JP4039201B2 - Hybridization detection unit, sensor chip, and hybridization method - Google Patents
Hybridization detection unit, sensor chip, and hybridization method Download PDFInfo
- Publication number
- JP4039201B2 JP4039201B2 JP2002300924A JP2002300924A JP4039201B2 JP 4039201 B2 JP4039201 B2 JP 4039201B2 JP 2002300924 A JP2002300924 A JP 2002300924A JP 2002300924 A JP2002300924 A JP 2002300924A JP 4039201 B2 JP4039201 B2 JP 4039201B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- electrode
- electrodes
- nucleotide chain
- sensor chip
- detection
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
- G01N27/28—Electrolytic cell components
- G01N27/30—Electrodes, e.g. test electrodes; Half-cells
- G01N27/327—Biochemical electrodes, e.g. electrical or mechanical details for in vitro measurements
- G01N27/3275—Sensing specific biomolecules, e.g. nucleic acid strands, based on an electrode surface reaction
- G01N27/3276—Sensing specific biomolecules, e.g. nucleic acid strands, based on an electrode surface reaction being a hybridisation with immobilised receptors
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
- Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
- Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)
- Investigating Or Analysing Biological Materials (AREA)
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、DNAチップ等のセンサーチップに好適に利用できるハイブリダイゼーション検出部に係わる技術に関する。より詳細には、ハイブリダイゼーションの場を提供する反応領域において、伸長状態の検出用ヌクレオチド鎖を所定電極部位に整列固定させることによって、ハイブリダイゼーション効率の向上を図る技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
本発明の主たる従来技術を以下説明する。現在、マイクロアレイ技術によって所定のDNAが微細配列された、いわゆるDNAチップ又はDNAマイクロアレイ(以下、「DNAチップ」と総称。)と呼ばれるバイオアッセイ用の集積基板が、遺伝子の変異解析、SNPs(一塩基多型)分析、遺伝子発現頻度解析等に利用されており、創薬、臨床診断、薬理ジェノミクス、法医学その他の分野において広範囲に活用され始めている。
【0003】
このDNAチップは、ガラス基板やシリコン基板上に多種・多数のDNAオリゴ鎖やcDNA(complementary DNA)等が集積されていることから、ハイブリダイゼーション等の分子間相互反応の網羅的解析が可能となる点が特徴とされている。
【0004】
DNAチップによる解析手法の一例を簡潔に説明すれば、ガラス基板やシリコン基板上に固相化されたDNAプローブに対して、細胞、組織等から抽出したmRNAを逆転写PCR反応等によって蛍光プローブdNTPを組み込みながらPCR増幅し、前記基板上においてハイブリダイゼーションを行い、所定の検出器で蛍光測定を行うという手法である。
【0005】
ここで、DNAチップは二つのタイプに分類できる。第1のタイプは、半導体露光技術を応用したフォトリソグラフィーの技術を用いて、所定の基板上に直接オリゴヌクレオチドを合成していくものであり、アフィメトリクス社(Affymetrix社)によるものが代表的である(例えば、特許文献1参照)。この種のチップは、集積度は高いが、基板上でのDNA合成には限界があって、数十塩基程度の長さである。
【0006】
第2のタイプは、「スタンフォード方式」とも称されるもので、先割れピンを用いて、予め用意されたDNAを基板上に分注・固相化していくことによって作製されるものである(例えば、特許文献2参照)。この種のチップは、集積度は前者に比べて低いが、1kb程度のDNA断片を固相化できるという利点がある。
【0007】
【特許文献1】
特表平4−505763号公報
【特許文献2】
特表平10−503841号公報
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来のDNAチップ技術では、検出表面部位(スポット部位)に固定化されたDNAプローブ等の検出用ヌクレオチド鎖は、ブラウン運動の作用でランダムコイル状に絡まったり、丸まったり等しており、また、検出表面においてその集積密度に偏りがあった。
【0009】
このため、標的ヌクレオチド鎖とのハイブリダイゼーションの際には立体障害が発生するので、ハイブリダイゼーションの効率が悪く、反応にも長時間を要し、更には、擬陽性又は偽陰性を示してしまう可能性もあるという技術的課題があった。
【0010】
そこで、本発明は、検出表面部位においてハイブリダイゼーションの場を提供する反応領域において、伸長状態の検出用ヌクレオチド鎖を整列固定させるように工夫することによって、ハイブリダイゼーション効率の向上を図ることを主な目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
上記技術的課題を解決するために、本発明においては、検出用ヌクレオチド鎖と該検出用ヌクレオチド鎖と相補性のある塩基配列を備える標的ヌクレオチド鎖との間のハイブリダイゼーションの場となる反応領域が、前記検出用ヌクレオチド鎖を電界によって伸長させ、誘電泳動の作用により前記反応領域に配列された走査電極部位に固定できる構成とされた「ハイブリダイゼーション検出部」及び該検出部を備える「センサーチップ」を提供するとともに、これらを用いて実施できる「ハイブリダイゼーション方法」を提供する。
【0012】
本発明では、前記反応領域に形成された電界によって検出用ヌクレオチド鎖を伸長させることができ、加えて、反応領域内に配列された走査電極の端部周辺領域に、局所的に不均一電界(電気力線が一部に集中する電界)を形成し、これにより、前記反応領域に存在する伸長状態の検出用ヌクレオチド鎖を走査電極の端部に向けて誘電泳動して、伸長状態とされた検出用ヌクレオチド鎖を、走査電極を構成する電極間に橋架けするように固定させていくことができるという作用・効果を得ることができる。
【0013】
ヌクレオチド鎖を伸長させるための電界を形成するための電極(対向電極、共通電極を含む。)並びに伸長状態とされた検出用ヌクレオチド鎖を固定するための走査電極の構成は、前記効果が得られる範囲内で適宜決定できる。電極が適当数設けられた走査電極においては、チップ所定箇所に設けられたスイッチを切り替えていくことで、電圧が印加される電極を順番に選択し、印加電極(印加状態にある電極)に近在する(伸長状態の)検出用ヌクレオチド鎖を、誘電泳動の作用によって電極側に引き付け、隣り合う走査電極の各端部間に橋架け状態となるように次々に固定させていくことが可能なる。
【0014】
この手段又は方法により、反応領域に滴下されて分散し、ブラウン運動によってランダムコイル状に絡み合った形態となっている(ハイブリダイゼーションには適さない形態の)検出用ヌクレオチド鎖を、伸長させてハイブリダイゼーションし易い直鎖状の形態に調整し、更に、検出用ヌクレオチド鎖を伸長状態のままで走査電極部位に整列固定させていくことによって、反応領域における検出用ヌクレオチド鎖の密度を平均化できる。
【0015】
反応領域内に整列固定された検出用ヌクレオチド鎖に対し、後添加されてくる標的ヌクレオチド鎖も同様の手段で伸長させて走査電極部位に引き付け、ハイブリダイゼーションさせることができる。伸長されたヌクレオチド鎖同士は、それぞれ塩基同士が重層することが無くなる結果、反応時の立体障害がなくなり、ハイブリダイゼーション反応が円滑に行われるようになる。
【0016】
なお、ヌクレオチド鎖の伸長は、1MV/m程度の高周波電界を印加すると、ヌクレオチド鎖(リン酸イオン等を備えるヌクレオチド鎖の陰電荷とイオン化した水素原子の陽電荷で構成される多数の分極ベクトルからなるヌクレオチド鎖)に誘電分極が生じ、その結果、ヌクレオチド分子が電界と平行に直線状に引き伸ばされるという原理に基づいている。
【0017】
本発明は、遺伝子の変異解析、SNPs(一塩基多型)分析、遺伝子発現頻度解析等において必須となるハイブリダイゼーションの検出を、効率良く実施できるハイブリダイゼーション検出部及び該検出部を備えるDNAチップ等のセンサーチップを、創薬、臨床診断、薬理ジェノミクス、法医学その他の関連産業界に提供するという技術的意義を有している。
【0018】
ここで、本発明における主な技術用語の定義付けを行う。本願において「ヌクレオチド鎖」とは、プリンまたはピリミジン塩基と糖がグリコシド結合したヌクレオシドのリン酸エステルの重合体を意味し、DNAプローブを含むオリゴヌクレオチド、ポリヌクレオチド、プリンヌクレオチドとピリミジンヌクレオチオドが重合したDNA(全長あるいはその断片)、逆転写により得られるcDNA(cDNAプローブ)、RNA、ポリアミドヌクレオチド誘導体(PNA)等を広く含む。
【0019】
「検出用ヌクレオチド鎖」は、前記検出表面に直接的に又は間接的に固定化されるヌクレオチド鎖であり、「標的ヌクレオチド鎖」は、前記検出用ヌクレオチド鎖と相補的な塩基配列を備えるヌクレオチド鎖であって、場合によっては、蛍光物質等により標識される。
【0020】
「ハイブリダイゼーション」は、相補的な塩基配列構造を備えるヌクレオチド鎖間の相補鎖(二重鎖)形成反応を意味する。
【0021】
「反応領域」は、液相中でのハイブリダイゼーション反応の場を提供できる試料溶液貯留領域である。この反応領域では、一本鎖ヌクレオチド間の相互反応、即ちハイブリダイゼーションに加え、検出用ヌクレオチド鎖から所望の二本鎖ヌクレオチドを形成し、該二本鎖ヌクレオチドとペプチド(又はタンパク質)の相互反応、酵素応答反応その他の分子間相互反応も行わせることができる。例えば、前記二本鎖ヌクレオチドを用いる場合は、転写因子であるホルモンレセプター等のレセプター分子と応答配列DNA部分の結合等を分析することができる。
【0022】
「立体障害(steric hindrance)」は、分子内の反応中心等の近傍に嵩高い置換基の存在や反応分子の姿勢や立体構造(高次構造)によって、反応相手の分子の接近が困難になることによって、所望の反応(本願では、ハイブリダイゼーション)が起こりにくくなる現象を意味する。
【0023】
「誘電泳動」は、電界が一様でない場において、分子が電界の強い方へ駆動する現象であり、交流電圧をかけた場合も、かけた電圧の極性の反転につれて分極の極性も反転するので、直流の場合と同様に駆動効果が得られる(監修・林 輝、「マイクロマシンと材料技術(シーエムシー発行)」、P37〜P46・第5章・細胞およびDNAのマニピュレーション参照)。
【0024】
「対向電極」は、電圧印加可能な一対の電極を意味する。「共通電極」は、複数の電極との間で電圧印加可能な電極を意味する。「走査電極」は、スイッチのオン/オフにより順次電圧印加可能な複数の電極が配列された電極群を意味する。
【0025】
「センサーチップ」は、石英ガラスや合成樹脂等で形成された基板に物質間の相互反応作用を検出できる検出表面及び反応領域が設けられたものを意味し、代表例としてDNAチップを挙げることができる。
【0026】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に基づいて、本発明の好適な実施形態について説明する。
【0027】
<第1実施形態>
まず、図1は、本発明に係るハイブリダイゼーション検出部(以下、「検出部」と略称する。)及びセンサーチップの第1実施形態(符号1a)の要部構成を表す図である。
【0028】
第1実施形態である検出部1aには、まず、反応領域Rが設けられている。この反応領域Rは、検出用ヌクレオチド鎖X又は標的ヌクレオチド鎖Yを含む試料溶液が添加される貯留領域であって、ハイブリダイゼーションの反応の場を提供する領域又は空間である。
【0029】
この反応領域Rには、対向電極A,Bが配置されている。この対向電極A,Bは、好適には平行に配置され、ともに電源V1に接続されている。図示されたスイッチsをオンにし、電源V1によって高周波電圧を印加すると、電極A,B間の反応領域Rに、均一電界(電気力線が一部に集中しない電界)が形成される(図1中の符号L1で示す線を参照)。
【0030】
前記対向電極A,Bの電界の条件は、約1×106V/m、約1MHzという条件が、好適である(Masao Washizu and Osamu Kurosawa:”Electrostatic Manipulation of DNA in Microfabricated Structures”,IEEE Transaction on Industrial Application Vol.26,No.26,p.1165-1172(1990)参照)。以下説明するすべての電界条件は、これと同様であるので説明を割愛する。
【0031】
前記均一電界L1の作用によって、前記反応領域R中にランダムコイル状等の形態で分散して存在している検出用ヌクレオチド鎖Xを、前記均一電界L1に沿った方向に伸長させ、直鎖状とすることができる(原理については既述)。
【0032】
続いて、対向電極A,Bの間には、対向電極A,Bと直交するように、第2の対向電極G,C(C1,C2,C3,・・・Cx,Cy,Cz)が配置されており、それぞれ図示された電源V2に接続又は接続可能に構成されている。
【0033】
検出部1aにおいては、電極Gに一つの矩形状電極が採用され、一方の電極C群には、所定距離を隔てて、前記電極Gに対向するように各電極が配置された走査電極が採用されている。即ち、走査電極C群は、スイッチS1,S2,S3・・・Sx,Sy,Szを順次オン/オフすることによって、隣り合う一対の走査電極D間に次々に電圧が印加されていく構成を備える。導通状態では、各走査電極間(例えば、GとCx,Cy間)の各領域に(特に走査電極Cの端部周辺に)、電気力線が集中する不均一電界L2が形成される(図3参照)。
【0034】
なお、走査電極C群の各電極C1,C2・・・Czの配置間隔は、伸長状態の検出用ヌクレオチド鎖X’を橋架けするように固定する目的から、前記検出用ヌクレオチド鎖X’の分子長以下とする(以下、すべての実施形態において同様)。
【0035】
次に、図2(A)は、図1中のI−I線矢視断面図であり、図2(B)は、図2(A)で示された検出部1aの変形形態(符号1'a)を表すI−I線矢視断面図である。
【0036】
図2(A)で示されているように、検出部1aとその変形形態1'aは、石英ガラスやシリコン、ポリカーボネート、ポリスチレン等の合成樹脂で形成された基板M1,M2の間の狭小な間隙に設けられている。検出部1aでは、電極A,B等の厚みと反応領域Rの深さ(又は幅)が一致している。
【0037】
場合によっては、図2(B)に示される検出部1'aのように、誘電体Uによって各電極A,B等を挟持させた構成とし、これにより基板M1,M2の間隔を広げ、反応領域Rの容積を増やすようにしてもよい。また、図示はしないが、反応領域Rには、走査電極C群を反応領域Rの深さ方向に複数列並べて配置してもよい。
【0038】
ここで、図3は、前記検出部1a(又は1'aでもよい。)において、対向電極A−B間に電圧が印加され、かつ第2対向電極G−Cx間及びG−Cy間に電圧が印加されて、走査電極Cx、Cy付近に不均一電界L2が形成された状態を表している。この図3では、反応領域Rに対して標的ヌクレオチド鎖Yが既に添加された状態が示されており、対向電極A−B間に形成された電界(L1)は、省略されて表されている。
【0039】
図3に示すように、対向電極A、Bによる均一電界の作用で伸長された検出用ヌクレオチド鎖Xは、近在する走査電極C1−C2,C2−C3・・・Cx−Cy・・・の間に向けて誘電泳動によって駆動され、各電極Dの端部d−d間に橋架けされた状態で固定される。
【0040】
図3中における符号X'は、隣り合う走査電極C間に固定された状態の検出用ヌクレオチド鎖を示している(他の図面でも同様)。なお、この図3は、スイッチSx、Syがオンされ、電極GとCx−Cy間に不均一電界L2が形成されている段階を示している。
【0041】
ここで、反応領域Rに後添加されてきた標的ヌクレオチド鎖Yは、対向電極A,Bによって形成された均一電界の作用を受けて、検出用ヌクレオチド鎖Xと同様に伸長される。この伸長された標的ヌクレオチド鎖Y(の相補配列部分)は、電極C間に固定化された状態の(伸長された)検出用ヌクレオチド鎖X'に引き寄せられると、立体障害の影響もなく、効率の良いハイブリダイゼーションが進行する。
【0042】
<第2実施形態>
次に、図4は、本発明に係る検出部及びセンサーチップの第2実施形態(符号1b)の要部構成を表している。
【0043】
この検出部1bは、上記した第1実施形態である検出部1a(1'a)と異なり、各走査電極群C1,C2,C3・・・Cx,Cy,Czに対向する電極(図1,図3中の符号Gに相当する電極)が設けられていない。隣り合う走査電極間C1−C2,C2−C3,・・・Cx−Cy,・・・に対しては、図示された所定のスイッチS群のオン/オフ手順に基づき、図示された電源V3から電圧が順次印加される構成となっている。
【0044】
この図4では、対向電極A−B、走査電極Cx−Cyに電圧が印加され、走査電極Cx−Cy間に不均一電界L2が形成され、走査電極Cx−Cy間に固定された検出用ヌクレオチド鎖X'に向けて標的ヌクレオチド鎖Yが引き付けられている状態(矢印部分参照)が例示されている。
【0045】
<第3実施形態>
図5は、本発明に係る検出部及びセンサーチップの第3実施形態(符号1c)の構成を表している。
【0046】
図5で表された検出部1cは、対向電極A,Bの間の領域に、電源V3によって印加される走査電極C群と電源V4によって印加される走査電極D群とを対向するように配置させている。具体的には、並んで配列された走査電極C1,C2,C3・・・Cx,Cy,Czに対して、それぞれ対向するように走査電極D1,D2,D3・・・Dx,Dy,Dzが配設されている。
【0047】
この図5では、対向電極A−B、走査電極Cx−Cy、Dx−Dyに印加され、標的ヌクレオチド鎖Yが、不均一電界L2の作用によって、走査電極Cx−Cy間、Dx−Dy間にそれぞれ固定された検出用ヌクレオチド鎖X'に引き付けられている状態(矢印部分参照)が例示されている。
【0048】
<第4実施形態>
続いて、図6は、本発明に係る検出部及びセンサーチップの第4実施形態(符号1d)の要部構成を表している。
【0049】
この検出部1dは、第3実施形態である検出部1cと同様に、並設された走査電極C1,C2,C3・・・Cx,Cy,Czに対して、それぞれ対向するように走査電極D1,D2,D3・・・Dx,Dy,Dzが配設されている。走査電極C群とD群は、共通の電源V5によって印加される構成を備えている。
【0050】
この図6では、対向電極A−B、走査電極Cx−Dx,Cy−とDyにそれぞれ印加され、不均一電界L2の作用によって、標的ヌクレオチド鎖Yが固定された検出用ヌクレオチド鎖X'に引き付けられている状態(矢印部分参照)が例示されている。
【0051】
続いて、電圧印加操作例を図7、図8について説明する。なお、図7は、検出部1aに対応する電圧印加操作例(3例)、図8は、検出部1bに対応する電圧印加操作例(3例)をそれぞれ表している。
【0052】
図1の検出部1aを例に説明すると、図7(A)に示すように、対向電極A−B間に印加している電圧は、走査電極を順番にオンしていくときに(G−C1・C2→G−C2・C3→・・・)、常時印加オンとしてもよい。
【0053】
また、図7(B)に示すように、対向電極A−B間に印加している電圧は、走査電極を順番にオンするたびにオフするようにしてもよい。
【0054】
更に、図7(C)に示すように、対向電極A−B間に印加している電圧は、走査電極に印加するときはオフするようにしてもよい。これらの電圧印加操作を繰り返すことによって、検出用ヌクレオチド鎖Xは走査電極に確実に固定できる。
【0055】
図4の検出部1bを例に説明すると、図8(A)に示すように、対向電極A−B間に印加している電圧は、走査電極を順番にオンしていくときに(C1−C2→C2−C3→・・・)、常時印加オンとしてもよい。
【0056】
また、図8(B)に示すように、対向電極A−B間に印加している電圧は、走査電極を順番にオンするたびにオフするようにしてもよい。
【0057】
更に、図8(C)に示すように、対向電極A−B間に印加している電圧は、走査電極に印加するときはオフ状態にしてもよい。これらの電圧印加操作を繰り返すことによって、検出用ヌクレオチド鎖Xは走査電極に確実に固定できる。なお、既述した検出部1c、検出部1dについても、上記同様の電圧印加操作を実施できる。
【0058】
なお、図7(B)、(C)、図8(B)、(C)の場合のように、対向電極A−B間に対する電圧をオン/オフして断続的に印加すると、固定された検出用ヌクレオチド鎖X'に対して、反応領域R中の標的ヌクレオチド鎖Yを段階的に接近させたり、あるいは標的ヌクレオチド鎖Yを前後に移動させたり、更には、反応のタイミングを調整したりすることができるという利点がある。
【0059】
また、対向電極A−B間に対する電圧の印加をオフにすることによって、直鎖状の標的ヌクレオチド鎖Yと直鎖状の検出用ヌクレオチド鎖X'との間の相補鎖形成反応、即ちハイブリダイゼーションを、専らブラウン運動に委ねて進行させることができる。
【0060】
以上の電圧印加操作により、直鎖状に伸長されて走査電極D群等に固定された状態の検出用ヌクレオチド鎖X'とこれと同様に直鎖状に伸長された標的ヌクレオチド鎖Yの相補性のある塩基間の水素結合の形成は、立体障害が少なくなり、効率良く進行することになる。
【0061】
即ち、検出用ヌクレオチド鎖X'と前記標的ヌクレオチド鎖Yとのハイブリダイゼーション反応が効率良く進行するという結果が得られる。この結果、ハイブリダイゼーションの反応時間が短縮されるとともに、擬陽性又は偽陰性を示す確率も減少するという好ましい結果が得られる。
【0062】
<第5実施形態>
図9は、本発明に係る検出部及びセンサーチップの第5実施形態(符号1e)の要部構成を表している。
【0063】
符号1eで示された検出部には、反応領域Rが設けられており、この反応領域Rには、符号Gで示される共通電極と、この共通電極Gとそれぞれ平行に配置された走査電極群C(C1〜Cz)と、が配設されている。
【0064】
共通電極Gは、電源V1に接続されており、一列に配置された走査電極群Cの各電極C1〜Czは、スイッチS1〜Szを順にオンにしていくことで電源V1に接続される構成となっている。図9は、スイッチSyがオンにされ、電極G−Cy間に電圧が印加され、走査電極Cyの端部周辺に不均一電界L2が形成されている状態(段階)を示している。
【0065】
共通電極Gと走査電極群Cを構成する各電極C1〜Czとの間に、スイッチS1〜Szを切り替えて、高周波電圧を順番に印加していくと、電極Gと各電極C1〜Czの間の反応領域Rには、不均一電界L2が形成される。
【0066】
前記電界の作用によって、前記反応領域R中にランダムコイル状等の形態で分散して存在している検出用ヌクレオチド鎖Xは、前記電界に沿った方向に伸長し、直鎖状とされる。このヌクレオチド鎖の伸長作用と同時に、電圧が印加された各電極C1〜Czの端部E周辺に形成された不均一電界L2により、前記反応領域Rにおいて伸長状態とされた検出用ヌクレオチド鎖Xは、各電極C1〜Czの各端部Eに向けて誘電泳動され、検出用ヌクレオチド鎖Xは、各電極間(C1−C2,C2−C3,・・・Cy−Cz)に橋架けされるように固定される。
【0067】
より具体的には、反応領域Rにおいて伸長状態とされた検出用ヌクレオチド鎖Xの一端部は、不均一電界L2による誘電泳動により電極C1の端部E1に引き寄せられて接着し、続いて、該ヌクレオチド鎖Xの残りの他端部は、次に電圧印加される隣の電極C2の端部E2に引き寄せられて接着固定される。このようにして、検出用ヌクレオチド鎖Xは、各電極間(C1−C2,C2−C3,・・・Cy−Cz)に橋架けされるように固定されることになる。なお、図9中の符号X'は、電極端部に固定された状態の検出用ヌクレオチド鎖を表している。
【0068】
<第6実施形態>
続いて、図10は、本発明に係る検出部及びセンサーチップの第6実施形態(符号1f)の要部構成を表す図である。
【0069】
検出部1fには、上記検出部1eと同様に、反応領域Rに共通電極Gが設けられている。この検出部1fには、2列の走査電極C群,Dが配設されており、走査電極C群を構成する各電極C1,C2,C3・・・Cx,Cy・・Czの各電極端部Eは、走査電極D群を構成する各電極D1,D2,D3・・・Dx,Dy・・Dzの各電極端部eとそれぞれ対向するように配置されている。
【0070】
ここで、走査電極C群の各電極C1〜Czは、スイッチS1〜Szを順にオンにしていくことで電源V1に導通され、走査電極D群の各電極D1〜Dzは、スイッチs1〜szを順にオンにしていくことで電源V1に導通される構成となっている。即ち、スイッチS1及びs1をオンすると、共通電極G−C1,D1間に電圧が印加され、スイッチS2及びs2をオンすると、共通電極G−C2,D2間に電圧が印加される。なお、図2は、スイッチSy、syがオンにされ、電極G−Cy,Dy間に電圧が印加された状態を示している。
【0071】
<第7実施形態>
続いて、図11は、本発明に係る検出部及びセンサーチップの第7実施形態(符号1g)の要部構成を表す図である。
【0072】
図3に示された検出部1gには、上記検出部1e,1fと同様に、反応領域Rに共通電極Gが設けられているとともに、2列の走査電極D群,F群が配設されている。走査電極D群を構成する各電極D1,D2,D3・・・Dx,Dy・・Dzの各電極端部Eは、走査電極F群を構成する各電極F1,F2,F3・・・Fx,Fy・・Fzの各電極端部eとそれぞれ対向するように配置されている。
【0073】
走査電極D群の各電極D1〜Dzは、スイッチS1〜Szを順にオンにしていくことで電源V1に導通され、走査電極F群の各電極F1〜Fzは、スイッチs1〜szを順にオンにしていくことで電源V1に導通される構成となっている。即ち、スイッチS1及びs1をオンすると、共通電極G−D1,F1間に電圧が印加され、スイッチs2及びS2をオンすると、共通電極G−D2,F2間に電圧が印加される。なお、図11は、スイッチSy、syがオンにされ、電極G−Dy,Fy間に電圧が印加された状態を示している。
【0074】
ここで、図11の第7実施形態においては、各電極D1とF1,D2とF2,D3とF3・・・DzとFzの間の距離Hが徐々に長くなるように構成されている。この走査電極D群、F群を構成する各対向電極間の距離Hを徐々に長くし、電極間の反応場が徐々に拡大する構成を採用したことによって、反応領域Rにおいて、電圧印加された電極(の端部)に向けて誘電泳動する検出用ヌクレオチド鎖Xは、隣接する電極(電圧が印加されていない電極)によって物理的に邪魔されることなく、自由に移動できるようになるという望ましい効果が得られる。なお、標的ヌクレオチド鎖Yの誘電泳動の際にも同様の効果が得られる。
【0075】
次に、図12(A)は、図9中のII−II線矢視断面図であり、図12(B)は、検出部1eの変形形態(符号1'e)を表すII−II線矢視断面図である。
【0076】
図12に示されているように、検出部1e、1'eは、石英ガラスやシリコン、ポリカーボネート、ポリスチレン等の合成樹脂で形成された基板M1,M2の間の狭小な間隙に配設されており、検出部1eでは、共通電極G,走査電極群Cの厚みと反応領域Rの深さ(又は幅)が一致した構成が採用されている。
【0077】
場合によっては、図12(B)の検出部1'eのように、誘電体Uによって共通電極G,走査電極群Cを挟持させる構成も採用できる。これにより基板M1,M2の間隔を広げ、反応領域Rの容積を増やすことができる。なお、図示はしないが、反応領域Rには、走査電極C群を反応領域Rの深さ方向に複数列並べて配置してもよい(検出部1f、1gにおいても同様)。
【0078】
上記構成の検出部1e〜1gでは、反応領域Rに添加された標的ヌクレオチド鎖Yは、電極G−C(C1〜Cz)、G−D(D1〜Dz)、G−F(F1〜Fz)のそれぞれの間に形成された不均一電界L2の作用を受けて、検出用ヌクレオチド鎖Xと同様に電界の作用で伸長されながら、走査電極C群、D群、F群に固定化された状態の(伸長された)検出用ヌクレオチド鎖X'に引き寄せられ、立体障害の影響もなく、効率の良いハイブリダイゼーションが進行する。
【0079】
なお、図9は、走査電極Cx−Cy間に固定された検出用ヌクレオチド鎖X'と伸長作用を受けた標的ヌクレオチド鎖Yとの間でハイブリダイゼーションが進行する様子、図10は、走査電極Cx−Cy間並びにDx−Dy間に固定された検出用ヌクレオチド鎖X'と伸長作用を受けた標的ヌクレオチド鎖Yとの間でハイブリダイゼーションが進行する様子、図11は、走査電極Dx−Dy間並びにFx−Fy間に固定された検出用ヌクレオチド鎖X'と伸長作用を受けた標的ヌクレオチド鎖Yとの間でハイブリダイゼーションが進行する様子を、それぞれ模式的に示していることに言及しておく。
【0080】
続いて、電圧印加操作例を図13に基づいて説明する。なお、図13(A)は、検出部1eに対応する電圧印加操作例、図13(B)は、検出部1fに対応する電圧印加操作例、図13(C)は、検出部1gに対応する電圧印加操作例をそれぞれ表している。
【0081】
図9の検出部1eでは、図13(A)に示すように、電極G−C1、電極G−C2・・・間に、順番に電圧を印加していき、図10の検出部1fでは、図13(B)に示すように、電極G−C1・D 1 、電極G−C2・D 2 ・・・間に、順番に電圧を印加していき、図11の検出部1gでは、図13(C)に示すように、電極G−D1・F1、電極G−D2・F2・・・間に、順番に電圧を印加していく。なお、それぞれの電圧印加時間は適宜決定できる。
【0082】
また、上記順番の一連の電圧印加操作を必要に応じて複数回繰り返してもよい。一連の電圧印加操作を繰り返すことによって、検出用ヌクレオチド鎖Xは走査電極により確実に固定できるという効果が得られる。
【0083】
更に、図14に示すように、各検出部1e〜1gにおける各電極間の電圧印加の際に、電圧のオン/オフを所望の回数だけ繰り返して、断続的に電圧を印加することによって、検出用ヌクレオチド鎖Xの固定のタイミングを調整したり、あるいは既に固定された状態の検出用ヌクレオチド鎖X'に対して、反応領域R中の標的ヌクレオチド鎖Yを段階的に接近させたり、または標的ヌクレオチド鎖Yを前後に移動させたり、更には、反応のタイミングを調整したりすることが可能となる。
【0084】
また、各電極間における電圧印加の際に、電圧オフとなる時間T(図14参照)を確保することによって、直鎖状の標的ヌクレオチド鎖Yと直鎖状の検出用ヌクレオチド鎖X'との間の相補鎖形成反応、即ちハイブリダイゼーションを、専らブラウン運動に委ねて進行させることができる。
【0085】
以上の電圧印加操作により、直鎖状に伸長された状態で、検出部1e〜1gの走査電極C群、D群、F群に固定された状態の検出用ヌクレオチド鎖X'と該検出用ヌクレオチド鎖X'と同様に直鎖状に伸長された標的ヌクレオチド鎖Yとの相補性のある塩基間の水素結合の形成は、立体障害の問題もなく、効率良く進行する。即ち、検出用ヌクレオチド鎖X'と前記標的ヌクレオチド鎖Yとのハイブリダイゼーション反応が効率良く進行するという結果が得られる。この結果、ハイブリダイゼーションの反応時間が短縮されるとともに、擬陽性又は偽陰性を示す確率も減少するという好ましい結果が得られる。
【0086】
<第8実施形態>
図15は、本発明に係る検出部及びセンサーチップの第8実施形態(符号1h)の要部構成を表す図である。
【0087】
検出部1hは、検出用ヌクレオチド鎖Xと該検出用ヌクレオチド鎖Xと相補性のある塩基配列を備える標的ヌクレオチド鎖Yとの間のハイブリダイゼーションの場となる反応領域Rを備える。そして、この反応領域Rに配列された第1走査電極C群と、前記第1走査電極C群と各電極の端部同士が対向するように配列された第2走査電極D群と、を備える。
【0088】
前記第1走査通電極C群の隣り合う電極間並びに前記第2走査電極D群の隣り合う電極間に、それぞれ電圧を順次印加していくことによって電界を形成し、検出用ヌクレオチド鎖を前記電界によって伸長させながら印加走査電極へ向けて誘電泳動し、伸長状態の検出用ヌクレオチド鎖X’を走査電極間に橋架けするように固定することができる。
【0089】
なお、図15は、電源V4によって走査電極Cx−Cyに電圧が印加され、電源V5により走査電極Dx−Dyに電圧が印加されて、不均一電界L2が形成されている状態を表している。
【0090】
<第9実施形態>
図16、図17は、本発明に係る検出部及びセンサーチップの第9実施形態(符号1i)の要部構成を表す図である。
【0091】
検出部1iには、まず、反応領域Rが設けられ、この反応領域Rには、対向電極G、C(C1、C2、C3、・・・Cx、Cy、Cz)が配置されており、図示された電源V1及びV2に接続可能な状態に構成されている。
【0092】
この検出部1iにおいては、電極Gに1つの矩形状電極が採用されており、一方の電極C群は、所定間隔を隔てて電極Gに対向配置された走査電極とされている。スイッチSおよびS1、S2、S3、・・・Sx、Sy、SzおよびスイッチW1、W2、W3、・・・Wx、Wy、Wzを順次オン/オフすることによって、電極Gと電極C1、C2、C3・・・Cx、Cy、Cz間に次々に電圧が印加される構成となっている。
【0093】
更に、走査電極C群は、スイッチS1、S2、S3、・・・Sx、Sy、SzおよびスイッチW1、W2、W3、・・・Wx、Wy、Wzを順次オン/オフすることによって、隣り合う一対の走査電極C間に次々に電圧が印加されていく構成となっている。電極Gと走査電極C群間の導通状態においては、走査電極C群の端部に不均一電界L2が形成され(図16参照)、走査電極C群を構成する走査電極間(例えば、C1とC2の間)の導通状態においては、各走査電極端部に不均一電界L2が形成される(図17参照)。
【0094】
図16、図17で示された第9実施形態では、選択された一つの前記走査電極(例えば、図16に示すようにC1)に、伸長された状態の検出用ヌクレオチド鎖X’の一端を固定させる手順と、該手順に続いて、隣の走査電極(例えば、C2)に前記検出用ヌクレオチド鎖の他端を固定させることによって、隣り合う走査電極間(例えば、C1−C2)に前記検出用ヌクレオチド鎖X’を架橋するように固定する手順と、を行い、この架橋固定された検出用ヌクレオチド鎖X’に(伸長された)標的ヌクレオチド鎖をハイブリダイゼーションさせる方法を実施できる。この方法は、走査電極群とこれらに対向する共通電極Gを備える任意の構成によって実施できる。
【0095】
次に、図18(A)は、図16、図17中のIII−III線矢視断面図であり、図18(B)は、図18(A)で示された検出部1iの変形形態(符号1'i)を示すIII−III線矢視断面図である。
【0096】
図18(A)で示されているように、検出部1i、1'iは、石英ガラスやシリコン、ポリカーボネート、ポリスチレン等の合成樹脂で形成された基板M1、M2の間の狭小な間隙に設けられている。検出部1iでは、電極C等の厚みと反応領域Rの深さ(又は幅)が一致している。
【0097】
場合によっては、図18(B)に示される検出部1'iのように、誘電体Uによって各電極C群を挟持させた構成とし、これにより基板M1、M2の間隔を広げ、反応領域Rの容量を増やすようにしてもよい。また、図示はしないが、反応領域Rには、走査電極C群を複数列並べて配置しても良い。
【0098】
ここで、図16は、前記検出部1i(又は1'i)において、図示されたスイッチSおよびS1をオンにし、電源V1によって対向電極G−C1間に高周波電圧を印加した状態を表している。
【0099】
電極G−C1間に高周波電圧が印加されると前記反応領域Rには、不均一電界L2が形成される。その不均一電界L2の作用によって、前記反応領域R中にランダムに分散して存在している検出用ヌクレオチド鎖Xを、前記不均一電界L2に沿った方向に伸長させ、直鎖状とすることができる。さらに、不均一電界L2中で前記検出用ヌクレオチド鎖Xは、誘電泳動によって駆動され、電界強度の強い電極C1の端部に伸長した状態でその一端が固定される。
【0100】
次にスイッチSをオフにすることにより、電極G−C1間に印加した高周波電圧を切る。それと同時あるいはその後に、スイッチS2及びW2〜Wzをオンにすることにより、電源V2によって電極C1−C2間に高周波電圧を印加する。前記C1に一端が固定された検出用ヌクレオチド鎖X’の固定されていない他端が、電極C1−C2間に生じた不均一電界の電気力線に沿った方向に移動し、電界強度の大きい電極C2の端部に固定される。
【0101】
ついで、スイッチS2,W1をオン、S1,W2をオフにし、同様に検出用ヌクレオチド鎖Xの一端を走査電極C2端部に固定した後、スイッチS,W2をオフ、スイッチS3およびW1およびW3〜Wzをオンにし、走査電極C2−C3間に、伸長状態にある検出用ヌクレオチドX’を固定させる。
【0102】
以上のように、順次電極間に印加される電圧を走査していくことにより、走査電極B群の各電極端部間に検出用ヌクレオチド鎖X’を固定させることができる。図17には、走査電極Cx−Cy間に検出用ヌクレオチドX’が橋渡し固定されている状態が示されている。
【0103】
また、図示はしないが、電極G−C群に一度に高周波電圧を印加し、検出用ヌクレオチド鎖を走査電極C群の各端部に伸長配列させた後、走査電極C群の隣接する電極間への電界印加を走査することによって、前記検出用ヌクレオチドX’を走査電極C群の各電極間に橋渡し固定させても良い。
【0104】
ここで、反応領域Rに後に添加されてきた標的ヌクレオチド鎖は、共通電極G、C群により形成された不均一電界の作用を受けて、検出用ヌクレオチド鎖Xと同様に伸長され、走査電極B群の端部に誘電泳動により引き寄せられる。この走査電極B群に引き寄せられた標的ヌクレオチド鎖は、走査電極B群の各端部に固定された状態の検出用ヌクレオチド鎖X’と、立体障害の影響もなく、効率の良いハイブリダイゼーションが進行する。
【0105】
なお、前記標的ヌクレオチド鎖を電極B群へと誘電泳動させるために、共通電極G−C1間〜G−Cx間のように印加する電界を順次走査しても良いし、複数の電極C群を同電位にして一度に電極G−C間に電界を印加してもよい。
【0106】
図19は、以上説明した全ての走査電極の中で、走査電極Cx〜Cyを代表例として、走査電極の端部Eの代表的な実施例を表す(他の走査電極D、Fも同様)。図19(A)は、端部Eaが矩形状の走査電極、図19(B)は端部Ebが三角形状の走査電極、図19(C)は端部Ecが円弧状の走査電極をそれぞれ表している。電気力線を集中させて不均一電界L2を形成し易く、かつ検出用ヌクレオチド鎖Xを固定し易い形状でもあることから、端部Ecが円弧状の走査電極が特に好適と考えられる。
【0107】
なお、走査電極端部E(Ea,Eb,Ec)の表面は、検出用ヌクレオチド鎖Xの末端がカップリング反応等の反応によって固定されるように表面処理してもよい。一例を挙げれば、ストレプトアビジンによって表面処理された検出表面の場合には、ビオチン化されたヌクレオチド鎖末端の固定化に適している。
【0108】
なお、ハイブリダイゼーションの検出は、慣用の方法によって実施でき、例えば、標的ヌクレオチド鎖Yに標識された蛍光色素や二重鎖ヌクレオチドの塩基間に特異的に結合するPOPO−1やTOTO−3等の蛍光インターカレータに励起光を照射し、得られる蛍光を慣用のディテクタを用いて検出できる。
【0109】
より具体的には、レーザー光(例えば、青色レーザー光)を照射して反応領域Rを励起し、蛍光強度の大きさを検出器(図示せず。)によって検出し、検出用ヌクレオチド鎖X‘と標的ヌクレオチド鎖Yとの間のハイブリダイゼーションの状態を判断する。最後に、各反応領域Rに対する蛍光強度をA/D変換し、結合反応割合をコンピュータの画面に分布表示することによって、視覚化することができる。
【0110】
【発明の効果】
本発明は、DNAチップ等のセンサーチップ表面部位においてハイブリダイゼーションの場を提供する反応領域に、伸長状態に調整された検出用ヌクレオチド鎖を反応領域中(の走査電極間)に整列固定させることによって、ハイブリダイゼーション効率の向上、反応時間の短縮、偽陽性又は偽陰性の発生防止等を確実に達成できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るハイブリダイゼーション検出部(1a)及びセンサーチップの要部構成を表す図
【図2】(A)図1に表された検出部(1a)のI−I線矢視断面図
(B)(A)図で示された検出部(1a)の変形形態(1'a)を表すI−I
【図3】検出部1a(又は1'a)において、対向電極A−B間に電圧が印加され、かつ第2対向電極G−Cx間及びG−Cy間に電圧が印加されて、走査電極Cx、Cy付近に不均一電界L2が形成された状態を表す図
【図4】本発明に係る検出部及びセンサーチップの第2実施形態(符号1b)の要部構成を表す図
【図5】本発明に係る検出部及びセンサーチップの第3実施形態(符号1c)の要部構成を表す図
【図6】本発明に係る検出部及びセンサーチップの第4実施形態(符号1d)の要部構成を表す図
【図7】検出部(1a)の対する電圧印加操作(3例)を表す図
【図8】検出部(1b)に対応する電圧印加操作例(3例)を表す図
【図9】本発明に係る検出部及びセンサーチップの第5実施形態(符号1e)の要部構成を表す図
【図10】本発明に係る検出部及びセンサーチップの第6実施形態(符号1f)の要部構成を表す図
【図11】本発明に係る検出部及びセンサーチップの第7実施形態(符号1g)の要部構成を表す図
【図12】(A)図9中のII−II線矢視断面図
(B)検出部(1e)の変形形態(符号1'e)を表すII−II線矢視断面図
【図13】(A)検出部(1e)に対応する電圧印加操作例を表す図
(B)検出部(1f)に対応する電圧印加操作例を表す図
(C)検出部(1g)に対応する電圧印加操作例を表す図
【図14】他の電圧印加操作例を表す図
【図15】本発明に係る検出部及びセンサーチップの第8実施形態(符号1h)の要部構成を表す図
【図16】本発明に係る検出部及びセンサーチップの第9実施形態(符号1i)の要部構成を表す図
【図17】同第9実施形態(符号1i)の要部構成を表す図
【図18】(A)図16、図17中のIII−III線矢視断面図
(B)前図(A)で示された検出部1iの変形形態(符号1'i)を示すIII−III線矢視断面図
【図19】(A)走査電極の矩形状端部(Ea)を表す図
(B)走査電極の三角形状端部(Eb)を表す図
(C)走査電極の円弧状端部(Ec)を表す図
【符号の説明】
1(1a〜1i) ハイブリダイゼーション検出部
A,B 対向電極
C(C1,C2,C3,・・・Cx,Cy,Cz) 走査電極(群)
D(D1,D2,D3,・・・Dx,Dy,Dz) 走査電極(群)
F(F1,F2,F3,・・・Fx,Fy,Fz) 走査電極(群)
E,e 電極端部
G 共通電極
R 反応領域
S,s,W スイッチ
V 電源
X 検出用ヌクレオチド鎖
X'固定化された検出用ヌクレオチド鎖
Y 標的ヌクレオチド鎖[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a technique related to a hybridization detection unit that can be suitably used for a sensor chip such as a DNA chip. More specifically, the present invention relates to a technique for improving hybridization efficiency by aligning and fixing an extended detection nucleotide chain to a predetermined electrode site in a reaction region that provides a hybridization field.
[0002]
[Prior art]
The main prior art of the present invention will be described below. Currently, integrated substrates for bioassays called DNA chips or DNA microarrays (hereinafter collectively referred to as “DNA chips”), in which predetermined DNA is finely arranged by microarray technology, are used for gene mutation analysis, SNPs (single nucleotides). Polymorphism) analysis, gene expression frequency analysis, etc., and has begun to be widely used in drug discovery, clinical diagnosis, pharmacogenomics, forensic medicine and other fields.
[0003]
Since this DNA chip has a large number of DNA oligo chains and cDNA (complementary DNA) integrated on a glass substrate or silicon substrate, comprehensive analysis of intermolecular interactions such as hybridization becomes possible. It is characterized by dots.
[0004]
To briefly explain an analysis method using a DNA chip, a fluorescent probe dNTP is obtained by reverse transcription PCR reaction or the like by extracting mRNA extracted from cells, tissues, etc. with respect to a DNA probe solid-phased on a glass substrate or a silicon substrate. In this method, PCR amplification is carried out while incorporating, hybridization is performed on the substrate, and fluorescence is measured with a predetermined detector.
[0005]
Here, DNA chips can be classified into two types. The first type is one in which oligonucleotides are directly synthesized on a predetermined substrate using a photolithographic technique applying a semiconductor exposure technique, and a typical one is by Affymetrix (Affymetrix). (For example, refer to Patent Document 1). Although this type of chip has a high degree of integration, there is a limit to DNA synthesis on the substrate, and the length is about several tens of bases.
[0006]
The second type is also referred to as “Stanford method”, and is prepared by dispensing and solidifying a prepared DNA on a substrate using a tip-breaking pin ( For example, see Patent Document 2). This type of chip is less integrated than the former, but has the advantage that a DNA fragment of about 1 kb can be immobilized.
[0007]
[Patent Document 1]
Japanese National Patent Publication No. 4-505863
[Patent Document 2]
Japanese National Patent Publication No. 10-503841
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above-described conventional DNA chip technology, the nucleotide chain for detection such as a DNA probe immobilized on the detection surface site (spot site) is tangled or rounded in a random coil shape due to the action of Brownian motion. In addition, the integration density was uneven on the detection surface.
[0009]
For this reason, steric hindrance occurs during hybridization with the target nucleotide chain, so that the efficiency of hybridization is poor, the reaction takes a long time, and further, it may show false positive or false negative. There was also a technical problem.
[0010]
Therefore, the present invention mainly aims to improve hybridization efficiency by devising to align and fix the extended detection nucleotide chain in the reaction region that provides a hybridization field at the detection surface site. Objective.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above technical problem,The present inventionIn, a reaction region that becomes a hybridization field between the detection nucleotide chain and a target nucleotide chain having a base sequence complementary to the detection nucleotide chain extends the detection nucleotide chain by an electric field, A “hybridization detection unit” and a “sensor chip” including the detection unit, which are configured to be fixed to scan electrode sites arranged in the reaction region by the action of dielectrophoresis, can be implemented using these. Hybridization methods "are provided.
[0012]
In the present invention, the detection nucleotide chain can be extended by the electric field formed in the reaction region, and in addition, the region around the edge of the scan electrode arranged in the reaction region is locally unevenly distributed ( An electric field in which electric lines of force concentrate in part) is formed, and the extended detection nucleotide chain existing in the reaction region is dielectrophoresed toward the end of the scanning electrode to be in the extended state. It is possible to obtain an action and an effect that the detection nucleotide chain can be fixed so as to be bridged between the electrodes constituting the scanning electrode.
[0013]
The above-described effects can be obtained by the configuration of an electrode (including a counter electrode and a common electrode) for forming an electric field for extending the nucleotide chain and a scanning electrode for fixing the extended nucleotide chain for detection. It can be appropriately determined within the range. In a scanning electrode with an appropriate number of electrodes, by switching a switch provided at a predetermined position on the chip, the electrodes to which a voltage is applied are selected in order, and the electrodes are close to the applied electrodes (electrodes in the applied state). Existing (extended) nucleotide chains for detection can be attracted to the electrode side by the action of dielectrophoresis and fixed one after another so as to be bridged between the ends of adjacent scanning electrodes. .
[0014]
By this means or method, the detection nucleotide chain that is dropped and dispersed in the reaction region and entangled in a random coil shape by Brownian motion (in a form not suitable for hybridization) is extended and hybridized. The density of the nucleotide chains for detection in the reaction region can be averaged by adjusting to a linear form that can be easily performed, and by aligning and fixing the nucleotide chains for detection to the scanning electrode site in an elongated state.
[0015]
The target nucleotide chain added after the detection nucleotide chain aligned and fixed in the reaction region can be extended by the same means, attracted to the scanning electrode site, and hybridized. In the extended nucleotide chains, the bases do not overlap each other. As a result, there is no steric hindrance during the reaction, and the hybridization reaction can be carried out smoothly.
[0016]
The elongation of the nucleotide chain is determined by applying a high-frequency electric field of about 1 MV / m from a number of polarization vectors composed of the nucleotide chain (negative charge of the nucleotide chain comprising phosphate ions and the like and the positive charge of ionized hydrogen atoms). This is based on the principle that a dielectric polarization occurs in the nucleotide chain, which results in the nucleotide molecule being stretched linearly parallel to the electric field.
[0017]
The present invention relates to a hybridization detection unit capable of efficiently performing hybridization detection essential for gene mutation analysis, SNPs (single nucleotide polymorphism) analysis, gene expression frequency analysis, and the like, a DNA chip including the detection unit, and the like This technology has the technical significance of providing such sensor chips to drug discovery, clinical diagnosis, pharmacogenomics, forensic medicine and other related industries.
[0018]
here,The present inventionDefinition of main technical terms in. In the present application, the term “nucleotide chain” means a polymer of a phosphate ester of a nucleoside in which a purine or pyrimidine base and a sugar are glycosidically bonded, and an oligonucleotide, a polynucleotide, a purine nucleotide and a pyrimidine nucleotide are polymerized including a DNA probe. Widely includes DNA (full length or a fragment thereof), cDNA obtained by reverse transcription (cDNA probe), RNA, polyamide nucleotide derivative (PNA) and the like.
[0019]
The “detection nucleotide chain” is a nucleotide chain immobilized directly or indirectly on the detection surface, and the “target nucleotide chain” is a nucleotide chain having a base sequence complementary to the detection nucleotide chain. In some cases, it is labeled with a fluorescent substance or the like.
[0020]
“Hybridization” means a complementary strand (duplex) formation reaction between nucleotide strands having a complementary base sequence structure.
[0021]
The “reaction region” is a sample solution storage region that can provide a place for a hybridization reaction in a liquid phase. In this reaction region, in addition to the interaction between single-stranded nucleotides, that is, hybridization, a desired double-stranded nucleotide is formed from the detection nucleotide strand, and the double-stranded nucleotide and peptide (or protein) interact with each other. Enzymatic response reactions and other intermolecular interactions can also be performed. For example, when the double-stranded nucleotide is used, the binding of a receptor molecule such as a hormone receptor, which is a transcription factor, and a response element DNA portion can be analyzed.
[0022]
“Steric hindrance” makes it difficult to access the reaction partner molecule due to the presence of bulky substituents near the reaction center in the molecule, the posture of the reaction molecule, and the three-dimensional structure (higher order structure). This means a phenomenon in which a desired reaction (hybridization in the present application) hardly occurs.
[0023]
“Dielectrophoresis” is a phenomenon in which molecules are driven to a stronger electric field in a field where the electric field is not uniform. Even when an AC voltage is applied, the polarity of the polarization is reversed as the polarity of the applied voltage is reversed. The driving effect can be obtained in the same way as in the case of direct current (supervised by Teru Hayashi, “Micromachine and Material Technology (issued by CMC)”, P37 to P46,
[0024]
“Counter electrodes” means a pair of electrodes to which a voltage can be applied. “Common electrode” means an electrode to which a voltage can be applied between a plurality of electrodes. “Scanning electrode” means an electrode group in which a plurality of electrodes to which voltage can be sequentially applied by turning on / off a switch are arranged.
[0025]
“Sensor chip” means a substrate formed of quartz glass, synthetic resin or the like provided with a detection surface and a reaction region capable of detecting the interaction between substances, and a typical example is a DNA chip. it can.
[0026]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
[0027]
<First Embodiment>
First, FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a main part of a first embodiment (reference numeral 1a) of a hybridization detection unit (hereinafter abbreviated as “detection unit”) and a sensor chip according to the present invention.
[0028]
First, a reaction region R is provided in the
[0029]
In this reaction region R, counter electrodes A and B are arranged. The counter electrodes A and B are preferably arranged in parallel, and both power sources V1It is connected to the. The illustrated switch s is turned on and the power source V1When a high frequency voltage is applied, a uniform electric field (electric field where electric lines of force are not concentrated in part) is formed in the reaction region R between the electrodes A and B (reference symbol L in FIG. 1).1(See the line marked with).
[0030]
The condition of the electric field of the counter electrodes A and B is about 1 × 106The conditions of V / m and about 1 MHz are preferable (Masao Washizu and Osamu Kurosawa: “Electrostatic Manipulation of DNA in Microfabricated Structures”, IEEE Transaction on Industrial Application Vol. 26, No. 26, p. 1165-1172 (1990 )reference). Since all the electric field conditions described below are the same as this, description thereof will be omitted.
[0031]
Uniform electric field L1As a result, the detection nucleotide chain X present in a dispersed form in the form of a random coil or the like in the reaction region R is converted into the uniform electric field L.1It can be extended in a direction along the line to form a straight chain (the principle is already described).
[0032]
Subsequently, between the counter electrodes A and B, the second counter electrodes G and C (C1, C2, C3,... Cx, Cy, Cz) are arranged, and the respective power sources V illustrated2It is configured to be connectable to or connectable to.
[0033]
In the
[0034]
Each electrode C of the scan electrode C group1, C2... The arrangement interval of Cz is not more than the molecular length of the detection nucleotide chain X 'for the purpose of fixing the extended detection nucleotide chain X' so as to bridge (hereinafter, in all embodiments). The same).
[0035]
Next, FIG. 2A is a cross-sectional view taken along the line II in FIG. 1, and FIG. 2B is a modified form (reference numeral 1) of the
[0036]
As shown in FIG. 2A, the
[0037]
In some cases, each electrode A, B or the like is sandwiched by a dielectric U as in the
[0038]
Here, FIG. 3 shows a case where a voltage is applied between the counter electrodes A and B and the voltage between the second counter electrodes G and Cx and between the G and Cy in the
[0039]
As shown in FIG. 3, the detection nucleotide chain X extended by the action of the uniform electric field by the counter electrodes A and B is located near the scanning electrode C.1-C2, C2-C3... Are driven by dielectrophoresis between Cx-Cy... And fixed between the ends dd of each electrode D.
[0040]
The symbol X ′ in FIG. 3 indicates a detection nucleotide chain fixed between adjacent scanning electrodes C (the same applies to other drawings). In FIG. 3, the switches Sx and Sy are turned on, and the non-uniform electric field L between the electrodes G and Cx-Cy is shown.2Indicates the stage in which is formed.
[0041]
Here, the target nucleotide chain Y added later to the reaction region R is elongated in the same manner as the detection nucleotide chain X under the action of the uniform electric field formed by the counter electrodes A and B. When this extended target nucleotide chain Y (complementary portion thereof) is attracted to the (extended) detection nucleotide chain X ′ immobilized between the electrodes C, it is not affected by steric hindrance, and the efficiency Good hybridization proceeds.
[0042]
Second Embodiment
Next, FIG. 4 shows the principal part structure of 2nd Embodiment (code |
[0043]
The
[0044]
In FIG. 4, a voltage is applied to the counter electrode AB and the scan electrodes Cx-Cy, and a non-uniform electric field L is generated between the scan electrodes Cx-Cy.2Is formed, and the target nucleotide chain Y is attracted toward the detection nucleotide chain X ′ fixed between the scan electrodes Cx and Cy (see the arrow portion).
[0045]
<Third Embodiment>
FIG. 5 shows the configuration of the third embodiment (
[0046]
The
[0047]
In FIG. 5, the target nucleotide chain Y is applied to the counter electrode AB, the scan electrodes Cx-Cy, Dx-Dy, and the non-uniform electric field L2The state of being attracted to the detection nucleotide chain X ′ fixed between the scan electrodes Cx-Cy and between Dx-Dy by the action of (see the arrow portion) is illustrated.
[0048]
<Fourth embodiment>
Subsequently, FIG. 6 shows a main part configuration of the fourth embodiment (reference numeral 1d) of the detection unit and the sensor chip according to the present invention.
[0049]
This detection part 1d is arranged in parallel with the scanning electrode C arranged in the same manner as the
[0050]
In FIG. 6, the non-uniform electric field L is applied to the counter electrode AB and the scan electrodes Cx-Dx, Cy- and Dy, respectively.2The state (see the arrow portion) in which the target nucleotide chain Y is attracted to the detection nucleotide chain X ′ by the action of is illustrated.
[0051]
Next, an example of voltage application operation will be described with reference to FIGS. 7 illustrates a voltage application operation example (three examples) corresponding to the
[0052]
The
[0053]
Further, as shown in FIG. 7B, the voltage applied between the counter electrodes A and B may be turned off each time the scanning electrodes are turned on in order.
[0054]
Furthermore, as shown in FIG. 7C, the voltage applied between the counter electrodes A and B may be turned off when applied to the scan electrodes. By repeating these voltage application operations, the detection nucleotide chain X can be reliably fixed to the scanning electrode.
[0055]
The
[0056]
Further, as shown in FIG. 8B, the voltage applied between the counter electrodes A and B may be turned off each time the scanning electrodes are turned on in order.
[0057]
Further, as shown in FIG. 8C, the voltage applied between the counter electrodes A and B may be turned off when applied to the scan electrodes. By repeating these voltage application operations, the detection nucleotide chain X can be reliably fixed to the scanning electrode. It should be noted that the same voltage application operation as described above can be performed for the
[0058]
As shown in FIGS. 7B, 7C, 8B, and 8C, the voltage between the counter electrodes A and B is turned on / off and applied intermittently. The target nucleotide chain Y in the reaction region R is made to approach the detection nucleotide chain X ′ stepwise, the target nucleotide chain Y is moved back and forth, and the reaction timing is adjusted. There is an advantage that you can.
[0059]
Further, by turning off the voltage application between the counter electrodes A and B, a complementary strand formation reaction between the linear target nucleotide chain Y and the linear detection nucleotide chain X ′, that is, hybridization. Can be carried out solely by the Brownian movement.
[0060]
By the above voltage application operation, complementarity between the detection nucleotide chain X ′ that is linearly extended and fixed to the scanning electrode D group or the like and the target nucleotide chain Y that is linearly extended similarly to this. The formation of hydrogen bonds between certain bases has less steric hindrance and proceeds efficiently.
[0061]
That is, a result is obtained that the hybridization reaction between the detection nucleotide chain X ′ and the target nucleotide chain Y proceeds efficiently. As a result, it is possible to obtain a favorable result that the hybridization reaction time is shortened and the probability of showing false positive or false negative is also reduced.
[0062]
<Fifth Embodiment>
FIG. 9 shows a main part configuration of the fifth embodiment (reference numeral 1e) of the detection unit and sensor chip according to the present invention.
[0063]
The detection section indicated by
[0064]
The common electrode G is a power source V1Each electrode C of the scan electrode group C arranged in a row.1~ Cz is the switch S1Power supply V by turning on ~ Sz in turn1It is configured to be connected to.FIG.The switch Sy is turned on, a voltage is applied between the electrodes G-Cy, and a non-uniform electric field L is generated around the end of the scan electrode Cy.2The state (stage) in which is formed is shown.
[0065]
Each electrode C constituting the common electrode G and the scanning electrode group C1Switch S to ~ Cz1When the high frequency voltage is applied in order by switching to Sz, the electrode G and each electrode C1In the reaction region R between ˜Cz, the non-uniform electric field L2Is formed.
[0066]
Due to the action of the electric field, the detection nucleotide chains X dispersed and present in the form of a random coil or the like in the reaction region R are elongated in the direction along the electric field to be linear. Simultaneously with the elongation action of the nucleotide chain, each electrode C to which a voltage is applied1~ Uneven electric field L formed around edge E of Cz2As a result, the detection nucleotide chain X in the reaction region R is extended to each electrode C.1Dielectric migration toward each end E of ~ Cz, and the detection nucleotide chain X is connected between the electrodes (C1-C2, C2-C3,... Cy-Cz).
[0067]
More specifically, one end of the detection nucleotide chain X that is extended in the reaction region R has a non-uniform electric field L2Electrode C by dielectrophoresis with1End E of1And then the other end of the nucleotide chain X is connected to the next electrode C to which voltage is applied next.2End E of2Is attracted and fixed by adhesion. In this way, the detection nucleotide chain X is transferred between the electrodes (C1-C2, C2-C3,... Cy-Cz) to be bridged. In addition, the code | symbol X 'in FIG. 9 represents the nucleotide chain for a detection of the state fixed to the electrode edge part.
[0068]
<Sixth Embodiment>
Subsequently, FIG. 10 is a diagram illustrating a configuration of main parts of a sixth embodiment (reference numeral 1f) of the detection unit and the sensor chip according to the present invention.
[0069]
Similar to the
[0070]
Here, each electrode C of the scanning electrode C group1~ Cz is the switch S1Power supply V by turning on ~ Sz in turn1To each electrode D of the scanning electrode D group.1~ Dz is switch s1By turning on ~ sz in order, power supply V1It is the structure connected to. That is, switch S1And s1Turns on the common electrode GC1, D1A voltage is applied between the switches S2And s2Turns on the common electrode GC2, D2A voltage is applied between them. In FIG. 2, the switches Sy and sy are turned on and the electrodes G-Cy,DyA state is shown in which a voltage is applied between them.
[0071]
<Seventh embodiment>
Next, FIG. 11 is a diagram illustrating a configuration of main parts of a seventh embodiment (reference numeral 1g) of the detection unit and the sensor chip according to the present invention.
[0072]
As in the
[0073]
Each electrode D of the scanning electrode D group1~ Dz is switch S1Power supply V by turning on ~ Sz in turn1To each electrode F of the scan electrode F group.1~ Fz is switch s1By turning on ~ sz in order, power supply V1It is the structure connected to. That is, switch S1And s1Turns on the common electrode GD1, F1When a voltage is applied between them and the switches s2 and S2 are turned on, the common electrode GD2, F2A voltage is applied between them. FIG. 11 shows a state in which the switches Sy and sy are turned on and a voltage is applied between the electrodes G-Dy and Fy.
[0074]
Here, in the seventh embodiment of FIG.1And F1, D2And F2, D3And F3..., the distance H between Dz and Fz is gradually increased. A voltage was applied in the reaction region R by adopting a configuration in which the distance H between the counter electrodes constituting the scanning electrodes D group and F group was gradually increased and the reaction field between the electrodes was gradually expanded. Desirably, the nucleotide chain for detection X that dielectrophoreses toward (the end of) the electrode can move freely without being physically disturbed by the adjacent electrode (the electrode to which no voltage is applied). An effect is obtained. The same effect can be obtained during dielectrophoresis of the target nucleotide chain Y.
[0075]
Next, FIG. 12A is a cross-sectional view taken along line II-II in FIG. 9, and FIG. 12B is a line II-II showing a modified form (reference numeral 1'e) of the
[0076]
As shown in FIG. 12, the
[0077]
In some cases, a configuration in which the common electrode G and the scanning electrode group C are sandwiched by the dielectric U as in the
[0078]
In the
[0079]
FIG. 9 shows a state in which hybridization proceeds between the detection nucleotide chain X ′ fixed between the scan electrodes Cx and Cy and the target nucleotide chain Y subjected to the elongation action, and FIG. 10 shows the scan electrode Cx. FIG. 11 shows the state in which hybridization proceeds between the detection nucleotide chain X ′ immobilized between −Cy and between Dx and Dy and the target nucleotide chain Y subjected to the extension action. It should be noted that the state of hybridization proceeding between the detection nucleotide chain X ′ fixed between Fx and Fy and the target nucleotide chain Y subjected to the extension action is schematically shown.
[0080]
Next, an example of voltage application operation will be described with reference to FIG. 13A is a voltage application operation example corresponding to the
[0081]
In the
[0082]
Further, the series of voltage application operations in the above order may be repeated a plurality of times as necessary. By repeating a series of voltage application operations, an effect is obtained that the detection nucleotide chain X can be reliably fixed by the scanning electrode.
[0083]
Furthermore, as shown in FIG. 14, when applying voltage between the electrodes in each of the
[0084]
Further, by ensuring a time T (see FIG. 14) during which the voltage is turned off when a voltage is applied between the electrodes, the linear target nucleotide chain Y and the linear detection nucleotide chain X ′ The complementary strand formation reaction, i.e., hybridization, can be allowed to proceed exclusively by Brownian motion.
[0085]
By the above voltage application operation, the detection nucleotide chain X ′ and the detection nucleotide fixed in the scanning electrodes C group, D group, and F group of the
[0086]
<Eighth Embodiment>
FIG. 15 is a diagram illustrating a configuration of a main part of an eighth embodiment (reference numeral 1h) of the detection unit and the sensor chip according to the present invention.
[0087]
The detection unit 1h includes a reaction region R that serves as a hybridization field between the detection nucleotide chain X and the target nucleotide chain Y having a base sequence complementary to the detection nucleotide chain X. The first scanning electrode C group arranged in the reaction region R, and the second scanning electrode D group arranged so that the ends of the first scanning electrode C group and each electrode face each other are provided. .
[0088]
An electric field is formed by sequentially applying a voltage between adjacent electrodes of the first scanning electrode group C and between adjacent electrodes of the second scanning electrode group D, and the nucleotide chain for detection is converted into the electric field. Dielectric migration toward the applied scanning electrode while extending by means of (1), and the elongated detection nucleotide chain X ′ can be fixed so as to be bridged between the scanning electrodes.
[0089]
FIG. 15 shows the power supply V4A voltage is applied to the scan electrodes Cx-Cy by the power source V5The voltage is applied to the scan electrodes Dx-Dy by the non-uniform electric field L2Represents a state in which is formed.
[0090]
<Ninth Embodiment>
FIGS. 16 and 17 are diagrams showing the configuration of the main parts of the ninth embodiment (
[0091]
The
[0092]
In this
[0093]
Further, the scan electrode group C includes a switch S.1, S2, S3..., Sx, Sy, Sz and switch W1, W2, W3,..., Wx, Wy, and Wz are sequentially turned on / off to sequentially apply a voltage between a pair of adjacent scanning electrodes C. In the conductive state between the electrode G and the scan electrode C group, a non-uniform electric field L is formed at the end of the scan electrode C group.2Are formed (see FIG. 16), and between the scan electrodes constituting the scan electrode C group (for example, C1And C2In the conductive state between the non-uniform electric field L at each scanning electrode end.2Is formed (see FIG. 17).
[0094]
In the ninth embodiment shown in FIGS. 16 and 17, one selected scanning electrode (for example, C as shown in FIG. 16) is selected.1) To fix one end of the elongated detection nucleotide chain X ′, and to the adjacent scanning electrode (for example, C2) Is fixed between the adjacent scanning electrodes (for example, C1-C2And the procedure of immobilizing the detection nucleotide chain X ′ so as to cross-link, and the (extended) target nucleotide chain can be hybridized to the cross-linked and immobilized detection nucleotide chain X ′. . This method can be implemented by an arbitrary configuration including the scanning electrode group and the common electrode G facing the scanning electrode group.
[0095]
18A is a cross-sectional view taken along the line III-III in FIGS. 16 and 17, and FIG. 18B is a modified form of the
[0096]
As shown in FIG. 18A, the
[0097]
In some cases, each electrode C group is sandwiched by the dielectric U as in the
[0098]
Here, FIG. 16 illustrates the switches S and S illustrated in the
[0099]
Electrode G-C1When a high frequency voltage is applied between them, the reaction region R has a non-uniform electric field L2Is formed. The non-uniform electric field L2As a result, the detection nucleotide chain X that is randomly dispersed in the reaction region R is converted into the non-uniform electric field L.2It can be made to extend in the direction along the straight line. Furthermore, the non-uniform electric field L2Among them, the detection nucleotide chain X is driven by dielectrophoresis and has an electric field strength C.1The one end is fixed in the state extended to the end of the.
[0100]
Next, by turning off the switch S, the electrode G-C1Turn off the high-frequency voltage applied between them. At the same time or after that, switch S2And W2By turning on ~ Wz, power supply V2Electrode C1-C2A high frequency voltage is applied between them. C1The other end of the detection nucleotide chain X ′ having one end fixed to the electrode C1-C2The electrode C moves in the direction along the electric field lines of the non-uniform electric field generated between the electrodes2It is fixed to the end.
[0101]
Then switch S2, W1ON, S1, W2Is turned off, and similarly, one end of the detection nucleotide chain X is connected to the scanning electrode C.2After fixing to the end, switch S, W2Off, switch S3And W1And W3~ Wz is turned on, scan electrode C2-C3In the meantime, the nucleotide X ′ for detection in an extended state is fixed.
[0102]
As described above, by sequentially scanning the voltage applied between the electrodes, the detection nucleotide chain X ′ can be fixed between the electrode ends of the scanning electrode B group. FIG. 17 shows a state in which the detection nucleotide X ′ is bridged and fixed between the scan electrodes Cx-Cy.
[0103]
Although not shown, a high frequency voltage is applied to the electrode GC group at one time, and a nucleotide chain for detection is extended and arranged at each end of the scan electrode C group, and then between adjacent electrodes of the scan electrode C group. The detection nucleotide X ′ may be bridged and fixed between the electrodes of the scan electrode group C by scanning the electric field applied to the electrode.
[0104]
Here, the target nucleotide chain added later to the reaction region R is elongated in the same manner as the detection nucleotide chain X under the action of the heterogeneous electric field formed by the common electrodes G and C, and the scanning electrode B It is attracted to the end of the group by dielectrophoresis. The target nucleotide chain attracted to the scan electrode B group is efficiently hybridized with the detection nucleotide chain X ′ fixed to each end of the scan electrode B group without being affected by steric hindrance. To do.
[0105]
In order to perform dielectrophoresis of the target nucleotide chain to the electrode B group, the common electrode GC1The electric field to be applied may be sequentially scanned such as between the gap and G-Cx, or the electric field may be applied between the electrodes GC at a time with the plurality of electrode C groups having the same potential.
[0106]
FIG. 19 shows a typical example of the end E of the scan electrode with the scan electrodes Cx to Cy as representative examples among all the scan electrodes described above (the same applies to the other scan electrodes D and F). . 19A shows a scan electrode having a rectangular end Ea, FIG. 19B shows a scan electrode having a triangular end Eb, and FIG. 19C shows a scan electrode having an arcuate end Ec. Represents. Electric field lines are concentrated and non-uniform electric field L2It is also considered that a scan electrode having an arcuate end Ec is particularly suitable because it is also easy to form and to fix the detection nucleotide chain X.
[0107]
The surface of the scanning electrode end E (Ea, Eb, Ec) may be surface-treated so that the end of the detection nucleotide chain X is fixed by a reaction such as a coupling reaction. For example, in the case of a detection surface that has been surface-treated with streptavidin, it is suitable for immobilizing the end of a biotinylated nucleotide chain.
[0108]
Hybridization can be detected by a conventional method, such as a fluorescent dye labeled on the target nucleotide chain Y or a POPO-1 or TOTO-3 that specifically binds between bases of double-stranded nucleotides. The fluorescence intercalator can be irradiated with excitation light, and the resulting fluorescence can be detected using a conventional detector.
[0109]
More specifically, the reaction region R is excited by irradiating laser light (for example, blue laser light), the magnitude of the fluorescence intensity is detected by a detector (not shown), and the detection nucleotide chain X ′ And the state of hybridization between the target nucleotide chain Y and the target nucleotide chain Y. Finally, the fluorescence intensity for each reaction region R is A / D converted, and the binding reaction rate is calculated.ComputerVisualization is possible by displaying the distribution on the screen.
[0110]
【The invention's effect】
In the present invention, a detection nucleotide chain adjusted to an extended state is aligned and fixed in a reaction region (between scanning electrodes) in a reaction region that provides a hybridization field on a surface portion of a sensor chip such as a DNA chip. Thus, it is possible to reliably achieve improvement in hybridization efficiency, reduction in reaction time, prevention of false positives or false negatives, and the like.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a main configuration of a hybridization detection unit (1a) and a sensor chip according to the present invention.
2A is a cross-sectional view taken along the line I-I of the
(B) II representing a variation (1′a) of the detection unit (1a) shown in FIG.
FIG. 3 shows a scanning electrode in which a voltage is applied between the counter electrodes A and B and a voltage is applied between the second counter electrodes G and Cx and between G and Cy in the
FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration of a main part of a second embodiment (reference numeral 1b) of a detection unit and a sensor chip according to the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing a main configuration of a detection unit and a sensor chip according to a third embodiment (
FIG. 6 is a diagram showing a main configuration of a detection unit and a sensor chip according to a fourth embodiment (reference numeral 1d) according to the present invention.
FIG. 7 is a diagram illustrating voltage application operations (three examples) for the detection unit (1a).
FIG. 8 is a diagram illustrating voltage application operation examples (three examples) corresponding to the detection unit (1b).
FIG. 9 is a diagram illustrating a configuration of main parts of a fifth embodiment (reference numeral 1e) of a detection unit and a sensor chip according to the present invention.
FIG. 10 is a diagram showing the main configuration of a detection unit and a sensor chip according to a sixth embodiment (reference numeral 1f) according to the present invention.
FIG. 11 is a diagram showing a main configuration of a detection unit and a sensor chip according to a seventh embodiment (reference numeral 1g) according to the present invention.
12A is a cross-sectional view taken along line II-II in FIG.
(B) II-II arrow sectional drawing showing the modification (code | symbol 1'e) of a detection part (1e).
FIG. 13A is a diagram illustrating an example of a voltage application operation corresponding to the detection unit (1e).
(B) The figure showing the example of voltage application operation corresponding to a detection part (1f).
(C) The figure showing the voltage application operation example corresponding to a detection part (1g).
FIG. 14 is a diagram illustrating another voltage application operation example.
FIG. 15 is a diagram illustrating a configuration of main parts of an eighth embodiment (reference numeral 1h) of a detection unit and a sensor chip according to the present invention.
FIG. 16 is a diagram illustrating a configuration of main parts of a ninth embodiment (
FIG. 17 is a diagram showing the main configuration of the ninth embodiment (
18A is a cross-sectional view taken along the line III-III in FIG. 16 and FIG.
(B) III-III arrow sectional drawing which shows the deformation | transformation form (code | symbol 1'i) of the
FIG. 19A is a diagram illustrating a rectangular end (Ea) of a scan electrode.
(B) The figure showing the triangular end part (Eb) of a scanning electrode
(C) The figure showing the arcuate end (Ec) of the scanning electrode
[Explanation of symbols]
1 (1a-1i) Hybridization detector
A, B Counter electrode
C (C1, C2, C3, ... Cx, Cy, Cz) Scan electrode (group)
D (D1, D2, D3,... Dx, Dy, Dz) Scan electrode (group)
F (F1, F2, F3, ... Fx, Fy, Fz) Scan electrode (group)
E, e Electrode end
G Common electrode
R reaction zone
S, s, W switch
V power supply
X Nucleotide chain for detection
X ′ immobilized nucleotide chain for detection
Y target nucleotide chain
Claims (19)
前記反応領域中の前記検出用ヌクレオチド鎖に対して電界を印加する対向電極と、
前記反応領域に配列された走査電極と、を備え、それぞれ電圧印加可能に構成され、
前記走査電極の隣り合う一対の電極間に電圧を印加することによって、前記対向電極により電界を印加された検出用ヌクレオチド鎖を前記走査電極に移動させ、前記走査電極の前記電極間に橋架けするように固定させる手段を備えるセンサーチップ。A reaction region serving as a hybridization field between the detection nucleotide chain and a target nucleotide chain having a base sequence complementary to the detection nucleotide chain;
A counter electrode for applying an electric field to the detecting nucleotide chain in the reaction region,
Scanning electrodes arranged in the reaction region, each configured to be able to apply a voltage,
By applying a voltage between a pair of adjacent electrodes of the scan electrode, the detection nucleotide chain to which an electric field is applied by the counter electrode is moved to the scan electrode and bridged between the electrodes of the scan electrode. A sensor chip comprising means for fixing in such a manner.
前記反応領域に配置された共通電極と、
複数の電極が並列されてなる走査電極と、を備え、
前記共通電極と前記走査電極を構成する各電極の間に電圧を順次印加していくことによって電界を形成し、前記電界によって前記反応領域に存在する検出用ヌクレオチド鎖を前記走査電極へ向けて移動させ、前記走査電極の電極間に橋架けするように固定させる手段を備えるセンサーチップ。A reaction region serving as a hybridization field between the detection nucleotide chain and a target nucleotide chain having a base sequence complementary to the detection nucleotide chain;
A common electrode disposed in the reaction region;
A plurality of electrodes arranged in parallel, and a scanning electrode,
An electric field is formed by sequentially applying a voltage between the common electrode and each electrode constituting the scanning electrode, and the detection nucleotide chain existing in the reaction region is moved toward the scanning electrode by the electric field. And a sensor chip comprising means for fixing the scanning electrodes so as to be bridged between the electrodes .
前記反応領域に配列された第1走査電極と、
前記第1走査電極と各電極の端部同士が対向するように配列された第2走査電極と、を備え、
前記第1走査通電極の隣り合う電極間並びに前記第2走査電極の隣り合う電極間に、それぞれ電圧を順次印加していくことによって電界を形成し、検出用ヌクレオチド鎖を前記電界によって前記走査電極へ向けて移動させ、前記走査電極の前記電極間に橋架けするように固定させる手段を備えるセンサーチップ。A reaction region serving as a hybridization field between the detection nucleotide chain and a target nucleotide chain having a base sequence complementary to the detection nucleotide chain;
A first scan electrode arranged in the reaction region;
A first scan electrode and a second scan electrode arranged so that ends of the electrodes face each other;
An electric field is formed by sequentially applying a voltage between adjacent electrodes of the first scan-through electrode and between adjacent electrodes of the second scan electrode, and a nucleotide chain for detection is applied to the scan electrode by the electric field. A sensor chip comprising means for moving toward and fixed so as to bridge between the electrodes of the scanning electrode.
前記走査電極の前記電極間に固定された状態の前記検出用ヌクレオチド鎖とハイブリダイゼーションさせることを特徴とする請求項12記載のセンサーチップ。 An electric field is formed by sequentially applying a voltage between adjacent electrodes of the first scan electrode and between adjacent electrodes of the second scan electrode, and the target nucleotide chain is transferred to the scan electrode by the electric field. Move towards
The sensor chip according to claim 12 , wherein the sensor chip is hybridized with the detection nucleotide chain fixed between the electrodes of the scanning electrode.
前記反応領域に配置された共通電極と、
前記共通電極と各電極の端部がそれぞれ対向するように配列された走査電極と、を備え、
前記共通電極と前記走査電極の構成電極との間に、それぞれ電圧を順次印加していくことによって電界を形成し、前記検出用ヌクレオチド鎖を前記電界によって前記走査電極へ向けて移動させる手段と、
前記走査電極の隣り合う電極間に、それぞれ電圧を順次印加していくことによって、前記検出用ヌクレオチド鎖を前記走査電極の前記電極間に橋架けするように固定させる手段を備えるセンサーチップ。A reaction region serving as a hybridization field between the detection nucleotide chain and a target nucleotide chain having a base sequence complementary to the detection nucleotide chain;
A common electrode disposed in the reaction region;
A scanning electrode arranged so that the common electrode and the end of each electrode face each other, and
A means for forming an electric field by sequentially applying a voltage between the common electrode and the constituent electrodes of the scan electrode, and moving the detection nucleotide chain toward the scan electrode by the electric field;
Between adjacent electrodes of said scanning electrodes, by sequentially applying the voltages, respectively, a sensor chip provided with means for fixing to bridging the detecting nucleotide chain between the electrodes of the scan electrodes.
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002300924A JP4039201B2 (en) | 2002-08-20 | 2002-10-15 | Hybridization detection unit, sensor chip, and hybridization method |
| PCT/JP2003/010523 WO2004018663A1 (en) | 2002-08-20 | 2003-08-20 | Hybridization sensing part, sensor chip, and hybridization method |
| EP03792746A EP1548103A4 (en) | 2002-08-20 | 2003-08-20 | HYBRIDIZATION DETECTION PART, DETECTION CHIP AND HYBRIDIZATION METHOD |
| US10/525,714 US20060127904A1 (en) | 2002-08-20 | 2003-08-20 | Hybridization sensing part, sensor chip, and hybridization method |
| CN03819608.5A CN1675356A (en) | 2002-08-20 | 2003-08-20 | Hybridization detector, sensor chip and hybridization method |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002239642 | 2002-08-20 | ||
| JP2002239643 | 2002-08-20 | ||
| JP2002300924A JP4039201B2 (en) | 2002-08-20 | 2002-10-15 | Hybridization detection unit, sensor chip, and hybridization method |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2006167404A Division JP4367441B2 (en) | 2002-08-20 | 2006-06-16 | Hybridization method |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004135512A JP2004135512A (en) | 2004-05-13 |
| JP2004135512A5 JP2004135512A5 (en) | 2005-04-07 |
| JP4039201B2 true JP4039201B2 (en) | 2008-01-30 |
Family
ID=32475177
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002300924A Expired - Fee Related JP4039201B2 (en) | 2002-08-20 | 2002-10-15 | Hybridization detection unit, sensor chip, and hybridization method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4039201B2 (en) |
Families Citing this family (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4206900B2 (en) * | 2003-10-27 | 2009-01-14 | ソニー株式会社 | Bioassay substrate with extended power supply wiring |
| JP2006047153A (en) * | 2004-08-05 | 2006-02-16 | Sony Corp | DNA chip manufacturing method and manufacturing system, hybridization detection method and detection system, and substrate processing apparatus and substrate processing method |
| US7126134B2 (en) * | 2004-08-19 | 2006-10-24 | Palo Alto Research Center Incorporated | Sample manipulator |
| JP4742544B2 (en) * | 2004-09-08 | 2011-08-10 | 凸版印刷株式会社 | Gene check apparatus and method |
| JP4742543B2 (en) * | 2004-09-08 | 2011-08-10 | 凸版印刷株式会社 | DNA chip device |
| JP4645110B2 (en) * | 2004-09-15 | 2011-03-09 | ソニー株式会社 | Hybridization detection unit using dielectrophoresis, sensor chip including the detection unit, and hybridization detection method |
| FR2876045B1 (en) * | 2004-10-04 | 2006-11-10 | Commissariat Energie Atomique | DEVICE FOR REALIZING THE DIELECTROPHORETIC SEPARATION OF PARTICLES CONTAINED IN A FLUID |
| JP2006284262A (en) | 2005-03-31 | 2006-10-19 | Sony Corp | Device and method for detecting interaction between substances applying sine wave voltage superimposed |
| JP4591195B2 (en) | 2005-05-19 | 2010-12-01 | ソニー株式会社 | Substrate and apparatus for bioassay, and method for producing substrate |
| JP2006337273A (en) | 2005-06-03 | 2006-12-14 | Sony Corp | Interaction detection unit having electrodes of same potential, sensor chip using the detection unit, and interaction detection device |
| JP2007054048A (en) * | 2005-07-27 | 2007-03-08 | Sony Corp | Hybridization detection method |
| JP4748451B2 (en) * | 2006-02-08 | 2011-08-17 | 凸版印刷株式会社 | Hybridization detection method |
| JP5769020B2 (en) * | 2011-10-25 | 2015-08-26 | 国立大学法人東北大学 | IC chip with multiple electrodes |
| US9403172B2 (en) * | 2012-11-08 | 2016-08-02 | Berkeley Lights, Inc. | Circuit based optoelectronic tweezers |
| WO2019017094A1 (en) * | 2017-07-19 | 2019-01-24 | シャープ株式会社 | Sensor and sensor array |
| SG11202104544WA (en) | 2018-11-19 | 2021-06-29 | Berkeley Lights Inc | Microfluidic device with programmable switching elements |
-
2002
- 2002-10-15 JP JP2002300924A patent/JP4039201B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2004135512A (en) | 2004-05-13 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4039201B2 (en) | Hybridization detection unit, sensor chip, and hybridization method | |
| JP4328168B2 (en) | Detection unit for interaction between substances using capillary phenomenon, method using the detection unit, and substrate for bioassay | |
| US20020061591A1 (en) | Method and apparatus for obtaining electric field-enhanced bioconjugation | |
| US20090286694A1 (en) | Nucleic acid array with releaseable nucleic acid probes | |
| US20240384329A1 (en) | Method for isolating target nucleic acid using heteroduplex binding proteins | |
| JP4645110B2 (en) | Hybridization detection unit using dielectrophoresis, sensor chip including the detection unit, and hybridization detection method | |
| JP4321854B2 (en) | Hybridization and other interaction detection units and DNA chips and other bioassay substrates provided with the detection units | |
| JP4367441B2 (en) | Hybridization method | |
| EP1677110A1 (en) | Method for producing bioassay substrate by superposing two substrates one on another and bioassay substrate | |
| EP1548103A1 (en) | Hybridization sensing part, sensor chip, and hybridization method | |
| JP2004132720A (en) | Hybridization detection unit, sensor chip and hybridization method | |
| JP4411931B2 (en) | Method for detecting interaction between substances | |
| JP4328167B2 (en) | A part for detecting an interaction between substances using a protruding counter electrode and a substrate for bioassay provided with the part | |
| Fixe et al. | Single base mismatch detection by microsecond voltage pulses | |
| EP1890145A1 (en) | Interaction detection unit having electrode of the same potential, sensor chip using the detection unit, and interaction detection device | |
| JP4288982B2 (en) | Surface for detecting intermolecular interactions | |
| JP4631543B2 (en) | Substance-interaction detection unit, sensor chip using the detection unit, and bioassay method using an electric field | |
| JP2004132720A5 (en) | ||
| Trivedi | Sensing Ribonuclease H Activity with DNA Nanoswitches | |
| Kimura et al. | Optical sequence probing with the homologous recombination protein RecA | |
| US20100056388A1 (en) | Nucleic acid array having fixed nucleic acid anti-probes and complementary free nucleic acid probes | |
| JP2005345365A (en) | Bioassay method and hybridization detection method in which target nucleic acid and mismatched nucleic acid are mixed | |
| US20080044822A1 (en) | Nucleic acid array with releaseable nucleic acid probes | |
| JP2004061205A (en) | Detection surface and sensor chip |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20040510 |
|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20040510 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20060417 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20060616 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20071016 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20071029 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101116 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101116 Year of fee payment: 3 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |