JPH1019846A - マルチキャピラリー電気泳動装置 - Google Patents
マルチキャピラリー電気泳動装置Info
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- JPH1019846A JPH1019846A JP8188144A JP18814496A JPH1019846A JP H1019846 A JPH1019846 A JP H1019846A JP 8188144 A JP8188144 A JP 8188144A JP 18814496 A JP18814496 A JP 18814496A JP H1019846 A JPH1019846 A JP H1019846A
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- Japan
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- capillary
- capillaries
- fluorescence
- detector
- electrophoresis
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- Pending
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- Investigating Materials By The Use Of Optical Means Adapted For Particular Applications (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 より多数のキャピラリーを同時に観測するこ
とができるようにする。 【解決手段】 キャピラリー１ａの上端から注入された
試料は電源１０から印加される泳動電圧によりキャピラ
リー１ａ中を下方へ泳動する。泳動途中にはライン状の
励起光４が照射されており、試料がそのレーザー光４の
照射部位を通過すると、レーザー光により励起されて蛍
光を発する。この蛍光の一部はキャピラリー１ａの表面
で全反射され、キャピラリー１ａの側面から出射するこ
となくキャピラリー１ａの長さ方向に伝搬し、キャピラ
リー１ａの下端から出射する。キャピラリー１ａの下端
から出射した光はミラー２４で反射され、レンズ５ａ，
５ｂで集光され、光学フィルター６で背景光及び励起光
から区別された後、検出器７に導かれる。検出器７の出
力はコンピュータ８に入力されて処理され、各キャピラ
リー１ａの泳動波形データが得られる。
とができるようにする。 【解決手段】 キャピラリー１ａの上端から注入された
試料は電源１０から印加される泳動電圧によりキャピラ
リー１ａ中を下方へ泳動する。泳動途中にはライン状の
励起光４が照射されており、試料がそのレーザー光４の
照射部位を通過すると、レーザー光により励起されて蛍
光を発する。この蛍光の一部はキャピラリー１ａの表面
で全反射され、キャピラリー１ａの側面から出射するこ
となくキャピラリー１ａの長さ方向に伝搬し、キャピラ
リー１ａの下端から出射する。キャピラリー１ａの下端
から出射した光はミラー２４で反射され、レンズ５ａ，
５ｂで集光され、光学フィルター６で背景光及び励起光
から区別された後、検出器７に導かれる。検出器７の出
力はコンピュータ８に入力されて処理され、各キャピラ
リー１ａの泳動波形データが得られる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は遺伝子診断、ＤＮＡ
シ−ケンシングなどの生化学分析に用いられる電気泳動
装置で、蛍光プライマー（標識として蛍光物質を化学結
合させたプライマー）を用いサンガーの方法で前処理さ
れたＤＮＡフラグメント（断片）などの試料を電気泳動
させ、泳動途中で試料に励起光を照射し試料から発生す
る蛍光を検出して塩基配列などを決定するオンライン式
の電気泳動装置に関するものである。特に、本発明は泳
動ゲルを充填した複数のキャピラリーを用いて複数の試
料を同時に電気泳動させるマルチキャピラリー電気泳動
装置に関するものである。
シ−ケンシングなどの生化学分析に用いられる電気泳動
装置で、蛍光プライマー（標識として蛍光物質を化学結
合させたプライマー）を用いサンガーの方法で前処理さ
れたＤＮＡフラグメント（断片）などの試料を電気泳動
させ、泳動途中で試料に励起光を照射し試料から発生す
る蛍光を検出して塩基配列などを決定するオンライン式
の電気泳動装置に関するものである。特に、本発明は泳
動ゲルを充填した複数のキャピラリーを用いて複数の試
料を同時に電気泳動させるマルチキャピラリー電気泳動
装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】人ゲノムのような長大な塩基配列をもつ
ＤＮＡの塩基配列決定には、高感度で、高速で、かつ大
処理能力をもったＤＮＡシーケンサが必要となる。その
１つの方法として、平板状のスラブゲルを用いたものに
代わってゲルを充填したキャピラリーを複数本配列した
マルチキャピラリーＤＮＡシーケンサが提案されてい
る。キャピラリーは、スラブゲルに比べて、試料の取扱
いや注入が容易であるだけでなく、高速に泳動させて、
高感度に検出できる。つまり、スラブゲルで高電圧を印
加すれば、ジュール熱の影響によりバンドが広がった
り、温度勾配が生じるなどの問題が生じるが、キャピラ
リーではそのような問題は少なく、高電圧を印加して高
速泳動をさせても、バンドの広がりが少なく高感度検出
ができるのである。
ＤＮＡの塩基配列決定には、高感度で、高速で、かつ大
処理能力をもったＤＮＡシーケンサが必要となる。その
１つの方法として、平板状のスラブゲルを用いたものに
代わってゲルを充填したキャピラリーを複数本配列した
マルチキャピラリーＤＮＡシーケンサが提案されてい
る。キャピラリーは、スラブゲルに比べて、試料の取扱
いや注入が容易であるだけでなく、高速に泳動させて、
高感度に検出できる。つまり、スラブゲルで高電圧を印
加すれば、ジュール熱の影響によりバンドが広がった
り、温度勾配が生じるなどの問題が生じるが、キャピラ
リーではそのような問題は少なく、高電圧を印加して高
速泳動をさせても、バンドの広がりが少なく高感度検出
ができるのである。
【０００３】サンガー法によって処理すれば、その末端
がＡ（アデニン）、Ｇ（グアニン）、Ｔ（チミン）、Ｃ
（シトシン）からなる４種類のＤＮＡフラグメント試料
が生成される。ＤＮＡシーケンサとしては、あらかじめ
蛍光色素で標識された試料をキャピラリーで電気泳動分
離し、電気泳動路の一点にレーザー光を照射して試料を
励起し、生じた蛍光を検出し、その強度の時間変化から
泳動波形を求める蛍光式キャピラリー電気泳動分析装置
が一般的である。
がＡ（アデニン）、Ｇ（グアニン）、Ｔ（チミン）、Ｃ
（シトシン）からなる４種類のＤＮＡフラグメント試料
が生成される。ＤＮＡシーケンサとしては、あらかじめ
蛍光色素で標識された試料をキャピラリーで電気泳動分
離し、電気泳動路の一点にレーザー光を照射して試料を
励起し、生じた蛍光を検出し、その強度の時間変化から
泳動波形を求める蛍光式キャピラリー電気泳動分析装置
が一般的である。
【０００４】図１はその一例を示したものである。互い
に平行に配列された複数のキャピラリー１内にはゲルが
充填されており、その上端部と下端部にはそれぞれバッ
ファ槽２，３が配置されている。バッファ槽２，３内に
はバッファ液が入れられてキャピラリー１内のゲルと接
触し、両バッファ液間に泳動電源１０から泳動電圧が印
加される。キャピラリー１は一列に配列され、その配列
の横方向から励起光４が照射され、キャピラリー１内を
泳動する試料から発生した蛍光がキャピラリー１の配列
面と交差する方向に配置された蛍光検出系により検出さ
れる。蛍光検出系は、一次元又は二次元の画像検出器７
と、励起光により照射された一ライン上の像を画像検出
器７上に結像するための光学系５ａ，５ｂと、キャピラ
リー中の試料からの光のうち蛍光を透過させ励起光成分
を除去するフィルター６とを備え、検出器７に結像され
たキャピラリーからの蛍光像を検出する。各キャピラリ
ー１ごとに検出された蛍光の時間変化からＤＮＡの塩基
配列などが決定される。
に平行に配列された複数のキャピラリー１内にはゲルが
充填されており、その上端部と下端部にはそれぞれバッ
ファ槽２，３が配置されている。バッファ槽２，３内に
はバッファ液が入れられてキャピラリー１内のゲルと接
触し、両バッファ液間に泳動電源１０から泳動電圧が印
加される。キャピラリー１は一列に配列され、その配列
の横方向から励起光４が照射され、キャピラリー１内を
泳動する試料から発生した蛍光がキャピラリー１の配列
面と交差する方向に配置された蛍光検出系により検出さ
れる。蛍光検出系は、一次元又は二次元の画像検出器７
と、励起光により照射された一ライン上の像を画像検出
器７上に結像するための光学系５ａ，５ｂと、キャピラ
リー中の試料からの光のうち蛍光を透過させ励起光成分
を除去するフィルター６とを備え、検出器７に結像され
たキャピラリーからの蛍光像を検出する。各キャピラリ
ー１ごとに検出された蛍光の時間変化からＤＮＡの塩基
配列などが決定される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】図１のマルチキャピラ
リー電気泳動装置では、一列に配置されたキャピラリー
しか観測できず、同時に分析できる試料の数が制限され
る。検出器７として二次元の画像検出器を用いたとして
も、そのうちの一次元の画像しか利用することができな
い。
リー電気泳動装置では、一列に配置されたキャピラリー
しか観測できず、同時に分析できる試料の数が制限され
る。検出器７として二次元の画像検出器を用いたとして
も、そのうちの一次元の画像しか利用することができな
い。
【０００６】また、励起光をキャピラリーの配列の横方
向から入射させると、入射側と出射側で励起光強度が大
きく異なり、キャピラリーの位置によって蛍光強度に差
が生じ、Ｓ／Ｎ比が変化することになる。本発明はキャ
ピラリーの配置されている場所によって励起光強度が異
なるのを防ぎ、より多数のキャピラリーを配置して同時
に観測することもできるようにすることを目的とするも
のである。
向から入射させると、入射側と出射側で励起光強度が大
きく異なり、キャピラリーの位置によって蛍光強度に差
が生じ、Ｓ／Ｎ比が変化することになる。本発明はキャ
ピラリーの配置されている場所によって励起光強度が異
なるのを防ぎ、より多数のキャピラリーを配置して同時
に観測することもできるようにすることを目的とするも
のである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明では、ゲルが充填
され互いに並行に配列された複数のキャピラリーを備え
全てのキャピラリーで同時に電気泳動されるマルチキャ
ピラリーアレイ泳動部で、キャピラリーの下端部に設け
られたバッファ槽は、キャピラリーの下端面に対向する
底面又は側面が透明部材で構成されている。励起光学系
はキャピラリーアレイの面と交差する方向から、泳動方
向と直交する１直線に沿って、全キャピラリーに励起光
ビームを照射するものである。また、蛍光検出系は、検
出器と、励起光学系の励起光ビームにより励起された全
キャピラリーの試料から発生する蛍光でキャピラリーの
下端面から下端部のバッファ槽の透明な底面又は側面を
透過して出射したものをその検出器に導く光学系を備え
たものである。
され互いに並行に配列された複数のキャピラリーを備え
全てのキャピラリーで同時に電気泳動されるマルチキャ
ピラリーアレイ泳動部で、キャピラリーの下端部に設け
られたバッファ槽は、キャピラリーの下端面に対向する
底面又は側面が透明部材で構成されている。励起光学系
はキャピラリーアレイの面と交差する方向から、泳動方
向と直交する１直線に沿って、全キャピラリーに励起光
ビームを照射するものである。また、蛍光検出系は、検
出器と、励起光学系の励起光ビームにより励起された全
キャピラリーの試料から発生する蛍光でキャピラリーの
下端面から下端部のバッファ槽の透明な底面又は側面を
透過して出射したものをその検出器に導く光学系を備え
たものである。
【０００８】本発明では蛍光の検出をキャピラリーの下
端面から行なうようにしたので、キャピラリーアレイを
多重に配列することもでき、同時に分析できる試料の数
を大幅に増やすことができる。
端面から行なうようにしたので、キャピラリーアレイを
多重に配列することもでき、同時に分析できる試料の数
を大幅に増やすことができる。
【０００９】
【実施例】図２は一実施例を表わす。泳動路であるキャ
ピラリー１ａは互いに平行に、かつ端面が二次元に配置
されるように配列されている。キャピラリー１ａ内には
泳動担体のゲルが充填されているが、キャピラリー１ａ
及びゲルは蛍光を減衰させないために透明な材質のもの
が好ましい。また、キャピラリー側面からの蛍光の出射
を抑えるために、キャピラリー１ａの材質は、空気及び
バッファ液に対して高屈折率のものが好ましい。このよ
うなキャピラリー１ａの材質としては石英ガラスが好適
である。またゲルとしてはポリアクリルアミドゲルが好
適である。
ピラリー１ａは互いに平行に、かつ端面が二次元に配置
されるように配列されている。キャピラリー１ａ内には
泳動担体のゲルが充填されているが、キャピラリー１ａ
及びゲルは蛍光を減衰させないために透明な材質のもの
が好ましい。また、キャピラリー側面からの蛍光の出射
を抑えるために、キャピラリー１ａの材質は、空気及び
バッファ液に対して高屈折率のものが好ましい。このよ
うなキャピラリー１ａの材質としては石英ガラスが好適
である。またゲルとしてはポリアクリルアミドゲルが好
適である。
【００１０】キャピラリー１ａの束の上端は上端側バッ
ファ槽２内のバッファ液に浸され、キャピラリー１ａの
束の下端は下端側バッファ槽３ａ内のバッファ液に浸さ
れている。キャピラリー１ａの下端面に対向する下端側
バッファ槽３ａの底面は透明な材質で構成されている。
ファ槽２内のバッファ液に浸され、キャピラリー１ａの
束の下端は下端側バッファ槽３ａ内のバッファ液に浸さ
れている。キャピラリー１ａの下端面に対向する下端側
バッファ槽３ａの底面は透明な材質で構成されている。
【００１１】励起光ビーム４を発生するために、光源２
０としてアルゴンイオンレーザとＹＡＧレーザが設けら
れており、アルゴンイオンレーザからのレーザ光とＹＡ
Ｇレーザからのレーザ光が同じ光軸上の励起光ビームと
なるように、アルゴンイオンレーザ、ＹＡＧレーザ及び
光学系が配置されている。励起光ビーム４を発生する１
つの方法は、アルゴンイオンレーザからは４８８ｎｍの
レーザ光を発振させ、ＹＡＧレーザからは５３２ｎｍの
レーザ光を発振させて２種類の波長を含むレーザ光を励
起光ビーム４とするものである。励起光ビーム４を発生
する他の方法は、アルゴンイオンレーザのみを用い、そ
の４８８ｎｍと５１４.５ｎｍの２種類の波長のレーザ
光を同時に発振させて励起光ビーム４とするものであ
る。
０としてアルゴンイオンレーザとＹＡＧレーザが設けら
れており、アルゴンイオンレーザからのレーザ光とＹＡ
Ｇレーザからのレーザ光が同じ光軸上の励起光ビームと
なるように、アルゴンイオンレーザ、ＹＡＧレーザ及び
光学系が配置されている。励起光ビーム４を発生する１
つの方法は、アルゴンイオンレーザからは４８８ｎｍの
レーザ光を発振させ、ＹＡＧレーザからは５３２ｎｍの
レーザ光を発振させて２種類の波長を含むレーザ光を励
起光ビーム４とするものである。励起光ビーム４を発生
する他の方法は、アルゴンイオンレーザのみを用い、そ
の４８８ｎｍと５１４.５ｎｍの２種類の波長のレーザ
光を同時に発振させて励起光ビーム４とするものであ
る。
【００１２】励起光ビーム４を泳動方向に垂直な一直線
状のものとするために、励起光ビーム４の光路上にビー
ムエキスパンダーとシリンドリカルレンズを含んだ光学
系２２が配置されている。ビームエキスパンダーはビー
ムを広げるものであり、光源２０から入射する励起光ビ
ームを広げてキャピラリーアレイ方向に照射する。シリ
ンドリカルレンズはビームエキスパンダーで広げられた
励起光ビーム４をライン状に収束させるものであり、ラ
イン状に収束された励起光ビーム４はキャピラリーアレ
イの面と交差する方向から泳動方向と直交する一直線に
沿ってキャピラリーアレイに照射される。光源２０と光
学系２２は励起光学系を構成している。
状のものとするために、励起光ビーム４の光路上にビー
ムエキスパンダーとシリンドリカルレンズを含んだ光学
系２２が配置されている。ビームエキスパンダーはビー
ムを広げるものであり、光源２０から入射する励起光ビ
ームを広げてキャピラリーアレイ方向に照射する。シリ
ンドリカルレンズはビームエキスパンダーで広げられた
励起光ビーム４をライン状に収束させるものであり、ラ
イン状に収束された励起光ビーム４はキャピラリーアレ
イの面と交差する方向から泳動方向と直交する一直線に
沿ってキャピラリーアレイに照射される。光源２０と光
学系２２は励起光学系を構成している。
【００１３】キャピラリー１ａの下端面から出射した光
を二次元検出器７に導くために、バッファ槽３ａの底面
の外側にミラー２４が配置され、ミラー２４で反射され
た光を検出器７に結像させるためにレンズ５ａ，５ｂが
配置されている。レンズ５ａと５ｂの間にはキャピラリ
ーの端面から出射した光のうち蛍光成分のみを透過させ
るための光学フィルター６が配置されている。検出器７
としてはＣＣＤカメラやビジコン（撮像管）などが適当
である。
を二次元検出器７に導くために、バッファ槽３ａの底面
の外側にミラー２４が配置され、ミラー２４で反射され
た光を検出器７に結像させるためにレンズ５ａ，５ｂが
配置されている。レンズ５ａと５ｂの間にはキャピラリ
ーの端面から出射した光のうち蛍光成分のみを透過させ
るための光学フィルター６が配置されている。検出器７
としてはＣＣＤカメラやビジコン（撮像管）などが適当
である。
【００１４】この実施例の動作について説明する。蛍光
物質で標識され、キャピラリー１ａの上端から注入され
た試料は電源１０から印加される泳動電圧によりキャピ
ラリー１ａ中を下方へ泳動する。泳動途中にはライン状
の励起光４が照射されており、試料がそのレーザー光４
の照射部位を通過すると、レーザー光により励起されて
蛍光を発する。この蛍光の一部はキャピラリー１ａの表
面で全反射され、キャピラリー１ａの側面から出射する
ことなくキャピラリー１ａの長さ方向に伝搬し、キャピ
ラリー１ａの下端から出射する。このとき、キャピラリ
ー１ａ表面での散乱を抑えるために、表面が滑らかなキ
ャピラリーを用い、かつキャピラリーのレーザー照射部
位から下端までの距離をできるだけ短かく構成すること
が好ましい。キャピラリー１ａの下端から出射した光は
ミラー２４で反射され、レンズ５ａ，５ｂで集光され、
光学フィルター６で背景光及び励起光から区別された
後、検出器７に導かれる。検出器７の出力はコンピュー
タ８に入力されて処理され、各キャピラリー１ａの泳動
波形データが得られる。
物質で標識され、キャピラリー１ａの上端から注入され
た試料は電源１０から印加される泳動電圧によりキャピ
ラリー１ａ中を下方へ泳動する。泳動途中にはライン状
の励起光４が照射されており、試料がそのレーザー光４
の照射部位を通過すると、レーザー光により励起されて
蛍光を発する。この蛍光の一部はキャピラリー１ａの表
面で全反射され、キャピラリー１ａの側面から出射する
ことなくキャピラリー１ａの長さ方向に伝搬し、キャピ
ラリー１ａの下端から出射する。このとき、キャピラリ
ー１ａ表面での散乱を抑えるために、表面が滑らかなキ
ャピラリーを用い、かつキャピラリーのレーザー照射部
位から下端までの距離をできるだけ短かく構成すること
が好ましい。キャピラリー１ａの下端から出射した光は
ミラー２４で反射され、レンズ５ａ，５ｂで集光され、
光学フィルター６で背景光及び励起光から区別された
後、検出器７に導かれる。検出器７の出力はコンピュー
タ８に入力されて処理され、各キャピラリー１ａの泳動
波形データが得られる。
【００１５】
【発明の効果】本発明では蛍光の検出をキャピラリーの
下端面から行なうようにしたので、キャピラリーアレイ
を多重に配列することもでき、同時に分析できる試料の
数を大幅に増やすことができる。また、キャピラリーの
端面から出射する蛍光を検出するので、キャピラリーを
曲げることにより蛍光検出系への入射を容易にすること
ができる。
下端面から行なうようにしたので、キャピラリーアレイ
を多重に配列することもでき、同時に分析できる試料の
数を大幅に増やすことができる。また、キャピラリーの
端面から出射する蛍光を検出するので、キャピラリーを
曲げることにより蛍光検出系への入射を容易にすること
ができる。
【図１】従来の電気泳動装置を示す概略斜視図である。
【図２】一実施例の電気泳動装置を示す概略斜視図であ
る。
る。
１ａ キャピラリー ２，３ａ バッファ槽 ４ 励起光ビーム ５ａ，５ｂ レンズ ７ 二次元検出器 ２０ 光源 ２２ 光学系
Claims (1)
- 【請求項１】 ゲルが充填され互いに並行に配列された
複数のキャピラリー、キャピラリーの上端部と下端部に
設けられ、キャピラリー内のゲルと電気的に接触するバ
ッファ液を収容するとともにその下端部側でキャピラリ
ーの下端面に対向する底面又は側面が透明部材で構成さ
れているバッファ槽、及び両バッファ液を介してキャピ
ラリー内のゲルに泳動電圧を印加する泳動電源を備え、
蛍光物質により標識された試料が各キャピラリーに注入
されて、全てのキャピラリーで同時に電気泳動されるマ
ルチキャピラリーアレイ泳動部と、 前記マルチキャピラリーアレイ泳動部のキャピラリーア
レイの面と交差する方向から、泳動方向と直交する１直
線に沿って、全キャピラリーに励起光ビームを照射する
励起光学系と、 検出器、及び前記励起光学系の励起光ビームにより励起
された全キャピラリーの試料から発生する蛍光でキャピ
ラリーの下端面から下端部のバッファ槽の透明な底面又
は側面を透過して出射したものを前記検出器に導く光学
系を備えた蛍光検出系とを備えたことを特徴とするマル
チキャピラリー電気泳動装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8188144A JPH1019846A (ja) | 1996-06-27 | 1996-06-27 | マルチキャピラリー電気泳動装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8188144A JPH1019846A (ja) | 1996-06-27 | 1996-06-27 | マルチキャピラリー電気泳動装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1019846A true JPH1019846A (ja) | 1998-01-23 |
Family
ID=16218525
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8188144A Pending JPH1019846A (ja) | 1996-06-27 | 1996-06-27 | マルチキャピラリー電気泳動装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1019846A (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| US6942773B1 (en) | 2001-01-26 | 2005-09-13 | The Regents Of The University Of California | Particle sizer and DNA sequencer |
| US7018519B1 (en) * | 1998-01-30 | 2006-03-28 | Rainer Siebert | Multicapillary electrophoresis systems |
| JP2006112839A (ja) * | 2004-10-13 | 2006-04-27 | Hitachi High-Technologies Corp | 電気泳動装置 |
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-
1996
- 1996-06-27 JP JP8188144A patent/JPH1019846A/ja active Pending
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