JPH03295463A

JPH03295463A - 蛍光式電気泳動パターン読み取り装置

Info

Publication number: JPH03295463A
Application number: JP2098302A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Fujimiya; 仁藤宮; Hiromichi Mishima; 三島　浩通; Kazutoshi Yuasa; 湯浅　一敏; Naganori Nasu; 永典奈須; Keigi Koga; 恵義古賀; Shigero Nakajima; 茂郎中島
Original assignee: Hitachi Software Engineering Co Ltd
Current assignee: Hitachi Software Engineering Co Ltd
Priority date: 1990-04-12
Filing date: 1990-04-12
Publication date: 1991-12-26
Anticipated expiration: 2011-08-14
Also published as: JP2524243B2

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、蛍光式電気泳動パターン読み取り装置に関し
、特に、電気泳動パターン読み取り用の蛍光励起光源を
小型化、軽量化、ｔＪｓ電力化、長寿命化することがで
き、電気泳動パターンの読み取り感度を向上させた蛍光
式電気泳動パターン読み取り装置に関するものである。

〔従来の技術〕

蛍光法による電気泳動パターン読み取り装置は、危険で
高価な放射性アイソトープを必要としない利点を有して
いる。

一般に、ＤＮＡシーケンシング（遺伝子の塩基配列決定
）を含む種々の遺伝子構造解析、アミノ酸等の蛋白の質
量分析、高分子の構造分析を行うために、蛍光法による
電気泳動分析法が用いられる。このような電気泳動分析
法は、蛍光物質で標識した試料の断片に対してゲルを用
いて電気泳動を行い、電気泳動で展開された試料の断片
の分布パターンの解析を行うことにより、試料の分析を
行う方法である。

電気泳動パターン読み取り装置の代表例として、ＤＮＡ
シーケンシング装置を例として説明する。

ＤＮＡシーケンシング装置を用いて、ＤＮＡシーケンシ
ングを行う場合、構造を決定しようとするＤＮＡの試料
は、まず、制限酵素によって各塩基の部所に特異的な化
学反応の反応率をコントロールして試料を断片化し、蛍
光物質で標識してフラグメント（断片）とする。このフ
ラグメントは、種々の長さを持ち、かつ、切断端にアデ
ニン、シトシン、グアニン、チミン（Ａｄｅｎｉｎ、　
Ｃｙｔｏｓｉｎｅ。

Ｇｕａｎｉｎｅ、　Ｔｈ１ｍ１ｎｅ　：以下、Ａ、Ｃ，
Ｇ、Ｔと略称する）の４種のいずれかの特定の塩基を有
する断片である。フラグメント化されたＡ、Ｃ，Ｇ、Ｔ
の各々のＤＮＡの試料は、電気泳動によりその断片の長
さに対応して分離できるので、電気泳動を行い、各断片
を分離した後、レーザ光を照射し、各断片に標識されて
いる蛍光物質を励起し、その蛍光物質から発する蛍光の
強度分布を測定することにより、各々の塩基の配列を読
み取り、ＤＮＡの構造を決定する。

第２１図は、電気泳動を行ったＤＮＡ断片の分布例を示
す図である。ＤＮＡ断片の持つ長さの相違（分子量の差
）により電気泳動される距離が異なるために、各々のＤ
ＮＡ断片が時間の経過と共に同一分子量のＤＮＡ断片毎
に集まり、第２１図に示すような電気泳動パターン７０
が形成される。

この電気泳動パターン７０は、各々の分子量に対応して
、各々のバンド６６が展開されて形成されるものであり
、全体としては、各々の塩基のレーン７１．７２．７３
．７４に展開されたバンド６６を有するパターンとなる
。Ａ、Ｃ，Ｇ、Ｔの各塩基のＤＮＡ断片には必ず１塩基
以上の分子量差が生ずるため、電気泳動される距離が、
各々の塩基のレーン７１．７２．７３．７４のバンド毎
にすべて異なる。したがって。

Ａ、Ｃ，Ｇ、Ｔの各塩基のレーン７１〜７４における各
バンド６６が原理的にレーンのバンドと横一列に並ぶこ
とはない。ＤＮＡシーケンシングでは、バンド６６の順
番をＡ、Ｃ，Ｇ、Ｔの各塩基のレーン７１〜７４に対し
て下から順にたどるパターン読み取りを行い、ＤＮＡの
配列を解析する。

電気泳動法による分析法は、上述のように、各々のＤＮ
Ａの塩基の配列を解析するＤＮＡシーケンシング装置に
利用されるが、また、電気泳動法による分析法は、他の
試料に対して電気泳動を行う場合も同様に利用できる。

この場合、解析すべき試料に対して電気泳動を行う。解
析すべき試料に電気泳動を行うと、試料は各々の分子量
に対応して分離され、それぞれにバンドが形成されるの
で、形成されたバンドの分布を読み取り、試料の分子量
の差が判定できる。また、電気泳動による試料の断片の
泳動距離の測定、所定位置のバンドの有無の判定により
、分子量の推定や所定の分子の有無が判定できる。

このような電気泳動を行う場合、ベースとなるゲルに蛍
光物質を標識した試料に注入し、ゲルに電気泳動を行う
と、電気泳動を行った後のゲルには、試料の各々の分子
量の相違により分布するバン１−分布ができるので、こ
のバンド分布を測定する。バンド分布の測定は、蛍光物
質に励起を起こす励起光となるレーザ光やランプなどの
光を発光して、この光を電気泳動を行ったゲルに照射し
、ゲルから励起された蛍光を光電変換素子で検出するこ
とによって、バンドの分布パターンを測定する。ゲルと
しては、例えば、ポリアクリルアミドゲルや、アガロー
スゲルなどが用いられる。

この種の蛍光検出法による電気泳動装置の一例として、
特開昭６１−６２８４３号公報に記載された電気泳動装
置がある。

次に、このような蛍光検出法による電気泳動装置につい
て具体的に説明する。

第１７図は、従来の蛍光式電気泳動装置の外部を示す斜
視図である。第１７図を参照すると、電気泳動装置は、
試料の電気泳動を行い、蛍光の分布を計測する泳動計測
装置５１と、計測したデータを基にデータ処理を行うデ
ータ処理装置５２、それら相互を接続するケーブル５３
から構成されている。

泳動計測装置５１には扉５１ａがあり、扉５１ａを問い
て、Ｄ　Ｎ　Ａ断片の電気泳動を行うベースとなるゲル
の注入を行い、更に電気泳動を行う試料の所定量を注入
する１、扉５１ａを閉じて、操作表示パネル５１ｂの泳
動開始スイッチを押すと電気泳動が開始される。電気泳
動が開始されると、泳動計測装置５１では、操作表示パ
ネル５１ｂにあるモニタに動作状態が表示される。計測
されたデータは、データ処理装置５２に転送され、予め
プログラムされている所定のデータ処理が行われる。な
お、データ処理装置５２は、計算機本体５４と、利用者
からの指令などを入力するためのキーボード５５、処理
状態や結果を表示するデイスプレィ装置５６、処理の結
果を記録するプリンタ５７から構成されている。

第１８図は、泳動計測装置の内部の構成を示すブロック
図である。泳動計測装置（５１；第１７図）の構成は、
第１９図に示すように、電気泳動装置部６３および信号
処理装置部６４から構成されており、この２つ部分がま
とめられて、泳動計測装置の全体の装置を構成している
。電気泳動装置部６３は、電気泳動を行う泳動部５と、
泳動部５に電圧を印加するための第１電極２ａおよび第
２電極２ｂと、泳動部５および各電極２ａ、２ｂを支え
るための支持板３と、泳動部５に電圧を印加するための
電気泳動用電源装置４と、蛍光物質を励起するための光
を発光する光源１１と、光源１１からの光を導くための
光ファイバ１２と、蛍光物質から発生した蛍光１３を集
光して受光する光学系の集光器１４と、特定波長の光を
選択的に通す光学フィルタ１５と、受光した光を電気信
号に変換するための光センサ１６とから構成されている
。また、信号処理装置部６４は、光センサ１６からの電
気信号を受けて増幅する増幅器１７と、電気信号のアナ
ログ信号をディジタルデータに変換するアナログ・ディ
ジタル変換回路１８と、ディジタル変換したデータに対
して加算平均処理等の前処理を行う信号処理部１９と、
前処理したデータを外部のデータ処理装置へ送出するイ
ンターフェース処理を行うインタフェース２０と、電気
泳動装置部および信号処理系の全体を制御するための制
御回路１０とから構成されている。この信号処理装置６
４から出力されるディジタル信号○ＴＪ　Ｔは、データ
処理装置（５２；第１７図）に送られ、解析処理などの
データ処理が行われる。

次に、このように構成された電気泳動装置の動作を説明
する。

第１７図および第１８図を参照する。泳動計測装［５１
にある扉５１ａを開き、内部にある泳動部５にゲルを注
入し、更に蛍光物質で標識したＤＮＡ断片の試料を注入
する。操作パネル５１ｂのスイッチを操作して、電気泳
動開始を指示すると、電気泳動用電源装置４からの電圧
が電極２ａ、２ｂにより泳動部５に供給さ九て電気泳動
が開始される。

電気泳動によって、蛍光物質で標識された試料は、例え
ば、第２１図に示すように、各々の試料のレーン７１．
７２．７３．７４において電気泳動され、試料に含まれ
る分子の分子量毎に集まり、それぞれにバンド６６を作
る。分子量の軽い分子はど泳動速度が速いため、同一時
間内に泳動される距離は大きい。これらのバンド６６の
検出は、第］、９８図に示すように、光源からの光を光
ファイバ１２に通して導き、泳動部５の横方向からゲル
に対して光路６１上で照射することにより、ゲル中でバ
ンド６６に集まっている標識の蛍光物質が蛍光１３を発
する。

なお、泳動部５は、その正面図を第１９ａ図に、その縦
断面図を第１９ｂ図に示すように、ポリアクリルアミド
などのゲル５ａと、該ゲル５ａを両側から挾んで支える
ためのガラスの支持板５ｂ。

５ｃとから構成されている。泳動部５のゲル５ａに上部
から例えばＤＮＡ断片の試料を注入し、第１電極２ａお
よび第２電極２ｂ（第１８図）に泳動電圧を印加して、
電気泳動を行う。光源から照射された光、例えばレーザ
光は、光ファイバ１２からゲル５ａ中の光路６１を通り
、光路６１上の蛍光物質を照射する。これにより、光路
６１上に存在する蛍光物質が励起されて蛍光１３を発す
る。蛍光１３はレンズの組合せで構成される光学系の集
光器１４に到達し、集光された後に光学フィルタ１５で
選択され、光センサ１６において電気信号に変換される
。

光センサ１６により得られた電気信号は、増幅器１７に
より希望するレベルの信号に増幅され、アナログ・ディ
ジタル変換回路１８によりアナログ・ディジタル変換さ
れ、信号処理部１９へ送られる。信号処理部１９では、
信号対雑音比（Ｓ／Ｎ比）を向上させるために加算平均
処理等の信号処理が行われる。このようにして信号処理
されたディジタル信号のデータは、インタフェース２０
により、データ処理装置５２に送出される。

第２０ａ図および第２０ｂ図は、泳動計測装置５１から
送出されるＤＮＡ断片の蛍光強度パターン信号の例を説
明する図である。例えば、第２０ａ図に示されるように
、電気泳動が行われた泳動部５に対して光路６１でレー
ザ光が照射されると、光路６１上に存在するゲルの蛍光
物質が励起されて、蛍光を発するので、この蛍光を、レ
ーン毎に所定の検出位置で電気泳動方向６２の方向に時
間の経過と共に検出する。これにより、各レーンのバン
ド６６が光路６１上の位置を通過する時に、蛍光が検出
されることになり、１つのレーンにおける蛍光強度のパ
ターン信号が、第２０ｂ図に示すように、検出される。

このため、バンド６６が光路６１上の位置を通過すると
きに、蛍光強度のピークが得られる。したがって、第２
０ｂ図に示す蛍光強度パターン信号は、電気泳動方向６
２の方向におけるバンド６６の蛍光強度パターン信号と
なっている。

データ処理装置５２では、計算機本体５４により泳動計
測装置５１から送出されるＤＮＡ断片の蛍光強度パター
ン信号のデータを受けて、蛍光強度パターンのデータか
ら分子量の比較やＤＮＡの塩基配列を決定するデータ処
理を行う。データ処理を行い決定された塩基等の並びは
、記号化して出力され、デイスプレィ装置ｉ５６により
画面表示し、またはプリンタ５７により印刷出力される
。また、データ処理された結果のデータは、必要に応じ
て磁気記憶媒体に記録される。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、上述したように、蛍光検出法による電気泳動
装置においては、光源からの光を泳動部に対して横方向
に入射している。このような横方向からの光入射では、
光源からの励起光は、直接的にゲルに光照射が行なわれ
るため、ゲルの支持板のガラスには励起光が当たらず、
励起光の散乱光は発生せず、ゲルの支持板のガラスを通
して蛍光を受光する感度が高いという利点を有している
。

しかし、泳動部のゲルとして、例えばアガロースゲルを
用いる場合には、ゲル中における励起光の散乱度が大き
く、光路６１の全てに渡って、励起光の光ビームのスポ
ット径と強度を均一の維持することが困難である。更に
、電気泳動の前のゲルの注入において、電気泳動には関
係しない泳動部の両端部分に気泡などができた場合に、
それが屁起光の光路上であると、励起光を入射すること
が困難となり、また、大きな散乱を生じることになる。

さらに、横方向からの光入射では、光路上にある蛍光物
質が、全て同時に蛍光を発光するため、蛍光を集光して
受光する光センサとして、高価な１次元状の光センサ（
ラインセンサ）を用いなければならないという問題があ
る。

また、電気泳動パターン読み取り装置において、蛍光物
質の励起に用いる励起光の光源としては、白熱ランプや
、ガスレーザ、色素レーザなどの光源が用いられている
。しかし、これらの光源は、電気光の変換効率が低く、
発熱量が多く、光源の電源装置が大型で、重量も大きく
、電気泳動パターン聞み取り装置の構成を小型化するこ
とが困難となっているという問題がある。

本発明は、これらの問題を解決するためになされ、たも
のである。

本発明の目的は、電気泳動パターン読み取り用の蛍光励
起光源を小型化、軽量化、小電力化、長寿命化すること
ができ、パターンの読み取り感度を向上させた蛍光式電
気泳動パターン読み取り装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するため、本発明の蛍光式電気泳動パタ
ーン読み取り装置は、電気泳動を行うベースのゲルおよ
び該ゲルを支持するゲル支持体からなる着脱自在な泳動
部ユニットと、該泳動部ユニットを装着して蛍光物質で
ｓ諏した試料を与えたゲルに泳動電圧を印加して電気泳
動を行う電気泳動ユニットと、電気泳動を行った後の泳
動部ユニットを装着し、泳動部ユニットのゲルに対して
、光源からの照射米殻走査してゲルの厚み方向に照射し
、照射光の光軸とは異なる方向に受光面を設定して受光
経路の空間的位置関係により、ゲル内の試料の蛍光物質
から発生した蛍光を、照射光によりゲル支持板から発生
する散乱光から分離して、電気泳動パターンを読み取る
読み取りユニットとを備えたことを特徴とする。

〔作用〕

前記手段によれば、蛍光式電気泳動パターン読み取り装
置には、泳動部ユニットと、電気泳動ユニットと、読み
取りユニットとが備えられる。

泳動部ユニットは、電気泳動を行うベースのゲルおよび
該ゲルを支持するゲル支持体から構成され、着脱自在と
なっている。電気泳動ユニットは、この泳動部ユニット
を装着して蛍光物質で擦識した試料を与えたゲルに泳動
電圧を印加して電気泳動を行う。また、読み取りユニッ
トは、電気泳動を行った後の泳動部ユニットを装着し、
泳動部ユニットのゲルに対して、光源からの照射光を走
査してゲルの厚み方向に照射し、照射光の光軸とは異な
る方向に受光面を設定して受光経路の空間的位置関係に
より、ゲル内の試料の蛍光物質から発生した蛍光を、照
射光によりゲル支持板から発生する散乱光から分離して
、電気泳動パターンを読み取る。

読み取りユニットにおいては、電気泳動パターンを読み
取るための光学系を、光源からの照射光を走査してゲル
の厚み方向に照射し、照射光の光軸とは異なる方向に受
光面を設定して受光経路の空間的位置関係により、ゲル
内の試料の蛍光物質から発生した蛍光を、照射光により
ゲル支持板から発生する散乱光から分離する構成とする
ことにより、試料断片の＃Ａ識に用いた蛍光物質を励起
する光源としては、光量の大きな光源を必要とせず、半
導体レーザを用いることができる。これにより、光源を
小型、軽量、高効率化として、装置の構成を小型化する
。また、光源からの照射光は走査してゲルの厚み方向に
照射する構成とするので、集光部は、高価な一次元状の
光センサを用いる必要がなく、光ファイバアレイなどで
検出する蛍光を導入し、スポット光を受光する光センサ
で十分に電気泳動パターンの蛍光を検出できる７この場
合、励起光となる照射光はゲルの厚み方向に走査して照
射するため、照射光がゲル表面またはゲル支持板表面か
ら散乱光となり、検出する蛍光のノイズ分となるが、ゲ
ル表面またはゲル支持板表面から発生する散乱光とゲル
内から発生する蛍光とを光学レンズ系または光学ミラー
系を用いて受光経路の空間的位置関係の相違により分離
する。これにより、安価に横入射方式と同等の信号対雑
音比を得る。さらに、照射光をゲル上に走査して照射す
る場合、スキャンスポットの移動速度変化による検出感
度の変化が、歪として電気泳動パターンの検出信号に生
じないように、スキャンミラーの回転速度を制御して、
ゲル上でスキャンスポットの移動速度が一定となるよう
に制御する。これは。

スキャンミラーを駆動するミラードライバの駆動制御信
号として、これを補正する関数電気信号を発生してスキ
ャンミラーのミラードライバに加えることにより行う。

このようにして、蛍光物質を励起するための光源として
、半導体レーザを用いることにより供給電力に対する光
出力、すなわちレーザ光の発振効率を向上させ、同じレ
ベルの光出力であればレーザ発振部の体積や駆動電源部
の体積が大幅に小さくできる。これにより、装置を小型
、軽量にすることができる。また、半導体レーザでは、
すべて固体化で構成されており、信頼性が高く装置の長
寿命化が可能である。半導体レーザで発振するレーザ光
の波長が、試料の標識物質として用いる蛍光物質の蛍光
の励起光として、波長が適合しない場合には、蛍光を発
する光学ロンド、非線形光学物質を用いて、発振したレ
ーザ光の波長を、試料の標識物質として用いる蛍光物質
に蛍光を励起するために適切な光の波長に変換する。

ゲル支持体から発生する励起光の散乱光とゲルから発生
する蛍光は、ゲル支持体の厚さ分だけ離れた位置から発
する光なので、光学レンズ系または光学ミラー系を用い
て、受光経路の空間的位置関係により別の位置に結像さ
せて分離し、集光することができる。これにより非常に
安価でありながら、励起光を横方向から入射する方式と
同レベルの信号対雑音比を実現することができる。また
、ゲルの厚み方向に照射する照射光のスポット光をスキ
ャンする場合、振動ミラーなど等角速度でスキャンする
と、ゲル上ではスポット光の移動速度が等速とはならな
いが、振動ミラーの回転角速度制御によりゲル上に於て
移動速度が等速となるように、回転角速度の補正制御を
行うことにより歪のない電気泳動パターンを得ることが
できる。

これにより、電気泳動パターン読み取り用の蛍光励起光
源を小型化、軽量化、小電力化、長寿命化することがで
き、パターンの読み取り感度を向上させることができる
。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を図面を用いて具体的に説明す
る。

第１図は、本発明の一実施例にかかる蛍光式電気泳動パ
ターン読み取り装置の全体構成を説明する概略図である
。第１図に示すように、蛍光式電気泳動パターン読み取
り装置は、電気泳動ユニット１と読み取りユニット６と
が分離されて全体の装置が構成される。電気泳動ユニッ
ト１は、電気泳動を行うベースとなるゲルと該ゲルをガ
ラス板などで挟み込んで支持するゲル支持体とからなる
泳動部（泳動部ユニット；この実施例では泳動部が着脱
自在となっており、これを、泳動部ユニットともいう）
５と、泳動部ユニット５が装着され該泳動部ユニット５
に電気泳動電圧を加える第１電極２ａ及び第２電極２ｂ
と、この第１電極２ａ及び第２電極２ｂを支えると共に
泳動部５を支える支持板３と、電気泳動電圧を供給する
電気泳動用電源装置４とから構成される。泳動部ユニッ
ト５は、前述したように、泳動試料を展開するポリアク
リルアミドなどのゲルと、該ゲルを両側から挾んで支持
するガラス板などのゲル支持体から構成される（第１９
ａ図、第１９ｂ図参照）。電気泳動ユニット１において
、泳動部（泳動部ユニット）５が装着され、泳動部５の
ゲルの上部から電気泳動する断片化した試料が供給され
、電気泳動用電源装置４から第１電極２ａおよび第２電
極２ｂに泳動電圧が印加され、電気泳動が行われる。

電気泳動ユニット１で電気泳動を行った後の泳動部５は
取り外し、次に、読み取りユニット６に装着して、電気
泳動パターンの読み取りを行う。

読み取りユニット６は、電気泳動を行った泳動部５を、
そのままの状態で（または泳動部５からゲルのみを取り
出した状態で）装着して、電気泳動パターンを読み取っ
て、データ処理を行う。読み取りユニット６は、第１図
に示すように、計測部本体フを主要部として構成され、
データ処理装置８およびイメージプリンタ９等が付加さ
れて構成される。データ処理装置８およびイメージプリ
ンタ９は、計測部本体フで読み取った電気泳動パターン
データに対して、データ処理、イメージ処理、判定処理
を行い、読み取った電気泳動パターンデータを加工して
出力する。計測部本体７には、電気泳動ユニット１にお
いて既に電気泳動を行った泳動部（ゲル及びゲル支持体
からなる泳動部ユニット）５を装着して、読取る読み取
り台が本体上部の蓋７ａの直下に設けられている。電気
泳動ユニット１から取り外した泳動部５は、計測部本体
７において、本体上部の蓋７ａを開けて読み取り台に装
着される。泳動部５の読み取り対象のゲルを装着し、蓋
７ａを閉じて、計測部本体７の操作表示パネル７ｂの読
み取り開始スイッチを押下すると、計測部本体７が泳動
部５のゲルの電気泳動パターンの読み取りを開始する。

電気泳動パターンの読み取りが開始されると、計測部本
体７に内蔵する光源からの光が走査され、装着した泳動
部５のゲルに励起光を照射し、蛍光物質を励起させ、こ
れにより発光した蛍光を受光して、蛍光物質の分布を計
測する。データ処理装置８は計測部本体７で計測した読
み取りデータを基にデータ処理を行い、また、計測部本
体７の制御を行う。データ処理されたデータは、イメー
ジプリンタ９などにより可視化される。

第２図は、計測部本体の要部の構成を示すブロック図で
あり、また、第３図は、計測部本体に装着する泳動部の
装着位置を説明する図である。第２図および第３図を参
照して説明する。

電気泳動パターン読み取り装置を用いて、試料の電気泳
動分析を行う場合、前述したように、まず、電気泳動ユ
ニット１を用いて、蛍光色素（蛍光物質）により標識し
た試料（ＤＮＡフラグメント）の電気泳動を行う。所定
時間の電気泳動の終了の後、泳動部５を電気泳動ユニッ
ト１から取り外す。取り外した泳動部５のゲルは、その
ままの泳動部５の状態で、あるいはゲル支持体のガラス
を外した状態で、第３図に示すように、読み取りユニッ
ト６の計測部本体７の上部の蓋７ａを開き、内部の読み
取り台７ｃの上部に載置する。そして、蓋７ａを閉じて
、読み取りユニットへのセットが完了する。このとき、
電気泳動を行ったゲルが蛍光色素で標識されていない試
料の場合には、ここで色素をつける処理を施ようにして
もよい。また。

また、ゲルの乾燥等の処理も行う。

次に、電気泳動パターンの読み取り開始を指示する操作
を行う。読み取り開始の操作は、操作表示パネル７ｂの
読み取り開始スイッチの押圧による開始指示により、ま
たはデータ処理装置８からの読み取り開始指示により行
う。データ処理装置８によって読み取り動作を開始する
場合には、計測部本体７における泳動部ユニットの装着
状態が制御信号線を通してデータ処理装置８の側に送ら
れ、その状態に応じてデータ処理装置８が読み取りユニ
ット７の動作を制御して行う。この場合には、動作時の
読み取り速度などのパラメータ設定も予めデータ処理装
置８の側に登録しておくことにより、読み取り開始の操
作が自動的に行われるので、操作者のスイッチ操作負担
が軽減される。

読み取られた蛍光色素の分布データは、データ処理装置
８に送られる。データ処理装置８では、蛍光強度のピー
ク検出処理、泳動距離を求める処理などの予めプログラ
ムしである所望の処理を行う。データ処理した結果のデ
ータは、必要に応じてイメージプリンタ９により、蛍光
強度を濃淡画像で印刷出力し、または蛍光強度を等高線
形式または色や濃度で区分けした画像として印刷出力す
る。蛍光強度に応じた濃淡画像で印刷出力した画像は、
従来から用いられている放射性物質で標識して電気泳動
を行った放射性Ｘフィルム像と同じ画像となる。また、
必要に応じて、データ処理した結果のデータは、磁気的
または光学的記録装置にディジタルデータとして記憶さ
れる。

第２図の計測部本体の構成を示すブロック図において、
光源２１から発光されたレーザビーム３１は、ミラード
ライバ３０で駆動される振動ミラー２２により図面の表
裏方向にスキャンされ、読み取り対象の泳動部５のゲル
に加えられる。振動ミラー２２によりスキャンされるレ
ーザビーム３１のスポット光は、移動しながら、泳動部
５のゲルを厚み方向に照射する。これにより、スキャン
されたレーザビーム３１のスポット光が照射された泳動
部５のゲルからは蛍光１３が発するので、これを集光器
２３を通して受光する。集光器２３は、後述するように
、蛍光１３を受光するため受光経路の光軸が泳動部５を
照射するスポット光の光軸とは異なるように、また、光
学レンズ系により受光の光学経路の空間的位置関係を構
成して、泳動部５の照射面から発する散乱光からの検呂
感度を高めて、蛍光１３を受光する。集光器２３で受光
した光は、光電変換部２４により電気信号に変換されて
増幅器２５により増幅される。なお、ゲルを透過したレ
ーザビーム３１が、迷光として悪影響を与えないように
、泳動部５のレーザビーム３１の照射面と反対側には、
光トラップ３２が設けられいる。

このように集光器２３、光電変換部２４を通して、検出
する蛍光１３の受光感度を高くし、更に受光した蛍光１
３を電気信号に変換し、変換した電気信号を増幅器２５
に入力する。増幅器２５において増幅された電気信号は
、アナログ・ディジタル変換回路２６に入力されて、デ
ィジタルデータに変換される。

ディジタルデータに変換された蛍光の検出信号はメモリ
２８に記憶され、メモリ２８に記憶されたデータがイン
タフェース２９を通してデータ処理装置８に送られる。

このような一連の信号処理の全体の制御は、制御回路２
７が行う。

第４ａ図、第４ｂ図、第４Ｃ図および第４ｄ図は、計測
部本体に装着された泳動部ユニットの読み取り走査を説
明する図である。

第４ａ図〜第４ｄ図を参照して、計測部本体に装着され
た泳動部（泳動ユニット）５に対する読み取り操作につ
いて説明すると、計測部本体７に対して、読み取り対象
の泳動５が装着され、読み取り開始の操作がなされると
、装着された泳動部５が、読み取り台７ｃの上で左右に
移動して、ゲルの電気旅行パターンの読み取りが行われ
る。まず、最初に泳動部５は、第４ａ図に示すような状
態の位置にセットされる。第４ａ図において、矢印４０
は光源からのレーザビームがスキャンされる走査方向で
あり、第１の走査方向（主走査方向）である。読み取り
開始の操作がなされると、泳動部５は、第４ｂ図に示す
ように、読み取り台７Ｃの左端まで移動して、主走査方
向にレーザビームのスキャンが開始される。泳動部５が
左端の位置から所定の速度で右側に移動しながら読み取
られる。泳動部５の読み取りが開始され、泳動部５が所
定の速度で右に移動し、第４Ｃ図に示すように、泳動部
５が右端まで移動すると、読み取りが終了する。読み取
り台７ｃにおいて、泳動部５を移動させるステージの矢
印４１の移動方向が第２の走査方向（副走査方向）とな
る。このようにして結果的に、泳動部５のゲルの蛍光物
質の分布が２次元的に分布画像として読み取られる。

このような泳動部５の相対移動による２次元的な読み取
り動作において、読み取り光のレーザビームの走査は、
第４ｄ図に示すように、主走査方向（矢印４０の走査方
向）と副走査方向（矢印４１の移動方向）とにより、泳
動部５の面を走査して読み取られることと等価となり、
主走査方向を電気泳動と同方向として読み取りを行う。

次に、このような構成の電気泳動パターン読み取り装置
の計測部本体（第２図）の各部の構成を詳細に説明する
。

第５図は、計測部本体の光源として半導体レーザを用い
る場合の光源装置の要部の構成を示すブロック図である
。

光源２１となるレーザ光の光源装置は、第５図に示すよ
うに、光源用電源２１ａと、光軸を同一とした光路上に
配設される半導体レーザ２１ｂ、第１の光学レンズ２１
ｃ、第２の光学レンズ２１ｄ、光学ロッド２１ｅ、第３
の光学レンズ２１ｆ、非線形光学結晶２１ｇ、および出
力カップラ２１ｈから構成されている。光源用電源２１
ａから供給される電流によって半導体レーザ２１ｂが発
振してレーザ光を発光する。発光したレーザ光は第１の
光学レンズ２１ｃおよび第２の光学レンズ２１ｄで集光
され、光学ロッド２１ｅに入射される。光学ロッド２１
ｅは、ネオジウムを拡散させたイツトリウム、アルミニ
ウム。

ガーネット結晶のロッド（以下、ＹＡＧロッドという）
により構成された光学ロッドであり、入射れたレーザ光
によ励起され蛍光を発光する。ここでの半導体レーザ２
１ａの発振波長は、ＹＡＧロッドの光の吸収帯である約
８０７ｎｍ中心の波長となっている。このようなレーザ
光が入射されたＹＡＧロッド（光学ロッド２１ｅ）は励
起状態となり、蛍光を発する状態となって、波長１１０
６４ｎの光を発生する。この光学ロッド２１ｅからの光
は第３の光学レンズ２１ｆにおいて、再び、集光されて
、非線形光学結晶２１．ｇに入射される。非線形光学結
晶２１ｇは、ここではＫＴＰ　（ＫＴｉＯＰＯ，）が用
いられる。このため、非線形光学結晶２１ｇから波長１
０６４　ｎ　ｍの光の第２高調波の］−／２波長の波長
５３２ｎｍの光が発生する。そして、ここで発生した波
長５３２ｎｍの光のみを出力カップラ２１ｈにより取り
出し、レーザ光源装置の光源２１から出力するレーザビ
ームの照射光とする。

半導体レーザの発振効率は、通常の場合、ガスレーザ等
の１桁上であり、レーザ発振器の駆動電源装置の体積２
重量は約１ｏ分の］以下となる。

また、レーザ発振器自体も、ガスレーザの共振部の長さ
の１０分の１以下程度であり、大幅に小型化、軽量化が
可能である。また５すべで固体素子で構成されているた
め機械的な振動に強く、寿命もガスレーザや色素レーザ
と比較して数倍長い特徴を持っている。通常のガスレー
ザの寿命が２〜５千時間であるのに対して、半導体レー
ザの寿命は４〜５万時間と非常に長い。このため、光源
として半導体レーザを用いる構成とすることにより、装
置本体の構造を小型化、軽量化することができる。

ところで、電気泳動パターンの読み取りのために、泳動
部のゲルに照射する照射光を半導体レーザのレーザ光と
する場合、レーザ光の成分が単一波長の光となっており
、標識物質の蛍光物質の励起光として適切でない場合に
は、十分に標識物質の蛍光物質から蛍光が得られない場
合がある。すなわち、例えば、試料のＤＮＡフラグメン
トの標識物質の蛍光物質に蛍光励起を起こさせる光の波
長成分と、光源から発する光の波長が適合していないと
、電気泳動したパターンから発光する蛍光が弱く、読み
取りが困難となる場合がある。これに対しては、この実
施例では、半導体レーザで発振したレーザ光の波長を、
光学ロッドおよび非線形光学結晶を用い、発振したレー
ザ光の波長を変換することにより、標識物質の蛍光物質
に蛍光励起を起こさせるために適切な光の波長成分とし
ている。また、泳動部にゲルに照射するレーザ光の波長
により、十分に蛍光を発光する蛍光物質の標識物質を選
択して用いるようにしてもよい。この例の光源装置にお
いて出力する波長５３２ｎｍの励起光波長に対しては、
それに適した標識物質の蛍光色素として、ローダミンＸ
、テトラメチルローダミンなどのローダミン類などが使
用できる。

第６図は、振動ミラーを用いてゲル面をレーザビームで
スキャンする光走査機構を説明する図であり、また、第
７図は振動ミラーの回転角とレーザビームのスポット光
の移動距離の関係を説明する図である。

光源２１．ミラー２２．および泳動部５の配置位置が、
第６図に示すような位置関係にあるため、例えば、振動
ミラー２２がミラードライバ３０により等角速度で振動
するように駆動された場合、泳動部５においては、両端
部での光スポットの移動速度が中央部（Ｘ＝Ｏ）の付近
よりも速くなってしまう。そのため、泳動部５の試料か
ら検出される蛍光の検出感度に、中央部と端部とでは差
が生することになる。このため、ここでは、泳動部５の
ゲル上でレーザのスポット光の移動速度が等速となるよ
うに、振動ミラーを駆動する速度を補正制御する。すな
わち、スポット光の位置Ｘに対するミラーの角度θの関
係は、第７図に示すような関係となり、振動ミラーの回
転中心と泳動部５の中央部との距離Ｚを用いて、次式で
表される。

θ＝　ｔ　ａ　ｎ−’Ｘ、／　Ｚここで、Ｚは振動ミラー２２の回転中心から泳動部５の
ゲルまでの距離であり、又は振動ミラー２２の回転中心
から泳動部５のゲルの面に垂線を下ろした点を原点とす
るゲルの面方向の距離である。

この種の光走査機構における回転角と移動距離との間の
補正方法には、ｆθレンズを用いる方法があるが、ｆθ
レンズは高価であり、また、ｆθレンズを装着するため
装置が大きくなるので、ここでは、光走査機構の振動ミ
ラー回転角と移動距離との間の補正を、ミラードライバ
３０に、振動ミラー２２の回転角速度を可変制御する制
御回路を備え、振動ミラー２２の回転駆動速度を補正制
御することにより行う。

第８図は、振動ミラーを回転駆動制御するミラ−ドライ
バの制御回路の要部構成を示すブロック図である。振動
ミラーのアクチエエータとしては直線モータを用いてお
り、振動ミラーの回転角制御は、回転角対応に比例した
電圧を印加することによって制御できる。ゲルの照射面
においてレーザのスポット光が等速で移動するためには
、照射面の距離Ｘと時間ｔが比例関係となるように制御
すればよい。振動ミラーの回転角θとスポットの移動距
離Ｘとの関係は、第７図に示すような関係となっている
ので、第７図のグラフの横軸を時間軸、縦軸を電圧軸に
対応させた電圧波形の信号を発生させ、これを振動ミラ
ーを駆動する駆動制御信号とする。このような駆動制御
信号の発生は。

ミラードライバ３０における制御回路により行い、発生
した駆動制御信号を振動ミラー２２に供給して、振動ミ
ラー２２の駆動制御を行う。

ミラードライバ３０は、第８図に示すように、関数波形
を記憶した読み出し専用メモリ３０ａと、読み出した関
数データを電圧信号に変換するデジタル・アナログ変換
回路３０ｂと、変換された電圧信号を増幅して駆動制御
信号として出力するトライバ３０ｃと、メモリに対し時
系列的に読み呂しアドレスを与えるカウンタ３０ｄと、
カウンタにクロック信号を与える発振回路３０ｅから構
成されている。

計測部本体の制御回路２７からの指示により発振回路３
０ｅが動作し、発振回路３０ｅからのクロック信号が、
カウンタ３０ｄに入力される。カウンタ３０ｄはクロッ
ク信号をカウントし、読み出し専用メモリ３０ａに供給
する読み出しアドレスを時系列的に発生する。カウンタ
３０ｄにより発生された読み出しアドレスが時系列的に
読み出し専用メモリ３０ａに供給されると、読み出し専
用メモリ３０ａから予め記憶されている関数データが順
次に読み出される。読み出し専用メモリ３０ａには、予
め振動ミラーの回転角に関する関数データ（第７図）が
書き込んであり、このような関数データが時系列的に読
み出される。この例では、関数データのビット数は、１
２ビツトとしている。読み出された関数データは、ディ
ジタル・アナログ変換回路３０ｂにおいて振動ミラーの
回転角を制御するアナログ信号の電圧信号に変換される
。この電圧信号は、ドライバ３０ｃにおいて、ステップ
状のノイズをフィルタリングし、更に電力増幅して、駆
動制御信号として、振動ミラー２２に供給される。これ
により、泳動部におけるレーザ光のスポット光の移動速
度（スキャン速度）が一定となるように、所望の回転角
速度で振動ミラーを振動させることができる。

また、ここでのスキャン速度は、対数的にほぼ等分とな
るように、０，５．１．２．５．１０．２０．５０゜１
００、２００Ｈｚで可変できるようにしである。これは
、電気泳動する試料に標識した蛍光物質の量や蛍光物質
の量子収率の差に応じて、読み取り速度を変えられるよ
うにし、効率的に読み取りを行うためである。この場合
のスキャン速度の指定は、操作表示パネル７ｂまたは、
データ処理装置８から指定することが可能であり、制御
回路２７からミラードライバ３０に指示が送られ、カウ
ンタ３０ｄおよび発振回路３０ｅを制御して、所望のス
キャン速度で振動ミラー２２を駆動させる。

このようにして、振動ミラー２２の駆動制御により、光
源２１からのレーザ光がスキャンされ、泳動部５におい
ては一定速度で移動するスポット光として照射される。

これにより、レーザ光の照射光により照射された部分に
ある泳動部５のゲルの蛍光物質が励起され、蛍光１３を
発する（第２図）。

第９図は、ゲルから発生する蛍光を受光するための集光
器および光電変換部の要部の構成を光路を中心に示す図
である。

前述したように泳動部のゲル５ａは、ガラスのゲル支持
体５ｂ、５ｃに挾まれて支持されている。

ここでのゲル支持体５ｂ、５ｃとして、この例の泳動部
５では、ゲル支持体５ｂ、５ｃに硼素ｅ酸ガラスを使用
している。この他にゲル支持体５ｂ。

５ｃには、石英ガラスや各種光学ガラスなどが利用され
る。

泳動部５では、スキャンされ移動するレーザビーム３１
の照射光が照射されると、このレーザビーム３１の照射
光はゲル支持体５ｂ、Ｓｃを厚み方向に透過し、ゲル５
ａに到達する。ゲル５ａについてもその厚み方向にレー
ザビーム３１の照射光が進行する。ゲル支持板５ｂ、５
ｃおよびゲル５ａの厚みは、それぞれ約５ｆｆｌｌ！お
よび約０．３５ｍとなっており、ゲル支持板５ｂ、５ｃ
およびゲル５ａの厚み方向に照射されるレーザビーム３
１の照射光は、泳動部５のどの位置においてもゲルに到
達する光の強度は概ね等しい。また、ゲル５ａおよびゲ
ル支持体５ｂ、５ｃの照射光の入射面で発生する光散乱
によるレーザビーム３１の広がりや強度減少も、厚み方
向に照射光を入射しているため、大幅に少なくなる。な
お、ゲルを透過したレーザビーム３１は、迷光として悪
影響を与えないように光トラップ３２に入り減衰させら
れる。

このようにスキャンされ、ゲルＳａ内から発生する蛍光
１３は、励起光による散乱光などと共に集光器２３で集
められる。ゲル支持体５ｂ、５ｃにおいて発生する散乱
光は受光経路の空間的位置関係により幾何光学的に分離
し、ゲルからの蛍光を光電変換部２４に送る。光電変換
部２４においては、ゲル内において発生する散乱光と蛍
光を光学フィルタを用いて分離し、光電子増倍管で電気
信号に変換される。集光器２３および光電変換部２４の
光学系の詳細な構成を第９図に示す。

第９図を参照すると、泳動部５からの蛍光１３およびゲ
ル支持体５ｂ、５ｃから発生する励起光の散乱光は、シ
リンドリカルレンズ２３ａに到達し、散乱光および蛍光
が、第９図に示すように、シリンドリカルレンズ２３ａ
の反対側に結像する６図中Ａ点はゲル５ａからの蛍光１
３およびゲル５ａの表面で発生する励起光の散乱光に対
する焦点である。

また、ゲル支持体５ｂ、５ｃの表面において発生する励
起光の散乱光は、焦点Ａ′点に結像する。

ここで光ファイバアレイ２３ｂは、ゲル５ａからの蛍光
を受光するようにその結像点Ａの位置に配設することで
、受光経路の空間的位置関係により幾何光学的に分離さ
れ、ゲル支持体からの散乱光を分離することができる。

このように照射光を厚み方向に照射する方法では、ゲル
と、ゲル支持体であるガラスの屈折率が１．４前後と比
較的近いことと、ゲルとゲル支持体のガラスの境界面が
非常に密着していることにより、この境界面において発
生する散乱光は非常に少ない。したがって、Ａ点で受光
する光は、ゲル５ａの表面で発生ずる励起光の散乱光は
少なく、ゲル５ａからの蛍光１３のみが大きく受光され
る。

また、ゲル支持体５ｂ、５ｃの何れか、または両方を取
り外してゲル５ａに対して直接に照射光をスキャンさせ
る場合には、上述のようなゲル支持体において発生する
量とほぼ同じの量の散乱光がゲル表面から発生するが、
この場合には、計測部本体７の読み取り台フＣのゲルの
載置ガラスを厚みにより、ゲル支持体のガラスと同様な
効果があるので、検出感度が低下することなく、ゲル面
からの蛍光が確実に検出できる。なお、特にこの時点に
おいて、ゲル５ａに対して色素を着色する処理などを行
うためにゲル支持体５ｂ、Ｓｃの取り除きが必要のない
場合には、ゲル支持体５ｂ。

５ｃをつけたままで、ゲル５ａの読み取りを行う方が信
号対雑音比を向上させることができる。

光ファイバアレイ２３ａにより集光された蛍光は、光フ
アイバ内を導かれ、光電変換部２４に入力される。光電
変換部２４に入力された蛍光は、第１のレンズ２４ａ、
絞り２４ｂ、第２のレンズ２４Ｃを用いて並行光成分の
みを取り出し、光学フィルタ２４ｄに入射する。そして
、光学フィルタ２４ｄにより散乱光の成分を除いて、更
に第３のレンズ２４ｅで集光して光電子像倍管２４ｆに
導ぎ、検出された蛍光を電気信号に変換する。このよう
に、光電変換部２４では、光学フィルタ２４ｄの波長分
離性能を向上するために入射する光を、第２のレンズ２
４ｃにより並行光成分のみとし、光学フィルタ２４ｄに
直角に入射させる。そして、光学フィルタ２４ｄにより
ゲル内に於て発生する励起光の散乱光を分離して。

信号対雑音比を向上させ、第３のレンズ２４ｅで集光し
て光電子像倍管２４ｆに導く。

このように集光器２３、光電変換部２４を通して、検出
する蛍光の受光感度を高くし、更に受光した蛍光を電気
信号に変換し、変換した電気信号を増幅器２５に入力す
る。増幅器２５において増幅された電気信号は、アナロ
グ・ディジタル変換回路２６に入力されて、ディジタル
データに変換される６デイジタルデータに変換された蛍
光検出信号はメモリ２８に記憶され、メモリ２８に記憶
されたデータがインタフェース回路２９を通してデータ
処理装置８に送られる。このような一連の信号処理の全
体の制御は、制御回路２７が行う。

次に、本実施例にかかる電気泳動パターン読み取り装置
装置における各部の構成要素の変形例について説明する
。

上述した実施例の説明において、計測部本体フにおける
光走査構構として、読み取り走査のためのレーザビーム
のスキャン方法を振動ミラー２２を用いるスキャン方法
としているが、これに替えて、回転多面体ミラーを用い
るスキャン方法９ロ転する回折格子を用いたスキャン方
法、または音響光学効果による回折を用いたスキャン方
法などが利用できる。この場合、回転多面体ミラーを用
いるスキャン方法、屈折および干渉などの光学的性質を
利用するスキャン方法など、スキャンするレーザ光の光
軸の方向を変える光走査機構ならば、どのような機構を
用いるようにしてもよい。

また、本実施例では、蛍光物質で標識した試料に励起光
を与えるための光源２１として、半導体レーザを使用し
、発振したレーザ光によりＹＡＧロッド２１ｅを励起し
、ＹＡＧロッド２１ｅから発生する１１０６４ｎの蛍光
を得て、更に非線形光学結晶２１ｇで第２高調波の波長
の約５３２ｎｍのレーザ光を得る光源装置（第５図）を
用いているが、これに替えて、例えば、第１０図に示す
ように、半導体レーザ２１ｂからの発振されたレーザ光
を第１の光学レンズ２１ｃおよび第２の光学レンズ２１
ｄにより集光した後、直接的に非線形光学結晶２１ｇに
入射して、高調波のレーザ光を得るようにしてもよい。

この場合、非線形光学結晶２１ｇの光変換の効率が悪く
なるが、例えば、非線形光学結晶の２次高調波では、入
力パルス強度のべき乗に比例した出力が得られるため、
パルス励起にしてパルスのピーク値を高くすることによ
り、変換効率を高くすることにより対応できる。すなわ
ち、平均パワーが同じである場合、連続光励起よりもパ
ルス励起にしてパルスのピーク値を高くする方が効率が
よく、これにより、光源装置を第１０図に示すような構
成とし、半導体レーザをパルス励起して用いることによ
り、同等なレーザ光を発光する光源装置を得ることがで
きる。また、照射光がパルス性のレーザ光である場合、
ゲルからの検出される蛍光を受光する側の処理で、照射
光のパルス周期よりも長い時間だけ受光信号を蓄積また
は積分することにより、同様の蛍光の検出出力を得るこ
とができる。ここでの半導体レーザ２１ｂは、約８３０
ｎｍ中心の発振波長を持つ半導体レーザを用い、非線形
光学結晶２１ｇとしてＫＴＰ　（ＫＴｉｏ　ｐ　ｏ４）
を用いているが、これに替えて、非線形光学結晶２１ｇ
にＬｉＮｂ○、を用い、その第２高調波として波長４１
５ｎｍのレーザ光を得るような構成とすることができる
。なお、非線形光学結晶２１ｇとしてＬ　ｘ　Ｎ　ｂ　
Ｏ３を用いることにより、波長３４０〜４３０ｎｍ前後
まで第２高調波を得ることが可能である。

波長３４０〜４３０ｎｍ前後までのレーザ光を励起光と
して照射する場合には、試料の標識に用いる蛍光色素と
しては、ルシファーイエローや、ユーロピウムの錯体［
Ｅｕ−（β−ＮＴＡ）３；　ＮＴＡはナフトイルトリフ
ルオロアセトン］、ポルフィリンとその誘導体などが使
用できる。

また、その他に、このような非線形光学物質として、β
−ＢａＢ２０４を用いることができる。

なお、光源装置に用いる光学ロッドとしては、前述のＹ
ＡＧロッド（イツトリウム、アルミニウム、ガーネット
の結晶）の他に、ネオジウムを拡散したイツトリウム、
リチウム、フッ素の結晶の光学ロッドなどを用いること
できる。

第１１図は、集光器の他の実施例の要部の構成を説明す
る図である。第１１図に示す集光器の構成は、泳動部５
からの蛍光１３とゲル支持体５ｂ。

５ｃからの散乱光を幾何光学的に分離するのに凹面シリ
ンドリカルミラー２３ｃを用いる構成となっている。光
源からのレーザビーム３１は、第９図に示した集光器の
構成と同様に、図の表面から裏面への方向にスキャンし
ているものとする。ゲル内から発生する蛍光１３は、凹
面シリンドリカルミラー２３０によりスキャン方向に長
く集光される。集光された光は、光ファイバアレイ２３
ｄに導かれて、光電変換部２４に供給さ才しる。この場
合、凹面シリンドリカルミラー２３ｃでは、検出すべき
蛍光は焦点へ１点に集光され、光ファイバアレイ２３ｄ
に導かれるが、ゲル支持体５ｂ、５ｅからの散乱光は、
焦点Ａ１点から離れた点（図示せず）に集光するため幾
何光学的に、蛍光を散乱光から分離することができる。

このような凹面ミラーを用いた方法では、反射が１回の
みであるため光の損失が少ないという特徴を持つ。

第１２図および第１３図は、光走査機構の他の実施例を
説明する図である。第１２図に他の実施例にかかる光走
査機構の全体の概略の構成を示し、第１３図に光走査機
構のセンサヘッド部の構成を示す。

第１２図において、５は泳動部であり、この泳動部５の
ゲル５ａに対して蛍光を励起させる励起光を照射し、ゲ
ル５ａからの蛍光を検出する。このため、ガイドレール
を兼ねたヘッド駆動機構のシャフト３２．センサヘッド
３４が設けられる。センサヘッド３４は、光源からの光
を導きゲルに照射する光照射部とゲルから受光した蛍光
を集光する集光部とが一体に構成されており、光ファイ
バ３３ａにより光源からの照射光の供給を受け、光ファ
イバ３３ｂにより検出した蛍光を出力する。センサヘッ
ド３４はシャフト３２に移動自在に装着されており、シ
ャフト３２の回転によりセンサヘッド３４がシャフト上
を摺動しながら左右に移動する。これにより、泳動部５
に対して、照射光をスキャンし、泳動部５のゲルからの
蛍光を検出する。なお、シャフト３２は泳動部５の光照
射面に対して平行に配設されており、センサヘッド３４
の照射光の出口および受光口が泳動部５に対面するよう
に配設される。

第１３図は、センサヘッド３４の構成を示す図である。

センサヘッド３４の構成は、図示するように、光入力用
の光ファイバ３３ａから導入される光源の光が、端部が
凸レンズ仕上げとなっている光源ファイバ３４ｅに導か
れて、凸レンズ部の端部から泳動部５に照射される。こ
の光源ファイバ３４ｃの凸レンズ部の光出力端は、泳動
部５内のゲル５ａにおいて焦点を結ぶように調整しであ
る。これにより、レーザビーム３１のスポット光がゲル
５ａに照射される。ゲル５ａ内から発生した蛍光１３は
、円形の凸レンズ３４ａで集光される。凸レンズ３４ａ
の集光点Ｂには、集光ファイバ３４ｂの受光口が設定さ
れており、集光ファイバ３４ｂにより集光した蛍光が、
光出力用の光ファイバ３３ｂに導かれて、光電変換部２
４へ供給される。なお、ゲル支持体５ｂ。

５ｃからの散乱光は、前述の実施例の場合ど同様に、受
光経路の空間的位置関係により幾何光学的に別の位置に
結像するので、蛍光からは分離されて、集光ファイバ３
４ｂからは集光されない。

第１４図は、センサヘッド３４の他の変形例の構成を示
す図である。この例のセンサヘッド３４の構成は、図示
するように、蛍光の集光用の凸レンズに替えて円形の凹
面ミラー３４ｄを蛍光の集光に用いる構成としたもので
ある。光入力用の光ファイバ３３ａから導入される光源
の光が、端部が凸レンズ仕上げとなっている光源ファイ
バ３４ｃに導かれて、凸レンズ部の端部から泳動部５に
照射される。

これにより、レーザビーム３１のスポット光がゲル５ａ
に照射される。この光照射によってゲル５ａ内から発生
した蛍光１３は、円形の凹面ミラー３４ｄにより集光さ
れる。凹面ミラー３４ｄの集光点Ｂ′には、集光ファイ
バ３４ｂの受光口が設定されており、集光ファイバ３４
ｂにより集光した蛍光が、光出力用の光ファイバ３３ｂ
に導かれて、光電変換部２４へ供給される。なお、ゲル
支持体５ｂ、５ｃからの散乱光は、前述の場合と同様に
、受光経路の空間的位置関係により幾何光学的に別の位
置に結像するので、蛍光からは分離されて、集光ファイ
バ３４ｂからは集光されない。

このような構成の光走査機構においては、センサヘッド
３４は、シャフト３２の回転により一定の移動速度で左
右に移動させて走査することができるので、前述のよう
な泳動部５の中央部と両端とで移動速度に差が生ずるこ
とがなく、このため、泳動部５の試料から検出される蛍
光の検出感度に差が生ずることはない。

また、前述の実施例のように、光走査機構として、振動
ミラーまたは回転多面体ミラーを用いるような構成の場
合には、ミラーの回転角速度と泳動部の走査面の移動速
度とが比例関係になく、泳動部５の試料から検出される
蛍光の検出感度に、中央部と端部とで差が生ずることに
なる。このため、前述の実施例の場合には、振動ミラー
のミラードライバに回転角速度の補正制御回路を設ける
構成としたが、これに替えて、蛍光の検出感度特性を補
正することにより、検出された蛍光の電気信号をデータ
処理する場合に、データ処理の段階で補正を行うように
してもよい。すなわち、この場合には、等速度（回転角
速度）でミラーをスキャンし、読み取られた蛍光の強度
を、第１５図に示すような関数の特性により、各々の蛍
光の検出位置Ｘに対応して重み付けを行い、読み取られ
た蛍光の強度を補正する。

以上に説明した実施例における電気泳動パターン読み取
り装置では、泳動部５を電気泳動ユニット、１から取り
外し、泳動部５を読み取りユニット６に装着し、読み取
りユニット６において泳動部５の蛍光標識した電気泳動
パターンを読み取る装置構成となっているが、特に、電
気泳動ユニット１において泳動部５に対して電気泳動を
行いながら、同時に、蛍光物質の分布を読み取れるよう
に、読み取りユニットを構成してもよい。この場合の読
み取りユニットは縦型となり、電気泳動ユニットの全体
が装着できる構造とする。この場合にも読み取りユニッ
トは、光走査機構が泳動部のゲルに対して、光源からの
照射光を走査してゲルの厚み方向に照射し、集光器では
、照射光の光軸とは異なる方向に受光面を設定して受光
経路の空間的位置関係により、ゲル内の試料の蛍光物質
から発生した蛍光を、照射光によりゲル支持板から発生
する散乱光から分離して、電気泳動パターンを読み取る
ことになる。

第１６図は、泳動部に対して電気泳動を行いながら同時
に蛍光の分布の読み取るを行う変形例の電気泳動パター
ン読み取り装置の構成を示すブロック図ある。

第１６図に示す電気泳動パターン読み取り装置のブロッ
ク図において、各部の要素は、第１図および第２図によ
り説明したものとを同様な要素であり、同じ参照番号を
付けて示している。

この例における読み取りユニットにおいては、泳動部ユ
ニットが装着される電気泳動ユニットの全体が、当該読
み取りユニットに装着される構成となる。この読み取り
ユニットは、全体の構成が電気泳動読み取り処理部４５
および信号処理部４６とに分けられて構成されている。

電気泳動ユニット１が装着される電気泳動読み取り処理
部４５は、この電気泳動ユニット１の泳動部５に対して
、蛍光の励起光を照射する光源２１．光源２１からの光
をスキャンさせるための振動ミラー２２．振動ミラー２
２を駆動するミラードライバ３０．泳動部５のゲルから
発生する蛍光１３を集光するための集光器２３．および
、光電変換部２４から構成される。それぞれの構成要素
については、前述の第２図における要素と同様なもので
あり、また、同様に動作するものなので、詳細な説明は
省略する。

電気泳動読み取り処理部４５からの電気信号に対する信
号処理を行う電気信号処理部４６は、電気信号を増幅す
る増幅器２５．増幅器２５により増幅された電気信号を
ディジタルデータに変換するアナログ・ディジタル変換
回路２６．ディジタルデータに変換された蛍光の検出信
号を一時的に記憶するメモリ２８．メモリ２８に記憶さ
れたデータを送呂するインタフェース２９．および、一
連の信号処理の全体の制御を行う制御回路２７から構成
される。これらの各々の構成要素は、前述の第２図にお
ける要素と同様なものであり、また、同様に動作するも
のなので、詳細な説明は省略する。

このように構成された電気泳動パターン読み取り装置に
おいては、読み取りユニットに、泳動部５を装備した電
気泳動ユニット１の全体が装着され、電気泳動ユニット
１においてゲルの電気泳動を行いながら、電気泳動され
た泳動パターンの蛍光を読み取ることになる。

このように構成された変形例の電気泳動パターン読み取
り装置（第１６図）においては、電気泳動を行っている
ゲルの側面よりレーザビームを入射する横入射方式の電
気泳動パターン読み取り装置（従来例：第１８図）と異
なり、ゲルの厚み方向に光を照射するため、ゲルにより
散乱の影響を受けにくく、また、レーザビームを横入射
する場合のように、ゲルの厚み約０．３５ｍｎの中心位
置に光ファイバ１２（第］、８図）の光入射口を合わせ
るような位置合せの困難性はなく、セツティングが容易
である特徴も持っている。この場合においても、光源、
光走査機構、集光器などにおいて、前述のような各々の
構成要素の変形例の別異の例を適用できる。

以上、本発明を実施例にもとづき具体的に説明したが、
本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、その
要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であること
は言うまでもない。

〔発明の効果〕

以上、説明したように、本発明によれば、蛍光式電気泳
動パターン装置の光源として、半導体レーザを用いるこ
とができ、装置構成が大幅に小型化、軽量化され、かつ
小電力化が可能である。また、ゲルに照射する光をゲル
の厚み方向に照射して集光する集光器においても、装置
構成が大型化されずに、ゲル支持体からの散乱光を確実
に分離することができるので、信号対雑音比を大幅に向
上することが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例にかかる蛍光式電気泳動パ
ターン読み取り装置の全体の構成を説明する概略構成図
、第２図は、計測部本体の要部の構成を示すブロック図、第３図は、計測部本体に装着する泳動部ユニットの装着
位置を説明する図、第４ａ図、第４ｂ図、第４ｃ図、および第４ｄ図は、計
測部本体に装着された泳動部ユニットの読み取り走査を
説明する図、第５図は、計測部本体の光源として半導体レーザを用い
る場合の光源装置の要部の構成を示すブロック図、第６図は、振動ミラーを用いてゲル面をレーザビームで
スキャンする光走査機構を説明する図、第７図は、振動
ミラーの回転角とレーザビームのスポット光の移動距離
の関係を説明する図、第８図は、振動ミラーを回転駆動
制御するミラードライバの制御回路の要部構成を示すブ
ロック図である。第９図は、集光器および光電変換部の光学系の詳細な構
成を示す図、第１０図は、計測部本体の光源として半導体レーザを用
いる場合の光源装置の変形例の要部の構成を示ずブロッ
ク図。第１１図は、集光器の他の実施例の要部の構成を説明す
る図、第１２図は、光走査機構の他の実施例の全体の概略の構
成を示す図、第１３図は、光走査機構の他の実施例におけるセンサヘ
ッド部の構成の一例を示す図、第１４図は、光走査機構
の他の実施例におけるセンサヘッド部の構成の別の例を
示す図、である。第１５図は、等角速度でミラーをスキャンする光走査機
構によるスキャン補正を信号処理により行う別の実施例
を説明する図、第１６図は、泳動部に対して電気泳動を行いながら同時
に蛍光の分布の読み取るを行う変形例の電気泳動パター
ン読み取り装置の構成を示すブロック図、ある。第１７図は、従来の蛍光式電気泳動装置の外観を示す斜
視図。第１８図は、泳動計測装置の内部の構成を示すブロック
図。第１９ａ図および第１９ｂ図は、蛍光法による電気泳動
パターン検出の動作原理を示す泳動部の正面図および縦
断面図、第２０ａ図および第２０ｂ図は、泳動計測装置から送呂
されるＤＮＡ断片の蛍光強度パターン信号の例を説明す
る図、第２１図は、電気泳動を行ったＤＮＡ断片の分布例を示
す図である。図中、１・・・電気泳動ユニット、２ａ・・・第１電極
、２ｂ・・・第２電極、３・・・支持板、４・・・電気
泳動用電源装置、５・・・泳動部ユニット（泳動部）、
６・・・読み取りユニット、７・・・計測部本体、８・
・・データ処理装置、９・・・イメージプリンタ、１０
・・・制御回路、１１・・・光源、１２・・・光ファイ
バ、１３・・・蛍光、１４・・・集光器、１５・・・光
学フィルタ、１６・・・光センサ、１７・・・増幅器、
１８・・・アナログ・ディジタル変換回路、１９・・信
号処理部、２０・・・インタフェース、２１・・・光源
、２２・・・振動ミラー、２３・・・集光器、２４・・
・光電変換部、２５・・増幅器、２６・・・アナログ・
ディジタル変換回路、２７・・・制御回路、２８・・・
記憶回路、２９・・・インタフェース、３０・・・ミラ
ードライバ、３１・・・レーザビーム、３２・・・光ト
ラップ、４５・・・電気泳動読み取り処理部、４６・・
・信号処理部、５１・・・泳動計測装置、５１ａ・・・
扉、５１ｂ・・・操作パネル、５２・・・データ処理装
置、５３・・ケーブル、５４・・・計算機本体、５５・
・・キーボード、５６・・・デイスプレィ、５７・・・
プリンタ、６３・・・電気泳動部装置、６４・・・信号
処理装置、６１・光路、６２・・走査線、６６・・・バ
ンド、７１．７２．７３．４７・・・レーン。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）電気泳動を行うベースのゲルおよび該ゲルを支持
するゲル支持体からなる着脱自在な泳動部ユニットと、
該泳動部ユニットを装着して蛍光物質で標識した試料を
与えたゲルに泳動電圧を印加して電気泳動を行う電気泳
動ユニットと、電気泳動を行った後の泳動部ユニットを
装着し、泳動部ユニットのゲルに対して、光源からの照
射光を走査してゲルの厚み方向に照射し、照射光の光軸
とは異なる方向に受光面を設定して受光経路の空間的位
置関係により、ゲル内の試料の蛍光物質から発生した蛍
光を、照射光によりゲル支持板から発生する散乱光から
分離して、電気泳動パターンを読み取る読み取りユニッ
トとを備えたことを特徴とする蛍光式電気泳動パターン
読み取り装置。
（２）読み取りユニットは、半導体レーザ発振器と、光
の波長を変換する光波長変換手段とを有する光源装置を
光源として備え、半導体レーザ発振器から発振したレー
ザ光の第１の波長の光を光波長変換手段に加え、光波長
変換手段により第１の波長の光を第２の波長の光に変換
し、波長変換した光をゲルの厚み方向に照射する照射光
として用いることを特徴する請求項１に記載の蛍光式電
気泳動パターン読取り装置。
（３）請求項２に記載の蛍光式電気泳動パターン読み取
り装置において、光波長変換手段は、レーザ光を入射し
、入射された光で励起され、蛍光を発生する光学ロッド
であることを特徴とする蛍光式電気泳動パターン読み取
り装置。
（４）請求項２に記載の蛍光式電気泳動パターン読み取
り装置において、光波長変換手段は、レーザ光を入射し
、入射された光の高調波を発生する非線形光学物質であ
ることを特徴とする蛍光式電気泳動パターン読み取り装
置。
（５）読み取りユニットは、光源と、光源から発光され
た光を走査してゲルの厚み方向に照射光として照射する
光走査機構と、ゲル内の試料の蛍光物質から発生した蛍
光を集光して受光する集光器とを備え、該集光器は、照
射光によりゲル支持体から発生する散乱光と、ゲル内に
分布する蛍光物質で標識した試料から発生する蛍光とを
、受光経路の空間的位置関係により分離する光学系を有
することを特徴とする請求項１に記載の蛍光式電気泳動
パターン読み取り装置。
（６）読み取りユニットは、照射光を発光する光源と、
装着した泳動部ユニットのゲルに対して照射する照射光
を一次元的に走査する光走査機構と、ゲル内の試料の蛍
光物質から発生した蛍光を集光して受光する光学レンズ
系および光ファイバアレイを有する集光器とを備え、光
走査機構により照射光を一次元的に走査して、ゲルの厚
み方向に光を照射し、照射した光によりゲル内に分布す
る蛍光物質で標識した試料から発生する蛍光を、集光器
の光学レンズ系および光ファイバアレイにより、照射光
の散乱光から分離して受光することを特徴とした請求項
１に記載の蛍光式電気泳動パターン読み取り装置。
（７）読み取りユニットは、照射光を発光する光源と、
装着した泳動部ユニットのゲルに対して照射する照射光
を一次元的に走査する光走査機構と、ゲル内の試料の蛍
光物質から発生した蛍光を集光して受光する光学ミラー
系および光ファイバアレイを有する集光器とを備え、光
走査機構により照射光を一次元的に走査して、ゲルの厚
み方向に光を照射し、照射した光によりゲル内に分布す
る蛍光物質で標識した試料から発生する蛍光を、集光器
の光学ミラー系および光ファイバアレイにより照射光の
散乱光から分離して受光することを特徴とした請求項１
に記載の蛍光式電気泳動パターン読み取り装置。
（８）読み取りユニットは、装着した泳動部ユニットの
ゲルに対して照射する照射光を一次元的に走査する光走
査機構とゲル内の試料の蛍光物質から発生した蛍光を受
光する集光器が一体に構成されたセンサヘッドを有し、
センサヘッドの走査により、光源からスポット光とした
照射光を１次元的に走査してゲルに照射し、集光器が走
査されたスポット光の照射光による蛍光を、受光口の配
設空間位置関係により照射光によるゲルの支持体から発
生する散乱光とゲル内に分布する蛍光物質で標識した試
料から発生する蛍光とを分離し、光ファイバアレイによ
り受光した蛍光を集光して光電変換部に導出することを
特徴とした蛍光式電気泳動パターン読み取り装置。
（９）請求項５に記載の蛍光式電気泳動パターン読み取
り装置において、光走査機構は、振動ミラーと、該振動
ミラーを駆動制御信号により駆動制御するミラードライ
バとを備え、ミラードライバに、ゲル上を走査して照射
するスポット光の移動走査速度がゲル上で等速となる駆
動制御信号を発生する制御回路を備えることを特徴とす
る蛍光式電気泳動パターン読み取り装置。
（１０）読み取りユニットは、装着した泳動部ユニット
のゲルに対して照射する照射光を一次元的に走査する光
走査機構と、ゲル内の試料の蛍光物質から発生した蛍光
を集光して受光する集光器と、ゲル上の照射光のスポッ
ト光の移動速度変化による受光する蛍光の強度を補正す
る補正処理手段とを備え、光走査機構により照射光を一
次元的に走査してゲルの厚み方向に光を照射し、照射し
た光によりゲル内に分布する蛍光物質で標識した試料か
ら発生する蛍光を、集光器により照射光の散乱光から分
離して受光し、補正処理手段によりゲル上に照射される
スポット光の移動速度変化により受光する蛍光強度を補
正して読み取ることを特徴とした請求項１に記載の蛍光
式電気泳動パターン読み取り装置。
（１１）電気泳動を行うベースのゲルおよび該ゲルを支
持する光学的に透明なゲル支持体からなる着脱自在な泳
動部ユニットと、泳動部ユニットを装着し、蛍光物質で
標識した試料を与えたゲルに泳動電圧を印加して電気泳
動を行う電気泳動ユニットと、電気泳動ユニットに泳動
部ユニットを装着し電気泳動を行いながら、泳動部ユニ
ットのゲルに対して、ゲルの厚み方向に光を照射し、ゲ
ル内の試料の蛍光物質から発生した蛍光を受光して、電
気泳動パターンを読み取る読み取りユニットとを備えた
ことを特徴とする蛍光式電気泳動パターン読み取り装置
。