JPH05118988A - 塩基の光学的識別装置 - Google Patents

塩基の光学的識別装置

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JPH05118988A
JPH05118988A JP3283024A JP28302491A JPH05118988A JP H05118988 A JPH05118988 A JP H05118988A JP 3283024 A JP3283024 A JP 3283024A JP 28302491 A JP28302491 A JP 28302491A JP H05118988 A JPH05118988 A JP H05118988A
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tape
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fluorescence
exciting light
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JP3283024A
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Shigeru Hosoi
茂 細井
Takeshi Hayakawa
毅 早川
Koji Tsuchiya
広司 土屋
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Hamamatsu Photonics KK
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 塩基の光学的識別装置を改良する。 【構成】 本発明の構成によれば、塩基は走行する鏡面
テープに滴下されることにより、位置的に分離される。
そして、第1の構成では、これに励起光を照射すること
で、螢光を生じさせているので、順次に塩基を識別する
ことが可能になる。ここで、塩基は鏡面テープ上に置か
れるので、励起光が光検出手段に入射したりすることが
なく、また螢光は効率よく光検出手段に入射される。一
方、第2の構成によれば、塩基は鏡面テープ上に付着さ
れたモノクロナル抗体に把えられ、発抗型の抗体が供給
される。したがって、発光波長などを抗A、G、C、T
ごとに異ならせておくことで、発光検出による塩基の識
別が行なえる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は塩基の光学的識別装置に
関するもので、特に遺伝子を構成する塩基(ヌクレオチ
ド)の螢光あるいは発光検出による識別に用いられる。
【0002】
【従来の技術】遺伝子の組成物質であるDNA(デオキ
シリボ核酸、塩基を主成分とし、これに糖、リン酸が付
いている)は2重らせん状糸になっており、このらせん
状糸に遺伝情報が入っている。その遺伝情報はDNAに
1つずつ暗号(塩基配列)のような形で入っており、生
物の細胞核の中に遺伝子がひも状に連なって群集してい
る。微生物のような下等生物であれば数千塩基対程度で
すむが、遺伝情報の多い高等生物には数億ないし29億
の塩基対も存在する。
【0003】遺伝子の主体であるDNAの遺伝情報は、
核酸を構成するアデニン(A)、グアニン(G)、シト
シン(C)、チミン(T)の4種類の塩基(ヌクレオチ
ド)の配列いかんにより決まっている。したがって、こ
の配列を知ることが、今後の遺伝子工学、医学等を発展
させる上で、極めて重要になっている。
【0004】ところで、上記の塩基は、それぞれ個性的
な螢光を生成することが知られており、これによって塩
基を分別することが行われている。螢光を生成するため
には、励起光を照射することが必要であり、この螢光の
検出には光電子増倍管(ホトマル)のような高感度の検
出器を用いるとよい。
【0005】このような従来装置としては、例えば文献
「Chemical Physics Letter
s,(1990)174:552〜557」のものが知
られている。ここでは、図6に示すように微粒子を供給
するフローセル61に対して、流れの方向と直交する方
向に光源62からの励起光が照射され、流れ方向と励起
光照射方向の双方に直交する方向で、螢光をホトマル6
3により検出している。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来装置では、遺伝子の有する塩基からの螢光を、正確
かつ効率よく検出できない。なぜなら、1個のDNAの
有する塩基はA、G、C、Tの4種類であって、しかも
極めて多数である反面、そのサイズは極めて微小で、生
成される螢光も極めて微弱だからである。このため、励
起光のビームを塩基が通過するほんの一瞬の螢光検出で
は、その種類が分別できない。
【0007】もっとも、塩基の流れに対して、流れ方向
の広い範囲で励起光を照射すれば、螢光の生成可能時間
を長くし、効率を高めることもできる。しかし、このよ
うにした場合には、次々と供給されてくる塩基を同時に
検出することになり、得られたデータの処理が難しくな
る。
【0008】そこで本発明は、螢光検出あるいは発光検
出により、遺伝子の有する塩基の種類を正確かつ迅速に
識別できる塩基の光学的識別装置を提供することを目的
とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明に係る第1の光学
的識別装置は、光反射性で長尺の鏡面テープを一定速度
で長手方向に走行させるテープ走行手段と、遺伝子を個
々の塩基に分離して前記鏡面テープに滴下する塩基滴下
手段と、塩基の滴下位置の下流側で鏡面テープに励起光
を照射する励起光源と、励起光による塩基の螢光を検出
する光検出手段とを備えることを特徴とする。
【0010】また、本発明に係る第2の光学的識別装置
は、光反射性で長尺の鏡面テープを一定速度で長手方向
に走行させるテープ走行手段と、遺伝子を個々の塩基に
分離して鏡面テープに滴下する塩基滴下手段と、塩基の
滴下位置の上流側で鏡面テープに塩基のモノクロナル抗
体を付着させるモノクロナル抗体付着手段と、塩基の滴
下位置の下流側で鏡面テープに発光型の塩基の抗体を供
給する発光型抗体供給手段と、発光型の抗体の供給位置
の下流側で鏡面テープの表面を洗浄する洗浄手段と、洗
浄位置の下流側で鏡面テープに発光試薬を供給しながら
塩基の発光を検出する検出手段とを備えることを特徴と
する。
【0011】
【作用】本発明の構成によれば、塩基は走行する鏡面テ
ープに滴下されることにより、位置的に分離される。そ
して、第1の構成では、これに励起光を照射すること
で、螢光を生じさせているので、順次に塩基を識別する
ことが可能になる。ここで、塩基は鏡面テープ上に置か
れるので、その反射光が光検出手段に入射したりするこ
とがなく、また螢光は効率よく光検出手段に入射され
る。
【0012】一方、第2の構成によれば、塩基は鏡面テ
ープ上に付着されたモノクロナル抗体に把えられ、発抗
型の抗体が供給される。したがって、発光型抗体の発光
波長などを抗A、G、C、Tごとに異ならせておくこと
で、発光検出による塩基の識別が行なえる。
【0013】
【実施例】以下、添付図面の図1〜図5を参照して、本
発明の実施例を説明する。
【0014】図1は第1実施例に係る塩基の螢光識別装
置の斜視図である。この螢光識別装置は、塩基を供給す
る単一分子連続トラップ型のフローセル10と、この塩
基が表面に供給される長尺の鏡面テープ20と、鏡面テ
ープ20の表面に励起光を照射する励起光源30と、励
起光の照射位置で塩基からの螢光を検出する螢光検出器
40とを備えている。また、鏡面テープ20はドラム2
1に巻いてあり、ローラ22、23を介して順次に送ら
れ、矢印A方向に一定速度で走行するようになってい
る。 フローセル10は本体11に2個の超音波トラッ
プ12を挟んで構成される。図2に示すように、各々の
超音波トラップ12はピエゾ素子13を有し、配線14
を介してピエゾ駆動回路に接続されている。このフロー
セル10のフロー通路15にDNAを分離した塩基を含
んだ液体を流し、ピエゾ素子13によって定在波を作る
ことにより、図2のように液体は分離して滴下される。
滴下された塩基は矢印A方向に走行する鏡面テープ20
に付着し、励起光源30および螢光検出器40の方向へ
と定速で進んでいく。
【0015】励起光源30は例えばレーザ光源であり、
鏡面テープ20の塩基が付着している位置に連続的に照
射される。このとき、励起光を図1のように斜め方向か
ら入射すれば、鏡面テープ20での反射光ビームも斜め
方向に出射される。このため、励起光が反射光として、
螢光検出器40に入射する確率はほとんどなくなるの
で、たとえ後述の波長選択フィルタ41のカットオフ特
性が完全でなくとも、雑音成分となることはない。
【0016】螢光検出器40は例えば光ファイバ付きの
光子計数型テレビカメラで構成されるが、光電子増倍管
(ホトマル)などで構成してもよい。なお、螢光検出器
40の受光面には波長選択フィルタ41が設けられ、励
起光の散乱光の入射がないようにしている。この螢光検
出器40では、塩基の螢光寿命と波長が検出され、この
差異により塩基を前述のA、T、G、Cに識別できる。
なお、螢光検出は検出期間を長くする必要上、オフライ
ンで行なってもよい。
【0017】図3は第2実施例に係る塩基の発光識別装
置の斜視図である。鏡面テープ20が走行させられる点
と、この表面にフローセル10から塩基が滴下される点
については、前述の第1実施例と同様である。本実施例
では、フローセル10の上流側に抗体コーティング装置
50が設けられ、フローセル10の下流側に発光型抗体
供給装置60と、洗浄装置70と、発光試薬供給装置8
0が設けられ、更に発光検出装置90が設けられている
点で、第1実施例と異なっている。
【0018】抗体コーティング装置50はDNAの塩基
A、T、G、Cに対応して、均一の分子からなる抗体で
あるモノクロナル抗A、抗T、抗G、抗Cを鏡面テープ
20にコーティングする装置で、このコーティングは図
示の如くオンラインで行なってもよいし、あらかじめオ
フラインでコーティングしておいてもよい。発光型抗体
供給装置60は発光型の抗A、抗T、抗G、抗Cを供給
するもので、洗浄装置70は余分な発光型の抗A〜Cを
除去するものである。これらの供給および洗浄について
も、オフラインで行なってもよい。
【0019】発光試薬供給装置80は発光型の抗A〜C
の酵素と結びついて発光する試薬を供給するもので、こ
の発光が発光検出装置90により検出される。発光検出
装置90は光子計数型のテレビカメラ、あるいはホトマ
ルで構成され、発光波長などが観測される。
【0020】上記第2実施例における発光検出を、図4
により模式的に説明する。まず、図4(a)のように、
抗体コーティング装置50によって鏡面テープ20にモ
ノクロナル抗A〜抗Cがコーティングされる。これら抗
A〜抗Cは、それぞれ塩基A〜塩基Cと特異的に結び付
く性質を有しており、したがってフローセル10から塩
基が滴下されると、塩基A〜Cは対応する抗A〜Cと結
合する。
【0021】発光型抗体供給装置60から供給される発
光型の抗A〜抗Cは、それぞれ図4(b)のように発光
性の酵素を有しており、かつ塩基A〜塩基Cと特異的に
結び付く性質を持っている。このため、図4(c)に示
すように、鏡面テープ20に付着したモノクロナル抗A
には塩基Aが特異的に結びつき、さらに発光型の抗Aが
特異的に結びつく。また、図4(d)のように、鏡面テ
ープ20に付着したモノクロナル抗Tには塩基T、塩基
Tには発光型の抗Tが結びつく。このため、各々の酵素
の発光波長などを変えておくことで、発光検出による識
別が可能になる。
【0022】発光検出を容易にするため、図5のような
分子増倍過程を利用してもよい。すなわち、図5の右上
に丸印の1〜3で示す3種の抗体を用意し、これを鏡面
テープ20に供給する。これにより、抗体の連鎖反応が
生じ、重合反応を用いた分子増倍が実現できる。なお、
抗原結合部位を認識するための抗体には、抗イディオタ
イプ抗体と呼ばれるものがある。これによれば、連鎖し
た分だけ酵素が多くなるので、発光量を増大できる。
【0023】本発明は上記実施例に限定されず、種々の
変形が可能である。例えば、螢光検出器40や発光検出
装置90は複数個としてもよい。また、1回の検出で失
敗したときには、検出を改めて行なってもよい。なぜな
ら、塩基はいったん鏡面テープ20に付着されると、そ
の位置は後に変ることがないので、繰り返して発光ある
いは螢光検出することが可能になる。また、鏡面テープ
20は例えばメタルテープで構成できるが、シリコンな
どをコーティングしたテープとしてもよい。
【0024】
【発明の効果】以上、詳細に説明した通り、本発明の構
成によれば、塩基は走行する鏡面テープに滴下されるこ
とにより、位置的に分離される。そして、第1の構成で
は、これに励起光を照射することで、螢光を生じさせて
いるので、順次に塩基を識別することが可能になる。こ
こで、塩基は鏡面テープ上に置かれるので、励起光が光
検出手段に入射したりすることがなく、また螢光は効率
よく光検出手段に入射される。一方、第2の構成によれ
ば、塩基は鏡面テープ上に付着されたモノクロナル抗体
に把えられ、発光型の抗体が供給される。したがって、
発光波長などを抗A、G、C、Tごとに異ならせておく
ことで、発光検出による塩基の識別が行なえる。このた
め、遺伝子の有する塩基の種類(A,T,G,C)を、
正確かつ迅速に識別できる装置が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例に係る螢光識別装置の斜視
図である。
【図2】フローセル10の詳細な構成図である。
【図3】本発明の第2実施例に係る発光識別装置の斜視
図である。
【図4】発光検出の原理を示す模式図である。
【図5】分子増倍過程の原理を示す模式図である。
【図6】従来装置の斜視図である。
【符号の説明】
10…フローセル 20…鏡面テープ 30…励起光源 40…螢光検出器 50…抗体コーティング装置 60…発光型抗体供給装置 70…洗浄装置 80…発光試薬供給装置 90…発光検出装置

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 光反射性で長尺の鏡面テープを一定速度
    で長手方向に走行させるテープ走行手段と、 遺伝子を個々の塩基に分離して前記鏡面テープに滴下す
    る塩基滴下手段と、 前記塩基の滴下位置の下流側で前記鏡面テープに励起光
    を照射する励起光源と、 前記励起光による前記塩基の螢光を検出する光検出手段
    とを備えることを特徴とする塩基の光学的識別装置。
  2. 【請求項2】 光反射性で長尺の鏡面テープを一定速度
    で長手方向に走行させるテープ走行手段と、 遺伝子を個々の塩基に分離して前記鏡面テープに滴下す
    る塩基滴下手段と、 前記塩基の滴下位置の上流側で前記鏡面テープに前記塩
    基のモノクロナル抗体を付着させるモノクロナル抗体付
    着手段と、 前記塩基の滴下位置の下流側で前記鏡面テープに発光型
    の前記塩基の抗体を供給する発光型抗体供給手段と、 前記発光型の抗体の供給位置の下流側で前記鏡面テープ
    の表面を洗浄する洗浄手段と、 前記洗浄位置の下流側で前記鏡面テープに発光試薬を供
    給しながら前記塩基の発光を検出する検出手段とを備え
    ることを特徴とする塩基の光学的識別装置。
  3. 【請求項3】 前記発光型抗体供給手段が、抗体の連鎖
    反応による分子増倍過程を生じさせる手段である請求項
    2記載の塩基の光学的識別装置。
JP3283024A 1991-10-29 1991-10-29 塩基の光学的識別装置 Pending JPH05118988A (ja)

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EP0541296B1 (en) 1997-05-21
EP0541296A3 (en) 1993-08-04
DE69219857D1 (de) 1997-06-26
EP0541296A2 (en) 1993-05-12

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