JPS63263458A - Base sequence determining apparatus - Google Patents

Base sequence determining apparatus

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JPS63263458A
JPS63263458A JP62099435A JP9943587A JPS63263458A JP S63263458 A JPS63263458 A JP S63263458A JP 62099435 A JP62099435 A JP 62099435A JP 9943587 A JP9943587 A JP 9943587A JP S63263458 A JPS63263458 A JP S63263458A
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Abstract

PURPOSE:To improve the sensitivity of measurement by removing an optically detected background light component from an optical detection signal. CONSTITUTION:The components below the specific wavelengths within the excitation laser light from an argon laser 14 are reflected by a dichroic mirror 16 and excite, through an objective lens 18, the migration gel 2 of the nucleic acid fragments labeled by a labeling dye. Fluorescence is generated from the gel 2. This fluorescent component and the background light component such as scattered light are detected by a photomultiplier 22 via a dichroic mirror 24, an interference filter 26, etc. The background light component is detected by an optical multiplier 28 via the mirror 24, an interference filter 26, etc. The detection outputs of these multipliers 22, 28 are processed by a differential amplifier 34, by which the background component is removed. A very weak excitation fluorescent component and phosphorescence component are thereby extracted and the sensitivity of the measurement for determining the base sequence is enhanced.

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、サンガーの方法によって核酸の塩基配列を決
定する過程で、特に予めプライマーを蛍光物質や燐光物
質などの標識色素でラベルしておき、最終段階のゲル電
気泳動からの配列の読取りをその標識色素からの発光を
利用して分光学的方法により行なう装置に関するもので
ある。
Detailed Description of the Invention (Industrial Application Field) The present invention is used in the process of determining the base sequence of a nucleic acid by Sanger's method, in which primers are labeled in advance with a labeling dye such as a fluorescent substance or a phosphorescent substance. This invention relates to an apparatus for reading sequences from the final stage of gel electrophoresis using a spectroscopic method using light emitted from the labeling dye.

(従来の技術) 従来の塩基配列決定装置としては、例えばr N at
ure J誌、第321巻、第674〜679ページ(
1986年)のものや、日本生物物理学会部会(198
6年10月、筑波)3El130のものなどがある。こ
れらの塩基配列決定装置は、予めサンガー法(rPro
c、Natl、Acad、Sci、USAJ誌。
(Prior art) As a conventional base sequence determination device, for example, r N at
ure J magazine, volume 321, pages 674-679 (
(1986), Japanese Biophysical Society Subcommittee (1986)
(October 2006, Tsukuba) 3El130. These base sequencing devices are equipped with the Sanger method (rPro
c, Natl, Acad, Sci, USAJ magazines.

第74巻、第5463ページ(1977年)参照)で処
理したDNA断片にその末端塩基の種類(A(アデニン
)、G(グアニン)、T(チミン)、C(シトシン))
に応じて別々の蛍光物質をつけたものを単一の泳動レー
ンで泳動させるか、又は同じ蛍光物質をつけたものを別
々の泳動レーンで泳動させるかし、その蛍光物質をレー
ザ光で励起し、蛍光波長の光のみを受光し測定すること
によリDNA断片の泳動パターンを検出し、最終的に塩
基配列を決定している。
Vol. 74, p. 5463 (1977)) The type of terminal bases (A (adenine), G (guanine), T (thymine), C (cytosine))
Depending on the situation, the fluorescent substances attached with different fluorescent substances can be run in a single migration lane, or the substances attached with the same fluorescent substance can be run in separate migration lanes, and the fluorescent substances can be excited with laser light. By receiving and measuring only light at the fluorescent wavelength, the electrophoretic pattern of the DNA fragments is detected, and the base sequence is finally determined.

従来の塩基配列決定装置を詳しく説明するために1代表
例を第3図に示す、第3図の装置と類似の装置がrHi
gh TechnologyJ誌、1986年12月号
、第49ページに記載されている。
In order to explain in detail a conventional base sequencing device, a representative example is shown in FIG. 3.A device similar to the device shown in FIG.
It is described in gh Technology J magazine, December 1986 issue, page 49.

第3図において、2はポリアクリルアミドにてなる泳動
ゲルであり、その両端が電極槽4,6に浸されている。
In FIG. 3, reference numeral 2 denotes a migration gel made of polyacrylamide, both ends of which are immersed in electrode baths 4 and 6.

電極槽4,6には電解液が収容されている。電極槽4,
6の間には泳動電源8によって泳動電圧が印加される。
The electrode tanks 4 and 6 contain an electrolytic solution. Electrode tank 4,
6, a migration voltage is applied by a migration power supply 8.

泳動ゲル2の一端には試料を注入するためのスロットl
Oが設けられており、このスロットIOに末端塩基側の
試料が注入され、泳動電源8からの泳動電圧によって試
料が泳動ゲル2中を矢印12方向に電気泳動し展開され
ていく。
At one end of the electrophoresis gel 2 there is a slot l for injecting the sample.
A sample on the terminal base side is injected into this slot IO, and the sample is electrophoresed in the direction of the arrow 12 in the electrophoresis gel 2 by the electrophoresis voltage from the electrophoresis power supply 8 and developed.

14は励起光光源としてのレーザであり、励起光はハー
フミラ−又はダイクロイックミラー16で反射され、対
物レンズ18を経て泳動ゲル2に照射される。泳動ゲル
2中を泳動してきた試料の蛍光ラベルからの蛍光は再び
対物レンズ18で集光され、ハーフミラ−又はダイクロ
イックミラー16を透過して蛍光選択用干渉フィルタ2
0を通り、光電素子としての光電子増倍管22に受光さ
れ検出される。
Reference numeral 14 denotes a laser as an excitation light source, and the excitation light is reflected by a half mirror or dichroic mirror 16 and irradiated onto the migration gel 2 through an objective lens 18. Fluorescence from the fluorescent label of the sample that has migrated through the electrophoresis gel 2 is again focused by the objective lens 18 and transmitted through a half mirror or dichroic mirror 16 to the interference filter 2 for fluorescence selection.
0, and is received and detected by the photomultiplier tube 22 as a photoelectric element.

第3図の装置では、1つの対物レンズ18を励起光照射
用及び蛍光受光用に共用し、対物レンズ18及びそれと
関連する光学系全体を試料の配列方向23(泳動方向1
2と直交する方向、図では横方向)に機械的に走査する
In the apparatus shown in FIG. 3, one objective lens 18 is used for both excitation light irradiation and fluorescence reception, and the objective lens 18 and the entire optical system associated with it are arranged in the sample arrangement direction 23 (migration direction 1).
2 (transverse direction in the figure).

(発明が解決しようとする問題点) 第3図の塩基配列決定装置を初め、従来の塩基配列決定
装置は、レーザ光で蛍光物質を励起し、その蛍光光を分
光し検出しているが、蛍光光は非常に弱いので、泳動ゲ
ルによる励起光のレーリー散乱成分や水のラマン散乱に
よる成分が蛍光光の強力や背景光となってS/N比を低
下させる。
(Problems to be Solved by the Invention) Conventional base sequence determination apparatuses, including the base sequence determination apparatus shown in FIG. Since the fluorescent light is very weak, the Rayleigh scattering component of the excitation light by the electrophoretic gel and the Raman scattering component of the water become strong fluorescent light and background light, reducing the S/N ratio.

以下、第3図の塩基配列決定装置を例にして問題点を詳
しく説明する。
Hereinafter, the problems will be explained in detail using the base sequencing apparatus shown in FIG. 3 as an example.

光電子増倍管22で受光される光はダイクロイックミラ
ー16及び蛍光選択用干渉フィルタ20を透過してくる
が、光電子増倍管22で受光される光は蛍光光のみでは
なく、厳密に言えば励起光の、レーリー散乱光や水のラ
マン散乱光が背景光として入っている。
The light received by the photomultiplier tube 22 passes through the dichroic mirror 16 and the fluorescence selection interference filter 20, but the light received by the photomultiplier tube 22 is not only fluorescent light but, strictly speaking, excitation light. Rayleigh scattered light and Raman scattered light of water enter as background light.

レーザ光による励起ではレーザ光のスペクトルは極めて
狭く、ラマン散乱もそのスペクトルが極めて狭くなる。
When excitation is performed by laser light, the spectrum of the laser light is extremely narrow, and the spectrum of Raman scattering is also extremely narrow.

レーリー散乱光やラマン散乱光は蛍光光とは波長が異な
るので、もし、蛍光光を完全な波長フィルタ(干渉フィ
ルタ)20で取り出せるものならば光電子増倍管22で
受光される光の中にレーリー散乱光やラマン散乱光が混
入することはなく、背景光が高くなることはなく、した
がってS/N比が悪化することはない筈である。
Rayleigh scattered light and Raman scattered light have different wavelengths from fluorescent light, so if fluorescent light can be extracted with a complete wavelength filter (interference filter) 20, Rayleigh scattered light will be included in the light received by the photomultiplier tube 22. Scattered light and Raman scattered light will not be mixed in, background light will not be high, and therefore the S/N ratio should not deteriorate.

ところが、ダイクロイックミラー16や干渉フィルタ2
0を用いているにも拘わらず励起光成分や水のラマン散
乱光成分が光電子増倍管、22に入射してくるのは、ダ
イクロイックミラー16や干渉フィルタ20が完全に波
長を分離することができないためである1例えば、干渉
フィルタ20が理想的な干渉フィルタであっても、波長
を分離できるのは入射光が干渉フィルタ20に直角に入
射するときだけである。実際には蛍光光はインコヒーレ
ントであり、蛍光光源の大きさをもっているので、たと
え対物レンズ18で平行光を得てもこの条件は満たされ
ない。
However, the dichroic mirror 16 and the interference filter 2
The reason why the excitation light component and the Raman scattered light component of water enter the photomultiplier tube 22 even though 0 is used is that the dichroic mirror 16 and interference filter 20 cannot completely separate the wavelengths. For example, even if the interference filter 20 is an ideal interference filter, wavelengths can be separated only when the incident light enters the interference filter 20 at right angles. In reality, fluorescent light is incoherent and has the size of a fluorescent light source, so even if parallel light is obtained with the objective lens 18, this condition is not met.

仮に、干渉フィルタ20の代りに回折格子を用いても、
入射スリットがある大きさをもち、また回折格子の本数
も無限ではなく、蛍光光がインコヒーレントでもあるの
で、その回折格子は同様に理想的波長フィルタとはなら
ない。
Even if a diffraction grating is used instead of the interference filter 20,
Since the entrance slit has a certain size, the number of diffraction gratings is not infinite, and the fluorescent light is incoherent, the diffraction grating is also not an ideal wavelength filter.

すなわち、実験的に可能な物理系では完全に蛍光波長の
みを分離することはできず、光電子増倍管22に背景光
としてレーリー散乱による励起波長成分や水のラマン散
乱波長成分の混入は避けられない。
In other words, in an experimentally possible physical system, it is not possible to completely separate only the fluorescence wavelength, and it is impossible to avoid the excitation wavelength component due to Rayleigh scattering and the Raman scattering wavelength component of water from entering the photomultiplier tube 22 as background light. do not have.

第3図のように泳動させなから泳動ゲル上の特定の場所
での蛍光の時間変化をみる方式(オンライン方式)では
、いったん別の泳動装置で泳動させ展開させたパターン
を測定する方式(オフライン方式)に比べて泳動ゲル自
体の場所による光学特性の差が出てこなくて有利である
が、それでも結局、核酸断片の通過、泳動ゲル2自体の
光学特性の時間変動、泡の発生又はレーザ光自体の出力
のふらつきによって、励起光のレーリー散乱光や水のラ
マン散乱光による背景光強度が大きく変動し、本来の信
号である蛍光出力の変動を包み込んでしまい、測定感度
が低下してしまう。
As shown in Figure 3, in the method (online method) that observes the temporal change in fluorescence at a specific location on the electrophoresis gel without electrophoresis, the method (offline method) that measures the developed pattern after electrophoresis is performed in a separate electrophoresis device (offline method). Although this method is advantageous in that there are no differences in optical properties depending on the location of the electrophoresis gel itself, it still results in the passage of nucleic acid fragments, temporal fluctuations in the optical properties of the electrophoresis gel itself, generation of bubbles, or laser light. Due to fluctuations in the output of the detector itself, the background light intensity due to the Rayleigh scattered light of the excitation light and the Raman scattered light of the water fluctuates greatly, which engulfs the fluctuations in the fluorescence output, which is the original signal, and reduces measurement sensitivity.

以上の問題は標識色素として蛍光物質の代りに燐光物質
を用いても全く同じことである。
The above problem is exactly the same even if a phosphorescent substance is used instead of a fluorescent substance as a labeling dye.

本発明は泳動ゲルに励起光照射をして検出した信号から
背景光の変動分を除去することによって測定感度の高い
塩基配列決定装置を提供することを目的とするものであ
る。
An object of the present invention is to provide a base sequence determination device with high measurement sensitivity by removing fluctuations in background light from a signal detected by irradiating a migration gel with excitation light.

(問題点を解決するための手段) 本発明では泳動ゲルから蛍光測定や燐光測定を行なった
とき、その検出信号の背景光となる泳動ゲル自体の光学
特性の変化、レーリー散乱光強度の変化及びラマン散乱
光の変化のうちの少なくとも一部を同時に測定し、その
背景光の変動分を検出信号から除去する。
(Means for Solving the Problems) In the present invention, when fluorescence measurement or phosphorescence measurement is performed from a migration gel, changes in the optical properties of the migration gel itself, which become the background light of the detection signal, changes in the intensity of Rayleigh scattered light, At least a portion of the changes in the Raman scattered light are simultaneously measured, and the fluctuations in the background light are removed from the detection signal.

実施例を示す第1図及び第2図を参照して説明すると、
本発明の塩基配列決定装置は、標識色素によりラベルさ
れた核酸断片をスラブ状泳動ゲル(2)に電気泳動させ
る機構(4,6,8)と。
To explain with reference to FIGS. 1 and 2 showing examples,
The base sequencing device of the present invention includes a mechanism (4, 6, 8) for electrophoresing a nucleic acid fragment labeled with a labeling dye onto a slab-like electrophoresis gel (2).

泳動ゲル(2)に励起光ビームを照射する機構(14,
16,18,44)と、励起光ビームにより照射された
部分からの光を受光する第1の受光部(20,22,4
6,52)と、この第1の受光部で受光される光の一部
から励起波長成分及び水のラマン散乱波長成分の少なく
とも一方を取り出す光学系(24,26,46,54)
と、この光学系により取り出された光を受光する第2の
受光部(28,52)と、前記第1の受光部の出力から
前記第2の受光部の出力に比例した量を引算して標識色
素の発光強度を算出し、この発光強度をもとにして核酸
の塩基配列を決定するデータ処理部(30,32,34
,38,40)とを備えている。
A mechanism (14,
16, 18, 44), and a first light receiving section (20, 22, 4) that receives light from the part irradiated with the excitation light beam.
6, 52), and an optical system (24, 26, 46, 54) that extracts at least one of the excitation wavelength component and the Raman scattering wavelength component of water from a portion of the light received by the first light receiving section.
and a second light receiving section (28, 52) that receives the light extracted by this optical system, and subtracting an amount proportional to the output of the second light receiving section from the output of the first light receiving section. The data processing unit (30, 32, 34) calculates the luminescence intensity of the labeling dye and determines the base sequence of the nucleic acid based on this luminescence intensity.
, 38, 40).

(実施例) 第1図は第3図に示された塩基配列決定装置に本発明を
適用した例を表わす、第3図と同一の部分には同一の符
号を付す。
(Example) FIG. 1 shows an example in which the present invention is applied to the base sequencing apparatus shown in FIG. 3. The same parts as in FIG. 3 are given the same reference numerals.

スラブ状泳動ゲル2としては8%ポリアクリルアミドよ
りなるゲルを使用する。泳動ゲル2の上下には電解液の
入った電極槽4,6を備え、泳動電源8によって泳動電
流が印加されるようになっている。
As the slab electrophoresis gel 2, a gel made of 8% polyacrylamide is used. Electrode tanks 4 and 6 containing an electrolyte are provided above and below the electrophoresis gel 2, and electrophoresis current is applied by a electrophoresis power source 8.

泳動ゲル2の上端には試料を注入するためのスロットl
Oが設けられており、各スロット10にはサンガー法で
処理されそのプライマーに標識色素である蛍光物gtT
RITcで予めラベルされたDNA断片がその末端塩基
A、T、C,Gのそれぞれ別々に入れられ、原動力向1
2に泳動させられる。蛍光物質T良I T Cは吸収ピ
ークが545nm付近であり、発光する蛍光のピークが
570nm付近である。
The upper end of the electrophoresis gel 2 has a slot l for injecting the sample.
0, and each slot 10 is treated with the Sanger method and the primer is labeled with a fluorescent substance gtT.
A DNA fragment pre-labeled with RITc was inserted into its terminal bases A, T, C, and G separately, and the motive direction 1
2. The fluorescent substance TRITC has an absorption peak around 545 nm, and a peak of emitted fluorescence around 570 nm.

励起光源としてのレーザ14には発振波長514nmの
アルゴンレーザを用いる。
An argon laser with an oscillation wavelength of 514 nm is used as the laser 14 as an excitation light source.

ダイクロイックミラー16には540nm以上の光を透
過させ、それ未満の波長の光を反射するものを使用する
。ダイクロイックミラー16はレーザ14からのレーザ
光を反射する位置に設けられている。
The dichroic mirror 16 is one that transmits light of 540 nm or more and reflects light of wavelengths shorter than 540 nm. The dichroic mirror 16 is provided at a position to reflect the laser beam from the laser 14.

対物レンズ18はダイクロイックミラー16で反射され
た光を泳動ゲル2の表面に集光させる。
The objective lens 18 focuses the light reflected by the dichroic mirror 16 onto the surface of the electrophoretic gel 2.

対物レンズ18はまた泳動ゲル2の照射部分からの光を
集光してダイクロイックミラー16に入射させる。
The objective lens 18 also collects the light from the irradiated portion of the electrophoretic gel 2 and makes it enter the dichroic mirror 16 .

ダイクロイックミラー16を透過した光を受光する位置
にはダイクロイックミラー24が設けられている。ダイ
クロイックミラー24としても540nm以上の光を透
過させ、それ未満の波長の光を反射させるものを使用す
る。
A dichroic mirror 24 is provided at a position to receive the light transmitted through the dichroic mirror 16. As the dichroic mirror 24, one that transmits light of 540 nm or more and reflects light of wavelengths shorter than that is used.

ダイクロイックミラー24を透過した光を受光する位置
には干渉フィルタ20を介して光電子増倍管22が設け
られている。干渉フィルタ2oは蛍光ピーク波長570
nmに狭い透過バンドをもつものを使用する。
A photomultiplier tube 22 is provided through an interference filter 20 at a position where the light transmitted through the dichroic mirror 24 is received. The interference filter 2o has a fluorescence peak wavelength of 570
Use one with a narrow transmission band in the nm range.

ダイクロイックミラー24で反射された光を受光する位
置には、干渉フィルタ26を介して光電子増倍管28が
設けられている。干渉フィルタ26としては514nm
に狭い一透過バンドをもつものを使用する。ダイクロイ
ックミラー24で反射されるのは540nmより短波長
の光であり、この反射光をさらに514nmの干渉フィ
ルタ26によって取り出し光電子増倍管28で検出を行
なう。光電子増倍管28で検出されるのはレーリー散乱
による励起光成分である。
A photomultiplier tube 28 is provided at a position to receive the light reflected by the dichroic mirror 24 via an interference filter 26. 514 nm as the interference filter 26
Use one with a narrow transmission band. What is reflected by the dichroic mirror 24 is light having a wavelength shorter than 540 nm, and this reflected light is further extracted by a 514 nm interference filter 26 and detected by a photomultiplier tube 28 . What is detected by the photomultiplier tube 28 is the excitation light component due to Rayleigh scattering.

30は蛍光検出用の光電子増倍管22の検出信号を増幅
する増幅器、32は励起光成分検出用の光電子増倍管2
8の検出信号を増幅する増幅器である。増幅器30の出
力は差動増幅器34の非反転入力端子に入力され、増幅
器32の出力はレベル調整用の可変抵抗器36を経て差
動増幅器34の反転入力端子に入力される。
30 is an amplifier for amplifying the detection signal of the photomultiplier tube 22 for fluorescence detection, and 32 is the photomultiplier tube 2 for detecting the excitation light component.
This is an amplifier that amplifies the detection signal of 8. The output of the amplifier 30 is input to the non-inverting input terminal of the differential amplifier 34, and the output of the amplifier 32 is input to the inverting input terminal of the differential amplifier 34 via a variable resistor 36 for level adjustment.

差動増幅器34の出力はA/D変換IJ 38によって
デジタル信号に変換されてマイクロコンピュータ40に
入力される。
The output of the differential amplifier 34 is converted into a digital signal by an A/D converter IJ 38 and input to the microcomputer 40.

ダイクロイックミラー16、対物レンズ18を含む光学
系全体は駆動機構42によって泳動方向12と直交する
方向23に機械的に高速走査される。マイクロコンピュ
ータ40は駆動機溝42を制御することにより、入力し
た蛍光のパターンからDNAの泳動パターンを計算し、
目的とする塩基配列を決定する。
The entire optical system including the dichroic mirror 16 and the objective lens 18 is mechanically scanned at high speed in a direction 23 perpendicular to the migration direction 12 by a drive mechanism 42 . The microcomputer 40 calculates the migration pattern of DNA from the input fluorescence pattern by controlling the driver groove 42,
Determine the target base sequence.

本実施例の動作を説明すると、光電子増倍管22で受光
される光にはDNA断片の蛍光ラベルからの蛍光光だけ
ではなく、レーリー散乱光やラマン散乱光がダイクロイ
ックミラー16.24や干渉フィルタ20の不完全な分
離特性によって混入している。
To explain the operation of this embodiment, the light received by the photomultiplier tube 22 includes not only fluorescent light from the fluorescent label of the DNA fragment, but also Rayleigh scattered light and Raman scattered light, which are transmitted through the dichroic mirror 16, 24 and the interference filter. Contaminated by incomplete separation characteristics of 20.

光電子増倍管28で受光された光束について考えると、
ダイクロイックミラー24に入射するまでの光束25は
光電子増倍管22.で受光される光束と同じものである
から、光電子増倍管28で受光された光束は光電子増倍
管22で検出された信号の背景光を反映している。厳密
には光電子増倍管28の出力の中には蛍光成分も含まれ
るが、大部分は背景光そのものである。
Considering the light flux received by the photomultiplier tube 28,
The light beam 25 that reaches the dichroic mirror 24 passes through the photomultiplier tube 22. The light flux received by the photomultiplier tube 28 reflects the background light of the signal detected by the photomultiplier tube 22. Strictly speaking, the output of the photomultiplier tube 28 includes a fluorescent component, but most of it is background light itself.

背景光はレーリー散乱光とラマン散乱光からなるが、レ
ーリー散乱の方がラマン散乱よりはるかに強く、またこ
の場合波長もレーリー散乱の方が蛍光に近いので、背景
光は殆どレーリー散乱によるものと考えても差し仕えが
ない。
Background light consists of Rayleigh scattered light and Raman scattered light, but Rayleigh scattering is much stronger than Raman scattering, and in this case, the wavelength of Rayleigh scattering is closer to that of fluorescence, so it is assumed that most of the background light is due to Rayleigh scattering. There's no harm in thinking about it.

光電子増倍管22の受光信号が変動しても、もしその変
動が何らかの原因による背景光の変動に起因するもので
あれば光電子増倍管28の出力も同様に変動し、もしそ
の変動が蛍光光の変動による真の信号であれば光電子増
倍管22の出力のみが変動し、光電子増倍管28の出力
は変動しない。
Even if the light reception signal of the photomultiplier tube 22 fluctuates, if the fluctuation is due to a fluctuation in the background light for some reason, the output of the photomultiplier tube 28 will similarly fluctuate, and if the fluctuation is caused by a fluctuation in the background light If the signal is a true signal due to fluctuations in light, only the output of the photomultiplier tube 22 will fluctuate, and the output of the photomultiplier tube 28 will not fluctuate.

そこで、差動増幅器34で面出力の差分を取ればその出
力は蛍光信号のみを表わすことになる。
Therefore, if the differential amplifier 34 takes the difference between the surface outputs, the output will represent only the fluorescent signal.

レベル調整用の可変抵抗器36は、蛍光物質が全くない
とき、すなわち泳動前、に差動増幅器34の出力が0に
なるように増幅l!s32の増幅度を調整するものであ
る。
A variable resistor 36 for level adjustment is used to amplify l! so that the output of the differential amplifier 34 becomes 0 when there is no fluorescent substance, that is, before electrophoresis. This is to adjust the amplification degree of s32.

駆動機構42を通して対物レンズ23を含む光学系全体
を走査しながら、背景光の除去された蛍光出力信号をマ
イクロコンピュータ40に入力していくことによって塩
基配列を決定する。
The base sequence is determined by inputting the fluorescence output signal from which background light has been removed to the microcomputer 40 while scanning the entire optical system including the objective lens 23 through the drive mechanism 42.

第2図は他の実施例を表わす。FIG. 2 represents another embodiment.

泳動ゲル2の上下両端に電極槽4,6を備え、泳動ゲル
2の上端の試料注入用スロット10に注入された核酸断
片試料を泳動電g8からの泳動電流によって泳動ゲル2
中を電気泳動させる点は第1図の実施例と同じある。
Electrode vessels 4 and 6 are provided at both the upper and lower ends of the electrophoresis gel 2, and the nucleic acid fragment sample injected into the sample injection slot 10 at the upper end of the electrophoresis gel 2 is transferred to the electrophoresis gel 2 by the electrophoresis current from the electrophoresis charge g8.
The electrophoresis process is the same as in the embodiment shown in FIG.

この実施例でも励起光源としてアルゴンレーザ14を用
いる。44はアルゴンレーザ14からのレーザ光を反射
させて泳動ゲル2の面の法線方向に照射する正多角形ミ
ラーである。正多角形ミラー44が回転することによっ
て励起光であるレーザ光は泳動ゲル2上を泳動方向と直
交する方向に走査させられる。
This embodiment also uses the argon laser 14 as the excitation light source. 44 is a regular polygonal mirror that reflects the laser light from the argon laser 14 and irradiates it in the normal direction of the surface of the electrophoretic gel 2. By rotating the regular polygonal mirror 44, the laser beam serving as excitation light is caused to scan the electrophoretic gel 2 in a direction perpendicular to the electrophoretic direction.

励起された核酸断片の蛍光ラベルからの蛍光光を受光す
るために泳動ゲル2の一方の端面に光ファイバ束46の
一端面が泳動ゲル2の端面と対向するように設けられて
いる。泳動ゲル2の他方の端面、すなわち光ファイバ4
6が設けられた端面とは反対側の端面、には蛍光光の受
光感度を高めるためにミラー48が設けられている。
One end surface of an optical fiber bundle 46 is provided on one end surface of the electrophoresis gel 2 so as to face the end surface of the electrophoresis gel 2 in order to receive fluorescent light from the fluorescent label of the excited nucleic acid fragment. The other end surface of the electrophoretic gel 2, that is, the optical fiber 4
A mirror 48 is provided on the end surface opposite to the end surface where 6 is provided in order to increase the sensitivity of receiving fluorescent light.

光ファイバ束46の他端は束ねられて、その他端から出
た光が光電子増倍管52に入射するようになっている。
The other end of the optical fiber bundle 46 is bundled so that light emitted from the other end is incident on the photomultiplier tube 52.

光ファイバ束46と光電子増倍管52の間にはフィルタ
を切り換える回転体50が設けられている6回転体50
には蛍光選択用の干渉フィルタ20と水のラマン散乱光
選択用の干渉フィルタ54とが設けられており、干渉フ
ィルタ54には入射強度を調整するN D (Neut
ral Density ;減光)フィルタ56が重ね
て設けられている。
A six-rotator 50 is provided between the optical fiber bundle 46 and the photomultiplier tube 52, and a rotor 50 for switching filters is provided.
is provided with an interference filter 20 for selecting fluorescence and an interference filter 54 for selecting Raman scattered light of water.
ral Density (attenuation) filters 56 are provided in an overlapping manner.

本実施例では泳動ゲル2の上端のスロットIOに注入す
るDNA断片試料は、そのプライマーを蛍光物質XRI
TCでラベルしたものを使用する。
In this example, the DNA fragment sample to be injected into the slot IO at the upper end of the electrophoresis gel 2 is
Use the one labeled with TC.

XRITCは吸収ピークが582nmであり、発生する
蛍光のピークが601nmである。この場合、XRIT
Cの蛍光波長601nmは水のラマン散乱である619
nm付近に近く、蛍光受光信号の背景は主としてこの水
のラマン散乱によるものである。
XRITC has an absorption peak at 582 nm and a generated fluorescence peak at 601 nm. In this case, XRIT
The fluorescence wavelength of 601 nm of C is Raman scattering of water619
The background of the fluorescence reception signal is mainly due to Raman scattering of this water.

本実施例では蛍光光とともに水のラマン散乱光が同じ光
電子増倍管52に混入してくるので、その水のラマン散
乱光成分を干渉゛フィルタ54によって取り出して測定
する。
In this embodiment, since the Raman scattered light of water enters the same photomultiplier tube 52 together with the fluorescent light, the Raman scattered light component of the water is extracted by the interference filter 54 and measured.

58は光電子増倍管52の出力信号を増幅する増幅器で
あり、増幅器58の出力はA/D変換器38でデジタル
信号に変換されてマイクロコンピュータ40に取り込ま
れる。マイクロコンピュータ40はまた、回転機4i1
J60によってフィルタの回転体50を回転させる。
Reference numeral 58 denotes an amplifier that amplifies the output signal of the photomultiplier tube 52 , and the output of the amplifier 58 is converted into a digital signal by the A/D converter 38 and input to the microcomputer 40 . The microcomputer 40 also operates a rotating machine 4i1.
The rotor 50 of the filter is rotated by J60.

正多角形ミラー44と泳動ゲル2の間にはハーフミラ−
62が設けられており、泳動ゲル2に照射される励起光
の一部がハーフミラ−62で取り出されて位置センサ6
4に入力され、位置センサ64の検出信号がマイクロコ
ンピュータ4oに取り込まれることによって、励起光の
照射位置が検出される0位置センサ64としては例えば
半導体装置センサであるS−1352(浜松ホトニクス
社の商品)などを用いることができる。
A half mirror is provided between the regular polygonal mirror 44 and the electrophoretic gel 2.
A part of the excitation light irradiated onto the electrophoresis gel 2 is extracted by the half mirror 62 and sent to the position sensor 6.
4 and the detection signal of the position sensor 64 is taken into the microcomputer 4o to detect the irradiation position of the excitation light. products) etc. can be used.

光ファイバ束46としては例えばESKA (三菱レー
ヨン株式会社の商品)を用いることができる。
As the optical fiber bundle 46, for example, ESKA (product of Mitsubishi Rayon Co., Ltd.) can be used.

次に1本実施例の動作について説明する。Next, the operation of this embodiment will be explained.

・  DNA断片試料を泳動ゲル2中に電気泳動させ、
アルゴンレーザ14からの励起光を正多角形ミラー44
の回転によって走査し、光ファイバ束46を経て光電子
増倍管52で信号を検出すると、蛍光光に比べて水のラ
マン散乱は非常に強い、そこでNDフィルタ56を選択
することによって、泳動ゲル2に蛍光物質が全くないと
きに光電子増倍管52から検出される信号が、蛍光用干
渉フィルタ20を通して得た信号と水のラマン波長用干
渉フィルタ54を通して得た信号とで同じ強さになるよ
うに調整する。
- Electrophores the DNA fragment sample in electrophoresis gel 2,
The excitation light from the argon laser 14 is transferred to a regular polygon mirror 44.
When the electrophoretic gel 2 is scanned by the rotation of the electrophoretic gel 2 and the signal is detected by the photomultiplier tube 52 via the optical fiber bundle 46, the Raman scattering of water is very strong compared to the fluorescent light. so that the signal detected from the photomultiplier tube 52 when there is no fluorescent substance at all has the same intensity as the signal obtained through the fluorescence interference filter 20 and the signal obtained through the water Raman wavelength interference filter Adjust to.

そしてまず、正多角形ミラー44をある角度で少しの時
間固定し、その間に干渉フ、イルタ20と干渉フィルタ
54を切り換えて蛍光成分とラマン散乱光成分を測光し
、その結果をマイクロコンピュータ40で引算し、その
演算結果を蛍光の信号とする。
First, the regular polygon mirror 44 is fixed at a certain angle for a short period of time, and during that time, the interference filter 20 and the interference filter 54 are switched to measure the fluorescence component and the Raman scattered light component, and the results are sent to the microcomputer 40. Subtraction is performed, and the calculation result is used as a fluorescence signal.

次に、順次正多角形ミラー44を回し、同じ動作を繰り
返して泳動のパターンを計算する。泳動のパターンがわ
かれば塩基配列の決定ができ、目的を達成することがで
きる。
Next, the regular polygon mirror 44 is sequentially rotated and the same operation is repeated to calculate the electrophoresis pattern. Once the electrophoresis pattern is known, the base sequence can be determined and the objective can be achieved.

第2図では泳動ゲル2の端面からの蛍光光を光電子増倍
管52に導く装置として光ファイバ束46を用いている
が、この装置は単に泳動ゲル2の端面で蛍光光を受光し
て光電子増倍管52の光電面に導くためのものであるの
で、そのような機能を果すものであれば例えば光学的成
形品であってもよい。
In FIG. 2, an optical fiber bundle 46 is used as a device for guiding the fluorescent light from the end surface of the electrophoretic gel 2 to the photomultiplier tube 52, but this device simply receives the fluorescent light at the end surface of the electrophoretic gel 2 and generates photoelectrons. Since it is for guiding the light to the photocathode of the multiplier tube 52, it may be an optical molded product, for example, as long as it fulfills such a function.

本実施例によれば、蛍光の測定に大きな妨害となる励起
光のレーリー散乱の最も小さい90度方向での蛍光の受
光ができる。
According to this embodiment, fluorescence can be received in the 90 degree direction where Rayleigh scattering of excitation light, which is a major hindrance to fluorescence measurement, is minimal.

第2図の実施例におけるフィルタの回転体5゜や光電子
増倍管52を含む光学系及びデータ処理部を第1図にお
けるダイクロイックミラー24゜26、干渉フィルタ2
0、光電子増倍管22,28を含む光学系及びデータ処
理部と置き換えるなど、その他の機構についても第1図
の実施例と第2図の実施例を適宜組み合せて使用するこ
とができる。
The optical system including the rotating body 5° of the filter and the photomultiplier tube 52 and the data processing unit in the embodiment shown in FIG.
The embodiment shown in FIG. 1 and the embodiment shown in FIG. 2 can be used in combination as appropriate for other mechanisms, such as replacing the optical system including photomultiplier tubes 22 and 28 with the data processing section.

第1図の実施例では背景光の変動を除去するために励起
光成分を検出し、第2図の実施例では水のラマン散乱光
成分を検出するようにしているが。
In the embodiment shown in FIG. 1, the excitation light component is detected in order to remove fluctuations in background light, and in the embodiment shown in FIG. 2, the Raman scattered light component of water is detected.

両成分を蛍光光とともにハーフミラ−で取り出して検出
するようにしても、蛍光強度は励起光やラマン散乱光に
比べて非常に小さいので十分に目的を達成することがで
きる。
Even if both components are extracted and detected together with the fluorescent light using a half mirror, the purpose can be sufficiently achieved because the fluorescent intensity is very small compared to the excitation light and the Raman scattered light.

また実施例では標識色素として蛍光物質を用いているが
、蛍光物質に代えて燐光物質を用いることもできる(特
願昭62−862230号参照)。
Furthermore, although a fluorescent substance is used as the labeling dye in the examples, a phosphorescent substance may be used instead of the fluorescent substance (see Japanese Patent Application No. 862,230/1986).

(発明の効果) 本発明では標識色素からの発光強度を検出した信号から
その背景光の変動分を除去するようにしたので、微弱な
蛍光や燐光の検出時に問題となる背景光の変動の殆んど
の成分が除かれ、S/N比が向上し、塩基配列の決定が
正確となる。
(Effects of the Invention) In the present invention, since the background light fluctuations are removed from the signal obtained by detecting the luminescence intensity from the labeling dye, most of the background light fluctuations that become a problem when detecting weak fluorescence or phosphorescence are removed. Most of the components are removed, the S/N ratio is improved, and the base sequence can be determined accurately.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

の塩基配列決定装置を示す概略斜視図である。 2・・・・・・泳動ゲル、 4.6・・・・・・電極槽。 8・・・・・・泳動電源、 14・・・・・・アルゴンレーザ、 16.24・・・・・・ダイクロイックミラー、18・
・・・・・対物レンズ、 20.26,54・・・・・・干渉フィルタ、22.2
8,52・・・・・・光電子増倍管。 30.32.58・・・・・・増幅器、34・・・・・
・差動増幅器、 40・・・・・・マイクロコンピュータ、42・・・・
・・駆動機構、 44・・・・・・正多角形ミラー。 46・・・・・・光ファイバ束。 60・・・・・・回転機構。 62・・・・・・ハーフミラ−1 64・・・・・・位置センサ。
FIG. 1 is a schematic perspective view showing a base sequencing device. 2...Migration gel, 4.6...Electrode tank. 8...Migration power supply, 14...Argon laser, 16.24...Dichroic mirror, 18.
...Objective lens, 20.26,54...Interference filter, 22.2
8,52...Photomultiplier tube. 30.32.58...Amplifier, 34...
・Differential amplifier, 40...Microcomputer, 42...
...Drive mechanism, 44...Regular polygon mirror. 46... Optical fiber bundle. 60...Rotation mechanism. 62...Half mirror 1 64...Position sensor.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)標識色素によりラベルされた核酸断片を泳動ゲル
に電気泳動させる機構と、前記泳動ゲルに励起光ビーム
を照射する機構と、励起光ビームにより照射された部分
からの光を受光する第1の受光部と、この第1の受光部
で受光される光の一部から励起波長成分及び水のラマン
散乱波長成分の少なくとも一方を取り出す光学系と、こ
の光学系により取り出された光を受光する第2の受光部
と、前記第1の受光部の出力から前記第2の受光部の出
力に比例した量を引算して標識色素の発光強度を算出し
、この発光強度をもとにして核酸の塩基配列を決定する
データ処理部とを備えた塩基配列決定装置。
(1) A mechanism for electrophoresing nucleic acid fragments labeled with a labeling dye onto a migration gel, a mechanism for irradiating the migration gel with an excitation light beam, and a first mechanism for receiving light from the area irradiated with the excitation light beam. a light receiving section; an optical system that extracts at least one of an excitation wavelength component and a Raman scattering wavelength component of water from a portion of the light received by the first light receiving section; and a light receiving section that receives the light extracted by the optical system. The luminescence intensity of the labeling dye is calculated by subtracting an amount proportional to the output of the second light-receiving part from the output of the second light-receiving part and the first light-receiving part, and based on this luminescence intensity, A base sequence determination device comprising a data processing unit that determines the base sequence of a nucleic acid.
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