JPH1123532A - Fluorescence detecting device - Google Patents
Fluorescence detecting deviceInfo
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- JPH1123532A JPH1123532A JP9190556A JP19055697A JPH1123532A JP H1123532 A JPH1123532 A JP H1123532A JP 9190556 A JP9190556 A JP 9190556A JP 19055697 A JP19055697 A JP 19055697A JP H1123532 A JPH1123532 A JP H1123532A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明はマルチカラー蛍光検
出装置に関する。更に詳細には、本発明は複数の蛍光色
素で標識されたDNA構成塩基を電気泳動するためのゲ
ル電気泳動装置に関する。[0001] 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to a multicolor fluorescence detecting device. More specifically, the present invention relates to a gel electrophoresis apparatus for electrophoresing DNA constituent bases labeled with a plurality of fluorescent dyes.
【0002】[0002]
【従来の技術】DNA等の塩基配列を決定する方法とし
て、ゲル電気泳動法が広く実施されている。2. Description of the Related Art Gel electrophoresis is widely used as a method for determining a base sequence of DNA or the like.
【0003】電気泳動する際に、従来は試料をラジオア
イソトープでラベルし、分析していたが、この方法では
手間と時間がかかる難点があった。更に、放射能管理の
点から常に最大限の安全性と管理が求められ、特別な施
設内でなければ分析を行うことができない。このため、
最近では、試料を蛍光体でラベルする方式が検討されて
いる。Conventionally, when performing electrophoresis, a sample is labeled with a radioisotope and analyzed, but this method has a drawback that it requires time and effort. In addition, maximum safety and control are always required from the viewpoint of radioactivity management, and analysis cannot be performed unless in a special facility. For this reason,
Recently, a method of labeling a sample with a phosphor has been studied.
【0004】光を用いる方法では、蛍光色素でラベルし
たDNA断片をゲル中を泳動させるが、泳動開始部か
ら、15〜20cm下方に各泳動路毎に光励起部と光検出
器を設けておき、ここを通過するDNA断片を順に計測
する。例えば、配列を決定しようとするDNA鎖を鋳型
として酵素反応(ダイデオキシ法)による操作で末端塩
基種が0かった種々の長さのDNAを複製し、これらに
蛍光体を標識する。つまり、蛍光体で標識されたアデニ
ン(A)断片群,シトシン(C)断片群,グアニン
(G)断片群およびチミン(T)断片群を得る。これら
の断片群を混合して電気泳動用ゲルの別々の泳動レーン
溝に注入し、電圧を印加する。DNAは負の電荷を持つ
鎖状の重合体高分子のため、ゲル中を分子量に反比例し
た速度で移動する。短い(分子量の小さい)DNA鎖ほ
ど早く、長い(分子量の大きい)DNA鎖ほどゆっくり
と移動するので、分子量によりDNAを分画できる。In the method using light, a DNA fragment labeled with a fluorescent dye is electrophoresed in a gel, and a photoexcitation section and a photodetector are provided for each electrophoresis path 15 to 20 cm below the electrophoresis start section. The DNA fragments passing here are measured in order. For example, DNAs of various lengths having no terminal base species are duplicated by an enzymatic reaction (dideoxy method) using a DNA chain whose sequence is to be determined as a template, and these are labeled with a fluorescent substance. That is, an adenine (A) fragment group, a cytosine (C) fragment group, a guanine (G) fragment group, and a thymine (T) fragment group labeled with a fluorescent substance are obtained. These fragment groups are mixed, injected into separate electrophoresis lane grooves of an electrophoresis gel, and a voltage is applied. Since DNA is a chain polymer polymer having a negative charge, it moves in the gel at a speed inversely proportional to the molecular weight. Shorter (small molecular weight) DNA strands move faster and longer (larger molecular weight) DNA chains move more slowly, so that DNA can be fractionated by molecular weight.
【0005】塩基配列の決定においてDNAを標識する
ために現に使用されている色素は例えば、イソチオシア
ン酸フルオレセイン(FITC),イソチオシアン酸エ
オシン(EITC),イソチオシアン酸テトラメチルロ
ーダミン(TMRITC)及び置換イソチオシアン酸ロ
ーダミン(XRITC)などである。検体を1種類の色
素でラベルする方法の代わりに、2種類の色素でラベル
し、2種類の蛍光を測定すると分析のスループットが向
上する。[0005] Dyes currently used for labeling DNA in the determination of base sequence include, for example, fluorescein isothiocyanate (FITC), eosin isothiocyanate (EITC), tetramethyl rhodamine isothiocyanate (TMRITC) and rhodamine substituted isothiocyanate. (XRITC). Instead of labeling the specimen with one type of dye, labeling with two types of dyes and measuring two types of fluorescence improve analysis throughput.
【0006】例えば、DNA断片を標識するための蛍光
色素として、FITC及びXRITCを使用する場合、
この蛍光色素にレーザ光が照射されると、ここから波長
約520nm及び604nmの蛍光がそれぞれ発生され
る。蛍光色素を2種類使用すると、蛍光色素を1種類使
用した場合に比べて、ゲル当たりのサンプル数を単純に
倍にすることができるばかりか、識別塩基長を長くする
こともできる。例えば、蛍光色素を1種類使用した場
合、1サンプル当たりのレーン数は4で、蛍光色素を2
種類使用する場合と同じであるが、ゲル当たりのサンプ
ル数は蛍光色素が1種類の場合は8であるのに対し、蛍
光色素が2種類の場合、サンプル数は16に倍増する。
また、蛍光色素を1種類使用した場合、識別塩基長は4
00塩基対であるのに対し、蛍光色素が2種類の場合、
識別塩基長は450塩基対に増大させることができる。For example, when FITC and XRITC are used as fluorescent dyes for labeling DNA fragments,
When this fluorescent dye is irradiated with laser light, it emits fluorescence with wavelengths of about 520 nm and 604 nm, respectively. When two types of fluorescent dyes are used, the number of samples per gel can be simply doubled as compared with the case where one type of fluorescent dye is used, and the discriminating base length can be increased. For example, when one type of fluorescent dye is used, the number of lanes per sample is four, and the number of fluorescent dyes is two.
This is the same as the case of using one kind, but the number of samples per gel is 8 when one kind of fluorescent dye is used, whereas the number of samples is doubled to 16 when two kinds of fluorescent dyes are used.
When one type of fluorescent dye is used, the discriminating base length is 4
In contrast to 00 base pairs, when there are two types of fluorescent dyes,
The discriminating base length can be increased to 450 base pairs.
【0007】最近は分析のスループットを更に一層向上
するため、DNAの4つの塩基を異なるピーク波長の4
個の蛍光色素で標識したサンプルを使用するマルチカラ
ーDNAシーケンサの開発が進められている。従来のこ
のようなマルチカラーDNAシーケンサでは、例えば、
円板上に複数のバンドパスフィルタを配置し、検出光路
中で円板を回転することによりフィルタを順次切り換
え、サンプルの蛍光を検出する方式が採られている。し
かし、この方式では、時間的にフィルタを切り換えする
必要があるため、リアルタイムでの検出は不可能である
ばかりか、回転機構が必要となるため、分析装置全体の
機構が複雑化するばかりか大型化する。別法として、蛍
光検出光学系の途中に分光プリズムを挿入し、サンプル
の分光を行う方式が採用されている。しかし、この方式
では、集光レンズにより取り込んだ光を平行光にし、プ
リズムで分光した後、各色をセンサ上に集光するが、色
収差、プリズムによる収差などを補正する必要があり、
構造的に難がある。In recent years, in order to further improve the throughput of analysis, four bases of DNA have different peak wavelengths.
A multicolor DNA sequencer using a sample labeled with a single fluorescent dye has been developed. In such a conventional multicolor DNA sequencer, for example,
A method is adopted in which a plurality of bandpass filters are arranged on a disk, and the disks are sequentially switched by rotating the disk in a detection optical path to detect fluorescence of a sample. However, in this method, it is necessary to switch the filter over time, so that real-time detection is not possible, and a rotating mechanism is required. Become As another method, a method is adopted in which a spectral prism is inserted in the middle of the fluorescence detection optical system to perform spectral analysis of a sample. However, in this method, the light captured by the condenser lens is converted into parallel light, and after being separated by the prism, each color is collected on the sensor, but it is necessary to correct chromatic aberration, aberration by the prism, and the like.
There is structural difficulty.
【0008】[0008]
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
はリアルタイムで検出でき、高効率でコンパクトなマル
チカラー蛍光検出装置を提供することである。SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to provide a highly efficient and compact multi-color fluorescence detecting device capable of real-time detection.
【0009】[0009]
【課題を解決するための手段】前記課題は、光軸に垂直
な平面内に透過領域が異なるバンドパスフィルタを配置
して平行光束をエリア別に分光し、更にエリア別に分光
された光を各エリア毎の別々のレンズにより、別々のセ
ンサに集光することにより解決される。The object of the present invention is to dispose a band-pass filter having different transmission areas in a plane perpendicular to the optical axis to separate parallel light beams into areas, and to further separate the light split into light in each area. This is solved by focusing the light on separate sensors, each with a separate lens.
【0010】[0010]
【発明の実施の形態】図1は本発明のマルチカラー蛍光
検出装置の一例の構成を示す概要斜視図である。本発明
のマルチカラー蛍光検出装置では、ガラス管1(内径<
100μm)内のポリアクリルアミドゲル又はその他の
泳動媒体として適当なポリマーを充填し、4色の蛍光色
素でDNAを構成する各塩基を標識したサンプルを同一
のガラス管内に入れ、電気泳動する。FIG. 1 is a schematic perspective view showing the structure of an example of a multicolor fluorescence detecting device according to the present invention. In the multicolor fluorescence detection device of the present invention, the glass tube 1 (inner diameter <
A 100 μm) polyacrylamide gel or other suitable polymer as an electrophoresis medium is filled, and a sample in which each base constituting DNA is labeled with four fluorescent dyes is placed in the same glass tube and subjected to electrophoresis.
【0011】ガラス管1内を所定の長さ(例えば、30
〜40cm)泳動した位置に蛍光励起用のレーザをサン
プルのバンド幅に対して十分に小さい(例えば、0.1
〜0.4mm)ビーム径で照射する。照射系はレーザ光
源3とコリメータレンズ5及びシリンドリカルレンズ7
からなる。レーザ光源3の種類は特に限定されないが、
使用する蛍光色素との関係から、例えば、励起波長が4
88又は514.5nmのアルゴンレーザなどを使用す
ることが好ましい。A predetermined length of the glass tube 1 (for example, 30
A laser for fluorescence excitation is positioned sufficiently small (for example, 0.1 cm) at the position where electrophoresis has been performed.
〜0.4 mm). The irradiation system includes a laser light source 3, a collimator lens 5, and a cylindrical lens 7.
Consists of The type of the laser light source 3 is not particularly limited,
Due to the relationship with the fluorescent dye used, for example, when the excitation wavelength is 4
It is preferable to use an 88 or 514.5 nm argon laser or the like.
【0012】ガラス管1内のゲル電解質層に沿って泳動
されてきた蛍光標識サンプルに照射系からの励起光が入
射するすると、このサンプルから蛍光が発生する。発生
した蛍光はガラス管1の中心を焦点位置に設定した集光
レンズ9により検出系に平行光として取り込まれる。検
出系の光路中には、各蛍光色素のピーク波長付近を透過
する4種類のバンドパスフィルタ(Bp1〜Bp4)11
a,11b,11c及び11dが光軸に垂直な平面内に
一体的に配置されている。取り込まれた平行光はこのフ
ィルタ11a〜11dにより光軸に垂直な平面内で4つ
のエリアに分けてそれぞれ分光される。分光された光は
エリア別に設けられた集合レンズ13a,13b,13
c及び13dによりそれぞれ、4分割センサ15の各セ
ンサエリア(S1〜S4)に対して、Bp1:S1,B
p2:S2,Bp3:S3及びBp4:S4の対応関係でセン
サ15上に集光される。4分割センサ15は例えば、4
分割ホトダイオードセンサを使用できる。When the excitation light from the irradiation system is incident on the fluorescently labeled sample migrated along the gel electrolyte layer in the glass tube 1, fluorescence is generated from this sample. The generated fluorescence is taken into the detection system as parallel light by the condenser lens 9 whose center is set at the focal position of the glass tube 1. In the optical path of the detection system, four types of band-pass filters (Bp 1 to Bp 4 ) 11 transmitting near the peak wavelength of each fluorescent dye 11
a, 11b, 11c and 11d are integrally arranged in a plane perpendicular to the optical axis. The captured parallel light is divided by the filters 11a to 11d into four areas in a plane perpendicular to the optical axis, and is separated. The split light is a collective lens 13a, 13b, 13 provided for each area.
According to c and 13d, Bp 1 : S 1 , B 1 for each sensor area (S 1 to S 4 ) of the four-divided sensor 15.
Light is condensed on the sensor 15 in a correspondence relationship of p 2 : S 2 , Bp 3 : S 3 and Bp 4 : S 4 . The four-divided sensor 15 is, for example, 4
Split photodiode sensors can be used.
【0013】色、すなわち塩基の判別は、例えば、S1
〜S4までのセンサ出力のうち、最大となるセンサを判
別することにより、対応する蛍光ピーク波長の色素が決
まることにより行われる。別法として、個々の色素の各
フィルタへの漏れ込み量を求めておき、検出された信号
に対して逆算して色素を判別することもできる。The color, that is, the determination of the base is determined, for example, by S 1
Of the sensor output up to S 4, by determining the sensor to be a maximum, is performed by the corresponding fluorescent peak wavelength dye is determined. Alternatively, the amount of individual dye leaking into each filter may be determined, and the dye may be determined by performing an inverse calculation on the detected signal.
【0014】図2は、各蛍光色素の特性とバンドパスフ
ィルタの透過領域との関係を示す特性図であり、縦軸は
蛍光強度を示し、横軸は波長を示す。図2において、F
L1〜FL4は各蛍光色素の蛍光分光特性を示す波形であ
り、Bp1〜Bp4はバンドパスフィルタの透過領域を示
す。図示されているように、各バンドパスフィルタは各
蛍光色素のピーク波長を特定的に透過させることがで
き、優れた分離特性を有する。FIG. 2 is a characteristic diagram showing the relationship between the characteristics of each fluorescent dye and the transmission region of the band-pass filter. The vertical axis indicates the fluorescence intensity, and the horizontal axis indicates the wavelength. In FIG. 2, F
L 1 to FL 4 are waveforms indicating the fluorescence spectral characteristics of each fluorescent dye, and Bp 1 to Bp 4 indicate the transmission region of the band-pass filter. As shown, each bandpass filter can specifically transmit the peak wavelength of each fluorescent dye, and has excellent separation characteristics.
【0015】図1では、ガラス管1は1本しか図示され
ていないが、複数本(例えば、40〜100本)のガラ
ス管を使用できる。また、図1では、照射系と検出系と
がガラス管を挟んで直交するように配置されているが、
この配置構成に限定されず、例えば、照射系と検出系と
がガラス管を挟んで対峙するように配置することもでき
る。図示されていないが、ガラス管の上部は上部バッフ
ァ槽のバッファ液に、下部は下部バッファ槽のバッファ
液に浸漬されている。上部バッファ槽には更に上部電極
が、また、下部バッファ槽には下部電極がそれぞれ配設
され、電極間に電圧を印加することにより電気泳動が行
われる。このような複数本のガラス管を使用するゲル電
気泳動装置は例えば、特開平5−72177号公報に開
示されている。Although only one glass tube 1 is shown in FIG. 1, a plurality of (for example, 40 to 100) glass tubes can be used. In FIG. 1, the irradiation system and the detection system are arranged so as to be orthogonal to each other across the glass tube.
The arrangement is not limited to this arrangement. For example, the irradiation system and the detection system may be arranged so as to face each other with the glass tube interposed therebetween. Although not shown, the upper part of the glass tube is immersed in the buffer solution of the upper buffer tank, and the lower part is immersed in the buffer solution of the lower buffer tank. An upper electrode is further provided in the upper buffer tank, and a lower electrode is provided in the lower buffer tank. Electrophoresis is performed by applying a voltage between the electrodes. A gel electrophoresis apparatus using such a plurality of glass tubes is disclosed in, for example, JP-A-5-72177.
【0016】[0016]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
各センサともリアルタイムで蛍光を検出できるため、感
度の向上が図れる。また、光軸に対して平行な光軸で光
を分離するため、効率良く分光される。また、機構的に
駆動系を全く必要としないため、装置全体の構成上コン
パクト化が可能となる。As described above, according to the present invention,
Since each sensor can detect fluorescence in real time, sensitivity can be improved. Further, since the light is separated at the optical axis parallel to the optical axis, the light is efficiently separated. Further, since no driving system is required at all mechanically, it is possible to reduce the size of the overall apparatus.
【図1】本発明のマルチカラー蛍光検出装置の一例の構
成を示す概要斜視図である。FIG. 1 is a schematic perspective view showing a configuration of an example of a multicolor fluorescence detection device of the present invention.
【図2】各蛍光色素の特性とバンドパスフィルタの透過
領域との関係を示す特性図である。FIG. 2 is a characteristic diagram showing a relationship between characteristics of each fluorescent dye and a transmission region of a bandpass filter.
1 ガラス管 3 レーザ光源 5 コリメータレンズ 7 シリんドリカルレンズ 9 集光レンズ 11 バンドパスフィルタ 13 集合レンズ 15 4分割センサ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Glass tube 3 Laser light source 5 Collimator lens 7 Cylindrical lens 9 Condensing lens 11 Bandpass filter 13 Collective lens 15 Four-split sensor
Claims (4)
が泳動されるガラス管と、このガラス管に励起光を照射
する照射系と、励起光が照射されたサンプルから発せら
れる蛍光を検出する検出系とからなる蛍光検出装置にお
いて、前記検出系は、蛍光を集光する集光レンズと、4
種類のバンドパスフィルタと、4個の集合レンズと、4
個に分割されたセンサとからなることを特徴とする蛍光
検出装置。1. A glass tube on which a sample labeled with four kinds of fluorescent dyes is electrophoresed, an irradiation system for irradiating the glass tube with excitation light, and detecting fluorescence emitted from the sample irradiated with the excitation light. In a fluorescence detection device including a detection system, the detection system includes a condenser lens for condensing fluorescence,
Kinds of bandpass filters, 4 collective lenses, 4
A fluorescence detection device comprising: a plurality of divided sensors.
に設定されており、4種類のバンドパスフィルタは光軸
に垂直な平面内に一体的に配置され、4個の集合レンズ
は光軸に垂直な平面内に一体的に配置され、各バンドパ
スフィルタは各光軸上の各センサにそれぞれ対応してい
る請求項1の装置。2. A condenser lens is set at a focal position at the center of a glass tube, four types of band-pass filters are integrally disposed in a plane perpendicular to an optical axis, and four collective lenses are optical The apparatus of claim 1 wherein the bandpass filters are integrally disposed in a plane perpendicular to the axis, and each bandpass filter corresponds to a respective sensor on each optical axis.
する請求項1の装置。3. The apparatus according to claim 1, wherein a plurality of glass tubes are used in a bundle.
置。4. The device according to claim 1, which is a gel electrophoresis device.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9190556A JPH1123532A (en) | 1997-07-01 | 1997-07-01 | Fluorescence detecting device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9190556A JPH1123532A (en) | 1997-07-01 | 1997-07-01 | Fluorescence detecting device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH1123532A true JPH1123532A (en) | 1999-01-29 |
Family
ID=16260045
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP9190556A Pending JPH1123532A (en) | 1997-07-01 | 1997-07-01 | Fluorescence detecting device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH1123532A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013508718A (en) * | 2009-10-23 | 2013-03-07 | コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ | Device for monitoring multiple fluorescent signals |
CN111272715A (en) * | 2018-12-04 | 2020-06-12 | 长光华大基因测序设备(长春)有限公司 | Fluorescence imaging system of gene sequencer |
-
1997
- 1997-07-01 JP JP9190556A patent/JPH1123532A/en active Pending
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013508718A (en) * | 2009-10-23 | 2013-03-07 | コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ | Device for monitoring multiple fluorescent signals |
US9228947B2 (en) | 2009-10-23 | 2016-01-05 | Koninklijke Philips N.V. | Device for monitoring a plurality of discrete fluorescence signals |
CN111272715A (en) * | 2018-12-04 | 2020-06-12 | 长光华大基因测序设备(长春)有限公司 | Fluorescence imaging system of gene sequencer |
CN111272715B (en) * | 2018-12-04 | 2023-03-14 | 长春长光华大智造测序设备有限公司 | Fluorescence imaging system of gene sequencer |
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