JPH10132784A - Dna塩基配列決定装置 - Google Patents

Dna塩基配列決定装置

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JPH10132784A
JPH10132784A JP8308764A JP30876496A JPH10132784A JP H10132784 A JPH10132784 A JP H10132784A JP 8308764 A JP8308764 A JP 8308764A JP 30876496 A JP30876496 A JP 30876496A JP H10132784 A JPH10132784 A JP H10132784A
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JP
Japan
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laser diode
dna
base sequence
laser
lens
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JP8308764A
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English (en)
Inventor
Ryoji Nemoto
亮二 根本
Yoshinori Mishina
喜典 三品
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Hitachi High Tech Corp
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Hitachi Electronics Engineering Co Ltd
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Publication date
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/416Systems
    • G01N27/447Systems using electrophoresis
    • G01N27/44704Details; Accessories
    • G01N27/44717Arrangements for investigating the separated zones, e.g. localising zones
    • G01N27/44721Arrangements for investigating the separated zones, e.g. localising zones by optical means

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ビームを泳動方向に楕円形に拡げることので
きる簡単な構造の励起光照射光学系を使用するDNA塩
基配列決定装置を提供する。 【解決手段】 DNA断片用の多数の泳動路を有する、
垂直に保持される平板型ゲル電気泳動手段、該電気泳動
装置の泳動路に、該電気泳動装置の横方向から該泳動路
と直交するように、レーザ光を照射する光励起用のレー
ザ光照射手段、レーザ光によって照射されたDNA断片
から発生された蛍光を検出し電気信号に変換する蛍光検
出手段とからなるDNA塩基配列決定装置において、前
記レーザ光照射手段はレーザダイオードからなることを
特徴とするDNA塩基配列決定装置。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はDNA塩基配列決定
装置に関する。更に詳細には、本発明は蛍光標識を用い
てDNAの塩基配列を効率的に迅速に決定することので
きる装置に関する。
【0002】
【従来の技術】DNA等の塩基配列を決定する方法とし
て、ゲル電気泳動法が広く実施されている。
【0003】電気泳動する際に、従来は試料をラジオア
イソトープでラベルし、分析していたが、この方法では
手間と時間がかかる難点があった。更に、放射能管理の
点から常に最大限の安全性と管理が求められ、特別な施
設内でなければ分析を行うことができない。このため、
最近では、試料を蛍光体でラベルする方式が検討されて
いる。
【0004】光を用いる方法では、蛍光ラベルしたDN
A断片をゲル中を泳動させるが、泳動開始部から、15
〜20cm下方に各泳動路毎に光励起部と光検出器を設け
ておき、ここを通過するDNA断片を順に計測する。例
えば、配列を決定しようとするDNA鎖を鋳型として酵
素反応(ダイデオキシ法)による操作で末端塩基種がわ
かった種々の長さのDNAを複製し、これらに蛍光体を
標識する。つまり、蛍光体で標識されたアデニン(A)
断片群,シトシン(C)断片群,グアニン(G)断片群
およびチミン(T)断片群を得る。これらの断片群を混
合して電気泳動用ゲルの別々の泳動レーン溝に注入し、
電圧を印加する。DNAは負の電荷を持つ鎖状の重合体
高分子のため、ゲル中を分子量に反比例した速度で移動
する。短い(分子量の小さい)DNA鎖ほど早く、長い
(分子量の大きい)DNA鎖ほどゆっくりと移動するの
で、分子量によりDNAを分画できる。
【0005】特開昭63−21556号公報には、レー
ザで照射される電気泳動装置のゲル上のラインと光ダイ
オードアレイの配列方向が電気泳動装置内のDNA断片
の泳動方向と直角となるように構成されたDNA塩基配
列決定装置が開示されている。
【0006】図2は該装置の構成を説明する模式図であ
る。図2の装置では、光源70から出たレーザ光はミラ
ー72で反射され、泳動板74のゲル中の一定ポイント
に横から水平にレーザ光を照射する。ゲル中を泳動して
きた蛍光ラベルされたDNA断片76がこの照射領域を
通過する際、このDNA断片から蛍光が順次放出され
る。このとき、蛍光放出の水平位置から末端塩基の種類
が、また、泳動スタートからの泳動時間の差から断片の
長さを、更に、発光波長で検体の識別ができる。各泳動
路からの蛍光はレンズ78によりイメージインテンシフ
ァイヤ80の受光部82で結像する。この信号は増幅さ
れて光ダイオードアレイ84で電気信号に変換されて計
測される。計測結果をコンピュータ処理することによっ
て各DNA断片の配列を計算し、目的とするDNAの塩
基配列を決定する。
【0007】図2に示された装置は受光系としてイメー
ジインテンシファイヤカメラを使用しているが、イメー
ジインテンシファイヤカメラは非常に高価な光学装置で
あるばかりか、比較的大型の装置である。このため、図
3に示されるように、各泳動路の検出位置に蛍光検出手
段を個別的に配置した装置が開発された。各蛍光検出手
段はフィルタ100と集光レンズ110と受光素子12
0とから構成されている。フィルタ100は励起光やバ
ックグランド光を除去し、蛍光だけを選択的に通過させ
るためのものであり、集光レンズ110はフィルタで濾
波された蛍光を受光素子120の受光面に合焦させるた
めに使用されている。受光素子120はpn接合された
シリコンからなるホトダイオードなどである。
【0008】図3に示されるように、泳動板74は、ガ
ラス板86と88の間に、電気泳動用ゲル(例えば、ポ
リアクリルアミド)からなるゲル電解質層90が挟装さ
れている。2枚のガラス板の長手方向両端部にはゲル電
解質層90の厚さを規制するためのスペーサ92が間挿
されている。このスペーサ92の励起光入射窓94に向
けて、レーザ光源96から集光レンズ群98を経て励起
光のレーザ光が入射される。レーザ光源96は例えば、
He−Ne又はアルゴンなどのガスレーザが使用され
る。
【0009】図3に示されるような、ゲル側面から励起
光を照射する方式のDNAシーケンサは次のような欠点
を有する。励起光のレーザビームを長い範囲にわたっ
て細く絞れないため、空間分解能に限界がある。これ
を解消するため、ビームを泳動方向に楕円形に拡げて、
センサの画素で空間分解能を向上させようとしたが、ガ
スレーザではビームの断面形状が円形の場合が多く、ビ
ームを楕円形に拡げるための励起光照射光学系が複雑に
なる。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、ビームを泳動方向に楕円形に拡げることのできる簡
単な構造の励起光照射光学系を使用するDNA塩基配列
決定装置を提供することである。
【0011】
【課題を解決するための手段】前記課題は、ガスレーザ
の代わりにレーザダイオードを使用することにより解決
される。
【0012】
【発明の実施の形態】図1は本発明によるDNA塩基配
列決定装置の部分概要構成斜視図である。図1に示され
るように、本発明の装置では、励起光照射光源として、
ガスレーザの代わりにレーザダイオード1を使用する。
このレーザダイオードとしては、例えば、東芝(株)か
らTOLD9521の商品名で一般に市販されているレ
ーザダイオードを使用することができる。このレーザダ
イオードの発光波長は635nmであり、出力は5mW
である。また、励起光のビーム拡がり角は7.5x37
(deg)である。この特性値から明らかなように、レ
ーザダイオードの発光特性は、概ね楕円形のビームを発
生する。従って、断面形状が円形のビームを発生するガ
スレーザと異なり、レーザダイオードの場合は、ビーム
を楕円形にするための特別な光学手段を必要としない。
前記以外の仕様を有するレーザダイオードも当然本発明
の装置で使用できる。
【0013】本発明のDNA塩基配列決定装置では、レ
ーザダイオード1と共に、コリメートレンズ3及びシリ
ンドリカルレンズ5を組み合わせて使用する。レーザダ
イオード1から発振した光をコリメートレンズ3で平行
光とする。このコリメートレンズ3の出射ビーム径は3
mmである。従って、この時、ビームの断面形状は3x
0.6mmとなる。スペーサ92の励起光入射窓94の
横幅(厚さ)は約0.3mmであるため、厚さ方向に対
してシリンドリカルレンズ5により平行光を0.1mm
程度に集光してゲル電解質層90に入射する。
【0014】図1に示された本発明のDNA塩基配列決
定装置における受光系(蛍光検出手段)は公知である。
図1に示された受光系は本発明者らにより発明され、1
993年9月28日に特許出願され、1995年4月1
1日に特開平7−98276号公報により一般に公開さ
れている。この受光系は基本的に、屈折率分布型レンズ
アレー(別名、セルフォックレンズアレー)130と、
フィルタ140と、CCDラインセンサ150とから構
成されている。この屈折率分布型レンズアレーとフィル
タとCCDラインセンサとからなる蛍光検出手段を使用
すれば、泳動板の端から端までをカバーすることがで
き、泳動中にサンプルがスマイリングを起こしても蛍光
を効果的に検出することができる。また、この蛍光検出
手段は、従来のカメラレンズと異なり、屈折率分布型レ
ンズで密着して蛍光像を結像させるため、中心〜端の間
で均一な信号レベルがとれる。その結果、S/Nの均一
性が向上し、泳動板周辺部のレーンにおいても、中心付
近と同様の塩基長読取が可能となる。屈折率分布型レン
ズをアレー状に並べた場合、隣合ったレンズ像が重なり
合い、レンズの配置エリアにおいて1:1の正立結像系
が得られる。このため、従来のカメラレンズと異なり、
隣接泳動路間の結像系の干渉は起こらない。言うまでも
なく、その他の蛍光検出手段を使用することもできる。
【0015】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
構造上、楕円の発光特性を有するレーザダイオードと共
に、コリメータレンズとシリンドリカルレンズを組み合
わせて使用することにより、単純な構造の照射光学系の
DNA塩基配列決定装置が得られる。レーザダイオード
と共にコリメータレンズを使用してビームを拡大するた
め精度の良い平行光が得られる。このため、照度分布が
泳動板の幅一面にわたり一様になり、均一な分析結果を
得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のDNA塩基配列決定装置の一例の概要
部分拡大斜視図である。
【図2】特開昭63−21556号公報に開示されたD
NA塩基配列決定装置の模式的構成図である。
【図3】従来のDNA塩基配列決定装置の一例の概要部
分拡大斜視図である。
【符号の説明】
1 レーザダイオード 3 コリメータレンズ 5 シリンドリカルレンズ

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 DNA断片用の多数の泳動路を有する、
    垂直に保持される平板型ゲル電気泳動手段、該電気泳動
    装置の泳動路に、該電気泳動装置の横方向から該泳動路
    と直交するように、レーザ光を照射する光励起用のレー
    ザ光照射手段、レーザ光によって照射されたDNA断片
    から発生された蛍光を検出し電気信号に変換する蛍光検
    出手段とからなるDNA塩基配列決定装置において、前
    記レーザ光照射手段はレーザダイオードからなることを
    特徴とするDNA塩基配列決定装置。
  2. 【請求項2】 前記レーザ光照射手段は、レーザダイオ
    ードとレンズ系の組み合わせによりビーム断面形状を楕
    円形に拡げて入射する請求項1のDNA塩基配列決定装
    置。
  3. 【請求項3】 前記レンズ系は、コリメータレンズとシ
    リンドリカルレンズから構成されている請求項2のDN
    A塩基配列決定装置。
JP8308764A 1996-11-05 1996-11-05 Dna塩基配列決定装置 Pending JPH10132784A (ja)

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