JPH0320644A - 光検出型電気泳動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はＤＮＡの塩基配列決定など光検出を用いた電気
泳動分離装置に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、ＤＮＡの塩基配列決定は放射性同位元素Ｓ識を用
い、オートラジオグラフイにより行なっていた。オート
ラジオグラフイは高感度な検出法であるが、取扱いがや
っかいである。そこで蛍光標識を用いる手法が発達して
来たが感度面でオー１ダ 違いに応じて異なる色素でＪＲ薪し、発光波長の差によ
り塩基配列を決定する方法（Ｎａｔｕｒｅ　３２１，６
７４，　１９８６）あるいは一種類の蛍光体で標識し、
末端塩基種の異なる断片群を異なる泳動路を用いて分離
し、泳動路から末端塩基種を知り塩基配列を決定しよう
とする手法（Ｂｉｏ／Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　６，８１
６　（１９８８））がある。

〔発明が解決しようとする課題〕

これら蛍光検出を用いる手法のうち後者は比較的高感度
が得られる。しかし、線状発光部の像を二次元検出器あ
るいはダイオードアレー上に結像させて検出するので受
光量を大きく取れず、オートラジオグラフィに比べると
なお感度が低いと云う難点かあっｉ二。

本発明の目的は検出器の受光量を上げ、高感度の光検出
ができる電気泳動装置を提供することレこある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明においては、発光部
に沿って集光用部品を設置した。集光用部品として、 （１）発光部と結像レンズの間にシリンドリカルレンズ
あるいは多角柱プリズムを設置した。

（２）泳動板をはさんで計測部と反対側にシリンドリカ
ルミラーあるいは多角柱状ミラーを設置した。

（３）上記（１）と（２）の場合において、■結像レン
ズの前あるいは後にシリンドリカルな凹レンズを発光軸
に平行に具備した。

■結像レンズとして、長さ方向の軸が発光軸に垂直な方
向を持つシリンドリカルレンズを具備した。

（４）レーザービームをはさんだ計測部と反対側のパネ
ル内面に、レーザービーム蒼沿ってミラーを形成した。

以上の方法で集光用部品を構或し受光量増大を計った。

〔作用〕

以上の方法を用いることにより、発光部から上下方向に
発散する蛍光を集束させて結像レンズに入れることがで
きる６ここで用いる集光用部品には線状発光部の軸方向
（以下左右方向と呼ぶ）の集束作用はないので、左右方
向と上下方向で光の集束の度合が異ることになる。すな
わち，二次元検出器あるいはダイオードアレー型検出器
上に左右方向の解像度を持たせて結合させると、上下方
向に受光立体角が拡がった分だけ上下方向に拡がった像
が得られる。これらを縦方向に積算するか，幅広のダイ
オードアレーを用いた検出を行うことで受光量を上げ、
高感度を達或することができる。

あるいは，結像レンズの前あるいは後にシリンドリカル
な凹レンズを長軸が左右方向になるように設置すること
により、上下方向に拡がった像を収束させ、幅広のダイ
オードアレーを使うことなしに受光量を上げ高感度を達
或することができる。

さらに，結像レンズとして左右方向には集束作用を持つ
が，上下方向には集束作用を持たないシリずに結像させ
ることができる。これによって高感度検出が達威される
。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。蛍光
体、例えばフｔオレツセインインチアシアネート（ＦＩ
ＴＣ）によって蛍光標識されたＤＮＡ断片は、２枚の泳
動パネル２，２′によってはさまれた泳動分離用ゲル板
１の上部に載せられ、電界に引かれて下方に泳動する（
電界印加手段は図示省略してある）。ＦＩＴＣの励起極
大波長は４．　９　０　ｎ　ｍであるから、アルゴンレ
ーザーの４８８ｎｍの発振光をゲル板中を泳動するＤＮ
Ａの照射のために泳動用ゲル板１の側面から水平にゲル
板に平行に入射する。つまり、複数の泳動路は直列に照
射される。各泳動路中を泳動するＤＮＡはレーザー照射
部４を通過するときに蛍光を発し，この蛍光はゲル板と
直角方向に蛍光像として放射される。この蛍光像は、フ
ィルター５を通して結像レンズ６によって検出器７上に
結像される。

泳動板２の近傍に設置したシリンドリカルレンズ３によ
り縦方向（上下方向）に発散する蛍光を集光して結像レ
ンズ６に入射させ受光量を増大させている。受光信号は
、コンピュータ９によって制御されるカメラコントロー
ラ８を通して、コンピュータ９で処理される。処理結果
の出力はプロッター１０あるいはＴＶモニター１１上に
表示される。

第２図に結像レンズ６及びシリンドリカルレンズ３によ
る横方向（左右方向）の収束（ａ）と縦方向（上下方向
）の収束（ｂ）の様子を示した。

ＤＮＡサンプルは、ＦＩＴＣのみで標識する場合、上サ
ンプルにつき４種の断片群が必要であるから、８サンプ
ルを同時に泳動する場合、合計３２レーンの泳動路を必
要とするから、１泳動路（レーン）当り４ｍｍの幅をと
れば，全体として約１３０ｍｍのゲル幅について蛍光像
検出が必要である。

一方検出１７には，イメージ増幅器付きのダイオードア
レイあるいは２次元検出器が用いられ、その受光面横幅
は２　５　ｍｒｒ＋Ｐｊ度である。従って必要な結像レ
ンズの倍率は１／６である。これを達或するためには、
結像レンズとしてｆ　＝＝　３　５　ｒｎ．　ｍのレン
ズを使った場合、レーザー照射部４と結像レンズ６間の
距離を２４５ｍｒｒｚ結像レンズ６と検出器７間距離を
４１ｍｍにとればよい。検出器７の横方向の素子数は２
５４以上設けることができる。これによって、エレーン
の蛍光像が約３素子以上によって検出されることになり
、各レーンからの蛍光をレーン毎に十分に分離して検出
することが可能である。２次元検出器で受光したときの
モニター画像１２をＴＶモニター１，１に模式的に示し
た。シリンドリカルレンズ３はレーザー照射部４に沿っ
て泳動板２の外側に近接して設置されている。シリンド
リカルレンズ３として、長さ（横幅）１４０ｍｍ，レン
ズ径（縦幅）２２ｍｍ，焦点距離２　８　．　３　ｍ　
ｍ　，厚さ７ｍｍのレンズを使った場合、レーザー照射
部４から２１ｍｍの位置にシリンドリカルレンズ３を設
置すれば、レーザー照射部４から上下方向に拡がった光
は、第２図（ｂ）に示すようにシリンドリカルレンズ３
によって平行先にされ結像レンズ６に入射する。結像レ
ンズ６はレーザー照射部４に焦点が合っているから、シ
リンドリカルレンズ３からの平行先は検出器の手前に焦
点を結び，検出器上では上下方向に拡がった像１３とな
る。この拡がりの幅は、この場合約４ｍｍであるから，
検出器７として＠４ｍｍ以上のダイオードアレイを用い
るか、あるいは２次元検出器を用い上下方向の信号を積
算することによって無駄なくシリンドリカルレンズ３か
らの光を受光できる。この場合、シリンドリカルレンズ
３が集光するレーザー照射部４からの光束の立体角は上
下方向に約６７°であるから，シリンドリカルレンズ３
を用いない場合の立体角約６゜に比べると１０倍程度受
光量が増加することになる。第３図にこのシリンドリカ
ルレンズ３を使った場合と使わない場合における検出光
の蛍光強度の比較を実測値を用いて示す。横軸は泳動時
間で縦軸は蛍光強度を表わす。サンプルＭ　ｌ　３　ｍ
ｐ８ベクターのＡ反応の断片群を用いている。図からわ
かるように、シリンドリカルレンズ３を使のダイオード
アレイを使用しているので蛍光強度の増加は４倍程度に
とどまっている。蛍光シグナルのＳ／Ｎ比は、光源の揺
らぎを補正すれば光量の平行根に比例して増加するので
、この場合にはＳ／Ｎ比は２倍程度増加し、したがって
検出感度を２倍高めることが可能である。

検出器７としてダイオードアレイを用いたとき、アレイ
の上下の幅が充分広くない場合には縦方向に拡がった像
の全てをアレイ上に集光できず光量が無駄になる。この
場合には次の２つの方法が有効である。

（１）結像レンズ６の前又は後にシリンドリカルな凹レ
ンズをその長さ方向の軸（円筒軸）が発光軸（照射部）
４に平行に々るように設置する（第４図参照）。

（２）結像レンズ６としてその長さ方向の軸（円筒軸）
が発光軸（照射部）４に対して垂直な方向を持つような
シリンドリカルレンズを用いる（第５図参照）。（１）
，（２）それぞれについて第４図及び第５図（（ａ）横
方向の収束，（ｂ）縦方向の収束）を用いて説明する。

（１）ではシリンドリカルレンズを設置したことによる
縦方向（上下方向）の像の拡がりを、第４図に示すよう
に、シリンドリカルな凹レンズ１８を用いて収束し、ダ
イオードアレイ７上に上下方向の焦点が合うようにして
いる。（２）は，結像レンズ１９の役割は横方向（左右
方向）の結像であるから、縦方向（上下方向）には横方
向（左右方向）と同じ曲率である必要はないという方向
）には所定の曲率を持ち、ダイオードアレイ７上に蛍光
像を収束結像する。ところが、この結像レンズ１９は、
第５図（ｂ）に示すように、縦方向（上下方向）には曲
皐を持たないからシリンドリカルレンズ３による縦方向
の集光をちょうどダイオードアレイ７上に結ぶようにす
れば、シリンドリカルレンズ３で集めた光をもれなく有
効に利用できる。上記（１）と（２）によって、シリン
ドリカルレンズ３で集めた光をダイオードアレイ７上に
もれなく結像できるので、従来に比し、１０倍程度の受
光量の増加を維持しての高感度な測定が可能になる。よ
ってこの場合には従来より３倍程度のＳ／Ｎ比の増加を
見込むことができる。

シリンドリカルレンズ３のかわりに多面角プリズムを用
いる事もできるが、この場合、モニターされる画像は複
数本のラインとなる。

同様のことがシリンドリカルミラーあるいは多角柱状ミ
ラーを用いても達或可能である。その場合には，これら
の部品を泳動板２．２′をはさんで測定部とは反対側に
設置することによって、上述したシリンドリカルレンズ
あるいは多面角プリズムとほぼ同等の受光量増大が期待
でき、高感度計測を達戊することができる。

第６図には、パネル２′の内面にミラー２０を形成した
場合を示す。同図（ａ）は横方向の断面図、（ｂ）は縦
方向の断面図を表わす。ミラー２０は、レーザービーム
４をはさんで計測部と反対側の泳動パネル２′の内面に
レーザービーム４の光路に沿って形成される。ミラー２
０の縦方向の幅はレーザービーム４の輻以上あればいい
から，２〜３ｍｍもあれば十分である。ミラー２０の形
成は、通常の銀鏡反応等を用いて行えばよい。なお、ミ
ラー２０の表面にはＳｉｏ２膜をコートして酸化などを
防止している。この泳動バネル内面へのミラー設置の効
果は、ミラー２０がレーザービーム４に接っして形戊さ
れていることによってより有効になっている。すなわち
、呉ラー２０による発光部の虚像２１が発光部に近接し
て生じるため、第６図（ｂ）に示すように、ミラー２ｏ
により反射された光と直接計測部へ進む光との光路差が
ほとんどなく、シリンドリカルレンズ３による収束の違
いが生せず光量を損失することがない。

従ってこのミラー２０を使わない場合に比べてほぼ２倍
の光量を得ることができる。シリンドリカルレンズ３に
よる光量の増加と合わせて、約２０倍の光量の増加を見
込むことができ、総合結果として４〜５倍の検出感度の
増加が期待できる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、発光部に沿って
集光用部品を設置することによって、上敷 下方向に発舟し無駄になっていた蛍光を集光し、検出光
量を大幅に増加し高感度な測定を可能にできる。

ＤＮＡサンプルが調製の方法等から少量しか得ることが
できなかった場合、今までの方法ではピーク強度が小さ
くて配列決定精度が悪くなっていたが、本発明を用いる
ことによってピーク強度を１０倍〜２０倍に増大でき精
度良く配列決定ができるようになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すシリンドリカルレンズ
を用いた蛍光検出型電気泳動装置の全体構成を示す概略
図である。第２図はシリンドリカルレンズによる横方向
収束（ａ）と縦方向収束（ｂ）の様子を示した光路図で
ある。第３図は、シリンドリカルレンズを用いた場合と
用いない場合の蛍光強度実測値の比較を示す曲線図であ
り、図の縦軸は蛍光強度、横軸は泳動時間を表わす。 第４図は結像レンズの後にシリンドリカル凹レンズを設
置した場合を示す光路図である。第５図は、結像レンズ
としてシリンドリカルレンズを用いた場合の横方向収束
（ａ）と縦方向収束（ｂ）の様子を示した光路図である
。第６図は，泳動バネルの内面にミラーを形戊した場合
の横方向収束（ａ）と縦方向収束（ｂ）の様子を示した
光路図である。 １・・・泳動分離用ゲル板、２，２′・・・泳動パネル
、３・・・シリンドリカルレンズ、４・・・レーザー照
射部、５・・・フィルター、６・・・結像レンズ、７・
・・検出器、８・・・コントローラー　９・・・コンピ
ューター　１０・・・プロッタ−　１１・・・ＴＶモニ
ター、１２・・・検出モニター像、ｌ３・・検出像、１
４・・・シリンドリカルレンズを用いない場合のゲルバ
ックグラウンド、１５・・・シリンドリカルレンズを用
いない場合のＤＮＡ断片による検出ピーク、１６・・・
シリンドリカルレンズを用いた場合のゲルバックグラウ
ンド、１７・・・シリンドリカルレンズを用いた場合の
ＤＮＡ断片による検出ピーク、１８・・・シリンドリカ
ル凹レンズ、１９・・・シリンドリカル結像レンズ、２
０・・・ミラー　２１・・・ミラーによる発光部の虚像
。 寥／周 茅２図 第３１．Ｉ 竿卆困 ≠ｆ図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、少くとも励起用レーザー光源、平板型電気泳動装置
   、結像光学系およびラインセンサーあるいは二次元検出
   器を有する光検出型電気泳動装置において、集光用部品
   を発光部に沿って具備した事を特徴とする光検出型電気
   泳動装置。 ２、第１項記載の光検出型電気泳動装置において、上記
   の集光部品が蛍光発光部に平行で結像レンズとの間にお
   かれたシリンドリカルレンズである事を特徴とする光検
   出型電気泳動装置。 ３、第１項記載の光検出型電気泳動装置において、上記
   の集光部品が多面プリズムであることを特徴とする光検
   出型電気泳動装置。 ４、第１項記載の光検出型電気泳動装置において、上記
   の集光部品がシリンドリカルミラーであることを特徴と
   する光検出型電気泳動装置。 ５、第１項記載の光検出型電気泳動装置において、上記
   の集光部品が多角柱状ミラーである事を特徴とする光検
   出型電気泳動装置。 ６、第２項あるいは第３項記載の光検出型電気泳動装置
   において、レーザービームをはさんで計測部と反対側の
   泳動パネルの内面にレーザービームに沿ってビーム径以
   上の幅を持ったミラーを形成することによって上記集光
   部品を構成したことを特徴とする光検出型電気泳動装置
   。 ７、第２項〜第５項のいずれかに記載の光検出型電気泳
   動装置において、結像レンズの前方あるいは後方にシリ
   ンドリカルな凹レンズを、レンズの長軸が発光軸と平行
   になるように設置したことを特徴とする光検出型電気泳
   動装置。 ８、第２項〜第５項のいずれかに記載の光検出型電気泳
   動装置において、上記の結像光学系の結像レンズとして
   カメラ用レンズあるいはビデオカメラ用レンズを用いた
   ことを特徴とする光検出型電気泳動装置。 ９、第２項〜第５項のいずれかに記載の光検出型電気泳
   動装置において、上記の結像光学系の結像レンズとして
   シリンドリカルレンズを具備し、該レンズの長さ方向の
   軸が発光軸に垂直な方向を持っていることを特徴とする
   光検出型電気泳動装置。