JPH07306136A - DNA base sequence determination device and method - Google Patents
DNA base sequence determination device and methodInfo
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- JPH07306136A JPH07306136A JP6124535A JP12453594A JPH07306136A JP H07306136 A JPH07306136 A JP H07306136A JP 6124535 A JP6124535 A JP 6124535A JP 12453594 A JP12453594 A JP 12453594A JP H07306136 A JPH07306136 A JP H07306136A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 蛍光検出器の性能は現状のままで、蛍光サン
プル量のバラツキに対して安定した測定が容易に行える
新規なDNA塩基配列決定装置を提供する。
【構成】 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光源からのレーザビームをそれ
ぞれ異なる出力を有する2本のレーザビームに分割して
前記泳動路の上下方向の異なる位置に入射させる手段を
更に有し,前記蛍光検出手段は2次元カメラからなり,
前記2次元カメラにより測定されたデータを合成する手
段を有するDNA塩基配列決定装置。
(57) [Abstract] [PROBLEMS] To provide a novel DNA sequencer capable of easily performing stable measurement against variations in the amount of fluorescent sample while the performance of the fluorescence detector remains unchanged. A vertically-held flat plate gel electrophoretic means having a large number of migration paths for DNA fragments, the migration path of the electrophoresis apparatus being perpendicular to the migration path from the lateral direction of the electrophoresis apparatus. In the DNA base sequence determination device, a laser light irradiation means for irradiating a laser beam for photoexcitation, and a fluorescence detection means for detecting fluorescence generated from a DNA fragment irradiated by the laser light and converting the fluorescence into an electric signal, The laser light irradiating means further includes means for dividing the laser beam from the laser light source into two laser beams having different outputs and making the laser beams incident on different positions in the vertical direction of the migration path, and the fluorescence detecting means is 2 It consists of a three-dimensional camera,
A DNA nucleotide sequencer having a means for synthesizing data measured by the two-dimensional camera.
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】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D
NA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。FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a DNA base sequencer. More specifically, the present invention uses D
The present invention relates to an apparatus capable of efficiently and quickly determining the base sequence of NA.
【0002】[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。2. Description of the Related Art Gel electrophoresis is widely used as a method for determining the base sequence of DNA or the like.
【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。Conventionally, during electrophoresis, a sample was labeled with a radioisotope and analyzed, but this method has a drawback that it takes time and labor. Furthermore, from the viewpoint of radioactivity control, maximum safety and control are always required, and analysis can be performed only in a special facility. For this reason,
Recently, a method of labeling a sample with a phosphor has been studied.
【0004】光を用いる方法では、蛍光色素でラベルし
たDNA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
基種が異なった種々の長さの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。In the method using light, a DNA fragment labeled with a fluorescent dye is made to migrate in a gel. A photoexcitation part and a photodetector are provided for each migration path 15 to 20 cm below the migration start part. The DNA fragments passing through here are sequentially measured. For example, DNA of various lengths having different terminal base species is replicated by an operation by an enzymatic reaction (dideoxy method) using a DNA chain whose sequence is to be determined as a template, and these are labeled with a fluorescent substance. That is, a fluorescent substance-labeled adenine (A) fragment group, cytosine (C) fragment group, guanine (G) fragment group, and thymine (T) fragment group are obtained. These fragment groups are mixed, injected into separate migration lane grooves of the electrophoresis gel, and a voltage is applied. Since DNA is a chain polymer having a negative charge, it moves in the gel at a speed inversely proportional to the molecular weight. Since shorter (smaller molecular weight) DNA chains move faster and longer (larger molecular weight) DNA chains move slowly, DNA can be fractionated by molecular weight.
【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。In Japanese Patent Laid-Open No. 63-21556, a line on the gel of the electrophoretic device irradiated with a laser and the arrangement direction of the photodiode array are perpendicular to the electrophoretic direction of the DNA fragments in the electrophoretic device. The DNA nucleotide sequencer having the above-mentioned structure is disclosed.
【0006】図4は該装置の構成を説明する模式図であ
る。泳動板74は2枚のガラス板の間に電気泳動用ゲル
(例えば、ポリアクリルアミド)を挟み込んでいる。泳
動板全体の厚さは約10mm程度であるが、ゲル電解質
層自体の厚さは約1mm未満である。泳動板74の上端
より若干下の位置に櫛歯状のゲル電解質層上端が存在す
る。この櫛歯状の溝75内に蛍光物質で標識されたDN
A断片を注入する。FIG. 4 is a schematic diagram for explaining the structure of the apparatus. The electrophoresis plate 74 has an electrophoresis gel (for example, polyacrylamide) sandwiched between two glass plates. The overall thickness of the electrophoretic plate is about 10 mm, but the thickness of the gel electrolyte layer itself is less than about 1 mm. An upper end of the comb-shaped gel electrolyte layer exists at a position slightly lower than the upper end of the migration plate 74. DN labeled with a fluorescent substance in the comb-shaped groove 75
Inject the A fragment.
【0007】図4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DN
Aの塩基配列を決定する。In the apparatus shown in FIG. 4, the laser light emitted from the light source 70 is reflected by the mirror 72, and a certain point in the gel of the electrophoretic plate 74 is horizontally irradiated with the laser light. When the fluorescently labeled DNA fragment 76 that has migrated in the gel passes through this irradiation region, fluorescence is sequentially emitted from this DNA fragment. At this time, the type of terminal base can be identified from the horizontal position of fluorescence emission, the fragment length can be identified from the difference in migration time from the migration start, and the analyte can be identified by the emission wavelength.
The fluorescence from each migration path is imaged by the light receiving portion 82 of the image intensifier 80 by the lens 78. This signal is amplified, converted into an electric signal by the photodiode array 84, and measured. The sequence of each DNA fragment is calculated by computer processing the measurement results, and the target DN is obtained.
The base sequence of A is determined.
【0008】塩基配列の決定においてDNAを標識する
ために現に使用されている色素は例えば、イソチオシア
ン酸フルオレセイン(FITC),イソチオシアン酸エ
オシン(EITC),イソチオシアン酸テトラメチルロ
ーダミン(TMRITC)及び置換イソチオシアン酸ロ
ーダミン(XRITC)などである。The dyes currently used for labeling DNA in the determination of base sequences are, for example, fluorescein isothiocyanate (FITC), eosin isothiocyanate (EITC), tetramethylrhodamine isothiocyanate (TMRITC) and substituted rhodamine isothiocyanate. (XRITC) and the like.
【0009】前記のように、蛍光式DNA塩基配列決定
は蛍光色素で標識したDNAにレーザ光を照射し、その
時の蛍光を検出してDNAの塩基配列を決定するが、用
意されたDNA試料の量によって検出される蛍光量は変
化する。また、試料の配列によっても蛍光強度は変化す
る。このため、試料のロットによって、検出される蛍光
光量のバラツキは大きい。従来の蛍光式DNA塩基配列
決定装置は1回の測定で多数の試料を同時測定するた
め、検出可能な光量の範囲は広いことが望ましい。現在
使用されている蛍光検出手段では、蛍光検出器のノイズ
成分と飽和露光量によって測定範囲が決められている。As described above, in the fluorescent DNA base sequence determination, DNA labeled with a fluorescent dye is irradiated with laser light and the fluorescence at that time is detected to determine the base sequence of the DNA. The amount of fluorescence detected varies depending on the amount. The fluorescence intensity also changes depending on the arrangement of the sample. For this reason, the detected fluorescence light amount varies greatly depending on the sample lot. Since a conventional fluorescence-type DNA base sequencer simultaneously measures many samples in one measurement, it is desirable that the range of detectable light amount is wide. In the fluorescence detection means currently used, the measurement range is determined by the noise component of the fluorescence detector and the saturated exposure amount.
【0010】従って、所定の測定範囲を有する蛍光検出
器を使用すると、蛍光量が強すぎる試料の場合、測定閾
値を超えるのでデータがピークアウトすることがあり、
一方、蛍光量が弱すぎるとピークが小さ過ぎて判読困難
となることがある。このような場合、蛍光検出器の測定
閾値を設定し直すなどの作業が必要になるが、閾値を上
げれば微弱蛍光は犠牲になり、閾値を下げれば強力蛍光
は犠牲になる。Therefore, when a fluorescence detector having a predetermined measurement range is used, in the case of a sample whose fluorescence amount is too strong, the data may peak out because it exceeds the measurement threshold value.
On the other hand, if the fluorescence amount is too weak, the peak may be too small to be legible. In such a case, it is necessary to set the measurement threshold of the fluorescence detector again, but if the threshold is raised, the weak fluorescence is sacrificed, and if the threshold is lowered, the strong fluorescence is sacrificed.
【0011】[0011]
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、蛍光検出器の性能は現状のままで、蛍光サンプル量
のバラツキに対して安定した測定が容易に行える新規な
DNA塩基配列決定装置を提供することである。SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, an object of the present invention is to provide a novel DNA base sequencer capable of easily performing stable measurement against variations in the amount of fluorescent sample while the performance of the fluorescence detector remains unchanged. Is to provide.
【0012】[0012]
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明では、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光源からのレーザビ
ームをそれぞれ異なる出力を有する2本のレーザビーム
に分割して前記泳動路の上下方向の異なる位置に入射さ
せる手段を更に有し,前記蛍光検出手段は2次元イメー
ジセンサからなり,前記2次元イメージセンサにより測
定されたデータを合成する手段,を有することを特徴と
するDNA塩基配列決定装置を提供する。In order to solve the above-mentioned problems, according to the present invention, a vertically-held flat plate gel electrophoresis means having a large number of migration paths for DNA fragments, and the electrophoresis of the electrophoresis apparatus are provided. Laser light irradiation means for photoexcitation, which irradiates a laser beam so that the path is orthogonal to the migration path from the lateral direction of the electrophoretic device, and DNA irradiated by the laser light.
In a DNA base sequence determination device comprising fluorescence detection means for detecting fluorescence generated from a fragment and converting it into an electric signal, the laser light irradiation means comprises two laser beams each having a different output from a laser beam from a laser light source. Further comprising means for making the light incident on different positions in the vertical direction of the migration path, the fluorescence detecting means comprising a two-dimensional image sensor, and means for synthesizing data measured by the two-dimensional image sensor. Provided is a DNA nucleotide sequencer characterized by having.
【0013】[0013]
【作用】前記のように、本発明では、レーザ光源から発
光されたレーザビームを泳動板の手前で高出力のレーザ
ビームと低出力のレーザビームに分割し、各分割ビーム
を泳動板の上下方向でそれぞれ異なる位置に入射させ
る。本発明では低出力のレーザビームを大蛍光量測定用
に使用し、高出力のレーザビームを微弱蛍光量測定用に
使用する。従って、大蛍光量のサンプルを測定してもレ
ーザビームの出力が低いので測定波形が閾値をピークア
ウトすることがなくなる。一方、微弱蛍光量のサンプル
を測定する場合、レーザビームの出力が高いので測定波
形は大きくなり、判読は容易になる。これら2種類の蛍
光像を検出し、2つのデータを合成して蛍光検出データ
とする。この結果、検出可能な光量の範囲は数倍とな
り、効率的で高信頼性の測定が可能となる。As described above, in the present invention, the laser beam emitted from the laser light source is split into a high-power laser beam and a low-power laser beam in front of the electrophoretic plate, and each split beam is directed in the vertical direction of the electrophoretic plate. To make them enter different positions. In the present invention, a low output laser beam is used for measuring a large fluorescence amount, and a high output laser beam is used for measuring a weak fluorescence amount. Therefore, even if a sample with a large fluorescence amount is measured, the output of the laser beam is low, so that the measured waveform does not peak out of the threshold value. On the other hand, in the case of measuring a sample having a weak fluorescence amount, the output of the laser beam is high, so that the measurement waveform becomes large and the reading becomes easy. These two types of fluorescence images are detected, and the two data are combined into fluorescence detection data. As a result, the range of detectable light amount is several times, and efficient and highly reliable measurement is possible.
【0014】[0014]
【実施例】以下、図面を参照しながら本発明を更に詳細
に説明する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described in more detail below with reference to the drawings.
【0015】図1は本発明のDNA塩基配列決定装置の
模式的構成を示す部分概要斜視図である。本発明のDN
A塩基配列決定装置では、レーザ光源(図示されていな
い)から出射されたレーザビーム1はレーザビームスプ
リッター3により異なる出力を有する2本のレーザビー
ム5及び7に分割される。例えば、一方のレーザビーム
5はスプリッター3を透過し、他方のレーザビーム7は
スプリッター3により上方へ反射され、更にミラー9に
より水平方向に反射される。従って、レーザビーム5と
レーザビーム7は泳動板74のゲル電解質層76の上下
方向で異なる2箇所の位置に入射し、ゲル電解質層76
を貫通する。FIG. 1 is a partial schematic perspective view showing a schematic configuration of the DNA base sequence determination apparatus of the present invention. DN of the present invention
In the A base sequencer, a laser beam 1 emitted from a laser light source (not shown) is split by a laser beam splitter 3 into two laser beams 5 and 7 having different outputs. For example, one laser beam 5 passes through the splitter 3, and the other laser beam 7 is reflected upward by the splitter 3 and further horizontally reflected by the mirror 9. Therefore, the laser beam 5 and the laser beam 7 are incident on the gel electrolyte layer 76 of the electrophoretic plate 74 at two different positions in the vertical direction, and the gel electrolyte layer 76
Penetrate through.
【0016】レーザ光源(図示されていない)から出射
されるレーザビーム1の出力は特に限定されない。一般
的に、3mW〜10mWの範囲内の出力を有するレーザ
ビームが好適に使用される。このレーザビーム1をビー
ムスプリッター3により2本のレーザビームに分割する
場合、分割された各レーザビームの出力も特に限定され
ない。しかし、大蛍光量の測定及び微弱蛍光量の測定に
必要十分な適正な比率で分割されていなければならな
い。この分割比率は例えば、使用される蛍光検出器11
のダイナミックレンジにより規制される。一般的に分割
比率が1:9であれば申し分のない測定を行うことがで
きる。従って、例えば、元のレーザビーム1の出力が1
0mWであれば、レーザビーム7の出力を1mWにし、
レーザビーム5の出力を9mWにすることが好ましい。The output of the laser beam 1 emitted from the laser light source (not shown) is not particularly limited. Generally, a laser beam having an output in the range of 3 mW to 10 mW is preferably used. When the laser beam 1 is split into two laser beams by the beam splitter 3, the output of each split laser beam is not particularly limited. However, it must be divided at an appropriate ratio necessary and sufficient for measuring the large fluorescence amount and the weak fluorescence amount. This division ratio is, for example, the fluorescence detector 11 used.
Regulated by the dynamic range of. Generally, if the split ratio is 1: 9, satisfactory measurement can be performed. Therefore, for example, the output of the original laser beam 1 is 1
If it is 0 mW, the output of the laser beam 7 is set to 1 mW,
The output of the laser beam 5 is preferably 9 mW.
【0017】ビームスプリッター3により元のレーザビ
ームを所定の比率の出力を有する2本のレーザビームに
分割するには、例えば、反射率10%,透過率90%の
平面ビームスプリッター入射光に対して45°傾けて配
置すればよい。In order to split the original laser beam into two laser beams having an output of a predetermined ratio by the beam splitter 3, for example, with respect to incident light of a plane beam splitter having a reflectance of 10% and a transmittance of 90%. It may be arranged at an angle of 45 °.
【0018】2本の分割レーザビームの入射位置の上下
方向間隔は特に限定されない。しかし、蛍光検出器11
に2次元カメラを使用する場合、上下の蛍光同士を十分
に識別できるようにするため、数cm程度例えば、3c
mの間隔を有することが望ましい。The vertical distance between the incident positions of the two split laser beams is not particularly limited. However, the fluorescence detector 11
When a two-dimensional camera is used for the above, in order to be able to sufficiently distinguish the upper and lower fluorescences, several cm, for example, 3c
It is desirable to have a spacing of m.
【0019】前記のように、泳動板上方の溝75内に注
入されたDNA試料は電気泳動により下方へ向けて泳動
されてくる。DNA断片76が出力が1mWの分割レー
ザビーム7により照射されると、この断片が大蛍光量を
発するものであれば、符号13で示されるような測定波
形が得られる。微弱な蛍光量しか発生しないDNA断片
は、この出力が1mWの分割レーザビーム7により照射
されても検出器11で検出し得るほどの蛍光を発しない
ので、符号13の測定波形中には表示されない。As described above, the DNA sample injected into the groove 75 above the migration plate is migrated downward by electrophoresis. When the DNA fragment 76 is irradiated with the split laser beam 7 having an output of 1 mW, if this fragment emits a large amount of fluorescence, a measurement waveform indicated by reference numeral 13 is obtained. A DNA fragment that emits only a weak amount of fluorescence does not emit fluorescence that can be detected by the detector 11 even when this output is irradiated with the 1 mW split laser beam 7, and therefore is not displayed in the measurement waveform of reference numeral 13. .
【0020】一方、泳動してきたDNA断片76が出力
が9mWの分割レーザビーム5により照射されると、符
号15で示されるような測定波形が得られる。出力1m
Wの分割レーザビーム7により測定された大蛍光量のD
NA断片は出力9mWの分割レーザビーム5では波形が
ピークアウトしてしまい上部波形はカットされる。しか
し、出力1mWの分割レーザビーム7では測定されなか
った微弱蛍光量のDNA断片は出力9mWの分割レーザ
ビーム5により十分な蛍光量を発生するので検出器11
により検出可能となり、測定波形が表示される。On the other hand, when the electrophoresed DNA fragment 76 is irradiated with the split laser beam 5 having an output of 9 mW, a measurement waveform as indicated by reference numeral 15 is obtained. Output 1m
The large fluorescence amount D measured by the W split laser beam 7
The waveform of the NA fragment peaks out with the split laser beam 5 having an output of 9 mW, and the upper waveform is cut off. However, since the DNA fragment having a weak fluorescence amount which was not measured by the split laser beam 7 having an output of 1 mW produces a sufficient fluorescence amount by the split laser beam 5 having an output of 9 mW, the detector 11
Will be detected and the measured waveform will be displayed.
【0021】このようにして得られた2種類の測定波形
を合成することにより符号17で示される最終的な測定
結果が得られる。このようにして、蛍光検出器の性能は
現状のままで、レーザビームの出力を変化させることに
より蛍光検出器の検出限界を数倍も拡大させることがで
きる。By synthesizing the two types of measurement waveforms thus obtained, the final measurement result indicated by reference numeral 17 is obtained. In this way, the detection limit of the fluorescence detector can be expanded several times by changing the output of the laser beam while the performance of the fluorescence detector remains unchanged.
【0022】本発明で蛍光検出器として使用される2次
元カメラは、荷電結合素子(CCD)を使用したビデオ
カメラタイプのものであり、例えば、デルフトハイテッ
ク社からXX1560などの型番で一般に市販されてい
る。図示されていないが、このカメラにより得られた信
号を処理するための回路などが接続されている。The two-dimensional camera used as the fluorescence detector in the present invention is of a video camera type using a charge-coupled device (CCD), and is commercially available from Delft High-Tech Co., Ltd. under a model number such as XX1560. There is. Although not shown, a circuit and the like for processing a signal obtained by this camera are connected.
【0023】次にデータの合成方法について説明する。
出力1mWのレーザビームにより得られた蛍光量測定デ
ータをAデータ(図2の(a))とし、出力9mWのレ
ーザビームにより得られた蛍光量測定データをBデータ
(図2の(b))とする。図2(a)の波形図の縦軸に
おけるIA は検出器11が検出したピーク1の輝度値で
あり、ATはAデータの閾値であり、このレベルを超え
るデータはBデータでは必ず飽和データとなるレベルで
ある。図2(b)の波形図の縦軸におけるIBは検出器
11が飽和しない場合に検出されるであろう推定輝度値
であり、SPは検出器11の飽和データ点である。Aデ
ータとBデータの輝度関係は比例しているため、IB =
αIA (ここで、αは定数である)の数式が得られる。Next, a method of synthesizing data will be described.
The fluorescence amount measurement data obtained by the laser beam with an output of 1 mW is A data ((a) in FIG. 2), and the fluorescence amount measurement data obtained by the laser beam with an output of 9 mW is B data ((b) in FIG. 2). And I A on the vertical axis of the waveform diagram of FIG. 2A is the brightness value of peak 1 detected by the detector 11, AT is the threshold value of A data, and data exceeding this level is always saturated data in B data. It is a level that becomes. I B in the vertical axis of the waveform view of FIG. 2 (b) is an estimated luminance value would be detected if the detector 11 is not saturated, SP is the saturation data points of the detector 11. Since the brightness relationship between A data and B data is proportional, I B =
An equation for α I A (where α is a constant) is obtained.
【0024】閾値(AT)でデータを切替える際、αI
A >IB ´[ここで、IB ´は飽和しないと仮定したと
きのIB データであり、次の式により求められる、IB
´=NIB0±N1/2 n(ここで、N=積算数,IB0=真
のIB データ,n=ノイズ成分である)]になるように
する必要がある。αIA <IB ´の場合、閾値の切替え
点で曲線に段差が発生してしまう。従って、IB ´のバ
ラツキは、NIB0−N1/2 n≦IB ´≦NIB0+N1/2
nであり、αIA のバラツキは、α(NIA0−N1/2
n)≦IA ≦α(NIA0+N1/2 n)(ここで、IA0は
真のIA データである)である。前記のαIA >IB ´
を満たすには、αIA の最大値>IB ´の最大値より、
α(NIA0−N1/2 n)>NIB0+N1/2 nでなければ
ならない。よって、α>(NIB0+N1/2 n)/(NI
A0−N1/2 n)=IBデータ最大値/IA データ最小値
となる。従って、αは一定光量を入力した時のIB デー
タの最大値とIA データの最小値で求められることにな
る。When data is switched at the threshold (AT), αI
A> I B '[where, I B' is I B data on the assumption that no saturation is obtained by the following equation, I B
′ = NI B0 ± N 1/2 n (where N = integrated number, I B0 = true I B data, n = noise component)]. For αI A <I B ', thereby a step is generated in curve switching point threshold. Therefore, the variation of I B ′ is NI B0 −N 1/2 n ≦ IB B ≦ NI B0 + N 1/2
n, and the variation of αI A is, α (NI A0 -N 1/2
n) ≦ I A ≦ α (NI A0 + N 1/2 n) (where I A0 is the true I A data). The above α I A > I B ′
To satisfy, the maximum value of αI A > the maximum value of I B ′,
α (NI A0 −N 1/2 n)> NI B0 + N 1/2 n must be satisfied. Therefore, α> (NI B0 + N 1/2 n) / (NI
A0 -N 1/2 n) = a I B data maximum value / I A data minimum value. Therefore, α is obtained by the maximum value of I B data and the minimum value of I A data when a constant light amount is input.
【0025】図3はデータ合成の流れ図である。ブロッ
ク20でデータ処理を開始する。先ず、ブロック22で
データを取り込む。決定ブロック24で、Aデータ閾値
レベル(AT,図2(a)参照)を越えたか否か決定す
る。越えている場合、ブロック26で、ATを越えた波
形(ピーク1)データを微分してピークの頂点を求め
る。また、同時に、その時の輝度IA と頂点の出現時間
t1 を求める。次いで、ブロック28で、前記t1 より
ピーク1の移動度V1 を求める。V1 は次の関係式によ
り求められる。V1 =l/t1 ,但し、lは泳動距離を
示す。その後、ブロック30で、ピーク1がBデータで
出現するピーク頂点時間t2 を算出する。t2 は次の関
係式により求められる。t2 =(l+30)/V1 。前
記式における“30”はAデータ用の低出力レーザビー
ムとBデータ用の高出力レーザビームとの間隔(単位:
mm)を示す。次いで、ブロック32において、IB =
αIA の関係式にα及びブロック26で求められたIA
の値を入れてIB を算出する。t2 を頂点として、高さ
IB の正規分布波形を求め、t2 ´及びt2 ´´の位置
でBデータと結合させる。その後、ブロック34で合成
終了データとして出力し、ブロック36で処理を終了す
る。一方、決定ブロック24において、ATを越えてい
ないと決定された場合、ブロック26,28,30及び
32をバイパスして、ブロック34に入り、そのまま合
成終了データとして出力し、ブロック36で処理を終了
する。FIG. 3 is a flow chart of data synthesis. Data processing begins at block 20. First, block 22 fetches data. At decision block 24, it is determined whether the A data threshold level (AT, see FIG. 2A) has been exceeded. If so, in block 26, the waveform (peak 1) data that exceeds AT is differentiated to obtain the peak apex. At the same time, the brightness I A at that time and the appearance time t 1 of the apex are obtained. Next, at block 28, the mobility V 1 of peak 1 is obtained from the above t 1 . V 1 is obtained by the following relational expression. V 1 = 1 / t 1 , where 1 represents the migration distance. Then, in block 30, the peak apex time t 2 at which peak 1 appears in the B data is calculated. t 2 is calculated by the following relational expression. t 2 = (l + 30) / V 1 . “30” in the above equation is the distance between the low power laser beam for A data and the high power laser beam for B data (unit:
mm) is shown. Then, at block 32, I B =
I A obtained in α and block 26 in relation of .alpha. I A
I B is calculated by adding the value of The t 2 as the vertex, obtains a normal distribution waveform of height I B, is coupled with B data at the position of t 2 'and t 2''. After that, in block 34, the data is output as synthesis end data, and in block 36, the process ends. On the other hand, when it is determined in the decision block 24 that the AT has not been exceeded, the blocks 26, 28, 30 and 32 are bypassed, the block 34 is entered, the data is output as it is as synthesis end data, and the process is ended in the block 36. To do.
【0026】[0026]
【発明の効果】以上説明したように、本発明では、レー
ザ光源から発光されたレーザビームを泳動板の手前で高
出力のレーザビームと低出力のレーザビームに分割し、
各分割ビームを泳動板の上下方向でそれぞれ異なる位置
に入射させる。本発明では低出力のレーザビームを大蛍
光量測定用に使用し、高出力のレーザビームを微弱蛍光
量測定用に使用する。従って、大蛍光量のサンプルを測
定してもレーザビームの出力が低いので測定波形が閾値
をピークアウトすることがなくなる。一方、微弱蛍光量
のサンプルを測定する場合、レーザビームの出力が高い
ので測定波形は大きくなり、判読は容易になる。これら
2種類の蛍光像を検出し、2つのデータを合成して蛍光
検出データとする。この結果、検出可能な光量の範囲は
数倍となり、効率的で高信頼性の測定が可能となる。As described above, according to the present invention, the laser beam emitted from the laser light source is divided into a high output laser beam and a low output laser beam before the electrophoretic plate,
The divided beams are made to enter different positions in the vertical direction of the migration plate. In the present invention, a low output laser beam is used for measuring a large fluorescence amount, and a high output laser beam is used for measuring a weak fluorescence amount. Therefore, even if a sample with a large fluorescence amount is measured, the output of the laser beam is low, so that the measured waveform does not peak out of the threshold value. On the other hand, in the case of measuring a sample having a weak fluorescence amount, the output of the laser beam is high, so that the measurement waveform becomes large and the reading becomes easy. These two types of fluorescence images are detected, and the two data are combined into fluorescence detection data. As a result, the range of detectable light amount is several times, and efficient and highly reliable measurement is possible.
【図1】本発明のDNA塩基配列決定装置の模式的構成
を示す部分概要斜視図である。FIG. 1 is a partial schematic perspective view showing a schematic configuration of a DNA base sequence determination device of the present invention.
【図2】図1に示された装置により得られたデータの輝
度と時間の関係における測定波形の模式的拡大図であ
り、(a)は出力1mWのレーザビームにより得られた
蛍光量測定波形であり、(b)は出力9mWのレーザビ
ームにより得られた蛍光量測定波形である。FIG. 2 is a schematic enlarged view of a measurement waveform in a relationship between luminance and time of data obtained by the device shown in FIG. 1, (a) is a fluorescence amount measurement waveform obtained by a laser beam with an output of 1 mW. And (b) is a fluorescence amount measurement waveform obtained by a laser beam with an output of 9 mW.
【図3】図2に示されたAデータとBデータの合成処理
を示す流れ図である。FIG. 3 is a flowchart showing a combining process of A data and B data shown in FIG.
【図4】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。FIG. 4 D disclosed in JP-A-63-21556
It is a typical block diagram of a NA base sequence determination apparatus.
1 元のレーザビーム 3 ビームスプリッター 5 高出力分割レーザビーム 7 低出力分割レーザビーム 9 反射ミラー 11 蛍光検出器 1 original laser beam 3 beam splitter 5 high power split laser beam 7 low power split laser beam 9 reflection mirror 11 fluorescence detector
Claims (7)
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光源からのレーザビーム
をそれぞれ異なる出力を有する2本のレーザビームに分
割して前記泳動路の上下方向の異なる位置に入射させる
手段を更に有し,前記蛍光検出手段は2次元カメラから
なり,前記2次元カメラにより測定されたデータを合成
する手段,を有することを特徴とするDNA塩基配列決
定装置。1. Having multiple migration paths for DNA fragments,
Plate-type gel electrophoretic means held vertically, and laser light irradiation means for photoexcitation for irradiating laser light on the electrophoretic path of the electrophoretic device so as to be orthogonal to the electrophoretic path from the lateral direction of the electrophoretic device. A DNA base sequence determination device comprising fluorescence detection means for detecting fluorescence generated from a DNA fragment irradiated by laser light and converting it into an electric signal, wherein the laser light irradiation means respectively emit laser beams from different laser light sources. Further, there is provided means for splitting into two laser beams having an output and making the laser beams incident on different positions in the vertical direction of the migration path, and the fluorescence detecting means comprises a two-dimensional camera, and data measured by the two-dimensional camera. And a means for synthesizing DNA.
ターであり、元のレーザビームを1:9の出力比を有す
る2本のレーザビームに分割する請求項1のDNA塩基
配列決定装置。2. The DNA sequencer according to claim 1, wherein the laser beam splitting means is a beam splitter, and splits the original laser beam into two laser beams having an output ratio of 1: 9.
ームを泳動板の上部寄り位置から泳動路に入射させ、相
対的に高い出力を有する分割レーザビームを元のレーザ
ビームと同じ位置から泳動路に入射させる請求項2のD
NA塩基配列決定装置。3. A split laser beam having a relatively low output is made to enter the migration path from a position near the top of the migration plate, and a split laser beam having a relatively high output is migrated from the same position as the original laser beam. D of Claim 2
NA base sequencer.
射位置は上下方向で30mmの間隔を有する請求項3の
DNA塩基配列決定装置。4. The DNA sequencing device according to claim 3, wherein the incident positions of the two split laser beams on the migration path are vertically spaced by 30 mm.
を使用するカメラである請求項1のDNA塩基配列決定
装置。5. The two-dimensional camera is a charge coupled device (CCD).
The DNA nucleotide sequencer according to claim 1, which is a camera using
有するレーザビームをビームスプリッターにより、所定
の出力比を有する2本のレーザビームに分割し、相対的
に低い出力を有する分割レーザビームがDNA断片に入
射したときに発生される第1の蛍光及び相対的に高い出
力を有する分割レーザビームがDNA断片に入射したと
きに発生される第2の蛍光を測定し、第1の蛍光のデー
タ及び第2の蛍光のデータを波形に変換し、第1の蛍光
の測定波形及び第2の蛍光の測定波形を合成して一つの
波形とすることによりDNAの塩基配列を決定すること
を特徴とするDNA塩基配列決定方法。6. A laser beam having a predetermined output emitted from a laser light source is split by a beam splitter into two laser beams having a predetermined output ratio, and a split laser beam having a relatively low output is DNA. The first fluorescence generated when the fragment is incident and the second fluorescence generated when the split laser beam having a relatively high power is incident on the DNA fragment are measured, and the first fluorescence data and The base sequence of the DNA is determined by converting the second fluorescence data into a waveform and synthesizing the first fluorescence measurement waveform and the second fluorescence measurement waveform into a single waveform. DNA base sequencing method.
を取込み、第1の蛍光データが第1の閾値を越えたか否
か決定し、越えている場合、閾値を越えた第1のピーク
のデータを微分してこの第1のピークの頂点とその頂点
に対応する輝度IA 及び頂点出現時間t1 を求め、t1
より第1のピークの移動度V1 を求め、第1のピークが
第2の蛍光データで出現するピーク頂点時間t2 を算出
し、前記IA に所定の定数をかけてIB (蛍光検出器が
飽和しない場合に検出されるであろう推定輝度)を求
め、t2 を頂点として高さIB の正規分布波形を求め、
これを第2の蛍光データの波形と合成させることにより
一つの波形とする請求項6のDNA塩基配列決定方法。7. The first fluorescence data and the second fluorescence data are taken, it is determined whether or not the first fluorescence data exceeds a first threshold value, and if it is, a first peak that exceeds the threshold value. Is differentiated to obtain the peak of this first peak, the luminance I A corresponding to the peak and the peak appearance time t 1 , and t 1
The mobility V 1 of the first peak is obtained from the above, the peak apex time t 2 at which the first peak appears in the second fluorescence data is calculated, and the above I A is multiplied by a predetermined constant to obtain I B (fluorescence detection). (Estimated brightness that would be detected if the device is not saturated), and a normal distribution waveform of height I B with t 2 as the apex,
The method for determining a DNA base sequence according to claim 6, wherein one waveform is obtained by synthesizing this with the waveform of the second fluorescence data.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6124535A JPH07306136A (en) | 1994-05-13 | 1994-05-13 | DNA base sequence determination device and method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6124535A JPH07306136A (en) | 1994-05-13 | 1994-05-13 | DNA base sequence determination device and method |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07306136A true JPH07306136A (en) | 1995-11-21 |
Family
ID=14887883
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6124535A Pending JPH07306136A (en) | 1994-05-13 | 1994-05-13 | DNA base sequence determination device and method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07306136A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008122169A (en) * | 2006-11-10 | 2008-05-29 | Hitachi High-Technologies Corp | Electrophoresis apparatus and electrophoretic analysis method |
-
1994
- 1994-05-13 JP JP6124535A patent/JPH07306136A/en active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008122169A (en) * | 2006-11-10 | 2008-05-29 | Hitachi High-Technologies Corp | Electrophoresis apparatus and electrophoretic analysis method |
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