JP3418292B2 - 遺伝子解析装置 - Google Patents
遺伝子解析装置Info
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は生体試料を分離し解
析するゲル電気泳動装置に関するものである。
析するゲル電気泳動装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】電気泳動法は核酸における塩基配列や塩
基長あるいは生体蛋白試料における電荷量や分子量に応
じて担体中での移動度が異なることを利用して、被泳動
物質を分離する方法であり、生化学の分野の分離技術と
して有用である。このうち核酸の分離には塩基配列決定
における電気泳動やPCR反応後の増幅産物の確認等を
目的とするものがあり、この場合平板ゲルを用いた電気
泳動法が多く用いられている。平板ゲル電気泳動法を実
施する装置の基本構成は、試料を分離するゲルとゲルを
両面から保持するガラスプレート、更に緩衝液を介して
ゲルに電界をかけるための電極と泳動電源からなる。
基長あるいは生体蛋白試料における電荷量や分子量に応
じて担体中での移動度が異なることを利用して、被泳動
物質を分離する方法であり、生化学の分野の分離技術と
して有用である。このうち核酸の分離には塩基配列決定
における電気泳動やPCR反応後の増幅産物の確認等を
目的とするものがあり、この場合平板ゲルを用いた電気
泳動法が多く用いられている。平板ゲル電気泳動法を実
施する装置の基本構成は、試料を分離するゲルとゲルを
両面から保持するガラスプレート、更に緩衝液を介して
ゲルに電界をかけるための電極と泳動電源からなる。
【0003】電気泳動法による計測を再現性良く高分離
に実施するためには、印加電圧やゲルの組成等の電気泳
動条件を一定に保つ必要があるが、試料の分離に影響を
与え且つ制御困難な条件の一つとして電気泳動中のゲル
の温度があった。この場合の温度制御にはゲルの温度の
均一性および任意の温度にゲルを保持するという二つの
重要な側面がある。
に実施するためには、印加電圧やゲルの組成等の電気泳
動条件を一定に保つ必要があるが、試料の分離に影響を
与え且つ制御困難な条件の一つとして電気泳動中のゲル
の温度があった。この場合の温度制御にはゲルの温度の
均一性および任意の温度にゲルを保持するという二つの
重要な側面がある。
【0004】まず前者に関しては、平板ゲル電気泳動法
においては分離担体であるゲル平面に温度勾配が生じや
すく、そのため、同一の試料でも移動度が異なる現象が
観察される問題があった。この現象は一般にスマイリン
グと呼ばれ、ゲルに通電することにより発生するジュー
ル熱が均一に放熱されないことが原因となって、ゲルに
温度勾配が生じる問題である。この場合、温度が試料の
移動に対して影響を与える理由は、ゲル中の緩衝液の粘
性が温度によって変化するためであると一般には考えら
れている。
においては分離担体であるゲル平面に温度勾配が生じや
すく、そのため、同一の試料でも移動度が異なる現象が
観察される問題があった。この現象は一般にスマイリン
グと呼ばれ、ゲルに通電することにより発生するジュー
ル熱が均一に放熱されないことが原因となって、ゲルに
温度勾配が生じる問題である。この場合、温度が試料の
移動に対して影響を与える理由は、ゲル中の緩衝液の粘
性が温度によって変化するためであると一般には考えら
れている。
【0005】後者のゲル温度を任意温度に制御する必要
性に関しては、対象とする試料や分離方法によって、最
適な分離を与える泳動温度が異なる場合に重要である。
例えば塩基配列決定に於ける電気泳動に於いては、45
〜55℃が良いとされ、またGenomics,Vo
l.5,pp874−879,1989(ゲノミクス5
巻,第874−879頁,1989年)に記載されてい
るSSCP法(Single−Strand Conf
ormation Polymorphism)に於い
ては一般に4〜25℃の間の所定の温度に保持されるこ
とが必要であるとされている。
性に関しては、対象とする試料や分離方法によって、最
適な分離を与える泳動温度が異なる場合に重要である。
例えば塩基配列決定に於ける電気泳動に於いては、45
〜55℃が良いとされ、またGenomics,Vo
l.5,pp874−879,1989(ゲノミクス5
巻,第874−879頁,1989年)に記載されてい
るSSCP法(Single−Strand Conf
ormation Polymorphism)に於い
ては一般に4〜25℃の間の所定の温度に保持されるこ
とが必要であるとされている。
【0006】SSCP法は、一本鎖DNAがその塩基配
列に依存した高次の構造を形どり、この高次構造により
電気泳動中の移動度が変化することを利用し分離する方
法であるので、この高次構造を保つ塩基間の水素結合力
が安定に作用することを必要とするからである。逆にS
SCP法以外、即ち高次構造を利用しない分離方法で
は、高次構造を形どらないような温度が求められてい
る。
列に依存した高次の構造を形どり、この高次構造により
電気泳動中の移動度が変化することを利用し分離する方
法であるので、この高次構造を保つ塩基間の水素結合力
が安定に作用することを必要とするからである。逆にS
SCP法以外、即ち高次構造を利用しない分離方法で
は、高次構造を形どらないような温度が求められてい
る。
【0007】さらに、SSCP法に関して詳述すれば、
分離を良好とする至適温度は分離する試料の塩基長や塩
基配列に依存して異なっており、それゆえに泳動温度は
分離の良否に大きく影響するため電気泳動中の温度を任
意にかつ厳密に制御することは非常に重要である。
分離を良好とする至適温度は分離する試料の塩基長や塩
基配列に依存して異なっており、それゆえに泳動温度は
分離の良否に大きく影響するため電気泳動中の温度を任
意にかつ厳密に制御することは非常に重要である。
【0008】また温度制御を必要とするもう一つの理由
として、高速分離への要求が挙げられる。近年の技術の
進展によって解析すべき遺伝子の量が増大したことか
ら、分離時間の短縮が求められており、これには電気泳
動のための電圧を高くすることが早道である。このこと
は、しかし、高電圧印加がジュール熱の発生を増大させ
ゲル温度を上昇させる原因となるので、これまでよりも
高度な温度制御が求められることを意味する。
として、高速分離への要求が挙げられる。近年の技術の
進展によって解析すべき遺伝子の量が増大したことか
ら、分離時間の短縮が求められており、これには電気泳
動のための電圧を高くすることが早道である。このこと
は、しかし、高電圧印加がジュール熱の発生を増大させ
ゲル温度を上昇させる原因となるので、これまでよりも
高度な温度制御が求められることを意味する。
【0009】以上のように、現状においては、高分離化
及び分離の高速化の両側面の要求から電気泳動中のゲル
の温度の制御が重要な問題である。これを解決するに
は、上記平板ゲル電気泳動装置の基本構成に、その熱エ
ネルギを放熱する手段を設ける必要があり、従来におい
ても特開昭57−163861や特開昭61−5784
8に開示されているように、恒温プレートを用いた幾つ
かの方法が発明されている。
及び分離の高速化の両側面の要求から電気泳動中のゲル
の温度の制御が重要な問題である。これを解決するに
は、上記平板ゲル電気泳動装置の基本構成に、その熱エ
ネルギを放熱する手段を設ける必要があり、従来におい
ても特開昭57−163861や特開昭61−5784
8に開示されているように、恒温プレートを用いた幾つ
かの方法が発明されている。
【0010】また発明者等は、上述の温度制御装置や方
法における、温度精度や放熱効率の不足を解決するため
の手段として、特願平6−243682に示すように、
ゲルを保持する一組のガラス板の各々外面に、管路を形
成するようジャケットを設け、この管路に熱媒体である
液体を流通するよう送液器を設け、流通する液体を温度
制御する温度調節器を設ける発明を出願してきた。
法における、温度精度や放熱効率の不足を解決するため
の手段として、特願平6−243682に示すように、
ゲルを保持する一組のガラス板の各々外面に、管路を形
成するようジャケットを設け、この管路に熱媒体である
液体を流通するよう送液器を設け、流通する液体を温度
制御する温度調節器を設ける発明を出願してきた。
【0011】
【本発明が解決しようとする課題】上述した特願平6−
243682は、電気泳動中のゲル温度を任意にかつ高
精度に制御する方法および装置として有用であるが、近
年遺伝子解析分野で重要な役割を果たしている蛍光式全
自動型電気泳動装置(塩基配列決定装置)に応用する場
合に幾つかの問題があった。
243682は、電気泳動中のゲル温度を任意にかつ高
精度に制御する方法および装置として有用であるが、近
年遺伝子解析分野で重要な役割を果たしている蛍光式全
自動型電気泳動装置(塩基配列決定装置)に応用する場
合に幾つかの問題があった。
【0012】具体的に詳述すると、蛍光式全自動型電気
泳動装置は、電気泳動中のゲル中の所定の場所で蛍光標
識されたDNA断片に励起光を照射し、そのDNA断片
から発せられる蛍光を検出することによりDNAバンド
の信号を得る構成である。したがって、特願平6−24
3682のように、温度調節要素がゲルの面を覆ってし
まう構成では、前記励起光の照射や蛍光の検出を行なう
場所は、温度調節要素の範囲外に置かれざるを得ないこ
とになる。しかし温度調節要素を外れた領域でのゲルの
温度変化は大きく、特に温度調節要素によって高度な温
度制御を行っている高電圧下の電気泳動の場合、ゲルに
温度調節要素による温度制御の及ばない領域を残すこと
は、泳動条件の変化やゲルの急激な劣化を引き起こす問
題があった。特にSSCP法を行なう場合、この解析法
は温度に対してDNAの移動度が非常に敏感に影響され
るので、少ない時間でも温度調節要素による温度制御の
及ばない領域に試料DNAが置かれると、バンド幅が拡
がり、解析精度が低下することになる。
泳動装置は、電気泳動中のゲル中の所定の場所で蛍光標
識されたDNA断片に励起光を照射し、そのDNA断片
から発せられる蛍光を検出することによりDNAバンド
の信号を得る構成である。したがって、特願平6−24
3682のように、温度調節要素がゲルの面を覆ってし
まう構成では、前記励起光の照射や蛍光の検出を行なう
場所は、温度調節要素の範囲外に置かれざるを得ないこ
とになる。しかし温度調節要素を外れた領域でのゲルの
温度変化は大きく、特に温度調節要素によって高度な温
度制御を行っている高電圧下の電気泳動の場合、ゲルに
温度調節要素による温度制御の及ばない領域を残すこと
は、泳動条件の変化やゲルの急激な劣化を引き起こす問
題があった。特にSSCP法を行なう場合、この解析法
は温度に対してDNAの移動度が非常に敏感に影響され
るので、少ない時間でも温度調節要素による温度制御の
及ばない領域に試料DNAが置かれると、バンド幅が拡
がり、解析精度が低下することになる。
【0013】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、発明者等は、ゲルの両面に設けられる一組の温度調
節要素の少なくとも一方に光を通過できるスリットを設
け、該スリットを通して該ゲルに対する励起光の照射と
信号光の検出の少なくともどちらか一方を行なうよう構
成した。
に、発明者等は、ゲルの両面に設けられる一組の温度調
節要素の少なくとも一方に光を通過できるスリットを設
け、該スリットを通して該ゲルに対する励起光の照射と
信号光の検出の少なくともどちらか一方を行なうよう構
成した。
【0014】
【発明の実施の形態】以下、具体的な実施例に基づいて
説明する。本実施例においては、電気泳動および計測中
のゲルを、励起光照射部分を含めて全体を効率良く温度
調節可能とし、高電圧印加によっても、電気泳動中の全
ての時間に渡ってゲルの温度を目標値に厳密に保持可能
とするのみならず、電源要素が印加する電力量を検出
し、電力量から所定の演算式および演算パラメータを用
いてゲルの温度が所定の温度となるような温度調節要素
の温度を算出し帰還制御するように構成した。
説明する。本実施例においては、電気泳動および計測中
のゲルを、励起光照射部分を含めて全体を効率良く温度
調節可能とし、高電圧印加によっても、電気泳動中の全
ての時間に渡ってゲルの温度を目標値に厳密に保持可能
とするのみならず、電源要素が印加する電力量を検出
し、電力量から所定の演算式および演算パラメータを用
いてゲルの温度が所定の温度となるような温度調節要素
の温度を算出し帰還制御するように構成した。
【0015】さらに平板上の信号光の通過部分およびス
リット内面や、温度調節要素を始めとする電気泳動装置
本体部分の結露の発生を防止する工夫のなされた例につ
いて説明する。
リット内面や、温度調節要素を始めとする電気泳動装置
本体部分の結露の発生を防止する工夫のなされた例につ
いて説明する。
【0016】すなわち、高電界下で電気泳動を行なう場
合には、緩衝液の電気分解によって、緩衝液のpHが変
化し、その結果印加電圧が一定であっても発熱量が変化
し、ゲルの温度が目標値から変化してしまうという問題
もあり、さらに、ゲル温度を低温に調節する場合には、
温度調節要素による温度制御の及ばない領域のガラス面
などに結露が起こり、検出の妨げになることや漏電の原
因になるといった問題への対処も有用であるからであ
る。
合には、緩衝液の電気分解によって、緩衝液のpHが変
化し、その結果印加電圧が一定であっても発熱量が変化
し、ゲルの温度が目標値から変化してしまうという問題
もあり、さらに、ゲル温度を低温に調節する場合には、
温度調節要素による温度制御の及ばない領域のガラス面
などに結露が起こり、検出の妨げになることや漏電の原
因になるといった問題への対処も有用であるからであ
る。
【0017】実施例
図1は本発明の一実施例である蛍光式全自動型電気泳動
装置の概略構成を断面図の形で示し、図2はその温度調
節要素を含む電気泳動装置部分の概略構成を正面図の形
で示す。また図3は電気泳動部分を背面側から温度調節
ジャケットを外して見た図であり、図4は電気泳動部分
の正面側の温度調節ジャケットと押さえ板との関係を示
す側面図である。
装置の概略構成を断面図の形で示し、図2はその温度調
節要素を含む電気泳動装置部分の概略構成を正面図の形
で示す。また図3は電気泳動部分を背面側から温度調節
ジャケットを外して見た図であり、図4は電気泳動部分
の正面側の温度調節ジャケットと押さえ板との関係を示
す側面図である。
【0018】本発明の実施例で使用するゲルの素材とし
てはポリアクリルアミド等の一般的なゲルを使用するこ
とができる。またゲルの濃度を変化させた所謂グラディ
エントゲルや変性剤の濃度を変化させたゲル等も用いる
ことができる。
てはポリアクリルアミド等の一般的なゲルを使用するこ
とができる。またゲルの濃度を変化させた所謂グラディ
エントゲルや変性剤の濃度を変化させたゲル等も用いる
ことができる。
【0019】本発明の実施例にかかわる蛍光式全自動型
電気泳動装置は本体部100、その前面部のゲル泳動部
の収納部200及びその背面部の制御装置部300とよ
りなる。
電気泳動装置は本体部100、その前面部のゲル泳動部
の収納部200及びその背面部の制御装置部300とよ
りなる。
【0020】本体部100には泳動電源10、励起用の
レーザー光源40および蛍光検出装置(例えば、CCD
カメラ)44等が配置される。
レーザー光源40および蛍光検出装置(例えば、CCD
カメラ)44等が配置される。
【0021】ゲル泳動部の収納部200にはゲル1及び
これを挟み付ける形のガラス板2、3よりなる平板ゲル
とこれを両面から挟み付ける形で配置されるゲル温度制
御用のジャケット131、132等が配置される。平板
ゲルの上端部には、後述するように、試料収納部分と上
部緩衝液槽6、下端部には、下部緩衝液槽5が設けられ
る。
これを挟み付ける形のガラス板2、3よりなる平板ゲル
とこれを両面から挟み付ける形で配置されるゲル温度制
御用のジャケット131、132等が配置される。平板
ゲルの上端部には、後述するように、試料収納部分と上
部緩衝液槽6、下端部には、下部緩衝液槽5が設けられ
る。
【0022】制御装置部300には、演算、信号処理お
よび制御装置45、記録および出力装置46、温度制御
装置付送液器50および乾燥空気源136等が配置され
る。
よび制御装置45、記録および出力装置46、温度制御
装置付送液器50および乾燥空気源136等が配置され
る。
【0023】初めに電気泳動を実施する場合の基本構成
について説明する。ゲル1はガラスプレート2と切り込
み付きガラスプレート3との間に構成されており、平板
ゲルを構成する。平板ゲルの作製方法は装置に設置され
ていない状態で、ガラスプレート2及び3の間にスペー
サ35を挟んだ空間に、ゲル化していない素材を流し込
み、シャークコーム61を挿入するゲル端面を形成する
ためのゲル上端面用のスペーサとして左スペーサから右
スペーサまでの距離に対応する幅のスペーサを用い、ゲ
ル上端面が左端から右端の全域にわたって下端面と平行
となるように構成する。ゲル形成後、この上端面用のス
ペーサは除去して、ゲル上端面の切り込み幅に対応する
シャークコーム61を使用すれば、上部バッファ液が上
部ゲル端面全体を覆うので、電気泳動時の電界印加を高
精度に垂直にできる。これにより高電界下においてもゲ
ルに加えらる電界が歪まず、安定な電気泳動が可能とな
った。レーザー光が入射する面のスペーサ35(図2の
左側のスペーサ)は、入射端面の平面度と透明度を保証
したアクリル樹脂の物を用いた。
について説明する。ゲル1はガラスプレート2と切り込
み付きガラスプレート3との間に構成されており、平板
ゲルを構成する。平板ゲルの作製方法は装置に設置され
ていない状態で、ガラスプレート2及び3の間にスペー
サ35を挟んだ空間に、ゲル化していない素材を流し込
み、シャークコーム61を挿入するゲル端面を形成する
ためのゲル上端面用のスペーサとして左スペーサから右
スペーサまでの距離に対応する幅のスペーサを用い、ゲ
ル上端面が左端から右端の全域にわたって下端面と平行
となるように構成する。ゲル形成後、この上端面用のス
ペーサは除去して、ゲル上端面の切り込み幅に対応する
シャークコーム61を使用すれば、上部バッファ液が上
部ゲル端面全体を覆うので、電気泳動時の電界印加を高
精度に垂直にできる。これにより高電界下においてもゲ
ルに加えらる電界が歪まず、安定な電気泳動が可能とな
った。レーザー光が入射する面のスペーサ35(図2の
左側のスペーサ)は、入射端面の平面度と透明度を保証
したアクリル樹脂の物を用いた。
【0024】本実施例ではガラスプレート2、3の大き
さを20cmの正方形のものを標準とし、これで作成さ
れるゲルの大きさは幅19cm、長さ15cm、厚み
0.35mmであるが、このガラスプレートやゲルの大
きさは一例であり、解析の方法や、ゲルの素材、分離す
べき生体試料の種類等によって適宜変化するものであ
る。また本発明の論点である、ジュール熱の発生にはゲ
ルの厚みが大きく関与しているので、これらの決定には
慎重を要する。厚みに関しては様々な解析目的に応じて
選択すべきであるので、一義的に定義できないが、ポリ
アクリルアミドゲルでは0.1から0.4mmが実用範
囲の一例である。
さを20cmの正方形のものを標準とし、これで作成さ
れるゲルの大きさは幅19cm、長さ15cm、厚み
0.35mmであるが、このガラスプレートやゲルの大
きさは一例であり、解析の方法や、ゲルの素材、分離す
べき生体試料の種類等によって適宜変化するものであ
る。また本発明の論点である、ジュール熱の発生にはゲ
ルの厚みが大きく関与しているので、これらの決定には
慎重を要する。厚みに関しては様々な解析目的に応じて
選択すべきであるので、一義的に定義できないが、ポリ
アクリルアミドゲルでは0.1から0.4mmが実用範
囲の一例である。
【0025】ガラスプレート2、3の材質については、
表面の平坦が得られ熱伝導率の高く均一な厚みが実現可
能で、かつ蛍光標識による自動検出を考慮すると光透過
性が良く蛍光物質を含まない性質が要求され、石英ガラ
スなどが好適である。またガラスプレートの厚みに関し
ては、薄いほうが好ましいが、一方でガラスプレートは
ゲルを平滑に保持する目的もあるため、自重でたわむこ
とのない厚みを選択すべきである。本実施例においては
5mm厚の無蛍光石英ガラスを使用した。
表面の平坦が得られ熱伝導率の高く均一な厚みが実現可
能で、かつ蛍光標識による自動検出を考慮すると光透過
性が良く蛍光物質を含まない性質が要求され、石英ガラ
スなどが好適である。またガラスプレートの厚みに関し
ては、薄いほうが好ましいが、一方でガラスプレートは
ゲルを平滑に保持する目的もあるため、自重でたわむこ
とのない厚みを選択すべきである。本実施例においては
5mm厚の無蛍光石英ガラスを使用した。
【0026】また試料溝4の形成は一般に用いられてい
るシャークコーム61を用いている。このシャークコー
ム61とゲル1との接触によって試料溝4が複数できる
ので、それぞれの試料溝4にそれぞれの試料が充填され
る。すなわち、複数の溝がゲル上端部に構成されて、複
数の生体試料をそれぞれの溝に分離して保持でき、電気
泳動実施時にはこれらを同一条件で分離可能となる。
るシャークコーム61を用いている。このシャークコー
ム61とゲル1との接触によって試料溝4が複数できる
ので、それぞれの試料溝4にそれぞれの試料が充填され
る。すなわち、複数の溝がゲル上端部に構成されて、複
数の生体試料をそれぞれの溝に分離して保持でき、電気
泳動実施時にはこれらを同一条件で分離可能となる。
【0027】本実施例において、シャークコーム61に
よって形成される試料溝のピッチは同時に解析する試料
数に応じて自由に設定可能である。ピッチを小さく取れ
ば多試料を同時に解析可能である。本実施例では後に述
べるように光学系は泳動方向に対して垂直な線を同時に
計測するように構成されているので、ピッチの間隔によ
って感度が大きく低下する事はない。マイクロタイター
プレート上で同時に調製した試料を一度の泳動で解析す
る場合の様に、同時に多数の試料をゲルに導入したい場
合には、そのマイクロタイタープレートの試料穴のピッ
チに対応したピッチで配列されている多ヘッドの分注器
を用い、前記シャークコームのピッチが、前記多ヘッド
の分注器のヘッド間のピッチの1/n(n:整数)倍に
構成されているものを用いれば、調製した試料を複数同
時に効率よくゲルの試料溝に導入可能である。例えば9
6穴(12×8)のマイクロタイタープレートで穴ピッ
チが9mmの場合、8連で9mmピッチの分注器を用い
ると、一度に一列分の試料を移送できる。このときシャ
ークコーム61のピッチを1.5mm(n=6)とする
と、一度の分注で試料溝5個おきに計8試料が導入さ
れ、次いで一つずつ試料溝をずらして同様に分注を行な
えば、6度の分注操作によって48個の試料溝に連続し
て試料が導入されることとなる。以上の操作を2セット
(回)行なえば、合計12度の分注操作によって、96
個の試料溝に全て試料を導入することが可能である。こ
の場合試料溝の右端から左端までは約15cmである。
よって形成される試料溝のピッチは同時に解析する試料
数に応じて自由に設定可能である。ピッチを小さく取れ
ば多試料を同時に解析可能である。本実施例では後に述
べるように光学系は泳動方向に対して垂直な線を同時に
計測するように構成されているので、ピッチの間隔によ
って感度が大きく低下する事はない。マイクロタイター
プレート上で同時に調製した試料を一度の泳動で解析す
る場合の様に、同時に多数の試料をゲルに導入したい場
合には、そのマイクロタイタープレートの試料穴のピッ
チに対応したピッチで配列されている多ヘッドの分注器
を用い、前記シャークコームのピッチが、前記多ヘッド
の分注器のヘッド間のピッチの1/n(n:整数)倍に
構成されているものを用いれば、調製した試料を複数同
時に効率よくゲルの試料溝に導入可能である。例えば9
6穴(12×8)のマイクロタイタープレートで穴ピッ
チが9mmの場合、8連で9mmピッチの分注器を用い
ると、一度に一列分の試料を移送できる。このときシャ
ークコーム61のピッチを1.5mm(n=6)とする
と、一度の分注で試料溝5個おきに計8試料が導入さ
れ、次いで一つずつ試料溝をずらして同様に分注を行な
えば、6度の分注操作によって48個の試料溝に連続し
て試料が導入されることとなる。以上の操作を2セット
(回)行なえば、合計12度の分注操作によって、96
個の試料溝に全て試料を導入することが可能である。こ
の場合試料溝の右端から左端までは約15cmである。
【0028】次いで電気泳動時の形態について詳述す
る。上述したように準備された平板ゲルが収納部200
に設置(設置方法は後述)された状態で、平板ゲルは両
面からゲル温度制御用のジャケット131、132よっ
て挟み付ける形で配置され、温度制御用のジャケット1
31、132には、後述するように、温度制御装置付き
送液器50から送出される任意温度に調節された熱媒体
がチューブ29を介して循環させられ、平板ゲルの温度
を制御する。平板ゲルの下端部に近い所定の位置に対
し、励起用のレーザー光源40からのレーザ光が、破線
47で示すように、集光レンズ41およびミラー421
を介して平板ゲルの下端面と平行に入射され、このレー
ザ光で励起された試料からの蛍光が、レーザ光の入射位
置に対応する位置のジャケット132のスリット134
を介して導出され、ミラー422および偏光フィルタ4
3を介して蛍光検出装置44により検知される。
る。上述したように準備された平板ゲルが収納部200
に設置(設置方法は後述)された状態で、平板ゲルは両
面からゲル温度制御用のジャケット131、132よっ
て挟み付ける形で配置され、温度制御用のジャケット1
31、132には、後述するように、温度制御装置付き
送液器50から送出される任意温度に調節された熱媒体
がチューブ29を介して循環させられ、平板ゲルの温度
を制御する。平板ゲルの下端部に近い所定の位置に対
し、励起用のレーザー光源40からのレーザ光が、破線
47で示すように、集光レンズ41およびミラー421
を介して平板ゲルの下端面と平行に入射され、このレー
ザ光で励起された試料からの蛍光が、レーザ光の入射位
置に対応する位置のジャケット132のスリット134
を介して導出され、ミラー422および偏光フィルタ4
3を介して蛍光検出装置44により検知される。
【0029】ゲル1の上部端面および下部端面はそれぞ
れ上部緩衝液槽6、下部緩衝液槽7内に保持された緩衝
液5に浸漬されている。また切り込み付きガラスプレー
ト3の切り込み端面は面取りがされており、試料を導入
する場合、シリンジ等の先端部が試料溝に挿入しやすく
なっている。また上部緩衝液槽6は、切り込み付きガラ
スプレート3の外面にクリップ(図示せず)等で固定さ
れるが、上部緩衝液槽6にはガラスプレートの切り込み
の形状と同様な形態に切り込みが設けられ、更にその切
り込み形状の縁に従ってシリコンスポンジを好適な材質
とするシール材8が設けられ、緩衝液5が上部緩衝液槽
6より漏れない構造になっている。上下それぞれの緩衝
液槽内には白金線34が固定されており、その一端はバ
ナナクリップ型のプラグ91、92に接続され、プラグ
91、92はそれぞれ泳動電源10に接続された電源ケ
ーブル11と接続される。
れ上部緩衝液槽6、下部緩衝液槽7内に保持された緩衝
液5に浸漬されている。また切り込み付きガラスプレー
ト3の切り込み端面は面取りがされており、試料を導入
する場合、シリンジ等の先端部が試料溝に挿入しやすく
なっている。また上部緩衝液槽6は、切り込み付きガラ
スプレート3の外面にクリップ(図示せず)等で固定さ
れるが、上部緩衝液槽6にはガラスプレートの切り込み
の形状と同様な形態に切り込みが設けられ、更にその切
り込み形状の縁に従ってシリコンスポンジを好適な材質
とするシール材8が設けられ、緩衝液5が上部緩衝液槽
6より漏れない構造になっている。上下それぞれの緩衝
液槽内には白金線34が固定されており、その一端はバ
ナナクリップ型のプラグ91、92に接続され、プラグ
91、92はそれぞれ泳動電源10に接続された電源ケ
ーブル11と接続される。
【0030】次いで、本実施例の電気泳動中の平板ゲル
の温度調節手段について詳細に説明する。平板ゲルの両
面には、内部に管路12を配列された一組のジャケット
132、131が押さえプレート19によって押さえら
れ密着している。ジャケット131、132の素材はア
ルミ鋳物(表面アルマイト加工)を用いており熱伝導性
が良い。ジャケットとガラス面の密着は面接触を保ち、
かつ熱伝達を損なわないために厚さ0.3mmの高熱伝
達シリコンラバー133(図6参照)を介している。押
さえプレート19は、電気泳動の準備および終了段階で
は平板ゲルの挿脱のため押さえプレート19を取り除い
た状態にでき、電気泳動中は、図1に示す位置で平板ゲ
ルおよびジャケット131、132を安定に密着させた
状態にできることが必要であるから、本体部100の筐
体31と押さえプレート19との間には、押さえプレー
ト19のためのちょうつがい構造およびクランプ機構を
持つが、図を簡単にするためクランプ機構の表示は省略
した。ジャケット131および132は本質的には同一
構造であるが、ジャケット132がゲルの面積全域より
広い面をカバーするのに対し、ジャケット131は上部
緩衝液槽6を配置する関連上、この部分だけゲルの面積
全域よりは少ない面しかカバーしない。ジャケット13
1、132には全面に渡って管路12が蛇行して配列さ
れている。各管路の両端には各々ジョイント15が設け
られ、ジャケット132の下部の背面側の管路はジョイ
ント15を介して送液器50に連結されており、熱媒体
が送りこまれる。ジャケット132の上部の側面側の管
路はジョイント15を介してジャケット131の下部の
側面側の管路にジョイント15を介して連結されてお
り、ジャケット132の管路12を通過した熱媒体が送
りこまれる。ジャケット131の管路12を通過した熱
媒体は送液器50に送り戻され、所定の温度に制御され
た後再度ジャケット132の管路に送りこまれる。
の温度調節手段について詳細に説明する。平板ゲルの両
面には、内部に管路12を配列された一組のジャケット
132、131が押さえプレート19によって押さえら
れ密着している。ジャケット131、132の素材はア
ルミ鋳物(表面アルマイト加工)を用いており熱伝導性
が良い。ジャケットとガラス面の密着は面接触を保ち、
かつ熱伝達を損なわないために厚さ0.3mmの高熱伝
達シリコンラバー133(図6参照)を介している。押
さえプレート19は、電気泳動の準備および終了段階で
は平板ゲルの挿脱のため押さえプレート19を取り除い
た状態にでき、電気泳動中は、図1に示す位置で平板ゲ
ルおよびジャケット131、132を安定に密着させた
状態にできることが必要であるから、本体部100の筐
体31と押さえプレート19との間には、押さえプレー
ト19のためのちょうつがい構造およびクランプ機構を
持つが、図を簡単にするためクランプ機構の表示は省略
した。ジャケット131および132は本質的には同一
構造であるが、ジャケット132がゲルの面積全域より
広い面をカバーするのに対し、ジャケット131は上部
緩衝液槽6を配置する関連上、この部分だけゲルの面積
全域よりは少ない面しかカバーしない。ジャケット13
1、132には全面に渡って管路12が蛇行して配列さ
れている。各管路の両端には各々ジョイント15が設け
られ、ジャケット132の下部の背面側の管路はジョイ
ント15を介して送液器50に連結されており、熱媒体
が送りこまれる。ジャケット132の上部の側面側の管
路はジョイント15を介してジャケット131の下部の
側面側の管路にジョイント15を介して連結されてお
り、ジャケット132の管路12を通過した熱媒体が送
りこまれる。ジャケット131の管路12を通過した熱
媒体は送液器50に送り戻され、所定の温度に制御され
た後再度ジャケット132の管路に送りこまれる。
【0031】管路12の断面形状は矩形をなしており、
一例としてジャケット132では幅10mm、深さ6m
m、ジャケット131では幅8mm、深さ6mmの大き
さを与えている。また管路12とガラス3との間に存在
するアルミプレートの厚みは1mmで、前記のシリコン
ラバー133と同様、可能な限り熱抵抗を小さくしてい
る。一方管路12と外気とのとの間に存在するアルミプ
レートの厚みは5mmで比較的熱抵抗を大きくしてい
る。管路12の断面積は流通する液体の流速を決定する
要因となっており、流速を高め熱伝達率を大きくする場
合は管路12の断面積を小さくするよう考慮すればよ
い。
一例としてジャケット132では幅10mm、深さ6m
m、ジャケット131では幅8mm、深さ6mmの大き
さを与えている。また管路12とガラス3との間に存在
するアルミプレートの厚みは1mmで、前記のシリコン
ラバー133と同様、可能な限り熱抵抗を小さくしてい
る。一方管路12と外気とのとの間に存在するアルミプ
レートの厚みは5mmで比較的熱抵抗を大きくしてい
る。管路12の断面積は流通する液体の流速を決定する
要因となっており、流速を高め熱伝達率を大きくする場
合は管路12の断面積を小さくするよう考慮すればよ
い。
【0032】ジャケット131の表面側では、押さえプ
レート19とジャケット131との間に6本のバネ14
1が設けられており、電気泳動の為に押さえプレート1
9が所定の位置に固定された状態では、ジャケット13
1が平板ゲルに押しつけられた状況となっている。平板
ゲルは本体部100の筐体31に固定されているホルダ
24に両側からクランプされた形であり、下端部では、
支持ブロック38で両端部でクランプされた形である。
バネ141による圧力がジャケット131、平板ゲルお
よびジャケット132を密着させ、面接触による熱伝達
が効果的に行えるように構成されている。押さえプレー
ト19の一端は本体部100の筐体31に固定されてい
るちょうつがい構造143によって支持されており、こ
れを支点として回転させることができる。平板ゲルを着
脱するときには、図示しないクランプを外し、把手14
2を引いて、押さえプレート19およびジャケット13
1を一体として開閉できる。またジャケット131およ
び押さえプレート19は泳動路長の異なった平板ゲルに
対応して数種類準備することにより、より短い泳動距離
の電気泳動にも対応できるようになっている。
レート19とジャケット131との間に6本のバネ14
1が設けられており、電気泳動の為に押さえプレート1
9が所定の位置に固定された状態では、ジャケット13
1が平板ゲルに押しつけられた状況となっている。平板
ゲルは本体部100の筐体31に固定されているホルダ
24に両側からクランプされた形であり、下端部では、
支持ブロック38で両端部でクランプされた形である。
バネ141による圧力がジャケット131、平板ゲルお
よびジャケット132を密着させ、面接触による熱伝達
が効果的に行えるように構成されている。押さえプレー
ト19の一端は本体部100の筐体31に固定されてい
るちょうつがい構造143によって支持されており、こ
れを支点として回転させることができる。平板ゲルを着
脱するときには、図示しないクランプを外し、把手14
2を引いて、押さえプレート19およびジャケット13
1を一体として開閉できる。またジャケット131およ
び押さえプレート19は泳動路長の異なった平板ゲルに
対応して数種類準備することにより、より短い泳動距離
の電気泳動にも対応できるようになっている。
【0033】図3に示すように、ジャケット132には
ゲル下端面から12mmの位置に検出用のスリット13
4が設けられている。ゲル1には、このスリット134
の位置の側面からレーザ光が照射されており、このレー
ザ光による励起に対応したゲル1を泳動している試料か
らの蛍光をスリット134を通して検出することができ
る。また本実施例においてスリット134の幅は5mm
であり、このスリットが存在することによるゲル面の温
度制御の歪みは、最大でもゲルとジャケットの温度差の
10%程度である。スリット幅は狭いほど温度調節は精
密になるが、あまり狭いと蛍光を検出する妨げとなるの
で5mmとした。なおスリット134の内壁は黒色に塗
装し、蛍光の乱反射を起こさないよう構成した。
ゲル下端面から12mmの位置に検出用のスリット13
4が設けられている。ゲル1には、このスリット134
の位置の側面からレーザ光が照射されており、このレー
ザ光による励起に対応したゲル1を泳動している試料か
らの蛍光をスリット134を通して検出することができ
る。また本実施例においてスリット134の幅は5mm
であり、このスリットが存在することによるゲル面の温
度制御の歪みは、最大でもゲルとジャケットの温度差の
10%程度である。スリット幅は狭いほど温度調節は精
密になるが、あまり狭いと蛍光を検出する妨げとなるの
で5mmとした。なおスリット134の内壁は黒色に塗
装し、蛍光の乱反射を起こさないよう構成した。
【0034】またジャケット131は管路断面や壁厚な
どはジャケット132と同様であるが、スリットはな
く、高さ(泳動方向)が10mm短くなっている。これ
はジャケット131と132の底面位置を揃えて組み立
てたときに、ゲル1の端面がジャケット131側から見
えるように構成したもので、ウエル溝やシャーク孔など
に試料を導入することが容易で、かつジャケット132
によって試料が導入された直後からほぼ目的温度に保持
できるようにするためである。
どはジャケット132と同様であるが、スリットはな
く、高さ(泳動方向)が10mm短くなっている。これ
はジャケット131と132の底面位置を揃えて組み立
てたときに、ゲル1の端面がジャケット131側から見
えるように構成したもので、ウエル溝やシャーク孔など
に試料を導入することが容易で、かつジャケット132
によって試料が導入された直後からほぼ目的温度に保持
できるようにするためである。
【0035】このように構成された電気泳動装置部分に
図1、2で示したようにチューブ29をジョイント15
に接続し、このチューブ29の延長上に温度調節機能付
き送液器50を設ければ、任意温度に調節した循環水も
しくはその他の熱媒体を電気泳動部に流通させることが
可能となる。またジャケットに形成された溝部が蛇行す
るような形状をして、試料の泳動面をガラスプレート等
を介して両面より挟むよう構成されているので、熱交換
の効率によって効果的な温度制御を可能とする。形成さ
れた管路12への熱媒体の流通方向は図1矢印に示した
通り、背面側となるジャケット132の下方から管路1
2を経て、ジャケット132の上方のジョイント15よ
り流れ出し、次いで前面側となるジャケット131の下
方、次いで管路12を経てジャケット131の上方から
流れ出し、温度調節機能付き送液器に戻る構成となって
いる。このように液体の流通は、ジャケットの下方から
導入される構成となっているので、初期状態に於ける管
路12内の空気を追い出して安定した液体の流れを達成
できる。チューブ29の材質は断熱材で保護されたシリ
コンゴムなどが好適である。
図1、2で示したようにチューブ29をジョイント15
に接続し、このチューブ29の延長上に温度調節機能付
き送液器50を設ければ、任意温度に調節した循環水も
しくはその他の熱媒体を電気泳動部に流通させることが
可能となる。またジャケットに形成された溝部が蛇行す
るような形状をして、試料の泳動面をガラスプレート等
を介して両面より挟むよう構成されているので、熱交換
の効率によって効果的な温度制御を可能とする。形成さ
れた管路12への熱媒体の流通方向は図1矢印に示した
通り、背面側となるジャケット132の下方から管路1
2を経て、ジャケット132の上方のジョイント15よ
り流れ出し、次いで前面側となるジャケット131の下
方、次いで管路12を経てジャケット131の上方から
流れ出し、温度調節機能付き送液器に戻る構成となって
いる。このように液体の流通は、ジャケットの下方から
導入される構成となっているので、初期状態に於ける管
路12内の空気を追い出して安定した液体の流れを達成
できる。チューブ29の材質は断熱材で保護されたシリ
コンゴムなどが好適である。
【0036】図1に於いて31は筐体兼保持台でありL
字型をしている。L字における垂直面には前述のように
スリット付き温度調節ジャケット132とホルダ24設
けられ、またL字における水平面には下部緩衝液槽7が
一定位置に設置できるようガイド33が設けられてい
る。この保持台31に、前述のようにゲル板を位置決め
装着し、押さえプレートやクランプ14やジャケット1
31によって固定した後、この上にふた部60を被せる
ことによりふた部60と筐体および保持台31によって
泳動が行なわれる暗部屋を構成することができる。
字型をしている。L字における垂直面には前述のように
スリット付き温度調節ジャケット132とホルダ24設
けられ、またL字における水平面には下部緩衝液槽7が
一定位置に設置できるようガイド33が設けられてい
る。この保持台31に、前述のようにゲル板を位置決め
装着し、押さえプレートやクランプ14やジャケット1
31によって固定した後、この上にふた部60を被せる
ことによりふた部60と筐体および保持台31によって
泳動が行なわれる暗部屋を構成することができる。
【0037】上記のように電気泳動装置が設置される
と、ジャケット温度が室温以下になる場合には、演算、
信号処理および制御装置45により命令が出され、検出
スリット134の部分を中心に乾燥空気タンク136に
蓄えられている乾燥空気が乾燥空気供給パイプ135か
ら供給され、スリット部分134や信号が通過してくる
ジャケット132の接しているガラス板2に結露が起こ
らないように吹き付けられる。
と、ジャケット温度が室温以下になる場合には、演算、
信号処理および制御装置45により命令が出され、検出
スリット134の部分を中心に乾燥空気タンク136に
蓄えられている乾燥空気が乾燥空気供給パイプ135か
ら供給され、スリット部分134や信号が通過してくる
ジャケット132の接しているガラス板2に結露が起こ
らないように吹き付けられる。
【0038】次に制御および計測について述べる。泳動
電源10および温度制御機能付送液器50は演算、信号
処理および制御装置45によって制御される。泳動電源
10は、最大出力電圧5kV、最大出力電流500m
A、最大出力電力量500Wの電源で、定電圧、定電
流、定電力量のフィードバック制御が可能である。温度
制御機能付送液器50はジャケット131および132
に送る熱媒体の温度を制御する。温度制御機能付送液器
50の性能は流量10(l/min)、温度設定範囲は
−30℃より90℃、±0.1℃の精度で温度制御を行
う。これらの目標値を入力された演算、信号処理および
制御装置45が後述の演算式(数1)、(数2)および
所定のパラメータによって計算した結果に基づいて、そ
れぞれの制御を行う。
電源10および温度制御機能付送液器50は演算、信号
処理および制御装置45によって制御される。泳動電源
10は、最大出力電圧5kV、最大出力電流500m
A、最大出力電力量500Wの電源で、定電圧、定電
流、定電力量のフィードバック制御が可能である。温度
制御機能付送液器50はジャケット131および132
に送る熱媒体の温度を制御する。温度制御機能付送液器
50の性能は流量10(l/min)、温度設定範囲は
−30℃より90℃、±0.1℃の精度で温度制御を行
う。これらの目標値を入力された演算、信号処理および
制御装置45が後述の演算式(数1)、(数2)および
所定のパラメータによって計算した結果に基づいて、そ
れぞれの制御を行う。
【0039】次に温度制御について説明する。準備した
試料をゲルの溝に充填する前に予め通電を行う(予備泳
動)。予備泳動を行なう場合においてもゲル温度が目標
温度となるように、ジャケット内を流れる熱媒体温度を
制御し、また120V/cmの電圧印加の状態で、電流
の変化量が1分あたり所定の電流(本実施例においては
0.5mA)以下になった時点で予備泳動を終了するよ
うに設定されている。また高電界印加の場合、予備泳動
の初期の段階で本泳動と同じ電界を印加すると、ゲル担
体の性質により過大な初期電流(即ち過大な電力)が流
れる場合がある。これは電源への過大な負荷とゲルの劣
化の原因になるので、高電界印加の場合には、2〜3段
階に分けて徐々に印加電圧を増大させるように構成され
ている。
試料をゲルの溝に充填する前に予め通電を行う(予備泳
動)。予備泳動を行なう場合においてもゲル温度が目標
温度となるように、ジャケット内を流れる熱媒体温度を
制御し、また120V/cmの電圧印加の状態で、電流
の変化量が1分あたり所定の電流(本実施例においては
0.5mA)以下になった時点で予備泳動を終了するよ
うに設定されている。また高電界印加の場合、予備泳動
の初期の段階で本泳動と同じ電界を印加すると、ゲル担
体の性質により過大な初期電流(即ち過大な電力)が流
れる場合がある。これは電源への過大な負荷とゲルの劣
化の原因になるので、高電界印加の場合には、2〜3段
階に分けて徐々に印加電圧を増大させるように構成され
ている。
【0040】次に検出機構について述べる。図1に於て
検出機構は特定波長を発するレーザー光源40と、レー
ザ光を集光する集光レンズ41と、ミラー421および
422と、偏光フィルタ43と、光電管44からなる。
更に解析機構として、光電管44で生じる電気信号を取
り込む計算機および記憶装置45、及びその出力装置4
6を設け、得られた電気信号を数値データあるいは画像
データに変換して分離の解析を実行するものである。こ
の装置に供する試料は予め蛍光標識する必要があり、こ
れらは励起光に適した標識体を選択するものであり、例
えばフルオロセインイソチオシアネート(FITC)で
はアルゴンレーザなどが最適で、テキサスレッドではヘ
リウムネオンレーザなどが適している。
検出機構は特定波長を発するレーザー光源40と、レー
ザ光を集光する集光レンズ41と、ミラー421および
422と、偏光フィルタ43と、光電管44からなる。
更に解析機構として、光電管44で生じる電気信号を取
り込む計算機および記憶装置45、及びその出力装置4
6を設け、得られた電気信号を数値データあるいは画像
データに変換して分離の解析を実行するものである。こ
の装置に供する試料は予め蛍光標識する必要があり、こ
れらは励起光に適した標識体を選択するものであり、例
えばフルオロセインイソチオシアネート(FITC)で
はアルゴンレーザなどが最適で、テキサスレッドではヘ
リウムネオンレーザなどが適している。
【0041】以上の構成を、検出の際バックグランドを
低下するため、保持台31とふた部60からなる暗室内
に載置し所定の泳動電圧、及び泳動時間を与え、分離が
良好となる電気泳動中のゲル温度に水流温度を設定し、
電気泳動を実施すれば、ゲルの溝に充填された試料は、
厳密に温度管理された状態でゲル部分(分離ゾーン)を
泳動し、やがて励起光が照射され検出窓を設けた検出ゾ
ーンに到達する。ここでジャケット132に構成された
スリット134を通って蛍光が検出器44に受光され検
出され、検出された信号は演算、信号処理および制御装
置45に時間順に取り込まれ、画像データや数値データ
に変換される。蛍光は移動度の大きい順に検出されるの
で、試料の分離データとして用いることができる。前記
のようにスリット幅は十分に狭いので、検出部分におい
ても温度はほとんど乱れることがなく、240V/cm
の高電圧下においても、再現性の良いSSCPパタンな
どの電気泳動結果を得ることが可能であった。従来発明
者等が提案した特願平6ー243682記載の蛍光式電
気泳動装置においては、検出が温度調節領域の外で行な
われていたため、温度調節領域から外れた部分ではゲル
の温度とゲル内温度分布ともに増大していた。このゲル
温度やゲル内温度分布の増大は、前記特願平6ー243
682に記載されている塩基配列決定法の様に泳動パタ
ンが大きくはゲル内の温度分布に影響されない解析方法
の場合(塩基配列決定解析における電気泳動の場合、温
度に対する移動度の差は2%/℃程度)はそれ程問題と
はならなかったが、SSCPのように、泳動パタンが非
常に温度に対して敏感に変化する解析法の場合は、前記
のゲル温度やゲル内温度分布の増大が致命的に解析結果
に悪影響を与えていた。この問題が本発明によって解決
され、SSCP法を行なう場合にも240V/cmの高
電圧下で解析が行なえるようになった。もちろん使用に
耐えうる泳動電圧の上限は、泳動電圧によるバンド幅の
拡大が分離能を許容する上限で決められるもので、上記
の限りではない。
低下するため、保持台31とふた部60からなる暗室内
に載置し所定の泳動電圧、及び泳動時間を与え、分離が
良好となる電気泳動中のゲル温度に水流温度を設定し、
電気泳動を実施すれば、ゲルの溝に充填された試料は、
厳密に温度管理された状態でゲル部分(分離ゾーン)を
泳動し、やがて励起光が照射され検出窓を設けた検出ゾ
ーンに到達する。ここでジャケット132に構成された
スリット134を通って蛍光が検出器44に受光され検
出され、検出された信号は演算、信号処理および制御装
置45に時間順に取り込まれ、画像データや数値データ
に変換される。蛍光は移動度の大きい順に検出されるの
で、試料の分離データとして用いることができる。前記
のようにスリット幅は十分に狭いので、検出部分におい
ても温度はほとんど乱れることがなく、240V/cm
の高電圧下においても、再現性の良いSSCPパタンな
どの電気泳動結果を得ることが可能であった。従来発明
者等が提案した特願平6ー243682記載の蛍光式電
気泳動装置においては、検出が温度調節領域の外で行な
われていたため、温度調節領域から外れた部分ではゲル
の温度とゲル内温度分布ともに増大していた。このゲル
温度やゲル内温度分布の増大は、前記特願平6ー243
682に記載されている塩基配列決定法の様に泳動パタ
ンが大きくはゲル内の温度分布に影響されない解析方法
の場合(塩基配列決定解析における電気泳動の場合、温
度に対する移動度の差は2%/℃程度)はそれ程問題と
はならなかったが、SSCPのように、泳動パタンが非
常に温度に対して敏感に変化する解析法の場合は、前記
のゲル温度やゲル内温度分布の増大が致命的に解析結果
に悪影響を与えていた。この問題が本発明によって解決
され、SSCP法を行なう場合にも240V/cmの高
電圧下で解析が行なえるようになった。もちろん使用に
耐えうる泳動電圧の上限は、泳動電圧によるバンド幅の
拡大が分離能を許容する上限で決められるもので、上記
の限りではない。
【0042】この装置を用いて蛍光標識SSCP法によ
る遺伝子多型解析を行なった。
る遺伝子多型解析を行なった。
【0043】以下述べる実施例は特願平6ー24368
2記載の遺伝子解析方法で解析した試料を、本発明の装
置を用いて解析したものである。なお対象とする遺伝子
は本実施例記載に限定するものでなく遺伝子多型部位、
突然変異部位など様々な遺伝子領域に対して有効であ
る。本実施例ではヒト白血球抗原遺伝子(HumanL
eucocyte Antigen:HLA)の一遺伝
子領域であるDQA1領域における個人間の配列の違い
を非対称PCR−SSCP法によって解析した。
2記載の遺伝子解析方法で解析した試料を、本発明の装
置を用いて解析したものである。なお対象とする遺伝子
は本実施例記載に限定するものでなく遺伝子多型部位、
突然変異部位など様々な遺伝子領域に対して有効であ
る。本実施例ではヒト白血球抗原遺伝子(HumanL
eucocyte Antigen:HLA)の一遺伝
子領域であるDQA1領域における個人間の配列の違い
を非対称PCR−SSCP法によって解析した。
【0044】全血50μlを用いて常法により、約1μ
gのゲノムDNAを得た後、0.1μgを鋳型として、
特願平6−709記載のものと同様な方法によりPCR
反応液を調製しPCRを行なった。次いで同じく特願平
6−709記載の方法により非対称PCRを行ない、そ
の反応産物2μlを2μlのフォルムアミド(formami
d)と混合し、電気泳動に供した。ただし特願平6−7
09記載の方法においては標識蛍光体としてローダミン
Xイソチオシアネート(XRITC)を用いたが、本実
施例においては励起波長594nm、蛍光波長613n
mであるテキサスレッド(Texas Red)を蛍光標識に用
いた。
gのゲノムDNAを得た後、0.1μgを鋳型として、
特願平6−709記載のものと同様な方法によりPCR
反応液を調製しPCRを行なった。次いで同じく特願平
6−709記載の方法により非対称PCRを行ない、そ
の反応産物2μlを2μlのフォルムアミド(formami
d)と混合し、電気泳動に供した。ただし特願平6−7
09記載の方法においては標識蛍光体としてローダミン
Xイソチオシアネート(XRITC)を用いたが、本実
施例においては励起波長594nm、蛍光波長613n
mであるテキサスレッド(Texas Red)を蛍光標識に用
いた。
【0045】分離に用いるゲルについて説明する。ゲル
はTBEバッファ(8.9mM Tris(pH8.3
0)、8.9mM Borate、2.5mM EDT
A)を含んだ11%(アクリルアミド:ビスアクリルア
ミド=99:1)(w/v)アクリルアミドストック液
を脱気して後、終濃度0.07%TEMED(テトラメ
チルエチレンジアミン)および終濃度0.06%APS
(過硫酸アンモニウム)を混合、攪拌し、一組のガラス
プレート及びスペーサで構成した空間(幅19cm、印
加距離15cm、厚み0.35mm)に注入し、シャー
クコームを挿入して重合させた。以上の試薬はいずれも
ナカライテスク社製を用いた。このゲルを保持したガラ
スプレートを上記説明した電気泳動装置に設置した。
はTBEバッファ(8.9mM Tris(pH8.3
0)、8.9mM Borate、2.5mM EDT
A)を含んだ11%(アクリルアミド:ビスアクリルア
ミド=99:1)(w/v)アクリルアミドストック液
を脱気して後、終濃度0.07%TEMED(テトラメ
チルエチレンジアミン)および終濃度0.06%APS
(過硫酸アンモニウム)を混合、攪拌し、一組のガラス
プレート及びスペーサで構成した空間(幅19cm、印
加距離15cm、厚み0.35mm)に注入し、シャー
クコームを挿入して重合させた。以上の試薬はいずれも
ナカライテスク社製を用いた。このゲルを保持したガラ
スプレートを上記説明した電気泳動装置に設置した。
【0046】図5は、本発明の解析結果を示す模式図で
あり、全データ中の一試料溝に対応するものだけを示し
たものである。この試料溝にはHLAーDQA1領域の
0101、0102、0103、0201、0301、
0401、0501、0601の8種類に対応する試料
が混合されて供されている。図中の8本のピークはHL
A−DQA1領域のセンス鎖の一本鎖DNAが検出位置
まで泳動するのに必要な時間を示しており、即ち電気泳
動のバンドパタンに相当する。図から8多型全てが分離
していることがわかる。これらは全て予め塩基配列決定
により型決定された試料であり、各々のピークは、左か
ら0201、0501、0103、0301、040
1、0601、0101、0102型に対応する。本実
施例においては3.6kV(240V/cm)を印加
し、50分で同時に泳動した30サンプル全ての解析を
終了した。このときの印加電力量は平均300Wで、ジ
ャケット内を流れる熱媒体の温度は−1.6℃であっ
た。
あり、全データ中の一試料溝に対応するものだけを示し
たものである。この試料溝にはHLAーDQA1領域の
0101、0102、0103、0201、0301、
0401、0501、0601の8種類に対応する試料
が混合されて供されている。図中の8本のピークはHL
A−DQA1領域のセンス鎖の一本鎖DNAが検出位置
まで泳動するのに必要な時間を示しており、即ち電気泳
動のバンドパタンに相当する。図から8多型全てが分離
していることがわかる。これらは全て予め塩基配列決定
により型決定された試料であり、各々のピークは、左か
ら0201、0501、0103、0301、040
1、0601、0101、0102型に対応する。本実
施例においては3.6kV(240V/cm)を印加
し、50分で同時に泳動した30サンプル全ての解析を
終了した。このときの印加電力量は平均300Wで、ジ
ャケット内を流れる熱媒体の温度は−1.6℃であっ
た。
【0047】特願平6−243682の場合と同様に、
数式1により所定の印加電圧や電力量におけるゲル温度
と温度調節要素(ジャケット131、132)すなわち
熱媒体の温度差を計算し、ゲル温度が目的の値となるよ
うに熱媒体の温度を制御する。電力量すなわち発熱量が
一定の泳動電圧印加を行なえば熱媒体温度も一定とな
る。また印加電圧一定の泳動条件下の場合、高電圧下で
はバッファのpH変化などの理由により電流量が減少
し、電力量もそれに応じて変化するが、随時モニタされ
ている電力量に応じて熱媒体温度を変化させることによ
り、ゲル温度を一定に保つことが可能である。実際には
熱媒体の追随性は1℃/分程度であるが、電流量変化
(すなわち電力量変化)も0.3W/分程度であるので
充分制御可能である。
数式1により所定の印加電圧や電力量におけるゲル温度
と温度調節要素(ジャケット131、132)すなわち
熱媒体の温度差を計算し、ゲル温度が目的の値となるよ
うに熱媒体の温度を制御する。電力量すなわち発熱量が
一定の泳動電圧印加を行なえば熱媒体温度も一定とな
る。また印加電圧一定の泳動条件下の場合、高電圧下で
はバッファのpH変化などの理由により電流量が減少
し、電力量もそれに応じて変化するが、随時モニタされ
ている電力量に応じて熱媒体温度を変化させることによ
り、ゲル温度を一定に保つことが可能である。実際には
熱媒体の追随性は1℃/分程度であるが、電流量変化
(すなわち電力量変化)も0.3W/分程度であるので
充分制御可能である。
【0048】最後に本実施例の装置構成に対応する伝熱
パラメータおよび伝熱計算式について説明する。図6に
本装置の温度調節ジャケットおよびゲル板の模式図を記
した。本装置においては、ゲルは図の左右両面から均一
に(等量)温度調節されるので、伝熱モデルとしては中
心に発熱体を有する対称な放熱モデルを考えればよい
(数1)。送液器の流量10(l/min)での水によ
る強制対流の場合、熱伝達率h2は5.4×103(W
/m2・K)と算出される。ゲルの面積Aより熱流束G
/2Aは泳動時の印加電力量G(W)を用いてG(W)
×35.1(m2/W)で表され、またゲルの厚みL1=
0.35(mm)、ガラスプレートの厚みL2=5(m
m)、シリコンラバーの厚みL3=0.3(mm)とア
ルミ板の厚みL4=1(mm)、ゲルの熱伝導率λ1=
0.59(W/m・K)、ガラスプレートの熱伝導率λ
2=1.35(W/m・K)、シリコンラバーの熱伝導
率λ3=3.8(W/m・K)、アルミ板の熱伝導率λ4
=204(W/m・K)及びh2を与えれば、数式1よ
り本発明における、ゲルの中心温度T0と熱媒体の温度
T∞との関係を電気泳動条件の変化による熱量G(W)
の式(数2)として表すことができる。
パラメータおよび伝熱計算式について説明する。図6に
本装置の温度調節ジャケットおよびゲル板の模式図を記
した。本装置においては、ゲルは図の左右両面から均一
に(等量)温度調節されるので、伝熱モデルとしては中
心に発熱体を有する対称な放熱モデルを考えればよい
(数1)。送液器の流量10(l/min)での水によ
る強制対流の場合、熱伝達率h2は5.4×103(W
/m2・K)と算出される。ゲルの面積Aより熱流束G
/2Aは泳動時の印加電力量G(W)を用いてG(W)
×35.1(m2/W)で表され、またゲルの厚みL1=
0.35(mm)、ガラスプレートの厚みL2=5(m
m)、シリコンラバーの厚みL3=0.3(mm)とア
ルミ板の厚みL4=1(mm)、ゲルの熱伝導率λ1=
0.59(W/m・K)、ガラスプレートの熱伝導率λ
2=1.35(W/m・K)、シリコンラバーの熱伝導
率λ3=3.8(W/m・K)、アルミ板の熱伝導率λ4
=204(W/m・K)及びh2を与えれば、数式1よ
り本発明における、ゲルの中心温度T0と熱媒体の温度
T∞との関係を電気泳動条件の変化による熱量G(W)
の式(数2)として表すことができる。
【0049】
【数1】
【0050】
【数2】
【0051】また本実施例においては、電気泳動中のジ
ャケット131、132の温度が室温よりかなり低く、
ジャケット外表面への結露が問題となる場合には、ゲル
泳動部の収納部200のふた部60が低温度の温度調節
機能および水滴を排出する管路62を有し、ふた部60
上に結露を優先的に発生させることによりジャケット上
の結露を防ぐように構成するのが良い。すなわち、ふた
部60を電熱性の良い材料とし、この内面にペルチェ素
子を貼付た形にし、ふた部60側を高温側とすれば、収
納部200側を低温にすることができ、ペルチェ素子に
よって結露を誘引しジャケット上の結露を防ぐことがで
きる。
ャケット131、132の温度が室温よりかなり低く、
ジャケット外表面への結露が問題となる場合には、ゲル
泳動部の収納部200のふた部60が低温度の温度調節
機能および水滴を排出する管路62を有し、ふた部60
上に結露を優先的に発生させることによりジャケット上
の結露を防ぐように構成するのが良い。すなわち、ふた
部60を電熱性の良い材料とし、この内面にペルチェ素
子を貼付た形にし、ふた部60側を高温側とすれば、収
納部200側を低温にすることができ、ペルチェ素子に
よって結露を誘引しジャケット上の結露を防ぐことがで
きる。
【0052】なお、本実施例では、蛍光の検出器は、ス
リット134を通して導出される信号光を面で検出でき
るもの(CCD)としたが、これは、スリットからメカ
ニカルにスキャンして励起光および信号光を照射および
検出するタイプのものとしても良いことは言うまでもな
い。
リット134を通して導出される信号光を面で検出でき
るもの(CCD)としたが、これは、スリットからメカ
ニカルにスキャンして励起光および信号光を照射および
検出するタイプのものとしても良いことは言うまでもな
い。
【0053】
【発明の効果】本発明により電気泳動中のゲルを、励起
光照射部分を含めて全体を効率良く温度調節可能とな
り、高電圧印加時においても再現性や分離能の良いSS
CP解析や塩基配列決定の電気泳動パタンが得られるよ
うになった。
光照射部分を含めて全体を効率良く温度調節可能とな
り、高電圧印加時においても再現性や分離能の良いSS
CP解析や塩基配列決定の電気泳動パタンが得られるよ
うになった。
【図1】蛍光式全自動型電気泳動装置の概略図。
【図2】蛍光式全自動型電気泳動装置の電気泳動装置部
分の概略図。
分の概略図。
【図3】蛍光式全自動型電気泳動装置の電気泳動装置部
分の概略図(部分図)。
分の概略図(部分図)。
【図4】蛍光式全自動型電気泳動装置の電気泳動装置部
分の概略図(部分図)。
分の概略図(部分図)。
【図5】本発明による解析結果例を示す図。
【図6】本発明の電熱モデルの模式図。
1…ゲル、2…ガラスプレート、3…切り込みガラスプ
レート、4…試料溝、5…緩衝液、6…上部緩衝液槽、
7…下部緩衝液槽、8…シール材、91…バナナチップ
型電極プラグ(ー)、92…バナナチップ型電極プラグ
(+)、10…泳動電源、11…電源ケーブル、12…
管路、14…クランプ、15…ジョイント、19…押さ
えプレート、23…ボルト、24…ホルダ、29…チュ
ーブ、31…筐体および保持台、33…ガイド、34…
電極、38…支持ブロック、40…レーザー光源、41
…集光レンズ、421…ミラー、422…ミラー、43
…偏光フィルター、44…光電管(カメラ)、45…演
算、信号処理および制御装置、46…記録および出力装
置、47…レーザー、50…温度制御装置付送液器、6
0…ふた部、62…ドレーン、131…スリット無し温
調ジャケット、132…スリット有り温調ジャケット、
133…シリコンラバー、134…スリット、135…
乾燥空気吹き出し孔、136…乾燥空気源141…ジャ
ケット押さえバネ、142…把手、143…ちょうつが
い
レート、4…試料溝、5…緩衝液、6…上部緩衝液槽、
7…下部緩衝液槽、8…シール材、91…バナナチップ
型電極プラグ(ー)、92…バナナチップ型電極プラグ
(+)、10…泳動電源、11…電源ケーブル、12…
管路、14…クランプ、15…ジョイント、19…押さ
えプレート、23…ボルト、24…ホルダ、29…チュ
ーブ、31…筐体および保持台、33…ガイド、34…
電極、38…支持ブロック、40…レーザー光源、41
…集光レンズ、421…ミラー、422…ミラー、43
…偏光フィルター、44…光電管(カメラ)、45…演
算、信号処理および制御装置、46…記録および出力装
置、47…レーザー、50…温度制御装置付送液器、6
0…ふた部、62…ドレーン、131…スリット無し温
調ジャケット、132…スリット有り温調ジャケット、
133…シリコンラバー、134…スリット、135…
乾燥空気吹き出し孔、136…乾燥空気源141…ジャ
ケット押さえバネ、142…把手、143…ちょうつが
い
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 FI
G01N 27/26 325A
325E
C12N 15/00
(72)発明者 梅村 晋一郎
埼玉県比企郡鳩山町赤沼2520番地 株式
会社日立製作所基礎研究所内
(72)発明者 村松 高道
東京都渋谷区東3丁目16番3号 日立電
子エンジニアリング株式会社内
(72)発明者 宮▲崎▼ 祐輔
東京都渋谷区東3丁目16番3号 日立電
子エンジニアリング株式会社内
(56)参考文献 特開 平8−105858(JP,A)
特開 平3−24451(JP,A)
国際公開95/021377(WO,A1)
(58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名)
G01N 27/447
Claims (6)
- 【請求項1】蛍光標識された試料を電気泳動するゲルを
保持する透光性の平板と、前記ゲルの温度制御を行なう
ための熱媒体を流通させ前記平板を両側からはさんで配
置される一組の温度調節用のジャケットと、前記熱媒体
の温度を制御する制御手段と、前記ゲルと前記平板に接
した上側および下側緩衝液槽と、該緩衝液槽内の緩衝液
に浸潰した電極と、前記電極を通して前記ゲルに所定の
電界を印加する電源と、前記ゲルに励起光を照射する照
射光学系と、前記試料からの蛍光を検出する検出光学系
と、該検出光学系の出力を記憶し処理する信号処理手段
とを具備する遺伝子解析装置において、前記一組の温度
調節用のジャケットの少なくとも一方に光が通過できる
スリットを設け、該スリットを通して前記励起光の照射
または前記蛍光の検出の少なくとも一方を行なうととも
に該スリットの部分に乾燥空気または前記熱媒体の温度
以上の温度の空気の吹き出しロを備えることを特徴とす
る遺伝子解析装置。 - 【請求項2】請求項1に記載の遺伝子解析装置におい
て、前記電源から印加される電力量を検出し、前記制御
手段によって、前記電力量から所定の演算式および演算
パラメータを用いて前記ゲルの温度が所定の温度となる
ような前記熱媒体の温度を算出し帰還制御することを特
徴とする遺伝子解析装置。 - 【請求項3】請求項1に記載の遺伝子解析装置におい
て、前記試料が導入される複数の溝が形成される前記ゲ
ルの上端面が、前記ゲルの左端から右端に至るまで下端
面と平行となるように構成されることを特徴とする遺伝
子解析装置。 - 【請求項4】請求項1に記載の遺伝子解析装置におい
て、前記温度調節用のジャケットの大きさが、一方は前
記試料が導入される複数の溝が形成される前記ゲルの上
端面の位置を覆うように、他方は前記上端面の位置を覆
わず、かつ前記試料の前記溝への導入が目視可能である
ように構成されることを特徴とする遺伝子解析装置。 - 【請求項5】請求項1に記載の遺伝子解析装置におい
て、前記ゲル、一組の前記温度調節用のジャケットと、
前記緩衝液と、前記緩衝液槽と、前記電極とを収納する
収納部のふた部に、前記熱媒体の温度以下に調節可能な
冷却板と該冷却板に結露した水滴を所定の場所へ移送す
る管路系とを備えることを特徴とする遺伝子解析装置。 - 【請求項6】請求項1に記載の遺伝子解析装置におい
て、前記ゲルの温度が−30℃より90℃の範囲で±
0.1℃の精度で制御されることを特徴とする遺伝子解
析装置。
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10256696A JP3418292B2 (ja) | 1996-04-24 | 1996-04-24 | 遺伝子解析装置 |
US08/837,816 US5976338A (en) | 1996-04-24 | 1997-04-22 | DNA analyzer |
EP97106804A EP0803730A3 (en) | 1996-04-24 | 1997-04-24 | DNA analyzer |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10256696A JP3418292B2 (ja) | 1996-04-24 | 1996-04-24 | 遺伝子解析装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH09288091A JPH09288091A (ja) | 1997-11-04 |
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Family
ID=14330781
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP10256696A Expired - Fee Related JP3418292B2 (ja) | 1996-04-24 | 1996-04-24 | 遺伝子解析装置 |
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---|---|
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EP (1) | EP0803730A3 (ja) |
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US7875440B2 (en) | 1998-05-01 | 2011-01-25 | Arizona Board Of Regents | Method of determining the nucleotide sequence of oligonucleotides and DNA molecules |
US6821402B1 (en) * | 1998-09-16 | 2004-11-23 | Applera Corporation | Spectral calibration of fluorescent polynucleotide separation apparatus |
US6818395B1 (en) | 1999-06-28 | 2004-11-16 | California Institute Of Technology | Methods and apparatus for analyzing polynucleotide sequences |
US6372106B1 (en) * | 1999-07-26 | 2002-04-16 | Applera Corporation | Capillary electrophoresis method and apparatus for reducing peak broadening associated with the establishment of an electric field |
US6665060B1 (en) * | 1999-10-29 | 2003-12-16 | Cytyc Corporation | Cytological imaging system and method |
EP1368497A4 (en) | 2001-03-12 | 2007-08-15 | California Inst Of Techn | METHODS AND APPARATUS FOR ANALYZING ASYNCHRONOUS BASE EXTENSION POLYNUCLEOTIDE SEQUENCES |
WO2005080546A1 (en) * | 2003-04-30 | 2005-09-01 | Moyle William R | Sensors for biomolecular detection and cell classification |
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WO2005080605A2 (en) | 2004-02-19 | 2005-09-01 | Helicos Biosciences Corporation | Methods and kits for analyzing polynucleotide sequences |
IL160869A0 (en) * | 2004-03-15 | 2004-08-31 | Dnr Imaging System Ltd | Integrated system for real time gel electrophoresis running and documenting |
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US7476734B2 (en) | 2005-12-06 | 2009-01-13 | Helicos Biosciences Corporation | Nucleotide analogs |
US7220549B2 (en) | 2004-12-30 | 2007-05-22 | Helicos Biosciences Corporation | Stabilizing a nucleic acid for nucleic acid sequencing |
US7482120B2 (en) | 2005-01-28 | 2009-01-27 | Helicos Biosciences Corporation | Methods and compositions for improving fidelity in a nucleic acid synthesis reaction |
US7666593B2 (en) | 2005-08-26 | 2010-02-23 | Helicos Biosciences Corporation | Single molecule sequencing of captured nucleic acids |
US7397546B2 (en) | 2006-03-08 | 2008-07-08 | Helicos Biosciences Corporation | Systems and methods for reducing detected intensity non-uniformity in a laser beam |
US7767441B2 (en) * | 2007-10-25 | 2010-08-03 | Industrial Technology Research Institute | Bioassay system including optical detection apparatuses, and method for detecting biomolecules |
US7811810B2 (en) | 2007-10-25 | 2010-10-12 | Industrial Technology Research Institute | Bioassay system including optical detection apparatuses, and method for detecting biomolecules |
US8593164B2 (en) | 2009-10-16 | 2013-11-26 | Brigham Young University (Byu) | Cell for broadband dielectric spectroscopy |
JP5984080B2 (ja) * | 2011-12-22 | 2016-09-06 | シャープ株式会社 | 制御方法、制御装置、制御システム、及び制御プログラム |
JP2014219218A (ja) * | 2013-05-01 | 2014-11-20 | システム・インスツルメンツ株式会社 | 電気泳動用ゲルホルダおよび電気泳動方法 |
CN104569115B (zh) * | 2015-01-09 | 2017-06-16 | 上海海洋大学 | 控温循环装置及包含该装置的凝胶电泳系统 |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3719580A (en) * | 1971-06-04 | 1973-03-06 | R Roberts | Electrophoretic apparatus |
US5360523A (en) * | 1984-03-29 | 1994-11-01 | Li-Cor, Inc. | DNA sequencing |
US5230781A (en) * | 1984-03-29 | 1993-07-27 | Li-Cor, Inc. | Sequencing near infrared and infrared fluorescence labeled DNA for detecting using laser diodes |
US4787088A (en) * | 1985-03-20 | 1988-11-22 | Fuji Photo Film Co., Ltd. | Semiconductor laser beam source apparatus |
US5085757A (en) * | 1987-11-25 | 1992-02-04 | Northeastern University | Integrated temperature control/alignment system for high performance capillary electrophoretic apparatus |
JPH0798276A (ja) * | 1993-09-28 | 1995-04-11 | Hitachi Electron Eng Co Ltd | Dna塩基配列決定装置 |
JP3345190B2 (ja) * | 1994-10-07 | 2002-11-18 | 株式会社日立製作所 | ゲル電気泳動装置 |
-
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- 1996-04-24 JP JP10256696A patent/JP3418292B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1997
- 1997-04-22 US US08/837,816 patent/US5976338A/en not_active Expired - Fee Related
- 1997-04-24 EP EP97106804A patent/EP0803730A3/en not_active Withdrawn
Also Published As
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---|---|
EP0803730A3 (en) | 1999-07-07 |
US5976338A (en) | 1999-11-02 |
JPH09288091A (ja) | 1997-11-04 |
EP0803730A2 (en) | 1997-10-29 |
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