JPH083481B2 - 蛍光式電気泳動パターン読み取り装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、蛍光式電気泳動パターン読み取り装置に関
し、特に、着脱自在の泳動部ユニットを、複数台の電気
泳動ユニットに装着し、長時間かかる電気泳動を並列し
て行った後、共通の読み取りユニットにより、電気泳動
パターンの読み取りを行い、効率的に電気泳動，電気泳
動パターンの読み取りを行うことができる蛍光式電気泳
動パターン読み取り装置に関するものである。

〔従来の技術〕

蛍光法による電気泳動パターン読み取り装置は、危険
で高価な放射性アイソトープを必要としない利点を有し
ている。

一般に、DNAシーケンシング（遺伝子の塩基配列決
定）を含む種々の遺伝子構造解析，アミノ酸等の蛋白の
質量分析，高分子の構造分析を行うために、蛍光法によ
る電気泳動分析法が用いられる。このような電気泳動分
析法は、蛍光物質で標識した試料の断片を用いて電気泳
動を行い、電気泳動で展開された分布パターンの解析を
行うことにより、試料の分析を行う方法である。

電気泳動パターン読取装置の代表例として、DNAシー
ケンシング装置を例として説明する。

DNAシーケンシング装置を用いて、DNAシーケンシング
を行う場合、構造を決定しようとするDNAの試料は、ま
ず、制限酵素によって各塩基の部所に特異的な科学反応
の反応率をコントロールし、蛍光物質で標識してフラグ
メント（断片）とする。このフラグメントは、種々の長
さを持ち、かつそれぞれの切断端に標識されたアデニ
ン，シトシン，グアニン，チミン（Adenine,Cytosine,G
uanine,Thymine;以下、A,C,G,Tと略称する）の４種のど
れか特定の塩基を有する断片である。フラグメント化さ
れたDNAの試料は、電気泳動によりその断片の長さに対
応して分離できるので、電気泳動を行い、各断片を分離
した後、レーザ光を照射し、各断片に標識されている蛍
光物質を励起し、その蛍光物質から発する蛍光の強度分
布を測定することにより、各々の塩基の配列を読み取
り、DNAの構造を決定する。

第13図は、電気泳動を行ったDNA断片の分布例を示す
図である。DNA断片の持つ長さの相違（分子量の差）に
より電気泳動される距離が異なるため、各々のDNA断片
が時間の経過と共に同一分子量のDNA断片毎に集まり、
第13図に示すように、電気泳動パターン70では、各々の
分子量に対応してバンド66が形成される。全体として
は、各々の塩基のレーン71,72,73,74にバンド66を有す
るパターンとなる。A,G,C,Tの各塩基のDNA断片には必ず
１塩基以上の分子量の差が存在するため、電気泳動され
る距離が全て異なる。したがって、A,G,C,Tの各塩基の
レーン71〜74における各バンド66が、原理的に他のレー
ンのバンドと横一列に並ぶことはない。DNAシーケンシ
ングでは、バンド66の順番をA,G,C,Tの各塩基のレーン7
1〜74に対して下から順にたどるパターン読み取りを行
い、DNAの配列を解析する。

各々のDNAの塩基の配列を解析するDNAシーケンシング
を例として、電気泳動分析法を説明したが、電気泳動分
析法は、他の試料に対して電気泳動を行う場合も同様に
して利用できる。解析すべき試料に対して電気泳動を行
うと、試料は各々の分子量に対応して分離され、それぞ
れにバンドが形成されるので、形成されたバンドの分布
を読み取り、試料の分子量の差を判定できる。また、電
気泳動による試料の断片の移動距離の測定、所定位置の
バンドの有無の判定により、分子量の推定や所定の分子
の有無の判定をすることができる。

このように、電気泳動を行うベースとなるゲルに蛍光
物質により標識した試料を注入し、ゲルに電気泳動を行
うと、電気泳動を行った後のゲルには、試料の各々の分
子量の相違により分布するバンド分布ができるので、こ
のバンド分布を測定する。バンド分布の測定は、蛍光物
質に励起を起こして蛍光を発するレーザ光などの光等
を、電気泳動を行ったゲルに照射し、それに反応して発
する蛍光を光電変換素子で検出することによって、バン
ドの分布パターンを測定する。

この種の蛍光検出法による電気泳動装置の例は、例え
ば、特開昭61−62843号公報に開示されている。

次に、このような蛍光法による電気泳動装置について
説明する。

第９図は、従来の電気泳動装置の外観を示す斜視図で
ある。第９図を参照すると、電気泳動装置は、試料の電
気泳動を行い、蛍光の分布を計測する泳動計測装置51
と、計測したデータを基に処理をおこなうデータ処理装
置52、それら相互を接続するケーブル53から構成されて
いる。泳動計測装置51には扉51aがあり、扉51aを開い
て、DNA断片の電気泳動を行うベースとなるゲルの注入
を行い、更に電気泳動を行う試料を所定量だけ注入す
る。扉51aを閉じて、泳動開始スイッチを押すと電気泳
動が開始される。電気泳動が開始されると、泳動計測装
置51では、操作表示パネル51bにあるモニタに動作状態
が表示される。計測されたデータは、データ処理装置52
に転送され、予めプログラムされている所望のデータ処
理が行われる。データ処理装置52は、計算機本体54を中
心に構成されており、マイクロプロセッサ，メモリ等を
有する計算機本体54と、人間からの指令などを入力する
ためのキーボード55と、処理状態や結果を表示するディ
スプレイ56と、処理の結果を記録するプリンタ57から構
成されている。

第10図は、泳動計測装置の構成を示すブロック図であ
る。泳動計測装置（51;第９図）の構成は、第10図に示
すように、電気泳動部装置63および信号処理装置64から
構成されており、この２つの装置がまとめられて、泳動
計測装置の全体の装置となっている。電気泳動部装置63
は、電気泳動を行う泳動部５と、泳動部５に電圧を印加
するための第１電極2aおよび第２電極2bと、泳動部５お
よび各電極2a,2bを支える支柱としての支持板３と、泳
動部５に電圧を印加するための電気泳動用電源装置４
と、蛍光物質を励起するための光を発光する光源11と、
光源11からの光を導くための光ファイバ12と、蛍光物質
から発生した蛍光13を集光して受光する光学系の集光器
14と、特定の波長を選択的に通す光学フィルタ15と、集
光した光を電気信号に変換するための光センサ16とから
構成されている。また、信号処理装置64は、光センサ16
からの電気信号を受けて増幅する増幅器17と、電気信号
のアナログ信号をディジタルデータに変換するアナログ
・ディジタル変換回路18と、ディジタル変換したデータ
に対して加算平均処理等の前処理を行う信号処理部19
と、前処理したデータを外部のデータ処理装置へ送出す
るインタフェース処理を行うインタフェース20と、電気
泳動および信号処理の全体を制御するための制御回路10
とから構成されている。この信号処理装置64から出力さ
れるディジタル信号OUTは、データ処理装置（52;第９
図）に送られ、解析処理などのデータ処理が行われる。

次に、このように構成された電気泳動装置の動作を説
明する。

第９図および第10図を参照する。泳動計測装置51にあ
る扉51aを開き、内部にある泳動部５にゲルを注入し、
更に蛍光物質で標識したDNA断片の試料を注入する。操
作表示パネル51bのスイッチを操作して、電気泳動開始
を指示すると、電気泳動用電源装置４からの電圧が電極
2a,2bにより泳動部５に供給されて電気泳動が開始され
る。電気泳動によって、蛍光物質で標識された試料は、
例えば、第13図に示すように、各々の試料のレーン71,7
2,73,74において電気泳動され、試料に含まれる分子の
分子量毎に集まり、それぞれにバンド66を作る。分子量
の軽い分子ほど泳動速度が速いため、同一時間内に泳動
される距離は大きい。これらのバンド66の検出は、第11
a図に示すように、光源からの光を光ファイバ12に通し
て導き、泳動部５中のゲルに光路61上で照射することに
より、ゲル中でバンド66に集まっている標識の蛍光物質
が蛍光13を発する。

泳動部５は、その正面図を第11a図に、縦断面図を第1
1b図に示すように、ポリアクリルアミドなどのゲル5a
と、該ゲル5aを両側から挟んで支えるためのガラスの支
持板5b,5cから構成されており、この泳動部５のゲル5a
の上部から例えばDNA断片の試料が注入されて、第１電
極2aおよび第２電極2b（第10図）に泳動電圧が印加され
て、電気泳動が行われる。光源から照射された光、例え
ばレーザ光は、光ファイバ12からゲル5a中の光路61を通
り、光路61上の蛍光物質に照射される。これにより、光
路61上に存在する蛍光物質が励起されて蛍光13を発す
る。蛍光13はレンズの組合せで構成される光学系の集光
器14に到達し、集光された後に光学フィルタ15で選択さ
れ、センサ16において電気信号に変換される。センサ16
により得られた電気信号は、増幅器17により希望するレ
ベルの信号に増幅され、アナログ・ディジタル変換回路
18によりアナログ・ディジタル変換され、信号処理部19
へ送られる。信号処理部19では、信号対雑音比（S/N
比）を向上させるために加算平均処理等の信号処理が行
われる。このようにして信号処理されたディジタル信号
のデータは、インタフェース20により、データ処理装置
52に送出される。

第12a図および第12b図は、泳動計測装置51から送出さ
れるDNA断片の蛍光強度パターン信号の例を説明する図
である。例えば、第12a図に示されるように、電気泳動
が行われた泳動部５に対してレーザ光が照射されると、
光路61上に存在するゲルの蛍光物質が励起されて、蛍光
13を発するので、この蛍光13を、レーン毎に所定の検出
位置で電気泳動方向62の方向に時間の経過と共に検出す
る。これにより、各レーンのバンド66が光路61上の位置
を通過する時に、蛍光13が検出されることになり、１つ
のレーンにおける蛍光強度のパターン信号が、第12b図
に示すように、検出される。バンド66が光路61上の位置
を通過するときに、蛍光強度のピークが得られる。した
がって、第12b図に示す蛍光強度パターン信号は、電気
泳動方向62の方向におけるバンド66の蛍光強度パターン
信号となっている。

データ処理装置52では、計算機本体54により泳動計測
装置51から送出されるDNA断片の蛍光強度パターン信号
のデータを受けて、蛍光強度パターンのデータから分子
量の比較やDNAの塩基配列を決定するデータ処理を行
う。データ処理を行い決定された塩基等の並びは、記号
化して出力され、ディスプレイ56により画面表示し、ま
たはプリンタ57により印刷出力される。また、データ処
理された結果のデータは、必要に応じて磁気記憶媒体に
記録される。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、上述したような電気泳動パターン読み取り
装置において、電気泳動に必要とされる時間は、例え
ば、DNA断片の場合には約５〜８時間であり、続いて行
われる電気泳動されたゲルにおける蛍光物質の分布を読
み取る時間は30分程度である。このため、DNAシーケン
シング装置などの電気泳動法による解析装置において、
物質の構造分析を行うための処理を開始すると、その処
理時間のほとんどが電気泳動のために費やされているの
が現状である。

また、この種の電気泳動法による解析装置と共に用い
られ、電気泳動パターンの読み取り結果のデータ処理を
行うデータ処理装置は、汎用のデータ処理装置が利用で
きるように別装置として構成されているが、電気泳動を
行って泳動パターンの読み取りを行う泳動計測装置は、
電気泳動を行う電気泳動部装置と、電気泳動の結果のバ
ンドパターンを読み取って信号処理を行う信号処理装置
とが一体化されたものとなっている。このため、一つの
試料に対して電気泳動の処理を開始させると、当該試料
に対して電気泳動を行い、パターン読み取りを行う一連
の解析処理が終了するまで、泳動計測装置が長時間の間
占有される。すなわち、前述したように電気泳動に必要
とされる約５〜８時間の泳動時間と、ゲルに展開された
蛍光物質の分布を読み取る30分程度の読み取り時間との
合計時間の間、１つの泳動計測装置が占有されてしま
い、高価な装置が有効に利用できていないという問題が
ある。

本発明は、前記問題点を解決するためになされたもの
である。

本発明の目的は、蛍光法による電気泳動パターン読み
取りを効率的に行い、有効に装置が利用できる蛍光式電
気泳動パターン読み取り装置を提供することにある。

本発明の他の目的は、蛍光式電気泳動パターン読み取
り装置を用いて、電気泳動を行い、泳動を行った蛍光物
質の分布パターンを効果的に読み取ることができる電気
泳動パターン読み取り方法を提供することにある。

本発明他の目的は、蛍光標識した試料断片の電気泳動
を行う電気泳動部と、電気泳動された結果の蛍光物質の
分布を読み取るための読み取り部とを分離した構成と
し、複数の電気泳動部を用いて得られた電気泳動結果の
ゲルを同一の読み取部を用いて読み取り、効率的に電気
泳動パターンの読み取りを可能とする蛍光式電気泳動パ
ターン読み取り装置を提供することにある。

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、
本明細書の記述及び添付図面によって明らかになるであ
ろう。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するため、本発明の蛍光式電気泳動パ
ターン読み取り装置は、電気泳動を行うベースのゲルお
よび該ゲルを支持するゲル支持体からなる着脱自在な泳
動部ユニットと、泳動部ユニットを装着し、蛍光物質で
標識した試料を与えたゲルに泳動電圧を印加して電気泳
動を行う電気泳動ユニットと、電気泳動を行った後の泳
動部ユニットを載置し、ゲルに光を照射し、ゲル上の試
料の蛍光物質から発生した蛍光を受光して、電気泳動パ
ターンを読み取る読み取りユニットとを備えたことを特
徴とする。

〔作用〕

前記手段によれば、電気泳動を行うベースのゲルおよ
び該ゲルを支持するゲル支持体からなる着脱自在な泳動
部ユニットが設けられ、蛍光式電気泳動パターン読み取
り装置は、泳動部ユニットを装着して電気泳動を行う電
気泳動ユニットと、電気泳動を行った泳動部ユニットを
載置して電気泳動パターンを読み取る読み取りユニット
とが分離した構造とされる。

このため、時間のかかる電気泳動を行う電気泳動ユニ
ットが、短時間で処理が済む電気泳動パターン読み取り
処理を行う読み取りユニットから分離された構成とな
り、電気泳動を行うベースのゲル及び該ゲルを支持する
ゲル支持体からなる着脱自在な泳動部ユニットを用い
て、電気泳動ユニットの動作及び読み取りユニットの動
作を独立して行うことが可能となる。これにより、高価
な蛍光式電気泳動パターン読み取り装置の全体を長時間
の間占有してしてしまうことがなくなる。複雑で高度な
処理機構を有する高価な読み取りユニットは、安価な電
気泳動ユニットの複数単位で共通して用いることができ
る。また、電気泳動ユニットの複数単位を用いて、電気
泳動を同時に行い、共通の読み取りユニットで順次に読
み取り、電気泳動による試料の分析を効率よく行うこと
ができる。

このように、電気泳動を行うベースとなるゲルと該ゲ
ルを支持するゲル支持体からなる脱着自在な泳動部ユニ
ットを用い、該泳動部ユニットを電気泳動ユニットに装
着し、ゲルに蛍光物質で標識した試料を与えて電気泳動
を行う。電気泳動が終了してから泳動部ユニットを電気
泳動ユニットから外し、電気泳動を行った泳動部ユニッ
トのゲルを取り出し、またはゲルをゲル支持体に支持し
たまま、更に必要があれば色素等による着色やゲル乾燥
などの処理をして、泳動部ユニットを読み取りユニット
に載置する。読み取りユニットでは、泳動部ユニットの
ゲルの蛍光物質に光を照射し、光学的にゲル内に分布し
ている蛍光物質の分布を読み取り、紙またはフィルム、
磁気記録媒体等の記録媒体に画像データとして記録す
る。

複数台の電気泳動ユニットに、複数個の泳動部ユニッ
トを装着して、同時に別の試料や別の条件の電気泳動を
並行して行えば、電気泳動が終了した泳動部ユニットか
ら順に読み取りユニットに装着して、順次にゲル中の蛍
光物質の分布データを読み取ることができ、効率的に電
気泳動パターンの読み取りを行うことができる。

したがって、蛍光式電気泳動パターン読み取り装置と
して、例えば、複数の研究者が読み取りユニットのみを
共有し、各自が個々に電気泳動ユニットを所有する。こ
れにより、各研究者が自己の所有する電気泳動ユニット
によって、泳動部ユニットを装着して得られた電気泳動
の結果（ゲル）を、共通の読み取りユニットによって読
み取ることにより、効率的に電気泳動分析を行うことが
でき、例えば、DNA自動解析システムを経済的に構築す
ることができる。

また、泳動部ユニットのゲルは、ゲルに光を照射して
得られる蛍光物質の分布の生データを、そのままのイメ
ージで記録媒体に転写することにより、ディジタル解析
装置を必要としなくとも、転写資料から直接入手で解析
を行うことが可能となる。これにより、効率的にする電
気泳動パターンを読み取り処理を行うことができる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を図面を用いて具体的に説明
する。

第１図は、本発明の一実施例にかかる蛍光式電気泳動
パターン読み取り装置の全体の構成を説明する概略構成
図である。第１図に示すように、蛍光式電気泳動パター
ン読み取り装置は、電気泳動ユニット１と読み取りユニ
ット６とが分離されて、全体の装置が構成される。泳動
部ユニット５は、電気泳動を行うベースとなるゲルと該
ゲルをガラス板などで挟み込んで支持するゲル支持体と
からから構成される。電気泳動ユニット１は、装着され
た該泳動部ユニット（以下、泳動部と略称する）５に電
気泳動電圧を加える第１電極2aおよび第２電極2bと、こ
の第１電極2aおよび第２電極2bを支えると共に泳動部５
を支える支持板３と、電気泳動電圧を供給する電気泳動
用電源装置４とから構成される。泳動部５は、前述した
ように、泳動試料を展開するポリアクリルアミドなどの
ゲルと、該ゲルを両側から挟んで支持するガラス板など
のゲル支持体から構成される（第11a図，第11b図参
照）。電気泳動ユニット１において、泳動部５が装着さ
れ、泳動部５のゲルの上部から電気泳動する断片化した
試料が供給され、電気泳動用電源装置４から第１電極2a
および第２電極2bに泳動電圧が印加され、電気泳動が行
われる。電気泳動ユニット１で電気泳動を行った後の泳
動部５は外して、読み取りユニット６に載置する。

読み取りユニット６は、電気泳動を行った泳動部５
を、そのままの状態で（または泳動部５から取り出した
ゲルの状態でも良い）載置して、電気泳動パターンを読
み取って、データ処理を行う。読み取りユニット６は、
第１図に示すように、計測部本体７を主要部として構成
され、データ処理装置８およびイメージプリンタ９等が
付加されて構成される。データ処理装置８およびイメー
ジプリンタ９等は、計測部本体７で読み取った電気泳動
パターンデータに対して、データ処理，イメージ処理，
判定処理を行い、読み取った電気泳動パターンデータを
加工して出力する。計測部本体７には、電気泳動ユニッ
ト１において既に電気泳動を行った泳動部（ゲルおよび
ゲル支持体からなる泳動部ユニット）５を載置して、読
み取る読み取り台が本体上部の蓋7aの直下に設けられて
いる。電気泳動ユニット１から外した泳動部５は、計測
部本体７において、蓋7aを開けて読み取り台に載置され
る。読み取り対象のゲルを有する泳動部５を載置し、蓋
7aを閉じて、操作表示パネル7bの読み取り開始スイッチ
を押下すると、計測部本体７が泳動部５のゲルの電気泳
動パターンの読み取りを開始する。電気泳動パターンの
読み取りが開始されると、計測部本体７に内蔵する点光
源からの光を走査し、載置した泳動部５のゲルに励起光
を照射し、蛍光物質を励起させて、蛍光を受光して、蛍
光物質の分布を計測する。データ処理装置８は計測部本
体７で計測した読み取りデータを基にデータ処理を行
い、また計測部本体７の制御を行う。データ処理された
データは、イメージプリンタ９などにより可視化され
る。

第２図は、計測部本体の要部の構成を示すブロック図
であり、第３図は、計測部本体に装着する泳動部の装着
位置を説明する図である。第２図および第３図を参照し
て説明する。

電気泳動パターン読み取り装置を用いて、試料の電気
泳動分析を行う場合、先ず、電気泳動ユニット１を用い
て、蛍光色素で標識した試料の電気泳動を行う。所定時
間の電気泳動の完了の後、泳動部５を電気泳動ユニット
１から取り外す。取り外した泳動部５のゲルは、そのま
まの泳動部５の状態で、あるいはゲル支持体のガラスを
外した状態で、第３図に示すように、読み取りユニット
６の計測部本体７の上部の蓋7aを開き、内部の読み取り
台7cの上部に載せる。そして、蓋7aを閉じて、計測部本
体７へのセットが完了する。このとき、電気泳動を行っ
たゲルが蛍光色素で標識されていない試料の場合には、
ここで色素をつける処理を施す。また、ゲルの乾燥等の
処理も行う。

次に、電気泳動パターンの読み取り開始を指示する操
作を行う。読み取り開始の操作は、操作表示パネル7bの
読み取り開始スイッチの押圧による開始指示により、ま
たはデータ処理装置８からの読み取り開始指示により行
う。データ処理装置８によって読み取り動作を開始する
場合には、計測部本体７における泳動部ユニットの装着
の状態が制御信号線を通してデータ処理装置８の側に送
られ、その状態に応じてデータ処理装置８が計測部本体
７の動作を制御して行う。この場合には、読み取り開始
の操作が自動的に行われるので、操作者のスイッチ操作
負担が軽減できる。

読み取られた蛍光色素の分布データは、データ処理装
置８に送られる。データ処理装置８では、蛍光強度のピ
ーク検出処理，泳動距離を求める処理など予めプログラ
ムしてある所望の処理を行う。データ処理した結果デー
タは、必要に応じてイメージプリンタ９により、蛍光強
度を濃淡画像で印刷出力し、または蛍光強度を等高線形
式または色や濃度で区分けした画像として印刷出力す
る。蛍光強度に応じた濃淡画像で印刷出力した画像は、
従来から用いられている放射性Ｘ線フィルム像と同じ画
像となる。また、必要に応じて、データ処理した結果デ
ータは、磁気的または光学的記録装置にディジタルデー
タとして記憶される。

第２図の計測部本体の構成を示すブロック図におい
て、光源21から発光されたレーザビームは、振動ミラー
22により図面の表裏方向にスキャンされ、レンズ23によ
り集光されて、読み取り対象の泳動部５のゲルに加えら
れる。振動ミラー22によりスキャンされ、レンズ23によ
り集光されたレーザビームは、泳動部５内のゲル上で焦
点を結ぶ。これにより、スキャンされたレーザビームの
光路上にある蛍光物質が励起され、蛍光13を発する。こ
の蛍光13は、散乱された励起光などと共に集光器24で集
められ、光学フィルタ25を介して、光センサ26で電気信
号に変換される。集光器24には、レンズ，円錐形の筒，
光ファイバなどが用いられ、外部光に対して受光する蛍
光の検出感度を高くする。また、光学フィルタ25は蛍光
の波長成分を選択的に透過させるもので、受光する蛍光
に対して、散乱された励起光の影響などを除く。このよ
うな集光器24および光学フィルタ25により、検出する蛍
光の受光感度を高くし、受光した蛍光を、光センサ26に
より電気信号に変換する。光センサ26には光電変換の能
率の高い光電子増倍管を用いて、更に、蛍光の検出感度
を高くする。光センサ26から得られた電気信号は増幅器
27により増幅され、増幅された電気信号は、アナログ・
ディジタル変換回路28に入力されて、ディジタルデータ
に変換される。ディジタルデータに変換された蛍光検出
信号はメモリ29に記憶され、メモリ29に記憶されたデー
タがインタフェース回路30を通してデータ処理装置８に
送られる。このような一連の信号処理の全体の制御は、
制御回路31が行う。

第4a図，第4b図，第4c図，第4d図，および第4e図は、
計測部本体に装着された泳動部ユニットの読み取り走査
を説明する図である。

次に、第4a図〜第4e図を参照して、計測部本体に装着
された泳動部（泳動部ユニット）５に対する読み取り走
査について説明する。計測部本体７に、第３図に示すよ
うに、読み取り対象の泳動部ユニット（泳動部５）が載
置され、読み取り開始の操作がなされると、載置された
泳動部５が、読み取り台7cの上で左右に移動して、ゲル
の電気泳動パターンの読み取りが行われる。まず、最初
に泳動部５は、第4a図に示すような状態の位置にセット
される。第4a図において、矢印40は光源からのレーザビ
ームがスキャンされる走査方向であり、第１の走査方向
（主走査方向）である。読み取り開始の操作がなされる
と、泳動部５は、第4b図に示すように、読み取り台7cの
左端まで移動して、主走査方向にレーザビームのスキャ
ンが開始される。泳動部５が左端の位置から所定の速度
で右側に移動しながら読み取られる。泳動部５の読み取
りが開始され、所定の速度で右側に移動し、第4c図に示
すように、泳動部５が右端まで移動すると、読み取りが
終了する。読み取り台7cにおいて、泳動部５を移動させ
るステージの矢印41の移動方向が第２の走査方向（副走
査方向）となる。このようにして結果的に、泳動部５の
ゲルの蛍光物質の分布が２次元的に分布画像として読み
取られる。

このような泳動部５の相対移動による２次元的な読み
取り動作において、読み取り光のレーザビームの走査
は、第4d図に示すように、主走査方向（矢印40の走査方
向）と副走査方向（矢印41の移動方向）で泳動部５の面
を走査して読み取られることと等価となり、主走査方向
を電気泳動方向と同方向として読み取りを行う。

このような読み取り走査において、第１の走査方向
（主走査方向）と第２の走査方向（副走査方向）の走査
速度を同じにすると、縦方向と横方向が同じサイズで読
み取られる。しかし、読み取り対象の泳動部のゲルの電
気泳動のバンドのパターンは、第13図に示したように、
電気泳動方向と直角な方向にバンドが帯状に広がってい
るので、塩基配列を求める場合、電気泳動方向と平行な
方向（第１の走査方向）での読み取り分解能が高く要求
される。逆に言えば、第２の走査方向については、第１
の走査方向より低い分解能で十分である。このため、こ
の読み取り操作においては、第4d図に示すように、主走
査方向を電気泳動の方向と同一とし、更に、第4e図に示
すように、光源からの光32を泳動部５の読み取り面に対
して所定の角度θで入射させて、ゲル35の中の蛍光物質
に励起光を与える。泳動部５に対して、光32の入射側と
反対側にミラー33を設け、ミラー33からの反射光34によ
り更にゲル35の蛍光物質に励起のための光を与えるよう
にしている。このように、泳動部５のガラス36に入射し
た光32は、ゲル35と反対側にあるガラス37を透過してミ
ラー33で反射され、再び、ガラス37,ゲル35,およびガラ
ス36を透過して、外部に反射光34として出て行く。これ
により、結果として蛍光物質に励起光を与える面積を第
２の走査方向に長くして、第２の走査方向での読み取り
速度を向上することができる。

第5a図は、読み取り光の走査で反射光を用いない場合
に得られる画素データの例を示す図であり、第5b図は、
読み取り光の走査で反射光を用いる場合に得られる画素
データの例を示す図である。このように、読み取り光の
走査で反射光を用いて、第２の走査方向でのゲルの蛍光
物質の検出の分解能を低くすることにより、得られる画
素データは、第5b図に示すように、画素サイズが第２の
走査方向（電気泳動方向と直交する方向）で２倍の領域
の画素サイズに対して読み取られた画素データとなる。
このような読み取り方法を用いることにより、塩基配列
決定に必要となる第１の走査方向の読み取り分解能を維
持しながら、読み取り速度を高速にすることが可能とな
る。

第6a図および第6b図は、所定方向で蛍光物質の読み取
り画素サイズを大きくして、読み取り速度を高める読み
取り方法の他の例を説明する図である。

他の第１の方法は、例えば、第6a図に示すように、副
走査方向（第２の走査方向）に対して、読み取り画素サ
イズを広げるために、副走査方向と直交する方向に対し
て長く、断面が凹レンズ状のシリンドリカルレンズ43を
用い、光源から与える励起光42を、シリンドリカルレン
ズ43により副走査方向で広げて、泳動部５に与えるよう
にする方法である。

また、上述の例では、主走査方向（第１の走査方向）
を電気泳動方向と同一方向とする場合を説明したが、主
走査方向を電気泳動方向と直交する方向とした場合にお
いても、所定方向で蛍光物質の読み取り画素サイズを大
きくして、読み取り速度を高めることができる。この場
合には、第6b図に示すように、断面が凸レンズ状のシリ
ンドリカルレンズ44を用いる。すなわち、主走査方向を
電気泳動の方向と直角とした場合、断面が凸レンズ状の
シリンドリカルレンズ44を電気泳動の方向と概ね平行に
設置する。これにより、第4e図と同様にして、励起光42
の入射角度，シリンドリカルレンズ44の距離，ミラー45
の位置などを変え、光スポットの縦横の比率を変えるこ
とことにより、読み取りの画素サイズを変えて、読み取
り速度を変えることが可能となる。また、第２の走査方
向の分解能が、第１の走査方向の分解能よりも低くても
よい場合には、読み取った画素データに対して、データ
処理を行う時に、第２の走査方向である横方向の画素デ
ータを間引いて、データ処理を行う。また、スキャンす
る位置を１画素以上間引いて処理する方法とする。これ
により、続いて行う画素データに対するデータ処理を高
速に行うことができる。

次に、本実施例の変形例を説明する。

上述した実施例の説明において、計測部本体７におい
て、読み取り走査ためのレーザビームのスキャンを振動
ミラー22を用いるスキャン方法としているが、ポリゴン
ミラーを用いる方法、または屈折，干渉などの光学的性
質を利用して光軸の方向を変えるスキャン方法を用いる
ようにしてもよい。また、スキャンにより泳動部に照射
された励起光により発光された蛍光を検出する光センサ
として、イメージセンサまたはアレイセンサを用いるこ
とにより、読み取り走査の一部を電子的に行うことが可
能となり、読み取り走査のためのレーザビームのスキャ
ンの走査機構を簡易なものにすることができる。

第７図は、泳動部からの蛍光検出を行う受光部の光セ
ンサとして、半導体デバイスのイメージセンサの一次元
センサを用いる場合の要部の構成を説明する概略構成図
である。第７図において、光源21から励起のための光を
受けて発光した蛍光13は、集光部46で集光され、光学フ
ィルタ47を透過して静電誘導トランジスタ形イメージセ
ンサ48に到達して、電気信号に変換される。静電誘導ト
ランジスタ形イメージセンサ48は、暗電流による雑音が
数桁低いため、微弱な蛍光などを受光するのに適してい
る。また、冷却したCCDセンサの一次元イメージセンサ
を用いる構成としても、同様な高感度の受光部を構成で
きる。

このように、蛍光の読み取りに用いる受光部の光セン
サは、一次元のイメージセンサとすることにより、主走
査方向の走査を電子的に行うことができ、読み取りのた
めの走査の機構が簡易なものとなる。また、１次元セン
サを用いることにより、泳動部５の表面のガラスで発生
した励起光の散乱光13aは、光学フィルタ47を透過した
成分と蛍光物質からの蛍光13の成分と物理的な位置で分
離することができ、蛍光13の成分のみを有効に取り出す
ことが可能となり、蛍光強度パターン信号の検出の信号
対雑音比を向上することができる。これにより、具体的
には１桁程度の蛍光信号の検出限界を上げることができ
る。

第８図は、本実施例の蛍光式電気泳動パターン読み取
り装置を用いて、電気泳動パターンの読み取りを行う読
み取り方法を説明する図である。第８図を参照して説明
すると、この場合には、複数台の電気泳動ユニット1a,1
b,…,1nと、一台の読み取りユニット６（計測部本体
７）により構成とされた蛍光式電気泳動パターン読み取
り装置を用いる。そして、まず、複数台の電気泳動ユニ
ット1a,1b,…,1nに泳動部５を装着し、泳動部５のそれ
ぞれにおいて、解析する試料の電気泳動を行い、電気泳
動が終った泳動部５を、電気泳動ユニット1a,1b,…,1n
から取り外し、泳動部５を順次に読み取りユニット６の
計測部本体７に載置して、電気泳動パターンの読み取り
を行う。第８図には図示していないが、読み取りユニッ
ト６の計測部本体７にはデータ処理装置（8;第１図）が
接続されており、データ処理装置が、順次に読み取った
電気泳動パターンから試料解析のデータ処理を行う。ま
た、ここでの電気泳動ユニットとして、従来からの電気
泳動装置を用い、電気泳動を行ったゲルを読み取りユニ
ット６に装着して、ゲルのバンドのパターンを読み取る
ようにしても良い。

このように、解析するための試料を調製し、それぞれ
を電気泳動ユニット1a,1b,…,1nに装着した泳動部５に
セットし、電気泳動を開始する。電気泳動は５〜８時間
程度必要とする。電気泳動が完了した電気泳動ユニット
から泳動部５を取り外し、読み取りユニット６の計測部
本体７に装着して蛍光物質の分布を計測する。泳動部５
を読み取り台7cの上に載置して、蓋7aを閉じて、表示操
作パネル7bの読み取り開始スイッチを押下すると、読み
取り窓7dからレーザ光を出力して、セットされた泳動部
５をスキャンする。読取り時間は200mm×400mmの領域で
約0.5時間程度である。

したがって、各研究者は、それぞれの電気泳動ユニッ
トを専有して電気泳動を行い、共有する読み取りユニッ
トを用いて、電気泳動パターンを読み取ることができ
る。これにより、蛍光式電気泳動装置の全体の高価な装
置が、長時間に渡り占有されることなく、それぞれのユ
ニットを有効に使用できる。

以上、説明した本実施例の要点を、変形例および応用
例にかかる要点をも含めて、まとめれば、次のようにな
る。すなわち、 （１）蛍光式電気泳動パターン読み取り装置は、電気泳
動ユニットと、分離して別体とした読み取りユニットと
の組合せから構成される。電気泳動を行うベースのゲル
と該ゲルを支持するゲル支持体からなる泳動部ユニット
が用いられ、電気泳動ユニットに泳動部ユニットが装着
されて電気泳動が行われる。電気泳動を行った後の泳動
部ユニットは電気泳動ユニットから外され、読み取りユ
ニットに載置される。読み取りユニットでは、泳動部ユ
ニットのゲルに蛍光物質を励起させる光を照射し、ゲル
上の試料の蛍光物質から発生した蛍光を受光して、電気
泳動パターンを読み取る。電気泳動ユニットには、蛍光
物質で標識した試料を注入したゲルに電気泳動を行う泳
動電圧を印加する電源装置が設けられる。

（２）１台の読み取りユニットに対して、複数台の電気
泳動ユニットが備えられる。すなわち、電気泳動ユニッ
トは読み取りユニットの台数以上が備えられる。

（３）この蛍光式電気泳動パターン読み取り装置を使用
して、電気泳動パターンを読み取る場合、まず、ゲルを
支持したゲル支持体からなる泳動部ユニットを電気泳動
ユニットに装着し、電気泳動を行った後、電気泳動した
泳動部ユニットを電気泳動ユニットから外し、当該泳動
部ユニットを読み取りユニットに載置して電気泳動パタ
ーンを読み取る。

（４）複数台の異なる電気泳動ユニットで電気泳動され
た複数個の泳動部ユニットは、共通の読み取りユニット
に順次に載せられて、それぞれの泳動部ユニットのゲル
の電気泳動パターンが読み取られる。

（５）読み取りユニットには、蛍光物質の蛍光を励起す
る光を発する点光源と、該点光源からの光を電気泳動の
方向と略平行な方向に走査してゲルに照射する走査部
（振動ミラー，レンズなど）と、蛍光物質からの蛍光を
受光する受光部を有する読み取り部とが備えられる。

（６）受光部は、１つの態様では一次元のイメージセン
サの受光器を用いて構成され、その受光方向を電気泳動
の方向と略平行とする。

（７）電気泳動方向と略平行な方向を第１の方向とし、
第１の方向と直角な方向を第２の方向とするとき、電気
泳動を行ったゲルの読み取りの画素サイズは、第１の方
向の長さよりも第２の方向の長さを長くして、電気泳動
パターンを読み取る。

（８）電気泳動方向と略平行な方向を第１の方向とし、
第１の方向と直角な方向を第２の方向とするとき、第２
の方向については１画素に相当する距離以上を間引きな
がら、電気泳動パターンを読み取ったデータを取得し
て、蛍光物質の分布パターンのデータを得る。

（９）読み取りユニットは、点光源からの光をゲルに照
射する際、照射されるエリアの電気泳動方向に平行な方
向の読み取り幅を基準として、その直角方向の幅が略等
倍から十数倍までに広げた光を用いる。

（11）受光部は、静電誘導トランジスタ形イメージセン
サの受光器を用いて構成され、その受光方向が電気泳動
の方向と略平行とする。

（12）なお、読み取りユニットからの読み取りデータ
は、データ通信路により遠隔に設地されたデータ処理装
置に伝送されてデータ処理が行われるようにしてもよ
い。

以上、本発明を実施例にもとづき具体的に説明した
が、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、
その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能である
ことは言うまでもない。

〔発明の効果〕

以上、説明したように、本発明によれば、蛍光法によ
るDNAの構造解析に際して、電気泳動ユニットのみを、
例えば研究者が個人で所有し、読み取りユニットは共有
することにより、高価な蛍光検出電気泳動装置全体を占
有することなく、電気泳動を行ったDNAの標識の蛍光物
質のの分布画像を効率的に得ることが可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例にかかる蛍光式電気泳動パ
ターン読み取り装置の全体の構成を説明する概略構成
図、 第２図は、計測部本体の要部の構成を示すブロック図、 第３図は、計測部本体に装着する泳動部ユニットの装着
位置を説明する図、 第4a図，第4b図，第4c図，第4d図，および第4e図は、計
測部本体に装着された泳動部ユニットの読み取り走査を
説明する図、 第5a図は、読み取り光の走査で反射光を用いない場合に
得られる画素データの例を示す図、 第5b図は、読み取り光の走査で反射光を用いる場合に得
られる画素データの例を示す図、 第6a図および第6b図は、所定方向で蛍光物質の読み取り
画素サイズを大きくして、分解能を高める読み取り方法
の他の例を説明する図、 第７図は、泳動部からの蛍光検出を行う受光部として、
半導体デバイスのイメージセンサの一次元センサを用い
る場合の要部の構成を説明する概略構成図、 第８図は、本実施例の蛍光式電気泳動パターン読み取り
装置を用いて、電気泳動パターンの読み取りを行う読み
取り方法を説明する図、 第９図は、電気泳動装置の外観を示す斜視図、 第10図は、計測ユニットの構成を示すブロック図、 第11a図および第11b図は、蛍光法による電気泳動パター
ン検出の動作原理を説明する図、 第12a図および第12b図は、計測ユニット41から送出され
るDNA断片の蛍光強度パターン信号の例を説明する図、 第13図は、電気泳動を行ったDNA断片の分布例を示す図
である。 図中、１…電気泳動ユニット、2a,2b…電極、３…支持
板、４…電源装置、５…泳動部ユニット（泳動部）、６
…読み取りユニット、７…計測部本体、８…データ処理
装置、９…イメージプリンタ、10…制御回路、11…光
源、12…光ファイバ、13…蛍光、14…集光器、15…光学
フィルタ、16…光センサ、17…増幅器、18…アナログ・
ディジタル変換回路、19…信号処理部、20…インタフェ
ース、21…光源、22…振動ミラー、23…レンズ、24…集
光器、25…光学フィルタ、26…光センサ、27…増幅器、
28…アナログ・ディジタル変換回路、29…メモリ、30…
インタフェース回路、31…制御回路、51…泳動計測装
置、51a…扉、51b…操作パネル、52…データ処理装置、
53…ケーブル、54…計算機本体、55…キーボード、56…
ディスプレイ、57…プリンタ、63…電気泳動部装置、64
…信号処理装置、61…光路、62…電気泳動方向、66…バ
ンド、70…電気泳動パターン、71,72,73,74…レーン。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 奈須 永典 神奈川県横浜市中区尾上町６丁目81番地 日立ソフトウェアエンジニアリング株式会 社内 (72)発明者 古賀 恵義 神奈川県横浜市中区尾上町６丁目81番地 日立ソフトウェアエンジニアリング株式会 社内 (56)参考文献 特開 昭63−243874（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−98839（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−38643（ＪＰ，Ａ) 実開 昭62−201055（ＪＰ，Ｕ)

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】試料を電気泳動により分析するためのベー
   スとなるゲルおよび該ゲルを支持するゲル支持体からな
   る着脱自在な泳動部ユニットと、 泳動部ユニットを装着する支持部材を有し、蛍光物質で
   標識した試料を与えたゲルに泳動電圧を印加して電気泳
   動を行う電気泳動ユニットと、 電気泳動部ユニットから物理的に分離されており、電気
   泳動を行った後に電気泳動ユニットから離された泳動部
   ユニットを載置し、載置された泳動部ユニットを移動さ
   せる移動機構を有し、光源からの光を泳動部ユニットの
   載置面に対して斜め方向に照射し、光源からの光の照射
   方向を避けて前記載置面から泳動部ユニットのゲル上の
   試料の蛍光物質から発生した蛍光を受光して、電気泳動
   パターンを読み取る読み取りユニットと を備えたことを特徴とする蛍光式電気泳動パターン読み
   取り装置。
2. 【請求項２】請求項１に記載の蛍光式電気泳動パターン
   読み取り装置において、 少なくとも１台の読み取りユニットが備えられ、 電気泳動ユニットは読み取りユニットの台数以上を備え
   る ことを特徴とする蛍光式電気泳動パターン読み取り装
   置。
3. 【請求項３】請求項１または請求項２に記載の蛍光式電
   気泳動パターン読み取り装置を使用して、電気泳動パタ
   ーンを読み取る電気泳動パターン読み取り方法であっ
   て、 泳動部ユニットのゲルに試料を注入し、 該泳動部ユニットを電気泳動ユニットに装着し、 電気泳動を行った後、泳動部ユニットを電気泳動ユニッ
   トから離脱して、読み取りユニットに装着して、泳動部
   ユニットのゲルの電気泳動パターンを読み取る ことを特徴とする蛍光式電気泳動パターン読み取り方
   法。
4. 【請求項４】複数台の異なる電気泳動ユニットでそれぞ
   れ電気泳動を行った複数個の泳動部ユニットを、同じ読
   み取りユニットに装着して、電気泳動パターンを読み取
   る ことを特徴とする前記請求項３に記載の蛍光式電気泳動
   パターン読み取り方法。
5. 【請求項５】蛍光物質から蛍光を発生させる光を照射す
   る光源と、 該光源からの光を電気泳動の方向と略平行な方向に走査
   してゲルに対して斜めに照射する走査手段と、 泳動部ユニットのゲルの読み取り位置を移動させる移動
   手段と、 光源からの光の照射方向を避けてゲル上の試料の蛍光物
   質から発生した蛍光を受光する受光部を有する読み取り
   手段と、 から構成されていることを特徴とする蛍光式電気泳動パ
   ターン読み取り装置の読み取りユニット。
6. 【請求項６】蛍光物質から蛍光を発生させる光を照射す
   る光源と、 該光源からの光を電気泳動の方向と略平行な方向にゲル
   に対して斜めに照射する手段と、 泳動部ユニットのゲルの読み取り位置を移動させる移動
   手段と、 蛍光物質からの蛍光を受光するための一次元状のイメー
   ジセンサを用いて構成され、その受光方向が電気泳動の
   方向と略平行である受光部を有する読み取り手段と から構成されていることを特徴とする蛍光式電気泳動パ
   ターン読み取り装置の読み取りユニット。
7. 【請求項７】電気泳動方向と略平行な方向を第１の方向
   とし、第１の方向と直角な方向を第２の方向とすると
   き、電気泳動を行ったゲルの読み取りの画素サイズは、
   第１の方向の長さよりも第２の方向の長さを長くして、
   電気泳動パターンを読み取る ことを特徴とする請求項３または請求項４に記載の蛍光
   式電気泳動パターン読み取り方法。
8. 【請求項８】電気泳動方向と略平行な方向を第１の方向
   とし、第１の方向と直角な方向を第２の方向とすると
   き、第２の方向については１画素に相当する距離以上を
   間引いて、電気泳動パターンを読み取ったデータを取得
   し、蛍光物質の分布パターンデータを得る ことを特徴とする請求項７に記載の蛍光式電気泳動パタ
   ーン読み取り方法。
9. 【請求項９】走査手段は、点光源からの光をゲルに照射
   する際、照射されるエリアの電気泳動方向に略平行な方
   向の読み取り領域幅を基準として、その直角方向の幅が
   略等倍から十数倍まで広がった光を用いる ことを特徴とする請求項５または請求項６に記載の蛍光
   式電気泳動パターン読み取り装置の読み取りユニット。