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KR970010972B1 - Post electrophoresis capillary scanning apparatus - Google Patents

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KR970010972B1
KR970010972B1 KR1019930021297A KR930021297A KR970010972B1 KR 970010972 B1 KR970010972 B1 KR 970010972B1 KR 1019930021297 A KR1019930021297 A KR 1019930021297A KR 930021297 A KR930021297 A KR 930021297A KR 970010972 B1 KR970010972 B1 KR 970010972B1
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남홍길
김수현
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학교법인 포항공과대학교
정명식
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Abstract

There is provided a scan-detecting device which is useful for sequencing technique of DNA basic order and which is used after capillary tube gel electrophoresis using laser. The device is comprised of a light source means(20) for providing light of different wave each other for investigation through sample, a means for moving capillary tube(10) for sample to be scanned by light, a means(30) for collimating light which is investigated through sample and generated, a means(40) for selecting interactive wave with sample from the collimated light, and a means(50) for detecting light of the selected wave.

Description

모세관으로 전개한 시료를 스캔 분석하는 장치Device for scanning and analyzing the sample developed by capillary

제 1 도는 독립적인 4채널 검출기를 사용하는 레이저 유발형광을 이용한 모세관 전기영동 전개 후 스캔 - 검출 장치를 나타내는 전체 설명도.1 is an overall explanatory diagram showing a scan-detection apparatus after capillary electrophoresis deployment using laser induced fluorescence using an independent four-channel detector.

제 2 도는 모터와 롤러를 사용하여 모세관을 끌어당기면서 독립적인 4채널 레이저 유발 형광 검출을 하는 모세관 겔 전가영동 전개 후 스캔 - 검출 장치를 나타내는 구성도.FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a post-capillary gel electrophoretic post-scan-detection device for independent four-channel laser induced fluorescence detection using a motor and roller to draw capillaries.

제 3 도는 코팅을 제거한 모세관을 용이하게 다루면서 모세관 내부에 용액을 넣는데 사용하는 장치를 나타내는 구성도.3 is a schematic diagram of a device used to place a solution inside a capillary tube while easily handling the capillary tube from which the coating is removed.

제 4 도는 길이가 긴 모세관을 감아서 다루기 쉽도록한 모세관 홀더를 나타내는 개략도.4 is a schematic representation of a capillary holder wound around a long capillary tube for ease of handling.

제 5 도는 pGEM - 3zf(+) DNA 시료에 형광 표지를 붙인 후 생성물을 모세관 겔 전기영동으로 전개, 분리시킨 후, 본 발명에 따라 모세관 스캔 - 검출 장치에 걸어서 얻은 전기영동 그래프.FIG. 5 is an electrophoresis graph obtained by attaching a fluorescent label to a pGEM-3zf (+) DNA sample and developing and separating the product by capillary gel electrophoresis, followed by a capillary scan-detection apparatus according to the present invention.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings

10 : 모세관 20 : 광원10 capillary 20 light source

30 : 광섬유 40 : 광학 필터30: optical fiber 40: optical filter

50 : 광전자 증배관 60 : 도표 기록계50: photomultiplier tube 60: chart recorder

본 발명은 디옥시리보 핵산(DNA)의 염기서열 결정(sequencing) 기술로서 유용한, 레이저를 이용한 모세관 겔 전기영동 후 스캔 - 검출 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a laser-capillary post-scan-detection apparatus useful as a sequencing technique for deoxyribonucleic acid (DNA).

DNA 염기서열 결정은 생명과학에서 매우 중요한 연구 수단이다. 현재 일반적으로 사용되고 있는 방법은 동위원소가 치환된 염기서열 결정반응 생성물의 폴리아크릴마이드 겔 전기영동(polyacryl - amide gel electrophresis)으로 분자량에 따라 분리하고 방사선 자동 사진법(autoradiography)으로 각 성분을 검출하여 DNA 염기서열을 결정하는 것이다. 아직도 이 고전적인 방법이 통용되고 있지만 노동력이 엄청나게 많이 든다. 1980년대 말에 동위원소 대신에 형광 표지(label)를 붙이고 이를 레이저로 검출하는 방법이 개발되어, 미국의 어플라이드 바이오시스템스(Applied Biosystems) 또는 듀퐁(Du Pont) 등에 의해 상품화되어 있다. 이러한 방법들은 모두 분리속도가 느린 판 겔 전기영동(slab gel electrophresis)을 사용하여 염기서열 결전반응 생성물을 분리하는 방법으로서, 속도를 빠르게 하기 위하여 전기장의 세기를 높이면 주울 열(Joule heating)이 발생하기 때문에 전기장의 세기를 50V/cm의 이상으로 올릴 수 있다.DNA sequencing is a very important research tool in life sciences. Currently, the commonly used method is polyacrylamide gel electrophresis of isotopically substituted sequencing reaction products, which are separated according to molecular weight, and each component is detected by radioradiography. To determine the DNA sequence. This classic method is still in use, but the labor force is enormous. In the late 1980s, a method of attaching a fluorescent label instead of an isotope and detecting it with a laser was developed and commercialized by US Applied Biosystems or Du Pont. All of these methods use slow gel plate electrophoresis to separate sequential conjugation reaction products. In order to increase the speed, Joule heating occurs when the strength of the electric field is increased. Therefore, the strength of the electric field can be raised above 50 V / cm.

따라서 분리 속도가 빠른 모세관 때문에 겔 전기영동(capillary gel electrophoresis, CGE)을 DNA 염기서열 결정에 이용하려는 연구가 최근에 많이 수행되고 있다. 그러나 모세관에다 겔을 채우면 부피에 대한 면적비가 커서 열 방출이 잘 되기 때문에 매우 놓은 전기장, 예컨데 400V/cm 정도의 전기장을 걸어 줄 수 있지만 이때 여러개의 시료를 동시에 분리, 검출할 수 없다는 단점이 있다.Therefore, many studies have recently been conducted to use capillary gel electrophoresis (CGE) for DNA sequencing due to fast capillary tubes. However, filling the capillary gel with a large area-to-volume ratio allows for good heat dissipation, so that a very placed electric field, such as 400V / cm, can be applied. However, it is not possible to separate and detect several samples at the same time.

즉, CGE는 판 겔 전기영동보다 개별적인 분리속도가 월등히 빨라 DND 염기서열 결정법에 유용한 분리 방법이지만, 일반적인 CGE에서는 염기서열 결정반응 생성물을 하나의 모세관을 사용하여 전개, 분리하면서 검출하기 때문에 여러개의 시료를 동시에 전기영동 분리, 검출하는 자동화된 판 겔 전기영동 시스템보다 전체적인 DNA 염기서열 결정속도가 그리 빠른 것은 아니다.In other words, CGE has a much higher separation rate than plate gel electrophoresis, which is a useful separation method for DND sequencing.However, in general CGE, sequencing reaction products are developed using a single capillary tube to detect and separate several samples. The overall DNA sequencing rate is not much faster than automated plate gel electrophoresis systems that simultaneously detect and detect electrophoresis.

본 발명자는 CGE의 빠른 분리속도가 갖는 이점을 충분히 실리기 위하여, DNA 시료를 CGE로 일단 분리한 다음 모세관을 레이저로 스캔(scan)하여 DNA 염기서열을 결정하는 방법을 개발하였다. 스캔에 소요되는 시간은 수 분정도로써 CGE에 걸리는 시간보다 훨씬 짧으므로, 여러개의 시료를 여러개의 모세관으로 동시에 CGE 시킨 뒤 모세관 하나씩을 레이저로 스캔하면서 이때 발생하는 레이저 유발형광(laserinduced fluourescence)을 검출하여 DNA 염기서열을 결정하면, 전체적인 염기서열 결정속도가 몇 십배 빨라진다.The present inventors have developed a method of determining DNA sequences by separating DNA samples into CGE and then scanning the capillaries with a laser in order to fully take advantage of the fast separation rate of CGE. Scanning time is a few minutes, which is much shorter than the CGE time. Therefore, several samples can be simultaneously CGE and then one laser is scanned by laser to detect laser induced fluorescence. By determining the DNA sequence, the overall sequencing rate is several orders of magnitude faster.

따라서, 본 발명의 목적은 극히 빠른 속도로 시료, 특히 DNA 염기서열을 결정함으로써 자동화 판 겔 전기영동 시스템보다 더 신속하게 DNA 염기서열을 결정하는 장치를 제공하는 것이다.It is therefore an object of the present invention to provide an apparatus for determining DNA sequences faster than automated plate gel electrophoresis systems by determining samples, particularly DNA sequences, at an extremely fast rate.

본 발명은, 모세관으로 전개한 시료에 광(25)을 조사하여 시료를 분석하는 장치에 있어서, 시료에 조사되기 위한 서로 다른 파장의 광을 제공하기 위한 광원수단(20); 시료가 광에 의해 스캔되도록 모세관을 이동시키는 수단; 광을 시료에 조사하여 바생한 빛을 집속하기 위한 수단(30); 상기 집속된 빛에서 시료와 상호작용하는 파장을 선택하기 위한 수단(40); 및 상기 선택된 파장의 광을 검출하기 위한 수단(50)을 포함함을 특징으로 하는 장치를 제공한다.The present invention provides a device for analyzing a sample by irradiating light (25) to a sample developed by a capillary, comprising: light source means (20) for providing light of different wavelengths for being irradiated onto the sample; Means for moving the capillary tube such that the sample is scanned by light; Means (30) for irradiating light onto the sample to focus the generated light; Means (40) for selecting a wavelength that interacts with a sample in the focused light; And means (50) for detecting light of the selected wavelength.

DNA 염기서열 결정을 위하여 CGE로 시료를 전개한 후 CGE를 스캔 - 검출하는 본 발명의 장치에 관한 전체 설명도를 제 1 도에 나타내었다. 제 1 도에서 보는 바와 같이, CGE에 의해 염기서열 결정 반응 생선물의 전개, 분리가 끝난 모세관을 모터(16)를 작동시켜 모세관을 잡아당기면서(제 2 도 참조) 아르곤 이온 레이저에서 나온 레이저 빔(beam)을 렌즈로 모세관 상에 집중시키고, 레이저 빔과 수직한 방향으로 광섬유의 다른쪽 끝으로 부터 나온 형광 중에서 한가지 염기(bese)의 형광표지에서 나온 파장만을 여러가지 광학필터(40)들을 써서 선택하여 광전자 증배관 (photomultiplier tube, 50)으로 검출하고, 광전자 증배관에서 나온 전기신호를 도표 기록계(strip-chart recorder, 60)로 기록한다.Figure 1 shows an overall explanatory diagram of an apparatus of the present invention for scanning and detecting CGE after developing a sample with CGE for DNA sequencing. As shown in FIG. 1, the laser beam from the argon ion laser is pulled out by capturing the capillary tube by operating the motor 16 to the capillary tube which has been developed and separated from the sequencing reaction product by CGE (see FIG. 2). Focus the beam on the capillary with a lens, and select only the wavelength from the fluorescent label of one base among the fluorescence from the other end of the fiber in the direction perpendicular to the laser beam using various optical filters 40 The photomultiplier tube (50) is detected and the electrical signal from the photomultiplier tube is recorded on a strip-chart recorder (60).

본 발명에서는 모세관 내에 폴리아크릴마이드 겔을 채우기 전에 모세관의 폴리이미드 코팅을 벗겨 버리는데, 이는 레이저 빛을 모세관 내부로 입사시키고 유발되는 형광을 모을 때 흡광이 일어나는 것을 막기 위함이다. 그리고 본 발명에서 전기영동을 실시할 때 시료가 성분으로 분리되고 난 다음에도 분리된 어떠한 성분도 모세관을 빠져나가지 않고 모세관을 빠져나가지 않고 모세관 내에 머물러 있도록 충분히 긴 모세관을 사용하는 것이 바람직하다.In the present invention, the polyimide coating of the capillary is peeled off before filling the polyacrylamide gel in the capillary, in order to prevent absorption from occurring when the laser light is incident into the capillary and the induced fluorescence is collected. In the present invention, when the electrophoresis is performed, it is preferable to use a capillary tube long enough so that any component separated after the sample is separated into the component does not exit the capillary tube and remains in the capillary tube without leaving the capillary tube.

DNA 염기서열 결정에 사용되는 형광 표지는 각각의 염기에 대하여 다른 것을 사용하며 그에 따른 여기(excitation) 광원의 파장도 488nm, 514nm 두 가지가 필요하다. 488nm는 아데닌(adenine)과 시토산(cytosine)에 해당하는 형광 표지를 여기시키고, 514nm는 구아닌(guanine)과 티민(thymine)에 해당하는 형광 표지를 여기시킨다.Fluorescent labeling used for DNA sequencing is different for each base, and accordingly, two wavelengths of excitation light sources are required: 488 nm and 514 nm. 488nm excites fluorescent labels corresponding to adenine and cytosine, and 514nm excites fluorescent labels corresponding to guanine and thymine.

아르곤 이온 레이저의 다색 가시광선을 프리즘으로 분산시킨 488nm와 514mn의 빛을 얻고, 이 두 빛을 모세관 상의 서로 다른 두 지점에 집광시킨다, 이 부분의 주위 공간은 모세관 재질과 굴절률이 같거나 유사한 액체 등의 매질을 충전시키는 것이 바람직하다.Acquire the 488nm and 514mn light of the argon-ion laser's multicolored visible light by prism, and focus the light at two different points on the capillary. The space around this part is a liquid with the same or similar refractive index as the capillary material. It is preferable to fill the medium of.

한가지 피장의 빛이 집광되는 지점에서는 여기 레이저 빔에 수직한 방향으로 두 개의 광섬유가 서로 마주보며 모세관 가까이에 위치하고 있다.At the point where the light of one skin is focused, the two optical fibers are located near the capillary, facing each other in a direction perpendicular to the excitation laser beam.

한가지 파장의 빛이 집광되는 지점에서는 여기 레이저 빔에 수직한 방향으로 두개의 광섬유가 서로 마주보며 모세관 가까이에 위치하고 있다.At the point where light of one wavelength is focused, the two optical fibers are located near the capillary, facing each other in a direction perpendicular to the excitation laser beam.

각 광섬유의 빛 출구 뒤로는 집광을 위한 원통형 유리막대(41)와 검출하고자 하는 염기에 해당하는 표지의 형광 파장을 선택하는 광학필터들과 광전자 증배관(50)이 놓여 있다. 광학 필터의 한 예로 장파장 통과 필터(42), 색유리 필터(43) 및 띠 통과 필터(44)가 연속적으로 배열된 구성으로 할 수 있다.Behind the light exit of each optical fiber is a cylindrical glass rod 41 for condensing, optical filters for selecting a fluorescence wavelength of a label corresponding to a base to be detected, and a photomultiplier tube 50. As an example of the optical filter, the long-pass filter 42, the color glass filter 43, and the band-pass filter 44 may be configured to be continuously arranged.

제 2 도에서와 같이 모세관을 잡아당기면서 스캔하는 방법 이외에 모세관과 검출장치를 고정시킨 상태에서 모세관을 채워진 겔을 압력으로 밀어 주면서 스캔 - 검출할 수도 있다. 그리고 CGE 전개 후 스캔 - 검출장치는 모세관 전기 영동을 이용하는 DNA 염기서열 검출방법 뿐만 아니라 모세관에 겔을 채워서 분리하는 모든 분석방법에 가능하다. 또한, 겔 대신에 다른 고분자 용액 채운 모세관을 사용할 수도 있다. 이러한 분리 후 스캔 - 검출 장치는 여러가지 시료를 분석해야 하는 경우에 전체 분석시간을 단축시킨다는 장점외에도, 광원으로 레이저를 사용하는 경우에 값비싼 레이저의 실제 사용시간을 줄이게 되는 이점도 있다.In addition to scanning by pulling the capillary tube as shown in FIG. 2, the capillary-filled gel may be scanned and detected while pushing the capillary-filled gel under pressure while the capillary tube and the detector are fixed. The post-GEGE scan-detector is available for all DNA assays using capillary electrophoresis, as well as for capillary gel separation. Alternatively, a capillary filled with another polymer solution may be used instead of the gel. The post-separation scan-detection device has the advantage of shortening the overall analysis time when several samples are to be analyzed, and also reducing the actual use time of the expensive laser when using the laser as a light source.

이상으로 본 발명에 따른 분석장치를 DNA 염기서열을 중심으로 설명하였으나 그 외에도 모세관 크로마토그래피 등의 의해 모세관으로 전개한 시료는 그 시료와 상호작용하는 적합한 파장의 광원을 선택함으로써 본 발명의 장치로 분석할 수 있다.As described above, the analysis apparatus according to the present invention has been described based on DNA sequencing. In addition, the sample developed by the capillary tube by capillary chromatography or the like is analyzed by the apparatus of the present invention by selecting a light source having a suitable wavelength interacting with the sample. can do.

다음에 본 발명의 실시예들을 제시하는 바, 본 발명의 범위가 이를 실시예의 의해서 한정되는 것은 아니다.Next, embodiments of the present invention will be presented, but the scope of the present invention is not limited thereto.

[실시예 1]Example 1

모세관에 겔을 채우기와 전기영동에 의한 DNA 염기서열 결정반응 생성물 분리(제 3 도와 제 4 도 참조)Separation of DNA sequencing reaction products by filling the capillary with gel and electrophoresis (see FIGS. 3 and 4)

모세관(10) 전체를 스캔하기 위해서는 모세관의 폴리이미드 코팅을 취급하기 적당한 정도만을 모세관 양쪽 끝에 남겨놓고 그 사이 부분의 코팅을 제거한다. 모세관을 진한 황산에 넣고 가열하여 모세관 외벽에 있는 폴리이미드 코팅(71)을 제거한다. 코팅을 없앤 모세관(10)은 다루기 쉽도록 양 끝에 폴리에틸렌 관(73)이 부착된 폴리프로필렌 수지로 된 관(70)에 넣는다. 모세관 내부에 용액(72)을 넣기 위해서는 한쪽 끝을 용액에 담그고 다른 한쪽은 플라스크에(74)에 진공(75)을 걸어 감압시킨다(제 3 도 참조). 직선형 관을 사용하면 긴 모세관을 사용하기가 어려운데 이를 해결하기 위해서는 제 4 도와 같은 홀더에 모세관을 원통형으로 감아서 다루면 수 미터의 긴 모세관도 쉽게 사용할 수 있다.In order to scan the entire capillary 10, only a suitable amount of the polyimide coating of the capillary tube is left at both ends of the capillary tube and the coating between the portions is removed. The capillary is placed in concentrated sulfuric acid and heated to remove the polyimide coating 71 on the capillary outer wall. The capillary 10 having the coating removed is placed in a tube 70 made of polypropylene resin attached to a polyethylene tube 73 at both ends for easy handling. To put the solution 72 inside the capillary, one end is immersed in the solution and the other is depressurized by applying a vacuum 75 to the flask 74 (see FIG. 3). It is difficult to use a long capillary tube with a straight tube. To solve this problem, a capillary tube wound around a holder such as a fourth degree can be easily used for several meters of long capillary tube.

모세관에 폴리아크릴마이드 겔을 채우는 방법은 다음과 같다. 모세관(내경 100㎛, 외경 200㎛)에 0.1N NaOH, 0.1N HCL, 0.1N NaOH 용액을 차례로 흘려주어 모세관 내부를 씻은 뒤, 3차 증류수와 메탄올로 헹구어 낸다. 내부를 씻은 모세관에 메탄올과 메타릴옥시프로필 트리메톡시실란(methacryloxypropyl trimethoxysilane, MAPS)의 1:1 용액을 모세관에 채운 뒤 MAPS로 모세관의 내벽이 완전히 치환되도록 하룻밤 그대로 둔다. 완충용액은 ph 8.3, 90mM 트리스 염기, 90mM 붕산, 2.5mM EDTA이다. 이 완충용액을 용매로 하여 만든 9% 농도의 아크릴 아미드 용액에 7M 요소를 넣은 후 탈기(degassing)시킨다, 이 용액에 10% 과황산 암모늄(ammonium persulfater)과 10% 테드라메틸렌디아민(N,N,N',N'-tetramethylendiamine, TEMED) 용액을 넣어 각각 전체용액의 0.03%가 되게 하여 만든 폴리아크릴아미드 겔 모세관에 채워넣은 다음 냉장고(6℃)에 하룻밤 동안 넣어두어 겔을 굳힌다.The method of filling the polyacrylamide gel in the capillary is as follows. 0.1N NaOH, 0.1N HCL, and 0.1N NaOH solution were flowed into the capillary (100 μm in inner diameter and 200 μm in outer diameter) in order to wash the inside of the capillary, followed by rinsing with distilled water and methanol. Fill the capillary with a 1: 1 solution of methanol and methacryloxypropyl trimethoxysilane (MAPS) in the washed capillary and leave it overnight so that the inner wall of the capillary is completely replaced with MAPS. The buffer is ph 8.3, 90 mM Tris base, 90 mM boric acid, 2.5 mM EDTA. 7M urea is added to a 9% acrylamide solution made with this buffer as a solvent, followed by degassing. 10% ammonium persulfater and 10% tetramethylenediamine (N, N) are added to the solution. , N ', N'-tetramethylendiamine (TEMED) solution was added to a polyacrylamide gel capillary tube made up to 0.03% of the total solution, respectively, and then placed in a refrigerator (6 ° C.) overnight to harden the gel.

DNA 시료는 방사선 동위원소 대신에 레이저 광으로 유발형광을 일으킬 수 있도록 형광표시가 붙은 프라이머(primer Applied Biosystems사 제조)를 사용하여 효소법으로 만든다.DNA samples are made by enzymatic methods using fluorescently labeled primers (manufactured by Primer Applied Biosystems) to generate induced fluorescence with laser light instead of radioisotopes.

아데닌, 시토신, 구아닌, 티민 각각에 대하여 형광 파장이 다른 형광 표지를 붙힌다.Fluorescent labels with different fluorescence wavelengths are attached to each of adenine, cytosine, guanine, and thymine.

DNA 시료를 겔이 채워진 모세관에 전압을 걸어 30초간 주입한 후, 200-300V/cm 전압을 걸어줌으로써 DNA 시료를 전기영동으로 분리한다.After injecting the DNA sample into the gel-filled capillary for 30 seconds, the DNA sample was subjected to electrophoresis by applying a 200-300V / cm voltage.

[실시예 2]Example 2

레이저 유발형광을 이용한 CGE 전개 후 스캔 - 검출 장치의 제작(제 1 도와 제 2 도 참조)Fabrication of the Scan-Detection Device after CGE Deployment Using Laser-Induced Fluorescence (see FIGS. 1 and 2)

DNA 염기서열 결정에 사용되는 형광 표지는 각각의 염기에 대하여 다른 것을 사용하며 그에 따른 여기광원의 파장도 488nm, 514nm 두가지가 필요하다. 그러므로 광원인 아르곤 이온 레이저(20)의 다색 가시광선을 프리즘(21)이나 회절발(grating) 및 슬릿(22)에 의하여 488nm와 514nm의 빛을 분리하거나(제 1도 참조), 또 488nm 파장의 빛을 살 분할기(beam splitter)로 갈라 한쪽은 그대로 모세관에 입사시키고 다른 한쪽은 색소 레이저(dye laser)에 보내어 514nm를 얻은 다음 이것을 모세관에 입사시키는 방법이 있다. 이 광 빔은 필요에 따라 거울(23)으로 진로를 변경시킬 수 있다. 모세관에 조사된 레이저광(25)증 488nm는 아데닌과 시토신에 해당하는 형광 표지를 여기시키고, 514nm는 구아닌과 타민에 해당하는 형광 표지를 여과시킨다. 형광을 집광하는 부분에는 4개의 광섬유(30)를 사용하여 두개의 레이저 광이 조작되는 곳에 각각 직각방향으로 두개의 광섬유(30)가 마주보고 위치하도록 한다. 모세관 레이저 비임(25)이 집광되는 부분의 주위 공간에 모세관 재질과 굴절률이 비슷한 액체를 채우는 것이 바람직하다. 각 광섬유로 부터 나온 빛을 색유리 필터(color glass filter), 장파장 통과 필터(long wave-pass filter, 42), 및 띠통 필터(bandpass filter)에 차례로 통과시켜 산란광을 제거하고 원하는 영역의 형광만을 선택 통과시킨 뒤 광전자 증배관(PMT)으로 검출한다. 광전자 증배관(50)에서 나오는 전기신호는 적당한 증폭기를 거친뒤 도표 기록계로 기록되거나 아날로그 디지탈 변환기(analog - to - digital converter, 60)를 사용하여 켬퓨터(60)에 저장된다.Fluorescent labels used to determine the DNA sequencing use different ones for each base, and accordingly, two wavelengths of the excitation light source need 488 nm and 514 nm, respectively. Therefore, 488 nm and 514 nm light are separated by the prism 21, the grating, and the slit 22 by the multi-color visible light of the argon ion laser 20, which is a light source (see FIG. 1), or the 488 nm wavelength. The light is split into a beam splitter, and one side is incident to the capillary as it is, and the other is sent to a dye laser to obtain 514 nm, which is then incident on the capillary. This light beam can change course to the mirror 23 as needed. 488 nm of laser light 25 irradiated to the capillary excites fluorescent labels corresponding to adenine and cytosine, and 514 nm filters fluorescent labels corresponding to guanine and tamine. Four optical fibers 30 are used to condense fluorescence so that two optical fibers 30 face each other at right angles to two laser lights. It is preferable to fill a liquid having a refractive index similar to that of the capillary material in the space around the portion where the capillary laser beam 25 is collected. Light from each optical fiber is passed through a color glass filter, a long wave-pass filter, and a bandpass filter in order to remove scattered light and to selectively pass only the fluorescence of a desired area. After detection, it is detected by a photomultiplier tube (PMT). The electrical signal from the photomultiplier tube 50 is passed through a suitable amplifier and recorded on a chart recorder or stored in the on-computer 60 using an analog-to-digital converter 60.

제 2 도는 모세관 전기영동으로 분리한 DNA 시료의 레이저 유발형광을 검출하는 4채널 레이저 유발형광 검출장치이다. 전기 영동이 끝난 모세관(10)을 모세관 홀더(11)에 있는 외경 1/16", 내경 0.01"의 폴리에테르에테르케톤(polyetherether ketone, PEEK,12)관을 통해 두개의 롤러(13) 사이에 넣은 다음 롤러를 일정한 속도로 돌려서 모세관을 잡아당긴다. 롤로(13)는 예컨대 전원(15), 모터 및 기어 박스(16), 고무줄(14) 등으로 구동된다. 모세관에 조사된 레이저 광(25)에 의해 나온 레이저 유발형광은 직각 방향의 4개의 광섬유(30)를 통과한 다음 각각 독립적으로 4개의 파장 선택수단(40)을 거쳐 광전자 증배관(50)까지 전달한다.2 is a four-channel laser induced fluorescence detection device for detecting laser induced fluorescence of DNA samples separated by capillary electrophoresis. The electrophoretic capillary (10) was inserted between the two rollers (13) through a polyetherether ketone (PEEK, 12) tube having an outer diameter of 1/16 "and an inner diameter of 0.01" in the capillary holder (11). Then turn the roller at a constant speed to pull out the capillary. The roll furnace 13 is driven by, for example, a power source 15, a motor and gear box 16, a rubber band 14, and the like. The laser-induced fluorescence emitted by the laser light 25 irradiated to the capillary passes through four optical fibers 30 in the perpendicular direction, and then independently passes through the four wavelength selecting means 40 to the photomultiplier tube 50. do.

[실시예 3]Example 3

레이저 유발형광을 이용한 CGE 전개 후 스캔 - 검출 장치를 사용하여 DNA 염기서열 결정(제 5 도 참조)DNA sequencing using a scan-detector post-CGE deployment using laser-induced fluorescence (see Figure 5)

5도는 CGE 전개 후 스캔 - 검출 장치를 사용하여 DNA 의 4개의 염기 중 구아닌에 대한 레이저 유발형광을 광전자 증배관으로 검출하고 도표 기록계로 기록한 결과를 나타내는 한 예의 그래프이다, 이때 DNA 시료는 pGEM - 3zf(+)이다. 모세관이 길이는 60cm이고, 시료는 15kV에서 30초간 주입하고, 15kV에서 45분간 전기영동을 하였다. 광전자 증배관의 광음극에 1070V의 전압을 걸어주었다.FIG. 5 is an example graph showing the results of laser induced fluorescence of guanine out of four bases of DNA using a photomultiplier tube and recording with a chart recorder using a post-CGE scan-detection device, wherein the DNA sample is pGEM-3zf. (+). The capillary was 60 cm in length, and the sample was injected at 15 kV for 30 seconds and electrophoresed at 15 kV for 45 minutes. A voltage of 1070 V was applied to the photocathode of the photomultiplier tube.

모터에 걸어준 전압은 3.5V이고 이때 모세관의 잡아당겨지는 속도는 1mm/sec였다. 구아닌의 215염기까지 염가서열을 결정할 수 있었고, 모세관을 스캔하는데 든 소요시간은 8분이었다.The voltage applied to the motor was 3.5V and the pulling rate of the capillary was 1mm / sec. The cheap sequence was determined up to 215 bases of guanine, and the time required to scan the capillary was 8 minutes.

4가지 염기에 대한 전기영동그래프(electropherogram)를 한 그래프에 4가지 색깔로 동시에 기록하고 스캔 속도를 더욱 빠르게 하기 위해서는, 광전자 증배관에서 나온 신호를 아날로그 디지탈 변환기를 사용하여 컴퓨터로 처리할 수 있게 해야 한다. 현재의 스캔 속도는 도표 기록계의 기록속도에 제한받고 있는데 컴퓨터로 신호를 처리하게 되면 스캔속도를 2분 이하로 줄일 수 있다. 그리고 제 2 도의 광섬유 홀더 내를 모세관과 광섬유가 만들어진 물질인 용용 실리카와 굴절률이 거의 비슷한 액체(예를 들면, 글리세롤)로 채우면, 레이저 빔이 모세관내로 입사될 때나 레이저 유발형광이 모세관을 빠져나와 광섬유로 들어갈 때 일어나는 산란을 거의 없앨 수 있기 때문에 검출 신호의 신호 대 잡음비(singnal -to -nosiseratio)를 줄일 수 있게 되어 검출 장치의 감도를 더욱 향상 시킬 수 있다. 제 5 도의 전기영동그래프를 얻을 때 사용한 모세관의 길이는 60cm이었는데, 좀더 긴 모세관을 사용한다면 이 방법으로 분리, 검출하여 결정할 수 있는 연기의 수는 훨씬 증가할 것이다.In order to record electrophorograms of four bases simultaneously in four colors on a graph and to make scanning faster, the signal from the photomultiplier must be computerized using an analog digital converter. do. Current scan speed is limited by the recording speed of the chart recorder. When the computer processes the signal, the scan speed can be reduced to less than 2 minutes. Then, when the optical fiber holder of FIG. 2 is filled with a liquid (for example, glycerol) having a refractive index almost similar to that of molten silica, the material from which the capillary and the optical fiber are made, when the laser beam enters the capillary or the laser-induced fluorescence exits the capillary Since the scattering that occurs when entering the circuit can be almost eliminated, the signal-to-nosiser ratio of the detection signal can be reduced, further improving the sensitivity of the detection device. The length of the capillary tube used to obtain the electrophoretic graph of FIG. 5 was 60 cm. If a longer capillary tube is used, the number of smoke that can be separated, detected and determined by this method will be much higher.

이상 본 발명의 바람직한 구체예를 기술하였지만, 본 발명의 범위가 이에 국한되는 것은 아니며, 본 분야의 전문가에게 자명한 치환, 변경 또는 변형도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 이해되어야 한다.Although preferred embodiments of the present invention have been described above, the scope of the present invention is not limited thereto, and it should be understood that substitutions, changes, or modifications apparent to those skilled in the art are within the scope of the present invention.

Claims (18)

모세관으로 전개한 시료에 광(25)을 조사하여 시료를 분석하는 장치에 있어서, 시료에 조시되기 위한 서로 다른 파장의 광을 제공하기 위한 광원수단(20); 시료가 광에 의해 스캔되도록 모세관(10)을 이동시키는 수단; 광을 시료에 조사하여 발생한 빛을 집속하기 위한 수단(30); 상기 집속된 빛에서 시료와 상화작용하는 파장을 선택하기 위한 수단(40); 및 상기 선택된 파장의 광을 검출하기 위한 수단(50)을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.An apparatus for analyzing a sample by irradiating light (25) to the sample developed by the capillary, the apparatus comprising: light source means (20) for providing light of different wavelengths to be directed to the sample; Means for moving the capillary tube 10 such that the sample is scanned by light; Means (30) for concentrating light generated by irradiating light onto a sample; Means (40) for selecting a wavelength that interacts with a sample in the focused light; And means (50) for detecting light of the selected wavelength. 제 1 항에 있어서, 모세관 전개 수단이 모세관 겔 전기영동(CGE) 또는 모세관 크로마토그래피임을 특징으로 하는 장치.The device of claim 1, wherein the capillary development means is capillary gel electrophoresis (CGE) or capillary chromatography. 제 1 항에 있어서, 상기 시료가 DNA 함유시료이고, 상기 집속수단이 4채널임을 특징으로 하는 장치.The apparatus according to claim 1, wherein the sample is a DNA-containing sample, and the focusing means is four channels. 제 3 항에 있어서, 아데닌, 구아닌, 시토신 및 티민 각각에 대하여 형광 파장이 서로 다른 형광표지를 붙인 것을 특징으로 하는 장치.The device according to claim 3, wherein fluorescent labels having different fluorescence wavelengths are attached to each of adenine, guanine, cytosine and thymine. 제 1 항에 있어서, 상기 시료가 펩타이드 또는 아미노산임을 특징으로하는 장치.The device of claim 1, wherein the sample is a peptide or an amino acid. 제 1항에 있어서, 상기 광원 수단이 레이저 발생장치 또는 다색 연속 광원에 다색화 장치가 연결된 것임을 특징으로 하는 장치.An apparatus according to claim 1, wherein said light source means is connected to a laser generator or a multicolor continuous light source. 제 6 항에 있어서, 상기 레이저 발생장치가 아르곤 이온 레이저 발생장치가 특징으로 하는 장치.7. The apparatus of claim 6, wherein the laser generator is an argon ion laser generator. 제 1 항에 있어서, 상기 서로 다른 파장의 광(25)이 각각 514nm 및 488nm의 파장을 갖는 것을 특징으로 하는 장치.2. An apparatus according to claim 1, wherein the light of different wavelengths (25) have wavelengths of 514 nm and 488 nm, respectively. 제 1 항에 있어서, 상기 모세관에 빛이 집광되는 부분의 주위 공간에 모세관 재질과 굴절률이 동일 또는 유사한 매질을 충전함을 특징으로 하는 장치.The device of claim 1, wherein the capillary is filled with a medium having the same or similar refractive index as the capillary material in a space around the light-collecting portion. 제 1 항에 있어서, 상기 형광을 집속하기 위한 장치가 광섬유(30)임을 특징으로 하는 장치.A device according to claim 1, wherein the device for focusing fluorescence is an optical fiber (30). 제 10 항에 있어서, 광이 시료에 조사되는 지점에 조사되는 광에 수직한 방향으로 두개의 광섬유(30)가 서로 마주보고 위치하고 있는 것을 특징으로 하는 장치.11. An apparatus according to claim 10, characterized in that the two optical fibers (30) are located facing each other in a direction perpendicular to the light irradiated at the point where the light is irradiated to the sample. 제 1 항에 있어서, 상기 모세관 이동 수단이 롤러(13) 및 모터(16)의 구동에 의해 모세관(10)을 잡아당기는 것을 특징으로 하는장치.2. Device according to claim 1, characterized in that the capillary moving means pulls the capillary (10) by the driving of the roller (13) and the motor (16). 제 12 항에 있어서, 상기 모세관(10)의 이동속도가 1mm/sec 이상임을 특징으로 하는 장치.The device of claim 12, wherein the moving speed of the capillary tube is at least 1 mm / sec. 제 12 항에 있어서, 모세관을 모세관 홀더(76)에 감아서 사용함을 특징으로 하는 장치.13. Device according to claim 12, characterized in that the capillary is wound around the capillary holder (76) for use. 제 1 항에 있어서, 상기 모세관(10)이 그 외벽에 코팅을 제거한 것임을 특징을로 하는 장치.2. Device according to claim 1, characterized in that the capillary tube (10) has its coating removed on its outer wall. 제 2 항에 있어서, 상기 모세관에 고분자 용액을 충전하여 시료를 전개함을 특징으로 하는 장치.The device according to claim 2, wherein the capillary is filled with a polymer solution to develop a sample. 제 1 항에 있어서, 상기 파장을 선택하기 위한 장치가 광 필터(40)임을 특징으로 하는 장치.2. Device according to claim 1, characterized in that the device for selecting the wavelength is an optical filter (40). 제 17 항에 있어서, 상기 광 필터가 장파장 통과 필터(42), 색 유리 필터(43) 및 띠 통과 필터(44)로 연속적으로 구성된 것임을 특징으로 하는 장치.18. The apparatus according to claim 17, wherein the optical filter is continuously composed of a long pass filter (42), a color glass filter (43) and a band pass filter (44).
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