KR19980070485A

KR19980070485A - 멀티-모세관 전기 영동장치

Info

Publication number: KR19980070485A
Application number: KR1019980000753A
Authority: KR
Inventors: 하야시자키요시히데; 나카무라신; 카시와기카츠야
Original assignee: 나카무라모리타케; 재팬사이언스앤드테크놀로지코퍼레이션; 아리마아키토; 디인스티튜트오브피지컬앤드케미컬리서치; 후지와라키쿠오; 시마쯔코퍼레이션
Priority date: 1997-01-16
Filing date: 1998-01-13
Publication date: 1998-10-26
Also published as: EP0854362A2; EP0854362A3; US6120667A

Abstract

샘플 스테이지가 이동하고 모세관 어레이 말단을 향하여 그리고 모세관 어레이 말단으로 샘플 타이터 플레이트를 접촉시킨후, 고압은 시료를 주입하기 위하여 소정의 시간동안 전극을 교차하여 인가된다. 영동 리저버는 영동을 개시하기 위하여 모세관 어레이 말단과 접촉하게 된다. 영동되고 분리된 DNA 단편이 검출부를 관통할 때, 여기/수광 광학 시스템은 스캔되어 광전자증가배관은 시료를 표지하는 4종류의 형광 물질로부터 형광을 검출한다. 여기/수광 광학 시스템은 에피-광학 시스템 및 공촛점 광학 시스템을 구비하고 고속에서 스캔된다.

Description

멀티-모세관 전기 영동장치

본 발명은 DNA 단편 시료를 전기영동하고 전기 영동동안 시료로부터 형광을 검출함으로서 염기배열을 결정하기 위한 온라인식의 전기영동장치에 관한 것이다. DNA 단편시료는 산가 반응(Sanger's method)에 의해 프라이머 또는 터미네이터가 표지된다. 특히, 본 발명은 영동겔로 충전된 복수의 모세관 컬럼을 사용하여 복수의 시료를 동시에 전기영동하기 위한 멀티-모세관 DNA 시퀀서라고 불리는 전기영동장치에 관한 것이다.

인체 게놈과 같은, 장대한 염기배열을 가지는 DNA의 염기배열을 결정하기 위하여는 고감도이고, 고속이며 , 또한 높은 처리능력을 갖는 DNA 시퀀서가 필요하다. 따라서, 겔로 충전된 복수의 모세관 컬럼을 가지는 멀티-모세관 DNA 시퀀서가 평판상의 슬래브 겔을 대신 사용하는 것이 제안된다. 슬래브 겔에 비교하여 모세관 컬럼은 시료의 취급, 주입이 용이하며 고속으로 영동시키고 고감도로 검출할 수 있다. 만일 고 전이압이 슬래브겔에 인가되면, 밴드는 쥬울 열(Joulean heat; Joule's heat)의 영향에 의해 밴드가 넓어지거나, 온도의 변화가 발생된다. 역으로, 모세관 컬럼은 상기와 같은 문제는 없으나 고전압을 인가하여 고속 영동하에서 최소의 밴드의 확대로 고감도 검출을 할 수 있다.

산가법에 의한 처리는 그 말단이 A(아데닌), G(구아닌), T(티민), 및 C(시토신)으로 구성되는 말단을 가지는 4종류의 DNA 단편시료가 생성된다. 처리능력을 상승시키기위해서는 복수의 모세관 컬럼에서 전기영동시킬 필요가 있다. 말단 염기의 1 세트의 시료를 다른 모세관 컬럼에서 영동시킬때, 모세관 컬럼간의 영동속도의 차이는 염기배열 결정의 오차로 된다. 그러므로, 4종류의 말단 염기의 DNA 단편을 포함한 1세트의 시료는 각각의 모세관 칼럼으로 주입되어야 한다. 상기 경우에서, 각각의 모세관 칼럼은 말단 염기가 서로 단편을 식별하기위해서 다른 말단 염기의 4종류의 DNA 단편을 적어도 2종류의 형광물질로 표지한다.

다른 말단 염기의 DNA 단편을 식별하기위해서, FAM, JOE, TAMRA 및ROX의 4종류의 발형광단을 각각의 다른 DNA 단편에 표지로서 사용하는 방법(Anal. Chem. 1994, 66, pp. 1021-1026 (인용예1))이 제안된다. 또한 FAM과 JOE의 2종류의 발형광단을 비율을 다르게 사용하는 것에 의해, 코딩을 통하여 서로 4종류의 DNA 단편을 식별하기 위한 다른 비율에서 FAM과 JOE의 2종류의 발형광단을 사용하는 방법(Anal. Chem. 1992, 64, ∼ 2149-2154(인용예2))도 제안되어 있다. 상기 경우는 모두 멀티-모세관 DNA 시퀀서의 처리능력을 상승시키기위하여 각각의 모세관 칼럼으로 다른 말단 염기의 4종류의 DNA 단편을 포함하는 시료를 주입한다. 다른 말단 염기의 DNA 단편은 다색 형광 라벨에 의해 서로 식별될 수 있고 복수의 시료는 복수의 모세관 칼럼에서 동시에 영동시킬수 있다.

광학 시스템은 복수의 모세관 컬럼에서 동시에 영동시키어 시료로부터 발생되는 형광을 검출한다. 상기와 같은 광학 시스템의 일례는 모세관 컬럼의 배열의 측면으로부터 여기광 빔을 입사하여 모세관 칼럼배열을 따라 수직으로 위치된 CCD(전하-결합장치)카메라로 발생된 형광을 검출한다(인용예1 참조). 모세관 컬럼표면에서의 산란에 의한 백그라운드 신호를 제거하기위해서, 영동된 시료는 모세관 칼럼의 외부에서 여기 광을 방사하는 위치상에 쉬스 플로우(sheath flows)가 형성하도록 된다.

인용예 1의 방법에서 빔 강도는 쉬스 플로우를 형성하기때문에 감쇠는 적지 만, 쉬스 플로우상태를 실행하기 위한 모세관 컬럼의 세팅이 어렵고, 멀티화하기에 힘들다.

다른 광학 시스템의 예는 광학 시스템을 수광함으로서 모세관 칼럼에서 시료로부터 형광을 검출하기 위한, 여기 광학 시스템에서 단일 모세관 칼럼을 방사하기 위하여 여기 광을 농축한다. 상기 여기/수광 광학 시스템은 복수의 모세관 칼럼의 배열을 수직으로 스캔하는 것과 같이 고정되고, 모세관 컬럼의 시료로부터 형광을 순차적으로 검출한다(인용예 2 참조).

인용예 2의 방법에서, 모세관 어레이는 스캔하기 위하여 기계적으로 움직이어, 모세관 컬럼이 비틀어져 멀티화의 수가 제한되기 쉽다.

각각의 상기 방법에서, 동시에 영동을 행하기 위한 모세관 컬럼의 수는 동시에 분석할 수 있는 시료의 수를 제한하고, 또한 처리능력에서 개량의 여지가 있다.

CCD 또는 ClD(전하-주입장치)와 같은 영상 픽업 장치로 모세관 어레이로부터 형광을 검출하는 경우에는, 촬상 소자의 화소수의 제약에 의해 검출할 수 있는 모세관 칼럼의 수가 제한된다. 또한 CCD 또는 ClD와 같은 촬상소자는 광전자증가배관(photomultiplier)보다 감도가 낮다.

다수의 모세관 컬럼을 사용한 경우, 각각의 칼럼으로 다른 시료를 주입하는 것은 용이하지 않다. 또한, 시료가 전압 인가 또는 그와 같은 방법등에 의해 시료에 주입되도록 모세관 칼럼의 말단은 시료 주입용기에 포함된 시료에 담겨져야만 하고, 다음 모세관 칼럼의 말단은 영동용의 버퍼액을 저장하는 리저버(reservoir)로 이송된다. 이와 같이, 시료주입으로부터 영동개시에 달하는 수 많은 시간이 필요되므로, 상기 작업이 자동화될 수 있다면 편리할 것이다.

단지 단일 모세관 칼럼을 사용하는 모세관 전기 영동장치는 모세관 컬럼내의 온도를 일정히 유지할 수 있으나, 멀티 모세관 전기 영동장치로서는 온도를 일정히 유지할 수 없다. 그러므로, 영동속도는 영동시의 온도변화 또는 검출되는 염기의 변동(압축)사이의 간격에 의해 변동되어, 염기 배열결정의 오차로 된다.

멀티 모세관 염기배열 결정장치는 각각의 형광 파장을 위한 4 종류의 검출 신호를 얻으며, 말단 염기에 대응하여 설정된다. 장치는 표시장치의 화면상에 각각의 말단 염기용 4 종류의 신호 파형을 표시하고, 영동동안 각각의 모세관 컬럼에서 현재 어떤 염기가 검출되는가를 표시한다. 만일 검출된 파형이 다수의 모세관 컬럼에서 전기영동을 행하는 경우에서 그대로 표시된다면, 어떤 신호가 어느 모세관 컬럼에 대응할까를 알기 어렵다. 또한, 각각의 모세관 칼럼에서 지금 어떤 염기가 검출되는가를 알기 어렵다. 결과적으로, 영동상태를 파악하는 것이 용이하지 않다.

본 발명의 제 1의 목적은 동시에 영동시키어 검출할 수 있는 모세관 칼럼의 수를 증가함으로서 처리능력을 높이는 것이다.

본 발명의 제 2의 목적은 다수의 모세관 컬럼으로 시료의 주입으로부터 영동까지의 작업을 자동화하는 것이다.

본 발명의 제 3의 목적은 실 시간에서 각각의 시료의 영동상태를 용이하게 파악할 수 있도록 하는 것이다.

동시에 영동시키어 검출할 수 있는 모세관 컬럼의 수를 증가하기위해서, 본 발명은 멀티모세관 어레이 영동부, 여기/수광 광학 시스템, 및 스캐닝 기구를 구비한다.

멀티모세관 어레이 영동부는 겔로 충전된 복수의 모세관 컬럼을 포함하고, 상기 모세관 칼럼의 하나의 말단은 시료 주입측을 규정하도록 2차원적으로 배열되고, 다른 말단은 검출부를 규정하도록 서로 정렬된다. 4 종류의 말단 염기의 다른 DNA 단편을 포함하는 복수의 시료는 1개씩 모세관 칼럼으로 주입된다. 영동 전압은 모든 모세관 컬럼에서 시료가 동시에 전기영동되도록 모세관 칼럼을 교차로 인가된다. 4 종류의 말단 염기의 DNA 단편은 복수 종류의 형광 물질로 확인된다.

여기/수광 광학 시스템은 멀티모세관 어레이 영동부의 검출부상에 수직 방향으로부터 영동 방향에 직교하는 직선상에 여기광으로 모세관 어레이의 표면을 조사하여, 여기 광에 의해 여기된 시료로부터 형광을 수광하여 검출한다.

스캐닝 기구는 멀티모세관 어레이 영동부의 검출부상에 모든 모세관 컬럼으로부터의 형광을 검출하기위해서, 여기/수광 광학 시스템을 검출부상에 모세관 어레이의 면에 평행하고 영동 방향에 수직으로 일직선에 따라서 왕복으로 이동한다.

본 발명의 바람직한 관점에 따라서, 다른 말단 염기의 4종류의 DNA 단편은 각각 다른 형광물질로서 라벨된다. 여기/수광 광학 시스템은 에피-광학 시스템(epi-optical system), 공촛점 광학 시스템(confocal optical system), 분할 분광-광학 시스템(splitting spectro-optical system) 및 광검출기를 구비한다. 에피-광학 시스템은 집광 광학 시스템에 의하여 여기광을 검출부의 단일 모세관 컬럼에 투영하고 모세관 칼럼에서 영동된 시료로부터 발생되는 형광을 수광한다. 공촛점 광학 시스템은 모세관 컬럼에서 영동된 시료로부터 발생되는 형광을 에피-광학 시스템을 따라서 영상한다. 분할 분광-광학 시스템은 공촛점 광학 시스템에의해 형성된 형광상으로부터 형광을 4종류의 라벨 형광물질에 각각 대응하는 파장으로 공간적으로 분할한다. 광검출기는 상기 4개의 형광 파장을 검출한다.

4종류의 형광물질로서 DNA 단편은 표지되고, 신뢰성은 개선된다. 여기/수광광학 시스템이 에피-광학 시스템 및 공촛점 광학 시스템을 구비하면, 구조는 단순화되어 여기/수광 광학 시스템의 스캐닝 속도는 중가될 수 있다. 이러한 방법으로, 스캐닝 폭이 증가되어 멀티모세관 어레이 영동부의 검출부상에 배열되는 모세관 컬럼의 수, 즉 동시에 영동하기 위한 모세관 칼럼의 수를 증가시킬 수 있다.

여기/수광 광학 시스템의 광검출기는 광전자증가배관(photomultiplier) 또는 애벌란쉬 포토다이오드(avalanche photodiode)로 이루어지는 것이 바람직하다. 광검출기의 응답 또는 감도 고속 스캐닝에 의해 영향을 받으나, 고속 스캐닝으로 복사하기 위하여 광검출기로서 광전자증가배관 또는 애벌란쉬 포토다이오드가 사용될때 CCD또는 ClD의 촬상소자에 비교하여 응답 및 감도 속도가 증가된다. 결과적으로, 모세관 컬럼의 외경에 의하여, 약 500 모세관 칼럼을 가지는 모세관 어레이를 사용한 4색 형광 동시검출이 가능하게 되어, 한 번에 해독된 염기배열의 수를 현저히 증가한다.

여기/수광 광학 시스템의 분할 분광-광학 시스템의 바람직한 첫 번째 관점은 렌즈 시스템 및 형광 물질을 식별하기 위한 4개의 형광 분광 필터를 구비한다. 렌즈 시스템은 4개의 빔으로 공촛점 광학 시스템에의해 형성된 형광 영상으로부터 형광을 분할하고, 4개의 다른 형광 분광 필터는 분할된 빔의 각각의 광학 경로상에 배치된다.

여기/수광 광학 시스템의 분할 분광-광학 시스템의 바람직한 두 번째 관점은 분산 소자 및 광학 시스템을 구비한다. 분산소자는 분광 소자로 공촛점 광학 시스템에의해 형성된 형광 영상으로부터 형광을 분리한다. 광학 시스템은 분산소자에 의해 분광 소자로 분리되는 표지형광물질중의 하나에 각각 대응하는 4개의 파장의 형광을 광검출기의 각각에 인도한다.

본 발명에서, 다수의 모세관컬럼으로 시료주입으로부터 영동까지를 자동화하는 것이 바람직하다. 따라서, 멀티모세관 어레이 영동부의 시료주입측으로서 2차원적으로 배열된 모세관 칼럼 말단이 하향으로 고정된다. 시료 주입 리저버 및 영동 리저버는 모세관 칼럼 말단의 아래쪽으로 배열된다. 시료 주입 리저버는 전압이 모세관 칼럼으로 인가되도록 모세관 칼럼 말단의 배열에 대응하는 시료용기가 2차원적으로 배열된다. 영동 리저버는 전압이 모든 모세관 칼럼에 인가되도록 영동 버퍼액을 수용한다.

본 발명의 멀티모세관 영동장치는 모세관 칼럼 말단의 아래쪽으로 위치결정하기위하여 리저버를 수평으로 이동하기위한 이동과, 리저버를 모세관 칼럼 말단에 접근 하고 떨어지기 위한 수직방향의 이동을 행하는 리저버 이동기구를 구비하고 있다.

리저버 이동기구에 의해 시료 주입 리저버와 영동 리저버를 교환하고 모세관컬럼 말단과 접촉시킴으로서, 모세관 칼럼말단으로 시료주입을 포함하는 전기영동 작업을 자동화할 수 있게 된다.

본 발명의 멀티-모세관 영동장치는 영동중의 온도변화에의한 염기 배열 결정오차를 막기위한 수단을 포함하는 것이 바람직하다. 멀티-모세관 영동장치는 멀티모세관 어레이 영동부의 멀티모세관 어레이를 저장하기 위한 쳄버 및 상기 쳄버를 일정 온도로 유지하기 위한 온조기구를 추가 구비한다.

본 발명은 조절된 온도 조건하에서 멀티-모세관 영동장치를 유지하고, 영동속도의 변동에 기인하는 압축을 제거하며, 염기 배열결정에의 오차를 방지할 수있다. 각시료의 영동상태를 실시간에서 용이하게 파악할 수 있도록 하기위한 관점에서, 2차원적으로 배열된 모세관 칼럼 말단은 멀티모세관 어레이 영동부의 시료 주입측상에 하향으로 고정되고, 시료 용기 및 영동 리저버는 모세관 칼럼 말단의 아래에 배열되어 시료 용기 또는 영동 리저버가 모세관 칼럼 말단과 선택적으로 접촉한다. 시료 용기는 모세관 칼럼 말단의 배열에 대응하는 웰이 2차원적으로 배열되어 전압이 웰내에 삽입된 각각의 모세관 칼럼 말단에 전압이 인가될 수있다. 영동 리저버는 영동 버퍼액이 저장되어 모든 모세관 컬럼에 전압이 인가된다. 모세관 칼럼의 다른 말단측은 전압이 인가되는 별도의 버퍼액에 담그고, 영동 전압은 모세관 어레이를 교차하여 인가된다.

본 발명의 멀티-모세관 전기 영동장치는 데이터 프로세서 및 여기/수광 광학 시스템에의한 검출결과에 따라서 각모세관컬럼으로 검출된 염기를 식별하여 염기 배열을 결정하는 데이터 프로세서와 표시장치를 구비한다. 데이터 프로세서는 여기/수광 광학 시스템에 의한 검출 결과에 의하여 각각의 모세관 전기 영동장치에서 검출된 데이터를 식별한다. 표시장치는 시료 용기에서 웰의 배열에 대응하는 화면을 가지고, 검출된 말단 염기에 대응하는 4종류의 빛깔에서 화면상에 각각의 웰의 위치를 표시함으로서 데이터 프로세서에 의한 식별 결과를 표시한다.

영동 신호를 말단 염기에 대응하는 4색으로 구분하고, 시료 용기에서 각각의 시료에 대응하는 위치에서 표시 화면상에 표시함으로서 영동 상태의 정확한 실시간이 용이하게 파악된다.

본 발명의 구성 및 효과는 상기에 언급된 것과 함께 아래의 상세한 설명과 첨부된 도면으로서 더욱 분명해질 것이다.

도 1은 실시예 1을 개략적으로 나타내는 측면도이다.

도 2는 모세관 어레이와 카셋트홀더를 나타내는 사시도이다.

도 3a는 1실시예에 있어서의 여기/수광 광학시스템을 나타내는 측면도이고, 도 3b 및 도 3c는 시스템에의해 사용되는 렌즈 패널 및 필터 패널을 나타내는 사시도이다.

도 4a는 온도 제어기구를 구비한 영동쳄버를 나타내는 정면도이고, 도 4b는 측면도이다.

도 5a는 영동쳄버의 커버의 열린 상태를 나타내는 측면도이고, 도 5b는 커버의 닫힌 상태의 측면도이다.

도 6a는 하측에 배치되는 2개의 리저버를 도시한 평면도이고, 도 6b는 측면도이다.

도 7은 전원 및 제어박스에 설정되는 제어기판을 나타내는 블록도이다.

도 8은 본 발명의 다른 실시예에 있어서의 여기 광빔을 공급하기 위한 기구를 나타내는 평면도이다.

도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 있어서의 여기/수광 광학 시스템을 나타내는 측면도이다.

도 10은 본 발명의 또 다른 실시예를 개략적으로 나타내는 사시도이다.

도 11a는 단일 광전자증가배관으로부터 수득할 수 있는 형광 신호를 보이는 파형도면이고, 도 11b는 형광 신호로부터 추출된 DNA 단편시료만의 신호의 파형도면이고, 도 11c는 표시화면이 예를 보여주는 개략 정면도이다.

도 1은 본 발명의 실시예를 개략적으로 나타내는 측면도이다.

모세관 어레이(2)는 분리매체의 겔로 충전된 복수의 모세관 칼럼으로 구성된다. 모세관 어레이(2)의 하단(2a)은 시료 주입측을 규정한다. 시료 주입측에서, 모세관 칼럼은 시료 주입 리저버에 포함된 시료 또는 영동용 하측 리저버에 저장된 버퍼액과 접촉하기 위하여 카셋트 홀더(4)에 의해 이차원적으로 배열되어 고정된다. 모세관 칼럼은 모세관 어레이(2)의 상단(2b)의 일렬에 정렬되어 있고, 상기 지역에 위치된 상측 리저버 버퍼액과 접촉한다. 모세관 어레이(2)는 모세관 컬럼이 서로 정렬되어 카셋트 홀더(6)에 의해 지지되는 검출부(2c)로서 상단(2b)에 설치된다. 모세관 어레이(2), 모세관 컬럼의 하단을 이차원적으로 배열하기위한 카셋트 홀더(4) 및 검출부(2c)에서 모세관 컬럼을 일렬에 배열하기위한 카셋트 홀더(6)는 도 2에 상세히 표시된다.

모세관 컬럼은 석영 유리 또는 파이렉스와 같은 보로실리케이트 유리(borosilicate glass)로 만들어지고, 외경 200∼300㎛, 내경 75∼100㎛를 가진다. 모세관 칼럼의 외면은 자외선 영역, 근적외선 영역에서 여기광에 의하여 형광을 발생하지않거나 형광측정에 영향을 주지 않는 단지 소량의 형광을 발생하는 SiO₂와 같은 무형광 재질의 피막으로 피복된 것이 바람직하다. 상기 때문에, 검출부(2c)에서 피막을 제거할 필요가 없다. 각각의 모세관 컬럼이 피막으로서 형광을 발생하는 수지 피막을 가진다면, 피막은 검출부(2c)로부터 제거된다. 모세관 어레이(2)에 복수의 상기 모세관 칼럼, 즉 96∼480이 배열된다.

폴리아크릴아미드 겔, 리니어 아크릴아미드 겔, 폴리에틸렌 옥사이드(PEO) 겔이 분리 매체의 겔로서 모세관 칼럼내에 충전된다. FAM, JOE, TAMRA, ROX, R6G, R-110 및 변이된 말단 염기를 가진 상기와 같은 것으로부터 선택된 4종류의 형광물질에 의해 표지된 4종류의 DNA 단편을 포함하는 시료는 모세관 칼럼으로 주입되어 동시에 전기영동된다.

아르곤가스 레이저장치(8)는 표지형광물질을 여기하기위한 여기 광원으로서 설치된다. 아르곤가스 레이저장치(8)는 40∼100mW 출력을 가지는 멀티-라인(multi-line)타입이고, 488nm, 514.5nm 등의 파장을 가지는 레이저 빔을 동시에 발진한다.

도 3a는 여기/수광 광학 시스템(10)을 상세히 표시한다. 도면 부호(14)는 레이저 장치(8)로부터 레이저빔(12)을 모세관 어레이(2)의 검출부(2c)을 면에 수직하게 조사하기 위한 미러를 표기한다. 도면 부호(16)은 홀을 통하여 여기광 빔을 투과하고 경면상에 형광을 반사하기 위한 중앙내 홀을 가지는 터널미러를 표기한다. 도면 부호(18)는 단일 모세관 칼럼상에 여기광을 집광하여 투영하고 모세관 칼럼에서 영동된 시료로부터 발생되는 형광을 수광하기 위한 집광렌즈를 표기한다. 집광렌즈(18)는 여기광을 투영하고 형광을 수광하며 에피-광학 시스템을 형성하도록 되어있다. 터널 미러(16)의 경면은 집광 렌즈(18)에 의해 집광된 형광을 반사한다.

도면 부호(20)은 반사광으로부터 여기광 성분을 차폐하여 형광을 투과하기 위한 광학필터를 표기한다. 도면 부호(22)는 검출시야를 한정하기위한 핀홀 슬릿을 표기하고, 도면 부호(24)는 핀홀 슬릿(22)의 위치상에 광학 필터(20)를 통하여 투과된 형광을 영상하기 위한 조리개 렌즈(24)를 표기한다. 모세관 컬럼에서 형광을 발생하는 포인트는 핀홀 슬릿(22)의 위치상으로 투영되어, 공촛점 광학 시스템이 형성된다. 여기광을 제거하기 위한 광학 필터(20)는 핀홀 슬릿(22)은 엣지 필터 또는 착색 유리로 제조된다. 핀홀 슬릿(22)은 인접하는 모세관 컬럼으로부터 산란광의 침입을 방지하도록 되어있다.

도 3b는 핀홀 슬릿(22)상에 4개의 빔으로 형광상을 분할하기위하여 배치된 렌즈 패널(26)을 나타낸다. 렌즈 패널(26)은 커트하여 단일 렌즈가 서로 지지하거나 유리 몰딩으로서 제조될 수 있다. 도 3c는 필터 패널(28)을 나타내고, 4개의 분할빔의 각각의 광로상에 배열되는 각각의 표지 형광물질을 위한 다른 분광 필터로 이루어진다. 필터 패널(28)은 각각의 표지 형광물질에 대응하는 다른 파장 특성을 가지는 4종류의 필터가 각각의 광로상에 서로 병렬로 배열되는 밴드 패스 필터이다. 각각의 필터의 투과 파장은 염기 A, G, C 및 T를 표지하고 있는 형광 물질의 발광 파장에 대응한다. 각각의 필터를 통하여 투과된 형광을 검출하기위해서, 각각의 광로상에 4개의 광전자증가배관(30)이 배치된다.

미러(14), 터널 미러(16), 집광 렌즈(18), 광학 필터(20), 핀홀 슬릿(22), 조리개렌즈(24), 렌즈패널(26), 필터 패널(28) 및 광전자증가배관(30)을 포함하는 여기/수광광학 시스템은 스캐닝 기구(32)의 스테이지에 장착된다. 여기/수광 광학 시스템(10)은 검출부(2c)상에 모든 모세관 컬럼으로부터 형광을 검출하기위하여 검출부(2c)상에 모세관 어레이의 표면에 평행하고 영동방향에 직교하는 일직선(도 1에서 지면에 수직하고 도 3a에서 상하방향)에 따라서 왕복방향으로 이동된다. 레이저 빔(12)이 미러(14)로 입사하기 위한 방향은 여기/수광 광학 시스템의 스캔 방향과 평행하게 설정되어, 레이저 빔(12)의 광 축은 여기/수광 광학 시스템(10)의 스캔에 의해서도 변동하지않는다.

도 4a 및 도 4b는 모세관 어레이(2)를 일정온도에 유지하기위해서, 폴리우레탄 폼과 같은 단열재(40)로 둘러싸인 영동 쳄버(42)를 표시한다. 모세관 어레이(2)는 상기 영동 쳄버(42)내에 수용된다. 영동 쳄버(42)는 전자 가열/냉각하기 위한 펠쳬(Peltier) 소자(44)가 설정된다. 도면 부호(46 및 48)는 펠쳬 소자(44)의 내측과 외측의 팬을 표기한다. 영동 쳄버(42)는 온도센서로서 백금 저항체 또는 열전대가 설정되고, 상기 온도센서의 검출 출력은 펠쳬 소자(44)로 귀환되어 PlD제어되고, 영동쳄버(42)의 내부에서 일정한 온도를 유지한다.

영동 쳄버(42)의 커버(50)는 도 5a에 나타난 것과 같이, 상단상에 구비된 힌지(52)로서 개폐될 수 있다. 상측 전극(54)은 커버(50)상에 장착되고, 도 5b에 표시되는 것 같이, 커버(50)와 같이 상측 리저버(56)에 수용된 버퍼액과 접촉한다. 모세관 어레이(2)의 상단(2b)은 상측 리저버(56)에 수용된 버퍼액에 담긴다.

도 1에 표시된 것과 같이 하측 전극(58)은 영동 쳄버(42)의 하측에 장착된다. 하측 전극(58)은 시료 주입 리저버(64) 또는 영동 하측 리저버(62)에 수용된 버퍼액과 접촉하고, 동일하게 구비되며, 버퍼액이 모세관 어레이(2)의 하단(2a)에 접촉하는 위치까지 밀어 올려질때 모세관 어레이(2)의 하단(2a)과 도통하게 된다.

시료 주입 전압 및 영동 전압은 전극(54 및 58)을 통해서 전원 및 제어 박스(60)의 고압전원 공급장치로부터 리저버(62 및 64)내의 버퍼액사이에 인가된다. 전원 전압은 예컨데 30 kV이고 전류 용량은 10∼30mA이다.

도 6a 및 6b는 하측상에 배열되는 2개의 리저버(62 및 64)를 나타낸다. 영동리저버(62) 및 시료주입 리저버(64)는 수평면내에 배치되고 X-Z 샘플 스테이지(68)상에 지지된다. X-Z 샘플 스테이지(68)는 모세관 어레이(2)의 하단(2a)의 아래에 리저버(62 및 64)를 위치결정하기 위한 수평방향(X 방향: 도 1의 지면수직방향)의 이동, 그리고 리저버(62 및 64)내에 수용된 버퍼액을 모세관 어레이(2)의 하단(2a)과 접촉하게 하거나, 하단으로부터 분리하기 위한 수직방향(Z 방향: 도 1에서 상하방향)의 이동을 행한다.

샘플 타이터 플레이트(66)를 관통하는 웰의 밑바닥상에 시료를 흡착하기 위한 멤브레인으로 구비된 샘플 타이터 플레이트(66)는 영동 전압이 각각의 웰에 인가되도록 밑바닥을 가지는 웰 및 시료를 포함하는 웰로 대체될 수 있다. 상기 경우에서, 리저버(64)는 버퍼액을 수용하 않으나 하측 전극은 웰내의 시료가 모세관 어레이(2)의 하단(2a)과 접촉할 때까지 샘플 타이터 플레이트(66)가 밀려 올라갈때 웰의 전극과 접촉한다.

전원 및 제어박스(60)는 시료 주입 및 영동용의 고압전원 공급에 추가하여 레이저 장치(8)용 전원장치 및 제어 기판을 구비한다. 제어 기판은 도 7에 표시된 것과 같이 CPU(80), 광전자증가배관(30)으로부터 검출신호를 디지탈신호로 변환하여 CPU(80)에 입력하는 A-D 변환기(82), CPU(80)로부터의 지시에 의해 각부로 신호를 전송하고 각부로부터 신호를 수신하는 I/O 인터페이스(84), 및 영동 쳄버(42)의 온도를 제어하는 온도 콘트롤러(86)를 구비한다. I/O 인터페이스(84)는 시료 주입 및 영동용 고전압 전원을 제어하는 온도 콘트롤러(86), 스캐닝 기구(32)의 센서 및 모터, X-Z 샘플 스테이지(68)의 센서 및 모터, 레이저 장치용 전원, 인터록용 안전 스위치, 표시 램프등과 접속된다. CPU(80)는 외부의 퍼스널컴퓨터(88)와 접속되어, 데이터 프로세싱을 행한다.

상기 실시예의 작동에 관해서 설명한다.

시료는 산가 반응으로 제조된 DNA 단편시료이고, 프라이머 또는 터미네이터는 말단 염기의 종류에 따라서 다른 형광물질로 표지된다. 시료는 샘플 타이터 플레이트(66)에서 제조된다.

아크릴아미드 모노머 용액 또는 전기영동겔 조성물에서 조제된 아크릴아미드를 주성분으로 하는 겔 원료의 모노머 용액은 진공 펌프 또는 아스피레이터를 통하여 모세관 어레이(2)의 각각의 모세관 칼럼에 부압-흡인하여, 겔중합시킨다. 모세관 어레이(2)는 카셋트 홀더(4 및 6)에 의해 도 1에 도시된 영동장치의 소정의 위치에 장착된다.

버퍼액은 상하의 리저버(56, 62 및 64)으로 유입되고, 영동장치에 장착된다. 시료를 수용하는 샘플 타이터 플레이트(66)는 하측 리저버에 장착되어 시료는 버퍼액과 접촉된다.

다음 퍼스널 컴퓨터(88)는 시퀀스용 개시를 입력하여 샘플 스테이지(68)는 샘플 타이터 플레이트(66)를 모세관 어레이 말단(2a) 아래쪽으로 이동시켜 모세관 어레이 말단(2a)을 샘플 타이터 플레이트(66)에 수용된 시료와 접촉하도록 샘플 타이터 플레이트(66)를 상승한다. 그 후, 시료의 주입을 행하기 위하여 고압이 전극(54 및 58)사이에 소정 시간 동안 인가된다.

시료 주입후, 샘플 스테이지(68)는 영동 버퍼액에 모세관 어레이 말단(2a)을 담그기 위하여 영동용 리저버(62)가 모세관 어레이 말단(2a)상의 위치로 이동한다. 전극(54 및 58)을 교차하여 고전압이 인가되어 영동이 개시된다. 전기 영동동안, 압축을 일으키지 않도록 영동 쳄버(42)의 내부는 40∼60℃의 일정온도로 유지된다.

영동분리된 DNA 단편이 검출부(2c)를 관통할때, 여기/수광 광학 시스템(10)은시료를 표지하는 형광물질로부터 형광을 검출하도록 스캔된다. 상기 시에, 형광 표지는 필터 패널(28)의 4개의 필터를 관통하는 형광에 의하여 신호 강도비로서 결정되고 염기를 동정하기 위하여 4개의 광전자증가배관(30)에 의해 검출된다. 여기/수광 광학 시스템(10)의 스캐닝 속도는 250∼500mm/초이며, 단일 스캐닝은 1초이하에 행하는 것이 바람직하다.

스캐닝 기구는 모세관 어레이(2)의 모세관 컬럼의 동정이 인코더로부터 얻어지는 출력 펄스에 의해 수득될수 있다. 상기 방법으로 얻어지는 모세관 칼럼위치는 형광 신호와 대비된다. 각각의 모세관 칼럼으로부터의 신호는 파형처리되어 모세관 칼럼에 대응하는 염기 배열은 이동성 보정과 같은 보정을 통하여 결정될 수 있다. 이동성 보정은 표지형광물질의 분자량이 약간 변화할수 있어, 영동 이동성 표지를 보정하도록 되어 있다.

버퍼액을 수용하는 리저버(56, 62 및 64)은 본 발명에 따라서 영동장치에 장착되지만, 리저버(56, 62 및 64)는 버퍼액의 교체를 자동화하도록 노즐 또는 포트를 통해 버퍼액을 리저버에 자동적으로 주입하고 배출하는 공급/배출수단이 영동장치에 설치되도록 영동장치에 선택적으로 위치된다.

도 8은 여기광 빔을 제공하기 위한 본 발명의 다른 실시예를 도시하며, 여기 광원의 레이저 장치(8)로부터 방사되고 여기/수광 광학 시스템(10)의 스캐닝에 의해서도 어긋나지 않는다. 레이저 장치(8)로부터의 레이저 빔은 커플러(90)에 의해 결합된 광파이버 멤버(92)를 통하여 콜리메이터(94)로부터, 도 3에 표시된 것과 유사한 터널 미러(16)로 투영된다. 콜리메이터(94)는 스캔되는 여기/수광 광학 시스템(10)에 고정된다.

도 8에서 보여지는 실시예에서, 레이저 장치(8)의 방향을 엄밀히 설정하지않더라도, 여기광빔이 여기/수광 광학 시스템(10)의 스캐닝에 의해서 변동하지 않는다. 도 9는 여기/수광 광학 시스템(10)에 있어서의 분할 분광-광학 시스템의 또 다른 실시예를 게시한다. 렌즈 패널(26)과 필터 패널(28)은 핀홀 슬릿(22)에 영상된 형광을 4개로 분할한 후의 분광 조성물로 분리하기 위한 도 3에서 보여지는 실시예에서 사용되나, 요면 그레이팅(concave grating)(96)은 핀홀 슬릿(22)에 형성된 형광상을 동시에 분할하고 분리한다.

도면 부호(98)는 핀홀 슬릿(22)이 투과된 형광을 요면 그레이팅(96)을 향하여 반사하기위한 평면 미러를 표기한다. 4개의 표지형광물질에 대응하는 파장위치로부터의 형광을 수광하는 번들 파이버 멤버(100)의 말단은 요면 그레이팅(96)에 의한 분광의 결상위치에 배치되고, 번들 파이버 멤버(100)의 다른 말단은 4개의 광전자증가배관 또는 애벌란쉬 포토다이오드(avalanche photodiode)(30)로 인도된다.

도 10은 각각의 시료에서의 영동상태를 실시간에서 용이하게 파악할 수 있도록 하는 다른 실시예를 개략적으로 나타내는 사시도이다.

상기 실시예의 멀티-모세관 어레이 영동부, 여기/수광 광학 시스템, 및 스캐닝기구는 도 1, 3a, b, c에 도시된 것과 거의 동일하다. 모세관 어레이(2)의 시료주입측(2a)상의 모세관 칼럼은 카셋트 홀더(4)에 의해 이차원적으로 배열되어 고정되고, 샘플 플레이트(64)의 웰내에 포함되는 시료 또는 영동용의 하측 리저버(62)의 버퍼액과 접촉하도록 위치된다. 말단 염기별로 변화된 FAM, JOE, TAMRA, ROX, ABI, R6G, 및 R-110등의 다른 형광물질로부터 선택된 4종류의 형광물질에 의해 표지된 4종류의 DNA 단편, 또는 인용예 2와 같이 다른 비율에서 2종류의 형광물질을 사용함으로서 코드화된 4종류의 DNA 단편을 포함하는 시료는 동시에 전기영동되도록 모세관 칼럼으로 주입된다.

아르곤 가스 레이저 장치(8)는 표지 형광물질을 여기하기 위한 여기광원으로서 설치된다. 아르곤 가스 레이저 장치(8)는 40∼100mW의 출력을 가지는 멀티-라인(multi-line) 타입 레이저 장치이고, 488nm 및 514.5nm의 2종류의 파장의 레이저빔을 동시에 발진한다.

여기/수광 광학 시스템(10)은 시료로부터 형관을 검출하기 위하여 검출부(2c)상에 여기광의 레이저 빔을 을 모세관 칼럼에 조사하도록 되어있다. 상기는 도 3에서 보여지는 것과 같이, 모세관 어레이의 배열면에 평행하고 영동방향에 직교하는 방향에서 스캔된다. 레이저 장치(8)로부터의 레이저 빔은 커플러에 의해 부착된 광 파이버 멤버(9)를 통하여 여기/수광 광학 시스템(10)으로 인도되어, 여기광빔이 여기/수광 광학 시스템(10)의 스캐닝에 의해 어긋나지 않는다.

모세관 어레이(2)는 영동 쳄버(42)내에 수용되고, 일정 온도에서 유지된다.

영동 리저버(62)와 시료 용기로서의 샘플 플레이트(64)는 모세관 어레이(2)의 하단(2a)아래에 수평면내에서 X-Y-Z 가동 스테이지(68)상에 나란히 지지되어 있다. 가동 스테이지(68)는 리저버(62)와 샘플 플레이트(64)중 어느를 모세관 어레이(2)의 하단(2a)의 아래로 위치결정하는 수평방향(X, Y 방향)의 이동, 그리고 샘플 플레이트(64)의 웰에 포함된 시료 또는 리저버(62)내에 수용된 버퍼액을 모세관 어레이(2)의 하단(2a)에 가져가거나 분리하기 위한 수직방향(Z 방향)의 이동을 행한다.

샘플 플레이트(64)는 종방향에 24개, 횡방향에 16개의 규칙적으로 배열된 384개의 웰을 구비하고, 모세관 어레이(2)의 하단(2a)상의 모세관 말단의 배열은 샘플플레이트(64)의 웰 배열에 대응한다. 샘플 플레이트(64)는 웰의 밑바닥이 관통하여 시료를 흡착하기 위하여 멤브레인이 밑바닥으로 확장하도록 제조된다. 샘플 플레이트(64)는 버퍼액을 수용하는 리저버(64)상에 위치하여 멤브레인은 버퍼액과 접촉하고, 버퍼액을 통해서 모세관 어레이(2)의 하단(2a)의 모세관 말단으로 시료주입용 전압이 인가될 수 있다.

리저버(62)는 영동용 버퍼액을 수용하여, 상기 버퍼액을 통해서 모세관 어레이(2)의 하단(2a)의 모세관 말단으로 영동 전압이 인가될 수 있다.

관통한 웰의 밑바닥에 시료를 흡착하기 위한 멤브레인으로 설치되는 샘플 플레이트(64)는 각각의 웰로 영동 전압이 인가되도록 시료를 포함하는 웰로 대체될 수 있다.

상측 전극(54)은 상측 리저버(56)에 수용된 버퍼액과 접촉하고, 하측 전극(58)은 하측 리저버(62)에 수용된 버퍼액 또는 샘플 플레이트(64)의 웰에 포함된 시료와 접촉하도록 설정되고 있고, 고압 전원(60)은 전극(54 및 58)으로 시료주입 또는 영동시의 전압을 인가한다. 상기 전압은 30kV이고 전류는 10∼30mA이다. 데이터 프로세서(51)는 염기를 서로 식별하고 염기 배열을 결정하는 여기/수광광학 시스템(10)에 의한 검출결과에 근거한 각각의 모세관 칼럼에서 검출된 염기를 식별하기 위해 구비된다. CRT(cathod ray tube)와 같은 표시장치(53)는 데이터 프로세서(51)의 식별 결과를 표시하기 위해 사용된다.

도 8의 도시는 여기/수광 광학 시스템(10)으로 여기광을 인도하기 위한 광학 시스템으로서 사용된다. 여기광원으로서 작용하는 레이저 장치(8)로부터의 레이저빔은 커플러(90)에 의해 결합된 광파이버 멤버(92)를 통하여 콜리메이터(94)로부터 터널미러(16)로 투영된다. 콜리메이터(94)는 스캔되는 여기/수광 광학 시스템(10)에 고정되고, 레이저 장치(8)는 여기/수광 광학 시스템(10)의 외부상에 고정된다. 콜리메이터(94)는 레이저빔으로 검출부(2c)의 모세관 어레이의 면에 조사하도록 위치된다. 여기/수광 광학 시스템(10)의 다른 광학 시스템은 도 3a∼ 3C에 표시된 것과 동일하다. 작동의 일례로서, 4종류의 형광물질로 표지된 DNA 단편시료가 전기영동된다.

도면에 도시되지 않지만, 본 전기영동장치는 시료주입 및 영동용의 고압전원, 레이저장치(8)용의 전원장치 및 제어기판을 구비한다. 제어기판은 도7에 표시된 것과 동일하고, CPU(80), 광전자증가배관(30)으로부터 검출신호를 디지탈 신호로 변환하여 CPU(80)에 복원하는 A/D 변환기(82), CPU(80)로부터의 지시에 의해 각부와 신호를 전송하고 수신하는 I/O인터페이스(84), 및 영동 쳄버(42)의 온도를 제어하는 온도 콘트롤러(86)를 구비한다. I/O 인터페이스(84)는 온도 콘트롤러(86), 시료주입 및 영동용의 고압전원, 스캐닝 기구(32)의 센서 및 모터, X-Y-Z 가동 스테이지(68)의 센서 및 모터, 레이저 장치용 전원, 인터록 안전 스위치, 및 표시램프와 접속된다. CPU(80)는 외부의 퍼스널 컴퓨터(88)와 접속된다. 퍼스널 컴퓨터(88)는 도 10에 표시된 데이터 프로세서(51)에 대응하고, 상기 표시는 표시장치(53)에 대응한다. 본 실시예의 작동을 아래에 설명한다.

시료는 산가반응을 사용하여 조제된 DNA 단편시료이고, 프라이머 또는 터미네이터는 말단염기의 종류에 따라서 다른 형광물질로 표지된다. 시료는 샘플 플레이트(66)에서 준비된다.

모세관 어레이(2)의 모세관 칼럼은 겔로 충전되고, 카셋트 홀더(4 및 6)에 의해 도 10에 도시된 영동장치의 소정의 위치에 장착된다.

버퍼액은 상하의 리저버(56 및 62)로 유입되고 영동장치에 장착된다. 시료를 포함하는 샘플 플레이트(64)가 관통하여 멤브레인이 시료를 흡착하기 위하여 밑바닥까지 확장했다면, 샘플 플레이트(64)는 또 다른 리저버에 장착하여 시료는 상기 리저버에 수용된 버퍼액과 접촉한다.

그 후, 퍼스날 컴퓨터(88)는 시퀀스 개시를 입력하여 가동 스테이지(68)는 샘플플레이트(64)를 모세관 어레이 말단(2a)의 아래로 이동하고 모세관 어레이 말단(2a)을 샘플 플레이트(64)에 수용된 시료와 접촉하도록 샘플 플레이트(64)를 상승한다. 시료를 주입하기 위하여 고압이 전극(54 및 58)을 교차하여 주입된다.

시료 주입후, 가동 스테이지(68)는 영동 리저버(62)에 수용된 버퍼액에 모세관 어레이 말단(2a)을 담그기 위하여 모세관 어레이 말단(2a)아래의 위치로 영동 리저버(62)를 이동한다. 고압이 영동을 개시하기 위하여 전극(54 및 58)을 교차하여 주입된다. 영동동안, 압축을 일으키지 않도록 영동 쳄버(42)의 내부는 40∼60℃의 일정온도에 유지된다.

영동분리된 DNA 단편이 검출부(2c)를 관통할 때, 여기/수광 광학 시스템(100은 시료를 표지하는 형광물질로부터의 형광을 검출하도록 스캔된다. 상기 시에, 필터 패널(28)의 4개의 필터를 관통하고 4개의 광전자증가배관(30)에 의해 검출된 형광에의한 신호는 도 11a에 표시된 것과 같이 얻어진다. 도 11a에 도시된 신호는 DNA 단편 시료의 말단 염기의 종류에 따라서 4세트를 얻을 수 있다. 상기 신호는 A-D 변환기를 통하여 데이터 프로세서인 퍼스널 컴퓨터(88)에서 복원된다. 상기 신호는 DNA 단편시료가 이동하지 않을 때의 신호와 대비되어 DNA 단편시료만의 신호가 도 11b에서 보여지는 것과 같이 추출된다. 그 후, 4세트의 신호에서 최대 강도를 가지고, 일정한 한계치이상의 신호에 대응하는 염기는 각각의 모세관 컬럼에서의 염기로서 인식된다.

모세관 어레이(2)에서 모세관 칼럼의 동정은 여기/수광 광학 시스템(10)을 스캔하는 스캐닝기구에 인코더를 설치하고, 인코더로부터 수득할 수 있는 출력 펄스를 검사함으로서 수행될 수있다. 상기 방법에서 얻어지는 모세관 칼럼 위치는 형광 신호로부터 수득되는 염기의 종류와 대비되고, 도 11c에 표시된 것과 같이, 샘플 플레이트(64)의 웰의 배열에 대응하는 표시화면상에 말단염기에 대응하는 4종류의 빛깔이 표시된다.

여기/수광 광학 시스템(10)은 도 3a∼ 3c에 표시된 것에 한정되는 것이 아니다. 예컨데, 시스템(10)은 핀홀 슬릿(22)에 형성된 형광상을 요면 그레이팅에 의해 동시에 분할하고 분광하나, 4개의 표지형광물질에 대응하는, 파장위치로부터 형광을 수광하는 번들 파이버 말단은 분광 영상 위치상에 배열될 수 있어 번들 파이버 멤버의 다른 말단은 4개의 광전자증가배관으로 인도될수 있다.

본 발명의 멀티-모세관 전기 영동장치는 4종류의 형광물질로서 DNA 단편은 표지되고 신뢰성은 개선된다. 여기/수광광학 시스템이 에피-광학 시스템 및 공촛점 광학 시스템을 구비하면, 구조는 단순화되어 여기/수광 광학 시스템의 스캐닝 속도는 중가될 수 있다. 이러한 방법으로, 스캐닝 폭이 증가되어 멀티모세관 어레이 영동부의 검출부상에 배열되는 모세관 컬럼의 수, 즉 동시에 영동하기 위한 모세관 칼럼의 수를 증가시킬 수 있다.

여기/수광 광학 시스템의 광검출기는 광전자증가배관(photomultiplier) 또는 애벌란쉬 포토다이오드(avalanche photodiode)로 이루어지는 것이 바람직하다. 광검출기의 응답 또는 감도 고속 스캐닝에 의해 영향을 받으나, 고속 스캐닝으로 복사하기 위하여 광검출기로서 광전자 증가배관 또는 애벌란쉬 포토다이오드가 사용될때 CCD또는 ClD의 촬상소자에 비교하여 응답 및 감도 속도가 증가된다. 결과적으로, 모세관 컬럼의 외경에 의하여, 약 500 모세관 칼럼을 가지는 모세관 어레이를 사용한 4색 형광 동시검출이 가능하게 되어, 한 번에 해독된 염기배열의 수를 현저히 증가한다.

본 발명이 상세히 기술되고 설명되었으나, 단지 설명 및 예일 뿐이며 제한되는 것은 아니며, 본 발명의 정신 및 범위는 아래의 특허 청구의 범위의 용어에 의해 제한된다.

Claims

복수 종류의 형광물질을 상기 모세관 컬럼으로 표지함으로서 서로 식별되는 다른 말단 염기의 4종류의 DNA 단편을 포함하는 복수의 시료를 주입하기 위하여, 2차원적으로 배열되어 시료 주입측을 규정하고 다른 말단은 서로 정렬하여 검출부를 규정하는 말단을 가지는 겔로 충전된 복수의 모세관 칼럼을 포함하고, 상기 모든 모세관 칼럼에서 상기 시료를 동시에 영동하기 위한 영동 전압이 인가되는 멀티-모세관 어레이 영동부;

상기 멀티-모세관 어레이 영동부의 검출부상에서 수직 방향으로부터 영동방향과 직교하는 직선상에 여기광을 상기 모세관 어레이의 면에 조사하고, 상기 여기광에 의해 여기되는 상기 시료로부터 형광을 수광하여 검출하기 위한 여기/수광 광학 시스템 및;

상기 멀티-모세관 어레이 영동부의 검출부상에서 모든 모세관 컬럼으로부터 형광을 검출하기위하여 상기 검출부상에 상기 모세관 어레이의 면에 평행하고 영동방향과 직교하는 일직선에 따라서 상기 여기/수광 광학 시스템을 왕복방향으로 이동하기 위한 스캐닝 기구를 구비하는 것을 특징으로 하는 멀티-모세관 전기 영동장치.
제 1 항에 있어서,

상기 다른 말단염기의 4종류의 DNA 단편은 각각 다른 형광물질로서 표지되고,

상기 여기/수광 광학 시스템은 집광 광학 시스템에 의해 상기 검출부상에서 상기 단일 모세관 칼럼으로 상기 여기광을 투영하고 상기 집광 광학 시스템에 의하여 상기 모세관 칼럼에 영동되는 상기 시료로부터 발생되는 상기 형광을 수광하기 위한 에피-광학 시스템,

상기 모세관 컬럼에서 영동되는 상기 시료로부터 발생되는 형광을 상기 에피-광학 시스템을 따라서 영상하기 위한 공촛점 광학 시스템,

상기 공촛점 광학 시스템에의해 형성된 형광상으로부터 4종류의 상기 표지 형광물질에 각각 대응하는 4개로 형광을 공간적으로 분할하기 위한 분할 분광-광학 시스템 및,

4개로 분할된 상기 형광을 검출하기 위한 광검출기를 구비하는 것을 특징으로 하는 멀티-모세관 전기 영동장치.
제 1 항에 있어서,

상기 여기/수광 광학 시스템의 광검출기는 광전자증가배관 또는 애벌란쉬 포토다이오드인 것을 특징으로 하는 멀티-모세관 전기 영동장치.
제 2 항에 있어서,

상기 여기/수광 광학 시스템의 분할 분광-광학 시스템은 상기 공촛점 광학 시스템에 의해 형성되는 상기 형광상으로부터 형광을 4개의 빔으로 분할하기 위한 렌즈 시스템 및 싱기 분할된 광속의 각각의 광로상에 배치된 형광물질을 표지하기 위한 4개의 형광 분광필터를 구비하는 것을 특징으로 하는 멀티-모세관 전기 영동장치.
제 4 항에 있어서,

상기 렌즈 시스템은 4개의 단일 렌즈를 서로 지지하게하여 얻어지는 렌즈패널인 것을 특징으로 하는 멀티-모세관 전기 영동장치.
제 4 항에 있어서,

상기 렌즈 시스템은 4개의 렌즈를 가지는 렌즈패널 성형품인 것을 특징으로 하는 멀티-모세관 전기 영동장치.
제 2 항에 있어서,

상기 여기/수광 광학 시스템의 분할 분광-광학 시스템은 상기 공촛점 광학 시스템에의해 형성된 형광상으로부터 상기 형광을 분광 소자로 분리하기 위한 분산 소자 및, 상기 표지 형광 물질에 대응하는 상기 분산소자에 의해 분광되고, 상기 광검출기의 각각으로 4개의 파장의 분광 소자를 인도하기 위한 광학 시스템을 구비하는 것을 특징으로 하는 멀티-모세관 전기 영동장치.
제 1 항에 있어서,

상기 여기/수광 광학 시스템로부터 상기 모세관 어레이에 인가되는 여기광은 상기 여기/수광 광학 시스템의 스캐닝 방향에 평행한 방향에서 이동하는 빔으로서 상기 여기/수광 광학 시스템의 외부상에 광원 광학 시스템으로부터 공급되어 상기 광원 광학 시스템으로부터 공급되는 여기광 빔의 광축이 상기 여기/수광 광학 시스템의 스캐닝에 의해서도 영향받지 않는 것을 특징으로 하는 멀티-모세관 전기 영동장치.
제 1 항에 있어서,

상기 여기/수광 광학 시스템로부터 상기 모세관 어레이에 인가되는 여기광은 상기 여기/수광 광학 시스템의 외부에 광파이버 멤버를 통하여 광원 광학 시스템으로부터 공급되어 상기 광원 광학 시스템으로부터 공급되는 여기광 빔의 광축이 상기 여기/수광 광학 시스템의 스캐닝에 의해서도 영향받지 않는 것을 특징으로 하는 멀티-모세관 전기 영동장치.
제 1 항에 있어서,

상기 멀티-모세관 어레이 영동부의 멀티 모세관 어레이를 수용하기 위한 쳄버 및, 상기 쳄버를 일정온도에 유지하기 위한 온조기구를 추가구비하는 것을 특징으로 하는 멀티-모세관 전기 영동장치.
제 1 항에 있어서,

상기 모세관 칼럼의 외부는 근적외영역까지의 자외영역에서 여기광에 의해 형광을 발생하지 않거나 또는 발생하더라도 형광측정에 영향을 주지 않는 단지 소량의 형광을 발생하는 무형광 재질의 피막에 의해 피복되고, 상기 검출부의 상기 모세관 칼럼은 또한 상기 피막에 의해 피복되는 것을 특징으로 하는 멀티-모세관 전기 영동장치.
제 1 항에 있어서,

상기 모세관 칼럼의 외부는 형관 재질의 피막으로 피복되고, 근적외영역까지의 자외영역에서 여기광에 의해 형광을 발생하며, 상기 피막은 상기 검출부로부터 제거되는 것을 특징으로 하는 멀티-모세관 전기 영동장치.
제 1 항에 있어서,

2차원적으로 배열된 모세관 칼럼 말단은 상기 멀티-모세관 어레이 영동부의 시료주입측상에 하향에 고정되고, 상기 모세관 칼럼 말단의 배열에 대응하는 이차원적으로 배열된 시료 용기를 구비하여 모세관 컬럼으로 시료 용기내 각각의 시료를 통해 전압이 인가되는 시료 주입 리저버 및, 영동 버퍼액을 수용하여 상기 모세관 컬럼아래에 배열된 상기 모든 모세관 칼럼으로 전압이 인가되는 영동 리저버가 배치되고,

상기 멀티-모세관 영동장치는 상기 리저버중 어느를 상기 모세관 컬럼단의 아래쪽으로 위치결정하기위하여 수평으로 이동하고 리저버를 모세관 칼럼단 방향으로 접근시키기거나 떼어 놓거나 하기 위하여 수직으로 이동하기 위한 리저버 이동기구를 또한 구비하는 것을 특징으로 하는 멀티-모세관 전기 영동장치.
제 1 항에 있어서,

2차원적으로 배열된 모세관 칼럼 말단은 상기 멀티-모세관 어레이 영동부의 시료주입측상에 하향에 고정되고, 상기 모세관 칼럼 말단의 배열에 대응하는 이차원적으로 배열된 웰을 가져 상기 웰내의 시료에 삽입되는 각각의 모세관 칼럼 말단으로 전압이 인가되는 시료 용기 및, 영동 버퍼액을 수용하여 상기 모세관 컬럼아래에 배열된 상기 모든 모세관 칼럼으로 전압이 인가되어 상기 시료 용기 또는 상기 영동 리저버는 선택적으로 상기 모세관 칼럼 말단과 접촉하고, 상기 모세관 어레이 영동부의 다른 말단은 전압이 인가되는 다른 버퍼액에 담겨지며, 영동 전압은 상기 모세관 어레이 영동부를 교차하여 인가되는 영동 버퍼액을 수용하는 영동 리저버가 배치되고,

염기 시퀀스를 검출하기 위하여 상기 여기/수광 광학 시스템에 의한 검출 결과에 의해 각각의 상기 모세관 칼럼에서 검출되는 염기를 동정하기 위한 데이터 프로세서 및,

상기 검출된 말단 염기에 대응하는 4종류의 빛깔의 상기 화면상에 각각의 상기 웰의 위치를 표시하기 위하여 상기 시료 용기의 상기 웰의 배열에 대응하는 화면을 가지는 표시장치를 또한 구비하는 것을 특징으로 하는 멀티-모세관 전기 영동장치.