JPH1054800A - 電気泳動分離検出装置 - Google Patents

電気泳動分離検出装置

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JPH1054800A
JPH1054800A JP9130667A JP13066797A JPH1054800A JP H1054800 A JPH1054800 A JP H1054800A JP 9130667 A JP9130667 A JP 9130667A JP 13066797 A JP13066797 A JP 13066797A JP H1054800 A JPH1054800 A JP H1054800A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】高感度計測を可能とする電気泳動分離検出装置
を提供する。 【構成】複数種類の標識で標識された試料が泳動する複
数泳動路1を有する電気泳動部と、複数泳動路1の電気
泳動開始点から離れた所定の位置にレーザー光を照射す
る光照射手段(4、4’、15、16)と、レーザー光
の照射により標識から発する蛍光を検出する蛍光検出部
(5〜9)とを具備する電気泳動分離検出装置におい
て、光照射手段はレーザー光を所定の位置に照射し、蛍
光検出部は、所定の位置からの蛍光を分光する分光手段
6と、分光された蛍光を光検出器9に結像する手段8と
を具備し、光検出器が二次元光検出器又は複数のライン
センサからなる。 【効果】蛍光信号を時間分割することなく同時に計測で
き受光量を増す。

Description

【発明の詳細な説明】
【産業上の利用分野】本発明は蛍光標識DNA、RNA
あるいは蛋白質などの分離検出装置、特にDNA塩基配
列決定装置として使用するに好適な、塩基配列決定方
法、電気泳動分離検出方法、及び装置に関するものであ
る。
【従来の技術】従来、DNA上の塩基配列決定はDNA
を放射性元素で標識し、各塩基に特異な反応で断片化し
た後、ゲル電気泳動により分離し、オートラジオグラフ
イーで分離パターンを転写・読み取り行っていた。しか
し、放射性元素を用いる煩雑さから蛍光標識による方法
が提案されている。(Nature 321、674
(1986)。)この方法では、片方の末端を蛍光標識
しDNAを構成している四種の塩基アデニン(A)、チ
ミン(T)、シトシン(C)、グアニン(G)の所で、
それぞれ切断された一群の試料を作成する。この時、四
種の塩基で特徴づけられる四つの試料群を別々の色素で
標識する。これら試料をいっしよにして一つの泳動路上
を泳動させて分離する。泳動路上の特定箇所を光照射す
るとそこを通過するDNA断片の末端の種類A、T、
G、Cに応じて異なる色の光がでる。これをフィルター
を通して光電子増倍管で受光し検出する。フィルターは
四つの色に対応して四枚用意し、モーターで回転させ時
分割してそれぞれの信号を検出している。報告例では泳
動部に1本のカラム状のゲル管を用いているが、複数試
料の検出では複数のカラムゲルを並べたり、平面ゲルに
複数の泳動路を設けて、レーザーおよびフォトマルをス
キャンさせて計測するなどが行われている。
【発明が解決しようとする課題】一般に測定しようとす
る試料の数は複数であることが多く、この場合、平板ゲ
ルに複数の泳動路を設けてレーザーおよびフオトマルを
一体化して一直線上をスキャンする方法が取られてい
る。この蛍光測定で感度を支配する重要因子は受光量と
受光量の時間的変動の大小である。発光総量がほぼ一定
の場合、受光量は受光立体角と測定のデユーテイサイク
ルで決まる。測定泳動路数を10ケとすると、各泳動路
を識別して検出するには少なくとも100点刻みでスキ
ヤンする必要がある。更にフイルターを切り換えて4色
を区別するので塩基一種あたりの計測時間は連続測定の
場合の1/400と小さくなってしまう。また、受光量
の時間変動は主としてレーザーの変動に起因するが、こ
の変化も各点毎に異なるため高感度計測上の障害とな
る。本発明の目的は上記難点を克服するためになされた
ものである。
【課題を解決するための手段】上記目的は、各泳動路上
の計測部を同一のレーザー光で線状に照射し、線状部分
から出る蛍光を集光すると共にプリズムあるいは回折格
子で分光して二次元光センサー上に結像させて計測する
ことにより達成される。
【作用】励起光で各部を同時に照射することにより、レ
ーザーの変動による泳動路上からの蛍光量の変化を補正
することができる。また、二次元光検出器の使用によ
り、時間分割することなく各測定点からの蛍光を受光で
きるので受光量を大きくすることができる。
【実施例】以下、本発明の一実施例を図1により説明す
る。装置はレーザー光源4、4′、泳動ゲル1、保持板
2、バツフアー槽3からる電気泳動部、集光レンズ5、
回転フイルター14、回転シヤツター17からなる集光
および分光部、イメージ増巾器7、結合レンズ8、二次
元検出器9からなる二次元検出部、フレームメモリ10
および計算機11より成る。レーザー光は色素、励
起用と色素、励起用の2つがあり、回転ミラー15
で交互に電気泳動板1の下部側面からゲルを線状に照射
する。試料A、B、C、…は電気泳動板の上部に設けら
れたバツファー槽3から注入され下方に泳動するが、光
照射部を通過する時に蛍光を発する。試料の流れる泳動
路はこの例では10本ある。従って照射路を見ると泳動
路と背景光だけを発する部分とが交互に並ぶことにな
る。この線状の発光部の光量および発光波長は時間と共
に変化するがこれを分光すると共に位置検出して塩基配
列を決定する。発光像は結像レンズ5で集光され、プリ
ズムあるいは回折格子6で分光された像をイメージ増幅
器7上に結ぶ。波長の異なる光は図中あるいはイメージ
増幅器上で上下方向に分散されるので4色の光に対応し
て位置がずれて結合レンズ8を介して二次元検出器9上
にあらわれることになる。この様子はモニター13上の
画像で見ることができる。上下方向が波長分散で蛍光は
幅の広いバンドとして観測できる。横方向は試料の種
(A、B、C、…)である。TVカメラなどの二次元出
器9を用いる時は垂直方向が光の分散方向とするのが便
利である。これら二次元検出器9の代わりに4本のダイ
オードアレイからなるラインセンサーをそのままあるい
はイメージ増幅器と組み合わせて用いることもできる。
以下試料の調整から蛍光検出および配列決定の様子を図
2を用いて具体的に説明する。測定しようとするDNA
試料(図1でA、B、C…としたもの)を化学反応など
により片方の末端を蛍光標識し、他端がアデニン塩基A
で終わる試料群、チミン塩基Tで終わる試料群、シトシ
ン塩基Cで終わる試料群およびグアニン塩基Gで終わる
試料群の4種の試料群を作成する。もちろん、作成する
際、十数塩基からなる蛍光標識付プライマーを用いて目
的DNA中の各塩基種まで相補DNA鎖を伸長しても良
い。図には作成された蛍光ラベル付DNA断片群の様子
を示してある。DNAの化学切断で作成した場合には蛍
光標識されていないDNA断片が多数生ずるが蛍光検出
で検知でないので図示してない。断片群{A}、
{T}、{C}、{G}はそれぞれ異なった色素〜
で標識されている。図中23は蛍光ラベルプライマーあ
るいは蛍光ラベル末端を示す。色素として使用可能な例
には、FITC(Fluorescein isot
hiocyanate;吸収波長489nm、発光波長
515nm)、NBD−F(4−fluoro−7−
nitro−benzofurazan;吸収波長47
5nm、発光波長540nm)、TRITC(tet
ramethyl rhodamine isothi
ocyanate;吸収波長550nm、発光波長58
0nm)、Texas Red(sulforhod
amine 101;吸収波長590nm)、発光波長
605nm)などがある。標識DNA断片を1つにまと
め同一泳動路上を泳動させる。すなわち1つの試料につ
いて従来4つの泳動路を使用していたが、4色標識によ
り1つの泳動路で済む。DNA断片は長さに応じて分離
されるが、短いもの程早く泳動する。Arレーザー48
8nmをFITCおよびNBD−F励起用に使用し、H
e−Neレーザー543nmをTRITCおよびTex
as Red励起用に用いた。これらレーザー光21は
交互に励起領域a、a′を照射し、そこに到達してくる
DNA断片を励起する。発する蛍光は集光されプリズム
あるいは回折格子6で分光されてイメージ増幅器7上に
結像する。この像は増幅されて4本のラインセンサーあ
るいはTVカメラで検出される。図1に示すモニタ画像
13にイメージ増幅器上の像を模式的に示した。あらわ
れている点は5つの試料に対応している。波長のちがい
は図中上下位置の変化としてあらわれる。1つの試料に
着目すると位置と強度が時間と共に変化することにな
る。4つの色素に対応した信号の時間変化を検出するこ
とにより配列を決定することができる。実施例ではNB
D−Fの発光波長と励起光の1つであるHe−Neレー
ザー543nmとがほとんど重なってしまい、He−N
eレーザー光のゲルによる散乱が測定の障害となる。そ
こでイメージ増幅器の前にレーザーの交互照射と同期し
て動くシャッター17を取りつけ、障害となる背景光を
取り除いた。すなわちArレーザー照射中はFITCと
NBD−Fの計測に用いられる光電面だけ受光し、He
−Neレーザー照射時にはTRITCとTexas R
edの計測に用いられる光電面だけ受光するようにし
た。蛍光の発光波長は幅が広く実施例で用いたFITC
とNBD−FおよびTRITCとTexas Redか
らの発光を完全に分離することはできない。そこでそれ
ぞれ両者の差を取り他の蛍光体からの寄与を取除くよう
データを補正して用いた。図3は補正後のデータでピー
クの位置から塩基配列を図示したように決定できる。な
お本実施例ではシヤツターを用いてレーザー光の切り換
えに対応して計測受光面を切り換えたが、プリズムある
いは回折格子をレーザー光の切り換えに同期して回転さ
せ像の結像位置を変化させ、He−Ne543nmから
の散乱光がNBD−Fからの蛍光受光部に入らないよう
にし必要な光だけをスリットから取り出すようにしても
良い。本発明はここで用いた標識色およびその数に限定
されたり、DNA塩基配列決定に限定されるものでな
い。
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、複数
泳動路からの蛍光信号を時間分割することなく同時に計
測できるので全体として受光量を増し、感度を上げるこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の模式図。
【図2】試料調製の説明および配列決定原理図。
【図3】測定データの一例を示す図。
【符号の説明】
1…泳動ゲル、2…保持板、3…バツファー槽、4、
4′…レーザー光源、5…集光レンズ、6…回折格子、
7…イメージ増幅器、8…結合レンズ、9…TVカメラ
又は二次元センサー、10…フレームメモリ、11…計
算機、12…出力機器、13…モニター画像、14…回
転フイルター、15…回転又は振動ミラー、16…ミラ
ー、17…回転シヤツター、18…被測定DNA試料、
19…調整済試料、20…泳動板、21…レーザー光、
22…分離された蛍光標識DNAフラグメント。

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】複数種類の標識で標識された試料が泳動す
    る複数の泳動路を有する電気泳動部と、前記複数の泳動
    路の電気泳動開始点から離れた所定の位置にレーザー光
    を照射する光照射手段と、前記レーザー光の照射により
    前記標識から発する蛍光を検出する蛍光検出部とを具備
    する電気泳動分離検出装置において、前記蛍光検出部
    は、前記所定の位置から前記蛍光を集光する集光手段
    と、集光された前記蛍光を分光する分光手段と、分光さ
    れた前記蛍光を検出する二次元光検出器又は複数のライ
    ンセンサとを具備し、前記光照射手段により前記所定の
    位置に照射される前記レーザー光の方向と異なる方向か
    ら、前記集光手段により前記蛍光が集光され、前記分光
    手段により分光された前記蛍光を、前記蛍光の波長に対
    応して前記二次元光検出器の異なる位置又は異なる前記
    ラインセンサで検出することを特徴とする電気泳動分離
    検出装置。
  2. 【請求項2】複数種類の標識で標識された試料が泳動す
    る複数の泳動路を有する電気泳動部と、前記複数の泳動
    路の電気泳動開始点から離れた所定の位置にレーザー光
    を照射する光照射手段と、前記レーザー光の照射により
    前記標識から発する蛍光を検出する蛍光検出部とを具備
    する電気泳動分離検出装置において、前記蛍光検出部
    は、前記所定の位置から前記蛍光を集光する集光手段
    と、集光された前記蛍光を分光する分光手段と、分光さ
    れた前記蛍光を検出する二次元光検出器又は複数のライ
    ンセンサとを具備し、前記光照射手段により前記所定の
    位置に照射される前記レーザー光の方向と異なる方向か
    ら、前記集光手段により前記蛍光が集光され、前記分光
    手段により分光された前記蛍光の波長分散方向と前記所
    定の位置に照射される前記レーザー光の照射方向とが異
    なり、前記分光手段により分光された前記蛍光を、前記
    蛍光の波長に対応して前記二次元光検出器の異なる位置
    又は異なる前記ラインセンサで検出することを特徴とす
    る電気泳動分離検出装置。
  3. 【請求項3】末端塩基の種類毎に異なる標識により標識
    された核酸断片群を対象試料毎に調整する工程と、前記
    対象試料毎に前記核酸断片群を混合して電気泳動開始点
    に注入し泳動路で電気泳動して前記核酸断片群を分離す
    る工程と、前記電気泳動開始点から離れた所定の位置に
    レーザー光を照射して前記標識から発する蛍光を検出す
    る工程と、前記対象試料の塩基配列を決定する工程とを
    有する塩基配列決定方法において、前記蛍光を検出する
    工程は、前記所定の位置から発する前記蛍光を、前記所
    定の位置に照射される前記レーザー光の方向と異なる方
    向から集光する工程と、集光された前記蛍光を分光する
    工程と、分光された前記蛍光を、前記蛍光の波長に対応
    して二次元光検出器の異なる位置又は異なるラインセン
    サで検出する工程とを有することを特徴とする塩基配列
    決定方法。
  4. 【請求項4】複数種類の標識で標識された試料が泳動す
    る複数の泳動路を有する電気泳動部と、前記複数の泳動
    路の電気泳動開始点から離れた所定の位置にレーザー光
    を照射する光照射手段と、前記レーザー光の照射により
    前記標識から発する蛍光を検出する蛍光検出部とを具備
    する電気泳動分離検出装置において、前記光照射手段は
    複数の波長のレーザー光を前記所定の位置に照射し、前
    記蛍光検出部は、前記所定の位置から前記蛍光を集光す
    る集光手段と、集光された前記蛍光を分光する分光手段
    と、分光された前記蛍光を検出する光検出器とを具備
    し、前記光検出器が複数のラインセンサからなることを
    特徴とする電気泳動分離検出装置。
  5. 【請求項5】複数種類の標識で標識された試料が泳動す
    る複数の泳動路を有する電気泳動部と、前記複数の泳動
    路の電気泳動開始点から離れた所定の位置にレーザー光
    を照射する光照射手段と、前記レーザー光の照射により
    前記標識から発する蛍光を検出する蛍光検出部とを具備
    する電気泳動分離検出装置において、前記光照射手段は
    レーザー光を前記所定の位置に照射し、前記蛍光検出部
    は、前記所定の位置からの前記蛍光を分光する分光手段
    と、分光された前記蛍光を光検出器に結像する手段とを
    具備し、前記光検出器が二次元光検出器又は複数のライ
    ンセンサからなることを特徴とする電気泳動分離検出装
    置。
  6. 【請求項6】複数種類の標識で標識された試料が泳動す
    る複数の泳動路を有する電気泳動部と、前記複数の泳動
    路の電気泳動開始点から離れた所定の位置にレーザー光
    を照射する光照射手段と、前記レーザー光の照射により
    前記標識から発する蛍光を検出する蛍光検出部とを具備
    する電気泳動分離検出装置において、前記光照射手段は
    レーザー光を前記所定の位置に照射し、前記蛍光検出部
    は、前記所定の位置からの前記蛍光を分光して光検出器
    に結像する手段とを具備し、前記光検出器が二次元光検
    出器又は複数のラインセンサからなることを特徴とする
    電気泳動分離検出装置。
  7. 【請求項7】請求項6に記載の電気泳動分離検出装置に
    おいて、前記試料が泳動する複数の泳動路の数が少なく
    とも10であることを特徴とする電気泳動分離検出装
    置。
  8. 【請求項8】複数種類の標識で標識された試料が泳動す
    る泳動路を有する電気泳動部と、前記泳動路の電気泳動
    開始点から離れた所定の位置にレーザー光を照射する光
    照射手段と、前記レーザー光の照射により前記標識から
    発する蛍光を検出する蛍光検出部とを具備する電気泳動
    分離検出装置において、前記光照射手段は複数の波長の
    レーザー光を前記所定の位置に照射し、前記蛍光検出部
    は、前記所定の位置から前記蛍光を集光する集光手段
    と、集光された前記蛍光を分光する分光手段と、分光さ
    れた前記蛍光を検出する光検出器とを具備し、前記光検
    出器が二次元光検出器又は複数のラインセンサからなる
    ことを特徴とする電気泳動分離検出装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60242368A (ja) * 1984-05-16 1985-12-02 Hitachi Ltd 核酸塩基配列決定方法
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JPS61213974A (ja) * 1985-03-19 1986-09-22 Mitsui Mining & Smelting Co Ltd 光散乱画像解析装置

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