JPH06265523A - ゲル電気泳動パターン読み取り装置および方法 - Google Patents

ゲル電気泳動パターン読み取り装置および方法

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JPH06265523A
JPH06265523A JP5078569A JP7856993A JPH06265523A JP H06265523 A JPH06265523 A JP H06265523A JP 5078569 A JP5078569 A JP 5078569A JP 7856993 A JP7856993 A JP 7856993A JP H06265523 A JPH06265523 A JP H06265523A
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electrophoretic
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electrophoresis
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永典 奈須
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義隆 中村
Hitoshi Fujimiya
仁 藤宮
Kenji Yamamoto
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 核酸やタンパク質を泳動分離した電気泳動パ
ターンを、特殊なレーザ光源など高価な装置構成を必要
とせずに、高い検出感度で読み取ることができるゲル電
気泳動パターン読み取り装置および方法を提供する。 【構成】 螢光物質により標識した試料を電気泳動ゲル
の入口側から供給する試料供給手段と、該電気泳動ゲル
に泳動電圧を印加して試料を電気泳動分離する電気泳動
手段と、該電気泳動ゲルの出口側から電気泳動分離され
た試料を連続して搬送流体中に流出させて搬送する搬送
手段と、該搬送流体に発光液を混合する混合手段と、該
搬送流体が所定距離だけ搬送された位置で該搬送流体中
の試料から発光する蛍光を受光する受光手段とを備え
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ゲル電気泳動パターン
読み取り装置および方法に関し、更に詳細には、核酸や
タンパク質を泳動分離した電気泳動パターンを、特殊な
レーザ光源など高価な装置構成を必要とせずに、高い検
出感度で読み取ることができるゲル電気泳動パターン読
み取り装置および方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来から、生体高分子のタンパク質,核
酸の分画や構造解析には、ゲル電気泳動法による分析手
法が多く用いられる。ゲル電気泳動法は微量な試料を適
切に分析できるため、このゲル電気泳動法が用いられる
場合は、取得できる試料の量が限られている場合が多
く、そのため、分析処理では、特に、確実な高い検出感
度が要求される。
【0003】従って、従来においては、分析する対象の
試料を放射性同位体で標識し、ゲルに試料を注入して電
気泳動を行った後、そのゲルをX線フィルムなど貼付て
露光し、そのX線フィルムを現像し、そのX線フィルム
に転写された放射性同位体による露光のパターンを、試
料の電気泳動パターンとして読み取っていた。
【0004】しかし、放射性同位体は危険であり、取扱
いを厳重に管理しなければならないので、近年において
は、レーザ光源,光学センサ技術,信号処理技術などの
発達により、危険な放射性同位体を用いずに、電気泳動
パターンを検出する蛍光検出法が開発されるに至ってい
る。このような蛍光検出法では、試料を蛍光物質で標識
し、電気泳動した後に、標識した蛍光物質を直接レーザ
光源により励起し、その蛍光パターンを検出することに
より電気泳動パターンを検出する。
【0005】蛍光検出法による電気泳動パターン読取り
方法に関して、初期に開発された例として、特開昭61
−173158号公報に記載されたDNA配列決定法が
知られている。このDNA配列決定法による蛍光検出法
について、その概略を説明する。図4および図5は、蛍
光検出法によるゲル電気泳動分離パターン検出方法を説
明する図であり、図4にゲル電気泳動装置の概略のブロ
ック図を示し、図5に蛍光検出部の一部の詳細を示して
いる。
【0006】図4を参照して、電気泳動装置の装置構成
を説明する。電気泳動装置は、電気泳動を行うためのゲ
ル31と、ゲル31を保持する細管32と、細管32中
のゲル31に電界を印加するための上部緩衝液槽33お
よび下部緩衝液槽34と、第1の電極35aおよび第2
の電極35bと、泳動された試料の蛍光物質を励起する
ための光源36と、試料から発する蛍光を検出する検出
器37と、検出器からの電気信号を処理するためのデー
タ処理部38と、第1の電極および第2の電極の間に泳
動電界を与える電源39から構成されている。
【0007】次に、電気泳動装置の動作を説明する。こ
こでは、電気泳動装置において電気泳動分離する対象の
試料はDNAとし、DNAの電気泳動パターンを読み取
る場合を例として、電気泳動装置の動作を説明する。ま
ず、試料のDNAを蛍光物質で標識する。標識した試料
を上部緩衝液槽33から細管32のゲル31の中に導入
し、電源39により第1の電極35aおよび第2の電極
35bの間に数kボルトから10kボルトの程度の泳動
電圧を印加する。DNAの場合は、負の電荷を有してい
るため、第2の電極35bのプラス電極に引かれて移動
する。移動してきた試料は、光源36の位置に達する。
この位置で光源36から発光しているレーザビームを受
けて、試料に標識されている蛍光物質が励起され、蛍光
を発光するので、この蛍光を検出器37により受光す
る。検出器37は受光した蛍光を電気信号に変換する。
この蛍光の電気信号は、データ処理装置38に送られ、
データ処理装置38が電気信号から分子量別に分離され
た試料の配列(電気泳動パターン)を求める。
【0008】この場合、ゲル31中の試料の蛍光発光を
受光する検出器37の動作は、図5の部分横断面図に示
されるように(紙面の上部から紙面に向って)ゲル31
中を移動してきた試料が、光源36から発光しているレ
ーザビーム40の位置に達すると、ここでレーザビーム
40により、試料のDNAに標識された蛍光物質がゲル
31中で励起され、蛍光41を発生するので、検出器3
7は、この蛍光41をを受光する。検出器37は受光し
た蛍光41を、検出器37の光電子増倍管に導き、光電
子増倍管により電気信号に変換して、データ処理装置3
8に送る。データ処理装置38では、蛍光41の強度に
応じてそのピーク位置を求めることにより、分子量別に
分離した試料の配列を求める。
【0009】試料に標識してある蛍光物質は、DNAの
場合、その塩基の種類に対応して異なる蛍光波長を持せ
て、1本の細管により同時に4つの核酸のDNA配列を
特定できるようにする。ここで4色の蛍光をそれぞれに
発光する螢光物質は、具体的には、例えば、イソチオシ
アン酸フルオレセイン(FITC)、イソチオシアン酸
ローダミン(EITC)、イソチオシアン酸テトラメチ
ルローダミン(TMRITC),置換イソチオシアン酸
ローダミン(XRITC)などである。このような電気
泳動装置による場合、DNAの検出感度は、波長488
nmまたは514nmなどのアルゴンイオンレーザを用
いることにより、放射性同位体を用いた方法とほぼ同様
なレベルの1×10-16molレベルを達成している。
【0010】また、この実施例では、化学反応エネルギ
ーを利用して発光させる場合について簡単に言及してい
るが、ゲルから溶出させて発光物質と反応させ、不要と
なった標識物質を廃棄する方法などが具体的に示されて
いない。実際には、化学発光エネルギー源の供給方法、
発光物質と標識物質との混合方法、更には残留物質によ
るバックグラウンドノイズを防ぐための発光済み標識物
質廃棄方法など装置化に当たっての具体的問題点は多
い。
【0011】このような電気泳動法による実験は、DN
Aの塩基配列決定の他、種々広がりを見せている。例え
ば、遺伝病の診断や犯罪者のDNA鑑定、親子鑑定など
である。遺伝病の診断では、Single Strand Conformati
on Polymorphism のように、各遺伝病固有の塩基置換に
などにより、特定の条件(例えばDNAの変性状態に微
妙な差がでる温度やペーハーph条件)では、高次構造が
異なってくることを利用し、泳動パターンの違いを見る
ことによって1塩基による違いによる判定が可能になっ
てきている。犯罪者や親子などのDNA鑑定では、ヒト
によって個体間のDNAのバラつき(多型)があること
を利用して泳動距離に差が出ることを利用して比較を行
っている。
【0012】このような実験においては、DNAの塩基
長が1000塩基以下であることが多く、電気泳動用の
ゲルとしてはポリアクリルアミドゲルが用いられる。ま
た、数千塩基以上の場合には、アゲロースゲルが用いら
れている。また、試料の泳動パターンと標準DNA泳動
パターンとの比較を行なうため、平板状のゲル電気泳動
装置を用い、横に並ベて電気泳動を行い、差異を求めて
いた。
【0013】これらの方法では、ゲルの均一性を安定に
得ることや、泳動時の泳動板の温度を均一に保つ温度管
理など種々の配慮が必要とされる。特に、Single Stran
d Conformation Polymorphism においては、恒温槽を用
いた厳密な温度管理が要求されている。このような温度
管理は、電気泳動装置が平板型であり、消費する電力も
大きいため発熱が大きく、装置を更に高価格化、かつ大
型化する要因となっていた。この点に関しては、キャピ
ラリー型の電気泳動装置を用いることにより、小型で泳
動部の体積が小さいため管理が容易となる。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述したよ
うな従来の技術の蛍光検出法による電気泳動パターン読
取りを行う電気泳動装置においては、螢光物質の励起波
長に合わせて、特殊なレーザ光源を用いなければなら
ず、電気泳動装置を製造する場合、装置の全体価格に占
めるレーザ光源のコストが大きく、装置価格が割高にな
ってしまうという問題がある。また、レーザ光源から発
する光は、喩えその光が散乱光であっても高いエネルギ
ー密度を有しており、目などに入ると、色弱などの視力
障害や失明などの危険性がある。したがって、レーザ光
源を用いる場合、特にその取り扱いに注意しなければな
ず、レーザ光源を装置に組み込む場合には、その取り扱
いの安全性を考慮した構造として組み込まなければなら
ない。このため、更に装置価格が割高になってしまうと
いう問題がある。
【0015】本発明は上記のような問題点を解決するた
めになされたものであり、本発明の目的は、安価で取り
扱いの容易なゲル電気泳動パターン読み取り装置および
方法を提供することにある。
【0016】また、本発明の他の目的は、特殊なレーザ
光源など高価な装置構成を必要とせず、核酸やタンパク
質を泳動分離した電気泳動パターンを、高い検出感度で
読み取ることができるゲル電気泳動パターン読み取り装
置および方法を提供することにある。
【0017】上述のような目的を達成するため、本発明
のゲル電気泳動パターン読み取り装置は、螢光物質によ
り標識した試料を電気泳動ゲルの入口側から供給する試
料供給手段と、該電気泳動ゲルに泳動電圧を印加して試
料を電気泳動分離する電気泳動手段と、該電気泳動ゲル
の出口側から電気泳動分離された試料を連続して搬送流
体中に流出させて搬送する搬送手段と、該搬送流体に発
光液を混合する混合手段と、該搬送流体が所定距離だけ
搬送された位置で該搬送流体中の試料から発光する蛍光
を受光する受光手段とを有することを特徴とする。
【0018】また、本発明のゲル電気泳動パターン読み
取り装置は、更に、前記電気泳動ゲルの出口側の泳動電
極から発生する気体を搬送流体の流路を避けて除去する
バイパス手段を備えることを特徴とする。
【0019】また、更に、本発明のゲル電気泳動パター
ン読み取り装置においては、前記搬送流体が、電気泳動
ゲルにおける一方電極側の緩衝液と同様な組成を有する
液体であり、また、前記発光液は、過シュウ酸エステル
発光反応液であることを特徴とする。
【0020】また、本発明のゲル電気泳動パターン読み
取り装置は、電気泳動を行うためのゲルと、ゲルを充填
した第1細管と、ゲルの両端部に接触する緩衝液を溜め
る緩衝液槽と、緩衝液槽の緩衝液に接触する電極と、電
極に泳動電圧を印加する電源と、緩衝液を供給して泳動
分離した試料を流す第2細管と、化学発光液を供給する
第3細管と、第2細管からの液体と第3細管からの液体
を混合する混合器と、混合器からの混合液を流して化学
発光液の反応遅延時間を与える第4細管と、第4細管の
終端部に設けられ混合液から蛍光を検出する蛍光検出器
と、蛍光検出器で検出された蛍光の電気信号を処理する
データ処理装置とを備えることを特徴とする。
【0021】また、本発明ゲル電気泳動パターン読み取
り方法では、螢光物質により標識した試料を電気泳動ゲ
ルの入口側から供給し、該電気泳動ゲルに泳動電圧を印
加して試料を電気泳動分離し、該電気泳動ゲルの出口側
から電気泳動分離された試料を連続して搬送流体中に流
出させ、該搬送流体に発光液を混合し、該搬送流体にお
いて電気泳動分離された試料が所定距離だけ搬送された
後に該搬送流体中の試料から発光する蛍光を受光するこ
とを特徴とする。
【0022】
【作用】本発明のゲル電気泳動パターン読み取り装置に
おいては、試料供給手段が、螢光物質により標識した試
料を電気泳動ゲルの入口側から供給すると、電気泳動手
段が、該電気泳動ゲルに泳動電圧を印加して試料を電気
泳動分離する。搬送手段は、該電気泳動ゲルの出口側か
ら電気泳動分離された試料を連続して搬送流体中に流出
させて搬送する。混合手段がここで搬送流体に発光液を
混合するので、この後に、電気泳動分離された試料を搬
送している搬送流体中において、発光液から発光した中
間活性体が、試料に標識された蛍光物質を励起させるの
で、試料の蛍光物質から蛍光が発する。受光手段は、搬
送流体の流路において試料に標識された蛍光物質が励起
して蛍光を発するまでの時間を経過した位置となってい
る(当該搬送流体が所定距離だけ搬送された)位置で、
該搬送流体中の試料から発光する蛍光を受光する。
【0023】このように、本発明のゲル電気泳動パター
ン読み取り装置においては、電気泳動した試料の螢光物
質を励起するための光として、レーザ光源の光を用い
ず、例えば、化学反応発光を行う発光液から発生した中
間活性体を用いる。中間活性体のエネルギーは、螢光物
質に移送され、試料の螢光物質に対して十分な励起作用
を及ぼす。この結果、試料の螢光物質は十分に励起され
て蛍光を発光するので、通常の光検出器により、十分な
検出感度で電気泳動蛍光パターンを検出することができ
る。
【0024】本発明のゲル電気泳動パターン読み取り装
置においては、更にバイパス手段が備えられる。バイパ
ス手段は、電気泳動ゲルの出口側の泳動電極から発生す
る電気分解による気体を搬送流体の流路を避けて除去す
る。これは、電気泳動手段が電気泳動ゲルに泳動電圧を
印加して試料を電気泳動分離する際、電気分解による気
体が発生するので、この気体が電気泳動ゲルの出口側の
たまると電気泳動を阻害する要因となるため、バイパス
手段によりこの気体を除去する。また、この気体は、搬
送手段が電気泳動ゲルの出口側から電気泳動分離された
試料を連続して搬送流体中に流出させて搬送する際に
も、その搬送流体の流れを乱し、搬送流体中において試
料を電気泳動分離された状態で移送することを乱す要因
ともなるので、バイパス手段により搬送流体の移送の前
にこの気体を除去する。
【0025】ここでの搬送流体は、電気泳動ゲルにおけ
る一方電極側の緩衝液と同様な組成を有する液体とす
る。このため、搬送流体を電気泳動ゲルの一方電極側の
緩衝液としてそのまま利用することができ、電気泳動ゲ
ルの出口側から緩衝液の中に吐き出される電気泳動分離
された試料を搬送流体中に導入されたものとして、その
まま搬送する。
【0026】また、本発明のゲル電気泳動パターン読み
取り装置では、前記発光液は、過シュウ酸エステル発光
反応液を用いる。この過シュウ酸エステル発光反応液
は、中間活性体を生成して、そのエネルギーを蛍光物質
に与えて発光する機構を有するため、中間活性体の生成
反応を調整することにより、発光量の調整を容易に行う
ことができ、その反応時間を調整して、試料の蛍光物質
に与える励起のための光量を調整できる。
【0027】また、本発明のゲル電気泳動パターン読み
取り方法においては、螢光物質により標識した試料を電
気泳動ゲルの入口側から供給し、該電気泳動ゲルに泳動
電圧を印加して試料を電気泳動分離し、該電気泳動ゲル
の出口側から電気泳動分離された試料を連続して搬送流
体中に流出させ、該搬送流体に発光液を混合し、該搬送
流体において電気泳動分離された試料が所定距離だけ搬
送された後に該搬送流体中の試料から発光する蛍光を受
光する。
【0028】このように、本発明のゲル電気泳動パター
ン読み取り方法においては、螢光物質により標識した試
料を電気泳動ゲルヘ供給するプロセス,電気泳動ゲルで
試料を電気泳動するプロセス,電気泳動した試料の螢光
物質を励起するプロセス,および試料の螢光物質から蛍
光を受光するプロセスの各々のプロセスを、ここで搬送
流体の中に試料を流す搬送流体の一連の流れで行うこと
ができ、これにより、試料のゲル電気泳動パターン読み
取りを連続して行うことができる。
【0029】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を用いて具体的
に説明する。図1は、本発明の一実施例にかかる電気泳
動パターン読み取り装置の全体の装置構成を説明するブ
ロック図である。図1において、10は試料供給部、1
1は電気泳動ゲル、12は細管、13は上部緩衝液槽、
14は下部緩衝液槽、15aは第1電極、15bは第2
電極、16は電源、17は搬送流体供給部、18は液溜
槽、19は搬送流体供給管、20は搬送流体出口、21
は第1搬送細管、22は混合器、23は発光液供給管、
24は発光液槽、25は第2搬送細管、26は遅延部、
27は蛍光検出部、28はデータ処理装置である。
【0030】図1を参照して、装置構成から説明する
と、電気泳動装置の電気泳動部は、試料を注入して泳動
分離を行うための電気泳動ゲル11を中心にして装置が
構成される。電気泳動ゲル11は細管12に充填されて
保持される。細管12の上部側には上部緩衝液槽13が
接続され、下部側には下部緩衝液槽14が接続される。
上部緩衝液槽13および下部緩衝液槽14には緩衝液が
溜められ、電気泳動ゲル11に緩衝液を介して泳動電圧
が印加される。このため、上部緩衝液槽13の緩衝液に
は第1電極15aが設けられ、上部緩衝液槽14には第
2電極15bが設けられて、この第1電極15aおよび
第2電極15bの間に泳動電圧を印加する電源16が電
気的に接続される。
【0031】上部緩衝液槽13の側が、電気泳動ゲル1
1で泳動分離する試料の入口側となる。このため、上部
緩衝液槽13に試料供給部10が結合され、泳動分離す
る試料の供給を受けて、電気泳動ゲル11に対して上部
緩衝液槽13の緩衝液を介して泳動分離する試料が注入
される。下部緩衝液槽14の側が、電気泳動ゲル11に
より泳動分離された試料の出口側となる。このため、下
部緩衝液槽14の下部側には、泳動分離された試料を搬
送流体によって導出する搬送流体出口20が設けられ
る。
【0032】ところで、電気泳動ゲル11により泳動分
離された試料は、下部緩衝液槽14の搬送流体出口20
から搬送流体と共に導出されるが、このため、下部緩衝
液槽14には搬送流体が、搬送流体供給管19から供給
される。また、搬送流体供給管19は、一定の流速およ
び流量での搬送流体の供給を維持するため、搬送流体を
溜めている液溜槽18に接続されており、液溜槽18に
は搬送流体の所定量が搬送流体供給部17から供給され
溜められる。
【0033】ここでの下部緩衝液槽14に供給される搬
送流体は、電気泳動ゲル11に対する緩衝液としても機
能する組成を有するものが必要となるため、好ましく
は、上部緩衝液槽13で用いられる緩衝液と同じ組成の
液体が用いられ、または、この緩衝液と同様な組成を有
する液体が用いられても良い。下部緩衝液槽14の緩衝
液は、搬送流体として機能することが必要あるため、上
部緩衝液槽13の緩衝液と同じものとはせず、流動性を
高めた組成としても良い。
【0034】また、電気泳動装置の泳動パターン検出部
は、図1のブロック図の下部に示されるように、下部緩
衝液槽14の搬送流体出口20から導出された搬送流体
の流路を中心に構成される。下部緩衝液槽14の搬送流
体出口20は、第1搬送細管21に接続され、第1搬送
細管21は混合器22の一方の入口に接続される。混合
器22の他方の入口は、発光液槽24から発光液が供給
される発光液供給細管23に接続されており、混合器2
2において、一方の入口から供給されている泳動分離さ
れた試料を含む搬送流体と、他方の入口から供給されて
いる発光液が混合される。混合器22の出口は第2搬送
細管25に接続されている。第2搬送細管25は、混合
器からの混合液を流して発光液の化学発光の反応遅延時
間を与える遅延部26を有しており、遅延部26を経て
蛍光検出部27に至る。蛍光検出部27は蛍光を検出す
るための光電子増倍管を備えており、蛍光検出部27で
検出された蛍光を電気信号に変換する。変換された電気
信号は、データ処理装置28に供給されて信号処理され
る。
【0035】発光液槽24の発光液としては、ケミルミ
ネッセンスなどの化学的発光液、ほたるの発光などで知
られていバイオルミネッセンスの発光液などが利用され
る。ケミルミネッセンスのなかでは、特に、中間活性体
を生成し、そのエネルギーを蛍光物質に与えて蛍光を発
生する過シュウ酸エステル化学反応などが好適に利用に
できる。この過シュウ酸エステル化学反応による発光液
は、従来からDNAの解析のために試料に標識している
蛍光物質を用いて、その蛍光物質を励起させるための効
率のよい発光を得ることができ、蛍光物質の発光領域に
おいて有効な波長の励起光を得ることができる。
【0036】次に、このように構成される電気泳動装置
の一連の動作について説明する。まず、化学発光を担う
酵素、または発光基質などの蛍光物質で標識した試料
を、試料供給部10から上部緩衝液槽13に注入して、
細管12に充填されている電気泳動ゲル11に導入す
る。ここでの試料に標識する蛍光物質としては、従来か
らDNAの電気泳動パターン解析などで多く用いられて
いる標識物質と同様な蛍光物質を用いる。すなわち、こ
こでは、イソチオシアン酸フルオレセイン(FIT
C)、イソチオシアン酸ローダミン(EITC)、イソ
チオシアン酸テトラメチルローダミン(TMRIT
C),および置換イソチオシアン酸ローダミン(XRI
TC)の4種を用いる。
【0037】試料を電気泳動ゲル11に導入した後、第
1電極15aおよび第2電極15bの間に、電源16か
らの泳動電圧を印加する。泳動電圧として10kVの電
圧を電気泳動ゲル11の両端に印加すると、試料は泳動
し始める。このとき、電気泳動の副作用として、第1電
極15aおよび第2電極15bの各電極板には電気分解
による気体が発生するが、上部緩衝液槽13の電極板の
側で発生する気体は、そのまま上部側から放出される。
また、下部緩衝液槽14の電極板の側で発生する気体
が、下部緩衝液槽14の中で電気泳動ゲル11の終端部
に溜ると、電気泳動を阻害する要因となるので、第2電
極15aの電極板は、電気泳動ゲル11の終端部のゲル
端面よりも高い位置に配置し、更に、この第2電極15
aの電極板から発生する気体は、下部緩衝液槽14の上
部側から搬送流体供給管19を介して(搬送流体の緩衝
液の流れとは逆方向に流れて)外部に放出されるような
配置とする。
【0038】電気泳動により泳動分離された状態の試料
は、搬送流体供給管19から供給される搬送流体の緩衝
液の流れに沿って、下部緩衝液槽14の下部側の搬送流
体出口20から搬送流体と共に導出され、第1搬送細管
21を流れて、混合器22に到達する。混合器22に
は、化学発光のための基質を含む発光液が発光液供給細
管23から供給されており、混合器22において、泳動
分離された状態の試料を含む搬送流体の緩衝液の中に、
発光液の化学発光のための基質が混合される。混合器2
2で発光液を混合された混合液体は、搬送流体の緩衝液
の流れに沿って、混合器22から第2搬送細管25を流
れて、更に、遅延部26を流れて、化学発光の反応遅延
時間の経過した流れを形成した後に、蛍光検出部27を
通過して捨てられる。
【0039】発光液供給細管23から供給される化学発
光のための基質を含む発光液は、発光基質として、アリ
ルオキザレートと過酸化水素水溶媒としてアセトントリ
ル、またはアセトアルカリ触媒としてのイミダゾールな
どとの混合液が用いられる。アリルオキザレートとして
は、ビス(2,4,6−トリクロロフェニル)オキザレ
ート(TCPO)と、ビス[4−ニトロ−2−(3,
6,4−トリオキサデシロキシカルボニル)フェニル]
オキザレート(TDPO)およびビス−(2,4−ジニ
トロフェニル)オキザレート(DNPO)が使用でき
る。
【0040】蛍光検出部27は、目的の波長を選択的に
透過するため光学ファイルタと光電変換素子から構成さ
れており、従来の技術による蛍光検出器と同様に、検出
部における細管を通過する搬送流体(試料および発光液
を含む緩衝液)からの蛍光を検出して電気信号に変換す
る。電気信号に変換された蛍光のパターンは、そのまま
泳動分離された試料の電気泳動パターンを示しており、
この電気泳動パターンをデータ処理装置28に入力して
データ処理を行う。すなわち、データ処理装置28で
は、検出された蛍光の強度に応じてそのピーク位置を求
めて、分子量別に分離した試料の配列を求める。
【0041】この場合、蛍光検出部27における蛍光の
検出は、発光液を混合され泳動分離された試料を含む緩
衝液の混合液体が、搬送流体としての流れに沿って、検
出部における細管を通過する間に、この混合液体から発
光している蛍光を光電変換素子が検出する。このため、
ここでは更に蛍光の集光効率を向上させるために、種々
の構成が可能である。
【0042】図2は、集光効率を向上させた蛍光検出部
の構成例を説明する図である。例えば、図2に示すよう
に、蛍光検出部27において、光電変換素子の検出部の
前を混合液体が通過する細管を蛇行させることにより、
光電変換素子の光電子増倍管に対する検出部の細管の発
光領域の面積を増加させて、感度よく蛍光の検出を行う
ような構成とすることができる。蛇行以外の方法とし
て、また、螺旋上に巻くことも可能である。この蛍光検
出部27における蛍光検出では、レーザ光源からのレー
ザ光による励起方法の蛍光検出と比較して、励起光によ
る散乱がないため比較的容易に高感度を得ることができ
る。
【0043】また、蛍光物質の標識材料は、レーザで励
起する蛍光式の装置が種々開発されているため、入手に
問題となることはない。また、試料となるDNAが微量
である場合であっても、蛍光標識したプライマやダイデ
オキシ・ヌクレオチドを用いて、遺伝子増幅の方法(ポ
リメラーザ・チェイン・リアクション法など)を用いる
ことにより、比較的簡単に必要量を得ることが可能であ
る。
【0044】次に、DNAに直接的に蛍光物質を共有結
合させる以外の方法として、DNAの2本鎖に挾まり込
む(intercalate)色素を用いる例を説明する。蛍光物
質としては、エチジウム・ホモダイマー(Ethdium Homo
dimer),ジアゾール・オレンジ・ホモダイマー(Thiaz
ole Yellow Homodimer),オギサゾール・イエロー・ホ
モダイマー(Oxazole Yellow Homodimer)などの色素を
用いる(例えば、Nature,Vol.359,29 Oct.,pp.859〜
861,1992を参照)。これらの色素は、試料となるDN
A断片と混合するだけで、2本鎖の隙間の部分に挾まり
込み脱落しにくい特徴を有している。従って、特に、標
識するための化学的処理は不要であり、実験を非常の能
率的に行うことができる。
【0045】図3は電気泳動パターンを得る場合の標準
となるマーカおよびサンプルDNAを泳動した結果から
得られる蛍光強度の時間推移をそれぞれに示す図であ
る。マーカには、λ−DNAをHind IIIにて消化
したものを用いた場合を示しており、色素は、エチジウ
ム・ホモダイマーを使用している。この結果、マーカの
泳動結果として、図3(a)に示すような蛍光強度の時
間推移が得られる。
【0046】また、サンプルDNAには、M13mp1
8DNAを制限酵素Bsp1286Iで分解したものを
用いた場合を示しており、色素は、ジアゾール・オレン
ジ・ホモダイマーを使用している。この結果、サンプル
の泳動結果は、図3(b)に示すような蛍光強度の時間
推移が得られる。このような方法によると、蛍光物質を
標識することが簡単に行えることから、2本鎖DNAを
用いた実験に手軽に用いることが可能である。
【0047】以上に説明した本実施例では、ゲルの終端
から試料が出てくるまでの間、蛍光検出ができないの
で、始めは印加電圧を上げて高速電気泳動を行ってい
る。キャピラリ方式による電気泳動装置では、ゲルの断
面積が小さいため電圧を上げても流れる電流量は数mA
と少ない。また、本実施例による電気泳動装置において
は、泳動電圧を印加する電圧源はその泳動電圧を可変で
きる構成とし、印加電圧を泳動中に除々に上げる制御を
行うことにより、大型のDNA断片部分でも比較的に高
速に分離することを可能としている。これは、特に、バ
ンド間隔がDNAで一定となるように制御する場合など
に便利な構成となっている。
【0048】
【発明の効果】以上に述べたように、本発明の電気泳動
パターン読み取り装置および方法によれば、レーザ光源
を使用しないで試料に標識された蛍光物質を発光させる
ため、励起光による散乱光がなく、高い信号雑音比で信
号を検出することができる。また、これにより、高価な
レーザ光源が不要であるため、装置を安価に実現である
という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、本発明の一実施例にかかる電気泳動パ
ターン読み取り装置の全体の装置構成を説明するブロッ
ク図、
【図2】図2は、集光効率を向上させた蛍光検出部の構
成例を説明する図、
【図3】図3は、電気泳動パターンを得る場合の標準と
なるマーカおよびサンプルDNAを泳動した結果から得
られる蛍光強度の時間推移をそれぞれに示す図、
【図4】図4は、蛍光検出法によるゲル電気泳動分離パ
ターン検出方法を説明するためのゲル電気泳動装置の概
略のブロック図、
【図5】図5は、蛍光検出法によるゲル電気泳動分離パ
ターン検出方法を説明するためのゲル電気泳動装置の蛍
光検出部の一部の詳細を示す図である。
【符号の説明】
10…試料供給部 11…電気泳動ゲル 12…細管 13…上部緩衝液槽 14…下部緩衝液槽 15a…第1電極 15b…第2電極 16…電源 17…搬送流体供給部 18…液溜槽 19…搬送流体供給管 20…搬送流体出口 21…第1搬送細管 22…混合器 23…発光液供給管 24…発光液槽 25…第2搬送細管 26…遅延部 27…蛍光検出部 28…データ処理装置 31…ゲル 32…細管 33…上部緩衝液槽 34…下部緩衝液槽 35a…第1の電極 35b…第2の電極35b 36…光源 37…検出器 38…データ処理部 39…電源
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤宮 仁 千葉県茂原市早野3681番地 日立デバイス エンジニアリング株式会社内 (72)発明者 山本 顕次 神奈川県横浜市中区尾上町6丁目81番地 日立ソフトウェアエンジニアリング株式会 社内

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 螢光物質により標識した試料を電気泳動
    ゲルの入口側から供給する試料供給手段と、該電気泳動
    ゲルに泳動電圧を印加して試料を電気泳動分離する電気
    泳動手段と、該電気泳動ゲルの出口側から電気泳動分離
    された試料を連続して搬送流体中に流出させて搬送する
    搬送手段と、該搬送流体に発光液を混合する混合手段
    と、該搬送流体が所定距離だけ搬送された位置で該搬送
    流体中の試料から発光する蛍光を受光する受光手段とを
    有することを特徴とするゲル電気泳動パターン読み取り
    装置。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載のゲル電気泳動パターン
    読み取り装置において、更に、前記電気泳動ゲルの出口
    側の泳動電極から発生する気体を搬送流体の流路を避け
    て除去するバイパス手段を備えることを特徴とするゲル
    電気泳動パターン読み取り装置。
  3. 【請求項3】 請求項1に記載のゲル電気泳動パターン
    読み取り装置において、前記搬送流体は、電気泳動ゲル
    における一方電極側の緩衝液と同様な組成を有する液体
    であることを特徴とするゲル電気泳動パターン読み取り
    装置。
  4. 【請求項4】 請求項1に記載のゲル電気泳動パターン
    読み取り装置において、前記発光液は、過シュウ酸エス
    テル発光反応液であることを特徴とするゲル電気泳動パ
    ターン読み取り装置。
  5. 【請求項5】 電気泳動を行うためのゲルと、ゲルを充
    填した第1細管と、ゲルの両端部に接触する緩衝液を溜
    める緩衝液槽と、緩衝液槽の緩衝液に接触する電極と、
    電極に泳動電圧を印加する電源と、緩衝液を供給して泳
    動分離した試料を流す第2細管と、化学発光液を供給す
    る第3細管と、第2細管からの液体と第3細管からの液
    体を混合する混合器と、混合器からの混合液を流して化
    学発光液の反応遅延時間を与える第4細管と、第4細管
    の終端部に設けられ混合液から蛍光を検出する蛍光検出
    器と、蛍光検出器で検出された蛍光の電気信号を処理す
    るデータ処理装置とを備えることを特徴とするゲル電気
    泳動パターン読み取り装置。
  6. 【請求項6】 螢光物質により標識した試料を電気泳動
    ゲルの入口側から供給し、該電気泳動ゲルに泳動電圧を
    印加して試料を電気泳動分離し、該電気泳動ゲルの出口
    側から電気泳動分離された試料を連続して搬送流体中に
    流出させ、該搬送流体に発光液を混合し、該搬送流体に
    おいて電気泳動分離された試料が所定距離だけ搬送され
    た後に該搬送流体中の試料から発光する蛍光を受光する
    ことを特徴とするゲル電気泳動パターン読み取り方法。
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