JP4619198B2 - 電気泳動システム - Google Patents
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Description
本発明は、核酸の電気泳動システムに関し、より詳細には、電気泳動システムにより核酸を分子量毎に分離し、その画像を撮影すると共に、核酸を電気泳動をさせた支持体より、核酸の切り出しおよび抽出回収を行う技術に関する。
本発明は、電気泳動システムに係り、特に電気泳動により核酸を分子量毎に分離させた結果に基づき、電気泳動の実施、その結果の画像の撮影、さらに電気泳動支持体からの核酸の切り出し・抽出回収までを、一貫したシステム内で好適に実現できるものである。
なお以下では、生体高分子の試料を核酸(デオキシリボ核酸)とし、電気泳動用の支持体にアガロースゲルを使用し、紫外線を光源として、核酸を検出する場合について、説明する。
図1ないし図7は、本発明の実施の形態1による電気泳動システムを説明するための図である。
図1は、本発明の実施の形態1による電気泳動システムの概略構成を示した図であり、図2は、この電気泳動システムの内部の概略構成を示した図である。
図3に示すテーブル機構40の中心部43は、窓状に開口されているか、または、紫外線透過性アクリル樹脂(例えば、住友化学製スミペックス010など)、あるいは紫外線透過性ガラス(例えば、旭テクノグラス製UV−33S、UV−29など)などの紫外線透過性の高い材料で構成されている。
また、前記切り出し器具把持ピン67は、切り出し器具20の上部孔21に接続可能な構成となっている。
まず、電気泳動槽10内に、支持体付設面11を用いて、電気泳動用ゲル101を設置する。そして、生体高分子材料を支持する支持体である電気泳動用ゲル101の一端に設けた注入口に、核酸試料を注入した後、ゲルの両端に設置された1対の電極間に規定の電圧を印加する。このように、電極に電圧を印加することで、負に帯電している核酸試料は、電気泳動用ゲル101内を、陰極から陽極方向に向かって移動を開始する。
図8は、本発明の実施の形態2による電気泳動システムにおける、蛍光位置マーカーによる位置検出および位置制御を行うための、蛍光位置マーカー16を有する支持体ホルダー13を示す図であり、図9は、本実施の形態2による電気泳動システムのブロック構成を示す図である。
まず、紫外線照射部70により支持体であるゲルに対して紫外線照射を行い、画像撮影手段61にてゲルを撮影する。撮影された画像には、支持体ホルダー13に塗抹された蛍光位置マーカー16が同時に写っており、その蛍光位置マーカー16の形状および画像内での位置を測定し、位置情報算出手段210によりテーブル機構40、およびキャリッジ機構60の位置を推定することができる。このようにして蛍光位置マーカー16を利用して得た位置情報を元に、駆動制御手段220によりインターフェース部124を介してテーブル機構40、およびキャリッジ機構60を目的の位置に移動させることができる。
さらに、電気泳動ゲル101で観察される核酸試料の帯の状態は、スメアな状態でも、好適に分割撮影、画像合成することが可能である。
図10は、本発明の実施の形態3における、蛍光位置マーカーを利用した画像合成における蛍光ムラ抑制の様子を示す図である。また、図11は本実施の形態3による電気泳動システムのブロック構成を示す図であり、図12は、本実施の形態3における、紫外線強度と撮影条件の関係を示した図である。
図11において、実施の形態2において用いた符号のほか、125は、記録装置、128は、紫外線強度算出手段である。
本実施の形態3の、前記実施の形態1および実施の形態2と異なる点は、電気泳動パターンを撮影する際に、分割して撮影した画像を1つの画像に合成する画像合成機能を備え、X軸あるいはY軸のいずれかと平行に設置した単一の紫外線光源による撮影を可能にした点である。
すなわち、本実施の形態3による電気泳動システムは、前記実施の形態2の方法を用いて、テーブル機構40とキャリッジ機構60を所要量だけ駆動させて撮影された複数の電気泳動パターンの部分分割画像を用い、蛍光位置マーカー16の位置および形状の情報を元に、これらを1つの画像に一体化合成し、合成画像を作成する画像合成手段310を備えている。具体的には、前記手法により撮影された電気泳動パターンの部分画像は、一時的にシステム制御部120内の記録装置125に保存し、すべての撮影が終了した後に、自動的または作業者の指示により、図8に示すように同じ形状の蛍光位置マーカー16が一致するように複数の部分画像をつなぎ合わせ、支持体である電気泳動ゲル101の全体を表した合成画像を得るものである。
図13は、本発明の実施の形態4による、外部端末を接続可能とした電気泳動システムを示す概略図である。図13(a)はその構成の1つを示し、前記実施の形態1の構成と異なるところは、外部インターフェイス24を設け、本実施の形態4による電気泳動システム100を、外部コンピュータ25により制御することを可能とした点である。
図14は、本発明の実施の形態5による電気泳動システムを示す概略図である。
本実施の形態5の電気泳動システムが、前記実施の形態1ないし4の構成と異なるところは、図14に示すように、支持体のX軸方向またはY軸方向の1辺よりも長い直線状の撮像素子401と、同じく直線状の紫外線光源を有したライン撮影ユニット400を、テーブル機構の下部に、テーブル機構の駆動方向とは直角方向を長手方向とするように、固定設置している点である。
本実施の形態5では、ライン撮影ユニット400の撮像素子にラインCCD方式を採用し、撮影された泳動パターン画像をデジタル化することができる。電気泳動パターンを撮影する際は、ライン撮影ユニット400の紫外線発光源402を点灯して、支持体内の核酸画分へ照射する。撮影は、テーブル機構を駆動させることで、ライン撮影ユニット400に対して支持体を相対的に移動させながら、核酸画分内の核酸結合性蛍光試薬の蛍光を、1次元の直線状の画像として連続的に撮影する。撮影した直線状の画像は、テーブル機構の移動量に応じて1つの画像に合成する。これにより、安価なラインCCDを採用した電気泳動システムを提供することが出来る。
11 支持体付設面
12 受電部
20 切り出し器具
24 外部インターフェイス
25 外部コンピュータ
30 切り出し器具ホルダー
40 テーブル機構
41 スライドテーブル挿入部
42 動力伝達部
43 テーブル機構の中心部
45 スライドテーブル
50 駆動用モータ
51、52 歯車
60 キャリッジ機構
61 画像撮影手段
62 切り出し手段
70 紫外線照射部
71 紫外線光源
101 電気泳動用ゲル
120 システム制御部
121 画像合成手段
122 核酸画分位置計測手段
124 インターフェース部
125 記録装置
210 位置情報算出手段
220 駆動制御手段
320 紫外線強度算出手段
400 ライン撮影ユニット
401 撮像素子
402 紫外線発光源
Claims (11)
- 生体高分子試料を分離解析するための電気泳動システムにおいて、
前記生体高分子試料を、支持体を用いて電気泳動させるための電気泳動槽と、
前記電気泳動槽を、X軸およびY軸方向のいずれか、あるいはその双方に移動可能に搭載したテーブル機構と、
前記支持体の両端に電圧を印加して、前記生体高分子試料を電気泳動させる電圧印加手段と、
前記生体高分子試料の電気泳動の結果を撮影する画像撮影手段と、
前記画像撮影手段を搭載しており、該画像撮像手段をX軸およびY軸方向のいずれか、あるいはその双方に移動可能とする第1のキャリッジ機構と、
該画像撮影手段により獲得した画像に基づき、前記支持体により分離した前記生体高分子試料の分画画分の位置情報を算出し、該生体高分子試料の分画画分を切り出す切り出し手段と、
前記切り出し手段の一部を、前記X軸およびY軸方向のいずれか、あるいはその双方に移動可能であり、かつZ軸方向にも移動可能であるよう、搭載する第2のキャリッジ機構と、
を備え、
前記電気泳動の開始から、前記電気泳動による前記生体高分子試料の分画画分の抽出回収までを、一連に実施可能であり、
前記支持体、および前記支持体にて分離した生体高分子試料の分画画分の位置情報を、前記テーブル機構、および前記キャリッジ機構の駆動状況より算出する、
ことを特徴とする電気泳動システム。 - 請求項1に記載の電気泳動システムにおいて、
前記画像撮影手段は、前記テーブル機構および前記第1のキャリッジ機構の駆動を調整することにより、前記電気泳動の結果を複数の画像に分割して撮影可能なものであり、
該分割撮影した複数の画像を、前記電気泳動槽および前記画像撮影手段の位置情報に基づき、一体化合成することが可能である、
ことを特徴とする電気泳動システム。 - 請求項1または請求項2に記載の電気泳動システムにおいて、
前記画像撮影手段により撮影される画像の解像度、あるいは前記画像撮影手段により分割撮影され一体化合成される画像の解像度は、前記電気泳動槽に設けた、前記生体高分子試料を電気泳動させるための支持体の大きさに依存しない、
ことを特徴とする電気泳動システム。 - 請求項2に記載の電気泳動システムにおいて、
前記テーブル機構および前記第1のキャリッジ機構の駆動状況に応じて、前記画像撮影手段により前記電気泳動結果に対して獲得すべき分割画像領域を、任意に指定可能であり、
前記テーブル機構および前記第1のキャリッジ機構の駆動状況に応じて、前記画像撮影手段により獲得した複数の分割画像領域を、不要な画像を削除しつつ一体化合成可能である、
ことを特徴とする電気泳動システム。 - 請求項2ないし請求項4のいずれかに記載の電気泳動システムにおいて、
前記電気泳動槽内に、前記支持体を保持する支持体ホルダーが設けられ、
該支持体ホルダーの表面の少なくとも1箇所に蛍光塗料よりなるマーカーが設けられ、
前記テーブル機構および前記第1のキャリッジ機構の駆動状況に応じて、前記画像撮影手段による電気泳動結果の分割撮影を行い、その複数の分割獲得画像を一体化合成する際、前記蛍光マーカーの位置を各分割画像の位置補正に用いる、
ことを特徴とする電気泳動システム。 - 請求項1ないし請求項5のいずれかに記載の電気泳動システムにおいて、
前記画像撮影手段を搭載する第1のキャリッジ機構と、前記切り出し手段を搭載する第2のキャリッジ機構とが、一体化されたキャリッジユニットとして構成され、
前記画像撮影手段および前記キャリッジユニットの駆動状況、あるいはさらに前記支持体ホルダーにおける前記蛍光マーカーの位置より、前記電気泳動槽の支持体に対する前記切り出し手段の位置情報を算出する、
ことを特徴とする電気泳動システム。 - 請求項1ないし請求項5のいずれかに記載の電気泳動システムにおいて、
前記画像撮影手段が、直線状に発光可能な光源と、受光素子とを有した一次元画像撮影手段であり、
該一次元画像撮影手段は、前記電気泳動槽に設けられた矩形形状の前記支持体の、その長尺方向に対して直角方向の一側面に配置され、
該一次元画像撮影手段あるいは前記テーブル機構を、前記支持体の長尺方向に駆動し、前記電気泳動結果の画像を撮影する、
ことを特徴とする電気泳動システム。 - 請求項1ないし請求項6のいずれかに記載の電気泳動システムにおいて、
前記画像撮像手段は、X軸およびY軸方向のいずれかと平行に設置した単一の光源を用いて画像を撮影可能なものであり、
該画像撮像手段は、前記単一の光源より前記支持体に対して均一な光源光量を照射可能で、均一な採光の画像を獲得可能である、
ことを特徴とする電気泳動システム。 - 請求項5に記載の電気泳動システムにおいて、
前記電気泳動槽に設けられた支持体付設面に設置した支持体ホルダーの蛍光マーカーを、前記画像撮影手段による電気泳動結果の画像撮影の際の光源強度の確認媒体とする、
ことを特徴とする電気泳動システム。 - 請求項1または請求項2に記載の電気泳動システムにおいて、
前記切り出し手段の残部は、前記切り出し器具把持部により脱着可能に把持される切り出し器具と、前記電気泳動槽の一側部に配置され、複数個の前記切り出し器具を収容可能な切り出し器具ホルダーと、よりなり、
前記X軸およびY軸方向のいずれか、あるいはその双方に駆動される前記キャリッジ機構に設けられた前記切り出し器具把持部による前記切り出し器具の把持、該切り出し器具による前記支持体からの前記生体高分子試料画分の切り出し、および該切り出した試料画分を保持した前記切り出し器具の前記切り出し器具ホルダーへの収納の動作を、一連に実施可能である、
ことを特徴とする電気泳動システム。 - 請求項1ないし請求項10のいずれかに記載の電気泳動システムにおいて、
該電気泳動システムを、外部コンピュータ、あるいは外部ネットワークに接続可能なインターフェイスを備え、
前記電気泳動の開始および停止、前記電気泳動時の印加電圧の制御、前記電気泳動画像撮影時の光源の点灯、前記光源強度の確認、前記電気泳動画像の撮影、前記撮影領域の指定、および前記支持体から分離した生体高分子の指定した画分の切り出しを、外部コンピュータにより、あるいは外部ネットワークより制御可能である、
ことを特徴とする電気泳動システム。
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