JPH0392756A - Ｄｎａ塩基配列決定装置 - Google Patents
Ｄｎａ塩基配列決定装置Info
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- JPH0392756A JPH0392756A JP1229149A JP22914989A JPH0392756A JP H0392756 A JPH0392756 A JP H0392756A JP 1229149 A JP1229149 A JP 1229149A JP 22914989 A JP22914989 A JP 22914989A JP H0392756 A JPH0392756 A JP H0392756A
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- dna
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Landscapes
- Investigating Or Analysing Biological Materials (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By The Use Of Chemical Reactions (AREA)
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。
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〕
本発明は遺伝子上の塩基配列決定装置に関する。
蛍光検出ＤＮＡ型塩基配列決定装置において、ライトガ
イドを用いたものとしては、例えばジャーナル オブ
バイオケミカル アンド、バイオフイジイカル メソツ
ズ 第ｌ３巻（１ ９ ８ ６年）第３１５頁から第３
２３頁（Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆＢｉｏｃｈｅＩＩＩｉｃ
ａｌ ａｎｄ Ｂｉｏｐｈｙｓｉｃａｌ Ｍｅｔｈｏｄ
ｓ １３， ３１５（１９８６） ）が挙げられる。こ
の例では、光励起された蛍光標識ＤＮＡ断片群からの蛍
光をレンズを用いてライトガイド入口に集光している。
イドを用いたものとしては、例えばジャーナル オブ
バイオケミカル アンド、バイオフイジイカル メソツ
ズ 第ｌ３巻（１ ９ ８ ６年）第３１５頁から第３
２３頁（Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆＢｉｏｃｈｅＩＩＩｉｃ
ａｌ ａｎｄ Ｂｉｏｐｈｙｓｉｃａｌ Ｍｅｔｈｏｄ
ｓ １３， ３１５（１９８６） ）が挙げられる。こ
の例では、光励起された蛍光標識ＤＮＡ断片群からの蛍
光をレンズを用いてライトガイド入口に集光している。
微量ＤＮＡの塩基配列決定を実現させるためには、蛍光
検出部の感度を増大させることが要求される。そのため
には、光電変換部における感度の（２） 増大と蛍光検出部での蛍光観８１リに対する実質的な立
体角Ωの増大によるしかない。以ドでは前者については
述べない。
検出部の感度を増大させることが要求される。そのため
には、光電変換部における感度の（２） 増大と蛍光検出部での蛍光観８１リに対する実質的な立
体角Ωの増大によるしかない。以ドでは前者については
述べない。
後者に対しては、従来技術では充分な配慮がなされてい
ない。即ち、従来方式の蛍光検出部では、光励起された
蛍光標識Ｄ Ｎ Ａ断片群からの蛍光をレンズを用いて
ライトガイド上に集光させていたために、Ω／４π≦１
０−８程度であった。
ない。即ち、従来方式の蛍光検出部では、光励起された
蛍光標識Ｄ Ｎ Ａ断片群からの蛍光をレンズを用いて
ライトガイド上に集光させていたために、Ω／４π≦１
０−８程度であった。
本発明の目的は、蛍光観測に対する実質的な立体角を増
大させることにより蛍光検出部の感度を増大させること
にある。
大させることにより蛍光検出部の感度を増大させること
にある。
本発明の他の目的は、多色蛍光方式の場合に蛍光の波長
分離を行なうための光路の分離を簡単化することにある
。
分離を行なうための光路の分離を簡単化することにある
。
〔課題を鮮決するための手段〕
上記目的を達或するために、本発明はライトガイドの人
口端而を発光する蛍光標識ＤＮＡ試料断片群に極力接近
させるようにしたものである。
口端而を発光する蛍光標識ＤＮＡ試料断片群に極力接近
させるようにしたものである。
上記他の目的を達戊するために、４の倍数といった複数
本からなる光ファイバーを同一泳動路に（３） 並べるようにしたものである。
本からなる光ファイバーを同一泳動路に（３） 並べるようにしたものである。
等方的な蛍光に対する観測される蛍光強度は、次式で与
えられる。
えられる。
Ω
１ ＝−ｈ ｖ Ａ Ｎ Ｖ ・ａ
− （１）４ π ここで、ｂｖは光子のエネルギー、Ａは光学遷移確率、
Ｎは励起分子密度、■は励起分子の存在する立体の体積
、ａは補正項である。ある立体角Ω内に放出される蛍光
強度がそのまま減少せずに期８１リされる場合はａ＝１
とする， 第６図にはライトガイド６の人口部の断面及び発光する
蛍光標識１つＮＡ試料断片群の断血を示す。
− （１）４ π ここで、ｂｖは光子のエネルギー、Ａは光学遷移確率、
Ｎは励起分子密度、■は励起分子の存在する立体の体積
、ａは補正項である。ある立体角Ω内に放出される蛍光
強度がそのまま減少せずに期８１リされる場合はａ＝１
とする， 第６図にはライトガイド６の人口部の断面及び発光する
蛍光標識１つＮＡ試料断片群の断血を示す。
後者は励起用光ビームの断（自）に一致する。ライトガ
イド６が効率よく光を伝達できるための光の取り込み立
体角がこの場合の観測する立体角Ωに対応する。開口数
０．３ のライトガイドを用いた場合は、Ω／４π押
１ｏ−”となり、従来のレンズを用いて集光する方式に
比較して立体角は約１０２倍大きくなる。ただし、立体
角Ωで観ａｌ’ｌされる発（４） 光体は第６図に示した三角形○ＡＨの内側に存在する必
要があり、具体的にはライトガイド６の人口のゲル泳動
方向の長さが、励起用光ビームの直径より大きいことと
、ライ］〜ガイド６の人口を、発光する蛍光標識１）
Ｎ Ａ試料断片群にできるだけ近づけておくことが必要
である。
イド６が効率よく光を伝達できるための光の取り込み立
体角がこの場合の観測する立体角Ωに対応する。開口数
０．３ のライトガイドを用いた場合は、Ω／４π押
１ｏ−”となり、従来のレンズを用いて集光する方式に
比較して立体角は約１０２倍大きくなる。ただし、立体
角Ωで観ａｌ’ｌされる発（４） 光体は第６図に示した三角形○ＡＨの内側に存在する必
要があり、具体的にはライトガイド６の人口のゲル泳動
方向の長さが、励起用光ビームの直径より大きいことと
、ライ］〜ガイド６の人口を、発光する蛍光標識１）
Ｎ Ａ試料断片群にできるだけ近づけておくことが必要
である。
ライトガイドに光ファイバーを複数本組み合わせた場合
は、光ファイバー間のすき間のためにライトガイド人口
端面における受光できるＩｆＩＩ積は減少する（第３図
参照）。
は、光ファイバー間のすき間のためにライトガイド人口
端面における受光できるＩｆＩＩ積は減少する（第３図
参照）。
即ち、上記（１）式における観測される蛍光強度工は減
少する。その効果を上式右辺のａで表わすと、ａの値は
ライトガイトの形状に依存するが、実際にはせいぜい１
０−’程度である。従って、本発明によれば、従来のレ
ンズを用いて集光する場合に比べて、観測される光量を
１０倍以上増加させることができる。
少する。その効果を上式右辺のａで表わすと、ａの値は
ライトガイトの形状に依存するが、実際にはせいぜい１
０−’程度である。従って、本発明によれば、従来のレ
ンズを用いて集光する場合に比べて、観測される光量を
１０倍以上増加させることができる。
（実施例工）
第１図は本発１リ」の一実施例にＪｋづく蛍光標識（５
） ＤＮＡ塩基配列決定装置をボす図である。装置の構或は
、ゲル保持板工，分離用ゲル２，バツファ一槽３，励起
用レーザー４，反射ミラー５，ライトガイド６，固定持
具７，フィルター８，受光部９，フレームメモリ１０，
計算機１１，出力機器１２からなる。
） ＤＮＡ塩基配列決定装置をボす図である。装置の構或は
、ゲル保持板工，分離用ゲル２，バツファ一槽３，励起
用レーザー４，反射ミラー５，ライトガイド６，固定持
具７，フィルター８，受光部９，フレームメモリ１０，
計算機１１，出力機器１２からなる。
様々な部位で切断された末端塩基の異なる４稚のＤＮＡ
断片群を蛍光波長の異なる蛍光体で標識された蛍光標識
ＤＮＡ試料断片群は、分離用ゲル２上部に注入される。
断片群を蛍光波長の異なる蛍光体で標識された蛍光標識
ＤＮＡ試料断片群は、分離用ゲル２上部に注入される。
分離用ゲル２には泳動方向に電場が印加されている。そ
のため、蛍光標識１） Ｎ Ａ試料断片群は下方に向っ
て泳動し，断片の長さに応じて分離されて、Ｌ）ＮＡバ
ンド１３を形成する。レーザー光の照射される領域に達
した１） Ｎ Ａバンドのみが、光励起され蛍光を発す
る。
のため、蛍光標識１） Ｎ Ａ試料断片群は下方に向っ
て泳動し，断片の長さに応じて分離されて、Ｌ）ＮＡバ
ンド１３を形成する。レーザー光の照射される領域に達
した１） Ｎ Ａバンドのみが、光励起され蛍光を発す
る。
ライトガイト６に入射した蛍光はフィルター８により波
長分離されたあと受光部９で光電変換される。即ち、受
光部では蛍光強度の時間的変化が各各の末端塩基に対し
て得られる。それらを一担フレームメモリ１０に記憶さ
せて，計算機上工によ（６） り試料１） Ｎ Ａの塩基配列を決定する。
長分離されたあと受光部９で光電変換される。即ち、受
光部では蛍光強度の時間的変化が各各の末端塩基に対し
て得られる。それらを一担フレームメモリ１０に記憶さ
せて，計算機上工によ（６） り試料１） Ｎ Ａの塩基配列を決定する。
第２図には、光励起される領域付近の拡大図を示す。分
離用ゲル２がら出てバッファ一ｉ？Ｉ＃３に人って直後
のＤＮＡバンドをレーザー光照射により検出する。レー
ザー光照射部はバッファ一液に満たされている。分離用
ゲル２中で光検出する場合と比較すると、ゲルからの蛍
光がパックラウントノイズとして観１ＪＩｇされるのを
避けることができるほか、レーザー光の入射位置を確実
に固定することができる。レーザービームの断血は必ず
しも円形である必要はなく、ＤＮＡバンドの泳動方向に
０．２ｍＮ．度にしぼってあればよい。
離用ゲル２がら出てバッファ一ｉ？Ｉ＃３に人って直後
のＤＮＡバンドをレーザー光照射により検出する。レー
ザー光照射部はバッファ一液に満たされている。分離用
ゲル２中で光検出する場合と比較すると、ゲルからの蛍
光がパックラウントノイズとして観１ＪＩｇされるのを
避けることができるほか、レーザー光の入射位置を確実
に固定することができる。レーザービームの断血は必ず
しも円形である必要はなく、ＤＮＡバンドの泳動方向に
０．２ｍＮ．度にしぼってあればよい。
光励起された蛍光標識Ｄ Ｎ Ａ試料断片は蛍光を空間
的に等方的に発すると考えることができるので、第２図
に示すようにミラーを取り付けると観測される蛍光強度
は増カＵする。また、ミラーのある位置に別のライトガ
イド六〇端面を８置してもよい。ゲル保持板と蛍光検出
部は分離することができる。
的に等方的に発すると考えることができるので、第２図
に示すようにミラーを取り付けると観測される蛍光強度
は増カＵする。また、ミラーのある位置に別のライトガ
イド六〇端面を８置してもよい。ゲル保持板と蛍光検出
部は分離することができる。
第３図に、一泳動路あたりに４本の光ファイバ（７）
一で構成されたライトガイドを使用した例をボす。
ＤＮＡバンドの幅はレーザービーム径よりも大きいので
、ＤＮＡバンドの中のレーザー光が照射している領域で
のみ光励起がなされ、蛍光を発する。
、ＤＮＡバンドの中のレーザー光が照射している領域で
のみ光励起がなされ、蛍光を発する。
従って、蛍光は泳動路の幅とレーザービームの直径によ
り＃ＩＪ限された空間で発する。第３図（ａ）の例では
、泳ｌｒｈ路幅１．５ｍｍ，レーザービーム径０．２ｒ
ｒｒｎの揚合におけるコア径０．３ｔｗｎ，クラッドｉ
ｏ．３３ｍ＋＋＋の光ファイバーを用いている。ファイ
バーは固定持具７に固定されている。
り＃ＩＪ限された空間で発する。第３図（ａ）の例では
、泳ｌｒｈ路幅１．５ｍｍ，レーザービーム径０．２ｒ
ｒｒｎの揚合におけるコア径０．３ｔｗｎ，クラッドｉ
ｏ．３３ｍ＋＋＋の光ファイバーを用いている。ファイ
バーは固定持具７に固定されている。
断面が０ ． ２ ＷＩＸ １ ． ５ ｒｒｎのライ
トガイドを用いた場合に比べると、この例では光ファイ
バー間のすき間のために受光面積が約７０％となる。蛍
光標識ＤＮＡからの蛍光はＤＮＡ末端塩基に応じて蛍光
のピーク波長が異なる。４本の光ファイバーの出口には
それぞれ特定の末端塩基がらの蛍光のみを透過するフィ
ルター８を密着させてあり、上記フィルターで波長分離
された蛍光は受光部９の二次冗検出器により検出される
。
トガイドを用いた場合に比べると、この例では光ファイ
バー間のすき間のために受光面積が約７０％となる。蛍
光標識ＤＮＡからの蛍光はＤＮＡ末端塩基に応じて蛍光
のピーク波長が異なる。４本の光ファイバーの出口には
それぞれ特定の末端塩基がらの蛍光のみを透過するフィ
ルター８を密着させてあり、上記フィルターで波長分離
された蛍光は受光部９の二次冗検出器により検出される
。
第２図の例では発光するｌ）ＮＡバンドを横方向（８）
から観測するが、−ト方向がら観４１リすることもでき
る。その例を第４図に示す。
る。その例を第４図に示す。
同一の蛍色体で標識した末端塩基の異なるｌ）ＮＡ試料
断片を別々の泳動路で泳動する場合は充分な受光＋Ｉ１
Ｊ積を確保するために泳動路都１捏度の直径の光ファイ
バーを用いるのが望ましいが、例えば第３図（ｂ）に＞
＝すように泳＃ＩＩ路幅の約二分の一のコア径の光ファ
イバーを２本用いることもできる。
断片を別々の泳動路で泳動する場合は充分な受光＋Ｉ１
Ｊ積を確保するために泳動路都１捏度の直径の光ファイ
バーを用いるのが望ましいが、例えば第３図（ｂ）に＞
＝すように泳＃ＩＩ路幅の約二分の一のコア径の光ファ
イバーを２本用いることもできる。
第３図（ｂ）では、泳動路幅１．５鼎ｎ，レーザービー
ム径０ ． ２ ｎ＋ｍ ，ファイバーコア径０．８ｍ
ｍ，クラッド径０．８８ａｎの例を示すが、光ファイバ
ー間のすき間による受光げｒｉｆｌｆのロスは約６％以
ドである。
ム径０ ． ２ ｎ＋ｍ ，ファイバーコア径０．８ｍ
ｍ，クラッド径０．８８ａｎの例を示すが、光ファイバ
ー間のすき間による受光げｒｉｆｌｆのロスは約６％以
ドである。
（実施例２）
第５図では、ケル中を泳動中の蛍光標識１） Ｎ Ａ試
料断片群を観測する例を示す。この実施例では実施例１
と比べて観測領域におけるＤＮＡバンドの広がりや泳＠
速度の変化がないのが特徴である。
料断片群を観測する例を示す。この実施例では実施例１
と比べて観測領域におけるＤＮＡバンドの広がりや泳＠
速度の変化がないのが特徴である。
Ｃ発明の効果３
本発明は、以上説明したように構或されでいるので、以
−トに記載されるような効果を奏する。
−トに記載されるような効果を奏する。
（９）
ライトガイドの入口端而を発光する蛍光ａ識ＤＮＡ試料
断片群に密着させることにより、観測できる立体角が増
し、装置としての蛍光検出感度を従来比１０倍程度もし
くはそれ以上に高くできる。また、ミラーを用いること
により蛍光検出感度は最大２倍になる。また、ライトガ
イド人口がゲル保持板の固定持具と一体化されるため、
レンズ等を用いる場合に比較して構造が単純でスペース
をとらない。多色蛍光方式の場合に、光路の分離が容易
である。
断片群に密着させることにより、観測できる立体角が増
し、装置としての蛍光検出感度を従来比１０倍程度もし
くはそれ以上に高くできる。また、ミラーを用いること
により蛍光検出感度は最大２倍になる。また、ライトガ
イド人口がゲル保持板の固定持具と一体化されるため、
レンズ等を用いる場合に比較して構造が単純でスペース
をとらない。多色蛍光方式の場合に、光路の分離が容易
である。
第１図は本発明の一実旅例の見取り図、第２図は第１図
の蛍光検出部の１１ − １１線断ＩｆＯ′図と見取り
図、第３図は一泳動路に対する蛍光検出部の人口と発光
するＤＮＡバンドの大きさの相対関係を示す図、第４図
は泳動ゲルの下方から観８Ｉ！Ｉする装置の実施例の蛍
光検出部の断σσ図および見取り図、第５図は泳動中の
ＤＮＡバンドを泳動ゲル側面から観測する実施例の装置
の蛍光検／Ｂ部の断面図および見取り同、第６図はＩ）
Ｎ Ａバンドの断げｎとラ（１．０） イトガイド入口との関係を示す説四図である。 Ｊ−・・・ゲル保持板、２・・分離用ゲル、３・・・バ
ツファ一槽、４・・・励起用レーザー，５・・・反射ミ
ラー、６・・・ライトガイド、７・・固定持具、８・・
・フィルター９・・・受光部、１０・・・フレームメモ
リ、１ １・・・計算機，１２・・・出力機器，１３・
・・レーザービーム断面、ｌ４・・・光ファイバー（コ
ア）、１５・・・光ファイバー（クラツド）、１６・・
発光するＤＮＡハンド。 （１１）
の蛍光検出部の１１ − １１線断ＩｆＯ′図と見取り
図、第３図は一泳動路に対する蛍光検出部の人口と発光
するＤＮＡバンドの大きさの相対関係を示す図、第４図
は泳動ゲルの下方から観８Ｉ！Ｉする装置の実施例の蛍
光検出部の断σσ図および見取り図、第５図は泳動中の
ＤＮＡバンドを泳動ゲル側面から観測する実施例の装置
の蛍光検／Ｂ部の断面図および見取り同、第６図はＩ）
Ｎ Ａバンドの断げｎとラ（１．０） イトガイド入口との関係を示す説四図である。 Ｊ−・・・ゲル保持板、２・・分離用ゲル、３・・・バ
ツファ一槽、４・・・励起用レーザー，５・・・反射ミ
ラー、６・・・ライトガイド、７・・固定持具、８・・
・フィルター９・・・受光部、１０・・・フレームメモ
リ、１ １・・・計算機，１２・・・出力機器，１３・
・・レーザービーム断面、ｌ４・・・光ファイバー（コ
ア）、１５・・・光ファイバー（クラツド）、１６・・
発光するＤＮＡハンド。 （１１）
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、励起光源、電気泳動ゲル部、蛍光検出部およびデー
ター処理部を有する電気泳動分離を用いたＤＮＡ塩基配
列決定装置において、上記蛍光検出部に光ファイバーや
バンドル光ファイバー等のライトガイドを用いて、その
入口端面を発光する蛍光標識ＤＮＡ試料断片群が形成す
る立体に接するあるいはそれに近い状態にすることによ
りレンズ等を用いずに直接集光することを特徴とするＤ
ＮＡ塩基配列決定装置。 ２、上記検出部にミラーを併用することを特徴とするＤ
ＮＡ塩基配列決定装置。 ３、上記観測部をゲル保持板の固定持具と一体化するこ
とを特徴とするＤＮＡ塩基配列決定装置。 ４、末端塩基種が異なる４種のＤＮＡ断片群を発光波長
の異なる蛍光体で標識し同一泳動路を泳動させる多色蛍
光方式の場合、上記検出部において、１泳動路あたりに
複数本の光ファイバーを用いて集光すると共に光路分割
することを特徴とするＤＮＡ塩基配列決定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1229149A JPH0392756A (ja) | 1989-09-06 | 1989-09-06 | Ｄｎａ塩基配列決定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1229149A JPH0392756A (ja) | 1989-09-06 | 1989-09-06 | Ｄｎａ塩基配列決定装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0392756A true JPH0392756A (ja) | 1991-04-17 |
Family
ID=16887542
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1229149A Pending JPH0392756A (ja) | 1989-09-06 | 1989-09-06 | Ｄｎａ塩基配列決定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0392756A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001016586A1 (en) * | 1999-08-30 | 2001-03-08 | Integrated Genetic Devices Ltd. | Electrophoretic system for real time detection of multiple electrophoresed biopolymers |
| US7018519B1 (en) * | 1998-01-30 | 2006-03-28 | Rainer Siebert | Multicapillary electrophoresis systems |
-
1989
- 1989-09-06 JP JP1229149A patent/JPH0392756A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7018519B1 (en) * | 1998-01-30 | 2006-03-28 | Rainer Siebert | Multicapillary electrophoresis systems |
| WO2001016586A1 (en) * | 1999-08-30 | 2001-03-08 | Integrated Genetic Devices Ltd. | Electrophoretic system for real time detection of multiple electrophoresed biopolymers |
| US6290831B1 (en) * | 1999-08-30 | 2001-09-18 | Integrated Genetic Devices, Ltd. | Electrophoretic system for real time detection of multiple electrophoresed biopolymers |
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