JPH1194743A - Reader for fluorescent pattern - Google Patents
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- JPH1194743A JPH1194743A JP9270333A JP27033397A JPH1194743A JP H1194743 A JPH1194743 A JP H1194743A JP 9270333 A JP9270333 A JP 9270333A JP 27033397 A JP27033397 A JP 27033397A JP H1194743 A JPH1194743 A JP H1194743A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、蛍光パターン読み
取り装置に関し、特に、ゲルにより電気泳動を行った多
様な読み取り試料における蛍光パターンを蛍光強度の特
性、背景光の特性などに対して適切に読み取り感度を変
化させ、蛍光パターンを読み取ることができる蛍光パタ
ーン読み取り装置に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fluorescent pattern reading apparatus, and more particularly to a fluorescent pattern reading apparatus for reading a fluorescent pattern from various read samples electrophoresed on a gel in accordance with the characteristics of fluorescence intensity and the characteristics of background light. The present invention relates to a fluorescent pattern reading device capable of changing a sensitivity and reading a fluorescent pattern.
【０００２】[0002]
【従来の技術】一般に、遺伝病診断などを含む種々の遺
伝子構造解析、アミノ酸などの蛋白質の構造分析を行う
ために、放射性アイソトープ標識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、放射性同
位体で標識または置換された試料の断片に対してゲルを
用いて電気泳動を行い、電気泳動で展開された試料の断
片の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。2. Description of the Related Art In general, an electrophoretic analysis method using radioactive isotope labeling is used for analyzing various gene structures including diagnosis of genetic diseases and structural analysis of proteins such as amino acids. In such an electrophoretic analysis method, a fragment of a sample labeled or substituted with a radioisotope is subjected to electrophoresis using a gel, and the distribution pattern of the fragment of the sample developed by electrophoresis is analyzed. Is a method of analyzing a sample by
【０００３】電気泳動パターンを読み取り分析を行う場
合の一例として、遺伝病の診断を例として説明する。ヒ
トゲノムＤＮＡは、約３×１０9 の塩基対から成り立っ
ている。その塩基配列はヒト集団を通しておおよそ一定
であるが、細かくみると、個体間にばらつきが存在す
る。このようなＤＮＡ配列上のばらつきは、ＤＮＡの多
型と呼ばれている。ＤＮＡの多型は、遺伝子領域にも非
遺伝子領域にも見られるが、遺伝子領域の多型はその表
現形式である蛋白質の多型として現われる場合が多い。
血液型，組識適合性抗原などや、人種間における皮膚の
色，毛の色の相違など、ヒト集団にみられる色々な多様
性は、この多型に由来している。ＤＮＡの多型は、ヒト
が進化上で生物種として独立した時点から現在までに、
ヒト集団の生殖細胞ＤＮＡに生じた変異が集団の中に蓄
積したものであると考えられ、このような変異がヒトの
存在に取って重要な機能を持つ部位に生じ、その結果と
して生ずる表現型が、何らかの病的状態を示すものを
「遺伝病」と呼んでいる。ヒト集団には、3,000種を超
える遺伝病が存在するといわれている。As an example of reading and analyzing an electrophoretic pattern, a diagnosis of a genetic disease will be described as an example. Human genomic DNA is composed of about 3 × 10 9 base pairs. Although its nucleotide sequence is approximately constant throughout the human population, there are variations among individuals when examined in detail. Such variations in the DNA sequence are called DNA polymorphisms. Polymorphisms in DNA can be found in both gene regions and non-gene regions, but polymorphisms in gene regions often appear as protein polymorphisms, which are forms of expression.
Various varieties found in the human population, such as blood type, tissue-compatible antigen, and differences in skin color and hair color between races, are derived from this polymorphism. DNA polymorphisms have evolved from the time humans became evolutionarily independent as species to the present.
It is believed that mutations in the germline DNA of the human population have accumulated in the population, and such mutations occur at sites that are important for the presence of humans, and the resulting phenotype However, those that show some pathological condition are called "genetic diseases". It is said that more than 3,000 genetic diseases exist in the human population.
【０００４】遺伝病の病因はＤＮＡ上に生じた異変であ
るが、それが病気として認識されるまでには、ＤＮＡ→
ｍＲＮＡ→蛋白質→表現型（病気）の諸段階がある。病
気としての診断は、普通の場合、最後のレベルで行なわ
れるが、上記の各段階の流れが単純な線形関係にあれ
ば、診断を蛋白質やＤＮＡのレベルで行うことが可能と
なる。[0004] The etiology of a genetic disease is an abnormality that occurs on DNA, but by the time it is recognized as a disease, DNA →
There are various stages of mRNA → protein → phenotype (disease). Diagnosis as a disease is usually performed at the last level, but if the flow of each of the above steps has a simple linear relationship, diagnosis can be performed at the protein or DNA level.
【０００５】ＤＮＡ診断の基礎となる手法は、Southern
ブロッティングと呼ばれるものであり、この手法は、基
本的には以下のステップに分けられる。 （ステップ１）試料ＤＮＡの抽出、（ステップ２）ＤＮ
Ａの制限酵素による分解、（ステップ３）ゲル電気泳動
を用いたＤＮＡの分子量による分画、（ステップ４）分
画されたＤＮＡの薄膜フィルタへの移行、（ステップ
５）予じめ用意したプローブＤＮＡ（検出したい遺伝子
と相同配列を持つＤＮＡをアイソトープなどで標識した
もの）との混成体の形成（ハイブリダイゼーション）、
（ステップ６）オートラジオグラフィーによる混成体の
検出、以上の６ステップからなる手法である。ステップ
４の薄膜フィルタには、ナイロンメンブレンまたはニト
ロセルロースメンブレンなどが用いられる。[0005] The technique underlying DNA diagnosis is Southern.
This method is called blotting, and this method is basically divided into the following steps. (Step 1) Extraction of sample DNA, (Step 2) DN
Degradation of A by restriction enzyme, (Step 3) Fractionation of DNA by molecular weight using gel electrophoresis, (Step 4) Transfer of fractionated DNA to thin film filter, (Step 5) Probe prepared in advance Formation of a hybrid with DNA (DNA having a sequence homologous to the gene to be detected and labeled with an isotope or the like) (hybridization),
(Step 6) Detection of hybrids by autoradiography, which is a method comprising the above six steps. For the thin film filter of Step 4, a nylon membrane or a nitrocellulose membrane is used.
【０００６】遺伝病を対象とする場合には、試料となる
ＤＮＡの抽出のための臓器は問わない。通常は、数ミリ
リットルの末梢血から白血球を分離し、そこからＤＮＡ
を抽出する。ステップ１からステップ６までの各段階の
処理に通常５日程度の日数を必要とする。[0006] In the case of a genetic disease, the organ from which DNA as a sample is extracted does not matter. Usually, leukocytes are separated from a few milliliters of peripheral blood and DNA
Is extracted. Processing of each stage from step 1 to step 6 usually requires about 5 days.
【０００７】遺伝病診断では、上記のステップの処理に
基づき正常体の分画パターンと被検者の分画パターンを
得て、それらの分画パターンを比較する。同一パターン
である場合は正常と判定される。In the diagnosis of a genetic disease, a fractionation pattern of a normal body and a fractionation pattern of a subject are obtained based on the processing of the above steps, and these fractionation patterns are compared. If the patterns are the same, it is determined to be normal.
【０００８】最近、安全性などの問題から放射性アイソ
トープに替えて、蛍光色素で標識したプローブを用い
て、その蛍光色素の蛍光物質を励起し、電気泳動パター
ンの読み取りを行う方法が試行されている。遺伝病診断
やＤＮＡの塩基配列決定などを行う場合、試料の量が１
０-15 molオーダ前後であるため、放射性アイソトープ
なみの信号対雑音比を等価的に得るには、微弱な光を検
出する高度な光学技術と信号処理技術を必要とする。Recently, a method has been attempted in which a probe labeled with a fluorescent dye is used instead of a radioactive isotope to excite a fluorescent substance of the fluorescent dye and read an electrophoresis pattern in consideration of safety and the like. . When performing genetic disease diagnosis or DNA sequencing, the amount of sample
Since it is on the order of 0 -15 mol, in order to obtain a signal-to-noise ratio equivalent to that of a radioactive isotope, advanced optical technology and signal processing technology for detecting weak light are required.
【０００９】微少な試料を蛍光標識して検出する装置と
して、特開昭６１−６２８４３号公報に記載された蛍光
検出法による電気泳動装置がある。次に、このような蛍
光検出法による電気泳動装置について具体的に説明す
る。As an apparatus for detecting a minute sample by fluorescent labeling, there is an electrophoresis apparatus based on a fluorescence detection method described in JP-A-61-62843. Next, an electrophoresis apparatus using such a fluorescence detection method will be specifically described.
【００１０】図１７は、従来の蛍光式電気泳動装置の外
観を示す斜視図である。図１７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、計測データを基にデータ処理を行
うデータ処理装置５２と、それらを相互接続するケーブ
ル５３と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、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
（ＤＮＡ断片）を所定量だけ注入する。扉５１ａを閉じ
て、操作表示パネル５１ｂの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。泳動計測装置５１により計測
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定のデータ処理が行われる。な
お、データ処理装置５２は、計算機本体５４と、利用者
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装置５６と、デー
タ処理の結果を記録するプリンタ５７とから構成されて
いる。FIG. 17 is a perspective view showing the appearance of a conventional fluorescent electrophoresis apparatus. Referring to FIG. 17, the electrophoresis apparatus interconnects the electrophoresis apparatus 51 for performing electrophoresis of a sample and measuring the distribution of fluorescence, a data processing apparatus 52 for performing data processing based on measurement data, and the like. And a cable 53. The electrophoresis measurement device 51 has a door 51a. The door 51a is opened, a base gel for electrophoresis is injected, and a predetermined amount of a sample (DNA fragment) to be electrophoresed is injected. When the door 51a is closed and the electrophoresis start switch on the operation display panel 51b is pressed, electrophoresis starts. When the electrophoresis is started, the operation state of the electrophoresis measurement device 51 is displayed on a monitor provided on the operation display panel 51b. The data measured by the electrophoresis measurement device 51 is transferred to the data processing device 52, and predetermined data processing programmed in advance is performed. The data processing device 52 includes a computer main body 54, a keyboard 55 for inputting a command from a user, a display device 56 for displaying a processing state and a result, and a printer 57 for recording a result of the data processing. It is composed of
【００１１】図１８は、泳動計測装置の内部の構成を示
すブロック図である。泳動計測装置（５１；図１７）の
構成は、図１８に示すように、電気泳動装置部６３およ
び信号処理装置部６４から構成されており、これらの２
つの部分がまとめられて、泳動計測装置の全体の装置構
成となっている。電気泳動装置部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の
電極２ａおよび第２の電極２ｂと、泳動部５および各電
極２ａ，２ｂを支えるための支持板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、特定波長の光を選択的に通す光学フィルタ１５と、
受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、信号処理装置部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 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ーフェース処理を行うインタフェ
ース２０と、電気泳動装置部および信号処理系の全体を
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から出れるディジタル信ＵＴは、デ
ータ処理装置（５２；図１７）に送られ、解析処理など
のデータ処理が行われる。FIG. 18 is a block diagram showing the internal configuration of the electrophoresis measuring device. The configuration of the electrophoresis measurement device (51; FIG. 17) is composed of an electrophoresis device section 63 and a signal processing device section 64, as shown in FIG.
The two parts are put together to form the overall configuration of the electrophoresis measurement device. The electrophoresis device 63 supports the electrophoresis unit 5 that performs electrophoresis, the first electrode 2a and the second electrode 2b for applying a voltage to the electrophoresis unit 5, and supports the electrophoresis unit 5 and the electrodes 2a and 2b. Plate 3, an electrophoresis power supply 4 for applying a voltage to the electrophoresis section 5, a light source 11 for emitting light for exciting a fluorescent substance, and a light for guiding light from the light source 11. Fiber 12 and optical concentrator 14 for condensing and receiving fluorescence 13 generated from a fluorescent substance
An optical filter 15 for selectively passing light of a specific wavelength;
And an optical sensor 16 for converting the received light into an electric signal. Further, the signal processing unit 64 includes an amplifier 17 for receiving and amplifying the electric signal from the optical sensor 16.
An analog-to-digital conversion circuit 18 for converting an analog analog signal into digital data; a signal processing unit 19 for performing pre-processing such as arithmetic averaging on the digital-converted data; An interface 20 for performing an interface process to be sent to a processing device, and a control circuit 10 for controlling the entire electrophoretic device and the signal processing system. The digital signal UT output from the signal processing device 64 is sent to a data processing device (52; FIG. 17), where data processing such as analysis processing is performed.
【００１２】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。図１７および図１８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、図２１に示すよう
に、各々の試料のレーン７１，７２，７３，７４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、図１９（Ａ）に
示すように、光源からの光を光ファイバ１２に通して光
路６１上でゲルを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に蛍光１３を発生さ
せ、蛍光１３を検出する。ここで発光する蛍光１３は、
蛍光物質の吸光係数，量子効率，励起光の強度などによ
るが、バンド当り、１０-16 mol程度と非常に微量な量
しか蛍光物質が含まれていないため、非常に微弱な光と
なる。例えば、蛍光物質として、フルオレセインイソチ
オシアネート（Fluorescein Isothiocyanate）を使用し
た場合について説明すると、フルオレセインイソチオシ
アネートによる励起光の励起波長のピーク値が４９０nm
であり、蛍光波長のピーク値が５２０nmである。モル吸
光係数は、７×１０4 mol-1・cm-1であり、量子効率は
０．６５程度である。Next, the operation of the electrophoresis apparatus thus configured will be described. Please refer to FIG. 17 and FIG. The door 51a of the electrophoresis measurement device 51 is opened, a gel is injected into the electrophoresis section 5 inside, and a sample of a DNA fragment labeled with a fluorescent substance is further injected. When a switch on the operation panel 51b is operated to instruct the start of electrophoresis, a voltage from the electrophoresis power supply 4 is supplied to the electrophoresis section 5 by the electrodes 2a and 2b, and electrophoresis is started. By electrophoresis, for example, as shown in FIG. 21, the sample labeled with a fluorescent substance is electrophoresed in lanes 71, 72, 73, and 74 of each sample, and gathers for each molecular weight of molecules included in the sample. Make a band 66 for each. Lighter molecules have a higher migration speed, so that the migration distance in the same time is longer. The detection of these bands 66 is performed by irradiating the gel on the optical path 61 by passing light from a light source through the optical fiber 12 as shown in FIG. Fluorescence 13 is generated in the fluorescent substance, and the fluorescence 13 is detected. The fluorescent light 13 emitted here is
Although it depends on the extinction coefficient, quantum efficiency, excitation light intensity and the like of the fluorescent substance, since the fluorescent substance is contained only in a very small amount of about 10 -16 mol per band, the light is very weak. For example, the case where fluorescein isothiocyanate is used as the fluorescent substance will be described. The peak value of the excitation wavelength of the excitation light by fluorescein isothiocyanate is 490 nm.
And the peak value of the fluorescence wavelength is 520 nm. The molar extinction coefficient is 7 × 10 4 mol -1 · cm -1 and the quantum efficiency is about 0.65.
【００１３】１バンド内に１０-16 molの蛍光物質が存
在する場合、励起光に波長４８８nmの出力１mWのアルゴ
ンイオンレーザを使用した場合を想定して計算すると、
ゲルの厚みなどで異なるが、発生する蛍光の光量は、１
０19個／ｓオーダの蛍光の光子しか発生しない。したが
って、非常に微弱な蛍光を感度よく検出しなければなら
ない。When a fluorescent substance of 10 -16 mol is present in one band, the calculation is performed on the assumption that an argon ion laser having a wavelength of 488 nm and an output of 1 mW is used as the excitation light.
The amount of fluorescence generated varies depending on the thickness of the gel.
Only fluorescence photons on the order of 0 19 pieces / s are generated. Therefore, very weak fluorescence must be detected with high sensitivity.
【００１４】泳動部５は、その正面図が図１９（Ａ）
に、その縦断面図が図１９（Ｂ）に示されるように、ポ
リアクリルアミドなどのゲル５ａと、該ゲル５ａを両側
から狭んで支えるためのガラスの支持板５ｂ，５ｃとか
ら構成されている。泳動部５のゲル５ａに上部から例え
ばＤＮＡ断片の試料を注入し、第１の電極２ａおよび第
２の電極２ｂ（図１８）に泳動電圧を印加して、電気泳
動を行いながら、光源から照射された光、例えばレーザ
光を、光ファイバ１２からゲル５ａ中の光路６１を通し
て、光路６１上の蛍光物質を照射する。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
で所望の蛍光波長が選択されて、一次元の光センサ１６
において電気信号に変換される。光センサ１６では、微
弱な光を効率よく電気信号に変換するため、イメージイ
ンテンシファイアなどを用いて、１０4〜１０5倍に光増
幅し、その画像をＣＣＤの一次元光センサなどで電気信
号に変換する。光センサ１６により得られた電気信号
は、増幅器１７により所望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によりアナログ信号か
らディジタル信号に変換されて、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５
２に送出される。The front view of the electrophoresis section 5 is shown in FIG.
As shown in FIG. 19 (B), a vertical cross-sectional view thereof is composed of a gel 5a such as polyacrylamide and glass supporting plates 5b and 5c for narrowly supporting the gel 5a from both sides. . A sample of, for example, a DNA fragment is injected from above into the gel 5a of the electrophoresis section 5, and an electrophoresis voltage is applied to the first electrode 2a and the second electrode 2b (FIG. 18) to irradiate from the light source while performing electrophoresis. The emitted light, for example, a laser beam, is irradiated from the optical fiber 12 through the optical path 61 in the gel 5a to the fluorescent substance on the optical path 61. Thereby, the fluorescent substance existing on the optical path 61 is excited to emit the fluorescent light 13. The fluorescent light 13 reaches a light collector 14 of an optical system composed of a combination of lenses, and after being collected, an optical filter 15.
Is used to select a desired fluorescence wavelength.
Is converted into an electric signal. In the optical sensor 16, in order to efficiently convert weak light into an electric signal, the light is amplified by a factor of 10 4 to 10 5 using an image intensifier or the like, and the image is electrically amplified by a CCD one-dimensional optical sensor or the like. Convert to a signal. The electric signal obtained by the optical sensor 16 is amplified to a signal of a desired level by an amplifier 17, converted from an analog signal to a digital signal by an analog / digital conversion circuit 18, and sent to a signal processing unit 19. In the signal processing unit 19, the signal-to-noise ratio (S / N ratio)
Signal processing such as averaging processing is performed in order to improve. The digital signal data processed in this manner is transmitted to the data processing device 5 by the interface 20.
2 is sent.
【００１５】図２０（Ａ）および図２０（Ｂ）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、図２０
（Ａ）に示されるように、電気泳動が行われた泳動部５
に対して光路６１上でレーザ光が照射されると、光路６
１上に存在するゲルの蛍光物質が励起されて、蛍光を発
するので、この蛍光を、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、図２０（Ｂ）
に示すように、検出される。このため、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、図２０（Ｂ）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。すなわち、
この蛍光強度パターン信号は、蛍光濃度に比例したプロ
ファイル波形となっており、このピーク値を判定して、
例えば、ＤＮＡの各塩基配列を判定する処理を行う。FIGS. 20A and 20B are diagrams illustrating an example of a fluorescence intensity pattern signal of a DNA fragment transmitted from the electrophoresis measurement device 51. FIG. For example, FIG.
(A) As shown in FIG.
Is irradiated on the optical path 61 with laser light, the optical path 6
Since the fluorescent substance of the gel existing on 1 is excited and emits fluorescence, this fluorescence is detected in a predetermined detection position for each lane in the direction of electrophoresis 62 over time. Thereby, when the band 66 of each lane passes through the position on the optical path 61, fluorescence is detected, and the pattern signal of the fluorescence intensity in one lane is shown in FIG.
Is detected as shown in FIG. Therefore, when the band 66 passes through the position on the optical path 61, a peak of the fluorescence intensity is obtained. Therefore, the fluorescence intensity pattern signal shown in FIG. 20B is a fluorescence intensity pattern signal of the band 66 in the electrophoresis direction 62. That is,
This fluorescence intensity pattern signal has a profile waveform proportional to the fluorescence concentration, and the peak value is determined.
For example, a process of determining each base sequence of DNA is performed.
【００１６】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、ディスプレイ装置
５６により画面表示され、またはプリンタ５７により印
刷出力される。In the data processing device 52, a computer main body 54
Receives the data of the fluorescence intensity pattern signal of the DNA fragment transmitted from the electrophoresis measurement device 51, and performs data processing for comparing the molecular weight and determining the DNA base sequence from the data of the fluorescence intensity pattern. The arrangement of bases and the like determined by performing the data processing is symbolized and output, displayed on the screen by the display device 56, or printed out by the printer 57.
【００１７】以上の例では試料の標識法として蛍光色素
を用いる装置例を示したが、他の例として、同様に蛍光
色素で標識し、電気泳動を行った後に、電気泳動パター
ンによる蛍光パターンを読み取る装置が特開平１−１６
７６４９号公報に開示されている。この他の例の装置
は、前述したような電気泳動を行いながら同時に読み取
り部を通過する蛍光パターンの分布を読み取るタイプと
は異なり、電気泳動を終了してから泳動部全体の蛍光パ
ターンを読み取るタイプとなっている。このタイプで
は、蛍光色素で標識したプローブを用いてSouthernブロ
ッティング法を行った薄膜フィルタの読み取りもでき
る。薄膜フィルタは光学的屈折率が空気の屈折率よりも
薄膜フィルタの素材に近い液体に含侵された後、透明な
ガラス板に挾んで読み取りを行う。In the above example, an example of an apparatus using a fluorescent dye as a sample labeling method has been described. However, as another example, after similarly labeling with a fluorescent dye and performing electrophoresis, a fluorescent pattern based on the electrophoretic pattern is obtained. A reading device is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 1-16.
No. 7649. The apparatus of this other example is different from the type that reads the distribution of the fluorescent pattern that simultaneously passes through the reading unit while performing the electrophoresis as described above, and is a type that reads the fluorescent pattern of the entire migration unit after the electrophoresis is completed. It has become. In this type, it is also possible to read a thin film filter subjected to Southern blotting using a probe labeled with a fluorescent dye. After the thin film filter is impregnated with a liquid whose optical refractive index is closer to the material of the thin film filter than the refractive index of air, it is read by sandwiching it between transparent glass plates.
【００１８】[0018]
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述したよ
うに、蛍光検出法による電気泳動パターン読み取り方法
では、ポリアクリルアミドなどのゲルを両側から挾んで
支えるガラス支持板の間に空気の泡が入り混んだ場合、
ノイズの原因となり、Ｓ／Ｎが低下する。また、照射光
によるガラス支持板からの散乱光を避けるため、ガラス
支持板の間からゲルに直接に照射光を照射しているが、
ゲル自体の透明度があまり良くない場合において、ゲル
の照射口から遠い部分において、バックグラウンドノイ
ズのレベルが高くなり、Ｓ／Ｎが低下する。また、照射
光の照射方向がずれた場合にも、ゲルを通してガラス支
持板から散乱光が発生し、Ｓ／Ｎが低下する。By the way, as described above, in the electrophoresis pattern reading method by the fluorescence detection method, air bubbles are mixed between glass support plates which support a gel such as polyacrylamide from both sides. ,
This causes noise and lowers S / N. In addition, in order to avoid scattering light from the glass support plate due to irradiation light, the irradiation light is directly applied to the gel from between the glass support plates.
When the transparency of the gel itself is not very good, the level of the background noise increases and the S / N decreases in a portion far from the irradiation port of the gel. Also, when the irradiation direction of the irradiation light is shifted, scattered light is generated from the glass support plate through the gel, and the S / N is reduced.
【００１９】薄膜フィルタの読み取りでは、薄膜フィル
タを光学的屈折率が空気の屈折率よりも薄膜フィルタの
素材に近い液体に含侵された時の液体の侵み込み度合の
ムラや、Southernブロッティングの過程で薄膜フィルタ
の表面に付着した物質や、ガラス支持板の間に入り込ん
だ空気の泡がノイズの原因となり、Ｓ／Ｎ比が低下す
る。また、含侵させる液体の光学的屈折率が薄膜フィル
タの光学的屈折率に一致していない場合には、薄膜フィ
ルタからの散乱光のため、蛍光の読み取りを行う場合
に、バックグラウンドノイズのレベルが高くなり、良好
なＳ／Ｎ比を得ることができないという問題点を有して
いる。In the reading of the thin film filter, when the thin film filter is impregnated with a liquid whose optical refractive index is closer to the material of the thin film filter than the refractive index of air, unevenness of the infiltration degree of the liquid and unevenness of Southern blotting are observed. Substances adhering to the surface of the thin-film filter in the process and air bubbles entering between the glass support plates cause noise and lower the S / N ratio. When the optical refractive index of the liquid to be impregnated does not match the optical refractive index of the thin-film filter, the background noise level is low when reading the fluorescence due to the scattered light from the thin-film filter. And a high S / N ratio cannot be obtained.
【００２０】本発明の目的は、ＤＮＡを蛍光色素で標識
した後、電気泳動を行った試料および蛍光色素で標識し
たプローブを用いたブロッティング試料の蛍光パターン
をバックグラウンドノイズの影響なしに高感度で読み取
ることできる泳動パターン読み取り装置を提供すること
にある。An object of the present invention is to provide a method for labeling DNA with a fluorescent dye followed by electrophoresis and a fluorescent pattern of a blotting sample using a probe labeled with a fluorescent dye with high sensitivity without the influence of background noise. An object of the present invention is to provide an electrophoresis pattern reading device capable of reading.
【００２１】本発明の別の目的は、電気泳動を行った多
様な読み取り試料における蛍光パターンを蛍光強度の特
性、背景光の特性などに対して適切に読み取り感度を変
化させ、蛍光パターンを読み取ることができる蛍光パタ
ーン読み取り装置を提供することにある。Another object of the present invention is to appropriately change the reading sensitivity of the fluorescent pattern in various read samples subjected to electrophoresis with respect to the characteristics of the fluorescent intensity, the characteristics of the background light, etc., and to read the fluorescent pattern. To provide a fluorescent pattern reading device capable of performing the above.
【００２２】[0022]
【課題を解決するための手段】上記のような目的を達成
するため、本発明の泳動パターン読み取り装置において
は、蛍光物質を標識した試料を泳動パターンに展開した
ゲルを支持するガラス支持板と、ゲル中の泳動パターン
の蛍光物質を励起させる照射光を発光する光源と、前記
ゲルの面に対して前記光源からの照射光を前記ガラス支
持板に垂直に照射して走査する光照射機構と、照射光の
光軸とは異なる方向に受光面を設定して泳動パターンの
蛍光をガラス支持板の散乱光から分離して受光する受光
部と、受光部で受光した蛍光を２つの波長特性で分離す
る光学フィルタ部と、光学フィルタ部で分離した２つの
波長成分の蛍光のそれぞれの光電変換を行って電気信号
を出力する光電変換部と、光電変換部からの電気信号を
増幅し泳動パターンの蛍光の電気信号を出力する増幅器
と、蛍光の２つの波長成分の電気信号の差分を取る演算
部とを備えることを特徴とする。In order to achieve the above object, the present invention provides an electrophoresis pattern reading apparatus, comprising: a glass support plate for supporting a gel obtained by developing a fluorescent substance-labeled sample into an electrophoresis pattern; A light source that emits irradiation light to excite the fluorescent substance of the migration pattern in the gel, and a light irradiation mechanism that scans by irradiating the glass support plate with irradiation light from the light source perpendicularly to the surface of the gel, The light receiving surface is set in a direction different from the optical axis of the irradiation light to separate the fluorescence of the migration pattern from the scattered light of the glass support plate and receive the light. The fluorescence received by the light receiving unit is separated by two wavelength characteristics. An optical filter unit, a photoelectric conversion unit that performs photoelectric conversion of each of the two wavelength components separated by the optical filter unit and outputs an electric signal, and an amplifying pattern that amplifies the electric signal from the photoelectric conversion unit. An amplifier for outputting an electric signal of the fluorescence, characterized in that it comprises a calculation unit for obtaining the difference of the electrical signals of the two wavelength components of the fluorescence.
【００２３】また、本発明の蛍光パターン読み取り装置
においては、光照射機構は、ゲル面に対する走査ライン
に沿った間隙を有するスリットと、前記スリットの間隙
に照射光を反射させて入射させる平板状ミラーと、前記
平板状ミラーの反射角を制御する制御機構とを備え、前
記スリットおよび前記平板状ミラーの反射角の制御によ
り光源からの照射光をゲル面を形成するガラス支持板に
対して垂直に照射することを特徴する。Further, in the fluorescent pattern reading apparatus of the present invention, the light irradiation mechanism includes a slit having a gap along the scanning line with respect to the gel surface, and a flat mirror for reflecting irradiation light into the gap between the slits. And a control mechanism for controlling the reflection angle of the flat mirror, and controlling the reflection angle of the slit and the flat mirror so that the irradiation light from the light source is perpendicular to the glass support plate forming the gel surface. It is characterized by irradiation.
【００２４】このような特徴を有する本発明の蛍光パタ
ーン読み取り装置では、ガラス支持板が、蛍光物質を標
識した試料を泳動パターンに展開したゲルを支持してお
り、このガラス支持板を通して、ゲルの中の泳動パター
ンの蛍光物質を励起させるため、光源からの照射光を照
射する。その場合、光照射機構が、前記ゲルの面に対し
て前記光源からの照射光を前記ガラス支持板に垂直に照
射して走査する。このため、照射光によるガラス支持板
からの散乱光は極めて少なくなる。受光部は、光照射機
構による照射光の光軸とは異なる方向に受光面を設定し
て泳動パターンの蛍光をガラス支持板の散乱光から分離
して受光する。そして、受光部で受光した蛍光を、光学
フィルタ部によって、２つの波長特性で分離し、光電変
換部が、光学フィルタ部で分離した２つの波長成分の蛍
光のそれぞれの光電変換を行って電気信号を出力する。
次に、増幅器が、光電変換部からの電気信号を増幅し泳
動パターンから蛍光の電気信号を出力すると、演算部
が、蛍光の２つの波長成分の電気信号の差分を取る。In the fluorescent pattern reading apparatus of the present invention having such features, the glass support plate supports the gel in which the sample labeled with the fluorescent substance is developed in the migration pattern, and the gel is passed through the glass support plate. Irradiation light from a light source is applied to excite the fluorescent substance of the migration pattern in the middle. In that case, a light irradiation mechanism scans the surface of the gel by irradiating the surface of the gel with irradiation light from the light source perpendicularly to the glass support plate. For this reason, the scattered light from the glass support plate by the irradiation light is extremely reduced. The light receiving unit sets the light receiving surface in a direction different from the optical axis of the irradiation light by the light irradiation mechanism, and separates and receives the fluorescence of the migration pattern from the scattered light of the glass support plate. The fluorescent light received by the light receiving unit is separated by the optical filter unit into two wavelength characteristics, and the photoelectric conversion unit performs photoelectric conversion of the two wavelength components of the fluorescent light separated by the optical filter unit. Is output.
Next, when the amplifier amplifies the electric signal from the photoelectric conversion unit and outputs a fluorescent electric signal from the migration pattern, the arithmetic unit obtains a difference between the electric signals of the two wavelength components of the fluorescent light.
【００２５】このようにして、試料に電気泳動を行い、
展開した泳動パターンに対して、試料を標識している蛍
光物質を励起して蛍光を発光させ、発光した蛍光パター
ンを２種類の波長特性で読み取る。この２種類の波長特
性の１つの波長特性で発光する蛍光パターンを読み取
り、同時に、他の波長特性でノイズ成分の読み取りを行
う。このノイズ成分を読み取る波長特性は、好ましく
は、蛍光波長の波長特性よりも励起波長側に近い波長特
性で読み取るのが良い。そして、２つの波長特性で読み
取った蛍光パターンデータを得た後に、線形演算法によ
り２種類の蛍光パターンデータ間の差分演算を行う。こ
れにより、読み取りの際のノイズをキャンセルした蛍光
パターンデータを得ることができる。Thus, the sample is subjected to electrophoresis,
With respect to the developed electrophoretic pattern, a fluorescent substance that labels the sample is excited to emit fluorescence, and the emitted fluorescent pattern is read with two types of wavelength characteristics. The fluorescent pattern that emits light with one of the two wavelength characteristics is read, and at the same time, the noise component is read with the other wavelength characteristics. The wavelength characteristic for reading the noise component is preferably read with a wavelength characteristic closer to the excitation wavelength side than the wavelength characteristic of the fluorescence wavelength. Then, after obtaining the fluorescent pattern data read by the two wavelength characteristics, a difference operation between the two types of fluorescent pattern data is performed by a linear operation method. As a result, it is possible to obtain fluorescent pattern data in which noise during reading has been canceled.
【００２６】これにより、泳動パターンの蛍光物質が発
光する蛍光成分と、ノイズ成分との差分がとられて、蛍
光パターンの読み取り出力が得られるので、ノイズ成分
をキャンセルすることができる。つまり、電気泳動を行
ったポリアクリルアミドなどのゲルを両側から挾んで支
えるガラス支持板の間に入り込んだ空気の泡や、蛍光標
識したプローブでのブロッティングを行った薄膜フィル
タに含侵させる液体の侵み込みムラや、薄膜フィルタ表
面に付着した物質や、ガラス支持板の間に入り込んだ空
気の泡によるノイズをキャンセルすることができる。ま
た、光照射機構によって、照射光は、ゲルの面を形成す
るガラス支持板に対して垂直に照射するようにしてゲル
の面を走査するので、ガラス支持板からの散乱光が非常
に少なくなり、バックグラウンドノイズ成分の信号を低
減できる。このため、蛍光パターンの読み取りにおい
て、Ｓ／Ｎ比を向上させることができる。As a result, the difference between the fluorescence component emitted by the fluorescent substance of the electrophoresis pattern and the noise component is obtained, and the read output of the fluorescence pattern is obtained, so that the noise component can be canceled. In other words, air bubbles that enter between glass support plates that support the gel of polyacrylamide or the like subjected to electrophoresis from both sides, and liquid infiltration that impregnates a thin-film filter that has been blotted with a fluorescently labeled probe Noise due to unevenness, a substance attached to the surface of the thin film filter, or air bubbles entering between the glass support plates can be canceled. In addition, the light irradiation mechanism scans the surface of the gel by irradiating the irradiation light perpendicularly to the glass support plate forming the surface of the gel, so that the scattered light from the glass support plate is extremely reduced. And the signal of the background noise component can be reduced. Therefore, in reading the fluorescent pattern, the S / N ratio can be improved.
【００２７】[0027]
【発明の実施の形態】以下、本発明を実施する場合の形
態について、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蛍光パターン読み取り
装置の全体構成を説明する概略図である。図１におい
て、１は電気泳動ユニット、２ａは電気泳動のための第
１電極、２ｂは電気泳動のための第２電極、３は電気泳
動用の電極の支持板、４は電気泳動用電源装置、５は泳
動部ユニット、６は読み取りユニット、７は計測部本
体、８はデータ処理装置、９はイメージプリンタであ
る。Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating the overall configuration of a fluorescent pattern reading device according to one embodiment of the present invention. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes an electrophoresis unit, 2a denotes a first electrode for electrophoresis, 2b denotes a second electrode for electrophoresis, 3 denotes a support plate for electrodes for electrophoresis, and 4 denotes a power supply for electrophoresis. Reference numeral 5 denotes an electrophoresis unit, 6 denotes a reading unit, 7 denotes a measurement unit main body, 8 denotes a data processing device, and 9 denotes an image printer.
【００２８】図１に示すように、蛍光パターン読み取り
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、全体の装置を構成している。電気泳動ユニ
ット１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な
る泳動部ユニット５と、泳動部ユニット５が装着されて
当該泳動部ユニット（以下では泳動部と略称する）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、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から構成される。泳動部５は、前述
したように、電気泳動を行う試料を展開するベースとな
るポリアクリルアミドなどのゲルと、当該ゲルを両側か
ら挟んで支持するガラス板のゲル支持体（ガラス支持
板）とから構成される（前述した図２０（Ａ）および図
２０（Ｂ）参照）。As shown in FIG. 1, the fluorescent pattern reading apparatus constitutes the entire apparatus by separating the electrophoresis unit 1 and the reading unit 6 from each other. The electrophoresis unit 1 includes a migration section unit 5 including a gel serving as a base for performing electrophoresis and a gel support supporting the gel by sandwiching the gel with a glass plate or the like, and the migration section unit having the migration section unit 5 mounted thereon. A first electrode 2a and a second electrode 2b that apply an electrophoretic voltage to the
And a support plate 3 that supports the first electrode 2a and the second electrode 2b and also supports the electrophoresis section 5, and an electrophoresis power supply 4 that supplies an electrophoresis voltage. As described above, the electrophoresis section 5 includes a gel such as polyacrylamide as a base on which a sample to be subjected to electrophoresis is developed, and a gel support (glass support plate) of a glass plate that supports the gel with both sides sandwiched. (See FIGS. 20A and 20B described above).
【００２９】電気泳動ユニット１には、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ＤＮＡフ
ラグメントなどに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
動電圧が印加されて、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、電気泳動
ユニット１から取り外し、次に、読み取りユニット６に
装着し、電気泳動パターンの読み取りを行う。The electrophoresis unit 1 has the electrophoresis unit 5 mounted thereon, and a sample fragmented into a DNA fragment or the like to be electrophoresed is supplied from the upper part of the gel of the electrophoresis unit 5. Electrophoresis is performed by applying a migration voltage to the second electrode 2a and the second electrode 2b. After performing electrophoresis in the electrophoresis unit 1, the electrophoresis unit 5 is detached from the electrophoresis unit 1 and then mounted on the reading unit 6 to read an electrophoresis pattern.
【００３０】読み取りユニット６には、電気泳動ユニッ
ト１で電気泳動を行った泳動部５をそのままの状態で、
つまり、ゲルとその支持体のガラス支持板を共に装着
し、または泳動部５からゲルを取り出したゲルの状態
で、計測部本体７のガラス板の読み取り試料載置台の上
に置き、泳動パターンを読み取り、読み取った泳動パタ
ーンに対するデータ処理を行う。このため、読み取りユ
ニット６は、図１に示すように、計測部本体７を主要部
とし、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は、計測部本体７で読み取った電気泳動パ
ターンのイメージデータに対して、データ処理，イメー
ジ処理，判定処理などを行い、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
（ゲルおよびガラス支持板からなる泳動部ユニット）５
を装着して読み取る読取り台が、本体上部の蓋７ａの直
下に設けられている。In the reading unit 6, the electrophoresis unit 5 that has performed electrophoresis in the electrophoresis unit 1 is left as it is,
In other words, the gel and the glass support plate of the support are attached together, or the gel is taken out of the electrophoresis section 5 and placed on the reading sample mounting table of the glass plate of the measurement section main body 7 to change the electrophoresis pattern. Read and perform data processing on the read migration pattern. For this reason, as shown in FIG. 1, the reading unit 6 includes a measuring unit main body 7 as a main part, and a data processing device 8 and an image printer 9 and the like are added. The data processing device 8 and the image printer 9 perform data processing, image processing, determination processing, and the like on the image data of the electrophoresis pattern read by the measurement unit main body 7, process the read electrophoresis pattern data, and output the processed data. I do. An electrophoresis unit (electrophoresis unit unit composed of a gel and a glass support plate) 5 that has already performed electrophoresis in the electrophoresis unit 1 is provided in the measurement unit main body 7.
A reading table for reading by mounting is provided directly below the lid 7a in the upper part of the main body.
【００３１】電気泳動ユニット１から取り外した泳動部
５は、計測部本体７において、計測部本体上部の蓋７ａ
を開けて読み取り台に装着される。読取り台に泳動部５
の読み取り対象のゲルを装着した後、蓋７ａを閉じて、
計測部本体７の操作表示パネル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
点光源からの照射光の走査が開始され、装着した泳動部
５のゲルに励起光を照射し、蛍光物質を励起させ、これ
により発光した蛍光を受光して、蛍光物質の分布のパタ
ーンを計測する。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してデータ処理を行い、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により出力されて可視化され
る。このイメージプリンタでは、各試料に対して泳動パ
ターンを区別して、それぞれの泳動パターンを印刷す
る。The electrophoresis unit 5 removed from the electrophoresis unit 1 is attached to the lid 7a on the upper part of the measuring unit main body.
Is opened and attached to the reading table. Electrophoresis unit 5 on reading table
After attaching the gel to be read, the lid 7a is closed,
When the reading start switch on the operation display panel 7b of the measuring section main body 7 is pressed, the measuring section main body 7 starts reading the electrophoresis pattern of the gel of the migrating section 5. When the reading of the electrophoresis pattern is started, the scanning of the irradiation light from the point light source built in the measurement unit main body 7 is started, and the gel of the mounted electrophoresis unit 5 is irradiated with excitation light to excite the fluorescent substance, Thus, the emitted fluorescence is received, and the distribution pattern of the fluorescent substance is measured. The data processing device 8 performs data processing based on the read data measured by the measurement unit main body 7, and controls the measurement unit main body 7. The processed data is output and visualized by the image printer 9. In this image printer, the migration pattern is printed for each sample while distinguishing the migration pattern.
【００３２】図２は、計測部本体の主要部の構成を示す
ブロック図である。図３は、光照射機構および受光部の
構成を説明する斜視図であり、図４は、同じく光照射機
構および受光部の構成を説明する部分断面図である。ま
た、図５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。これらの図２〜図５を参照して、計
測部本体について説明する。FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the main part of the measuring section main body. FIG. 3 is a perspective view illustrating the configuration of the light irradiation mechanism and the light receiving unit. FIG. 4 is a partial cross-sectional view illustrating the configuration of the light irradiation mechanism and the light receiving unit. FIG. 5 is a diagram for explaining a mounting position of the electrophoresis unit mounted on the measurement unit main body. The measurement section main body will be described with reference to FIGS.
【００３３】蛍光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、前述したように、まず、電
気泳動ユニット１を用いて、蛍光色素（蛍光物質）によ
り標識した試料（ＤＮＡフラグメント）の電気泳動を行
う。約５時間位の所定時間の電気泳動の終了後、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支持板を外した状態で、図５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の上部に載置する。
そして、蓋７ａを閉じて、読み取りユニットへのセット
が完了する。なお、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、この段階
において、試料に対して、エチジウムブロマイド・モノ
マー，またはエチジウムブロマイド・ダイマーなどの蛍
光色素をつける染色処理を施す。また、このとき、ゲル
の乾燥等の処理も行うことも可能である。When performing electrophoretic analysis of a sample using a fluorescent pattern reader, as described above, first, the sample (DNA fragment) labeled with a fluorescent dye (fluorescent substance) using the electrophoresis unit 1 is used. Perform electrophoresis. After completion of the electrophoresis for a predetermined time of about 5 hours, the electrophoresis section 5 is detached from the electrophoresis unit 1. As shown in FIG. 5, the gel of the removed electrophoresis section 5 in the state of the electrophoresis section 5 as it is or with the glass support plate of the gel support removed, as shown in FIG. The lid 7a is opened and placed on the upper part of the reading table 7c inside.
Then, the cover 7a is closed, and the setting to the reading unit is completed. At this time, if the gel subjected to electrophoresis is a sample not labeled with a fluorescent dye, a fluorescent dye such as ethidium bromide monomer or ethidium bromide dimer is attached to the sample at this stage. A dyeing treatment is applied. At this time, it is also possible to perform processing such as drying of the gel.
【００３４】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操作の開始指
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、その状態を確認してデータ処理装置８
が計測部本体７の読み取りユニット部の動作を制御して
行う。この場合には、動作時の読み取り速度などのパラ
メータ設定を予めデータ処理装置８の側に登録しておく
ことにより、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される。Next, an operation for instructing the start of reading of the electrophoresis pattern is performed. The reading start operation is performed according to a start instruction of a pressing operation of a reading start switch of the operation display panel 7b or a reading start instruction from the data processing device 8. When the reading operation is started by the data processing device 8, the mounting state of the electrophoresis unit in the measuring unit main body 7 is sent to the data processing device 8 through a control signal line, and the state is confirmed.
Controls the operation of the reading unit of the measuring unit body 7. In this case, the parameter setting such as the reading speed at the time of operation is registered in the data processing device 8 in advance, so that the reading start operation is performed automatically, so that the burden on the switch operation of the operator is reduced. Is done.
【００３５】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
めプログラムされている所定の処理を行う。データ処理
した結果のデータは、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物質で標識
して電気泳動を行った放射性Ｘフィルム像と同様な画像
となる。また、必要に応じて、データ処理を行った結果
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。The read distribution data of the fluorescent dye is sent to the data processing device 8. The data processing device 8 performs predetermined processing that is programmed in advance, such as processing for detecting the peak of the fluorescence intensity and processing for obtaining the migration distance. The data resulting from the data processing is transferred to an image printer 9 as necessary.
Thus, the fluorescence intensity is printed out as a gray-scale image, or the fluorescence intensity is printed out as an image in which the fluorescence intensity is divided into contour lines or colors or densities. An image printed and output as a grayscale image corresponding to the fluorescence intensity is an image similar to a radioactive X film image obtained by labeling with a conventionally used radioactive substance and performing electrophoresis. If necessary, the data resulting from the data processing is stored as digital data in a magnetic or optical recording device.
【００３６】図２に示すように、計測部本体において、
光源４１から発光された照射光となるレーザビーム３１
は、振動ミラー４２に照射される。振動ミラー４２は、
ミラードライバ３０によって駆動されるステッピングモ
ータ４３に固定されており、振動ミラー４２の回転振動
により、光源からの照射光を、図の表裏方向にスキャン
し、平板状ミラー４４に対しその中心線を走査ラインと
して照射する。As shown in FIG. 2, in the measuring section main body,
The laser beam 31 which becomes the irradiation light emitted from the light source 41
Is applied to the vibrating mirror 42. The vibration mirror 42
It is fixed to a stepping motor 43 driven by the mirror driver 30, and scans irradiation light from a light source in the front and back directions in the figure by the rotational vibration of the vibrating mirror 42, and scans the center line of the flat mirror 44. Irradiate as a line.
【００３７】平板状ミラー４４は、アクチュエータ４５
に固定されており、アクチュエータ４５の駆動制御によ
って、その反射角が制御される。平板状ミラー４４の中
心線上を走査ラインとして走査された照射光は、平板状
ミラー４４による制御された反射角で反射され、スリッ
ト４６の間隙を通るようになり、泳動部５のゲルの面の
走査ラインに沿って照射される。スリット４６の間隙
は、泳動部５のゲル面の走査ラインに沿って、泳動部５
のゲルを支持するガラス支持板に対して垂直になるよう
に設けられている。この平板状ミラー４４およびスリッ
ト４６により、泳動部５のガラス支持板に対して照射光
が垂直に入射するように、走査ラインに沿って照射され
る。The flat mirror 44 includes an actuator 45
, And the reflection angle thereof is controlled by the drive control of the actuator 45. The irradiation light scanned on the center line of the flat mirror 44 as a scanning line is reflected at a controlled reflection angle by the flat mirror 44, passes through the gap of the slit 46, and passes through the gap of the gel of the electrophoresis section 5. Illuminated along the scan line. The gap between the slits 46 extends along the scanning line on the gel surface of the
Is provided so as to be perpendicular to the glass supporting plate supporting the gel. The flat mirror 44 and the slit 46 irradiate the irradiation light along the scanning line so that the irradiation light is perpendicularly incident on the glass support plate of the electrophoresis unit 5.
【００３８】このようにして、読み取り対象の泳動部５
のゲルに照射光が走査されて照射される。振動ミラー４
２によりスキャンされ、平板状ミラー４４により反射さ
れ、スリット４６の間隙を通過したレーザビーム３１の
スポット光は、走査され移動しながら、泳動部５のゲル
を厚み方向に照射される。これにより、スキャンされた
レーザビーム３１のスポット光が照射された泳動部５の
ゲルからは、蛍光１３が発する。この場合、レーザビー
ム３１の照射光は、泳動部５のゲルのガラス支持板に対
して垂直に照射されるようになっており、ゲルの照射面
およびガラス支持板の照射面からの散乱光は、非常に少
なくなっている。Thus, the electrophoresis section 5 to be read is read.
Irradiation light is scanned and irradiated on the gel. Vibrating mirror 4
2, the spot light of the laser beam 31 reflected by the flat mirror 44 and passed through the gap between the slits 46 irradiates the gel of the electrophoresis section 5 in the thickness direction while scanning and moving. Thereby, the fluorescence 13 is emitted from the gel of the migrating unit 5 irradiated with the spot light of the scanned laser beam 31. In this case, the irradiation light of the laser beam 31 is applied perpendicularly to the glass support plate of the gel of the electrophoresis unit 5, and the scattered light from the irradiation surface of the gel and the irradiation surface of the glass support plate is , Is very low.
【００３９】ゲルから発した蛍光は、集光器２３を通し
て受光される。集光器２３は、詳細は後述するが、蛍光
１３を受光するため受光経路の光軸が、泳動部５のゲル
のガラス支持板に対して垂直に照射されるスポット光の
光軸とは異なるように構成される。また、蛍光を受光す
る光学経路の空間的位置関係の構成から散乱光を避け
て、泳動部５の照射面から発する散乱光からの検出感度
を高めて、蛍光１３を受光する。集光器２３により受光
した光は、光電変換部２４により電気信号に変換され
る。The fluorescence emitted from the gel is received through the light collector 23. Although the details will be described later, the optical axis of the light receiving path of the light collector 23 for receiving the fluorescent light 13 is different from the optical axis of the spot light which is vertically irradiated on the glass support plate of the gel of the electrophoresis unit 5. It is configured as follows. Also, the scattered light is avoided due to the spatial positional relationship of the optical path for receiving the fluorescent light, the detection sensitivity for the scattered light emitted from the irradiation surface of the electrophoresis unit 5 is increased, and the fluorescent light 13 is received. The light received by the condenser 23 is converted into an electric signal by the photoelectric conversion unit 24.
【００４０】光電変換部２４は、第１光電変器２４Ａと
第２光電変換器２４Ｂとの２系統の２つの光電変換器に
よって構成される。第１光電変器２４Ａおよび第２光電
変換器２４Ｂは、それぞれに検出する波長特性が異なる
光学フィルタを備えており、第１光電変器２４Ａは、蛍
光波長成分を検出する波長特性の光学フィルタにより蛍
長波長成分の光を検出する。また、第２光電変器２４Ｂ
は、蛍光波長よりも励起波長側に近い波長特性をもつ波
長特性の光学フィルタによりノイズ波長成分の光を検出
する。第１光電変器２４Ａおよび第２光電変換器２４Ｂ
からの各々の電気信号は、演算部３３に供給され、演算
部３３で２つの電気信号の差分演算がなされ、更に、増
幅器２５により増幅される。また、ゲルを透過したレー
ザビーム３１が迷光として悪影響を与えないように、泳
動部５のレーザビーム３１の照射面と反対側には、光ト
ラップ３２が設けられている。The photoelectric converter 24 includes two photoelectric converters of two systems, a first photoelectric converter 24A and a second photoelectric converter 24B. The first photoelectric converter 24A and the second photoelectric converter 24B each include an optical filter having a different wavelength characteristic to be detected. The first photoelectric converter 24A includes an optical filter having a wavelength characteristic to detect a fluorescent wavelength component. Detects the long-wavelength component light. Also, the second photoelectric transformer 24B
Detects light of a noise wavelength component by an optical filter having a wavelength characteristic having a wavelength characteristic closer to the excitation wavelength side than the fluorescence wavelength. First photoelectric converter 24A and second photoelectric converter 24B
Are supplied to the calculation unit 33, the difference calculation between the two electric signals is performed by the calculation unit 33, and the difference is further amplified by the amplifier 25. An optical trap 32 is provided on the electrophoresis section 5 on the side opposite to the irradiation surface of the laser beam 31 so that the laser beam 31 transmitted through the gel does not adversely affect the stray light.
【００４１】このように、集光器２３，光電変換部２
４，演算部３３を通して、検出する蛍光１３の受光感度
を高くして受光し、更に、受光した蛍光１３を蛍光波長
成分とノイズ波長成分に分けて光電変換して２つの電気
信号に変換した後、変換した２つの電気信号の差分をと
って、差分をとった後の電気信号を増幅器２５に入力す
る。増幅器２５において増幅された電気信号は、アナロ
グ・ディジタル変換回路２６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
光パターンの検出信号はメモリ２８に記憶され、メモリ
２８に記憶されたデータが、インタフェース制御回路２
９を通してデータ処理装置８に送られる。なお、このよ
うな一連の信号処理の制御は制御回路２７が行う。As described above, the condenser 23 and the photoelectric conversion unit 2
4, after receiving the fluorescent light 13 to be detected through the arithmetic unit 33 with a high light receiving sensitivity, further dividing the received fluorescent light 13 into a fluorescent wavelength component and a noise wavelength component and photoelectrically converting the fluorescent light 13 into two electric signals. Then, the difference between the two converted electric signals is obtained, and the electric signal after the difference is obtained is input to the amplifier 25. The electric signal amplified by the amplifier 25 is input to an analog / digital conversion circuit 26 and converted into digital data. The detection signal of the fluorescent pattern converted into the digital data is stored in the memory 28, and the data stored in the memory 28 is stored in the interface control circuit 2
9 to the data processing device 8. Note that the control circuit 27 controls such a series of signal processing.
【００４２】図３および図４に詳細に示すように、計測
部本体における光照射機構および受光部では、光源４１
から発射されたされたレーザビームは（当該光源４１が
配置される位置に応じて必要な場合に設けられる）反射
ミラー４１ａによって、光軸の方向を変えて、振動ミラ
ー４２に照射される。振動ミラー４２は、ステッピング
モータにより回転振動され、照射光のレーザビームを平
板状ミラー４４に対してスキャンする。振動ミラー４２
によりスキャンされた照射光は、平板状ミラー４４の中
心線を走査ラインとして入射され、平板状ミラー４４に
より方向を変えて、スリット４６の間隙を通過して、読
み取り対象の泳動部５のゲルの面に対して垂直に照射さ
れる。この場合、レーザビームの照射光は、ゲルを支持
するガラス支持板に対して垂直に照射されており、ガラ
ス支持板の表面からの散乱光は、非常に少ないものとな
る。As shown in detail in FIGS. 3 and 4, the light irradiating mechanism and the light receiving section of the measuring section main body have a light source 41.
The laser beam emitted from the irradiating mirror 42 is provided to the vibrating mirror 42 by changing the direction of the optical axis by a reflecting mirror 41a (provided when necessary according to the position where the light source 41 is arranged). The vibrating mirror 42 is rotated and vibrated by a stepping motor, and scans the flat mirror 44 with a laser beam of irradiation light. Vibrating mirror 42
Is irradiated with the center line of the flat mirror 44 as a scanning line, changes its direction by the flat mirror 44, passes through the gap of the slit 46, and scans the gel of the electrophoresis section 5 to be read. Irradiated perpendicular to the plane. In this case, the irradiation light of the laser beam is applied perpendicularly to the glass support plate supporting the gel, and the scattered light from the surface of the glass support plate is extremely small.
【００４３】この結果、振動ミラー４２によってスキャ
ンされたレーザビームのスポット光は、移動しながら、
スリット４６の間を通って、泳動部５のゲルの厚み方向
に、つまり、ゲルの面を形成するガラス支持板に対して
垂直に照射される。これにより、スキャンされたレーザ
ビームのスポット光が照射された泳動部５のゲルから
は、蛍光１３が発する。ゲルから発した蛍光は、受光口
が走査ラインに沿って並べられている光ファイバの集合
体で構成される集光器２３を通して受光される。集光器
２３は、詳細は後述するが、蛍光１３を受光するため受
光口の受光経路の光軸が泳動部５を照射する照射光の光
軸とは異なるように配置されており、受光する光学経路
の空間的位置関係から、ゲルの面から発生する散乱光を
分離して、泳動部５の照射面からの蛍光の検出感度を高
めて、蛍光１３を受光する。集光器２３により受光した
光は、光電変換部２４により電気信号に変換される。As a result, the spot light of the laser beam scanned by the vibrating mirror 42 moves while moving.
Irradiation is performed in the thickness direction of the gel of the electrophoresis section 5 through the gap between the slits 46, that is, perpendicularly to the glass support plate forming the surface of the gel. As a result, the fluorescence 13 is emitted from the gel of the migrating unit 5 irradiated with the spot light of the scanned laser beam. The fluorescent light emitted from the gel is received through a light collector 23 composed of a collection of optical fibers whose light receiving ports are arranged along a scanning line. Although the details will be described later, the light collector 23 is arranged so that the optical axis of the light receiving path of the light receiving port for receiving the fluorescent light 13 is different from the optical axis of the irradiation light that irradiates the electrophoresis unit 5 and receives the light. The scattered light generated from the surface of the gel is separated from the spatial positional relationship of the optical path, the sensitivity of detecting the fluorescence from the irradiation surface of the electrophoresis unit 5 is increased, and the fluorescence 13 is received. The light received by the condenser 23 is converted into an electric signal by the photoelectric conversion unit 24.
【００４４】次に、このような構成の電気泳動パターン
読み取り装置の計測部本体におけるの各部の構成および
動作を詳細に説明する。図６は、振動ミラーおよび平板
状ミラーを用いてゲル面をレーザビームでスキャンする
光走査機構を説明する図であり、また、図７は振動ミラ
ーの回転角とレーザビームのスポット光の移動距離の関
係を説明する図である。Next, the configuration and operation of each unit in the measuring unit main body of the electrophoresis pattern reading apparatus having such a configuration will be described in detail. FIG. 6 is a view for explaining an optical scanning mechanism for scanning a gel surface with a laser beam using a vibrating mirror and a flat mirror, and FIG. 7 is a view showing a rotation angle of the vibrating mirror and a moving distance of a spot light of the laser beam. FIG.
【００４５】計測部本体の光走査機構においては、光源
４１，反射ミラー４１ａ，振動ミラー４２，平板状ミラ
ー４４，および、スリット４６の配置関係が、図３およ
び図４に示すような位置関係にあり、光源から発光され
たレーザビーム３１は、これらの光学部品を経ること
で、ゲル５ａを挟んで支持する平面状のガラス支持板５
ｂ，５ｃの照射光が照射される面に対して垂直に加えら
れる。In the optical scanning mechanism of the measuring section main body, the arrangement relationship of the light source 41, the reflection mirror 41a, the vibration mirror 42, the flat mirror 44, and the slit 46 is as shown in FIGS. The laser beam 31 emitted from the light source passes through these optical components, so that the flat glass support plate 5 supporting the gel 5a therebetween is supported.
The irradiation light of b, 5c is applied perpendicular to the surface to be irradiated.
【００４６】この場合、ガラス支持板５ｃの面に対して
垂直に、つまり、ゲルの平面に対して主走査方向および
副走査方向ともに垂直にレーザビームが照射されること
で、散乱光の発生が押さえられて、有効に励起のための
光成分がゲルに加えられるため、Ｓ／Ｎ比が良くなる。In this case, the laser beam is irradiated perpendicularly to the surface of the glass support plate 5c, that is, perpendicularly to the plane of the gel in both the main scanning direction and the sub-scanning direction. Since the light component for excitation is effectively added to the gel by being suppressed, the S / N ratio is improved.
【００４７】また、例えば、振動ミラー４２がミラード
ライバ３０により等角速度で振動するように駆動された
場合には、泳動部５においては、両端部での光スポット
の移動速度が中央部（Ｘ＝０）の付近よりも速くなる。
そのため、泳動部５の試料から検出される蛍光の検出感
度は、中央部と端部とでは差が生ずることになる。この
ため、この実施例では、泳動部５のゲル上でレーザのス
ポット光の移動速度が等速となるように、振動ミラーを
駆動する速度を補正制御する。すなわち、図６に示すよ
うに、スポット光の位置Ｘに対するミラーの角度θの関
係となり、振動ミラーの回転中心と泳動部５の中央部と
の距離Ｚを用いると、ミラー角度θは次式で表される。 θ＝arctan（Ｘ／Ｚ） ここで、Ｚは振動ミラー２２の回転中心から泳動部５の
ゲルまでの距離であり、Ｘは振動ミラー２２の回転中心
から泳動部５のゲルの面に垂線を下ろした点を原点とす
るゲルの面方向の距離である。Further, for example, when the oscillating mirror 42 is driven by the mirror driver 30 so as to vibrate at a constant angular velocity, the moving speed of the light spot at both ends of the electrophoresis unit 5 is reduced to the central part (X = It becomes faster than near 0).
Therefore, the detection sensitivity of the fluorescence detected from the sample of the electrophoresis unit 5 is different between the center and the end. For this reason, in this embodiment, the speed at which the vibrating mirror is driven is corrected and controlled so that the moving speed of the laser spot light on the gel of the electrophoresis unit 5 becomes constant. That is, as shown in FIG. 6, the relationship between the position X of the spot light and the angle θ of the mirror is obtained. When the distance Z between the center of rotation of the vibrating mirror and the center of the electrophoresis unit 5 is used, the mirror angle θ is expressed by the following equation. expressed. θ = arctan (X / Z) where Z is the distance from the rotation center of the vibrating mirror 22 to the gel of the migrating unit 5, and X is the perpendicular from the rotation center of the vibrating mirror 22 to the gel surface of the migrating unit 5. This is the distance in the plane direction of the gel with the lowered point as the origin.
【００４８】また、この種の光走査機構における回転角
と移動距離との間の関係を補正する方法としては、ｆθ
レンズを用いる方法があるが、ｆθレンズは高価であ
り、ｆθレンズを装着するため装置が重くなるので、こ
こでは、光走査機構の振動ミラー回転角と移動距離との
間の補正を、ミラードライバ３０に振動ミラー２２の回
転角速度を可変制御する制御回路を備え、振動ミラー２
２の回転駆動速度を補正制御することにより行う。As a method for correcting the relationship between the rotation angle and the moving distance in this type of optical scanning mechanism, fθ
Although there is a method using a lens, the fθ lens is expensive and the apparatus becomes heavy because the fθ lens is mounted. Therefore, here, the correction between the rotation angle of the vibration mirror and the moving distance of the optical scanning mechanism is performed by a mirror driver. 30 is provided with a control circuit for variably controlling the rotational angular velocity of the vibrating mirror 22;
This is performed by correcting and controlling the rotational drive speed of No. 2.
【００４９】図８は、振動ミラーを回転駆動制御するミ
ラードライバの制御回路の要部構成を示すブロック図で
ある。振動ミラーのアクチュエータとしては直線モータ
を用いており、振動ミラーの回転角制御は、回転角対応
に比例した電圧を印加することによって制御する。ゲル
の照射面においてレーザビームのスポット光が等速で移
動するためには、照射面の距離Ｘと時間ｔが比例関係と
なるように制御すればよい。振動ミラーの回転角θとス
ポット光の移動距離Ｘとの関係は、図７に示すような関
係となっているので、図７のグラフの横軸を時間軸、縦
軸を電圧軸に対応させた電圧波形の信号を発生させ、こ
れを振動ミラーを駆動する駆動制御信号とする。このよ
うな駆動制御信号の発生は、ミラードライバ３０におけ
る制御回路の起動により行い、発生した駆動制御信号を
振動ミラー２２のアクチュエータに供給して、振動ミラ
ー４２の駆動制御を行う。FIG. 8 is a block diagram showing a main configuration of a control circuit of a mirror driver for controlling the rotational driving of the vibrating mirror. A linear motor is used as the actuator of the oscillating mirror, and the rotation angle of the oscillating mirror is controlled by applying a voltage proportional to the rotation angle. In order for the spot light of the laser beam to move at a constant speed on the irradiation surface of the gel, the distance X of the irradiation surface and the time t may be controlled so as to be in a proportional relationship. Since the relationship between the rotation angle θ of the vibrating mirror and the moving distance X of the spot light is as shown in FIG. 7, the horizontal axis of the graph in FIG. 7 corresponds to the time axis, and the vertical axis corresponds to the voltage axis. A signal having the generated voltage waveform is generated, and this is used as a drive control signal for driving the vibrating mirror. The generation of such a drive control signal is performed by activating a control circuit in the mirror driver 30, and the generated drive control signal is supplied to the actuator of the vibration mirror 22 to control the drive of the vibration mirror 42.
【００５０】ミラードライバ３０は、図８に示すよう
に、関数波形を記憶した読み出し専用メモリ３０ａと、
読み出した関数データを電圧信号に変換するデジタル・
アナログ変換回路３０ｂと、変換された電圧信号を増幅
して駆動制御信号として出力するドライバ３０ｃと、メ
モリに対し時系列的に読み出しアドレスを与えるカウン
タ３０ｄと、カウンタにクロック信号を与える発振回路
３０ｅとから構成されている。As shown in FIG. 8, the mirror driver 30 includes a read-only memory 30a storing function waveforms,
A digital converter that converts the read function data into a voltage signal
An analog conversion circuit 30b, a driver 30c for amplifying the converted voltage signal and outputting it as a drive control signal, a counter 30d for providing a read address to the memory in time series, and an oscillation circuit 30e for providing a clock signal to the counter. It is composed of
【００５１】計測部本体の制御回路２７からの指示によ
り、発振回路３０ｅが動作し、発振回路３０ｅからのク
ロック信号がカウンタ３０ｄに入力され、カウンタ３０
ｄはクロック信号をカウントし、読み出し専用メモリ３
０ａに供給する読み出しアドレスを時系列的に発生す
る。カウンタ３０ｄから順次に発生される読み出しアド
レスが時系列的に読み出し専用メモリ３０ａに供給され
ると、読み出し専用メモリ３０ａからは予め記憶されて
いる関数データが順次に読み出される。読み出し専用メ
モリ３０ａには、予め振動ミラーの回転角に関する関数
データ（図７）が書き込んであり、このような関数デー
タが時系列的に読み出される。この例では関数データの
ビット数は、１２ビットとしている。読み出された関数
データは、ディジタル・アナログ変換回路３０ｂにおい
て振動ミラーの回転角を制御するアナログ信号の電圧信
号に変換される。この電圧信号は、ドライバ３０ｃにお
いてステップ状のノイズをフィルタリングで除去し、更
に電力増幅して、駆動制御信号として、振動ミラー２２
に供給される。これにより、泳動部におけるレーザビー
ムのスポット光の移動速度（スキャン速度）が一定とな
るような所望の回転角速度で振動ミラーを振動させるこ
とができる。The oscillating circuit 30e operates according to an instruction from the control circuit 27 of the measuring section main body, and a clock signal from the oscillating circuit 30e is input to the counter 30d.
d counts the clock signal, and the read only memory 3
A read address to be supplied to 0a is generated in time series. When the read addresses sequentially generated from the counter 30d are supplied in time series to the read-only memory 30a, function data stored in advance is sequentially read from the read-only memory 30a. Function data (FIG. 7) relating to the rotation angle of the oscillating mirror is written in advance in the read-only memory 30a, and such function data is read out in a time-series manner. In this example, the number of bits of the function data is 12 bits. The read function data is converted into a voltage signal of an analog signal for controlling the rotation angle of the oscillating mirror in the digital / analog conversion circuit 30b. This voltage signal removes step-like noise by filtering in the driver 30c, further amplifies the power, and provides a drive control signal as a drive control signal.
Supplied to Thus, the vibrating mirror can be vibrated at a desired rotation angular velocity such that the moving speed (scan speed) of the spot light of the laser beam in the electrophoresis unit is constant.
【００５２】また、ここでのスキャン速度は、対数的に
ほぼ等分となるように0.5Hz，1Hz，2Hz，5Hz，10Hz，20
Hz，50Hz，100Hz，および200Hzの各速度で可変できるよ
うにな構成となっている。これは、電気泳動する試料に
標識した蛍光物質の量や蛍光物質の量子効率の差に応じ
て、読み取り速度を変えられるようにし、効率的に読み
取りを行うためである。スキャン速度の指定は、操作表
示パネル７ｂまたはデータ処理装置８から指定する。制
御回路２７からミラードライバ３０に対し、スキャン速
度の指示データが送られると、カウンタ３０ｄおよび発
振回路３０ｅを制御して、所望のスキャン速度で振動ミ
ラー２２を駆動させる。The scan speed here is 0.5 Hz, 1 Hz, 2 Hz, 5 Hz, 10 Hz, 20 Hz so as to be approximately logarithmically equal.
The configuration is such that it can be varied at each speed of Hz, 50 Hz, 100 Hz, and 200 Hz. This is because the reading speed can be changed in accordance with the amount of the fluorescent substance labeled on the sample to be electrophoresed or the difference in the quantum efficiency of the fluorescent substance, so that the reading can be performed efficiently. The scan speed is specified from the operation display panel 7b or the data processing device 8. When the scan speed instruction data is sent from the control circuit 27 to the mirror driver 30, the counter 30d and the oscillation circuit 30e are controlled to drive the vibrating mirror 22 at a desired scan speed.
【００５３】このようにして、振動ミラー２２の駆動制
御により、光源４１からのレーザビームが振動ミラー４
２によりスキャンされ、平板状ミラー４４により方向を
変えて、泳動部５においては一定速度で移動するスポッ
ト光として照射される。これにより、レーザ光の照射光
により照射された部分にある泳動部５のゲルの蛍光物質
が励起され、蛍光１３を発する。In this manner, by controlling the driving of the vibrating mirror 22, the laser beam from the light source 41 is
2, the direction is changed by the flat mirror 44, and the light is emitted as spot light that moves at a constant speed in the electrophoresis unit 5. As a result, the fluorescent substance of the gel of the electrophoresis section 5 in the portion irradiated with the irradiation light of the laser light is excited, and emits fluorescence 13.
【００５４】図９および図１０は、ゲルから発生する蛍
光を受光するための集光器および光電変換部の要部の構
成を光路を中心に示す図である。前述したように、泳動
部のゲル５ａは、ガラスのゲル支持体５ｂ，５ｃに挾ま
れて支持されている。ゲル支持体５ｂ，５ｃとしては、
この実施例の泳動部５では、ゲル支持体５ｂ，５ｃに蛍
光の比較的少ない硼硅酸塩ガラスを使用している。この
他にゲル支持体５ｂ，５ｃとしては、石英ガラスや各種
光学ガラスなどが利用できる。FIG. 9 and FIG. 10 are views showing the configuration of the main part of the light collector and the photoelectric conversion unit for receiving the fluorescence generated from the gel, centering on the optical path. As described above, the gel 5a of the electrophoresis section is supported by being sandwiched between the glass gel supports 5b and 5c. As the gel supports 5b and 5c,
In the electrophoresis section 5 of this embodiment, borosilicate glass having relatively low fluorescence is used for the gel supports 5b and 5c. In addition, as the gel supports 5b and 5c, quartz glass or various optical glasses can be used.
【００５５】動作を説明すると、泳動部５において、図
９に示すように、スキャンされ移動するレーザビーム３
１が、ゲル中の蛍光物質を励起するための励起光として
照射される。レーザビーム３１の光はゲル支持体の５ｃ
のガラス板，ゲル５ａおよびゲル支持体５ｂのガラス板
を厚み方向に（面に垂直に）透過し、ゲル５ａに到達す
る。ゲル５ａにおいてはその厚み方向にレーザビーム３
１の光が進行する。ゲル支持板５ｂ，５ｃおよびゲル５
ａの厚みは、それぞれ約５mmおよび約０.３５mmとなっ
ており、ゲル支持板５ｂ，５ｃおよびゲル５ａの厚み方
向に照射されるレーザビーム３１の光は、泳動部５のど
の位置においてもゲルに到達する光の強度は概ね等し
い。また、ゲル５ａおよびゲル支持体５ｂ，５ｃの光入
射面で発生する光散乱によるレーザビーム３１の広が
り，強度減少も、厚み方向に面に対し垂直に（ゲルの面
に対して主走査方向および副走査方向ともに垂直に）励
起光を入射しているため、大幅に少なくなる。なお、ゲ
ル５ａを透過したレーザビーム３１は、迷光として悪影
響を与えないように光トラップ３２に入り減衰させられ
る。The operation will now be described. In the electrophoresis section 5, as shown in FIG.
1 is irradiated as excitation light for exciting the fluorescent substance in the gel. The light of the laser beam 31 is 5c of the gel support.
Through the glass plate, the gel 5a and the glass plate of the gel support 5b in the thickness direction (perpendicular to the plane), and reaches the gel 5a. In the gel 5a, the laser beam 3
One light travels. Gel support plates 5b, 5c and gel 5
a are about 5 mm and about 0.35 mm, respectively. The light of the laser beam 31 irradiated in the thickness direction of the gel support plates 5 b, 5 c and the gel 5 a is applied to the gel at any position of the electrophoresis section 5. Are approximately equal in intensity. In addition, the spread and intensity reduction of the laser beam 31 due to light scattering generated on the light incident surfaces of the gel 5a and the gel supports 5b and 5c are also perpendicular to the thickness direction (in the main scanning direction and the gel surface). Since the excitation light is incident (perpendicularly in the sub-scanning direction), the amount of light is greatly reduced. The laser beam 31 that has passed through the gel 5a enters the optical trap 32 and is attenuated so as not to adversely affect as stray light.
【００５６】このように、レーザビーム３１がスキャン
されることによって、励起光がゲル５ａに照射され、こ
の励起光の光照射によりゲル５ａ内から発生する蛍光
は、励起光自体による散乱光などと共に集光器２３で集
光して、次段の光電変換部に導入される。ゲル支持体５
ｂ，５ｃにおいて発生する散乱光は、光学経路を、図９
に示すように構成することにより、受光経路の空間的位
置関係により幾何光学的に分離され、ゲルからの蛍光の
みが取り出されて光電変換部２４に送られる。光電変換
部２４においては、ゲル内において発生する散乱光と蛍
光とが更に特定波長のみを通過させる光学フィルタを用
いて分離され、光電子増倍管により微弱な蛍光が電気信
号に変換される。ここでの集光器２３の光学経路の構成
は、図９に示すように、光入射口を１つにまとめた２つ
の光ファイバアレイ２３ｂ，２３ｃにより、受光した蛍
光を２つに分離して、後段の２つの光電変換器２４Ａ，
２４Ｂに供給される。As described above, the scanning of the laser beam 31 irradiates the gel 5a with the excitation light, and the fluorescent light generated from inside the gel 5a by the irradiation of the excitation light together with the scattered light by the excitation light itself. The light is condensed by the light collector 23 and is introduced into the next-stage photoelectric conversion unit. Gel support 5
The scattered light generated at b and 5c travels along the optical path in FIG.
As a result, the light is separated geometrically by the spatial positional relationship of the light receiving paths, and only the fluorescence from the gel is extracted and sent to the photoelectric conversion unit 24. In the photoelectric conversion unit 24, the scattered light and the fluorescence generated in the gel are further separated using an optical filter that passes only a specific wavelength, and the weak fluorescence is converted into an electric signal by the photomultiplier. As shown in FIG. 9, the configuration of the optical path of the condenser 23 is such that the received fluorescence is separated into two by two optical fiber arrays 23b and 23c in which the light entrances are integrated. , The following two photoelectric converters 24A,
24B.
【００５７】集光器２３および光電変換部２４における
光学系の構成を図９および図１０により説明すると、集
光器２３は、図９に示すように、泳動部５のゲル５ａか
らの蛍光およびゲル支持体５ｂ，５ｃから発生する励起
光の散乱光を、シリンドリカルレンズ２３ａで受けて集
光するように光学経路が構成されている。泳動部５から
の蛍光１３およびゲル支持体５ｂ，５ｃから発生する励
起光の散乱光は、シリンドリカルレンズ２３ａに到達し
て、散乱光および蛍光が、図示するように、シリンドリ
カルレンズ２３ａによりその反対側において結像する。
図中のＡ点は、ゲル５ａからの蛍光およびゲル５ａから
発生する励起光の散乱光に対する焦点である。また、ゲ
ル支持体５ｂ，５ｃの光入射面の表面において発生する
励起光の散乱光の場合、例えば、ゲル支持体５ｃの表面
からの散乱光の場合、図中のＡ′点に結像する。ここで
光ファイバアレイ２３ｂは、光の入射口をゲル５ａから
の蛍光のみを受光するように、その結像点Ａの位置に配
設することで、受光経路の空間的位置関係により幾何光
学的に、蛍光をゲル支持体から発生する散乱光と分離す
る。励起光を厚み方向に照射する方法は、ゲルとゲル支
持体であるガラスとの屈折率が１.４〜１.５前後と比較
的近いこと、およびゲルとゲル支持体のガラスの境界面
が非常に密着していることにより、この境界面において
発生する散乱光は非常に少ない。したがって、Ａ点で受
光する光は、ゲル５ａの表面において発生する励起光の
散乱光も少なくなっており、ゲル５ａの内部からの蛍光
のみが大きく受光される。The configuration of the optical system in the condenser 23 and the photoelectric conversion section 24 will be described with reference to FIGS. 9 and 10. As shown in FIG. The optical path is configured so that the scattered light of the excitation light generated from the gel supports 5b and 5c is received by the cylindrical lens 23a and collected. The fluorescent light 13 from the electrophoresis section 5 and the scattered light of the excitation light generated from the gel supports 5b and 5c reach the cylindrical lens 23a, and the scattered light and the fluorescent light are separated by the cylindrical lens 23a as shown in the drawing. An image is formed at.
Point A in the figure is the focus for the fluorescence from the gel 5a and the scattered light of the excitation light generated from the gel 5a. In the case of the scattered light of the excitation light generated on the surfaces of the light incident surfaces of the gel supports 5b and 5c, for example, in the case of the scattered light from the surface of the gel support 5c, an image is formed at point A 'in the figure. . Here, the optical fiber array 23b is disposed at the position of the image forming point A so that only the fluorescence from the gel 5a is received at the entrance of the light, so that the optical fiber array 23b has a geometrical optical relationship due to the spatial positional relationship of the light receiving path. Next, the fluorescence is separated from the scattered light generated from the gel support. The method of irradiating the excitation light in the thickness direction is such that the refractive index between the gel and the glass that is the gel support is relatively close to about 1.4 to 1.5, and the interface between the gel and the glass of the gel support is Due to the close contact, very little scattered light is generated at this interface. Therefore, in the light received at point A, the scattered light of the excitation light generated on the surface of the gel 5a is also small, and only the fluorescence from the inside of the gel 5a is largely received.
【００５８】ところで、ゲル支持体５ｂ，５ｃのいずれ
か、またはゲル支持体の双方を取り外して、ゲル５ａに
対して直接に励起光としての照射光をスキャンさせる場
合には、上述のようなゲル支持体であるガラス表面から
発生する量とほぼ同じの量の散乱光がゲル表面から発生
する可能性があるが、この場合には、計測部本体７の読
み取り台（７ｃ；図３）の載置ガラスの厚み分により、
上述したようなゲル支持体のガラスの厚み分と同様な効
果があるので、検出感度が低下することなく、ゲル面か
らの蛍光を確実に検出できる。なお、ゲル支持体５ｂ，
５ｃのいずれかまたは双方を取り外した場合には、この
時点において、ゲル５ａに対して色素を着色する処理な
どを行う。特に、ゲル支持体５ｂ，５ｃの取り除きが必
要のない場合には、ゲル支持体５ｂ，５ｃをつけたまま
の状態で、ゲル５ａの読み取りを行う方が信号対雑音比
を向上させられる。When one of the gel supports 5b and 5c or both of the gel supports are removed and the irradiation light as the excitation light is directly scanned on the gel 5a, the gel as described above is used. There is a possibility that the same amount of scattered light is generated from the gel surface as the amount generated from the glass surface as the support. In this case, the scattered light is mounted on the reading stand (7c; FIG. 3) of the measuring unit main body 7. Depending on the thickness of the placing glass,
Since the same effect as the thickness of the glass of the gel support as described above is obtained, the fluorescence from the gel surface can be reliably detected without lowering the detection sensitivity. The gel support 5b,
If any one or both of the gels 5c is removed, at this time, a process of coloring the gel 5a with a dye is performed. In particular, when it is not necessary to remove the gel supports 5b and 5c, reading the gel 5a with the gel supports 5b and 5c attached can improve the signal-to-noise ratio.
【００５９】なお、ここでの集光器２３の構成において
は、シリンドカルレンズ２３ａは、１つしか用いていな
いが、レーザビームの走査面に対称な位置や、更には試
料の反対側などにシリンドルカルレンズを載置するよう
にしてもよい。特に、検出するべき蛍光の発光量が不足
している場合には、例えば、蛍光を発生するゲルの走査
線を取り囲む４方向にシリンドルカルレンズと光ファィ
バアレイを載置し、微弱に発光する蛍光を集光すること
で検出光量を増加させるようにする。その場合には、対
向するシリンドリカルレンズの表面反射が互いに影響を
受けないように光軸をずらすなどの対処が有効である。In the configuration of the condenser 23, only one cylindrical lens 23a is used. However, the position is symmetrical with respect to the scanning plane of the laser beam, and further, the opposite side of the sample. A cylindrical lens may be mounted on the camera. In particular, when the amount of fluorescence to be detected is insufficient, for example, a cylindrical lens and an optical fiber array are placed in four directions surrounding a scanning line of the gel that generates fluorescence, and the fluorescence that emits weakly is set. Is condensed to increase the amount of detected light. In that case, it is effective to shift the optical axis so that the surface reflections of the opposed cylindrical lenses are not affected by each other.
【００６０】光ファイバアレイの入射口（Ａ点）により
集光された蛍光は、第１光ファィバアレイ２３ｂおよび
第２光ファイバアレイ２３ｂの各々の光ファイバに導か
れて２つに分離され、各々に光ファイバが束ねられた光
出射口から、光電変換部２４の第１光電変換器２４Ａお
よび第２光電変換器２４Ｂの２つの光電変換器にそれぞ
れ供給される。第１光ファイバアレイ２３ｂおよび第２
光ファイバアレイ２３ｃは、図１０に例示するように、
受光面の入射口が泳動部５における励起光のスキャンラ
インに沿ったライン状として共通に形成され、ライン状
の光入射口から光ファイバ内部に導かれた光を均等に２
つに分けて導出されるように、その光導出口が光ファイ
バアレイの束の各々光ファイバを交互に２つに分けて円
形に束ねられて形成されたものである。１つのライン状
の光入射口を有し、２つの円形の光出射口を有する光フ
ァイバアレイ（２３ｂ，２３ｃ）の内部を導かれた蛍光
は、光電変換部２４における第１光電変換器２４Ａおよ
び第２光電変換器２４Ｂに入射される。すなわち、第１
光ファイバアレイ２３ｂおよび第２光ファイバアレイ２
３ｃの各々の光の導出口は、光電変換部２４における第
１光電変換器２４Ａおよび第２光電変換器２４Ｂの光入
射口に対向して位置決めされており、光ファイバアレイ
２３ｂ，２３ｃの各々の光導出口から導出された蛍光
は、第１光電変換器２４Ａおよび第２光電変換器２４Ｂ
の光入射口から入射される。The fluorescent light condensed by the entrance (point A) of the optical fiber array is guided to each optical fiber of the first optical fiber array 23b and the second optical fiber array 23b and is separated into two. The light is supplied to the two photoelectric converters, the first photoelectric converter 24A and the second photoelectric converter 24B, of the photoelectric conversion unit 24 from the light exit port where the optical fibers are bundled. The first optical fiber array 23b and the second
The optical fiber array 23c includes, as illustrated in FIG.
The entrance of the light receiving surface is commonly formed as a line along the scan line of the excitation light in the electrophoresis unit 5, and the light guided into the optical fiber from the linear light entrance is uniformly divided into two.
The light outlet is formed by alternately dividing the optical fibers of the bundle of the optical fiber array into two so as to be bundled into a circular shape so that the optical fibers are divided into two. The fluorescent light guided inside the optical fiber array (23b, 23c) having one linear light entrance and having two circular light exits is supplied to the first photoelectric converter 24A and the first photoelectric converter 24A in the photoelectric converter 24. The light is incident on the second photoelectric converter 24B. That is, the first
Optical fiber array 23b and second optical fiber array 2
3c is positioned so as to face the light entrances of the first photoelectric converter 24A and the second photoelectric converter 24B in the photoelectric conversion unit 24, and each of the optical fiber arrays 23b and 23c. The fluorescent light derived from the light outlet is divided into a first photoelectric converter 24A and a second photoelectric converter 24B.
From the light entrance.
【００６１】光電変換部２４における光学系の構成は、
図１０に示すように、集光部２３の２つの光ファイバア
レイ（２３ｂ，２３ｃ）により、泳動部５から発光する
蛍光を均等に分布するように２つに分けて、それぞれ、
光電変換部２４の第１光電変換器２４Ａおよび第２光電
変換器２４Ｂの光入射口から入射される。第１光電変換
器２４Ａは、第１レンズ２４ａ，絞り２４ｂ，第２レン
ズ２４ｃ，第１光学フィルタ２４ｄ，第３レンズ２４
ｅ，および、光電子増倍管２４ｆから構成されている。
第１光電変換器２４Ａにおいては、第１レンズ２４ａ，
絞り２４ｂ，および第２レンズ２４ｃを用いて、集光部
２３の第１光ファイバアレイ２３ｂから入射された光の
平行光成分のみを取り出し、取り出した平行成分の光を
第１光学フィルタ２４ｄに入射させる。第１光学フィル
タ２４ｄは、蛍光波長成分を通過させるバンドパスフィ
ルタ特性を有しており、第１光学フィルタ２４ｄにより
光の蛍光波長成分を取り出し、第３レンズ２４ｅで更に
集光して、光電子増倍管２４ｆに入力して、電気信号に
変換する。The configuration of the optical system in the photoelectric conversion unit 24 is as follows.
As shown in FIG. 10, the two optical fiber arrays (23b, 23c) of the condensing unit 23 divide the fluorescence emitted from the electrophoresis unit 5 into two so as to be evenly distributed.
The light enters from the light entrances of the first photoelectric converter 24A and the second photoelectric converter 24B of the photoelectric conversion unit 24. The first photoelectric converter 24A includes a first lens 24a, an aperture 24b, a second lens 24c, a first optical filter 24d, and a third lens 24.
e and a photomultiplier tube 24f.
In the first photoelectric converter 24A, the first lens 24a,
Using the stop 24b and the second lens 24c, only the parallel light component of the light incident from the first optical fiber array 23b of the light condensing unit 23 is extracted, and the extracted light of the parallel component is incident on the first optical filter 24d. Let it. The first optical filter 24d has a band-pass filter characteristic of passing a fluorescent wavelength component. The first optical filter 24d extracts the fluorescent wavelength component of the light, further condenses the light by the third lens 24e, and increases the photoelectron intensity. The signal is input to the multiplier 24f and converted into an electric signal.
【００６２】光電変換部２４の第２光電変換器２４Ｂ
は、第１光電変換器２４Ａと同様な構成となっており、
第１レンズ，絞り，第２レンズ，第２光学フィルタ２４
ｇ，第３レンズ，および、光電子増倍管２４ｈから構成
されている。ただし、この第２光電変換器２４Ｂの第２
光学フィルタ２４ｇは、第１光電変換器２４Ａにおける
第１光学フィルタ２４ｄとは異なり、第２光ファイバア
レイ２３ｃにより２分割して入射された蛍光のノイズ波
長成分を通過させるバンドパスフィルタ特性を有してい
る。このため、この第２光電変換部２４Ｂでは、第１レ
ンズ，絞り，および第２レンズを用いて取り出した光の
平行光成分から、第２光学フィルタ２４ｇにより、受光
した蛍光のノイズ波長成分のみを取り出し、第３レンズ
で集光して光電子増倍管２４ｈに入力して、電気信号に
変換する。The second photoelectric converter 24B of the photoelectric converter 24
Has the same configuration as the first photoelectric converter 24A,
First lens, stop, second lens, second optical filter 24
g, a third lens, and a photomultiplier tube 24h. However, the second photoelectric converter 24B
Unlike the first optical filter 24d in the first photoelectric converter 24A, the optical filter 24g has a band-pass filter characteristic of passing a noise wavelength component of fluorescence that has been split into two by the second optical fiber array 23c and entered. ing. Therefore, in the second photoelectric conversion unit 24B, only the noise wavelength component of the fluorescent light received by the second optical filter 24g is converted from the parallel light component of the light extracted using the first lens, the aperture, and the second lens. The light is taken out, condensed by a third lens, input to the photomultiplier tube 24h, and converted into an electric signal.
【００６３】このようにして、各々の第１光学フィルタ
２４ｄおよび第２光学フィルタ２４ｇから各々のバンド
パスフィルタ特性に従って選択的に得た蛍光波長成分お
よびノイズ波長成分の各波長成分の光は、それぞれ第３
レンズにより集光されて、それぞれに光電子増倍管２４
ｆおよび光電子増倍管２４ｈに導きかれ、蛍光強度成分
に対する電気信号およびノイズ成分に対する電気信号を
得る。ここで得た蛍光強度成分に対する電気信号および
ノイズ成分に対する電気信号は、次段の差分演算を行う
演算部３３に入力され差分演算が行なわれ、蛍光波長成
分からノイズ波長成分が除去された検出すべき蛍光波長
のみの光強度の電気信号となる。As described above, the light of each wavelength component of the fluorescence wavelength component and the noise wavelength component selectively obtained from each of the first optical filter 24d and the second optical filter 24g according to each band-pass filter characteristic is respectively Third
The light is condensed by a lens, and
f and the photomultiplier tube 24h to obtain an electric signal for the fluorescence intensity component and an electric signal for the noise component. The electric signal corresponding to the fluorescence intensity component and the electric signal corresponding to the noise component obtained here are input to a calculation unit 33 that performs a difference calculation in the next stage, and the difference calculation is performed, and the detection is performed by removing the noise wavelength component from the fluorescence wavelength component. It becomes an electric signal of the light intensity of only the required fluorescence wavelength.
【００６４】図１１は、差分演算を行う演算部の構成を
示す回路図である。この演算部３３は信号入力段に演算
増幅器３３ａ，３３ｂで構成される電流−電圧変換回路
が設けられ、次段に演算増幅器３３ｃで構成される差分
回路が備えられている。第１光電変換器２４Ａの光電子
増倍管２４ｆおよび第２光電変換器２４Ｂの光電子増倍
管２４ｈからの電気信号は、演算増幅器３３ａおよび演
算増幅器３３ｂで構成される電流−電圧変換回路でそれ
ぞれに電流値から電圧値に変換された後、差分回路を構
成する演算増幅器３３ｃに入力される。演算増幅器３３
ｃでは、入力された電圧値信号の差分演算を行い、増幅
して出力する。なお、この差分演算を行う演算増幅器３
３ｃの増幅度（差分演算の重み付け度）は外付け抵抗に
より設定できる。FIG. 11 is a circuit diagram showing a configuration of a calculation unit for performing a difference calculation. The operation unit 33 includes a current-voltage conversion circuit including operational amplifiers 33a and 33b at a signal input stage, and a difference circuit including an operational amplifier 33c at the next stage. Electric signals from the photomultiplier tube 24f of the first photoelectric converter 24A and the photomultiplier tube 24h of the second photoelectric converter 24B are respectively supplied to a current-voltage conversion circuit composed of an operational amplifier 33a and an operational amplifier 33b. After being converted from the current value to the voltage value, it is input to the operational amplifier 33c constituting the difference circuit. Operational amplifier 33
In c, the difference operation of the input voltage value signal is performed, amplified, and output. The operational amplifier 3 that performs this difference operation
The amplification degree 3c (weighting degree of the difference calculation) can be set by an external resistor.
【００６５】このように、演算部３３により差分演算を
行い、蛍光波長成分からノイズ波長成分を取り除いた電
気信号を得て、次の積分増幅を行う増幅器２５に電気信
号を供給する。増幅器２５においては、ノイズ成分を除
去した蛍光信号の微弱な信号を積分回路を含む増幅段で
十分に増幅される。As described above, the difference calculation is performed by the calculation unit 33 to obtain an electric signal obtained by removing the noise wavelength component from the fluorescence wavelength component, and the electric signal is supplied to the amplifier 25 for performing the next integral amplification. In the amplifier 25, the weak signal of the fluorescence signal from which the noise component has been removed is sufficiently amplified by an amplification stage including an integration circuit.
【００６７】ここで、差分演算を行うことによりノイズ
成分を除去し、検出すべき蛍光信号の微弱な信号を得る
ための光電変換部２４における２つの光学フィルタ（第
１光学フィルタ２４ｄおよび第２光学フィルタ２４ｇ）
の各々の通過波長成分のバンドパスフィルタ特性につい
て説明する。図１２は蛍光物質の蛍光強度特性を示す蛍
光曲線に対して検出すべき蛍光波長を得るための各々の
光学フィルタの透過波長特性を説明するための図であ
る。図１２（Ａ）に蛍光曲線の特性図を示し、図１２
（Ｂ）に第１光学フィルタの透過波長特性を示し、ま
た、図１２（Ｃ）に第２光学フィルタの透過波長特性を
示している。Here, two optical filters (a first optical filter 24d and a second optical filter) in the photoelectric conversion unit 24 for removing noise components by performing a difference operation and obtaining a weak signal of a fluorescence signal to be detected. 24g filter)
The bandpass filter characteristics of each passing wavelength component will be described. FIG. 12 is a diagram for explaining transmission wavelength characteristics of each optical filter for obtaining a fluorescence wavelength to be detected with respect to a fluorescence curve indicating a fluorescence intensity characteristic of a fluorescent substance. FIG. 12A shows a characteristic diagram of the fluorescence curve, and FIG.
FIG. 12B shows a transmission wavelength characteristic of the first optical filter, and FIG. 12C shows a transmission wavelength characteristic of the second optical filter.
【００６８】ここで、検出すベき蛍光物質の蛍光波長特
性は、励起波長５３２ｎｍのレーザ光で励起した場合
に、図１２（Ａ）に示すように、６００ｎｍを中心とし
た波長特性を有している。このような特性で発光する蛍
光の存在を検出するため、蛍光波長成分を透過させて検
出する光学フィルタは、蛍光波長成分を透過させるバン
ドパスフィルタ特性を有するものであり、図１２（Ｂ）
に示すように、第１光学フィルタ２４ｄは、蛍光曲線の
ピーク値である６０５ｎｍを中心としたバンドパスフィ
ルタ特性を有しているものを用いて、効率よく蛍光波長
成分を透過させて、当該検出対象の蛍光波長成分を検出
する。この場合、集光部２３，光電変換部２４により受
光光学経路の光軸の空間的位置関係により、励起波長成
分および散乱光などのノイズ波長成分は大部分が除去さ
れているが、微弱な蛍光を検出するためには十分なＳ／
Ｎ比で除去されていない。そこで、更に図１２（Ｃ）に
示すように、通過波長５８５ｎｍを中心としたバンドパ
スフィルタ特性を有している第２光学フィルタ２４ｇを
用いて、同じく第１光学フィルタ２４ｄを通過させる検
出蛍光からノイズ波長成分を検出する。Here, the fluorescence wavelength characteristic of the fluorescent substance to be detected has a wavelength characteristic centered at 600 nm as shown in FIG. 12A when excited by a laser beam having an excitation wavelength of 532 nm. ing. In order to detect the presence of the fluorescent light emitting with such characteristics, the optical filter that transmits and detects the fluorescent wavelength component has a band-pass filter characteristic that allows the fluorescent wavelength component to pass therethrough.
As shown in (1), the first optical filter 24d has a band-pass filter characteristic centered at 605 nm, which is the peak value of the fluorescence curve, and efficiently transmits the fluorescence wavelength component to perform the detection. The fluorescent wavelength component of interest is detected. In this case, most of the excitation wavelength component and noise wavelength components such as scattered light are removed by the light condensing unit 23 and the photoelectric conversion unit 24 due to the spatial positional relationship of the optical axis of the light receiving optical path. Is sufficient to detect
Not removed at N ratio. Therefore, as shown in FIG. 12C, the detected fluorescent light that passes through the first optical filter 24d using the second optical filter 24g having a band-pass filter characteristic centering on the passing wavelength of 585 nm is also used. Detect noise wavelength components.
【００６９】すなわち、第２光学フィルタ２４ｇは、図
１２（Ｃ）に示すように、透過波長５８５ｎｍを中心と
したバンドパス特性を有している。検出すべき蛍光の蛍
光曲線の特性は、図１２（Ａ）に示すように、５８５ｎ
ｍ付近では、蛍光のピーク波長からはずれているため、
第２光学フィルタ２４ｇの透過光に対する蛍光波長成分
とバックグラウンドノイズ成分との比率は、バックグラ
ウンドノイズ成分が大半を占めることになる。つまり、
第２光学フィルタ２４ｇの透過光からは、ノイズの波長
成分を得ることができる。このように、ノイズ成分用の
光学フィルタは、励起波長より長波長側から蛍光曲線の
ピーク波長より短波長側の間の適当な透過波長特性を有
する光学フィルタが存在するので、このような透過波長
特性を有する光学フィルタを選択して用いる。That is, as shown in FIG. 12C, the second optical filter 24g has a bandpass characteristic centered on a transmission wavelength of 585 nm. The characteristic of the fluorescence curve of the fluorescence to be detected is 585n as shown in FIG.
In the vicinity of m, the wavelength deviates from the peak wavelength of the fluorescence.
The ratio between the fluorescence wavelength component and the background noise component with respect to the light transmitted through the second optical filter 24g is dominated by the background noise component. That is,
A wavelength component of noise can be obtained from the light transmitted through the second optical filter 24g. As described above, the optical filter for the noise component has an optical filter having an appropriate transmission wavelength characteristic from a longer wavelength side than the excitation wavelength to a shorter wavelength side than the peak wavelength of the fluorescence curve. An optical filter having characteristics is selected and used.
【００７０】また、蛍光波長成分を透過させる第１光学
フィルタ２４ｄは、図１２（Ｂ）に示すように、蛍光曲
線のピーク値である６０５ｎｍを中心としたバンドパス
フィルタ特性を有しているため、効率よく蛍光波長成分
を透過する。第１光学フィルタ２４ｄの透過光の対する
蛍光波長成分とノイズ波長成分の比率は、蛍光波長成分
が大半を占める。つまり、第１光学フィルタ２４ｄの透
過光からは蛍光波長成分を得ることができる。Further, as shown in FIG. 12B, the first optical filter 24d that transmits the fluorescence wavelength component has a band-pass filter characteristic centered on the peak value of 605 nm of the fluorescence curve. And efficiently transmits the fluorescent wavelength component. The ratio of the fluorescence wavelength component to the noise wavelength component of the light transmitted through the first optical filter 24d is mostly the fluorescence wavelength component. That is, a fluorescent wavelength component can be obtained from the light transmitted through the first optical filter 24d.
【００７１】このようにして、第１光学フィルタ２４ｄ
および第２光学フィルタ２４ｇから各々のバンドパスフ
ィルタ特性に従って選択的に得た蛍光の各波長成分の光
は、それぞれ第３レンズにより集光されて、光電子増倍
管２４ｆおよび光電子増倍管２４ｈに導き、蛍光強度成
分に対する電気信号およびノイズ成分に対する電気信号
を得る。このようにして得られた各々の電気信号は、前
述したように、差分演算を行う演算部３３に加えられ
て、差分演算が行なわれ、蛍光波長成分からノイズ成分
を取り除いた電気信号を得て、次の積分増幅を行う増幅
器２５に電気信号を供給する。増幅器２５においては、
ノイズ成分を除去した蛍光信号の微弱な信号を積分回路
を含む増幅段で十分に増幅される。Thus, the first optical filter 24d
The light of each wavelength component of the fluorescence selectively obtained from the second optical filter 24g according to each bandpass filter characteristic is condensed by the third lens, and is condensed by the photomultiplier tube 24f and the photomultiplier tube 24h. Then, an electric signal corresponding to the fluorescence intensity component and an electric signal corresponding to the noise component are obtained. Each electric signal obtained in this manner is added to the operation unit 33 that performs a difference operation, as described above, and a difference operation is performed to obtain an electric signal obtained by removing a noise component from the fluorescence wavelength component. , An electric signal is supplied to an amplifier 25 for performing the next integral amplification. In the amplifier 25,
The weak signal of the fluorescence signal from which the noise component has been removed is sufficiently amplified by the amplification stage including the integration circuit.
【００７２】図１３は、積分回路を含む増幅器２５の構
成を示す回路図である。ここでの増幅器２５には、図１
３に示すように、前段に演算増幅器２５ａで構成される
積分回路が設けられ、次段に演算増幅器２５ｂで構成さ
れる出力増幅回路が備えられて、積分増幅段を構成して
いる。差分演算を行った演算部３３の演算増幅器３３ｃ
からの電気信号は、入力段の演算増幅器２５ａに入力さ
れる。この入力段の演算増幅器２５ａは、負帰還回路に
コンデンサ２５ｃおよび積分動作を制御するスイッチ２
５ｄを備えて積分回路を構成している。この積分回路か
らの出力は、後続する演算増幅器２５ｂに入力され、外
付抵抗で決まるゲインでの増幅を行い、次に続くアナロ
グ・デジタル変換回路２６に送られる。FIG. 13 is a circuit diagram showing a configuration of amplifier 25 including an integrating circuit. The amplifier 25 here has the configuration shown in FIG.
As shown in FIG. 3, an integrating circuit composed of an operational amplifier 25a is provided at the preceding stage, and an output amplifying circuit composed of the operational amplifier 25b is provided at the next stage to constitute an integrating amplifier stage. The operational amplifier 33c of the operation unit 33 that has performed the difference operation
Is input to the operational amplifier 25a in the input stage. The operational amplifier 25a in this input stage includes a capacitor 25c and a switch 2 for controlling the integration operation in the negative feedback circuit.
5d constitutes an integrating circuit. The output from the integration circuit is input to the subsequent operational amplifier 25b, amplifies the signal with a gain determined by an external resistor, and is sent to the next analog / digital conversion circuit 26.
【００７３】このように構成される積分回路を含む増幅
器２５における動作を、図１４のタイミングチャートを
参照して説明する。演算増幅器２５ａには、ＦＥＴ（電
界効果トランジスタ）入力型の高入力インピーダンスの
ものが用いられており、スイッチ２５ｄがオフ状態にな
っていると、差分回路の演算増幅器３３ｃからの出力電
流は、そのまま全部がコンデンサ２５ｃを流れる電流と
なる。この電流による電荷がコンデンサに蓄積されて積
分が行なわれる。これにより演算増幅器２５ａの出力電
圧は、図１４に示すように、ランプ関数状の出力とな
る。ここでの積分動作では、１画素に相当する時間だけ
積分し、アナログ・デジタル変換回路２６内にある標本
化回路がＳ／Ｈクロックのタイミングに合せてサンプリ
ングして、そのままホールドし、次に続くアナログ・デ
ジタル変換回路２６においてデジタル信号に変換する。
ホールドされた後は、スイッチ２５ｄに加えるＣ／Ｄ制
御信号であるＣ／Ｄクロックをアクティブにすることに
より、コンデンサ２５ｃに蓄積した電荷を放電する。以
下、同様にして、このような１画素に相当する時間だけ
の積分動作を繰り返す。The operation of the amplifier 25 including the integrating circuit configured as described above will be described with reference to the timing chart of FIG. As the operational amplifier 25a, an FET (field effect transistor) input type having a high input impedance is used, and when the switch 25d is turned off, the output current from the operational amplifier 33c of the difference circuit remains unchanged. The whole becomes a current flowing through the capacitor 25c. The charge due to this current is accumulated in the capacitor and integration is performed. As a result, the output voltage of the operational amplifier 25a becomes a ramp function output as shown in FIG. In the integration operation here, integration is performed for a time corresponding to one pixel, and a sampling circuit in the analog-to-digital conversion circuit 26 performs sampling in accordance with the timing of the S / H clock, holds it as it is, and then continues. The signal is converted into a digital signal in an analog / digital conversion circuit 26.
After being held, the charge stored in the capacitor 25c is discharged by activating a C / D clock which is a C / D control signal applied to the switch 25d. Hereinafter, similarly, the integration operation for such a time corresponding to one pixel is repeated.
【００７４】このような演算増幅器による積分回路を用
いる増幅段は、抵抗とコンデンサのみからなる疑似的な
積分回路でも利用可能である。ただし、上述のような演
算増幅器による積分回路では、演算部３３の差分回路を
構成している演算増幅器３３ｃからの電気信号をほぼ完
全に積分することができ、高い信号対雑音比を得ること
ができる。また、積分時間についても、スイッチ２５ｄ
に対するＣ／Ｄ制御信号のＣ／Ｄクロックを変えること
で任意に変えることができる。このため、総合的に微弱
な信号を増幅する増幅度の調整が容易に行える。ここで
の実施例の場合には、図６に示したミラードライバ３０
による励起光のスキャン動作と同期させることにより、
試料の蛍光パターン検出のための蛍光検出を行う面積の
大きさに合せて制御することが可能であり、読み取りの
無駄時間をなくすことができる。また、試料からの蛍光
の強度に合せて、励起光のスキャン速度と受光側の増幅
器の積分時間を自由に設定できるため、非常にフレキシ
ブルに検出感度を調整できる装置を構成することができ
る。また、この他にコンデンサおよび抵抗のみで積分動
作を行う場合は、照射光の走査速度に対応した時定数と
なるように、コンデンサの容量値または抵抗の値を切換
えられるように構成することで、疑似的に実現すること
で可能である。The amplifying stage using the integrating circuit by the operational amplifier can be used even in a pseudo integrating circuit consisting of only a resistor and a capacitor. However, in the integration circuit using the operational amplifier as described above, it is possible to almost completely integrate the electric signal from the operational amplifier 33c constituting the difference circuit of the operation unit 33, and to obtain a high signal-to-noise ratio. it can. Also, regarding the integration time, the switch 25d
Can be arbitrarily changed by changing the C / D clock of the C / D control signal corresponding to. Therefore, it is possible to easily adjust the degree of amplification for amplifying a weak signal comprehensively. In the case of this embodiment, the mirror driver 30 shown in FIG.
By synchronizing with the scanning operation of the excitation light by
It is possible to control according to the size of the area for performing the fluorescence detection for detecting the fluorescence pattern of the sample, and it is possible to eliminate wasted time of reading. Further, since the scanning speed of the excitation light and the integration time of the amplifier on the light receiving side can be freely set in accordance with the intensity of the fluorescence from the sample, a device capable of adjusting the detection sensitivity very flexibly can be configured. In addition, in the case where the integration operation is performed only by the capacitor and the resistor, by configuring such that the capacitance value or the resistance value of the capacitor can be switched so as to have a time constant corresponding to the scanning speed of the irradiation light, This is possible by realizing it in a pseudo manner.
【００７５】なお、増幅器２５（図２）で増幅された電
気信号は、次のアナログ・デジタル変換回路２６に入力
されて、デジタルデータに変換される。デジタルデータ
に変換された蛍光検出信号は、メモリ２８に記憶され、
メモリ２８に記憶されたデータがインタフェース回路２
９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２７が行う。The electric signal amplified by the amplifier 25 (FIG. 2) is input to the next analog / digital conversion circuit 26 and converted into digital data. The fluorescence detection signal converted to digital data is stored in the memory 28,
The data stored in the memory 28 is stored in the interface circuit 2
9 to the data processing device 8. The control circuit 27 performs overall control of such a series of signal processing.
【００７６】次に、本実施例の蛍光パターン読み取り装
置における装置構成要素の変形例について説明する。演
算部３３を構成する差分演算回路の変形例の１つとし
て、差分演算をディジタル信号で行う場合の装置構成例
を説明する。図１５は本実施例の蛍光パターン読み取り
装置の計測部本体の第２の実施例の構成を示すブロック
図である。図１５に示す第２の実施例の計測部本体の構
成は、基本的な装置構成要素は、図２に示した計測部本
体の構成と同様なものであるが、ここでの構成では、光
電変換部（２４Ａ，２４Ｂ），増幅器（２５Ａ，２５
Ｂ），およびアナログ・デジタル変換回路（２６Ａ，２
６Ｂ）の信号処理系統をそれぞれ２系統備えており、１
つの信号系統で蛍光波長成分の蛍光パターン信号の検出
を行い、他の信号系統でノイズ波長成分の蛍光パターン
信号の検出を行う。これらの２つの信号系統はそれぞれ
独立して調整できるので、光学フィルタおよび光学経路
などの特性に合せて各々の波長成分の検出のための信号
系を調整できる。Next, a description will be given of a modification of the device components in the fluorescent pattern reading device of this embodiment. As one of modified examples of the difference calculation circuit constituting the calculation section 33, an example of the device configuration in the case where the difference calculation is performed on a digital signal will be described. FIG. 15 is a block diagram showing a configuration of a second embodiment of the measuring section main body of the fluorescent pattern reading apparatus of the present embodiment. The configuration of the measuring unit main body of the second embodiment shown in FIG. 15 is similar to the configuration of the measuring unit main body shown in FIG. Conversion units (24A, 24B), amplifiers (25A, 25A)
B) and an analog / digital conversion circuit (26A, 2
6B), each of which has two signal processing systems.
One signal system detects the fluorescent pattern signal of the fluorescent wavelength component, and the other signal system detects the fluorescent pattern signal of the noise wavelength component. Since these two signal systems can be adjusted independently of each other, the signal system for detecting each wavelength component can be adjusted according to the characteristics of the optical filter, the optical path, and the like.
【００７７】すなわち、集光部２３において２つに分け
て集光された蛍光信号は、光電変換部２４の第１光電変
換器２４Ａおよび第２光電変換器２４Ｂで蛍光波長成分
とノイズ波長成分に分けて電気信号に変換され、これら
２つの電気信号は第１増幅器２５Ａおよび第２増幅器２
５Ｂでそれぞれ積分増幅された後、第１アナログ・デジ
タル変換回路２６Ａおよび第２アナログ・デジタル変換
回路２６Ｂによりそれぞれにデジタル信号に変換され
る。デジタル信号に変換された蛍光波長成分のデータお
よびノイズ波長成分のデータは、デジタル差分演算部３
４に入力される。デジタル差分演算部３４は、例えばデ
ジタル・シグナル・プロセッサ（ＤＳＰ）などのデジタ
ル演算素子を用いて蛍光波長成分のデジタル信号データ
とノイズ波長成分のデジタル信号データの差分演算を行
う演算回路であり、デジタル信号で演算を行うために、
回路等のノイズを排除した処理を行うことができる。That is, the fluorescence signal divided into two in the light condensing unit 23 is converted into a fluorescence wavelength component and a noise wavelength component by the first photoelectric converter 24A and the second photoelectric converter 24B of the photoelectric conversion unit 24. The two electric signals are separately converted into electric signals, and these two electric signals are converted into a first amplifier 25A and a second amplifier 2A.
After being respectively integrated and amplified in 5B, the signals are converted into digital signals by the first analog / digital conversion circuit 26A and the second analog / digital conversion circuit 26B, respectively. The data of the fluorescence wavelength component and the data of the noise wavelength component, which have been converted into digital signals, are converted into digital difference calculation units 3.
4 is input. The digital difference calculation unit 34 is a calculation circuit that performs a difference calculation between digital signal data of a fluorescence wavelength component and digital signal data of a noise wavelength component using a digital calculation element such as a digital signal processor (DSP). To perform operations on signals,
It is possible to perform a process in which noise of a circuit or the like is eliminated.
【００７８】先に説明した実施例では、集光器および光
電変換器を２系統設けて、それぞれの集光器および光電
変換器により、蛍光波長成分とノイズ成分とに分離する
構成としているが、同様の機能を２枚の光学フィルタと
２つの光電変換器により実現することができる。この場
合の光電変換部の変形例を次に説明すると、前述した光
電変換部２４では、図１０に示すように、それぞれ異な
る透過波長特性を有する光学フィルタを備えた第１光電
変換器２４Ａおよび第２光電変換器２４Ｂの２系統の光
電変換器を有するものであったが、ここでの変形例の光
電変換部３６としては、光学フィルタの入射角度依存特
性を用いて、蛍光波長成分とノイズ波長成分とを分離し
て、各々の波長成分の電気信号を得るようにしている。In the above-described embodiment, two concentrators and photoelectric converters are provided to separate the fluorescent wavelength component and the noise component by the respective concentrators and photoelectric converters. A similar function can be realized by two optical filters and two photoelectric converters. Next, a modified example of the photoelectric conversion unit in this case will be described. In the above-described photoelectric conversion unit 24, as shown in FIG. 10, the first photoelectric converter 24A and the first photoelectric converter 24A provided with optical filters having different transmission wavelength characteristics, respectively. Although the photoelectric conversion unit 36 has two systems of two photoelectric converters of the two photoelectric converters 24B, the photoelectric conversion unit 36 of the modified example uses the incident angle dependence of the optical filter to determine the fluorescence wavelength component and the noise wavelength. The components are separated from each other to obtain an electric signal of each wavelength component.
【００７９】光電変換部３６は、図１６に示すように、
第１レンズ３６ａ，絞り３６ｂ，第２レンズ３６ｃ，第
１光学フィルタ３６ｄ，第３レンズ３６ｅ，第１光電子
増倍管３６ｆ，第２光学フィルタ３６ｇ，第４レンズ３
６ｈ，および第２光電子増倍管３６ｉから構成されてお
り、集光部２３の１つの光ファイバアレイ２３ｂにより
集光された蛍光を入射口より入射させて、蛍光波長成分
およびノイズ波長成分に対する各々の蛍光の電気信号へ
の変換を行う。ここでの第１光学フィルタ３６ｄは、入
力側で入射する光に対して透過光以下の波長を反射する
特性を有するように設計されている光学フィルタを用
い、光の進行方向に対して直角でなく、約２０度傾けて
配置されている。これにより、第１光学フィルタ３６ｄ
は、入力側から入射する光に対して透過光以下の波長を
反射するので、蛍光波長成分の光は第１光学フィルタ３
６ｄを透過して、第３レンズ３６ｅを介して第１光電子
増倍管３６ｆに入射され、第１光電子増倍管３６ｆで電
気信号に変換される。The photoelectric conversion unit 36, as shown in FIG.
First lens 36a, stop 36b, second lens 36c, first optical filter 36d, third lens 36e, first photomultiplier tube 36f, second optical filter 36g, fourth lens 3
6h, and a second photomultiplier tube 36i. The fluorescent light condensed by one optical fiber array 23b of the light condensing unit 23 is made incident from an entrance, and each of the fluorescent light wavelength component and the noise wavelength component is Is converted to an electric signal. Here, the first optical filter 36d uses an optical filter designed to have a characteristic of reflecting a wavelength equal to or smaller than transmitted light with respect to light incident on the input side, and is perpendicular to the light traveling direction. However, they are arranged at an angle of about 20 degrees. Thereby, the first optical filter 36d
Reflects light having a wavelength equal to or smaller than transmitted light with respect to light incident from the input side, so that light of the fluorescent wavelength component is
The light passes through 6d, enters the first photomultiplier tube 36f via the third lens 36e, and is converted into an electric signal by the first photomultiplier tube 36f.
【００８０】また、第１光学フィルタ３６ｄの透過波長
の蛍光波長成分より短波長側の波長成分であるノイズ波
長成分は、第１光学フィルタ３６ｄの入射面で反射され
て第２光学フィルタ３６ｇに入射されるので、この第２
光学フィルタ３６ｇにより、ノイズ波長成分の蛍光を選
択的に透過させて、第４レンズ３６ｈを介して第２光電
子増倍管３６ｉに入射させ、第２光電子増倍管３６ｉで
検出する蛍光に対するバックグラウンドノイズ波長成分
の電気信号に変換される。The noise wavelength component, which is a wavelength component shorter than the fluorescence wavelength component of the transmission wavelength of the first optical filter 36d, is reflected on the incident surface of the first optical filter 36d and enters the second optical filter 36g. So this second
The fluorescent light of the noise wavelength component is selectively transmitted by the optical filter 36g, and is incident on the second photomultiplier tube 36i via the fourth lens 36h, and the background for the fluorescent light detected by the second photomultiplier tube 36i. It is converted into an electrical signal of a noise wavelength component.
【００８１】また、第１光学フィルタ３６ｄの配置位置
に代わりにビームスプリッタを配設して入力光を均等に
２分割した後、分割した光をそれぞれ別の位置に配設し
た第１光学フィルタ３６ｄおよび第２光学フィルタ３６
ｇの各々のフィルタ面に対して垂直に入射するような構
成としてもよい。この場合、第１光学フィルタ３６ｄは
蛍光波長を透過する特性を有し、第２光学フィルタ３６
ｇはノイズ波長を透過する特性を有するものを用いる。
このようにして、光学フィルタを透過した光をそれぞれ
レンズを介して光電子増倍管に入射して、蛍光波長成分
の電気信号とノイス成分の電気信号を得るようにしても
よい。A beam splitter is provided in place of the first optical filter 36d to divide the input light equally into two, and the divided light is divided into first optical filters 36d in different positions. And the second optical filter 36
The configuration may be such that g is incident perpendicularly on each filter surface. In this case, the first optical filter 36d has a characteristic of transmitting a fluorescent wavelength, and the second optical filter 36d
g has a characteristic of transmitting a noise wavelength.
In this manner, the light transmitted through the optical filter may be incident on the photomultiplier via the lens to obtain an electric signal of the fluorescence wavelength component and an electric signal of the noise component.
【００８２】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。Although the present invention has been described in detail with reference to the embodiments, it is needless to say that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be variously modified without departing from the gist thereof. .
【００８３】[0083]
【発明の効果】以上、説明したように、本発明の蛍光パ
ターン読み取り方法によれば、泳動パターンの蛍光物質
が発光する蛍光波長成分とノイズ波長成分との差分がと
られて、蛍光パターンの読み取り出力が得られるので、
読み取りのノイズ成分をキャンセルすることができる。
また、蛍光波長成分からノイズ波長成分をキャンセルす
るため、泳動部のゲルに入り込んだ空気の泡や薄膜フイ
ルタの表面のノイズの影響を受けずに蛍光パターンの読
み取りができる。更には、バックグラウンド成分の信号
を低減できるので、Ｓ／Ｎ比を向上させることができ、
感度よく電気泳動したゲルや、薄膜フィルタの蛍光パタ
ーンを読み取ることができる。As described above, according to the fluorescent pattern reading method of the present invention, the difference between the fluorescent wavelength component emitted by the fluorescent substance of the electrophoresis pattern and the noise wavelength component is obtained, and the fluorescent pattern is read. Output is obtained,
The reading noise component can be canceled.
Further, since the noise wavelength component is canceled from the fluorescence wavelength component, the fluorescence pattern can be read without being affected by air bubbles entering the gel of the electrophoresis section or noise on the surface of the thin film filter. Furthermore, since the signal of the background component can be reduced, the S / N ratio can be improved,
It is possible to read the gel electrophoresed with high sensitivity and the fluorescent pattern of the thin film filter.
【図１】 本発明の一実施例にかかる蛍光パターン読み
取り装置の全体の構成を説明する概略図である。FIG. 1 is a schematic diagram illustrating an overall configuration of a fluorescent pattern reading device according to an embodiment of the present invention.
【図２】 計測部本体の要部の構成を示すブロック図で
ある。FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration of a main part of a measurement unit main body.
【図３】 光照射機構および受光部の構成を説明する斜
視図である。FIG. 3 is a perspective view illustrating a configuration of a light irradiation mechanism and a light receiving unit.
【図４】 光照射機構および受光部の構成を説明する部
分断面図である。FIG. 4 is a partial cross-sectional view illustrating a configuration of a light irradiation mechanism and a light receiving unit.
【図５】 計測部本体に装着する泳動部ユニットの装着
位置を説明する図である。FIG. 5 is a diagram illustrating a mounting position of an electrophoresis unit mounted on a measurement unit main body.
【図６】 振動ミラーを用いてゲル面をレーザビームで
スキャンする光走査機構を説明する図、FIG. 6 is a diagram illustrating an optical scanning mechanism that scans a gel surface with a laser beam using a vibrating mirror;
【図７】 振動ミラーの回転角とレーザビームのスポッ
ト光の移動距離の関係を説明する図、FIG. 7 is a view for explaining a relationship between a rotation angle of a vibrating mirror and a moving distance of a spot light of a laser beam;
【図８】 振動ミラーを回転駆動制御するミラードライ
バの制御回路の要部構成を示すブロック図、FIG. 8 is a block diagram illustrating a main configuration of a control circuit of a mirror driver that rotationally controls a vibrating mirror;
【図９】 集光器の光学系の詳細な構成を示す図、FIG. 9 is a diagram showing a detailed configuration of an optical system of the light collector;
【図１０】 光電変換部の光学系の詳細な構成を示す
図、FIG. 10 is a diagram illustrating a detailed configuration of an optical system of a photoelectric conversion unit.
【図１１】 差分演算を行う演算部の詳細な構成を示す
図、FIG. 11 is a diagram illustrating a detailed configuration of a calculation unit that performs a difference calculation;
【図１２】 蛍光物質の蛍光強度特性を示す蛍光曲線に
対して検出すべき蛍光波長を得るための各々の光学フィ
ルタの透過波長特性を説明するための図、FIG. 12 is a view for explaining transmission wavelength characteristics of each optical filter for obtaining a fluorescence wavelength to be detected with respect to a fluorescence curve indicating a fluorescence intensity characteristic of a fluorescent substance;
【図１３】 積分回路を含む増幅器の回路構成を示す回
路図、FIG. 13 is a circuit diagram showing a circuit configuration of an amplifier including an integrating circuit;
【図１４】 増幅器の読み取り動作のタイミングを示す
タイムチャート、FIG. 14 is a time chart showing the timing of the read operation of the amplifier;
【図１５】 第２の実施例にかかる計測部本体の要部の
構成を示すブロック図、FIG. 15 is a block diagram showing a configuration of a main part of a measurement unit main body according to the second embodiment;
【図１６】 第２の実施例にかかる光電変換部の光学系
の詳細な構成を示す図、FIG. 16 is a diagram showing a detailed configuration of an optical system of a photoelectric conversion unit according to a second embodiment;
【図１７】 従来の蛍光式電気泳動装置の外観を示す斜
視図、FIG. 17 is a perspective view showing the appearance of a conventional fluorescent electrophoresis apparatus,
【図１８】 泳動計測装置の内部の構成を示すブロック
図、FIG. 18 is a block diagram showing an internal configuration of the electrophoresis measurement device;
【図１９】 図１９（Ａ）および図１９（Ｂ）はそれぞ
れ蛍光法による電気泳動パターン検出の動作原理を示す
泳動部の正面図および縦断面図、FIGS. 19A and 19B are a front view and a vertical cross-sectional view of an electrophoresis section showing an operation principle of electrophoresis pattern detection by a fluorescence method, respectively.
【図２０】 図２０（Ａ）および図２０（Ｂ）は泳動計
測装置から送出されるＤＮＡ断片の蛍光強度パターン信
号の例を説明する図、FIGS. 20A and 20B are diagrams illustrating an example of a fluorescence intensity pattern signal of a DNA fragment sent from the electrophoresis measurement device. FIGS.
【図２１】 電気泳動を行ったＤＮＡ断片の分布例を示
す図である。FIG. 21 is a diagram showing a distribution example of DNA fragments subjected to electrophoresis.
１ 電気泳動ユニット ２ａ 第１電極 ２ｂ 第２電極 ３ 支持板 ４ 電気泳動用電源装置 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 ２３ 集光器 ２４ 光電変換部 ２５ 増幅器 ２６ アナログ・ディジタル変換回路 ２７ 制御回路 ２８ 記憶回路 ２９ インタフェース ３０ ミラードライバ ３１ レーザビーム ３２ 光トラップ ３３ 演算部 ３４ ディジタル差分演算部 ３６ 光電変換部 ４１ 光源 ４２ 振動ミラー ４３ ステッピングモータ ４４ 平板状ミラー ４５ アクチュエータ ４６ スリット 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 走査線 ６６ バンド ７１，７２，７３，７４ レーン DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Electrophoresis unit 2a 1st electrode 2b 2nd electrode 3 Support plate 4 Power supply device for electrophoresis 5 Migration unit (migration unit) 6 Reading unit 7 Measurement unit main body 8 Data processing device 9 Image printer 10 Control circuit 11 Light source 12 Light Fiber 13 Fluorescence 14 Condenser 15 Optical Filter 16 Optical Sensor 17 Amplifier 18 Analog-to-Digital Converter 19 Signal Processor 20 Interface 23 Concentrator 24 Photoelectric Converter 25 Amplifier 26 Analog-Digital Converter 27 Control Circuit 28 Storage Circuit 29 Interface 30 Mirror driver 31 Laser beam 32 Optical trap 33 Operation unit 34 Digital difference operation unit 36 Photoelectric conversion unit 41 Light source 42 Vibration mirror 43 Stepping motor 44 Flat mirror 45 Actuator 46 Slit 51 Dynamic measurement device 51a door 51b control panel 52 the data processor 53 cable 54 computer main body 55 Keyboard 56 Display 57 printer 63 electrophoresis unit 64 signal processing unit 61 the optical path 62 scanning lines 66 band 71, 72, 73, 74 lanes
フロントページの続き (72)発明者 藤宮 仁 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 渡辺 敏正 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Continued on the front page (72) Inventor Jin Fujimiya 6-81 Onoe-cho, Naka-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Prefecture In-house Hitachi Software Engineering Co., Ltd. Engineering Co., Ltd.
Claims (6)
に展開したゲルを支持するガラス支持板と、 ゲル中の泳動パターンの蛍光物質を励起させる照射光を
発光する光源と、 前記ゲルの面に対して前記光源からの照射光を前記ガラ
ス支持板に垂直に照射して走査する光照射機構と、 照射光の光軸とは異なる方向に受光面を設定して泳動パ
ターンの蛍光をガラス支持板の散乱光から分離して受光
する受光部と、 受光部で受光した蛍光を２つの波長特性で分離する光学
フィルタ部と、 光学フィルタ部で分離した２つの波長成分の蛍光のそれ
ぞれの光電変換を行って電気信号を出力する光電変換部
と、 光電変換部からの電気信号を増幅し泳動パターンの蛍光
の電気信号を出力する増幅器と、 蛍光の２つの波長成分の電気信号の差分を取る演算部と
を備えることを特徴とする蛍光パターン読み取り装置。1. A glass support plate that supports a gel in which a sample labeled with a fluorescent substance is developed into an electrophoretic pattern, a light source that emits irradiation light that excites the fluorescent substance of the electrophoretic pattern in the gel, A light irradiation mechanism for vertically irradiating the glass support plate with irradiation light from the light source for scanning, and setting a light receiving surface in a direction different from the optical axis of the irradiation light to set the fluorescence of the migration pattern to the glass support plate. A light-receiving unit that separates and receives light from the scattered light, an optical filter that separates the fluorescence received by the light-receiving unit with two wavelength characteristics, and a photoelectric conversion of each of the two wavelength components separated by the optical filter A photoelectric conversion unit that outputs an electric signal by performing the operation; an amplifier that amplifies the electric signal from the photoelectric conversion unit and outputs a fluorescent electric signal of the migration pattern; and a calculation unit that obtains a difference between the electric signals of the two wavelength components of the fluorescent light. Fluorescence pattern reading apparatus comprising: a.
装置において、 光照射機構は、 ゲル面に対する走査ラインに沿った間隙を有するスリッ
トと、 前記スリットの間隙に照射光を反射させて入射させる平
板状ミラーと、 前記平板状ミラーの反射角を制御する制御機構とを備
え、 前記スリットおよび前記平板状ミラーの反射角の制御に
より光源からの照射光をゲル面を形成するガラス支持板
に対して垂直に照射することを特徴する蛍光パターン読
み取り装置。2. The fluorescent pattern reading device according to claim 1, wherein the light irradiation mechanism comprises: a slit having a gap along a scanning line with respect to the gel surface; and a flat plate for reflecting irradiation light into the gap between the slits. A mirror, and a control mechanism for controlling the reflection angle of the flat mirror, and controlling the reflection angle of the slit and the flat mirror to irradiate the irradiation light from the light source to a glass support plate forming a gel surface. A fluorescent pattern reading device characterized by irradiating vertically.
装置において、 光学フィルタ部の２つの波長特性の１つは、読み取り蛍
光パターンの蛍光波長の波長特性であり、他の１つは、
前記蛍光波長の波長特性よりも励起波長側に近い波長特
性であることを特徴とする蛍光パターン読み取り装置。3. The fluorescence pattern reading device according to claim 1, wherein one of the two wavelength characteristics of the optical filter unit is a wavelength characteristic of a fluorescence wavelength of the read fluorescence pattern, and the other one is:
A fluorescence pattern reader having a wavelength characteristic closer to the excitation wavelength side than the wavelength characteristic of the fluorescence wavelength.
装置において、 光学フィルタ部は、受光部で受光した蛍光の光信号を２
つに分割し、分割した光信号を蛍光波長の波長特性と該
蛍光波長よりも励起波長側に近い波長特性を有する光学
フィルタにそれぞれ通して、蛍光波長成分とノイズ成分
とに分離することを特徴とする蛍光パターン読み取り装
置。4. The fluorescent pattern reading device according to claim 1, wherein the optical filter unit transmits the fluorescent light signal received by the light receiving unit to two light signals.
It is characterized in that the divided optical signal is passed through an optical filter having a wavelength characteristic of a fluorescence wavelength and an optical filter having a wavelength characteristic closer to the excitation wavelength side than the fluorescence wavelength, and separated into a fluorescence wavelength component and a noise component. Fluorescent pattern reader.
装置において、 蛍光の２つの波長成分は蛍光波長成分とノイズ成分であ
り、演算部は、光電変換部で変換した蛍光成分の電気信
号とノイズ成分の電気信号とをアナログ信号のまま差分
をとることを特徴とする蛍光パターン読み取り装置。5. The fluorescence pattern reading device according to claim 1, wherein the two wavelength components of the fluorescence are a fluorescence wavelength component and a noise component, and the arithmetic unit is configured to convert the electrical signal of the fluorescence component converted by the photoelectric conversion unit and the noise. A fluorescent pattern reading apparatus, wherein a difference is obtained between an electric signal of a component and an analog signal.
装置において、 蛍光の２つの波長成分は蛍光波長成分とノイズ成分であ
り、演算部は、光電変換部で変換した蛍光成分の電気信
号とノイズ成分の電気信号とをそれぞれにアナログ・デ
ィジタル変換して、各成分の信号データを得た後、蛍光
成分データとノイズ成分データとを線形演算法を用いて
差分をとることを特徴とする蛍光パターン読み取り装
置。6. The fluorescence pattern reading device according to claim 1, wherein the two wavelength components of the fluorescence are a fluorescence wavelength component and a noise component, and the arithmetic unit is configured to convert the electrical signal of the fluorescence component converted by the photoelectric conversion unit and the noise. A fluorescent pattern characterized by analog-to-digital conversion of each component electrical signal to obtain signal data of each component, and then taking a difference between the fluorescent component data and the noise component data using a linear operation method. Reader.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9270333A JPH1194743A (en) | 1997-09-18 | 1997-09-18 | Reader for fluorescent pattern |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9270333A JPH1194743A (en) | 1997-09-18 | 1997-09-18 | Reader for fluorescent pattern |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1194743A true JPH1194743A (en) | 1999-04-09 |
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ID=17484804
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9270333A Pending JPH1194743A (en) | 1997-09-18 | 1997-09-18 | Reader for fluorescent pattern |
Country Status (1)
| Country | Link |
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| JP (1) | JPH1194743A (en) |
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1997
- 1997-09-18 JP JP9270333A patent/JPH1194743A/en active Pending
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