JPH0425759A

JPH0425759A - 蛍光パターン読み取り装置

Info

Publication number: JPH0425759A
Application number: JP2132048A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Fujimiya; 仁藤宮; Hiromichi Mishima; 三島　浩通; Toshitaka Ishikawa; 石川　利隆; Koji Yuda; 湯田　耕治; Naganori Nasu; 永典奈須
Original assignee: Hitachi Software Engineering Co Ltd
Current assignee: Hitachi Software Engineering Co Ltd
Priority date: 1990-05-22
Filing date: 1990-05-22
Publication date: 1992-01-29
Anticipated expiration: 2013-10-22
Also published as: DE69112493D1; DE69112493T2; EP0459278B1; EP0459278A1; JP2814408B2; US5242567A

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、蛍光パターン読み取り装置に関し、特に、多
様な読み取り試料における蛍光パターンを蛍光強度の特
性、背景光の特性などに対し、適切に読み取り感度を変
化させ、蛍光パターンを読み取ることができる蛍光パタ
ーン読み取り装置に関するものである。

〔従来の技術〕

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、放射性アイソ
トープ標識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、放射性アイソトープでＩＬＬだ
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をＸ線フィ
ルムに転写した後に解析を行うことにより、試料の分析
を行う方法である。

一方、近年のレーザなどの光源技術の進展により、放射
性アイソトープに替えて蛍光物質で標識する蛍光法によ
る電気泳動分析法が開発されてきた。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。しかしなが
ら、放射性アイソトープによる電気泳動分析法と等価な
信号対雑音比（ＳＮ比）を得るためには、高度な光学系
の技術や信号処理技術が要求される。

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、　Ｔｈ１ａ＋ｉｎｅ　；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１６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１６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で試料が展開されたバンド６６を有するパターン
となる。各バンドにおける試料の量は。

１０−１′ｍｏｌと非常に微量である。Ａ、Ｃ，Ｇ、Ｔ
の各塩基のＤＮＡ断片には必ずｌ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７１〜７
４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い、電
気泳動により展開された分布パターンの読み取りを行う
。解析すべき試料に電気泳動を行うと、試料は各々の分
子量または溶媒中における試料の電荷量に対応して分離
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、分布の程度から試料の分子量
の差が判定できる。また、電気泳動による試料の断片の
泳動距離を測定し、所定位置のバンドの有無の判定を行
うことにより、分子量の推定や所定の分子の有無の判定
を行うことができる。

このような電気泳動分析法では、まず、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、ゲルに対し電気泳動を行う。

これにより、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パターンが異なるバンド分
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により検出す
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。また、蛍光物質による標
識を付ける方法は、電気泳動前に付ける場合の他に、電
気泳動を行った後にゲルを乾燥させて試料に付ける場合
、ゲルから薄膜フィルタに試料を転写してから付着する
場合などがある。

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１２図は、従来の蛍光式電気泳動装置の外観を示す斜
視図である。第１２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を開い
て、ＤＮＡ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
。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５
１ｂ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。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［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１３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１２図）の構成は、
第１３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ｗ４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品するイ
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ＯＵＴは、データ処理
装置（５２；第１２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１２図および第１３図を参照する。泳動計測装置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に供給されて電気泳動
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１６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１４ａ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に蛍光１３を発生
させて行う。発生する蛍光は、蛍光物質の吸光係数、量
子効率、励起光の強度などによるが、バンド当り、１０
−”ｍｏ１程度と非常に微量な量しか蛍光物質が含まれ
ていないため、非常に微弱な光となる。例えば、蛍光物
質として、フレオレセインイソチオシアネート（Ｆｌｕ
ｏｒｅｓｃｅｉｎ　ｌ５ｏｔｈｉｏｃｙａｎａｔｅ）を
使用した場合について説明すると、フレオレセインイソ
チオシアネートは、励起光の励起波長のピークが４９０
ｒｖ、蛍光波長のピークが５２０ｎｍである。モル吸光
係数は７　Ｘ　１０’＋ｏｌ−’・ｃｍ−”であり、量
子効率は０．６５程度である。

１バンド内に１０−”ｍｏｌの蛍光物質が存在する場合
、励起光に４８８ｎｍの出力１ｍＶのアルゴンイオンレ
ーザを使用した場合に発生する蛍光の光量は、ゲルの厚
みなどで異なるが、１０１０個／Ｓオーダの蛍光の光子
が発生する。更に、発生した蛍光は、全周方向に拡がる
ため、一般のＣＣＤ固体撮像素子カメラなどで直接に受
光することは困難である。

泳動部５は、その正面図を第１４ａ図に、その縦断面図
を第１４ｂ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１２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１例えばレーザ光は、光ファイバ１２からゲル５
ａ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、−次元の光センサ１６
において電気信号に変換される。光センサ１６では、微
弱な光を効率よく電気信号に変換するため、イメージイ
ンテンシファイアなどを用いて、１０’〜１０５倍に光
増幅し、その画像をＣＯＤの一次元光センサなどで電気
信号に変換している。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１５ａ図および第１５ｂ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１５ａ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上でレ
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１５ｂ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
１５ｂ図に示す蛍光強度パターン信号は、電気泳動方向
６２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５６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
パターン読み取り装置においては、光源からの光を泳動
部に対して横方向に入射して励起光を与える構成となっ
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、したがって、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。すな
わち、光路６１の励起光の入射側では光強度は高いが、
ゲル中を進むに従い光強度が減衰する。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、それが励起
光の光路６１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、非常に微弱な蛍光を集
光して受光する光センサとして、イメージインテンシフ
ァイアおよびＣＣＤカメラを組合せたもの、または暗電
流を減らすためにＣＣＤ固体撮像素子を冷却して等測的
に感度を高めたＣＣＤカメラなどの高価な１次元状の高
感度の光センサ（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、このような電気泳動パターン読み取り装置は、電
気泳動中に電気泳動パターンを読み取る方式であるため
、ＤＮＡの塩基配列を決定するため以外の蛍光パターン
を読み取ることに適さないという問題点を有している。

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、蛍光パターン読み取り装置において、
種々のゲル材質、薄膜に転写した蛍光標識されている試
料を高感度で読み取ることができる蛍光パターン読み取
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、本発明の蛍光パターン読み取
り装置は、試料を電気泳動して泳動パターンに展開した
後の試料を標識している蛍光物質を励起して蛍光を発光
させ、発光する蛍光パターンを読み取る蛍光パターン読
み取り製麹であって。

蛍光パターンの蛍光物質を励起させるための照射光を走
査してゲルの厚み方向に照射する光走査機構と、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、蛍光パターンの蛍光を読取り面の
散乱光から分離して受光する受光部と、受光部で受光し
た光信号の光電変換を行って電気信号を出力する光電変
換部と。

光電変換部からの電気信号に対して、照射光の走査と同
期して積分動作を行って増幅し順次に蛍光パターンの電
気信号を出力する増幅器とを備えたことを特徴とする。

また、増幅器は、演算増幅器、コンデンサ、および積分
動作制御スイッチから構成される積分回路を備え、光走
査機構による照射光の走査と同期して、積分回路の積分
動作の制御を行い、光電変換部からの電気信号を対して
、読み取り画素分の積分増幅を順次に行い、蛍光パター
ンの電気信号を出力することを特徴とする。

〔作用〕

これによれば、蛍光パターン読み取り装置には、光走査
機構と、蛍光パターンの蛍光を受光する受光部と、光電
変換部と、増幅器とが備えられる。

光走査機構は、蛍光パターンの蛍光物質を励起させるた
めの照射光を走査してゲルの厚み方向に照射する。受光
部は、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、蛍光パターンの蛍光
を読取り面の散乱光から分離して受光し、光電変換部が
受光部で受光した光信号の光電変換を行って電気信号を
出力する。

更に、増幅器は積分回路を備え、光電変換部からの電気
信号に対して、照射光の走査と同期して積分動作を行っ
て増幅し順次に蛍光パターンの電気信号を出力する。増
幅器における積分回路は、演算増幅器、コンデンサ、お
よび積分動作制御スイッチから構成されており、微弱信
号に対し精度よく積分動作を行う。積分回路の積分動作
の制御は、光走査機構による照射光の走査と同期して行
い、光電変換部からの電気信号を対して、読み取り画素
分の積分増幅を順次に行い、蛍光パターンの電気信号を
出力する。

このように、光走査機構は、読み取り対象の蛍光パター
ンに対して、光源からの光を読み取り面の正面側から読
み取り方向に走査するフライングスポットスキャンを行
う。スキャンミラーの走査角を制御する駆動回路の動作
に同期して、受光部からセンサの出力が取り込まれ、積
分回路を備えた増幅器により、微弱な蛍光の受光信号の
積分増幅を行う。この積分増幅では、積分回路を制御し
、コンデンサに設定した時間だけ電荷を蓄積する増幅を
行い、信号対雑音比を向上させる。これにより、蛍光標
識した試料の蛍光パターンは、フライングスポットスキ
ャンで読み取り、アガロースゲルなどの散乱光の多いゲ
ルや薄膜フィルタに転写した試料であっても、微小領域
を順次に読み取るので、高い信号対雑音比で読み取るこ
とができる。

また、薄膜フィルタに転写した試料の蛍光パターンを読
み取る場合においては、薄膜フィルタから発生する散乱
光のレベルが高いため、薄膜フィルタに緩衝液を含浸さ
せた後、両面をガラス支持板で挾んで読み取ることによ
り、散乱光を含む背景光などを減少させて読み取ること
ができる。

なお、蛍光パターンを読み取るための蛍光標識を走査し
て照射する励起光は、ゲルの厚み方向から照射されるた
め、ゲルからの散乱光によって、照射するエリアが広が
ることはなく、また、ゲルを乾燥して読み取ることや、
試料を薄膜フィルタに転写した場合でも薄膜フィルタか
らの背景光の悪影響をできるだけ抑えながら前記のゲル
の場合と同様に読み取ることができるので、高い信号対
雑音比で読み取ることができる。

更に、励起光を照射するスキャン動作と、受光部から後
続する増幅器の積分回路の標本化動作と同期させること
によって、読み取り対象のサイズに合せて読み取ること
が可能となり、読み取りの無駄時間を省くことができる
。また、標本化動作の時間間隔、積分動作時間などを制
御することにより、蛍光パターンを読み取る際の背景光
に対する蛍光標識からの蛍光の比率を高めることができ
、容易に高感度に試料の蛍光パターンを読み取ることで
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
泳動部ユニット５と、泳動部ユニット５が装着され該泳
動部ユニット（以下、泳動部と略称する）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
電源袋！！４とから構成される。泳動部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、該ゲルを両側から挟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（前述した第１４ａ図、第
１４ｂ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ＤＮＡフラグメントなどの断片化し
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
出したゲルの状態で）計測部本体７に装着して、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７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７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２刺定処理などを行い、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（ゲルおよびゲル支持体からなる泳動部ユニット）
５を装着して、読み取る読み取り台が、本体上部の蓋７
ａの直下に設けられている。電気泳動ユニットｌから取
り外した泳動部５は、計測部本体７において計測部本体
上部の蓋７ａを開けて読み取り台に装着される。読み取
り台に泳動部５の読み取り対象のゲルを装着した後、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に内蔵する点光源からの照射光の走査が開始され、
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
質の分布のパターンを計測する。データ処理装置Ｂ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Ｓ識し
た試料（ＤＮＡフラグメント）の電気泳動を行う。約５
時間位の所定時間の電気泳動の終了後、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、蓋フ
ａ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、この段階で蛍光色素をつける
処理を施すようにしてもよい。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、操作表示バネルフｂ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を予めデータ処理装
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予めプログラム
しである所望の処理を行う２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、データ処理を行った結果データは、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。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、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出感度を高めて、蛍光１３を受
光する。集光器２３により受光した光は、光電変換部２
４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
れている。

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て受光し、更に受光し
た蛍光１３を電気信号に変換し、変換した電気信号を増
幅８１２５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
ータに変換さ九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２
９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、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４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る。また、第
５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４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
が生ずることになる。これに対して、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５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＝ｊａｎ−”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
装置が重くなるので、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３
０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６＠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。振動
ミラーのアクチュ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
においてレーザビームのスポット光が等速で移動するた
めには、照射面の距離又と時間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とスポット光
の移動距離Ｘとの関係は、第５図に示すような関係とな
っているので、第５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１発生した駆動制御信号を振動ミラー
２２のアクチュエータに供給して、振動ミラー２２の駆
動制御を行う。

ミラードライバ３０は、第６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ドライバ３０ｃと、メモリに対し時
系列的に読み出しアドレスを与えるカウンタＳｏｄ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ダ（第５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
み比される。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で除去し、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ビームのスポット
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
量子効率の差に応じて、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からのレーザビームがスキャンされ、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Ｓのゲルの蛍光物質が励起され、蛍光１３
を発する（第２図）。

第７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おり、ここでのゲル
支持体５ｂ、５ｃとしては、この例の泳動部５では、ゲ
ル支持体５ｂ、５ｃに蛍光の比較的少ない硼素硅酸ガラ
スを使用している。この他に、ゲル支持体５ｂ、５ｃと
しては、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、スキャンされて移動するレーザビーム３
１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、５ｃを厚み方向に透過し、ゲル
５ａ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、
５ｃおよびゲル５ａの厚みは、それぞれ約５Ｉおよび約
０．３５ｍ１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３１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
。

このように励起光のスキャンによって、ゲル５ａ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
光学的に分離され、ゲルからの蛍光のみが光電変換部２
４に送られる。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とが光学フィルタを用いて分
離され、光電子増倍管により微弱な蛍光が電気信号に変
換される。集光器２３および光電変換部２４における光
学系の詳細な構成は、第７図に示めされるとおりである
。

第７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７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。図中Ａ点はゲル５ａからの蛍光１
３およびゲル５ａから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、例えば、ゲル支持体５ｂ
の場合、焦点Ａ′点に結像する。ここで光フアイバアレ
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蛍光を、ゲル支持体からの散
乱光と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においては
、ゲルとゲル支持体であるガラスとの屈折率が１．４〜
１．５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の表面で発生する励
起光の散乱光が少なく、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７Ｃのゲルの
載置ガラスの厚み分により、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、５ｃ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られる。

光フアイバアレイ２３ｂ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を用いて平行光成分の
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で集光して光電子増倍管２４ｆに
導き、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により平行光成分のみとし、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
電子増倍管２４ｆに導く。

このようにして蛍光が受光されて集光され、光学フィル
タにより散乱光が除去された後、光電子増倍管２４ｆに
導かれた蛍光は、光電子増倍管２４ｆにより電気信号に
変換され、変換された電気信号は増幅器２５に入力され
る。増幅器２５においては、微弱な信号を積分回路を含
む増幅段で十分に増幅される。

第８図は、積分回路を含む増幅器の構成を示す回路図で
ある。この増幅器２５には、第８図に示すように、前段
に演算増幅器で構成される積分回路が設けられ、次段に
演算増幅器で構成される出力増幅回路が備えられて構成
されている。光電子増倍管２４ｆからの電気信号は、演
算増幅器２５ａに入力される。演算増幅器２５ａはコン
デンサ２５ｃおよび積分動作を制御するスイッチ２５ｄ
と共に、積分回路を構成している。積分回路の出力は、
演算増幅器２５ｂに入力され、外付抵抗で決まるゲイン
での増幅を行い、後続するアナログデジタル変換回路に
送られる。

このように構成される積分回路を含む増幅器２５におけ
る動作を第９図のタイミングチャートを参照して説明す
る。光電子増倍管２４ｆの出力は、非常の大きな出力イ
ンピーダンスを有するために、はぼ電流源と見みなすこ
とができる。また、演算増幅器２５ａには、ＦＥＴ　（
電界効果トランジスタ）入力型の高入力インピーダンス
のものが用いられる。したがって、スイッチ２５ｄがオ
フ状態になっていると、光電子増倍管２４ｆの出力電流
ｉｐは、そのまま全部がコンデンサ２５ｃを流れる電流
となる。この電流により演算増幅器２５ａの出力電圧は
、第９図に示すように、ランプ関数状の出力となる。

このような積分動作は、１画素に相当する時間だけ積分
し、アナログ・ディジタル変換回路２６内にある標本化
回路がＳ／Ｈクロックのタイミングに合せてサンプリン
グし、そのままホールドし、アナログ・デジタル変換回
路２６により、デジタル信号に変換される。

ボールドされた後は、スイッチ２５ｃｌに加えるＣ／Ｄ
制御信号であるＣ／Ｄクロックをアクティブにすること
により、コンデンサ２５ｃに蓄積した電荷を放電する。

以下、同様に、この動作を繰り返す。

このような演算増幅器による積分回路を用いる増幅段で
は、抵抗とコンデンサのみからなる疑似的な積分回路と
は異なり、光電子増倍管２４ｆからの電荷は、はぼ完全
に積分することができる。このため、高い信号対雑音比
を得ることができる。

また、積分時間についても、スイッチ２５ｄに対するＣ
／Ｄ制御信号のＣ／Ｄクロックを変えることで任意に変
えることができる。このため、総合的に微弱信号を増幅
する増幅度の調整が容易に行える。この例では、第４図
に示したミラードライバ３０の動作と同期させることに
より、読み取り試料の面積の大きさに合せて制御するこ
とが可能であり、読み取りの無駄時間をなくすことがで
きる。

また、試料からの蛍光の強度に合せて、励起光のスキャ
ン速度と受光側の増幅器の積分時間を自由に設定できる
ため、非常にフレキシブルな装置を構成することができ
る。

このように、増幅器２５（第２図）で増幅された電気信
号は、アナログ・デジタル変換回路２６に入力されて、
デジタルデータに変換される。デ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２
８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
装置を用いて、ゲル以外の媒体に泳動した試料を転写し
て電気泳動パターンを読み取る読取り方法について説明
する。

これは、予かしめ、蛍光色素で標識することが困難な場
合などにおいて用いる。この読み取り方法の手順として
は、まず、蛍光標識されていない試料を電気泳動により
分離し、電気泳動が終ったら、ゲル上に薄膜フィルタを
のせ、電気泳動と同じ原理などを利用して、ゲル中から
試料を薄膜フィルタに吸い上げる。薄膜フィルタとして
は、ニトロセルロースやナイロンなどの材質を用い、試
料が吸着しやすいように表面処理を施されているものを
用いである。次に、この薄膜フィルタ上の試料に結合し
やすい物質（この物質をプローグという）を蛍光標識し
て付着させて読み取る方法である。

第１０図は、薄膜フィルタに転写し、蛍光プローブで標
識した試料を読み取るための方法を説明する図である。

薄膜フィルタに転写し、蛍光プローブで標識した試料は
、当該薄膜フィルタを直接的に、計測部本体７にセット
して読み取ることも可能であるが、しかし、薄膜フィル
タ自体が白色となっているため、散乱光が強く、蛍光の
検出感度は、ゲルの場合と比較して例えば１桁程度低い
。そのため、蛍光強度の弱いサンプルにおいては、読み
取ることが困難な場合もある。この散乱光の強度を低く
抑えるための処理方法の一例を説明する。この方法は、
第１０図に示すように、読み取り試料の処理方法におい
て、ゲルから泳動した試料を薄膜フィルタに転写し、蛍
光１１ｍ、したプローブを泳動試料に付着させることに
より、蛍光を発光するようにした読み取り試料の薄膜フ
ィルタ８２を緩衝液８１に浸漬し、ガラス支持板５ａ、
５ｂに挟む。この際、気泡ができるだけ入らないように
注意する。緩衝液８１は、これ以外であっても、支持板
や薄膜フィルタと同様な光学的屈折率を有し、試料に悪
影響を与えないものであれば問題はない。薄膜フィルタ
８２は微小な穴の開いた素材であるため、これらの穴の
空間は緩衝液８１などで覆われることになり、散乱光の
レベルが大幅に減少する。この薄膜フィルタ８２をガラ
ス支持板５ｂ、５ｃで挟んだ読み取り試料は、前述のよ
うなゲルを電気泳動した読み取り試料と同様に、計測部
本体７で読み取ることができる。さらに、無蛍光タイプ
の薄膜フィルタを用いれば、ＳｌＮ比がよく、読み取る
ことかできる。

第１１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実施例を説
明する図である。前述の第４図に示したように、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、前述の第４図の光走
査機構においては、第６図に示すように、モラードライ
バに補正制御回路を設け、振動ミラーのミラードライバ
に回転角速度の駆動速度を補正する構成としたが、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際に、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（等回転角速度）でミラーをス
キャンし、これにより、読み取られた蛍光の強度を、第
１１図に示すように、スポット光の移動速度の関数と逆
関数の関係となる関数の特性により、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、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
動パターン装置において、蛍光色素標識を読み取るため
光源から励起光を照射する際の走査する励起光の光走査
機構の駆動動作と、受光部の信号処理の増幅器の動作を
同期させて制御することにより、読み取り試料のサイズ
や蛍光強度のレベルに合せて、読み取り感度をフレキシ
ブルに設定することが可能となる。また、薄膜フィルタ
に試料を転写し、蛍光標識した試料を読み取る場合など
についても、薄膜フィルタから発生する散乱光のレベル
を低減することができるため、高い信号対雑音比で蛍光
パターンを読み取ることが可能となり、装置における信
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４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５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６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、第７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８図は、積分回路を含む増幅器の回路構成を示す回路
図、第９図は、増幅器の読み取り動作のタイミングを示すタ
イムチャート、第１０図は、薄膜フィルタに転写した試料を読み取るた
めの方法を説明する図。第１１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場合の実施
例を説明する図、第１２図は、従来の蛍光式電気泳動装置の外観を示す斜
視図。第１３図は、泳動計測装置の内部の構成を示すブロック
図、第１４ａ図および第１４ｂ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１５ａ図および第１５ｂ図は、泳動計測装置から送出
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、第１６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、！５・・・光学
フィルタ、１６・・・光センサ、１７・・・増幅器、１
８・・・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、５１・・・泳動計測装置、５１ａ・・・扉、５
１ｂ・・・操作パネル、５２・・・データ処理装置、５
３・・・ケーブル、５４・・・計算機本体、５５・・・
キーポー阻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、７１．７２．７３．７４・・・レーン。第１図第２図第４図第６図１コ第７図第８図第９図１−１１！！ｌ１ｋ−１第１０図第１２図第１３図臼第１４ａ図第１５ａ図第１４ｂ図第５ｂ図第１６図ＨＨＨ）−ＩＳ’、Ｓ’。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）試料を電気泳動して泳動パターンに展開した後の
試料を標識している蛍光物質を励起して蛍光を発光させ
、発光する蛍光パターンを読み取る蛍光パターン読み取
り装置であって、蛍光パターンの蛍光物質を励起させる
ための照射光を走査してゲルの厚み方向に照射する光走
査機構と、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、蛍光パターンの
蛍光を読取り面の散乱光から分離して受光する受光部と
、受光部で受光した光信号の光電変換を行って電気信号
を出力する光電変換部と、光電変換部からの電気信号に
対して、照射光の走査と同期して積分動作を行って増幅
し順次に蛍光パターンの電気信号を出力する増幅器とを
備えたことを特徴とする蛍光パターン読み取り装置。
（２）増幅器は、演算増幅器、コンデンサ、および積分
動作制御スイッチから構成される積分回路を備え、光走
査機構による照射光の走査と同期して、積分回路の積分
動作の制御を行い、光電変換部からの電気信号に対して
、読み取り画素分の積分増幅を順次に行い、蛍光パター
ンの電気信号を出力することを特徴とする請求項１に記
載の蛍光パターン読み取り装置。
（３）積分回路の積算時間およびサンプルホードルド周
期を制御して、読み取り対象の蛍光パターンの読み取り
範囲および蛍光パターンの各画素の読み取り分解能を設
定することを特徴とする請求項２に記載の蛍光パターン
読み取り装置。
（４）請求項１に記載の蛍光パターン読み取り装置を用
いて、蛍光パターンを読み取る蛍光パターン読み取り方
法であって、蛍光物質により標識された試料に対して電
気泳動を行って泳動パターンに展開した後、試料を薄膜
フィルタに転写し、該薄膜フィルタ上での泳動パターン
の蛍光物質を励起して蛍光を発光させ、発光する蛍光パ
ターンを読み取る場合、試料を転写した薄膜フィルタを
光学的屈折率が空気の屈折率よりも、薄膜フィルタの素
材に近い液体に浸漬させた後に、蛍光パターン読み取り
装置で読み取ることを特徴とする蛍光パターン読み取り
方法。
（５）請求項１に記載の蛍光パターン読み取り装置を用
いて、蛍光パターンを読み取る蛍光パターン読み取り方
法であって、蛍光物質により標識していない試料を電気
泳動して、泳動パターンに展開した後、試料を薄膜フィ
ルタに転写し、更に蛍光標識し、該薄膜フィルタ上での
泳動パターンの蛍光物質を励起して蛍光を発光させ、発
光する蛍光パターンを読み取る場合、試料を転写した薄
膜フィルタを光学的屈折率が空気の屈折率よりも、薄膜
フィルタの素材に近い液体に浸漬させた後に、蛍光パタ
ーン読み取り装置で読み取ることを特徴とする蛍光パタ
ーン読み取り方法。
（６）請求項４に記載の蛍光パターン読み取り方法にお
いて、試料を転写した薄膜フィルタを透明ガラス支持板
に挟み、透明ガラス支持板を介して蛍光パターンを読み
取ることを特徴とする蛍光パターン読取り方法。
（７）請求項１に記載の蛍光パターン読み取り装置を、
読取りユニットに設けた蛍光式電気泳動パターン読み取
り装置であって、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て、
ゲルの蛍光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。
（８）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７に記載の蛍光式電気泳動
パターン読み取り装置。
（９）請求項１に記載の蛍光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
、更に、ミラードライバに照射光を走査して照射面を移
動するスポット光の移動走査速度が照射面上で等速とな
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
とする蛍光パターン読み取り装置。
（１０）請求項１に記載の蛍光パターン読み取り装置に
おいて、光走査機構は、照射する照射光を一次元的に走
査して照射光のスポット光の移動させる光走査機構であ
り、試料の蛍光物質から発生した蛍光を集光して受光す
る受光部と、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、
受光部から受光した蛍光の電気信号を増幅した後、補正
処理手段により照射されるスポット光の移動速度変化に
よる受光された蛍光強度を補正して読み取ることを特徴
とした請求項９に記載の蛍光パターン読み取り装置。