電気泳動装置
【課題】精度のよい検体資料の分子量の検出を可能とする電気泳動システムの提供。
【解決手段】生体高分子試料を分離するための支持体を有する電気泳動槽１０、該支持体の電気泳動パターンの画像を撮影する画像撮影手段６１、分離した生体高分子試料の画分を切り出す切り出し手段６２、支持体に光照射する光源７１、および光照射を遮蔽する機構９１を備え、電気泳動槽１０および画像撮影手段６１を、相対的に、Ｘ軸、Ｙ軸方向のいずれか、あるいはその双方に駆動して、電気泳動パターン画像の撮影、および電気泳動により分離した支持体内の生体高分子試料の画分の位置情報の獲得を行い、該位置情報、および電気泳動の泳動状態の基準となるサイズマーカーのうちの分子量の異なるマーカー分子の泳動状態に基づき、電気泳動を好適に自動停止させ、自動で画像撮影を行い、検体試料の分子量の検出を行う。
【解決手段】生体高分子試料を分離するための支持体を有する電気泳動槽１０、該支持体の電気泳動パターンの画像を撮影する画像撮影手段６１、分離した生体高分子試料の画分を切り出す切り出し手段６２、支持体に光照射する光源７１、および光照射を遮蔽する機構９１を備え、電気泳動槽１０および画像撮影手段６１を、相対的に、Ｘ軸、Ｙ軸方向のいずれか、あるいはその双方に駆動して、電気泳動パターン画像の撮影、および電気泳動により分離した支持体内の生体高分子試料の画分の位置情報の獲得を行い、該位置情報、および電気泳動の泳動状態の基準となるサイズマーカーのうちの分子量の異なるマーカー分子の泳動状態に基づき、電気泳動を好適に自動停止させ、自動で画像撮影を行い、検体試料の分子量の検出を行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生体高分子、とりわけ核酸を分析するための電気泳動システムに関するものである。
【０００２】
本発明は、核酸の電気泳動システムに関し、より詳細には、電気泳動システムにより核酸を分子量毎に分離し、その画像を撮影すると共に電気泳動の支持体より核酸の切り出し、および抽出回収を行う技術に関する。
【０００３】
本発明は、電気泳動システムに係り、特に電気泳動により核酸を分子量毎に分離させた結果を得るために、電気泳動を自動で停止させ、電気泳動結果の画像の自動撮影を好適に実現できるものである。
【背景技術】
【０００４】
従来より、生体高分子とりわけ核酸の電気泳動装置による分子量に基づいた分離、解析方法は、簡便かつ安価であると共に分析精度も高いため、核酸分析の装置として広範囲に利用されている。以下、核酸の電気泳動に関して述べる。
【０００５】
電気泳動による核酸の分析は、まず、両端に電圧を導電する電極を緩衝液で接触させる電気泳動槽に核酸試料が移動する支持体を付設することにより構成されている。この電気泳動の支持体としては、アガロースあるいはポリアクリルアミドなどのゲル状物質が使用されている。また装置の形態としては、取り扱いの容易さから支持体を横面に設置する水平方式の電気泳動装置が汎用されている。電気泳動の動作は、支持体の一端に形成した溝に核酸試料を滴下し、支持体の両端に電圧を印加させ、支持体中の核酸試料を電気的に移動させる。この時に支持体の網目構造により核酸試料の移動が制約を受け、分子量が大きい程、移動度が遅くなることにより、核酸の分子量に基づいた分離が可能となる。さらにこのようにして分離した核酸を支持体より核酸画分毎に切り出し、ＶｏｇｅｌｓｔｅｉｎとＧｉｌｌｅｓｐｉｅの方法（非特許文献１）あるいはＭｏｌｅｃｕｌａｒ Ｃｌｏｎｉｎｇに記載の方法（非特許文献２）などの適当な方法で核酸を抽出回収することにより、核酸試料からの不純物質の分離除去、ベクターへの組み込み、配列マッピングなどへ利用されている。
【０００６】
なお、この核酸分画を回収する方法としては、電気泳動装置を利用する方法以外にも高速液体クロマトグラフィーに代表されるカラムクロマトグラフィーを利用する方法などがあるが、核酸の分離精度に対する装置の簡便性、融通性、装置価格、維持費用などを勘案した場合、電気泳動装置による方法は極めて高効率であるため、専ら核酸画分の回収には電気泳動による方法が利用されている。
【０００７】
この電気泳動装置の利便性をさらに向上させるため、支持体の小型化を図り、電圧印加により生じるジュール熱を抑制する提案がなされ、電気泳動の短時間化が可能となり、設置場所も制約を受けないため、作業効率の向上に貢献している（特許文献１および特許文献２参照）。
【０００８】
次に電気泳動により分離した核酸の検出方法については、臭化エチジウム等の核酸結合性蛍光試薬を電気泳動前に予め支持体中に混合するか、あるいは電気泳動後、支持体をこれらの溶液中に浸漬して、支持体中に浸潤させ、支持体中の核酸試料とこの蛍光試薬を結合させた後、蛍光試薬を紫外線により励起し、蛍光発色させて、支持体中の分離した核酸試料を可視化させるようにしている（この紫外線を照射する装置はトランスイルミネーターと呼ばれている）。
【０００９】
この紫外線照射により可視化した核酸試料の結果は、従来、フィルム式カメラを利用した画像撮影によりデータを取得していたが、近年の電子デバイスの進歩と共に電荷結合素子（ＣＣＤ）式カメラを採用した電気泳動画像撮影装置が提案され（特許文献３、非特許文献３）、画像をデジタル化することが可能となり、フィルム式に比べ、撮影の簡便性、データの保存性およびコンピュータ等のデジタルデバイスとの親和性が高く、電気泳動の短時間化と共に、一連の電気泳動手技の作業効率向上に貢献している。
【００１０】
さらに近年、電気泳動装置と画像撮影装置を一体化させて、電気泳動のリアルタイムモニタリングが提案されており、電気泳動による最適な核酸分離分析、及び画像の取得を可能にしている（特許文献４、特許文献５および特許文献６参照）。
【００１１】
電気泳動により分離した核酸の支持体からの抽出回収については、従来、鋭利な刃物を利用して支持体より目的の核酸画分を切り出し、非特許文献１あるいは２などの適当な方法により核酸を抽出回収していたが、近年、機械的に支持体より核酸分画を切り出す装置および抽出回収装置（特許文献７、特許文献８、特許文献９、特許文献１０）が提案され、従来の手動による方法に比べ、作業効率を大幅に向上している。
【特許文献１】特開平１０−２８８５９７号公報
【特許文献２】特開２００２−３２８１１３号公報
【特許文献３】特許２８３８１１７号公報
【特許文献４】特開２０００−１０５２１９号公報
【特許文献５】特開２００２−３５７５９０号公報
【特許文献６】特開２００３−２４０７５６号公報
【特許文献７】特許３３８１４８４号公報
【特許文献８】特開２００１−２２１７６号公報
【特許文献９】実用新案３１０１４４号公報
【特許文献１０】特開２０００−８８８０４号公報
【非特許文献１】ヴォーゲルステイン（Vogelstein. B.）、ギレスピー（Gillespie. D.），「米国科学アカデミー紀要（Proc. Natl. Acad. Sci. USA）」，１９７９年，第７６巻，ｐ．６１５−６１９
【非特許文献２】サンブルック（Sambrook. J.）、フリッチ（Fritsch. E. F.）、マニアティス（Maniatis. T.）編，Molecular Cloning（モレキュラークローニング）第２版，コールドスプリングハーバー研究所出版（Cold Spring Harbor Laboratory Press）刊，１９８９年，ｐ．６．２２−６．３５
【非特許文献３】サザーランド（Sutherland. J. F.）ら，「アナリティカルバイオケミストリー（Anal. Biochem.）」，１９８７年，第１６３巻，ｐ．４４６−４５７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、前記従来の電気泳動装置では、装置本体を小型化することにより核酸試料量を軽減し、電気泳動時間の短縮に貢献できているが、その利用用途が、少ない試料数の核酸試料に対し、試料中の核酸の分子量の決定、核酸試料の夾雑物の有無の判定をする目的だけに限定され、多量あるいは多数の試料に対する電気泳動を実施すること、および電気泳動により分離した核酸画分の適当量を分取することが困難となるという課題を有していた。
【００１３】
次に、電気泳動画像撮影装置は、ＣＣＤカメラの採用により利便性は向上したが、従来からのフィルム式カメラの場合と同様に、少ない試料数から多量試料数の電気泳動結果および泳動長が５０〜３００ｍｍ程度までの大小さまざまな寸法の支持体に対して対応可能なようにするため、撮影範囲を広く設計する必要があるため、結果として装置の占有面積、装置自身の外寸が大きくなり、設置場所を制約してしまうことがフィルム式カメラによる撮影装置からの課題として残されていた。
【００１４】
また、比較的大きな寸法の支持体全体を撮影しようとする場合、被写体である支持体とカメラ位置の距離を遠くにしなければならないが、遠距離になるに従い、支持体中の核酸試料の蛍光強度が減衰するため、カメラ距離が遠くても撮像可能なように蛍光を励起するための過度の紫外線光量を必要としなければならず、そのため通常は、高光量の紫外線蛍光管を複数本並列に設置されている。
【００１５】
しかしながら蛍光管のソケット形状および蛍光管交換の作業性の観点から蛍光管同士には若干の間隔が生じているため、蛍光管配置位置と蛍光管同士の隙間位置では、紫外線光量のムラが発生する。また、蛍光管と平行方向の位置に存在する支持体により保持される核酸試料の蛍光強度が一定であるのに対し、蛍光管と垂直方向の位置に存在する支持体により保持される核酸試料の蛍光強度は一定しないという課題を有していた。
【００１６】
さらに、蛍光管の経時変化や温度特性により、規定の電圧を印加しても常に一定の紫外線光量を照射することは困難であるという課題を有していた。
【００１７】
このカメラ距離の課題を解決するため、カメラレンズを広角仕様にし、カメラ距離が遠くなくても撮像範囲を広くすることは、可能であるが、広角レンズによる被写体の取り込みは、画像を湾曲させてしまうという欠点を有しているため、その使用を困難にしているという課題を有している。
【００１８】
このように被写体である支持体とカメラ位置の距離により生じる課題を解決するためには、支持体に対し必要以上の高光量の紫外線を照射しなければならないが、そのために紫外線暴露により誘引される核酸分子の部分断絶、核酸分子に存在する塩基であるチミン同士の重合（チミンダイマー）形成を回避できず、支持体から回収した核酸試料を利用した後続の試験結果には、これらの影響が存在していることを考慮しなければならないという課題を有していた。
【００１９】
つぎに電気泳動および画像撮影を一体化させた装置においては、電気泳動のリアルタイムモニタリングを実現し、最適な核酸分離状態を検出可能とするが、一体型装置の外寸は、電気泳動装置の外寸により規定され、電気泳動装置の外寸が大きくなるに従い、一体型装置自身の外寸も大きくなるため、設置場所が制約されると共に、断続的に紫外線を暴露するため、上述した通り、核酸分子の部分断絶、チミンダイマー形成を回避できず、支持体からの核酸回収に不適であるという課題を有していた。
【００２０】
そのため、一体型装置においての電気泳動は、該核酸の分子量に基づいた分離分析のみにその使用が制限されているという課題を有していた。
【００２１】
また、リアルタイムモニタリングすることで、最適な核酸分離状態を決定し、電気泳動を停止する方法は、従来通り、手動によるものであるため、電気泳動停止までの待機時間を回避することが困難であり、タイマー設定による電気泳動の停止も考案されているが、最適な条件で停止する時間を設定するには、条件設定を十分に理解するなど電気泳動に関し、高い経験を要するため、電気泳動に不慣れな場合、有効な手段とはなりえないという課題を有していた。
【００２２】
さらに電気泳動停止後、核酸試料は、支持体内で滞留せず、経時的に自然拡散するため、電気泳動停止後、直ちに画像撮影する必要があり、タイマー設定による電気泳動自動停止も、待機時間解消の有効な解決手段になりえないという課題を有していた。
【００２３】
最後に電気泳動後の支持体からの核酸画分の切り出しは、専ら手動で鋭利な刃物を利用し、切り出すため、紫外線を直視しながら操作する必要がある。この際、紫外線の暴露から作業者を保護する保護具を着用するが、通常、紫外線ランプには、紫外光以外にも紫色可視光を混合させているため、高光量の紫色可視光を直視しなければならず、作業者に重篤な眼性疲労を誘引する原因となっている。
【００２４】
また、核酸分画の切り出し中においても、上述した電気泳動停止後に発生する核酸試料の支持体中での自然拡散が生じ、限定された時間内に切り出し操作をしなければならないという課題を有していた。
【００２５】
本発明は、前記従来の課題を解決するためになされたもので、装置の可動が容易で設置場所に制限を受けることがなく、かつ、支持体の寸法に柔軟に対応可能で、高精度に検体試料の分子量を検出することができる、小型で安価な電気泳動システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
前記従来の課題を解決するために、本発明の請求項１にかかる電気泳動システムは、生体高分子試料を分離解析する電気泳動システムにおいて、前記生体高分子試料を、支持体を用いて電気泳動させるための電気泳動槽と、前記電気泳動槽に付設した前記支持体の両端に電圧を印加し、前記生体高分子試料を電気泳動させる電圧印加手段と、前記生体高分子試料の電気泳動の結果を撮影する画像撮影手段と、前記画像撮影手段により獲得した画像に基づき、前記支持体における生体高分子画分の位置情報を算出し、該支持体で分離した生体高分子の画分を切り出す切り出し手段とを有し、前記電気泳動の開始から該電気泳動による生体高分子試料画分の抽出回収までを、一連に実施可能とする電気泳動システムであって、前記電気泳動を、所要の条件が満たされたとき自動停止させ、そのときの電気泳動画像を自動撮影する、ことを特徴とするものである。
【００２７】
これにより、電気泳動の実施、および電気泳動パターン画像の取得、支持体より分離した核酸画分の切り出し回収の作業を、作業者が介在することなく実施可能であり、電気泳動用による感電、作業者の紫外線暴露、の防止などの電気泳動に関する作業の安全性の向上と、作業の自動化に伴う研究作業の効率化を達成できる、小型で安価な電気泳動システムを提供できるとともに、好ましい所要の条件で電気泳動を停止させて、電気泳動結果を撮像することにより、検体試料の分子量を精度よく検出できるものを得られる。
【００２８】
また、本発明の請求項２にかかる電気泳動システムは、前記電気泳動の泳動状態の基準となるサイズマーカーは、分子量の異なるマーカー分子を複数有するものとし、該複数のマーカー分子の各々の移動度を前記画像撮像手段により経時追跡し、前記複数のマーカー分子のうちの１つの移動度が規定の移動度に達したとき、前記電気泳動を自動停止させる、ことを特徴とするものである。
【００２９】
これにより、好ましい所要の条件で電気泳動を自動停止させて、電気泳動結果を撮像することにより、検体試料の分子量を精度よく検出することができる。
【００３０】
また、本発明の請求項３にかかる電気泳動システムは、前記電気泳動の泳動状態の基準となるサイズマーカー内の分子量の異なる複数のマーカー分子の中の、最低分子量のマーカー分子の泳動状態から順次分子量が大きいマーカー分子の泳動状態を経時追跡し、所要の分子量のマーカー分子の泳動状態が規定の移動度に達したとき、前記電気泳動を自動停止させる、ことを特徴とするものである。
【００３１】
これにより、好ましい所要の条件で電気泳動を自動停止させて、電気泳動結果を撮像することにより、検体試料の分子量を精度よく検出することができる。
【００３２】
また、本発明の請求項４にかかる電気泳動システムは、前記電気泳動の泳動状態の基準となるサイズマーカーに含まれる分子量の異なるマーカー分子の中の、最低分子量のマーカー分子から順次分子量が大きくなる、少なくとも３つあるいは４つのマーカー分子の泳動状態を経時追跡し、前記３つあるいは４つのマーカー分子の移動度が所要の移動度に到達したとき、前記電気泳動を自動停止させる、ことを特徴とするものである。
【００３３】
これにより、好ましい所要の条件で電気泳動を自動停止させて、電気泳動結果を撮像することにより、検体試料の分子量を精度よく検出することができる。
【００３４】
また、本発明の請求項５にかかる電気泳動システムは、前記画像撮影手段により追跡した各マーカー分子について、各マーカー分子の分子量に対する移動度の一次関数で表される検量線を演算し、該検量線の傾きが設定値以上に到達した時、前記電気泳動を自動停止させる、ことを特徴とするものである。
【００３５】
これにより、好ましい所要の条件で電気泳動を自動停止させて、電気泳動結果を撮像することにより、検体試料の分子量を精度よく検出することができる。
【００３６】
また、本発明の請求項６にかかる電気泳動システムは、検体試料の生体高分子の推定分子量が、電気泳動の泳動状態の基準となるサイズマーカーに含まれる分子量の異なる複数のマーカー分子の、最低分子量のマーカー分子から低い順に数えて３番目あるいは４番目のマーカー分子の分子量より大きい場合、該検体試料の生体高分子の推定分子量に最も近似し、かつ該推定分子量より大きい分子量のマーカー分子をすべて合計したマーカー分子数に基づいて電気泳動状態を経時追跡し、各マーカー分子の分子量に対する移動度の一次関数で表される検量線を演算し、該検量線の傾きが設定値以上に到達した時に、電気泳動を自動停止させる、ことを特徴とするものである。
【００３７】
これにより、好ましい所要の条件で電気泳動を停止させて、電気泳動結果を撮像することにより、検体試料の分子量を精度よく検出することができる。
【００３８】
また、本発明の請求項７にかかる電気泳動システムは、前記電気泳動の泳動状態の基準となるサイズマーカーに含まれる分子量の異なる複数のマーカー分子のうちの、前記検体試料の生体高分子の推定分子量に近似する、該推定分子量より大きい分子量のマーカー分子と、該推定分子量より小さい分子量のマーカー分子との、２つのマーカー分子が、前記画像撮影手段により識別可能となる時に、電気泳動を自動停止させる、ことを特徴とするものである。
【００３９】
これにより、好ましい所要の条件で電気泳動を停止させて、電気泳動結果を撮像することにより、検体試料の分子量を精度よく検出することができる。
【００４０】
また、本発明の請求項８にかかる電気泳動システムは、前記電気泳動の泳動状態の基準となるサイズマーカーに含まれる分子量の異なる複数のマーカー分子の分離状態が、前記検体試料の生体高分子の推定分子量に近似する大きい分子量側のマーカー分子と、小さい分子量側のマーカー分子とで明瞭に分離していない場合において、前記電気泳動の泳動状態の基準となるサイズマーカーに含まれる移動度の異なる複数のマーカー分子のうちの最低分子量のマーカー分子の移動度が、電気泳動の支持体において８０〜９０％泳動したとき、電気泳動を自動停止させる、ことを特徴とするものである。
【００４１】
これにより、好ましい所要の条件で電気泳動を停止させて、電気泳動結果を撮像することにより、検体試料の分子量を精度よく検出することができる。
【００４２】
また、本発明の請求項９にかかる電気泳動システムは、核酸を電気泳動する場合にあって、電気泳動の泳動状態の基準となる移動度の異なる複数のマーカー分子を含むサイズマーカーが、λファージＤＮＡのＨｉｎｄIIIによる消化断片、φＸ１７４ファージＤＮＡのＨａｅIIIによる消化断片、１００塩基対ＤＮＡラダー、１キロ塩基対ＤＮＡラダーなどの分子量既知のマーカー分子の混合物よりなるサイズマーカーである、ことを特徴とするものである。
【００４３】
これにより、好ましい所要の条件で電気泳動を停止させて、電気泳動結果を撮像することにより、検体試料の分子量を精度よく検出することができる。
【００４４】
また、本発明の請求項１０にかかる電気泳動システムは、タンパク質を電気泳動する場合にあって、前記電気泳動の泳動状態の基準となる移動度の異なる複数のマーカー分子を含むサイズマーカーが、ミオシン、β−ガラクトシダーゼ、フォスホリラーゼ、血清アルブミン、オボアルブミン、ミオグロビンなどの分子量既知のタンパク質分子の混合物よりなるサイズマーカーである、ことを特徴とするものである。
【００４５】
これにより、好ましい所要の条件で電気泳動を停止させて、電気泳動結果を撮像することにより、検体試料の分子量を精度よく検出することができる。
【発明の効果】
【００４６】
本発明にかかる電気泳動システムによれば、システム本体の設置場所を制限しない可動性を有する電気泳動システムであって、かつ、電気泳動の実施をし、電気泳動による核酸試料の分離をして、電気泳動画像の撮影をした後、撮影した画像データからの分離した核酸画分の位置情報に基づいて、該核酸画分を支持体より切り出す動作を一連に実施可能とした電気泳動システムにあって、電気泳動を実施しながらその画像を一定時間間隔で、あるいは経時的に撮影、解析することにより、最適条件で電気泳動を自動停止し、自動で電気泳動画像の撮影を行うことにより、検体試料の分子量を高精度に検出できる、小型で安価な電気泳動システムを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４７】
以下、本発明の電気泳動システムの実施の形態を図面とともに詳細に説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１による電気泳動システムの内部の概略構成の斜視図を示すものであり、図２は、本実施の形態１による電気泳動システムのブロック構成図を示すものである。
【００４８】
本発明の実施の形態１による電気泳動システムは、主にＹ軸方向に駆動可能なテーブル機構４０、Ｘ軸方向に駆動可能なキャリッジ機構６０、Ｚ軸方向に駆動可能な切り出し手段６２、画像撮影手段６１、および紫外線照射部７０から構成されている。テーブル機構４０は、動力伝達部４２に、歯車を介して、ステッピングモータなどの駆動量を制御可能な駆動用モータ（図示せず）に接続され、駆動用モータの回転動力を直線運動に変換することにより該テーブル機構４０が駆動される。このテーブル機構４０の中心部は、窓状に開口されているか、または、紫外線透過性アクリル樹脂（例えば、住友化学製スミペックス０１０など）、あるいは紫外線透過性ガラス（例えば、旭テクノグラス製ＵＶ−３３Ｓ、ＵＶ−２９など）などの紫外線透過性の高い材料で構成されている。さらに、前記テーブル機構４０は、Ｙ軸方向にスライド移動可能なスライドテーブル４５を挿入可能であり、該スライドテーブル４５は、前記テーブル機構４０と同様に、中心部が窓状に開口しているか、または、前述のような紫外線透過性の高い材料で構成され、テーブル機構４０内をＹ軸方向に移動することができる。また、スライドテーブル４５は、電気泳動槽１０の設置部、および切り出し器具ホルダー３０の設置部、を有している。前記スライドテーブル４５に設置可能な電気泳動槽１０は、電気泳動の支持体となる電気泳動用ゲルを付設するための支持体付設面１１を有し、該支持体付設面１１に設置された電気泳動用ゲル１０１の両端に、電圧を印加するための白金線等の電極（図示せず）を備えており、かつ、該電極に電圧を印加するための受電部（図示せず）を有し、電気泳動システム本体に設けられた電力供給部（図示せず）と脱着可能な構造となっている。
【００４９】
前記テーブル機構４０の直上には、画像撮影手段６１と、前記切り出し器具２１を把持可能な切り出し手段６２とを一体として有するキャリッジ機構６０が配置されている。本実施の形態１では、画像撮影手段６１にはエリアＣＣＤ方式のカメラを採用し、撮影された電気泳動パターン画像をデジタル化することが可能である。切り出し手段６２は、電気泳動槽１０の支持体付設面１１に対して垂直なＺ軸方向に動作するように、切り出し器具動作用モータ５６と、前記切り出し器具動作用モータ５６に接続された歯車５８と、該歯車５８に連結する切り出し器具把持ピン６５とから構成され、該切り出し器具把持ピン６５は、切り出し器具２０の上部接続部２１に接続可能な構成となっている。
【００５０】
前記キャリッジ機構６０は、Ｘ軸方向に直線移動が可能なように、Ｘ軸方向に設置された直動シャフト６３とスラスト軸受け部（図示せず）によって連結され、またキャリッジモーター５５に接続されたリードスクリュー６４とスクリューナット６６によって連結されている。
【００５１】
また、前記テーブル機構４０の下部には、紫外線照射部７０が設けられている。紫外線照射７０は、紫外線光源７１を設け、かつ、該紫外線光源７１とテーブル機構４０との間に可視光以上の波長の光（例えば４００ｎｍ以上の波長の光）をカットする第１の光学フィルター９１を設置する。また、前記キャリッジ機構６０に搭載された画像撮影手段６１には、紫外線をカットする（例えば６００ｎｍ以下の光をカットする）第２の光学フィルター９２を設置してある。
【００５２】
さらに、図２は、上記したように、本実施の形態１による電気泳動システムのブロック構成を示すが、本実施の形態１では、該図２に示すように、さらに、紫外線照射部７０の点灯、消灯、画像撮影手段６１の撮影の制御、撮影された画像を元にした電気泳動槽１０の電圧の制御、自動的にまたは手動により指定した箇所のゲルを切り出すための、テーブル機構４０の駆動、キャリッジ機構６０の駆動、切り出し手段６２の駆動、を制御するシステム制御部１２０を備えている。さらに、システム制御部１２０においては、前記テーブル機構４０およびキャリッジ機構６０、前記画像撮影手段６１を操作するためのＣＰＵ１２３およびインターフェース部１２４と、分割撮影して得た複数枚のゲル画像を保持する記録装置１２５と、該分割撮影した複数枚の画像を１枚の画像に合成するための画像合成手段１２１と、撮影したゲル画像から核酸画分の位置を計測する核酸画分位置計測手段１２２とを有している。
【００５３】
以上のように構成された電気泳動システムについて、以下、その動作および作用を説明する。
まず、電気泳動槽１０内の支持体付設面１１に、電気泳動用ゲル１０１を設置する。支持体である電気泳動用ゲル１０１の一端に設けた注入口に核酸試料を注入した後、ゲルの両端に設置された１対の電極間に規定の電圧を印加する。電圧を印加することで、負に帯電している核酸試料は、陰極から陽極方向に向かって移動を開始する。ゲル内部は微細な網目状となっているため、ゲル内部を移動する核酸試料は、その分子量の大きさによって移動する速度が異なるため、一定時間の電圧を加えたゲル内部では、分子量に基づいてゲルの注入口とほぼ同じ幅の帯状に分離される。このとき、紫外線光源７１を点灯して核酸試料に紫外線を照射すると、核酸試料に予め混合あるいは、電気泳動用ゲルに予め混合しておいた臭化エチジウムなどの核酸結合性蛍光試薬が蛍光発色する。この蛍光を、画像撮影手段６１にて撮影することで、核酸試料が分子量に基づいて帯状に分離している電気泳動パターンの画像を得ることが出来る。このとき、第１の光学フィルター９１により、紫外線光源７１から発している紫外線より長い波長の不要な光をカットすることで、撮影画質を向上させることができる。また、画像撮影手段６１に取り付けられた第２の光学フィルター９２により、紫外線光源から発光される紫外線をカットすることで、核酸試料に混合された核酸結合性蛍光試薬の蛍光状態のみを、より鮮明に撮影することができる。本実施の形態１では、詳しくは紫外線照射部７０の発光面に４００ｎｍ以上の波長の光を遮断する第１の光学フィルター９１を設け、画像撮影手段６１においては、撮影面には６００ｎｍ以下の波長の光を遮断する第２の光学フィルター９２を設けている。
【００５４】
また、本実施の形態１においては、電気泳動槽１０がテーブル機構４０の直上に設置されていることと、画像撮影手段６１がゲル面上を移動可能なキャリッジ機構６０に搭載されていることとから、画像撮影手段６１であるカメラと、被写体であるゲルとの距離が小さく、それに伴い撮影範囲も小さくなる。そこで、前記画像撮影手段６１の撮影範囲を超えるような大面積ゲルの撮影を行う場合は、システム制御部１２０を用いて、テーブル機構４０の駆動用の駆動用モータ（図示せず）と、キャリッジ機構６０の駆動用のキャリッジ用モータ５５を駆動させることで、テーブル機構４０、およびキャリッジ機構６０をゲル面上の任意の場所に移動させることができ、画像撮影手段６１にてゲルを部分的に分割して撮影し、システム制御部１２０内の記録装置１２５に記録する。システム制御部１２０内の記録装置に記録された分割画像は、システム制御部１２０内に設けられた画像合成手段１２１を利用することで、１枚の電気泳動パターン画像を得ることができる。
【００５５】
このように、本実施の形態１においては、核酸試料の泳動中の状態を、連続的にまたは一定の時間間隔で撮影し、その電気泳動撮像結果から、各核酸画分の位置を核酸画分位置計測手段１２２により求め、最適な泳動パターンを自動で判断し、電気泳動槽１０の電極への印加電圧を制御するようにすることが可能である。また、この画像撮影手段６１により、電気泳動支持体中の電気泳動の泳動状態の基準となるサイズマーカーの泳動パターンを、連続的にあるいは一定時間間隔毎に撮影し、システム制御部１２０において、取得した画像情報に基づいてサイズマーカーの泳動パターンを演算することにより、電気泳動の好適な停止を実現することができる。また、画像撮影手段６１が電気泳動用ゲル１０１上を走査するため、画像撮影手段６１による電気泳動用ゲル１０１の画像は、ゲルサイズに影響されず、同一の解像度の画像を獲得することが可能となり、従来の画像撮影装置のように、ゲルサイズが大きい場合のズーム機能による縮小撮影が必要でなくなり、縮小による画像解像度の低下も発生しない。また、画像撮影手段６１と、被写体であるゲル１０１、および紫外線照射部７０が、比較的近距離に設置した構造であるため、紫外線光源７１の光量を必要最小限にすることが可能となり、従来は、紫外線光源の光量が９０ワット程度要していたが、本実施の形態１においては１５ワット程度で画像撮影が可能であり、核酸試料に対する過度の紫外線の暴露を、回避可能としている。
【００５６】
次に、電気泳動実施後の分離した核酸を核酸画分毎に切り出す、本実施の形態１におけるゲル切り出し手段６２について説明する。これまで述べたように、電気泳動から撮影まで実施した核酸試料を、さらに後の実験にて使用する際には、ゲルの切り出しによる核酸試料の抽出が必要となる。本実施の形態１による電気泳動システムにおいては、まず前記のような方法によって電気泳動パターンを撮影する。その電気泳動パターン画像を元に、目的とする核酸試料が含まれる核酸画分を自動的に検出するか、または表示部に表示された電気泳動パターンの画像を元に、作業者によって手動で指定する。作業者によって切り出し開始命令が実行されると、キャリッジ機構６０が、スライドテーブル４５上の切り出し器具ホルダー３０に収納された、切り出し器具２１の直上まで移動し、切り出し手段６２を下方向に移動させることで、切り出し器具２１を把持する。次に、電気泳動パターン撮影画像を元に、指定された場所へ切り出し手段６２を移動させるため、その移動すべき距離を、システム制御部１２０においてテーブル機構４０と、キャリッジ機構６０の駆動量に変換し、駆動用モータを回転駆動させる。キャリッジ機構６０が指定した位置へ移動したのちは、切り出し器具動作用モータ５６を駆動させることにより切り出し器具把持ピン６７をゲル設置方向へ降下させ、把持している切り出し器具２０をゲルに押し付け、ゲルの切り出しを行う。切り出されたゲルが切り出し器具２０の内部に留まった状態で、キャリッジ機構６０は切り出し器具ホルダー３０の直上まで移動し、ゲルを内部に留置した状態の切り出し器具２１を切り出し手段６２から外して、切り出し器具２０を切り出し器具ホルダー３０へ収納して、切り出し作業を終了する。
【００５７】
さらに、テーブル機構４０はテーブル排出動作に移行し、電気泳動槽１０、および切り出し器具ホルダー３０を、電気泳動システムの外部へと排出し、作業者は切り出し器具ホルダー３０から切り出し器具２０を取り出し、ピペットなどで切り出し器具２０内部に留置された核酸試料をゲルごと取り出す。
【００５８】
本実施の形態１においては、画像撮影手段６１と、切り出し手段６２を一体ユニット化したキャリッジ機構６０を例示しているが、このように画像撮影手段６１と、切り出し手段６２をユニット化することで、電気泳動ゲル１０１の切り出しの過程、および切り出し手段６２による切り出し器具２０の切り出し器具ホルダー３０からの把持、収納の過程を、キャリッジによる影が生じることなく、画像撮影手段６１によって詳細に追跡することが可能となる。その後は、背景技術に示したＶｏｇｅｌｓｔｅｉｎとＧｉｌｌｅｓｐｉｅの方法、あるいはＭｏｌｅｃｕｌａｒ Ｃｌｏｎｉｎｇに記載の方法などの適当な方法で、核酸試料を抽出回収することが可能となる。
【００５９】
このような、本実施の形態１による電気泳動システムにおける電気泳動装置によっては、電気泳動槽１０と、電気泳動槽１０を搭載可能なＹ軸方向に直線移動が可能なテーブル機構４０と、電気泳動槽１０内のゲルの一部を切り出すことが可能な切り出し器具２０と、切り出し器具２０を把持しゲル面に対して垂直なＺ軸方向に切り出し器具２０を移動させてゲルの切り出しを行う切り出し手段６２と、該切り出し手段６２と、画像撮影手段６１とを搭載しゲル面上Ｘ軸方向に平行移動可能なキャリッジ機構６０と、テーブル機構４０に搭載された電気泳動槽１０内のゲル１０１に紫外線を照射可能な紫外線照射部７０と、キャリッジ機構６０に搭載されたゲル１０１の電気泳動パターンを撮影する前記画像撮影手段６１と、泳動パターンを撮影するために紫外線照射部７０の点灯・消灯の制御、画像撮影手段６１の撮影動作の制御と、電気泳動槽１０に印加する電圧の制御、およびテーブル機構４０、キャリッジ機構６０、および切り出し手段６１の駆動の制御、を行うシステム制御部１２０とを備えることにより、電気泳動の実施、および電気泳動パターン画像の取得、支持体より分離した核酸画分の切り出し回収の作業を、作業者が介在することなく実施可能となり、電気泳動をさせる際における感電、作業者の紫外線暴露、の防止などの電気泳動に関する作業の安全性の向上と、作業の自動化に伴う研究作業の効率化を達成できると共に、小型で安価な電気泳動システムを提供することができる。
【００６０】
図３は、本発明の実施の形態１による電気泳動システムにおいて、電気泳動の泳動状態の基準となるサイズマーカーを含めて電気泳動を行ったときに取得される電気泳動画像を示し、かつ、そのときの前記サイズマーカーの分子量と、泳動距離との相関関係を示したグラフである。
【００６１】
図３中のＡは、本実施の形態１において電気泳動の泳動状態の基準となるサイズマーカーとして用いた、２本鎖ＤＮＡ（Ｄｅｏｘｙｒｉｂｏ ＮｕｃｌｅｉｃＡｃｉｄｓ、デオキシリボ核酸）である１Ｋｂｐラダーサイズマーカー（シグマジェノシス社製）であり、Ｂは、検体試料として用いたφＸ１７４ファージＤＮＡを、制限酵素ＨａｅIIIにより加水分解した時に得られる１３５３塩基対長の分子量を有する断片を示している。
【００６２】
なお、１Ｋｂｐラダーサイズマーカー中には、１０，０００、８，０００、６，０００、５，０００、４，０００、３，５００、３，０００、２，５００、２，０００、１，５００、１，０００、７５０および５００塩基対長の分子量を有する１３種類のマーカー分子となるＤＮＡ断片が混合してある。
【００６３】
図３は、０．１μｇ／ｍｌの臭化エチジウムを含有する１％アガロースゲルを電気泳動用ゲルとし、５０ｎｇ／μｌの１Ｋｂｐラダーサイズマーカー（図３Ａ）を、１０μｌ、２５ｎｇ／μｌのφＸ１７４ファージＤＮＡを、制限酵素ＨａｅIIIにより加水分解した時に得られる１３５３塩基対長の分子量を有する大断片（図３Ｂ）を、１０μｌ導入し、直流電圧５０Ｖを、９０分間印加した時の結果である。
【００６４】
図３に示す通り、１Ｋｂｐラダーサイズマーカー中の各マーカー分子の塩基対長の対数値と、各マーカー分子の電気泳動での移動距離の自然数値との間には、２つの一次関数式で表される直線（図中I、II）による相関関係が存在する。このIとIIの２つの直線からなる検量線に基づき、例えば、φＸ１７４ファージＤＮＡを、制限酵素ＨａｅIIIにより加水分解した時に得られる大断片の泳動距離から、検量線IIを用い、約１３５０塩基対長である、と見積もることができ、実際の１３５３塩基対長と、ほぼ一致した値を示す。
【００６５】
以上のように、分子量の異なる複数のマーカー分子を有するサイズマーカーを利用して、検体試料のＤＮＡの分子量を決定することができる。ただし、検量線I（塩基対長４，０００〜１０，０００塩基対）のような場合は、塩基対長の大きさ（分子量の大きさ）に対し泳動距離が短いため、各マーカー分子間の間隔が狭くなり、検量線として利用するには判定誤差が高くなるため、この検量線Iは、実際の検量線としては利用されず、専ら、検量線として利用されるのは、検量線II（塩基対長５００〜３，５００塩基対）のような場合である。
【００６６】
上記検量線IIは、塩基対長の大きさ（分子量の大きさ）に対し泳動距離が相対的に長く、各マーカー分子間の間隔が明瞭に分離しており、検体試料の塩基対長（分子量）を正確に見積もることが可能である。この検量線IIは、式１に示す一次関数式で表すことができる。
【００６７】
【数１】
【００６８】
ここで、式１のＹは、距離（ｍｍ）を、Ｘは、サイズマーカー中の各マーカー分子の塩基対長（ｂｐ：Ｂａｓｅ Ｐａｉｒｓ、塩基対）を示しており、Ｘが、各マーカーの分子量を示した場合においても、式１の数値（この場合、−２９．６７５、１２２．３）は同一である。
【００６９】
したがって、本実施の形態１の電気泳動システムにおいては、電気泳動の自動停止は、電気泳動を実施しながら、上記式１の数値に近似する値を電気泳動システム内で演算し、所要の値が得られたときに、この電気泳動の自動停止を行っているものであり、かつ、この電気泳動の自動停止時に、そのときの電気泳動結果を、自動撮影するようにしているものである。
【００７０】
このように本実施の形態１においては、電気泳動を、所要の条件が満たされたとき、自動停止させ、そのときの電気泳動画像を自動撮影することにより、検体試料の分子量を検出することができる。すなわち、たとえば電気泳動の基準となるサイズマーカー内の各マーカー分子のうち、塩基対長の大きさ（分子量の大きさ）に対して泳動距離が長いものについての検量線IIを用いて、該サイズマーカー内の分子量の異なる各マーカー分子のうちの１つが規定の移動度に達したとき、その電気泳動を自動停止させ、そのときの電気泳動結果を自動撮影することにより、該規定の移動度に達したマーカー分子ときわめて近似した分子量を有するものと、検体試料の分子量を判定することができ、これにより、検体試料の分子量を精度よく検出することができるものである。
【００７１】
図４は、本発明の実施の形態１による電気泳動システムを用いて電気泳動を行ったときの、電気泳動の経時変化によるＤＮＡの泳動距離の変化を示し、これは、図３の場合におけると同様に、０．１μｇ／ｍｌの臭化エチジウムを含有する１％アガロースゲルを、電気泳動用ゲルとし、直流電圧５０Ｖを印加して、１Ｋｂｐラダーサイズマーカーの電気泳動を行い、その泳動パターン変化を、１０分間隔毎に画像撮影したものである。
【００７２】
図４のＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、ＨおよびＩは、電気泳動開始１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０および９０分後の電気泳動画像である。
【００７３】
図４のＡ〜Ｉに示す通り、電気泳動開始１０分後の電気泳動初期は、１Ｋｂｐラダーサイズマーカーに含まれる各マーカー分子が一群となっているが、時間の経過と共に、塩基対長（分子量）の低いマーカー分子から、順次一群となったマーカー分子より泳動距離が延伸していく傾向にある。
【００７４】
図４に示される、時間経過による１Ｋｂｐラダーサイズマーカーの出現パターンを、小さい塩基対長（分子量）順のマーカー分子、すなわち５００、７５０、１，０００塩基対・・・のマーカー分子として認識し、泳動距離に対するマーカー分子の塩基対長による一次関数式を算出したのが、表１である。
【００７５】
【表１】
【００７６】
表１において、全点プロットは、電気泳動において出現を確認できた５００、７５０、１，０００、１，５００、２，０００、２，５００、３，０００および３，５００塩基対長のマーカー分子の、４点プロットは、電気泳動において出現を確認できた５００、７５０、１，０００および１，５００塩基対長のマーカー分子の、３点プロットは、電気泳動において出現を確認できた５００、７５０および１，０００塩基対長のマーカー分子の、泳動距離により算出される一次関数式である。なお、Ｙは、泳動距離、Ｘは、マーカー分子の塩基長を、それぞれ表している。
【００７７】
なお、図４のＡの電気泳動開始１０分後は、マーカー分子が１つしか認められないため、式の算出を省略してある。また、図４のＢの開始２０分後は、マーカー分子が２つしか認められないため、全て２点プロットにより式を算出してあり、数値は同じ値（２．９９２２、１３．４７１）となっている。
【００７８】
図４において、電気泳動時間６０分以後（図４Ｆ以降）になると、１Ｋｂｐラダーサイズマーカーに含まれる１３種類のマーカー分子が、目視においても確認可能であるが、泳動時間３０分（図３Ｃ）では、４種類のマーカー分子しか、４０分（図３Ｄ）では、８種類しか、目視において確認が困難である。
【００７９】
この結果は、表１に示した泳動距離に対するマーカー分子の塩基対長より算出した一次関数式にも反映され、泳動時間３０分、あるいは４０分では、全点プロットにより求められた式と、４点あるいは３点プロットにより求められた式とでは、値が近似していない。しかしながら、泳動時間６０分になると、目視においても１３種類のマーカー分子が確認でき、全点プロットにより求められた式と、４点プロットにより求められた式に、近似性が認められ、泳動時間７０分以後になると、全点プロットに対し、４点および３点プロット共に、求められる式に、よい近似性が認められる。
【００８０】
このように、本実施の形態１においては、泳動距離に対するマーカー分子の塩基対長による、式１に示されるような一次関数式において、その傾きが−２０以下になるとサイズマーカーに含まれる各マーカー分子の分離が良好になるものであり、このことを利用して、該傾きがー２０以下となった時点を、好適な電気泳動停止時期とすることが可能となる。この際の、傾きを算出するために必要なプロット数は、少なくとも３以上でよく、望ましくは４以上とすることで、全点プロットを利用しなくても、適正な傾きを算出することが可能であり、好適な電気泳動停止時期を決定することが可能である。
【００８１】
また、検体試料として、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）による反応産物をもちいた場合においては、その産物の分子量を予め推定可能であり、ＰＣＲにより目的の産物が正に生成されているかを、その産物の推定分子量に基づき検定することが必要となるが、この際には、サイズマーカー中で推定分子量に近似する推定分子量より大きい分子量と、小さい分子量の、２種類のマーカー分子の泳動距離が目視において、さらに図１の画像撮影手段６１においても、明確に分離されている必要がある。その場合、電気泳動停止時期を算出するには、上述した３点あるいは４点プロットに加え、推定分子量に近似する推定分子量より大きい分子量のマーカー分子までプロット数に加算し、図１の画像撮影手段６１において該プロット数を識別させて、システム制御部１２０において電気泳動停止時期を算出するようにすることが望ましい。
【００８２】
図５は、本発明の実施の形態１による電気泳動システムを用いて、電気泳動の実施、および、電気泳動の自動停止、自動画像撮影、を行う場合の手順を示したフローチャート図である。
【００８３】
まず始めに、ステップ２０１で、電気泳動に供する検体試料であるＤＮＡの推定塩基対数、あるいは推定分子量を入力する。
【００８４】
次にステップ２０２で、電気泳動に供するサイズマーカーがどのようなものであるかを入力する。
【００８５】
次にステップ２０３で、図１の電気泳動システムのシステム制御部１２０において、入力されたサイズマーカーの種類、サイズマーカー中に含まれるマーカー分子の数と、それらの塩基対数、あるいは分子量を判別し、図２で示したようなサイズマーカーにより得られる検量線において、検量線IIのようなパターンを示す領域上に、検体試料の推定塩基対数、あるいは推定分子量が位置するか否かを判定する。位置しない場合は、ステップ２０４に進み、使用するサイズマーカーの変更を指示し、ステップ２０２へ戻る。位置した場合は、ステップ２０５に進み、サイズマーカーに含まれる最小塩基対数、あるいは最小分子量のマーカー分子から小さい順に数えて、４番目のマーカー分子の塩基対数、あるいは分子量が、検体試料の推定塩基対数、あるいは推定分子量よりも大きいか否かを判定する。
【００８６】
前記４番目のマーカー分子の塩基対数、あるいは分子量が、検体試料の推定塩基対数、あるいは推定分子量よりも大きい場合、４つのマーカー分子が電気泳動により出現したときに、これを、図１の電気泳動システムの画像撮影手段６１による電気泳動の停止、およびマーカー分子による検量線作成の判定基準とし、ステップ２０７へ進む。
【００８７】
前記４番目のマーカー分子の塩基対数、あるいは分子量が、検体試料の推定塩基対数、あるいは推定分子量よりも小さい場合、ステップ２０６に進み、サイズマーカーに含まれる検体試料の推定塩基対数、あるいは推定分子量よりも大きいマーカー分子が、サイズマーカーに含まれる最小塩基対数、あるいは最小分子量のマーカー分子から小さい順に数えて、何番目に位置するかを判定し、その数の番目のマーカー分子が電気泳動により出現したときに、図１の電気泳動システムの画像撮影手段６１による電気泳動の停止、およびマーカー分子による検量線作成の判定基準とし、ステップ２０７へ進む。ステップ２０７において、電気泳動の電気泳動用ゲルに形成した注入口に、サイズマーカーと、検体試料とを注入する。次に、ステップ２０８で、電気泳動の支持体のサイズマーカーを注入した注入口の場所を入力する。これにより、図１の電気泳動システムの画像撮影手段６１が、入力した注入口の場所を、電気泳動中、一定時間毎あるいは経時的に追跡することになる。次にステップ２０９に進み、図１の電気泳動システムの画像撮影手段６１が、電気泳動の電気泳動用ゲルに形成した注入口からゲルの端までの距離を計算し、電気泳動可能なゲルの有効泳動長を算出する。次にステップ２１０に進み、印加する直流電圧値を設定し、電気泳動が開始される。電気泳動が開始されると、ステップ２１１に進み、図１の電気泳動システムの画像撮影手段６１が、ステップ２０５あるいはステップ２０６で設定したサイズマーカーのマーカー分子のモニターを開始する。次にステップ２１２へ進み、ステップ２０５あるいはステップ２０６で設定したサイズマーカーのマーカー分子数の出現を、一定時間毎、あるいは経時的に追跡し、設定数出現した場合、ステップ２１３に進み、設定数のマーカー分子を用いた一次関数式で示される検量線を作成し、その検量線の傾きが、上記で示した基準値以上であるか否かを判定する。基準値に満たない場合、ステップ２１１に戻り、マーカー分子数のモニターを繰り返す。基準値以上の場合、システム制御部１２０が電気泳動を停止し、画像撮影を開始する。また、ステップ２１２において、サイズマーカーのマーカー分子が設定数出現していない場合、ステップ２１４に進み、サイズマーカーに含まれる最小塩基対数、あるいは最小分子量のマーカー分子の、電気泳動の支持体の有効泳動距離内の位置を判定し、最小塩基対数、あるいは最小分子量のマーカー分子が、電気泳動の支持体の有効泳動距離の９０％を泳動していない場合、ステップ２１１に戻り、マーカー分子数のモニターを繰り返す。有効泳動距離の９０％以上を泳動していた場合、設定数のマーカー分子が出現していなくても、システム制御部１２０において強制的に電気泳動を停止させ、画像撮影を開始する。
【００８８】
このように、本実施の形態１による電気泳動システムにおいては、サイズマーカーの３点プロット、あるいは４点プロットにより、あるいはさらに検体試料の推定分子量に近似する、これより大きい、あるいは小さい分子量のマーカーをもこれらに加えたプロットにより、その検量線の傾きが所定値以下となったときを、好適な電気泳動停止時期とすることにより、検体試料のＤＮＡの分子量を、精度よく決定することができる。さらには、サイズマーカーに含まれる分子量の異なる複数のマーカー分子の分離状態が、前記検体試料の生体高分子の推定分子量に近似する大きい分子量側のマーカー分子と、小さい分子量側のマーカー分子とで、明瞭に分離していない場合においては、前記サイズマーカーに含まれる移動度の異なる複数のマーカー分子のうちの最低分子量のマーカー分子の移動度が、電気泳動の支持体において８０〜９０％泳動したとき、電気泳動を、自動停止させるようにすることにより、検体試料の分子量を精度よく、検出することができるものである。
【００８９】
なお、本発明の実施の形態１における電気泳動の自動停止においては、サイズマーカー中のマーカー分子の移動度の実数値を用いる演算方法を例示したが、支持体の有効泳動長に対する該マーカー分子の相対移動度を用いる演算方法によっても、電気泳動の自動停止は実現可能である。
【００９０】
以上、生体高分子試料としては、核酸である２本鎖のＤＮＡを用いた、電気泳動システムについて例示したが、試料としての核酸は、ＤＮＡ以外にも、リボ核酸（ＲＮＡ）であっても、その１本鎖あるいは２本鎖のいずれにおいても適用可能である。
【００９１】
また、本発明における電気泳動システムは、核酸に限定することなく、タンパク質、ペプチドなど、他の生体高分子についても実施可能である。
【００９２】
また、本発明においては、生体高分子は、生体に由来するものに限定されるものではなく、化学合成産物、上述したポリメラーゼ連鎖反応、あるいはｉｎ ｖｉｔｒｏ転写反応などの増幅産物、ＤＮＡポリメラーゼ、あるいはＲＮＡポリメラーゼによる複製産物などについても適用可能である。
【００９３】
また、上記本発明の実施の形態においては、電気泳動用ゲルとして、アガロースの利用を例示したが、電気泳動用ゲルは、アガロースに限定されるものではなく、ポリアクリルアミド、セルロース、デンプンなど、従来からの半固形物質を適用することが可能である。
【００９４】
また、電気泳動用ゲルの濃度も、上記では１％アガロースを利用して例示したが、これに限定されるものではなく、Ｓａｍｂｒｏｏｋ．Ｊ．ら編集のＭｏｌｅｃｕｌａｒ Ｃｌｏｎｉｎｇ第２版、６．４頁に示されている通り、ゲルの濃度が変動した場合、分離可能な生体高分子の分子量の範囲が変動するが、分子量に対する泳動距離の相関関係においては、ゲル濃度に依存せず、その一次関数の式で示される傾きは、ほぼ同一であり、本発明の電気泳動システムにおける電気泳動の停止方法は、ゲルの素材、濃度に関係することなく、好適に実現可能である。
【産業上の利用可能性】
【００９５】
本発明にかかる電気泳動システムは、ゲル電気泳動、および電気移動パターンの撮影、電気泳動後の核酸試料の切り出し作業を一連実施可能な電気泳動システムにおいて、電気泳動を好適に自動停止させ、その電気泳動画像を自動で撮影する、小型で安価な装置を提供でき、生体高分子の分析で一般的に利用される電気泳動に関連する技術分野において有用である。
【図面の簡単な説明】
【００９６】
【図１】本発明の実施の形態１による電気泳動システムの内部の概要を示した斜視図
【図２】本発明の実施の形態１による電気泳動システムのブロック構成図
【図３】本発明の実施の形態１による電気泳動システムにおける、電気泳動により取得される電気泳動画像を示し、かつ、電気泳動によるＤＮＡの塩基対数と、その泳動距離との相関関係を示したグラフ図
【図４】本発明の実施の形態１による電気泳動システムにおける、電気泳動の経時変化によるＤＮＡの泳動距離の変化を示した図
【図５】本発明の実施の形態１による電気泳動システムにおける、電気泳動自動の停止、および電気泳動画像自動撮影を実現する手順を示すフローチャート図
【符号の説明】
【００９７】
１０ 電気泳動槽
１１ 支持体付設面
２０ 切り出し器具
２１ 上部接続部
３０ 切り出し器具ホルダー
４０ テーブル機構
４２ テーブル機構動力伝達部
４５ スライドテーブル
５５ キャリッジ機構動作モータ
５６ 切り出し器具動作モータ
５８ 歯車
６０ キャリッジ機構
６１ 画像撮影手段
６２ 切り出し手段
６３ 直動シャフト
６４ リードスクリュー
６５ 切り出し器具把持ピン
６６ スクリューナット
７０ 紫外線照射部
７１ 紫外線光源
９１ 第１の光学フィルター
９２ 第２の光学フィルター
１０１ 電気泳動用ゲル
１１０ 電力供給部
１２０ システム制御部
１２１ 画像合成手段
１２２ 核酸画分位置計測手段
１２５ 記録装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生体高分子、とりわけ核酸を分析するための電気泳動システムに関するものである。
【０００２】
本発明は、核酸の電気泳動システムに関し、より詳細には、電気泳動システムにより核酸を分子量毎に分離し、その画像を撮影すると共に電気泳動の支持体より核酸の切り出し、および抽出回収を行う技術に関する。
【０００３】
本発明は、電気泳動システムに係り、特に電気泳動により核酸を分子量毎に分離させた結果を得るために、電気泳動を自動で停止させ、電気泳動結果の画像の自動撮影を好適に実現できるものである。
【背景技術】
【０００４】
従来より、生体高分子とりわけ核酸の電気泳動装置による分子量に基づいた分離、解析方法は、簡便かつ安価であると共に分析精度も高いため、核酸分析の装置として広範囲に利用されている。以下、核酸の電気泳動に関して述べる。
【０００５】
電気泳動による核酸の分析は、まず、両端に電圧を導電する電極を緩衝液で接触させる電気泳動槽に核酸試料が移動する支持体を付設することにより構成されている。この電気泳動の支持体としては、アガロースあるいはポリアクリルアミドなどのゲル状物質が使用されている。また装置の形態としては、取り扱いの容易さから支持体を横面に設置する水平方式の電気泳動装置が汎用されている。電気泳動の動作は、支持体の一端に形成した溝に核酸試料を滴下し、支持体の両端に電圧を印加させ、支持体中の核酸試料を電気的に移動させる。この時に支持体の網目構造により核酸試料の移動が制約を受け、分子量が大きい程、移動度が遅くなることにより、核酸の分子量に基づいた分離が可能となる。さらにこのようにして分離した核酸を支持体より核酸画分毎に切り出し、ＶｏｇｅｌｓｔｅｉｎとＧｉｌｌｅｓｐｉｅの方法（非特許文献１）あるいはＭｏｌｅｃｕｌａｒ Ｃｌｏｎｉｎｇに記載の方法（非特許文献２）などの適当な方法で核酸を抽出回収することにより、核酸試料からの不純物質の分離除去、ベクターへの組み込み、配列マッピングなどへ利用されている。
【０００６】
なお、この核酸分画を回収する方法としては、電気泳動装置を利用する方法以外にも高速液体クロマトグラフィーに代表されるカラムクロマトグラフィーを利用する方法などがあるが、核酸の分離精度に対する装置の簡便性、融通性、装置価格、維持費用などを勘案した場合、電気泳動装置による方法は極めて高効率であるため、専ら核酸画分の回収には電気泳動による方法が利用されている。
【０００７】
この電気泳動装置の利便性をさらに向上させるため、支持体の小型化を図り、電圧印加により生じるジュール熱を抑制する提案がなされ、電気泳動の短時間化が可能となり、設置場所も制約を受けないため、作業効率の向上に貢献している（特許文献１および特許文献２参照）。
【０００８】
次に電気泳動により分離した核酸の検出方法については、臭化エチジウム等の核酸結合性蛍光試薬を電気泳動前に予め支持体中に混合するか、あるいは電気泳動後、支持体をこれらの溶液中に浸漬して、支持体中に浸潤させ、支持体中の核酸試料とこの蛍光試薬を結合させた後、蛍光試薬を紫外線により励起し、蛍光発色させて、支持体中の分離した核酸試料を可視化させるようにしている（この紫外線を照射する装置はトランスイルミネーターと呼ばれている）。
【０００９】
この紫外線照射により可視化した核酸試料の結果は、従来、フィルム式カメラを利用した画像撮影によりデータを取得していたが、近年の電子デバイスの進歩と共に電荷結合素子（ＣＣＤ）式カメラを採用した電気泳動画像撮影装置が提案され（特許文献３、非特許文献３）、画像をデジタル化することが可能となり、フィルム式に比べ、撮影の簡便性、データの保存性およびコンピュータ等のデジタルデバイスとの親和性が高く、電気泳動の短時間化と共に、一連の電気泳動手技の作業効率向上に貢献している。
【００１０】
さらに近年、電気泳動装置と画像撮影装置を一体化させて、電気泳動のリアルタイムモニタリングが提案されており、電気泳動による最適な核酸分離分析、及び画像の取得を可能にしている（特許文献４、特許文献５および特許文献６参照）。
【００１１】
電気泳動により分離した核酸の支持体からの抽出回収については、従来、鋭利な刃物を利用して支持体より目的の核酸画分を切り出し、非特許文献１あるいは２などの適当な方法により核酸を抽出回収していたが、近年、機械的に支持体より核酸分画を切り出す装置および抽出回収装置（特許文献７、特許文献８、特許文献９、特許文献１０）が提案され、従来の手動による方法に比べ、作業効率を大幅に向上している。
【特許文献１】特開平１０−２８８５９７号公報
【特許文献２】特開２００２−３２８１１３号公報
【特許文献３】特許２８３８１１７号公報
【特許文献４】特開２０００−１０５２１９号公報
【特許文献５】特開２００２−３５７５９０号公報
【特許文献６】特開２００３−２４０７５６号公報
【特許文献７】特許３３８１４８４号公報
【特許文献８】特開２００１−２２１７６号公報
【特許文献９】実用新案３１０１４４号公報
【特許文献１０】特開２０００−８８８０４号公報
【非特許文献１】ヴォーゲルステイン（Vogelstein. B.）、ギレスピー（Gillespie. D.），「米国科学アカデミー紀要（Proc. Natl. Acad. Sci. USA）」，１９７９年，第７６巻，ｐ．６１５−６１９
【非特許文献２】サンブルック（Sambrook. J.）、フリッチ（Fritsch. E. F.）、マニアティス（Maniatis. T.）編，Molecular Cloning（モレキュラークローニング）第２版，コールドスプリングハーバー研究所出版（Cold Spring Harbor Laboratory Press）刊，１９８９年，ｐ．６．２２−６．３５
【非特許文献３】サザーランド（Sutherland. J. F.）ら，「アナリティカルバイオケミストリー（Anal. Biochem.）」，１９８７年，第１６３巻，ｐ．４４６−４５７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、前記従来の電気泳動装置では、装置本体を小型化することにより核酸試料量を軽減し、電気泳動時間の短縮に貢献できているが、その利用用途が、少ない試料数の核酸試料に対し、試料中の核酸の分子量の決定、核酸試料の夾雑物の有無の判定をする目的だけに限定され、多量あるいは多数の試料に対する電気泳動を実施すること、および電気泳動により分離した核酸画分の適当量を分取することが困難となるという課題を有していた。
【００１３】
次に、電気泳動画像撮影装置は、ＣＣＤカメラの採用により利便性は向上したが、従来からのフィルム式カメラの場合と同様に、少ない試料数から多量試料数の電気泳動結果および泳動長が５０〜３００ｍｍ程度までの大小さまざまな寸法の支持体に対して対応可能なようにするため、撮影範囲を広く設計する必要があるため、結果として装置の占有面積、装置自身の外寸が大きくなり、設置場所を制約してしまうことがフィルム式カメラによる撮影装置からの課題として残されていた。
【００１４】
また、比較的大きな寸法の支持体全体を撮影しようとする場合、被写体である支持体とカメラ位置の距離を遠くにしなければならないが、遠距離になるに従い、支持体中の核酸試料の蛍光強度が減衰するため、カメラ距離が遠くても撮像可能なように蛍光を励起するための過度の紫外線光量を必要としなければならず、そのため通常は、高光量の紫外線蛍光管を複数本並列に設置されている。
【００１５】
しかしながら蛍光管のソケット形状および蛍光管交換の作業性の観点から蛍光管同士には若干の間隔が生じているため、蛍光管配置位置と蛍光管同士の隙間位置では、紫外線光量のムラが発生する。また、蛍光管と平行方向の位置に存在する支持体により保持される核酸試料の蛍光強度が一定であるのに対し、蛍光管と垂直方向の位置に存在する支持体により保持される核酸試料の蛍光強度は一定しないという課題を有していた。
【００１６】
さらに、蛍光管の経時変化や温度特性により、規定の電圧を印加しても常に一定の紫外線光量を照射することは困難であるという課題を有していた。
【００１７】
このカメラ距離の課題を解決するため、カメラレンズを広角仕様にし、カメラ距離が遠くなくても撮像範囲を広くすることは、可能であるが、広角レンズによる被写体の取り込みは、画像を湾曲させてしまうという欠点を有しているため、その使用を困難にしているという課題を有している。
【００１８】
このように被写体である支持体とカメラ位置の距離により生じる課題を解決するためには、支持体に対し必要以上の高光量の紫外線を照射しなければならないが、そのために紫外線暴露により誘引される核酸分子の部分断絶、核酸分子に存在する塩基であるチミン同士の重合（チミンダイマー）形成を回避できず、支持体から回収した核酸試料を利用した後続の試験結果には、これらの影響が存在していることを考慮しなければならないという課題を有していた。
【００１９】
つぎに電気泳動および画像撮影を一体化させた装置においては、電気泳動のリアルタイムモニタリングを実現し、最適な核酸分離状態を検出可能とするが、一体型装置の外寸は、電気泳動装置の外寸により規定され、電気泳動装置の外寸が大きくなるに従い、一体型装置自身の外寸も大きくなるため、設置場所が制約されると共に、断続的に紫外線を暴露するため、上述した通り、核酸分子の部分断絶、チミンダイマー形成を回避できず、支持体からの核酸回収に不適であるという課題を有していた。
【００２０】
そのため、一体型装置においての電気泳動は、該核酸の分子量に基づいた分離分析のみにその使用が制限されているという課題を有していた。
【００２１】
また、リアルタイムモニタリングすることで、最適な核酸分離状態を決定し、電気泳動を停止する方法は、従来通り、手動によるものであるため、電気泳動停止までの待機時間を回避することが困難であり、タイマー設定による電気泳動の停止も考案されているが、最適な条件で停止する時間を設定するには、条件設定を十分に理解するなど電気泳動に関し、高い経験を要するため、電気泳動に不慣れな場合、有効な手段とはなりえないという課題を有していた。
【００２２】
さらに電気泳動停止後、核酸試料は、支持体内で滞留せず、経時的に自然拡散するため、電気泳動停止後、直ちに画像撮影する必要があり、タイマー設定による電気泳動自動停止も、待機時間解消の有効な解決手段になりえないという課題を有していた。
【００２３】
最後に電気泳動後の支持体からの核酸画分の切り出しは、専ら手動で鋭利な刃物を利用し、切り出すため、紫外線を直視しながら操作する必要がある。この際、紫外線の暴露から作業者を保護する保護具を着用するが、通常、紫外線ランプには、紫外光以外にも紫色可視光を混合させているため、高光量の紫色可視光を直視しなければならず、作業者に重篤な眼性疲労を誘引する原因となっている。
【００２４】
また、核酸分画の切り出し中においても、上述した電気泳動停止後に発生する核酸試料の支持体中での自然拡散が生じ、限定された時間内に切り出し操作をしなければならないという課題を有していた。
【００２５】
本発明は、前記従来の課題を解決するためになされたもので、装置の可動が容易で設置場所に制限を受けることがなく、かつ、支持体の寸法に柔軟に対応可能で、高精度に検体試料の分子量を検出することができる、小型で安価な電気泳動システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
前記従来の課題を解決するために、本発明の請求項１にかかる電気泳動システムは、生体高分子試料を分離解析する電気泳動システムにおいて、前記生体高分子試料を、支持体を用いて電気泳動させるための電気泳動槽と、前記電気泳動槽に付設した前記支持体の両端に電圧を印加し、前記生体高分子試料を電気泳動させる電圧印加手段と、前記生体高分子試料の電気泳動の結果を撮影する画像撮影手段と、前記画像撮影手段により獲得した画像に基づき、前記支持体における生体高分子画分の位置情報を算出し、該支持体で分離した生体高分子の画分を切り出す切り出し手段とを有し、前記電気泳動の開始から該電気泳動による生体高分子試料画分の抽出回収までを、一連に実施可能とする電気泳動システムであって、前記電気泳動を、所要の条件が満たされたとき自動停止させ、そのときの電気泳動画像を自動撮影する、ことを特徴とするものである。
【００２７】
これにより、電気泳動の実施、および電気泳動パターン画像の取得、支持体より分離した核酸画分の切り出し回収の作業を、作業者が介在することなく実施可能であり、電気泳動用による感電、作業者の紫外線暴露、の防止などの電気泳動に関する作業の安全性の向上と、作業の自動化に伴う研究作業の効率化を達成できる、小型で安価な電気泳動システムを提供できるとともに、好ましい所要の条件で電気泳動を停止させて、電気泳動結果を撮像することにより、検体試料の分子量を精度よく検出できるものを得られる。
【００２８】
また、本発明の請求項２にかかる電気泳動システムは、前記電気泳動の泳動状態の基準となるサイズマーカーは、分子量の異なるマーカー分子を複数有するものとし、該複数のマーカー分子の各々の移動度を前記画像撮像手段により経時追跡し、前記複数のマーカー分子のうちの１つの移動度が規定の移動度に達したとき、前記電気泳動を自動停止させる、ことを特徴とするものである。
【００２９】
これにより、好ましい所要の条件で電気泳動を自動停止させて、電気泳動結果を撮像することにより、検体試料の分子量を精度よく検出することができる。
【００３０】
また、本発明の請求項３にかかる電気泳動システムは、前記電気泳動の泳動状態の基準となるサイズマーカー内の分子量の異なる複数のマーカー分子の中の、最低分子量のマーカー分子の泳動状態から順次分子量が大きいマーカー分子の泳動状態を経時追跡し、所要の分子量のマーカー分子の泳動状態が規定の移動度に達したとき、前記電気泳動を自動停止させる、ことを特徴とするものである。
【００３１】
これにより、好ましい所要の条件で電気泳動を自動停止させて、電気泳動結果を撮像することにより、検体試料の分子量を精度よく検出することができる。
【００３２】
また、本発明の請求項４にかかる電気泳動システムは、前記電気泳動の泳動状態の基準となるサイズマーカーに含まれる分子量の異なるマーカー分子の中の、最低分子量のマーカー分子から順次分子量が大きくなる、少なくとも３つあるいは４つのマーカー分子の泳動状態を経時追跡し、前記３つあるいは４つのマーカー分子の移動度が所要の移動度に到達したとき、前記電気泳動を自動停止させる、ことを特徴とするものである。
【００３３】
これにより、好ましい所要の条件で電気泳動を自動停止させて、電気泳動結果を撮像することにより、検体試料の分子量を精度よく検出することができる。
【００３４】
また、本発明の請求項５にかかる電気泳動システムは、前記画像撮影手段により追跡した各マーカー分子について、各マーカー分子の分子量に対する移動度の一次関数で表される検量線を演算し、該検量線の傾きが設定値以上に到達した時、前記電気泳動を自動停止させる、ことを特徴とするものである。
【００３５】
これにより、好ましい所要の条件で電気泳動を自動停止させて、電気泳動結果を撮像することにより、検体試料の分子量を精度よく検出することができる。
【００３６】
また、本発明の請求項６にかかる電気泳動システムは、検体試料の生体高分子の推定分子量が、電気泳動の泳動状態の基準となるサイズマーカーに含まれる分子量の異なる複数のマーカー分子の、最低分子量のマーカー分子から低い順に数えて３番目あるいは４番目のマーカー分子の分子量より大きい場合、該検体試料の生体高分子の推定分子量に最も近似し、かつ該推定分子量より大きい分子量のマーカー分子をすべて合計したマーカー分子数に基づいて電気泳動状態を経時追跡し、各マーカー分子の分子量に対する移動度の一次関数で表される検量線を演算し、該検量線の傾きが設定値以上に到達した時に、電気泳動を自動停止させる、ことを特徴とするものである。
【００３７】
これにより、好ましい所要の条件で電気泳動を停止させて、電気泳動結果を撮像することにより、検体試料の分子量を精度よく検出することができる。
【００３８】
また、本発明の請求項７にかかる電気泳動システムは、前記電気泳動の泳動状態の基準となるサイズマーカーに含まれる分子量の異なる複数のマーカー分子のうちの、前記検体試料の生体高分子の推定分子量に近似する、該推定分子量より大きい分子量のマーカー分子と、該推定分子量より小さい分子量のマーカー分子との、２つのマーカー分子が、前記画像撮影手段により識別可能となる時に、電気泳動を自動停止させる、ことを特徴とするものである。
【００３９】
これにより、好ましい所要の条件で電気泳動を停止させて、電気泳動結果を撮像することにより、検体試料の分子量を精度よく検出することができる。
【００４０】
また、本発明の請求項８にかかる電気泳動システムは、前記電気泳動の泳動状態の基準となるサイズマーカーに含まれる分子量の異なる複数のマーカー分子の分離状態が、前記検体試料の生体高分子の推定分子量に近似する大きい分子量側のマーカー分子と、小さい分子量側のマーカー分子とで明瞭に分離していない場合において、前記電気泳動の泳動状態の基準となるサイズマーカーに含まれる移動度の異なる複数のマーカー分子のうちの最低分子量のマーカー分子の移動度が、電気泳動の支持体において８０〜９０％泳動したとき、電気泳動を自動停止させる、ことを特徴とするものである。
【００４１】
これにより、好ましい所要の条件で電気泳動を停止させて、電気泳動結果を撮像することにより、検体試料の分子量を精度よく検出することができる。
【００４２】
また、本発明の請求項９にかかる電気泳動システムは、核酸を電気泳動する場合にあって、電気泳動の泳動状態の基準となる移動度の異なる複数のマーカー分子を含むサイズマーカーが、λファージＤＮＡのＨｉｎｄIIIによる消化断片、φＸ１７４ファージＤＮＡのＨａｅIIIによる消化断片、１００塩基対ＤＮＡラダー、１キロ塩基対ＤＮＡラダーなどの分子量既知のマーカー分子の混合物よりなるサイズマーカーである、ことを特徴とするものである。
【００４３】
これにより、好ましい所要の条件で電気泳動を停止させて、電気泳動結果を撮像することにより、検体試料の分子量を精度よく検出することができる。
【００４４】
また、本発明の請求項１０にかかる電気泳動システムは、タンパク質を電気泳動する場合にあって、前記電気泳動の泳動状態の基準となる移動度の異なる複数のマーカー分子を含むサイズマーカーが、ミオシン、β−ガラクトシダーゼ、フォスホリラーゼ、血清アルブミン、オボアルブミン、ミオグロビンなどの分子量既知のタンパク質分子の混合物よりなるサイズマーカーである、ことを特徴とするものである。
【００４５】
これにより、好ましい所要の条件で電気泳動を停止させて、電気泳動結果を撮像することにより、検体試料の分子量を精度よく検出することができる。
【発明の効果】
【００４６】
本発明にかかる電気泳動システムによれば、システム本体の設置場所を制限しない可動性を有する電気泳動システムであって、かつ、電気泳動の実施をし、電気泳動による核酸試料の分離をして、電気泳動画像の撮影をした後、撮影した画像データからの分離した核酸画分の位置情報に基づいて、該核酸画分を支持体より切り出す動作を一連に実施可能とした電気泳動システムにあって、電気泳動を実施しながらその画像を一定時間間隔で、あるいは経時的に撮影、解析することにより、最適条件で電気泳動を自動停止し、自動で電気泳動画像の撮影を行うことにより、検体試料の分子量を高精度に検出できる、小型で安価な電気泳動システムを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４７】
以下、本発明の電気泳動システムの実施の形態を図面とともに詳細に説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１による電気泳動システムの内部の概略構成の斜視図を示すものであり、図２は、本実施の形態１による電気泳動システムのブロック構成図を示すものである。
【００４８】
本発明の実施の形態１による電気泳動システムは、主にＹ軸方向に駆動可能なテーブル機構４０、Ｘ軸方向に駆動可能なキャリッジ機構６０、Ｚ軸方向に駆動可能な切り出し手段６２、画像撮影手段６１、および紫外線照射部７０から構成されている。テーブル機構４０は、動力伝達部４２に、歯車を介して、ステッピングモータなどの駆動量を制御可能な駆動用モータ（図示せず）に接続され、駆動用モータの回転動力を直線運動に変換することにより該テーブル機構４０が駆動される。このテーブル機構４０の中心部は、窓状に開口されているか、または、紫外線透過性アクリル樹脂（例えば、住友化学製スミペックス０１０など）、あるいは紫外線透過性ガラス（例えば、旭テクノグラス製ＵＶ−３３Ｓ、ＵＶ−２９など）などの紫外線透過性の高い材料で構成されている。さらに、前記テーブル機構４０は、Ｙ軸方向にスライド移動可能なスライドテーブル４５を挿入可能であり、該スライドテーブル４５は、前記テーブル機構４０と同様に、中心部が窓状に開口しているか、または、前述のような紫外線透過性の高い材料で構成され、テーブル機構４０内をＹ軸方向に移動することができる。また、スライドテーブル４５は、電気泳動槽１０の設置部、および切り出し器具ホルダー３０の設置部、を有している。前記スライドテーブル４５に設置可能な電気泳動槽１０は、電気泳動の支持体となる電気泳動用ゲルを付設するための支持体付設面１１を有し、該支持体付設面１１に設置された電気泳動用ゲル１０１の両端に、電圧を印加するための白金線等の電極（図示せず）を備えており、かつ、該電極に電圧を印加するための受電部（図示せず）を有し、電気泳動システム本体に設けられた電力供給部（図示せず）と脱着可能な構造となっている。
【００４９】
前記テーブル機構４０の直上には、画像撮影手段６１と、前記切り出し器具２１を把持可能な切り出し手段６２とを一体として有するキャリッジ機構６０が配置されている。本実施の形態１では、画像撮影手段６１にはエリアＣＣＤ方式のカメラを採用し、撮影された電気泳動パターン画像をデジタル化することが可能である。切り出し手段６２は、電気泳動槽１０の支持体付設面１１に対して垂直なＺ軸方向に動作するように、切り出し器具動作用モータ５６と、前記切り出し器具動作用モータ５６に接続された歯車５８と、該歯車５８に連結する切り出し器具把持ピン６５とから構成され、該切り出し器具把持ピン６５は、切り出し器具２０の上部接続部２１に接続可能な構成となっている。
【００５０】
前記キャリッジ機構６０は、Ｘ軸方向に直線移動が可能なように、Ｘ軸方向に設置された直動シャフト６３とスラスト軸受け部（図示せず）によって連結され、またキャリッジモーター５５に接続されたリードスクリュー６４とスクリューナット６６によって連結されている。
【００５１】
また、前記テーブル機構４０の下部には、紫外線照射部７０が設けられている。紫外線照射７０は、紫外線光源７１を設け、かつ、該紫外線光源７１とテーブル機構４０との間に可視光以上の波長の光（例えば４００ｎｍ以上の波長の光）をカットする第１の光学フィルター９１を設置する。また、前記キャリッジ機構６０に搭載された画像撮影手段６１には、紫外線をカットする（例えば６００ｎｍ以下の光をカットする）第２の光学フィルター９２を設置してある。
【００５２】
さらに、図２は、上記したように、本実施の形態１による電気泳動システムのブロック構成を示すが、本実施の形態１では、該図２に示すように、さらに、紫外線照射部７０の点灯、消灯、画像撮影手段６１の撮影の制御、撮影された画像を元にした電気泳動槽１０の電圧の制御、自動的にまたは手動により指定した箇所のゲルを切り出すための、テーブル機構４０の駆動、キャリッジ機構６０の駆動、切り出し手段６２の駆動、を制御するシステム制御部１２０を備えている。さらに、システム制御部１２０においては、前記テーブル機構４０およびキャリッジ機構６０、前記画像撮影手段６１を操作するためのＣＰＵ１２３およびインターフェース部１２４と、分割撮影して得た複数枚のゲル画像を保持する記録装置１２５と、該分割撮影した複数枚の画像を１枚の画像に合成するための画像合成手段１２１と、撮影したゲル画像から核酸画分の位置を計測する核酸画分位置計測手段１２２とを有している。
【００５３】
以上のように構成された電気泳動システムについて、以下、その動作および作用を説明する。
まず、電気泳動槽１０内の支持体付設面１１に、電気泳動用ゲル１０１を設置する。支持体である電気泳動用ゲル１０１の一端に設けた注入口に核酸試料を注入した後、ゲルの両端に設置された１対の電極間に規定の電圧を印加する。電圧を印加することで、負に帯電している核酸試料は、陰極から陽極方向に向かって移動を開始する。ゲル内部は微細な網目状となっているため、ゲル内部を移動する核酸試料は、その分子量の大きさによって移動する速度が異なるため、一定時間の電圧を加えたゲル内部では、分子量に基づいてゲルの注入口とほぼ同じ幅の帯状に分離される。このとき、紫外線光源７１を点灯して核酸試料に紫外線を照射すると、核酸試料に予め混合あるいは、電気泳動用ゲルに予め混合しておいた臭化エチジウムなどの核酸結合性蛍光試薬が蛍光発色する。この蛍光を、画像撮影手段６１にて撮影することで、核酸試料が分子量に基づいて帯状に分離している電気泳動パターンの画像を得ることが出来る。このとき、第１の光学フィルター９１により、紫外線光源７１から発している紫外線より長い波長の不要な光をカットすることで、撮影画質を向上させることができる。また、画像撮影手段６１に取り付けられた第２の光学フィルター９２により、紫外線光源から発光される紫外線をカットすることで、核酸試料に混合された核酸結合性蛍光試薬の蛍光状態のみを、より鮮明に撮影することができる。本実施の形態１では、詳しくは紫外線照射部７０の発光面に４００ｎｍ以上の波長の光を遮断する第１の光学フィルター９１を設け、画像撮影手段６１においては、撮影面には６００ｎｍ以下の波長の光を遮断する第２の光学フィルター９２を設けている。
【００５４】
また、本実施の形態１においては、電気泳動槽１０がテーブル機構４０の直上に設置されていることと、画像撮影手段６１がゲル面上を移動可能なキャリッジ機構６０に搭載されていることとから、画像撮影手段６１であるカメラと、被写体であるゲルとの距離が小さく、それに伴い撮影範囲も小さくなる。そこで、前記画像撮影手段６１の撮影範囲を超えるような大面積ゲルの撮影を行う場合は、システム制御部１２０を用いて、テーブル機構４０の駆動用の駆動用モータ（図示せず）と、キャリッジ機構６０の駆動用のキャリッジ用モータ５５を駆動させることで、テーブル機構４０、およびキャリッジ機構６０をゲル面上の任意の場所に移動させることができ、画像撮影手段６１にてゲルを部分的に分割して撮影し、システム制御部１２０内の記録装置１２５に記録する。システム制御部１２０内の記録装置に記録された分割画像は、システム制御部１２０内に設けられた画像合成手段１２１を利用することで、１枚の電気泳動パターン画像を得ることができる。
【００５５】
このように、本実施の形態１においては、核酸試料の泳動中の状態を、連続的にまたは一定の時間間隔で撮影し、その電気泳動撮像結果から、各核酸画分の位置を核酸画分位置計測手段１２２により求め、最適な泳動パターンを自動で判断し、電気泳動槽１０の電極への印加電圧を制御するようにすることが可能である。また、この画像撮影手段６１により、電気泳動支持体中の電気泳動の泳動状態の基準となるサイズマーカーの泳動パターンを、連続的にあるいは一定時間間隔毎に撮影し、システム制御部１２０において、取得した画像情報に基づいてサイズマーカーの泳動パターンを演算することにより、電気泳動の好適な停止を実現することができる。また、画像撮影手段６１が電気泳動用ゲル１０１上を走査するため、画像撮影手段６１による電気泳動用ゲル１０１の画像は、ゲルサイズに影響されず、同一の解像度の画像を獲得することが可能となり、従来の画像撮影装置のように、ゲルサイズが大きい場合のズーム機能による縮小撮影が必要でなくなり、縮小による画像解像度の低下も発生しない。また、画像撮影手段６１と、被写体であるゲル１０１、および紫外線照射部７０が、比較的近距離に設置した構造であるため、紫外線光源７１の光量を必要最小限にすることが可能となり、従来は、紫外線光源の光量が９０ワット程度要していたが、本実施の形態１においては１５ワット程度で画像撮影が可能であり、核酸試料に対する過度の紫外線の暴露を、回避可能としている。
【００５６】
次に、電気泳動実施後の分離した核酸を核酸画分毎に切り出す、本実施の形態１におけるゲル切り出し手段６２について説明する。これまで述べたように、電気泳動から撮影まで実施した核酸試料を、さらに後の実験にて使用する際には、ゲルの切り出しによる核酸試料の抽出が必要となる。本実施の形態１による電気泳動システムにおいては、まず前記のような方法によって電気泳動パターンを撮影する。その電気泳動パターン画像を元に、目的とする核酸試料が含まれる核酸画分を自動的に検出するか、または表示部に表示された電気泳動パターンの画像を元に、作業者によって手動で指定する。作業者によって切り出し開始命令が実行されると、キャリッジ機構６０が、スライドテーブル４５上の切り出し器具ホルダー３０に収納された、切り出し器具２１の直上まで移動し、切り出し手段６２を下方向に移動させることで、切り出し器具２１を把持する。次に、電気泳動パターン撮影画像を元に、指定された場所へ切り出し手段６２を移動させるため、その移動すべき距離を、システム制御部１２０においてテーブル機構４０と、キャリッジ機構６０の駆動量に変換し、駆動用モータを回転駆動させる。キャリッジ機構６０が指定した位置へ移動したのちは、切り出し器具動作用モータ５６を駆動させることにより切り出し器具把持ピン６７をゲル設置方向へ降下させ、把持している切り出し器具２０をゲルに押し付け、ゲルの切り出しを行う。切り出されたゲルが切り出し器具２０の内部に留まった状態で、キャリッジ機構６０は切り出し器具ホルダー３０の直上まで移動し、ゲルを内部に留置した状態の切り出し器具２１を切り出し手段６２から外して、切り出し器具２０を切り出し器具ホルダー３０へ収納して、切り出し作業を終了する。
【００５７】
さらに、テーブル機構４０はテーブル排出動作に移行し、電気泳動槽１０、および切り出し器具ホルダー３０を、電気泳動システムの外部へと排出し、作業者は切り出し器具ホルダー３０から切り出し器具２０を取り出し、ピペットなどで切り出し器具２０内部に留置された核酸試料をゲルごと取り出す。
【００５８】
本実施の形態１においては、画像撮影手段６１と、切り出し手段６２を一体ユニット化したキャリッジ機構６０を例示しているが、このように画像撮影手段６１と、切り出し手段６２をユニット化することで、電気泳動ゲル１０１の切り出しの過程、および切り出し手段６２による切り出し器具２０の切り出し器具ホルダー３０からの把持、収納の過程を、キャリッジによる影が生じることなく、画像撮影手段６１によって詳細に追跡することが可能となる。その後は、背景技術に示したＶｏｇｅｌｓｔｅｉｎとＧｉｌｌｅｓｐｉｅの方法、あるいはＭｏｌｅｃｕｌａｒ Ｃｌｏｎｉｎｇに記載の方法などの適当な方法で、核酸試料を抽出回収することが可能となる。
【００５９】
このような、本実施の形態１による電気泳動システムにおける電気泳動装置によっては、電気泳動槽１０と、電気泳動槽１０を搭載可能なＹ軸方向に直線移動が可能なテーブル機構４０と、電気泳動槽１０内のゲルの一部を切り出すことが可能な切り出し器具２０と、切り出し器具２０を把持しゲル面に対して垂直なＺ軸方向に切り出し器具２０を移動させてゲルの切り出しを行う切り出し手段６２と、該切り出し手段６２と、画像撮影手段６１とを搭載しゲル面上Ｘ軸方向に平行移動可能なキャリッジ機構６０と、テーブル機構４０に搭載された電気泳動槽１０内のゲル１０１に紫外線を照射可能な紫外線照射部７０と、キャリッジ機構６０に搭載されたゲル１０１の電気泳動パターンを撮影する前記画像撮影手段６１と、泳動パターンを撮影するために紫外線照射部７０の点灯・消灯の制御、画像撮影手段６１の撮影動作の制御と、電気泳動槽１０に印加する電圧の制御、およびテーブル機構４０、キャリッジ機構６０、および切り出し手段６１の駆動の制御、を行うシステム制御部１２０とを備えることにより、電気泳動の実施、および電気泳動パターン画像の取得、支持体より分離した核酸画分の切り出し回収の作業を、作業者が介在することなく実施可能となり、電気泳動をさせる際における感電、作業者の紫外線暴露、の防止などの電気泳動に関する作業の安全性の向上と、作業の自動化に伴う研究作業の効率化を達成できると共に、小型で安価な電気泳動システムを提供することができる。
【００６０】
図３は、本発明の実施の形態１による電気泳動システムにおいて、電気泳動の泳動状態の基準となるサイズマーカーを含めて電気泳動を行ったときに取得される電気泳動画像を示し、かつ、そのときの前記サイズマーカーの分子量と、泳動距離との相関関係を示したグラフである。
【００６１】
図３中のＡは、本実施の形態１において電気泳動の泳動状態の基準となるサイズマーカーとして用いた、２本鎖ＤＮＡ（Ｄｅｏｘｙｒｉｂｏ ＮｕｃｌｅｉｃＡｃｉｄｓ、デオキシリボ核酸）である１Ｋｂｐラダーサイズマーカー（シグマジェノシス社製）であり、Ｂは、検体試料として用いたφＸ１７４ファージＤＮＡを、制限酵素ＨａｅIIIにより加水分解した時に得られる１３５３塩基対長の分子量を有する断片を示している。
【００６２】
なお、１Ｋｂｐラダーサイズマーカー中には、１０，０００、８，０００、６，０００、５，０００、４，０００、３，５００、３，０００、２，５００、２，０００、１，５００、１，０００、７５０および５００塩基対長の分子量を有する１３種類のマーカー分子となるＤＮＡ断片が混合してある。
【００６３】
図３は、０．１μｇ／ｍｌの臭化エチジウムを含有する１％アガロースゲルを電気泳動用ゲルとし、５０ｎｇ／μｌの１Ｋｂｐラダーサイズマーカー（図３Ａ）を、１０μｌ、２５ｎｇ／μｌのφＸ１７４ファージＤＮＡを、制限酵素ＨａｅIIIにより加水分解した時に得られる１３５３塩基対長の分子量を有する大断片（図３Ｂ）を、１０μｌ導入し、直流電圧５０Ｖを、９０分間印加した時の結果である。
【００６４】
図３に示す通り、１Ｋｂｐラダーサイズマーカー中の各マーカー分子の塩基対長の対数値と、各マーカー分子の電気泳動での移動距離の自然数値との間には、２つの一次関数式で表される直線（図中I、II）による相関関係が存在する。このIとIIの２つの直線からなる検量線に基づき、例えば、φＸ１７４ファージＤＮＡを、制限酵素ＨａｅIIIにより加水分解した時に得られる大断片の泳動距離から、検量線IIを用い、約１３５０塩基対長である、と見積もることができ、実際の１３５３塩基対長と、ほぼ一致した値を示す。
【００６５】
以上のように、分子量の異なる複数のマーカー分子を有するサイズマーカーを利用して、検体試料のＤＮＡの分子量を決定することができる。ただし、検量線I（塩基対長４，０００〜１０，０００塩基対）のような場合は、塩基対長の大きさ（分子量の大きさ）に対し泳動距離が短いため、各マーカー分子間の間隔が狭くなり、検量線として利用するには判定誤差が高くなるため、この検量線Iは、実際の検量線としては利用されず、専ら、検量線として利用されるのは、検量線II（塩基対長５００〜３，５００塩基対）のような場合である。
【００６６】
上記検量線IIは、塩基対長の大きさ（分子量の大きさ）に対し泳動距離が相対的に長く、各マーカー分子間の間隔が明瞭に分離しており、検体試料の塩基対長（分子量）を正確に見積もることが可能である。この検量線IIは、式１に示す一次関数式で表すことができる。
【００６７】
【数１】
【００６８】
ここで、式１のＹは、距離（ｍｍ）を、Ｘは、サイズマーカー中の各マーカー分子の塩基対長（ｂｐ：Ｂａｓｅ Ｐａｉｒｓ、塩基対）を示しており、Ｘが、各マーカーの分子量を示した場合においても、式１の数値（この場合、−２９．６７５、１２２．３）は同一である。
【００６９】
したがって、本実施の形態１の電気泳動システムにおいては、電気泳動の自動停止は、電気泳動を実施しながら、上記式１の数値に近似する値を電気泳動システム内で演算し、所要の値が得られたときに、この電気泳動の自動停止を行っているものであり、かつ、この電気泳動の自動停止時に、そのときの電気泳動結果を、自動撮影するようにしているものである。
【００７０】
このように本実施の形態１においては、電気泳動を、所要の条件が満たされたとき、自動停止させ、そのときの電気泳動画像を自動撮影することにより、検体試料の分子量を検出することができる。すなわち、たとえば電気泳動の基準となるサイズマーカー内の各マーカー分子のうち、塩基対長の大きさ（分子量の大きさ）に対して泳動距離が長いものについての検量線IIを用いて、該サイズマーカー内の分子量の異なる各マーカー分子のうちの１つが規定の移動度に達したとき、その電気泳動を自動停止させ、そのときの電気泳動結果を自動撮影することにより、該規定の移動度に達したマーカー分子ときわめて近似した分子量を有するものと、検体試料の分子量を判定することができ、これにより、検体試料の分子量を精度よく検出することができるものである。
【００７１】
図４は、本発明の実施の形態１による電気泳動システムを用いて電気泳動を行ったときの、電気泳動の経時変化によるＤＮＡの泳動距離の変化を示し、これは、図３の場合におけると同様に、０．１μｇ／ｍｌの臭化エチジウムを含有する１％アガロースゲルを、電気泳動用ゲルとし、直流電圧５０Ｖを印加して、１Ｋｂｐラダーサイズマーカーの電気泳動を行い、その泳動パターン変化を、１０分間隔毎に画像撮影したものである。
【００７２】
図４のＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、ＨおよびＩは、電気泳動開始１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０および９０分後の電気泳動画像である。
【００７３】
図４のＡ〜Ｉに示す通り、電気泳動開始１０分後の電気泳動初期は、１Ｋｂｐラダーサイズマーカーに含まれる各マーカー分子が一群となっているが、時間の経過と共に、塩基対長（分子量）の低いマーカー分子から、順次一群となったマーカー分子より泳動距離が延伸していく傾向にある。
【００７４】
図４に示される、時間経過による１Ｋｂｐラダーサイズマーカーの出現パターンを、小さい塩基対長（分子量）順のマーカー分子、すなわち５００、７５０、１，０００塩基対・・・のマーカー分子として認識し、泳動距離に対するマーカー分子の塩基対長による一次関数式を算出したのが、表１である。
【００７５】
【表１】
【００７６】
表１において、全点プロットは、電気泳動において出現を確認できた５００、７５０、１，０００、１，５００、２，０００、２，５００、３，０００および３，５００塩基対長のマーカー分子の、４点プロットは、電気泳動において出現を確認できた５００、７５０、１，０００および１，５００塩基対長のマーカー分子の、３点プロットは、電気泳動において出現を確認できた５００、７５０および１，０００塩基対長のマーカー分子の、泳動距離により算出される一次関数式である。なお、Ｙは、泳動距離、Ｘは、マーカー分子の塩基長を、それぞれ表している。
【００７７】
なお、図４のＡの電気泳動開始１０分後は、マーカー分子が１つしか認められないため、式の算出を省略してある。また、図４のＢの開始２０分後は、マーカー分子が２つしか認められないため、全て２点プロットにより式を算出してあり、数値は同じ値（２．９９２２、１３．４７１）となっている。
【００７８】
図４において、電気泳動時間６０分以後（図４Ｆ以降）になると、１Ｋｂｐラダーサイズマーカーに含まれる１３種類のマーカー分子が、目視においても確認可能であるが、泳動時間３０分（図３Ｃ）では、４種類のマーカー分子しか、４０分（図３Ｄ）では、８種類しか、目視において確認が困難である。
【００７９】
この結果は、表１に示した泳動距離に対するマーカー分子の塩基対長より算出した一次関数式にも反映され、泳動時間３０分、あるいは４０分では、全点プロットにより求められた式と、４点あるいは３点プロットにより求められた式とでは、値が近似していない。しかしながら、泳動時間６０分になると、目視においても１３種類のマーカー分子が確認でき、全点プロットにより求められた式と、４点プロットにより求められた式に、近似性が認められ、泳動時間７０分以後になると、全点プロットに対し、４点および３点プロット共に、求められる式に、よい近似性が認められる。
【００８０】
このように、本実施の形態１においては、泳動距離に対するマーカー分子の塩基対長による、式１に示されるような一次関数式において、その傾きが−２０以下になるとサイズマーカーに含まれる各マーカー分子の分離が良好になるものであり、このことを利用して、該傾きがー２０以下となった時点を、好適な電気泳動停止時期とすることが可能となる。この際の、傾きを算出するために必要なプロット数は、少なくとも３以上でよく、望ましくは４以上とすることで、全点プロットを利用しなくても、適正な傾きを算出することが可能であり、好適な電気泳動停止時期を決定することが可能である。
【００８１】
また、検体試料として、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）による反応産物をもちいた場合においては、その産物の分子量を予め推定可能であり、ＰＣＲにより目的の産物が正に生成されているかを、その産物の推定分子量に基づき検定することが必要となるが、この際には、サイズマーカー中で推定分子量に近似する推定分子量より大きい分子量と、小さい分子量の、２種類のマーカー分子の泳動距離が目視において、さらに図１の画像撮影手段６１においても、明確に分離されている必要がある。その場合、電気泳動停止時期を算出するには、上述した３点あるいは４点プロットに加え、推定分子量に近似する推定分子量より大きい分子量のマーカー分子までプロット数に加算し、図１の画像撮影手段６１において該プロット数を識別させて、システム制御部１２０において電気泳動停止時期を算出するようにすることが望ましい。
【００８２】
図５は、本発明の実施の形態１による電気泳動システムを用いて、電気泳動の実施、および、電気泳動の自動停止、自動画像撮影、を行う場合の手順を示したフローチャート図である。
【００８３】
まず始めに、ステップ２０１で、電気泳動に供する検体試料であるＤＮＡの推定塩基対数、あるいは推定分子量を入力する。
【００８４】
次にステップ２０２で、電気泳動に供するサイズマーカーがどのようなものであるかを入力する。
【００８５】
次にステップ２０３で、図１の電気泳動システムのシステム制御部１２０において、入力されたサイズマーカーの種類、サイズマーカー中に含まれるマーカー分子の数と、それらの塩基対数、あるいは分子量を判別し、図２で示したようなサイズマーカーにより得られる検量線において、検量線IIのようなパターンを示す領域上に、検体試料の推定塩基対数、あるいは推定分子量が位置するか否かを判定する。位置しない場合は、ステップ２０４に進み、使用するサイズマーカーの変更を指示し、ステップ２０２へ戻る。位置した場合は、ステップ２０５に進み、サイズマーカーに含まれる最小塩基対数、あるいは最小分子量のマーカー分子から小さい順に数えて、４番目のマーカー分子の塩基対数、あるいは分子量が、検体試料の推定塩基対数、あるいは推定分子量よりも大きいか否かを判定する。
【００８６】
前記４番目のマーカー分子の塩基対数、あるいは分子量が、検体試料の推定塩基対数、あるいは推定分子量よりも大きい場合、４つのマーカー分子が電気泳動により出現したときに、これを、図１の電気泳動システムの画像撮影手段６１による電気泳動の停止、およびマーカー分子による検量線作成の判定基準とし、ステップ２０７へ進む。
【００８７】
前記４番目のマーカー分子の塩基対数、あるいは分子量が、検体試料の推定塩基対数、あるいは推定分子量よりも小さい場合、ステップ２０６に進み、サイズマーカーに含まれる検体試料の推定塩基対数、あるいは推定分子量よりも大きいマーカー分子が、サイズマーカーに含まれる最小塩基対数、あるいは最小分子量のマーカー分子から小さい順に数えて、何番目に位置するかを判定し、その数の番目のマーカー分子が電気泳動により出現したときに、図１の電気泳動システムの画像撮影手段６１による電気泳動の停止、およびマーカー分子による検量線作成の判定基準とし、ステップ２０７へ進む。ステップ２０７において、電気泳動の電気泳動用ゲルに形成した注入口に、サイズマーカーと、検体試料とを注入する。次に、ステップ２０８で、電気泳動の支持体のサイズマーカーを注入した注入口の場所を入力する。これにより、図１の電気泳動システムの画像撮影手段６１が、入力した注入口の場所を、電気泳動中、一定時間毎あるいは経時的に追跡することになる。次にステップ２０９に進み、図１の電気泳動システムの画像撮影手段６１が、電気泳動の電気泳動用ゲルに形成した注入口からゲルの端までの距離を計算し、電気泳動可能なゲルの有効泳動長を算出する。次にステップ２１０に進み、印加する直流電圧値を設定し、電気泳動が開始される。電気泳動が開始されると、ステップ２１１に進み、図１の電気泳動システムの画像撮影手段６１が、ステップ２０５あるいはステップ２０６で設定したサイズマーカーのマーカー分子のモニターを開始する。次にステップ２１２へ進み、ステップ２０５あるいはステップ２０６で設定したサイズマーカーのマーカー分子数の出現を、一定時間毎、あるいは経時的に追跡し、設定数出現した場合、ステップ２１３に進み、設定数のマーカー分子を用いた一次関数式で示される検量線を作成し、その検量線の傾きが、上記で示した基準値以上であるか否かを判定する。基準値に満たない場合、ステップ２１１に戻り、マーカー分子数のモニターを繰り返す。基準値以上の場合、システム制御部１２０が電気泳動を停止し、画像撮影を開始する。また、ステップ２１２において、サイズマーカーのマーカー分子が設定数出現していない場合、ステップ２１４に進み、サイズマーカーに含まれる最小塩基対数、あるいは最小分子量のマーカー分子の、電気泳動の支持体の有効泳動距離内の位置を判定し、最小塩基対数、あるいは最小分子量のマーカー分子が、電気泳動の支持体の有効泳動距離の９０％を泳動していない場合、ステップ２１１に戻り、マーカー分子数のモニターを繰り返す。有効泳動距離の９０％以上を泳動していた場合、設定数のマーカー分子が出現していなくても、システム制御部１２０において強制的に電気泳動を停止させ、画像撮影を開始する。
【００８８】
このように、本実施の形態１による電気泳動システムにおいては、サイズマーカーの３点プロット、あるいは４点プロットにより、あるいはさらに検体試料の推定分子量に近似する、これより大きい、あるいは小さい分子量のマーカーをもこれらに加えたプロットにより、その検量線の傾きが所定値以下となったときを、好適な電気泳動停止時期とすることにより、検体試料のＤＮＡの分子量を、精度よく決定することができる。さらには、サイズマーカーに含まれる分子量の異なる複数のマーカー分子の分離状態が、前記検体試料の生体高分子の推定分子量に近似する大きい分子量側のマーカー分子と、小さい分子量側のマーカー分子とで、明瞭に分離していない場合においては、前記サイズマーカーに含まれる移動度の異なる複数のマーカー分子のうちの最低分子量のマーカー分子の移動度が、電気泳動の支持体において８０〜９０％泳動したとき、電気泳動を、自動停止させるようにすることにより、検体試料の分子量を精度よく、検出することができるものである。
【００８９】
なお、本発明の実施の形態１における電気泳動の自動停止においては、サイズマーカー中のマーカー分子の移動度の実数値を用いる演算方法を例示したが、支持体の有効泳動長に対する該マーカー分子の相対移動度を用いる演算方法によっても、電気泳動の自動停止は実現可能である。
【００９０】
以上、生体高分子試料としては、核酸である２本鎖のＤＮＡを用いた、電気泳動システムについて例示したが、試料としての核酸は、ＤＮＡ以外にも、リボ核酸（ＲＮＡ）であっても、その１本鎖あるいは２本鎖のいずれにおいても適用可能である。
【００９１】
また、本発明における電気泳動システムは、核酸に限定することなく、タンパク質、ペプチドなど、他の生体高分子についても実施可能である。
【００９２】
また、本発明においては、生体高分子は、生体に由来するものに限定されるものではなく、化学合成産物、上述したポリメラーゼ連鎖反応、あるいはｉｎ ｖｉｔｒｏ転写反応などの増幅産物、ＤＮＡポリメラーゼ、あるいはＲＮＡポリメラーゼによる複製産物などについても適用可能である。
【００９３】
また、上記本発明の実施の形態においては、電気泳動用ゲルとして、アガロースの利用を例示したが、電気泳動用ゲルは、アガロースに限定されるものではなく、ポリアクリルアミド、セルロース、デンプンなど、従来からの半固形物質を適用することが可能である。
【００９４】
また、電気泳動用ゲルの濃度も、上記では１％アガロースを利用して例示したが、これに限定されるものではなく、Ｓａｍｂｒｏｏｋ．Ｊ．ら編集のＭｏｌｅｃｕｌａｒ Ｃｌｏｎｉｎｇ第２版、６．４頁に示されている通り、ゲルの濃度が変動した場合、分離可能な生体高分子の分子量の範囲が変動するが、分子量に対する泳動距離の相関関係においては、ゲル濃度に依存せず、その一次関数の式で示される傾きは、ほぼ同一であり、本発明の電気泳動システムにおける電気泳動の停止方法は、ゲルの素材、濃度に関係することなく、好適に実現可能である。
【産業上の利用可能性】
【００９５】
本発明にかかる電気泳動システムは、ゲル電気泳動、および電気移動パターンの撮影、電気泳動後の核酸試料の切り出し作業を一連実施可能な電気泳動システムにおいて、電気泳動を好適に自動停止させ、その電気泳動画像を自動で撮影する、小型で安価な装置を提供でき、生体高分子の分析で一般的に利用される電気泳動に関連する技術分野において有用である。
【図面の簡単な説明】
【００９６】
【図１】本発明の実施の形態１による電気泳動システムの内部の概要を示した斜視図
【図２】本発明の実施の形態１による電気泳動システムのブロック構成図
【図３】本発明の実施の形態１による電気泳動システムにおける、電気泳動により取得される電気泳動画像を示し、かつ、電気泳動によるＤＮＡの塩基対数と、その泳動距離との相関関係を示したグラフ図
【図４】本発明の実施の形態１による電気泳動システムにおける、電気泳動の経時変化によるＤＮＡの泳動距離の変化を示した図
【図５】本発明の実施の形態１による電気泳動システムにおける、電気泳動自動の停止、および電気泳動画像自動撮影を実現する手順を示すフローチャート図
【符号の説明】
【００９７】
１０ 電気泳動槽
１１ 支持体付設面
２０ 切り出し器具
２１ 上部接続部
３０ 切り出し器具ホルダー
４０ テーブル機構
４２ テーブル機構動力伝達部
４５ スライドテーブル
５５ キャリッジ機構動作モータ
５６ 切り出し器具動作モータ
５８ 歯車
６０ キャリッジ機構
６１ 画像撮影手段
６２ 切り出し手段
６３ 直動シャフト
６４ リードスクリュー
６５ 切り出し器具把持ピン
６６ スクリューナット
７０ 紫外線照射部
７１ 紫外線光源
９１ 第１の光学フィルター
９２ 第２の光学フィルター
１０１ 電気泳動用ゲル
１１０ 電力供給部
１２０ システム制御部
１２１ 画像合成手段
１２２ 核酸画分位置計測手段
１２５ 記録装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
生体高分子試料を分離解析する電気泳動システムにおいて、
前記生体高分子試料を、支持体を用いて電気泳動させるための電気泳動槽と、
前記電気泳動槽に付設した前記支持体の両端に電圧を印加し、前記生体高分子試料を電気泳動させる電圧印加手段と、
前記生体高分子試料の電気泳動の結果を撮影する画像撮影手段と、
前記画像撮影手段により獲得した画像に基づき、前記支持体における生体高分子画分の位置情報を算出し、該支持体で分離した生体高分子の画分を切り出す切り出し手段とを有し、
前記電気泳動の開始から該電気泳動による生体高分子試料画分の抽出回収までを、一連に実施可能とする電気泳動システムであって、
前記電気泳動を、所要の条件が満たされたとき自動停止させ、そのときの電気泳動画像を自動撮影する、
ことを特徴とする電気泳動システム。
【請求項２】
請求項１に記載の電気泳動システムにおいて、
前記電気泳動の泳動状態の基準となるサイズマーカーは、分子量の異なるマーカー分子を複数有するものとし、
該複数のマーカー分子の各々の移動度を前記画像撮像手段により経時追跡し、
前記複数のマーカー分子のうちの１つの移動度が規定の移動度に達したとき、前記電気泳動を自動停止させる、
ことを特徴とする電気泳動システム。
【請求項３】
請求項２に記載の電気泳動システムにおいて、
前記電気泳動の泳動状態の基準となるサイズマーカー内の分子量の異なる複数のマーカー分子の中の、最低分子量のマーカー分子の泳動状態から順次分子量が大きいマーカー分子の泳動状態を経時追跡し、
所要の分子量のマーカー分子の泳動状態が規定の移動度に達したとき、前記電気泳動を自動停止させる、
ことを特徴とする電気泳動システム。
【請求項４】
請求項３に記載の電気泳動システムにおいて、
前記電気泳動の泳動状態の基準となるサイズマーカーに含まれる分子量の異なるマーカー分子の中の、最低分子量のマーカー分子から順次分子量が大きくなる、少なくとも３つあるいは４つのマーカー分子の泳動状態を経時追跡し、
前記３つあるいは４つのマーカー分子の移動度が所要の移動度に到達したとき、前記電気泳動を自動停止させる、
ことを特徴とした電気泳動システム。
【請求項５】
請求項２ないし請求項４のいずれかに記載の電気泳動システムにおいて、
前記画像撮影手段により追跡した各マーカー分子について、各マーカー分子の分子量に対する移動度の一次関数で表される検量線を演算し、該検量線の傾きが設定値以上に到達した時、前記電気泳動を自動停止させる、
ことを特徴とする電気泳動システム。
【請求項６】
請求項２ないし請求項５のいずれかに記載の電気泳動システムにおいて、
検体試料の生体高分子の推定分子量が、電気泳動の泳動状態の基準となるサイズマーカーに含まれる分子量の異なる複数のマーカー分子の、最低分子量のマーカー分子から低い順に数えて３番目あるいは４番目のマーカー分子の分子量より大きい場合、該検体試料の生体高分子の推定分子量に最も近似し、かつ該推定分子量より大きい分子量のマーカー分子をすべて合計したマーカー分子数に基づいて電気泳動状態を経時追跡し、
各マーカー分子の分子量に対する移動度の一次関数で表される検量線を演算し、該検量線の傾きが設定値以上に到達した時に、電気泳動を自動停止させる、
ことを特徴とする電気泳動システム。
【請求項７】
請求項２ないし請求項５のいずれかに記載の電気泳動システムにおいて、
前記電気泳動の泳動状態の基準となるサイズマーカーに含まれる分子量の異なる複数のマーカー分子のうちの、前記検体試料の生体高分子の推定分子量に近似する、該推定分子量より大きい分子量のマーカー分子と、該推定分子量より小さい分子量のマーカー分子との、２つのマーカー分子が、前記画像撮影手段により識別可能となる時に、電気泳動を自動停止させる、
ことを特徴とする電気泳動システム。
【請求項８】
請求項２、請求項３、請求項５または請求項６に記載の電気泳動システムにおいて、
前記電気泳動の泳動状態の基準となるサイズマーカーに含まれる分子量の異なる複数のマーカー分子の分離状態が、前記検体試料の生体高分子の推定分子量に近似する大きい分子量側のマーカー分子と、小さい分子量側のマーカー分子とで明瞭に分離していない場合において、前記電気泳動の泳動状態の基準となるサイズマーカーに含まれる移動度の異なる複数のマーカー分子のうちの最低分子量のマーカー分子の移動度が、電気泳動の支持体において８０〜９０％泳動したとき、電気泳動を自動停止させる、
ことを特徴とする電気泳動システム。
【請求項９】
請求項２、請求項３、請求項５、請求項６または請求項７に記載の電気泳動システムにおいて、
核酸を電気泳動する場合にあって、電気泳動の泳動状態の基準となる移動度の異なる複数のマーカー分子を含むサイズマーカーが、λファージＤＮＡのＨｉｎｄIIIによる消化断片、φＸ１７４ファージＤＮＡのＨａｅIIIによる消化断片、１００塩基対ＤＮＡラダー、１キロ塩基対ＤＮＡラダーなどの分子量既知のマーカー分子の混合物よりなるサイズマーカーである、
ことを特徴とする電気泳動システム。
【請求項１０】
請求項２、請求項３、請求項５、請求項６または請求項７に記載の電気泳動システムにおいて、
タンパク質を電気泳動する場合にあって、前記電気泳動の泳動状態の基準となる移動度の異なる複数のマーカー分子を含むサイズマーカーが、ミオシン、β−ガラクトシダーゼ、フォスホリラーゼ、血清アルブミン、オボアルブミン、ミオグロビンなどの分子量既知のタンパク質分子の混合物よりなるサイズマーカーである、
ことを特徴とする電気泳動システム。
【請求項１】
生体高分子試料を分離解析する電気泳動システムにおいて、
前記生体高分子試料を、支持体を用いて電気泳動させるための電気泳動槽と、
前記電気泳動槽に付設した前記支持体の両端に電圧を印加し、前記生体高分子試料を電気泳動させる電圧印加手段と、
前記生体高分子試料の電気泳動の結果を撮影する画像撮影手段と、
前記画像撮影手段により獲得した画像に基づき、前記支持体における生体高分子画分の位置情報を算出し、該支持体で分離した生体高分子の画分を切り出す切り出し手段とを有し、
前記電気泳動の開始から該電気泳動による生体高分子試料画分の抽出回収までを、一連に実施可能とする電気泳動システムであって、
前記電気泳動を、所要の条件が満たされたとき自動停止させ、そのときの電気泳動画像を自動撮影する、
ことを特徴とする電気泳動システム。
【請求項２】
請求項１に記載の電気泳動システムにおいて、
前記電気泳動の泳動状態の基準となるサイズマーカーは、分子量の異なるマーカー分子を複数有するものとし、
該複数のマーカー分子の各々の移動度を前記画像撮像手段により経時追跡し、
前記複数のマーカー分子のうちの１つの移動度が規定の移動度に達したとき、前記電気泳動を自動停止させる、
ことを特徴とする電気泳動システム。
【請求項３】
請求項２に記載の電気泳動システムにおいて、
前記電気泳動の泳動状態の基準となるサイズマーカー内の分子量の異なる複数のマーカー分子の中の、最低分子量のマーカー分子の泳動状態から順次分子量が大きいマーカー分子の泳動状態を経時追跡し、
所要の分子量のマーカー分子の泳動状態が規定の移動度に達したとき、前記電気泳動を自動停止させる、
ことを特徴とする電気泳動システム。
【請求項４】
請求項３に記載の電気泳動システムにおいて、
前記電気泳動の泳動状態の基準となるサイズマーカーに含まれる分子量の異なるマーカー分子の中の、最低分子量のマーカー分子から順次分子量が大きくなる、少なくとも３つあるいは４つのマーカー分子の泳動状態を経時追跡し、
前記３つあるいは４つのマーカー分子の移動度が所要の移動度に到達したとき、前記電気泳動を自動停止させる、
ことを特徴とした電気泳動システム。
【請求項５】
請求項２ないし請求項４のいずれかに記載の電気泳動システムにおいて、
前記画像撮影手段により追跡した各マーカー分子について、各マーカー分子の分子量に対する移動度の一次関数で表される検量線を演算し、該検量線の傾きが設定値以上に到達した時、前記電気泳動を自動停止させる、
ことを特徴とする電気泳動システム。
【請求項６】
請求項２ないし請求項５のいずれかに記載の電気泳動システムにおいて、
検体試料の生体高分子の推定分子量が、電気泳動の泳動状態の基準となるサイズマーカーに含まれる分子量の異なる複数のマーカー分子の、最低分子量のマーカー分子から低い順に数えて３番目あるいは４番目のマーカー分子の分子量より大きい場合、該検体試料の生体高分子の推定分子量に最も近似し、かつ該推定分子量より大きい分子量のマーカー分子をすべて合計したマーカー分子数に基づいて電気泳動状態を経時追跡し、
各マーカー分子の分子量に対する移動度の一次関数で表される検量線を演算し、該検量線の傾きが設定値以上に到達した時に、電気泳動を自動停止させる、
ことを特徴とする電気泳動システム。
【請求項７】
請求項２ないし請求項５のいずれかに記載の電気泳動システムにおいて、
前記電気泳動の泳動状態の基準となるサイズマーカーに含まれる分子量の異なる複数のマーカー分子のうちの、前記検体試料の生体高分子の推定分子量に近似する、該推定分子量より大きい分子量のマーカー分子と、該推定分子量より小さい分子量のマーカー分子との、２つのマーカー分子が、前記画像撮影手段により識別可能となる時に、電気泳動を自動停止させる、
ことを特徴とする電気泳動システム。
【請求項８】
請求項２、請求項３、請求項５または請求項６に記載の電気泳動システムにおいて、
前記電気泳動の泳動状態の基準となるサイズマーカーに含まれる分子量の異なる複数のマーカー分子の分離状態が、前記検体試料の生体高分子の推定分子量に近似する大きい分子量側のマーカー分子と、小さい分子量側のマーカー分子とで明瞭に分離していない場合において、前記電気泳動の泳動状態の基準となるサイズマーカーに含まれる移動度の異なる複数のマーカー分子のうちの最低分子量のマーカー分子の移動度が、電気泳動の支持体において８０〜９０％泳動したとき、電気泳動を自動停止させる、
ことを特徴とする電気泳動システム。
【請求項９】
請求項２、請求項３、請求項５、請求項６または請求項７に記載の電気泳動システムにおいて、
核酸を電気泳動する場合にあって、電気泳動の泳動状態の基準となる移動度の異なる複数のマーカー分子を含むサイズマーカーが、λファージＤＮＡのＨｉｎｄIIIによる消化断片、φＸ１７４ファージＤＮＡのＨａｅIIIによる消化断片、１００塩基対ＤＮＡラダー、１キロ塩基対ＤＮＡラダーなどの分子量既知のマーカー分子の混合物よりなるサイズマーカーである、
ことを特徴とする電気泳動システム。
【請求項１０】
請求項２、請求項３、請求項５、請求項６または請求項７に記載の電気泳動システムにおいて、
タンパク質を電気泳動する場合にあって、前記電気泳動の泳動状態の基準となる移動度の異なる複数のマーカー分子を含むサイズマーカーが、ミオシン、β−ガラクトシダーゼ、フォスホリラーゼ、血清アルブミン、オボアルブミン、ミオグロビンなどの分子量既知のタンパク質分子の混合物よりなるサイズマーカーである、
ことを特徴とする電気泳動システム。
【図１】
【図２】
【図５】
【図３】
【図４】
【図２】
【図５】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００６−３３７１６６（Ｐ２００６−３３７１６６Ａ）
【公開日】平成１８年１２月１４日（２００６．１２．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１６２０３６（Ｐ２００５−１６２０３６）
【出願日】平成１７年６月１日（２００５．６．１）
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１２月１４日（２００６．１２．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年６月１日（２００５．６．１）
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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