorescence at a wavelength of 570 nm. Radiate. By emitting fluorescence of different wavelengths using two types of fluorescent substances, it becomes possible to distinguish and detect two types of bases.
[0143]
In the present embodiment, in order to detect emitted fluorescence having different wavelengths, it is necessary to provide two measurement optical systems. That is, the fluorescence from two types of fluorescent materials is adjusted by the dichroic half mirror 36 so that the transmitted light intensity is maximized in accordance with the emission wavelength of each fluorescent material, and the optical path is divided into two. One of the two divided lights passes through the band pass filter 19 and is received by the light receiver 20. The optical signal converted into photoelectrons by the light receiver is processed by the signal processing unit 21 and sent to the computer 23 as a photon pulse, and the number of pulses is counted. Similarly, the other light passes through the band pass filter 37 and is received by the light receiver 38. A signal from the light receiver 20 is processed by the signal processing unit 39 and sent to the computer 23. The signal control unit 22 can release the trap of the carrier by feeding back the received information to the laser light source for capturing the carrier.
[0144]
The configuration of such two measurement optical systems is basically the same as that of the one measurement optical system in the first embodiment. The areas measured by the two light receivers are the same area. In this way, fluorescence can be detected independently for each of the two optical paths.
[0145]
The apparatus of the second embodiment has the following advantages. That is, the position of two types of fluorescence can be read simultaneously with one measurement, and the corresponding base sequence can be read. Therefore, the number of measurements can be reduced and the measurement accuracy can be improved as compared with the apparatus of the first embodiment.
[0146]
In addition, the base sequence determination apparatus of this invention can also determine the base sequence of the nucleic acid which identified and labeled the base using three types of fluorescent substances which can install and detect three excitation laser light sources. Furthermore, a base sequence determination apparatus provided with more than three excitation laser light sources is possible, and such an apparatus is also included in the scope of the present invention.
[0147]
[Third Embodiment]
Next, a base sequence determination device according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
[0148]
The basic configuration of the third embodiment is the same as that of the first embodiment. In the third embodiment shown in FIG. 11, the same reference numerals are given to the same portions (reference numerals 1 to 30) as in the first embodiment shown in FIG. 2. As in the first embodiment, the apparatus of this embodiment uses an analysis sample in which a nucleic acid base is identified and labeled using one type of fluorescent substance.
[0149]
In the present embodiment, a completely transparent measurement cell 1 ′ as shown in FIG. 12 is used as a measurement cell having a flow path. FIG. 12 is a view corresponding to FIG. 3C and a cross-sectional view taken along the flow path.
[0150]
The structure of the measurement cell 1 ′ is basically the same as that of the measurement cell 1 shown in FIG. The measurement cell 1 is different in that only the surface through which the laser beam is transmitted is transparent, whereas the measurement cell 1 ′ used here is a transparent cell. The measurement cell 1 ′ can be composed of, for example, a glass plate, Pyrex, or a transparent plastic plate such as acrylic or vinyl chloride resin.
[0151]
By using such a measurement cell 1 ′, the imaging optical system for observing the state where the carrier particles are captured can be separated from the measurement optical system. In other words, in FIG. 11, the photographing optical systems 43 and 28 to 29 are separated from the optical system from the objective lens 10 to the light receiver 20 which is a measurement optical system.
[0152]
In the present embodiment, the illumination light from the halogen lamp 24 and the light beam from the carrier capturing laser 3 are expanded through the objective lens 43, and then only the light having the required wavelength is selectively transmitted by the bandpass filter 28. The image is picked up by the image pickup means (CCD camera) 30 through the lens 29.
[0153]
Moreover, the base sequence determination apparatus of this invention may be equipped with the shutter opened and closed corresponding to operation | movement of each optical system, as FIG. 11 shows in figure. Specifically, in FIG. 11, a first optical system that guides the carrier capturing laser from the light source 3 to the measurement cell, a second optical system that guides the excitation laser from the light source 11 to the measurement cell, and the objective lens 10 Shutters 40, 41, and 42 are sequentially installed in each of the measurement optical systems from to the light receiver 20.
[0154]
Thus, by separating the imaging optical system from the measurement optical system, it is possible to remove the interference with the measurement light of the optical system for observation and observe the transmitted light. Becomes brighter, and it is possible to clearly detect the state of carrier particle transport and particle trapping.
[0155]
[Fourth Embodiment]
Next, a base sequence determining apparatus according to the fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
[0156]
The basic configuration of the fourth embodiment is the same as that of the first embodiment. In the fourth embodiment shown in FIG. 13, the same parts (reference numerals 1 to 30) as those in the first embodiment shown in FIG. As in the first embodiment, the apparatus of this embodiment uses an analysis sample in which a nucleic acid base is identified and labeled using one type of fluorescent substance.
[0157]
In the present embodiment, as in the apparatus according to the third embodiment, a completely transparent measurement cell 1 ′ as shown in FIG. 12 is used as a measurement cell having a flow path.
[0158]
By using such a measurement cell 1 ′, the imaging optical system for observing the state where the carrier particles are captured can be separated from the measurement optical system. That is, in FIG. 13, the photographing optical systems 43 and 28 to 29 are separated from the optical system from the objective lens 10 to the light receiver 20 which is a measurement optical system.
[0159]
Thus, by separating the imaging optical system from the measurement optical system, it is possible to remove the interference with the measurement light of the optical system for observation and observe the transmitted light. Becomes brighter, and it is possible to clearly detect the state of carrier particle transport and particle trapping.
[0160]
Further, in the present embodiment, by using the entire transparent measurement cell 1 ′, the first optical system for guiding the carrier capturing laser to the measurement cell is used, and the second optical system for guiding the excitation laser to the measurement cell is used. It becomes possible to separate from the optical system and the measuring optical system. That is, in FIG. 13, the first optical systems 4 to 9 and 43 are separated from the second optical systems 11 to 14 and 10 and the measurement optical systems 10 and 14 to 20. In FIG. 13, the carrier capturing laser is incident from the upper surface of the measurement cell and condensed in the flow channel, and the excitation laser is incident from the lower surface of the measurement cell and condensed in the flow channel.
[0161]
As described above, the laser capturing laser (infrared light) and the excitation laser (visible light) are shared by the same optical system and are not condensed in the flow path, so that the focal positions of the respective laser beams are adjusted. It becomes easy. In general, a correction optical system is required to adjust the focus position of infrared light and visible light to the same position through the same optical system. However, as shown in FIG. 13, it is possible to independently adjust the focal position by passing the carrier capturing laser and the excitation laser through separate optical systems.
[0162]
For details of the operations of the base sequence determination apparatuses according to all the embodiments described above, refer to the following description of the base sequence determination method.
[0163]
<Base sequence determination method>
Next, the base sequence determination method of the present invention will be described. In addition, the base sequence determination method of this invention can be performed using the above-mentioned apparatus. Please refer to the configuration of the above-mentioned apparatus as appropriate.
[0164]
The base sequence determination method of the present invention comprises:
As an analysis sample, a carrier to which a nucleic acid labeled and associated with a base type and a fluorescent substance type is attached is used. As a measurement cell, a flow channel is provided inside, and a light beam is transmitted into the flow channel. A base sequencing method using a cell with a transparent surface for,
1) a step of transporting a suspension of a carrier to which the nucleic acid, which is an analysis sample, is attached, to the flow path of the measurement cell;
2) capturing the carrier to which the nucleic acid is attached with a laser trap in the flow path;
3) flowing an enzyme solution for cleaving mononucleotides constituting the nucleic acid in order from the end into the flow path;
4) a step of sequentially exciting a fluorescent substance that discriminates and labels the base of the mononucleotide cleaved by the enzyme solution;
5) a step of sequentially detecting the fluorescence emitted by the fluorescent material excited by the above step and reading a base sequence corresponding to the detected fluorescence;
It is the method which comprises.
[0165]
In a preferred embodiment, the base sequence determination method of the present invention comprises:
As an analysis sample, a carrier to which a nucleic acid labeled and associated with a base type and a fluorescent substance type is attached is used. As a measurement cell, a flow channel is provided inside, and a light beam is transmitted into the flow channel. A base sequencing method using a cell with a transparent surface for,
1) a step of transporting a suspension of a carrier to which the nucleic acid, which is an analysis sample, is attached, to the flow path of the measurement cell;
2-1) capturing the carrier to which the nucleic acid is attached with a laser trap in the flow path;
2-2) A step of confirming that the nucleic acid molecule identified and labeled with a fluorescent substance is attached to the carrier captured in the step by irradiating with excitation light;
2-3) A step of positioning a laser irradiation position for capturing the carrier in the flow channel upstream of the excitation light irradiation position;
3) flowing an enzyme solution for cleaving mononucleotides constituting the nucleic acid in order from the end into the flow path;
4) a step of sequentially exciting a fluorescent substance that discriminates and labels the base of the mononucleotide cleaved by the enzyme solution;
5) a step of sequentially detecting the fluorescence emitted by the fluorescent material excited by the above step and reading a base sequence corresponding to the detected fluorescence;
It is the method which comprises.
[0166]
The analysis sample and measurement cell used in the base sequence determination method of the present invention are as described above. Hereinafter, each process of 1) -5) is demonstrated in order. See also the flowchart shown in FIG. 14 for the overall flow of the base sequence determination method.
[0167]
1) Transport of analysis sample
An analysis sample (a carrier suspension to which a nucleic acid whose base is discriminated and labeled with a fluorescent substance) is conveyed to a measurement cell by a solution loading / unloading mechanism as shown in FIG.
[0168]
2-1) Carrier capture
The carrier capturing laser is turned on, and one carrier is captured by the laser trap. When one carrier is captured, other uncaptured carriers present in the channel may be washed away with a buffer solution. Here, the state where one carrier is captured can be confirmed by an imaging means (CCD camera).
[0169]
2-2) It can be confirmed as follows that the nucleic acid molecule identified and labeled with the fluorescent substance is attached to the captured carrier. The excitation laser is turned on while the carrier is captured by the laser trap. At this time, the light beam of the excitation laser irradiates the carrier captured through the same optical path as the carrier capturing laser. Thereby, the fluorescent substance labeling the nucleic acid carried by the carrier is excited.
[0170]
Next, the presence or absence of fluorescence emitted from the fluorescent material is measured. The emitted fluorescent signal is converted into an electric signal (photon pulse) and detected. An example of the result of fluorescence measurement is shown in FIG. A certain threshold value is determined in advance, and it is determined that the fluorescence is detected only when the number of photon pulses is measured more than this. This threshold value can be appropriately set in consideration of the background noise of the apparatus.
[0171]
When the number of photon pulses is lower than the threshold and fluorescence is not detected (in the case of “NO” in the flowchart), it is determined that no nucleic acid molecule is attached to the carrier. At this time, the signal control unit issues a command, stops the irradiation of the carrier capturing laser, and releases the trap of the carrier. The carrier suspension is again poured into the measurement cell, and the same operation is repeated until fluorescence is detected by fluorescence measurement.
[0172]
When the number of photon pulses is higher than the threshold and fluorescence is detected (in the case of “YES” in the flowchart), it is determined that nucleic acid molecules are attached to the carrier.
[0173]
2-3) When it is confirmed that nucleic acid molecules are attached to the captured carrier, the irradiation positions of the carrier capturing laser and the excitation laser that are irradiating the carrier through the same optical path are A predetermined state (predetermined state shown in FIG. 9) necessary for analysis is set. That is, when a decomposing enzyme solution for cleaving nucleobases one by one is conveyed into the flow path, a state is created in which the carrier is captured upstream and the excitation laser is irradiated downstream. Specifically, a predetermined state can be created by moving the carrier capturing laser beam that was on the same optical path as the excitation laser beam in the direction perpendicular to the optical axis (length direction of the flow path). Alternatively, the predetermined state shown in FIG. 9 may be created by shifting the optical path of the excitation laser beam from the optical path of the carrier capturing laser beam.
[0174]
Here, the distance for moving the carrier capturing laser and / or the excitation laser beam is not particularly limited as long as both lasers are located in the objective lens field, but preferably both lasers are in the objective lens field. And move to the most distant position (about 25 μm).
[0175]
3) Introduction of degrading enzymes
After both laser beams are set in a predetermined state for analyzing the base sequence, a buffer solution containing a degrading enzyme is caused to flow through the flow path of the measurement cell by the solution carry-in / carry-out mechanism. By introducing the degrading enzyme, the mononucleotide of the nucleic acid attached to the carrier is cleaved sequentially from the end.
[0176]
Buffers containing degrading enzymes include 100 mM Tris-HCl (pH 7.5), 10 mM MgCl 2 2.5 mM DTT can be used. As the degrading enzyme, exonuclease having an activity of 10 to 200 nM, T7 polymerase and the like can be used. The decomposition reaction is performed at room temperature in this buffer. The composition, temperature, etc. of the buffer solution are not limited to those described above.
[0177]
As described above, the flow rate is a speed (lower limit) at which the cleaved mononucleotide can flow in the flow path in accordance with the cleaving order, and the speed at which the carrier does not escape from the laser trapped state ( The upper limit is not limited. For example, it can be about 1 mm / s.
[0178]
The operation of transporting the solution into the flow path needs to be performed so that no pulsating flow occurs after the carrier is captured in the flow path. This is to prevent the trapped carrier from being washed away by the pulsating flow, and to ensure that the cut bases are transported in the flow path in the order.
[0179]
4) Fluorescence emission
The bases of the mononucleotide cleaved by the degrading enzyme flow into the excitation laser irradiation position (that is, the measurement region) in the flow path in the order of being cleaved under the control of the flow rate. As a result, the fluorescent substances that identify and label the bases are sequentially excited, and the fluorescence emitted at this time is sequentially guided to the measurement optical system via the objective lens.
[0180]
5) Reading the base sequence
The base sequence is sequentially read by the fluorescent substance that identifies and labels each base of the nucleic acid.
[0181]
Hereinafter, specific examples of identifying and labeling the types of bases of nucleic acids and the types of fluorescent substances in association with each other will be given.
[0182]
For example, FIG. 16 shows the result of reading the base sequence of an analysis sample in which one type of DNA base is identified and labeled using one type of fluorescent substance. The analysis sample can be read in sequence using the apparatus of the first embodiment of the present invention.
[0183]
In the figure, “◯” indicates that the base is labeled with a fluorescent substance, and “X” indicates that the base is not labeled with a fluorescent substance. Of the four types of bases in the sample DNA, the sample labeled with all adenine is labeled sample 1-1, the sample labeled with all guanine is labeled with sample 1-2, and the sample labeled with all thymine is labeled with sample 1-3. .
[0184]
In this way, when only a single base is labeled, at least three measurement times are required to read the entire base sequence, but the DNA base sequence can be read as indicated by the reading result. .
[0185]
FIG. 17 shows the result of reading the base sequence of an analysis sample in which two types of bases are discriminated and labeled using two types of fluorescent substances. The analysis sample can be read in sequence using the apparatus of the second embodiment of the present invention.
[0186]
In the figure, “◯” indicates that the base is labeled with fluorescent substance A (eg, TMR), “●” indicates that the base is labeled with fluorescent substance B (eg, RG), and “×” indicates that the base is labeled with Indicates that the base is not labeled with a fluorescent substance. Of the four types of bases in the sample DNA, adenine and guanine are identified and labeled with two types of fluorescent substances A and B, respectively. Sample 2-1, and thymine and cytosine are identified and labeled with two types of fluorescent substances A and B, respectively. This was designated as Sample 2-2. The reading results are collectively shown in FIG.
[0187]
When two types of fluorescent substances are used in this way, the positions of two types of bases can be detected simultaneously in one measurement, and the number of measurements for reading the entire base sequence can be made at least twice. Compared with the case where one kind of fluorescent substance is used (example shown in FIG. 16), it becomes possible to perform sequencing in a short time.
[0188]
FIG. 19 shows the result of reading the base sequence of an analysis sample in which one type of base and the other three types of bases are discriminated using two types of fluorescent substances. The analysis sample can be read in sequence using the apparatus of the second embodiment of the present invention.
[0189]
In the figure, “◯” indicates that the base is labeled with a fluorescent substance A (eg, TMR), and “●” indicates that the base is labeled with a fluorescent substance B (eg, RG). Of the four bases of sample DNA, adenine is labeled with fluorescent substance A, the other bases (G, T, C) are labeled with fluorescent substance B, sample 3-1 and guanine is labeled with fluorescent substance A. Other bases (A, T, C) labeled with fluorescent substance B are sample 3-2, thymine is labeled with fluorescent substance A, and other bases (A, G, C) are labeled with fluorescent substance B. The labeled product is designated as Sample 3-3.
[0190]
Thus, if all four types of bases are discriminated and labeled using two types of fluorescent substances, fluorescence will be observed for all four types of bases, so that the measurement accuracy can be improved. That is, it is not necessary to determine the number of bases for which fluorescence was not observed as in the examples shown in FIGS. 16 and 17 based on the length of time during which fluorescence was not detected.
[0191]
In the method of the present invention, it is desirable to obtain the sequencing data for a plurality of times by changing the DNA molecule for one analysis sample, thereby improving the reliability of the data. The pattern for identifying and labeling the base of the nucleic acid is not limited to the examples shown in FIGS. 16, 17, and 19 and can be set as appropriate.
[0192]
【The invention's effect】
As described above, the present invention provides a novel base sequence determination apparatus and base sequence determination method. According to the present invention, the base sequence of a nucleic acid can be read easily and in a short time without requiring skill. In addition, the present invention has the advantage that the length of the nucleic acid serving as a sample is not limited in principle.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a view showing an analysis sample used for base sequence determination of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a base sequence determination device according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a measurement cell.
FIG. 4 is a diagram showing another example of a measurement cell.
FIG. 5 is a diagram showing a configuration of a solution carry-in / carry-out mechanism.
FIG. 6 is a diagram showing an example of automatic operation of a solution carry-in / carry-out mechanism.
FIG. 7 is a diagram showing an example of automatic operation of a solution carry-in / carry-out mechanism.
FIG. 8 is a diagram showing a state where one carrier is captured in the flow path of the measurement cell.
FIG. 9 is a view showing a state in a flow channel of a measurement cell at the time of base sequence analysis.
FIG. 10 is a diagram showing a configuration of a base sequence determination device according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a diagram showing a configuration of a base sequence determination device according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a diagram showing the configuration of a completely transparent measurement cell.
FIG. 13 is a diagram showing a configuration of a base sequence determination device according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a flowchart showing the flow of the base sequence determination method of the present invention.
FIG. 15 is a diagram showing an example of the result of measuring the presence or absence of fluorescence in an analysis sample.
FIG. 16 is a diagram showing an example of the result of analyzing the base sequence of DNA.
FIG. 17 is a diagram showing an example of the result of analyzing a DNA base sequence.
18 is a diagram showing the measurement result of FIG.
FIG. 19 is a diagram showing an example of a result of analyzing a DNA base sequence.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 1 '... measurement cell, 1a, 1a' ... main-body part, 1b ... surface part, 1c, 1c '... flow path, 1d, 1d' ... connection terminal, 1e ... holder of measurement cell provided with flow path, 2, ... Solution loading / unloading mechanism, 2a ... Tank for loading, 2b ... Tube for loading, 2c ... Tank for unloading, 2d ... Tube for unloading, 3 ... Laser light source for capturing carrier, 4 ... Collimator lens, 5 ... Beam expander, 6 ... Lens, 7 ... Mirror, 8 ... Lens, 9 ... Dichroic half mirror, 10 ... Objective lens, 11 ... Excitation laser light source, 12 ... Collimating lens, 13 ... Beam expander, 14 ... Dichroic half mirror, 15 ... Lens, 16 ... Aperture, 17 ... Condensing lens, 18 ... Ir cut filter, 19 ... Band pass filter, 20 ... Light receiver, 21 ... Signal processing unit, 22 ... Signal 23, computer, 24 ... halogen lamp, 25 ... lens, 26 ... movable mirror, 27 ... movable prism, 28 ... bandpass filter, 29 ... lens, 30 ... CCD camera, 31 ... second excitation laser Light source, 32 ... collimating lens, 33 ... beam expander, 34 ... mirror, 35 ... dichroic half mirror, 36 ... dichroic half mirror, 37 ... band pass filter, 38 ... light receiver, 39 ... signal processing unit, 40 ... shutter (1 , 41 ... Shutter (2), 42 ... Shutter (3), 43 ... Objective lens, 44 ... Degrading enzyme introduction syringe, 45 ... Sample introduction syringe, 46 ... Buffer tank, 47 ... Buffer tank, 48 ... T type Fitting, 49 ... T-type fitting, 50 ... connection terminal, 51 ... connection terminal, 52 ... negative pressure pump, 53 ... Liquid tank, 54 ... T-type joints, 55 ... T-type joints

Claims (5)

所定の反応により得られる結果を蛍光物質の有無および/または種類により判定する装置であって、該反応に供する物質を担持している担体を光トラップにより捕捉した状態で、該反応に供する物質に所定の反応を行う装置において、
内部に流路を備え、光ビームを前記流路内へ透過させるための透明な面を備えた測定セルと、
前記測定セルの流路に、前記担体の懸濁液を搬送するための手段と、
前記担体を捕捉するための第一のレーザー光源と、
前記第一のレーザー光源からの光ビームを前記測定セルの流路内に集光し、前記担体を捕捉する第一の光学系と、
前記担体が担持する物質に所定の反応を行なわせるための反応液を、前記測定セルの流路に一定流速を維持して搬送するための手段と、
前記反応により得られる結果を判定するために、該結果を反映している蛍光物質を励起するための第二のレーザー光源と、
前記第二のレーザー光源からの光ビームを前記測定セルの流路内に集光し、前記蛍光物質を励起する第二の光学系と、
前記蛍光物質からの蛍光を集光する第三の光学系と、
集光した蛍光を検出する光検出器と、
前記光検出器が発生した識別信号から、前記反応の結果を解析する解析手段とを具備し、
前記測定セルの流路に、前記担体の懸濁液を搬送するための手段、および前記担体が担持する物質に所定の反応を行なわせるための反応液を、前記測定セルの流路に搬送するための手段が、何れも、測定セルの流路へ各溶液を搬送するための配管、および搬送される液体に脈流を生じさせることなく液体の流れを制御する部材を具備する
ことを特徴とする判定装置。
An apparatus for determining the result obtained by a predetermined reaction based on the presence or absence and / or type of a fluorescent substance, in a state where a carrier carrying the substance for the reaction is captured by a light trap, In an apparatus for performing a predetermined reaction,
A measurement cell having a flow path therein and a transparent surface for transmitting a light beam into the flow path;
Means for transporting the suspension of the carrier to the flow path of the measurement cell;
A first laser light source for capturing the carrier;
A first optical system that collects the light beam from the first laser light source in the flow path of the measurement cell and captures the carrier;
Means for transporting a reaction solution for causing a substance carried by the carrier to perform a predetermined reaction while maintaining a constant flow rate in the flow path of the measurement cell;
A second laser light source for exciting the fluorescent material reflecting the result to determine the result obtained by the reaction;
A second optical system for condensing the light beam from the second laser light source in the flow path of the measurement cell and exciting the fluorescent material;
A third optical system for collecting fluorescence from the fluorescent material;
A photodetector for detecting the condensed fluorescence;
Analyzing means for analyzing the result of the reaction from the identification signal generated by the photodetector,
Means for transporting the suspension of the carrier to the flow path of the measurement cell, and a reaction solution for causing the substance carried by the carrier to perform a predetermined reaction are transported to the flow path of the measurement cell. All of the means for providing a pipe for transporting each solution to the flow path of the measurement cell, and a member for controlling the flow of the liquid without causing a pulsating flow in the transported liquid, Judgment device to do.
請求項1に記載の装置であって、前記測定セルの流路に、前記担体の懸濁液を搬送するための手段、および前記担体が担持する物質に所定の反応を行なわせるための反応液を、前記測定セルの流路に搬送するための手段が、何れも、測定セルの流路へ各溶液を搬送するための配管を具備し、該配管が、測定セルの流路入口近くにおいて、測定セルの流路へ向かう方向と廃液へ向かう方向とに分岐していることを特徴とする装置。  The apparatus according to claim 1, wherein means for transporting the suspension of the carrier to the flow path of the measurement cell and a reaction solution for causing a substance carried by the carrier to perform a predetermined reaction Each of the means for transporting the solution to the flow path of the measurement cell comprises a pipe for transporting each solution to the flow path of the measurement cell, and the pipe is near the flow path inlet of the measurement cell. An apparatus that branches into a direction toward the flow path of the measurement cell and a direction toward the waste liquid. 塩基の種類と蛍光物質の種類とを対応付けて識別標識した核酸を付着させた担体を分析試料として用いる塩基配列決定装置であって、
内部に流路を備え、光ビームを前記流路内へ透過させるための透明な面を備えた測定セルと、
前記測定セルの流路に、分析試料である前記核酸を付着させた担体の懸濁液を搬送するための手段と、
前記核酸を付着させた担体を捕捉するための第一のレーザー光源と、
前記第一のレーザー光源からの光ビームを前記測定セルの流路内に集光し、前記核酸を付着させた担体を捕捉する第一の光学系と、
前記核酸を構成するモノヌクレオチドを末端から順に切断する酵素液を、前記測定セルの流路に一定流速を維持して搬送するための手段と、
前記酵素液により切断されたモノヌクレオチドの塩基を識別標識している蛍光物質を、切断順に励起するための第二のレーザー光源と、
前記第二のレーザー光源からの光ビームを前記測定セルの流路内に集光し、前記蛍光物質を切断順に励起する第二の光学系と、
前記核酸の塩基を識別標識している蛍光物質からの蛍光を、順次集光する第三の光学系と、
集光した蛍光を順次検出し、検出された蛍光に対応する識別信号を発生する光検出器と、
前記光検出器が発生した識別信号から、前記核酸の塩基配列を読み取る解析手段とを具備し、
前記測定セルの流路に、分析試料である前記核酸を付着させた担体の懸濁液を搬送するための手段、および前記核酸を構成するモノヌクレオチドを末端から順に切断する酵素液を、前記測定セルの流路に搬送するための手段が、何れも、測定セルの流路へ各溶液を搬送するための配管、および搬送される液体に脈流を生じさせることなく液体の流れを制御する部材を具備する
ことを特徴とする塩基配列決定装置。
A base sequence determination device using a carrier to which a nucleic acid labeled and associated with a base type and a fluorescent material is attached as an analysis sample,
A measurement cell having a flow path therein and a transparent surface for transmitting a light beam into the flow path;
Means for transporting a suspension of a carrier to which the nucleic acid as an analysis sample is attached to the flow path of the measurement cell;
A first laser light source for capturing the carrier to which the nucleic acid is attached;
A first optical system that collects the light beam from the first laser light source in the flow path of the measurement cell and captures the carrier to which the nucleic acid is attached;
Means for transporting the enzyme solution that cleaves mononucleotides constituting the nucleic acid in order from the end, while maintaining a constant flow rate in the flow path of the measurement cell;
A second laser light source for exciting the fluorescent substance that is identifying and labeling the base of the mononucleotide cleaved by the enzyme solution, in the order of cleavage;
A second optical system for condensing the light beam from the second laser light source in the flow path of the measurement cell and exciting the fluorescent materials in the order of cutting;
A third optical system for sequentially collecting the fluorescence from the fluorescent substance that identifies and labels the base of the nucleic acid;
A photodetector that sequentially detects the collected fluorescence and generates an identification signal corresponding to the detected fluorescence;
From the identification signal generated by the photodetector, comprising an analysis means for reading the base sequence of the nucleic acid,
The means for transporting the suspension of the carrier to which the nucleic acid, which is the analysis sample, is attached to the flow channel of the measurement cell, and the enzyme solution for sequentially cleaving the mononucleotide constituting the nucleic acid from the end are measured. Any means for transporting to the flow path of the cell includes a pipe for transporting each solution to the flow path of the measurement cell, and a member for controlling the flow of the liquid without causing a pulsating flow in the transported liquid A base sequence determination apparatus comprising:
請求項3に記載の装置であって、前記測定セルの流路に、分析試料である前記核酸を付着させた担体の懸濁液を搬送するための手段、および前記核酸を構成するモノヌクレオチドを末端から順に切断する酵素液を、前記測定セルの流路に搬送するための手段が、何れも、測定セルの流路へ各溶液を搬送するための配管を具備し、該配管が、測定セルの流路入口近くにおいて、測定セルの流路へ向かう方向と廃液へ向かう方向とに分岐していることを特徴とする装置。4. The apparatus according to claim 3 , wherein means for transporting a suspension of the carrier to which the nucleic acid, which is an analysis sample, is attached to the flow path of the measurement cell, and a mononucleotide that constitutes the nucleic acid. Each of the means for transporting the enzyme solution that cleaves in order from the end to the flow path of the measurement cell includes a pipe for transporting each solution to the flow path of the measurement cell, and the pipe is connected to the measurement cell. The apparatus is characterized by branching in a direction toward the flow path of the measurement cell and a direction toward the waste liquid near the flow path inlet of the liquid crystal. 請求項1〜4の何れか1項に記載の装置であって、
前記測定セルの流路内に照明光を照射するための光源と、
前記光源からの光を前記測定セルの流路内に照射し、前記担体に対して照明光を照射する光学系と、
前記照明光の下で、前記担体が、前記第一のレーザー光源により捕捉された画像を撮像するための光学系と、
前記担体が捕捉された画像を撮像する撮像手段とを更に具備することを特徴とする装置。
The apparatus according to any one of claims 1 to 4 ,
A light source for irradiating illumination light into the flow path of the measurement cell;
An optical system for irradiating the light from the light source into the flow path of the measurement cell and irradiating the carrier with illumination light;
An optical system for the carrier to capture an image captured by the first laser light source under the illumination light;
The apparatus further comprising imaging means for imaging an image in which the carrier is captured.
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JP5519088B2 (en) * 2004-09-28 2014-06-11 ソニー株式会社 Nucleic acid molecule base sequence determination method and determination apparatus
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WO2023088906A1 (en) * 2021-11-22 2023-05-25 Lumicks Dsm Holding B.V. Detection of a biomolecular process
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4962037A (en) * 1987-10-07 1990-10-09 United States Of America Method for rapid base sequencing in DNA and RNA
AU673245B2 (en) * 1993-02-01 1996-10-31 Seq, Ltd. Methods and apparatus for DNA sequencing
WO2003080861A1 (en) * 2002-03-22 2003-10-02 MAX-PLANCK-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V. Single molecule sequencing using phosphate labeled nucleotides

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