JPH08101164A - キャピラリ型電気泳動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 特殊なレーザ光源など高価な装置構成を必要
とせず、核酸やタンパク質を泳動分離した電気泳動パタ
ーンを高い検出感度で読み取ることができ、安価で取り
扱いの容易なキャピラリ型電気泳動装置を提供する。 【構成】 キャピラリ（１１，１２）には、電気泳動の
ためのゲルが注入されており、第１緩衝液槽（１６）に
は、緩衝液が溜められ、蛍光物質により標識した試料を
キャピラリ中のゲルの入口側から導入する。また、第２
緩衝液槽（１７）には、発光液が混入された緩衝液が溜
められ、キャピラリ中のゲルの出口側から電気泳動され
た試料を連続して導入する。電気泳動手段（１３，１
４）が、キャピラリのゲルに泳動電圧を印加して試料を
電気泳動すると、受光手段１９が、第２緩衝液槽の中に
導入された試料から発光する蛍光をキャピラリの出口の
下方から読み取る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、キャピラリ型電気泳動
装置に関し、更に詳細には、核酸やタンパク質を泳動分
離した電気泳動パターンを、特殊なレーザ光源など高価
な装置を必要とせずに、高い検出感度で読み取ることが
できるように、ゲル電気泳動をキャピラリを用いて行
い、その泳動パターンを読み取るキャピラリ型の電気泳
動装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、生体高分子のタンパク質，核
酸の分画や構造解析には、ゲル電気泳動法による分析手
法が多く用いられている。ゲル電気泳動法は微量な試料
を適切に分析できるため、このゲル電気泳動法が用いら
れる場合は、取得できる試料の量が限られている場合が
多く、そのため、分析処理では、特に、確実な高い検出
感度が要求される。

【０００３】従って、従来においては、分析する対象の
試料を放射性同位体で標識し、ゲルに試料を注入して電
気泳動を行った後、そのゲルをＸ線フィルムなどに貼付
て露光し、そのＸ線フィルムを現像し、そのＸ線フィル
ムに転写された放射性同位体による露光のパターンを、
試料の電気泳動パターンとして読み取っていた。

【０００４】しかし、放射性同位体は危険であり、取扱
いを厳重に管理しなければならないので、近年において
は、レーザ光源，光学センサ技術，信号処理技術などの
発達により、危険な放射性同位体を用いずに、電気泳動
パターンを検出する蛍光検出法が開発されるに至ってい
る。このような蛍光検出法では、試料を蛍光物質で標識
し、電気泳動した後に、標識した蛍光物質を直接レーザ
光源により励起し、その蛍光パターンを検出することに
より電気泳動パターンを読み取る。

【０００５】蛍光検出法による電気泳動パターン読取り
方法に関して、初期に開発された例として、特開昭６１
−１７３１５８号公報に記載されたＤＮＡ配列決定法が
知られている。このＤＮＡ配列決定法による蛍光検出法
について、その概略を説明する。図４および図５は、蛍
光検出法によるゲル電気泳動分離パターン検出方法を説
明する図であり、図４にゲル電気泳動装置の概略のブロ
ック図を示し、図５に蛍光検出部の一部の詳細を示して
いる。

【０００６】図４を参照して、電気泳動装置の装置構成
を説明する。電気泳動装置は、電気泳動を行うためのゲ
ル３１と、ゲル３１を保持する細管３２と、細管３２中
のゲル３１に電界を印加するための上部緩衝液槽３３お
よび下部緩衝液槽３４と、第１の電極３５ａおよび第２
の電極３５ｂと、泳動された試料の蛍光物質を励起する
ための光源３６と、試料から発する蛍光を検出する検出
器３７と、検出器３７からの電気信号を処理するための
データ処理部３８と、第１の電極３５ａおよび第２の電
極３５ｂの間に泳動電界を与える電源３９から構成され
ている。

【０００７】次に、電気泳動装置の動作を説明する。こ
こでは、電気泳動装置において電気泳動分離する対象の
試料はＤＮＡとし、ＤＮＡの電気泳動パターンを読み取
る場合を例として、電気泳動装置の動作を説明する。ま
ず、試料のＤＮＡを蛍光物質で標識する。標識した試料
を上部緩衝液槽３３から細管３２のゲル３１の中に導入
し、電源３９により第１の電極３５ａおよび第２の電極
３５ｂの間に数ｋボルトから１０ｋボルトの程度の泳動
電圧を印加する。ＤＮＡの場合は、負の電荷を有してい
るため、第２の電極３５ｂのプラス電極に引かれて移動
する。移動してきた試料は、光源３６の位置に達する。
この位置で光源３６から発光しているレーザビームを受
けて、試料に標識されている蛍光物質が励起され、蛍光
を発光するので、この蛍光を検出器３７により受光す
る。検出器３７は受光した蛍光を電気信号に変換する。
この蛍光の電気信号は、データ処理装置３８に送られ、
データ処理装置３８が電気信号から分子量別に分離され
た試料の配列（電気泳動パターン）を求める。

【０００８】この場合、ゲル３１中の試料の蛍光発光を
受光する検出器３７の動作は、図５の部分横断面図に示
されるように（紙面の上部から紙面に向って）ゲル３１
中を移動してきた試料が、光源３６から発光しているレ
ーザビーム４０の位置に達すると、ここでレーザビーム
４０により、試料のＤＮＡに標識された蛍光物質がゲル
３１中で励起され、蛍光４１を発生するので、検出器３
７は、この蛍光４１をを受光する。検出器３７は受光し
た蛍光４１を、検出器３７の光電子増倍管に導き、光電
子増倍管により電気信号に変換して、データ処理装置３
８に送る。データ処理装置３８では、蛍光４１の強度に
応じてそのピーク位置を求めることにより、分子量別に
分離した試料の配列を求める。

【０００９】試料に標識してある蛍光物質は、ＤＮＡの
場合、その塩基の種類に対応して異なる蛍光波長を持せ
て、１本の細管により同時に４つの核酸のＤＮＡ配列を
特定できるようにする。ここで４色の蛍光をそれぞれに
発光する蛍光物質は、具体的には、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
ローダミン（ＥＩＴＣ）、イソチオシアン酸テトラメチ
ルローダミン（ＴＭＲＩＴＣ），置換イソチオシアン酸
ローダミン（ＸＲＩＴＣ）などである。このような電気
泳動装置による場合、ＤＮＡの検出感度は、波長４８８
ｎｍまたは５１４ｎｍなどのアルゴンイオンレーザを用
いることにより、放射性同位体を用いた方法とほぼ同様
なレベルの１×１０^-16ｍolレベルを達成している。

【００１０】また、この実施例では、化学反応エネルギ
ーを利用して発光させる場合について簡単に言及してい
るが、ゲルから溶出させて発光物質と反応させ、不要と
なった標識物質を廃棄する方法などが具体的に示されて
いない。実際には、化学発光エネルギー源の供給方法、
発光物質と標識物質との混合方法、更には残留物質によ
るバックグラウンドノイズを防ぐための発光済み標識物
質廃棄方法など装置化に当たっての具体的な問題点は多
い。

【００１１】このような電気泳動法を用いる実験は、Ｄ
ＮＡの塩基配列決定の他、色々な広がりを見せている。
例えば、遺伝病の診断や犯罪者のＤＮＡ鑑定、親子鑑定
などである。遺伝病の診断では、Single Strand Confor
mation Polymorphism のように、各遺伝病固有の塩基置
換になどにより、特定の条件（例えばＤＮＡの変性状態
に微妙な差がでる温度やペーハーph条件）では、高次構
造が異なってくることを利用し、泳動パターンの違いを
見ることによって１塩基の違いによる判定が可能になっ
てきている。犯罪者や親子などのＤＮＡ鑑定では、人の
個人差によって個体間のＤＮＡのバラつき（多型）があ
ることから、泳動距離に差が出ることを利用して比較を
行っている。

【００１２】このような実験においては、ＤＮＡの塩基
長が１０００塩基以下であることが多く、電気泳動用の
ゲルとしてはポリアクリルアミドゲルが用いられる。ま
た、数千塩基以上の場合には、アゲロースゲルが用いら
れる。また、試料の泳動パターンと標準ＤＮＡ泳動パタ
ーンとの比較を行なうため、平板状のゲル電気泳動装置
を用い、横に並ベて電気泳動を行い、差異が求められて
いた。

【００１３】しかし、これらの方法では、ゲルの均一性
を安定に得ることや、泳動時の泳動板の温度を均一に保
つ温度管理など種々の配慮が必要とされる。特に、Sing
le Strand Conformation Polymorphism においては、恒
温槽を用いた厳密な温度管理が要求される。このような
温度管理は、電気泳動装置が平板型であり、消費する電
力も大きいため発熱が大きく、装置を更に高価格化、か
つ大型化する要因となっていた。この点に関しては、キ
ャピラリ（毛細管）型の電気泳動装置を用いることによ
って、小型で泳動部の体積が小さくなり、その保守管理
が容易となる。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述したよ
うな従来の技術の蛍光検出法による電気泳動パターン読
取りを行う電気泳動装置においては、蛍光物質の励起波
長に合わせて、特殊なレーザ光源を用いなければなら
ず、電気泳動装置を製造する場合、装置の全体価格に占
めるレーザ光源のコストが大きく、装置価格が割高にな
ってしまうという問題がある。また、レーザ光源から発
する光は、喩えその光が散乱光であっても高いエネルギ
ー密度を有しており、目などに入ると、色弱などの視力
障害や失明などの危険性がある。したがって、レーザ光
源を用いる場合、特にその取り扱いに注意しなければな
ず、レーザ光源を装置に組み込む場合には、その取り扱
いの安全性を考慮した構造として組み込まなければなら
ない。このため、更に装置価格が割高になってしまうと
いう問題がある。

【００１５】本発明は上記のような問題点を解決するた
めになされたものであり、本発明の目的は、特殊なレー
ザ光源など高価な装置構成を必要とせず、核酸やタンパ
ク質を泳動分離した電気泳動パターンを高い検出感度で
読み取ることができ、安価で取り扱いの容易なキャピラ
リ型電気泳動装置を提供することにある。

【００１６】本発明の他の目的は、泳動分離した試料の
蛍光物質から発生する蛍光を効率よく集光することがで
き、高い検出感度を得ることができるキャピラリ型電気
泳動装置を提供することにある。

【００１７】また、本発明の別の目的は、発光部周囲に
残留している試料からの光を低減して、目的とするキャ
ピラリの出口付近からの光を選択的に集光する光学系を
有するキャピラリ型電気泳動装置を提供することにあ
る。

【００１８】また、本発明の更に別の目的は、泳動分離
した試料が残留して発生するバックグラウンドノイズを
低減するため、試料の廃棄通路が確立しているキャピラ
リ型電気泳動装置を提供することにある。

【００１９】

【課題を解決するための手段】上述のような目的を達成
するため、本発明のキャピラリ型電気泳動装置は、電気
泳動のためのゲルを注入したキャピラリと、緩衝液が溜
められ、蛍光物質により標識した試料をキャピラリ中の
ゲルの入口側から導入する第１緩衝液槽と、発光液が混
入された緩衝液が溜められ、キャピラリ中のゲルの出口
側から電気泳動された試料を連続して導入する第２緩衝
液槽と、キャピラリのゲルに泳動電圧を印加して試料を
電気泳動する電気泳動手段と、第２緩衝液槽の中に導入
された試料から発光する蛍光をキャピラリの出口の下方
から読み取る受光手段とを備えることを特徴とする。

【００２０】また、本発明のキャピラリ型電気泳動装置
においては、前記受光手段が、キャピラリの出口付近に
おける蛍光を選択的に集光する集光器を有することを特
徴とする。

【００２１】また、本発明のキャピラリ型電気泳動装置
は、電気泳動分離のためのゲルを注入した第１キャピラ
リと、試料排出泳動のためのゲルを注入した第２キャピ
ラリと、緩衝液が溜められ、蛍光物質により標識した試
料を第１キャピラリ中のゲルの入口側から導入する第１
緩衝液槽と、発光液が混入された緩衝液が溜められ、第
１キャピラリ中のゲルの出口側から電気泳動分離された
試料を連続して導入する第２緩衝液槽と、第１キャピラ
リおよび第２キャピラリ中のゲルに泳動電圧を印加して
試料を電気泳動する電気泳動手段と、第２緩衝液槽の中
に導入された試料から発光する蛍光をキャピラリの出口
の下方から読み取る受光手段とを備えることを特徴とす
る。

【００２２】また、本発明のキャピラリ型電気泳動装置
においては、更に、泳動電圧を印加した第２キャピラリ
中のゲルにより、第２緩衝液槽から排出される試料を導
入する第３緩衝液槽を備えることを特徴とする。

【００２３】

【作用】本発明のキャピラリ型電気泳動装置において、
キャピラリには、電気泳動分離のためのゲルが注入され
ており、第１緩衝液槽には、緩衝液が溜められ、蛍光物
質により標識した試料をキャピラリ中のゲルの入口側か
ら導入する。また、第２緩衝液槽には、発光液が混入さ
れた緩衝液が溜められ、キャピラリ中のゲルの出口側か
ら電気泳動分離された試料を連続して導入する。電気泳
動手段が、キャピラリのゲルに泳動電圧を印加して試料
を電気泳動すると、受光手段が、第２緩衝液槽の中に導
入された試料から発光する蛍光をキャピラリの出口の下
方から読み取る。

【００２４】このように、受光手段は、第２緩衝液槽の
中に導入された試料に対して、キャピラリの出口の下方
から発光の読み取りを行うので、すなわち、発光中の試
料が移動して近づいてくる方向から、その発光の蛍光を
受光できるので、電気泳動分離した試料の蛍光物質から
発生する蛍光を効率よく集光することができ、高い検出
感度を得ることができる。

【００２５】また、本発明のキャピラリ型電気泳動装置
においては、前記受光手段が、第１キャピラリの出口付
近における蛍光を選択的に集光する集光器を有してい
る。このような集光器を備えることにより、発光部周囲
に残留している試料からの光を低減して、目的とするキ
ャピラリの出口付近からの光のみを選択的に集光して検
出することができる。

【００２６】また、本発明のキャピラリ型電気泳動装置
において、第１キャピラリには、電気泳動分離のための
ゲルが注入されており、第２キャピラリには、試料排出
泳動のためのゲルが注入されている。第１緩衝液槽に
は、緩衝液が溜められ、蛍光物質により標識した試料を
第１キャピラリ中のゲルの入口側に導出する。また、第
２緩衝液槽には、発光液が混入された緩衝液が溜めら
れ、第１キャピラリ中のゲルの出口側から電気泳動分離
された試料を連続して導入する。電気泳動手段は、第１
キャピラリおよび第２キャピラリ中のゲルに泳動電圧を
印加して試料を電気泳動する。受光手段は、第２緩衝液
槽の中に導入された試料から発光する蛍光をキャピラリ
の出口の下方から読み取る。

【００２７】本発明のキャピラリ型電気泳動装置におい
ては、更に、第３緩衝液槽が備えられる。第３緩衝液槽
は、泳動電圧を印加した第２キャピラリ中のゲルによ
り、第２緩衝液槽から排出される試料を導入する。この
ように、泳動電圧を印加した第２キャピラリ中のゲルに
よって、第２緩衝液槽から試料の排出泳動が行われ、試
料は第３緩衝液槽に導入されて排出される。ここでは、
第２キャピラリと第３緩衝液槽によって第２緩衝液槽か
らの試料の排出通路が確立でき、電気泳動分離されて読
み取りに供された試料は、漸次、排出通路を通って排出
される。これにより、蛍光の受光部において受光する蛍
光は、泳動分離した試料が残留して発生するバックグラ
ウンドノイズが低減されたものとなる。

【００２８】このように、本発明のキャピラリ型電気泳
動装置においては、電気泳動した試料の蛍光物質を励起
するための光として、化学反応発光を行う発光液からの
光を用いており、例えば、化学反応発光を行う発光液と
して、化学反応発光の中間活性体を用い、この発光液か
らの光を用いる。レーザ光源の光を用いなくても、中間
活性体の光エネルギーは、蛍光物質に移され、試料の蛍
光物質に対して十分な励起作用を及ぼす。この結果、試
料の蛍光物質は十分に励起されて蛍光を発光するので、
光電子増倍管などの光検出器によって、十分な検出感度
で電気泳動の蛍光パターンを検出することができる。

【００２９】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を用いて具体的
に説明する。図１は、本発明の一実施例にかかるキャピ
ラリ型電気泳動装置の全体の装置構成を説明するブロッ
ク図である。図１において、１０はキャピラリの支持部
材、１１は電気泳動分離のためのゲルを注入した第１キ
ャピラリ、１２は試料排出泳動のためのゲルを注入した
第２キャピラリ、１３は試料に対する電気泳動分離およ
び排出泳動のための電圧を印加するための第１電極、１
４は同じく試料に対する電気泳動分離および排出泳動の
ための電圧を印加するための第２電極、１５は緩衝液を
留める３つの液槽に分けられた泳動槽、１６は試料の入
口側となる第１緩衝液槽、１７は発光液が混入され試料
の出口側となる第２緩衝液槽、１８は試料の排出のため
の第３緩衝液槽、１９は蛍光を検出する光検出器であ
る。

【００３０】本実施例のキャピラリ型電気泳動装置の基
本構成は、図１に示すように、蛍光を透過する透明部材
で形成され３つの液槽を有する泳動槽１５と、その３つ
の緩衝液槽（１６，１７，１８）のそれぞれ間に配設さ
れた第１キャピラリ（細管）１１および第２キャピラリ
１２により構成される。第１キャピラリ１１には電気泳
動分離のためのゲルが注入されており、また、第２キャ
ピラリ１２には試料排出泳動のためのゲルが注入されて
いる。第１キャピラリ１１および第２キャピラリ１２の
それぞれのゲルに泳動電圧が印加される。この結果、泳
動電圧が印加された第１キャピラリ１１のゲルにより、
試料が電気泳動されて分離し、泳動電圧が印加された第
２キャピラリ１２のゲルにより、先に分離された試料が
電気泳動により移動して排出される。

【００３１】この間、すなわち、第１キャピラリ１１と
第２キャピラリ１２との間の第２緩衝液槽１７におい
て、緩衝液に混入された化学反応発光を行う発光液の発
光により、試料に標識された蛍光物質を励起して、蛍光
を発光させ、その蛍光を光検出器１９により読み取っ
て、試料の電気泳動パターンを得る。

【００３２】すなわち、第１緩衝液槽１６において、蛍
光物質により標識された試料が、第１キャピラリ１１の
ゲルの入口側から供給され、図示しない電気泳動電源に
よって、第１緩衝液槽１６の第１電極１３と、第３緩衝
液槽１８の第２電極１４との間に泳動電圧が印加され
る。泳動電圧が印加されると、第１緩衝液槽１６，第２
緩衝液槽１７，第３緩衝液槽１８を介して、第１キャピ
ラリ１１のゲルの入口側と出口側との間に泳動電圧が印
加され、更に、第２キャピラリ１２のゲルの入口側と出
口側との間にも泳動電圧が印加され、その電圧の作用で
試料が電気泳動されながら移動する。

【００３３】第１キャピラリ１１のゲルにおいて電気泳
動分離された試料は、第２緩衝液槽１７に入る。第２緩
衝液槽１７には、蛍光物質を励起するための発光基質を
含む発光液が混入されており、その発光基質の中間活性
体のエネルギーにより試料の蛍光物質が励起され、蛍光
が発光する。発光した蛍光は、第２緩衝液槽１７の下部
に配設された光検出器によって電気信号に変換される。

【００３４】ここでの試料の標識として使用する蛍光物
質は、先の従来の技術の説明の中の蛍光物質と同じもの
が、そのまま使用される。その他に、試料のＤＮＡの２
本鎖に挾まり込む色素として、エチジウム・ホモダイマ
ー（Ethdium Homodimer），チアゾール・オレンジ・ホ
モダイマー（Thiazole Orange Homodimer），オギサゾ
ール・イエロー・ホモダイマー（Oxazole Yellow Homod
imer）などの色素が用いられる（例えば、Ｎature，Vo
l.359,29 Oct.，pp.859〜861，1992を参照）。

【００３５】第２緩衝液槽１７に混入させる発光液は、
その発光のための発光基質として、ケミルミネッセンス
などの化学的発光液、ほたるの発光などで知られている
バイオルミネッセンスの発光液などが利用される。ケミ
ルミネッセンスの中では、特に、中間活性体を生成し、
そのエネルギーを蛍光物質に与えて蛍光を発生する過シ
ュウ酸エステル化学反応による発光液などが好適に利用
できる。過シュウ酸エステル化学反応による発光液は、
従来からのＤＮＡの解析のために試料に標識している蛍
光物質を用いて、その蛍光物質を励起させるための効率
のよい発光エネルギーを得ることができるものとなって
いる。

【００３６】具体的には、本実施例では、発光基質とし
て、アリルオキザレートと過酸化水素水、溶媒としてア
セトニトリル、または触媒としてのイミダゾールなどと
の混合液を用いている。アリルオキザレートとしては、
ビス（２，４，６−トリクロロフェニル）オキザレート
（ＴＣＰＯ）と、ビス［４−ニトロ−２−（３，６，４
−トリオキサデシロキシカルボニル）フェニル］オキザ
レート（ＴＤＰＯ）およびビス−（２，４−ジニトロフ
ェニル）オキザレート（ＤＮＰＯ）が使用できる。

【００３７】次に、本実施例のキャピラリ型電気泳動装
置の動作について説明する。まず、研究者は、ＤＮＡの
試料調製を行う。試料のＤＮＡの断片化を行い、蛍光標
識した試料を、電気泳動のためのゲルが注入済となって
いる第１キャピラリ１１に注入する。ゲルへの試料の注
入は、シリンジ（注射器）を使用して直接的に行っても
良いし、また、試料のＤＮＡ断片を入れた容器に電圧を
印加して、電気泳動の原理で取り込ませるようにするこ
とで、間接的に行うようにしてもよい。試料を注入した
後は、図１に示すように、電気泳動装置にセットする。
その後、第１電極１３および第２電極１４の間に泳動電
圧の数キロボルトを印加して、電気泳動を行う。

【００３８】電気泳動を行うと、ＤＮＡ断片は、緩衝液
中でマイナスの電荷を持つため、第２緩衝液槽１７に向
って移動する。そして、第１キャピラリ１１の出口に達
すると、第２緩衝液槽１７に混入されている発光液の発
光基質に存在する中間活性体のエネルギーを、試料に標
識した蛍光物質が受け、蛍光を発光する。発光した光
は、第２緩衝液槽１７の下にある光検出器１９に到達
し、光検出器１９によって電気信号に変換される。

【００３９】ここでの光検出器１９は、第２緩衝液槽１
７の下部にあって、第１キャピラリ１１の出口の下方に
配設され、その位置において、電気泳動により移動し第
２緩衝液槽１７の中で励起され発光中の試料が移動して
近づいてくる方向から、その発光の蛍光を受光して読み
取りを行う。つまり、図１に示されるように、電気泳動
によって泳動分離されたＤＮＡ断片は、第１キャピラリ
１１の出口側からほぼ下方に流れるように移動する。こ
のため、その下部側に光検出器１９を設けることによ
り、第２緩衝液槽１７における泳動分離された試料の発
光部分を真下から見ることができ、真横から集光する場
合に比ベて、より集光効率を高めて受光できる。

【００４０】第２緩衝液槽１７において、発光したＤＮ
Ａは一部拡散するが、泳動電界に引かれて移動し、第２
キャピラリ１２の入口側に到達する。そして、更に、第
２キャピラリ１２の中のゲルを経由して第３緩衝液槽１
８に進む。第２緩衝液槽１７の緩衝液中において試料の
拡散が激しい場合は、第１キャピラリ１１の出口と、第
２キャピラリ１２の入口との開口端付近に低濃度のゲル
を作成し、そのゲル中を移動させることで拡散を減少さ
せるような構成としても良い。

【００４１】このようにして、第２緩衝液槽１７におい
て、第２キャピラリ１２の入口側に到達し、電気泳動の
作用により第２緩衝液槽１７から第２キャピラリ１２の
中のゲルの通路を通じて排出される。このため、発光後
の試料が収集されて廃棄される。この結果、第２キャピ
ラリ１２により第２緩衝液槽から試料を排出するための
排出通路が確立でき、これにより、第２緩衝液槽に残留
する試料がなくなるので、光受光器１９において受光す
る蛍光には、第１キャピラリ１１の出口付近において、
泳動分離した試料が残留して発生するバックグラウンド
ノイズが低減されて受光できる。

【００４２】次に、本実施例のキャピラリ型電気泳動装
置の変形例について説明する。蛍光の検出感度を更に高
めるためには、発光した蛍光を選択的に集光して受光で
きるような構成に変形する。図２は、キャピラリ型電気
泳動装置において更に感度を向上させるための光検出器
の変形例の構成を示す図である。図２において、１０は
キャピラリの支持部材、１１は第１キャピラリ、２６は
光電子増倍管で構成される蛍光受光部、２７は凹面鏡、
２８は絞りである。

【００４３】図２に示すように、この変形例では、発光
液が混入された緩衝液の第２緩衝液槽１７において、電
気泳動分離された試料が出てくる第１キャピラリ１１の
出口に凹面鏡２７を備える。例えば、放物面鏡を装着す
る。ここに装着された凹面鏡２７によって、蛍光を集光
して効率的に受光することができる。また、更に、凹面
鏡２７として、楕円凹面鏡を用いる場合、その焦点位置
には絞り２８を配設する構成とする。これにより、第１
キャピラリ１１の出口の付近の蛍光のみを選択的に受光
することができ、他のバックグラウンドノイズを除去し
て蛍光の受光感度を更に高めることができる。また、発
光部分に焦点を持たせた凸レンズを蛍光受光部２６の前
に設置しても同様な効果を持たせることができる。

【００４４】また、複数の蛍光物質により標識した試料
を同時に泳動する場合には、ここでの絞り２８の前後い
ずれかの位置に光学フィルタを配設する構成とする。こ
の光学フィルタにより、それぞれの波長に応じて蛍光を
計側できる。この場合、そこに配設する光学フィルタと
して、モータを接続した回転体に複数枚の光学フィルタ
を取り付けた回転体マルチフィルタとすることにより、
適当な波長のフィルタを切り換えて、それぞれの波長に
応じた蛍光を計側できる。このようにして、複数の蛍光
物質により標識した試料の電気泳動パターンを読み取る
ことができるように変形できる。

【００４５】更に、本実施例のキャピラリ型電気泳動装
置の別の変形例について説明する。前述した第２緩衝液
槽１７の緩衝液には発光液が混入されているが、この発
光液の発光基質には寿命があり、キャピラリ型電気泳動
装置は、その使用時間が限られる。寿命がある発光液の
化学発光の発光基質を用いて、長時間に渡って塩基配列
を読み取るためには、発光液の発光基質を外部から供給
できるような構成とする。このように、発光基質を外部
から供給できるような構成としたキャピラリ型電気泳動
装置の別の変形例について、次に、図３（Ａ）および
（Ｂ）を参照して説明する。

【００４６】図３（Ａ）は本実施例のキャピラリ型電気
泳動装置の別の変形例の要部の第１キャピラリの出口付
近の構造を示す図であり、また、図３（Ｂ）は本実施例
のキャピラリ型電気泳動装置の光検出器の別の変形例の
構造を説明する図である。図３（Ａ）および（Ｂ）にお
いて、１０はキャピラリの支持部材、１１は第１キャピ
ラリ、１２は第２キャピラリ、２０は発光液供給路管と
なるパイプ、２１は発光液の流れ、２２はＤＮＡ断片の
流れ、２６は光電子増倍管で構成される蛍光受光部、２
７は凹面鏡、２８は絞りをそれぞれ示している。

【００４７】図３（Ａ）および（Ｂ）に示すように、第
１キャピラリ１１のゲルの中の流路に沿って、電気泳動
分離されたＤＮＡ断片の流れ２２が移動してくるので、
その第１キャピラリ１１を周囲を取り囲むようにパイプ
２０を接続した構成とする。パイプ２０には、第２緩衝
液槽１７の緩衝液に混合する化学発光基質を含む発光液
の流れ２１を流す。これにより、図３（Ｂ）に示すよう
に、第２緩衝液槽１７の中の第１キャピラリ１１の出口
付近において、発光液の流れ２１とＤＮＡ断片の流れ２
２とより、両者が混合し、発光液の化学発光基質による
発光を受けて、電気泳動によるＤＮＡ断片の流れ２２の
蛍光物質が励起し蛍光を発光する。このような変形例の
構成では、発光液の流れ２１により発光基質が常に供給
されるため、長時間のＤＮＡ配列の電気泳動パターンの
読み取りであっても、安定して読み取ることができる。

【００４８】なお、前述したように、ＤＮＡ断片の試料
を標識する場合、ＤＮＡの２本鎖に挾まり込む色素とし
て、エチジウム・ホモダイマー（Ethdium Homodime
r），チアゾール・オレンジ・ホモダイマー（Thiazole
Orange Homodimer），オギサゾール・イエロー・ホモダ
イマー（Oxazole Yellow Homodimer）などの色素を用い
た場合は、試料に対して予め標識する必要はなく、泳動
分離した後に溶出した段階でＤＮＡに挾み込まれ、発光
効率が変わって光るため、予め発光基質の入った緩衝液
槽に混合しておくことによって同様に発光させることが
できる。

【００４９】

【発明の効果】以上に説明したように、本実施例のキャ
ピラリ型電気泳動装置によれば、高価なレーザー光源を
用いてなくても、化学反応による反応エネルギーの発光
で蛍光物質を励起でき、低価格でありながら、安定に電
気泳動パターンを読み取ることができる。また、電気泳
動を行うキャピラリの出口付近の集光のための凹面鏡を
設けることにより、効率よく選択的に集光して、周囲の
バックグラウンドノイズを除去することが可能となる。
また、電気泳動を行った試料の排出通路として、第２の
キャピラリを装着することにより、発光終了後の試料を
収集して排出することができ、バックグラウンドノイズ
の原因となる不要な試料を効率的に廃棄して高感度の読
み取りができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 図１は本発明の一実施例にかかるキャピラリ
型電気泳動装置の全体の装置構成を説明するブロック
図、

【図２】 図２はキャピラリ型電気泳動装置において更
に感度を向上させるための光検出器の変形例の構成を示
す図、

【図３】 図３（Ａ）および図３（Ｂ）は、それぞれ本
実施例のキャピラリ型電気泳動装置の別の変形例の要部
の第１キャピラリの出口付近の構造および光検出器の別
の変形例の構造を説明する図、

【図４】 図４は蛍光検出法によるゲル電気泳動分離パ
ターン検出方法を説明するためのゲル電気泳動装置の概
略のブロック図、

【図５】 図５は蛍光検出法によるゲル電気泳動分離パ
ターン検出方法を説明するためのゲル電気泳動装置の蛍
光検出部の一部の詳細を示す図である。

【符号の説明】

１０…キャピラリの支持部材、 １１…第１キャピラリ、 １２…第２キャピラリ、 １３…第１電極、 １４…第２電極、 １５…泳動槽、 １６…第１緩衝液槽、 １７…第２緩衝液槽、 １８…第３緩衝液槽、 １９…光検出器、 ２０…発光液供給流路管となるパイプ、 ２１…発光液の流れ、 ２２…ＤＮＡ断片の流れ、 ２６…蛍光受光部、 ２７…凹面鏡、 ２８…絞り。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤宮 仁 千葉県茂原市早野3681番地 日立デバイス エンジニアリング株式会社内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電気泳動のためのゲルを注入したキャピ
   ラリと、 緩衝液が溜められ、蛍光物質により標識した試料をキャ
   ピラリ中のゲルの入口側から導入する第１緩衝液槽と、 発光液が混入された緩衝液が溜められ、キャピラリ中の
   ゲルの出口側から電気泳動された試料を連続して導入す
   る第２緩衝液槽と、 キャピラリのゲルに泳動電圧を印加して試料を電気泳動
   する電気泳動手段と、 第２緩衝液槽の中に導入された試料から発光する蛍光を
   キャピラリの出口の下方から読み取る受光手段とを備え
   ることを特徴とするキャピラリ型電気泳動装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のキャピラリ型電気泳動
   装置において、 前記受光手段が、キャピラリの出口付近における蛍光を
   選択的に集光する集光器を有することを特徴とするキャ
   ピラリ型電気泳動装置。
3. 【請求項３】 電気泳動分離のためのゲルを注入した第
   １キャピラリと、 試料排出泳動のためのゲルを注入した第２キャピラリ
   と、 緩衝液が溜められ、蛍光物質により標識した試料を第１
   キャピラリ中のゲルの入口側から導入する第１緩衝液槽
   と、 発光液が混入された緩衝液が溜められ、第１キャピラリ
   中のゲルの出口側から電気泳動分離された試料を連続し
   て導入する第２緩衝液槽と、 第１キャピラリおよび第２キャピラリ中のゲルに泳動電
   圧を印加して試料を電気泳動する電気泳動手段と、 第２緩衝液槽の中に導入された試料から発光する蛍光を
   キャピラリの出口の下方から読み取る受光手段とを備え
   ることを特徴とするキャピラリ型電気泳動装置。
4. 【請求項４】 請求項３に記載のキャピラリ型電気泳動
   装置において、 更に、泳動電圧を印加した第２キャピラリ中のゲルによ
   り、第２緩衝液槽から排出される試料を導入する第３緩
   衝液槽を備えることを特徴とするキャピラリ型電気泳動
   装置。