JP2001269196A - Quantitative method for nucleic acid in test object and method for counting number of molecule of nucleic acid in test object - Google Patents

Quantitative method for nucleic acid in test object and method for counting number of molecule of nucleic acid in test object

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JP2001269196A
JP2001269196A JP2000085048A JP2000085048A JP2001269196A JP 2001269196 A JP2001269196 A JP 2001269196A JP 2000085048 A JP2000085048 A JP 2000085048A JP 2000085048 A JP2000085048 A JP 2000085048A JP 2001269196 A JP2001269196 A JP 2001269196A
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JP
Japan
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pcr
nucleic acid
fluorescent
capillary plate
target dna
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JP2000085048A
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Japanese (ja)
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Kenichi Hirano
憲一 平野
Tadashi Fukami
正 深見
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Hamamatsu Photonics KK
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Hamamatsu Photonics KK
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for precisely and quantitatively determining a nucleic acid in a test object such as a small amount of a gene or a mRNA in a specimen. SOLUTION: The number of molecule of the nucleic acid in the test object initially existing in the specimen is counted and quantitatively determined by dividedly injecting a PCR solution containing a target DNA derived from the nucleic acid in the test object into a channel of a capillary plate, treating the capillary plate with temperature cycling of PCR without doing anything else, multiplying the target DNA in the channel by PCR and specifying and counting a channel exhibiting fluorescence caused by the multiplied target DNA through image analysis.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、極微量で試料中に
存在する遺伝子またはmRNAなどの核酸を定量する方
法に関する。さらに詳しくは、本発明はPCRに基づ
き、極微量で試料中に存在する遺伝子またはmRNAな
どの核酸または該核酸に由来する標的DNAを増幅させ
て、もともと試料に存在した核酸の分子数を計数する方
法、並びに該計数結果から核酸の濃度を定量する方法に
関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for quantifying a nucleic acid such as a gene or mRNA present in a sample in a trace amount. More specifically, the present invention amplifies a nucleic acid such as a gene or mRNA present in a sample in a trace amount or a target DNA derived from the nucleic acid based on PCR, and counts the number of molecules of the nucleic acid originally present in the sample. The present invention relates to a method and a method for quantifying the concentration of a nucleic acid from the counting result.

【0002】[0002]

【従来の技術】インビトロ核酸増幅技術は、少量の核酸
の検出、および分析のための強力な手段を提供してき
た。このような技術は、感染症および遺伝的疾患の診
断、生化学的分析のための遺伝子の単離、並びに法医学
における特定の核酸の検出のおいて格段の進歩をもたら
した。現在、最も汎用性のある技術は、耐熱性ポリメラ
ーゼ(Taq po1ymerase)を用いたポリメ
ラーゼ連鎖反応(Po1ymerase Chain R
eaction(以下PCRまたはPCR法という))
であり、DNA(断片)を理論的には10億倍以上に増
幅し得る。しかしながら、PCRにおける増幅効率およ
び正確さは、処理温度、前記核酸の塩基配列、反応溶液
成分の濃度や種類等の様々な要因によって左右され、測
定対象である核酸分子の数(濃度)をPCR最終産物の
濃度測定またはPCR過程におけるリアルタイム測定に
よって正確に決定することは、困難であった。
BACKGROUND OF THE INVENTION In vitro nucleic acid amplification technology has provided a powerful tool for the detection and analysis of small amounts of nucleic acids. Such techniques have provided significant advances in the diagnosis of infectious and genetic diseases, isolation of genes for biochemical analysis, and the detection of certain nucleic acids in forensic medicine. At present, the most versatile technology is the polymerase chain reaction (Polymerase Chain®) using a thermostable polymerase (Taq polymerase).
action (hereinafter referred to as PCR or PCR method)
Theoretically, DNA (fragment) can be amplified more than 1 billion times. However, the amplification efficiency and accuracy in PCR are affected by various factors such as the processing temperature, the base sequence of the nucleic acid, the concentration and type of the reaction solution components, and the number (concentration) of the nucleic acid molecules to be measured is determined by the final PCR. Accurate determination by product concentration measurements or real-time measurements during the PCR process has been difficult.

【0003】このような状況下、微量な遺伝子を正確に
定量する試みとして、最近「デジタルPCR」という技
術が提案された。Bert Vogelsteinら、
Proc.Natl.Acad.Sci.USA,96
巻,9236−9241頁を参照。この方法に従うと、
定量すべき遺伝子試料をPCR溶液で限界希釈し、タイ
タープレートの穴(ウエル)に分注する。タイタープレ
ート上で試料溶液のPCRを行わせ、前記遺伝子に由来
するDNAを増幅した後、蛍光プローブ等を用いて、各
穴の蛍光信号を計測し、増幅されたDNAが蛍光を発す
る穴の数を計数する。前記限界希釈によって、各穴には
1分子のDNAが存在すると仮定してもよいので、蛍光
を発する穴の数が試料中のDNA分子の数、すなわち試
料中のmRNA量に対応し、遺伝子を定量できることに
なる。この方法は、残念ながら以下に言及する幾つもの
潜在的な問題を抱えている。
Under such circumstances, a technique called "digital PCR" has recently been proposed as an attempt to accurately quantify a trace amount of a gene. Bert Vogelstein et al.
Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 96
Vol., Pages 9236-9241. Following this method,
The gene sample to be quantified is subjected to limiting dilution with a PCR solution and dispensed into wells of a titer plate. After performing PCR of the sample solution on a titer plate and amplifying the DNA derived from the gene, the fluorescent signal in each hole is measured using a fluorescent probe or the like, and the number of holes in which the amplified DNA emits fluorescence is measured. Is counted. Due to the limiting dilution, it may be assumed that one molecule of DNA is present in each well, so that the number of fluorescent wells corresponds to the number of DNA molecules in the sample, that is, the amount of mRNA in the sample, It can be quantified. This method unfortunately has a number of potential problems which are mentioned below.

【0004】タイタープレート上でPCRを行わせ、D
NA増幅が検出できるまでにはPCRのサイクルを60
回程度行う必要がある。しかしながら、PCRのサイク
ル回数が40を超えると、目的のPCR増幅物以外のP
CR産物が生成し、該増幅物を汚染する(以下、非特異
的DNA増幅という)ことが当業者に認識されている。
これには、2つの原因が考えられる。その1つは、偶然
にPCR溶液中に混入した微量のDNAがPCRによっ
て増幅されることで、一般に「キャリーオーバー」と呼
ばれる。この現象はPCR溶液中の標的DNAの濃度が
低くなれば、より顕著になる。他の1つは、プライマー
同士が二本鎖を形成し、これが鋳型となり、PCRによ
って増幅されることで、非特異的増幅産物をもたらす。
これを避けるために、サイクル数は、一般的に40回以
上としないことが当業者に了解されている。いずれにし
ろ、前記デジタルPCR法は、60回以上のサイクル数
を必要とするので、目的のPCR増幅物と所望でない混
在PCR増幅物との区別がつきにくくなり、正確なDN
Aの定量は、当然難しくなる。このような非特異的DN
A増幅を回避するには、幾つかの対処策が既に知られて
いるが、いずれも煩雑な操作または高価な試薬が要求さ
れる。例えば、1)DNA合成の基質として用いる塩基
の一つdTTPの替わりにdUTPを加えてDNA合成
を行い、次のPCRにおいてDNAに取り込まれたdU
TPの部分を切断する酵素を加える方法、2)異なるプ
ライマー対を2種類用いて2段階のPCRを行う方法、
3)増幅するDNA中の適当な塩基配列を特異的に切断
する制限酵素をPCR高温処理前の溶液に加えてキャリ
ーオーバーDNAを除去する方法等が公知である。
[0004] PCR is performed on a titer plate, and D
60 cycles of PCR before NA amplification can be detected
You need to do it about once. However, when the number of PCR cycles exceeds 40, P
It is recognized by those skilled in the art that CR products are generated and contaminate the amplified product (hereinafter referred to as non-specific DNA amplification).
There are two possible causes for this. One is that a very small amount of DNA accidentally mixed into a PCR solution is amplified by PCR, and is generally called “carry over”. This phenomenon becomes more remarkable as the concentration of the target DNA in the PCR solution decreases. In the other, primers form a double strand, which serves as a template, and is amplified by PCR, resulting in a non-specific amplification product.
In order to avoid this, it is understood by those skilled in the art that the number of cycles is generally not more than 40. In any case, since the digital PCR method requires a cycle number of 60 or more times, it becomes difficult to distinguish the target PCR amplification product from the undesired mixed PCR amplification product, and an accurate DN
Quantification of A naturally becomes difficult. Such non-specific DN
Several countermeasures are already known to avoid A-amplification, but all require complicated operations or expensive reagents. For example, 1) one of the bases used as a substrate for DNA synthesis, dUTP is added in place of dTTP to synthesize DNA, and dU incorporated into DNA in the next PCR
A method of adding an enzyme that cleaves the TP portion, 2) a method of performing two-step PCR using two types of different primer pairs,
3) A method of removing a carry-over DNA by adding a restriction enzyme that specifically cleaves an appropriate base sequence in DNA to be amplified to a solution before PCR high-temperature treatment is known.

【0005】さらに、デジタルPCR法では、限界希釈
を得るために種々の倍率に希釈して、例えばタイタープ
レートの穴の総数の半分にDNA分子が含まれるように
条件設定しなくてはならない。
[0005] Furthermore, in the digital PCR method, conditions must be set so that DNA molecules are included in, for example, half of the total number of holes in a titer plate by diluting at various magnifications to obtain a limiting dilution.

【0006】また、デジタルPCR法では、タイタープ
レートの穴の総数の半分にDNA分子が含まれるように
限界希釈した場合、ポアソン分布から、1つの穴にDN
A分子が2分子入る確率が12%、3分子入る確率が3
%、と無視できない。このため、計数した穴の数とDN
A分子の数が一致せず、評価にぶれがでて、定量の信頼
性が薄れる。
[0006] In the digital PCR method, when limiting dilution is performed so that DNA molecules are contained in half of the total number of holes in the titer plate, DNs are included in one hole from Poisson distribution.
The probability that two molecules of A molecules enter is 12%, and the probability that three molecules enter A molecules is 3
%, And cannot be ignored. Therefore, the number of holes counted and DN
The number of A molecules does not match, the evaluation is fluctuated, and the reliability of quantification is reduced.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】以上のようなデジタル
PCR法の問題点に鑑み、試料中の微量な遺伝子やmR
NAなどの核酸の分子数を正確に決定(すなわち、計数
する)し、核酸の濃度を含めて定量するためにデジタル
PCR法にかわる方法が望まれる。従って、本発明は、
デジタルPCR法の問題点を解決し、簡便かつ正確に試
料中の被検体核酸を定量する方法、または被検体核酸の
分子数の計数方法を提供することを目的とする。
In view of the above problems of the digital PCR method, a small amount of gene or mR
In order to accurately determine (ie, count) the number of molecules of nucleic acid such as NA and to quantify the concentration including the concentration of nucleic acid, a method alternative to digital PCR is desired. Therefore, the present invention
An object of the present invention is to solve the problems of the digital PCR method and to provide a method for simply and accurately quantifying an analyte nucleic acid in a sample or a method for counting the number of molecules of the analyte nucleic acid.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明に従え
ば、被検体核酸の定量方法であって、試料からの被検体
核酸に由来する標的DNA、および蛍光試薬を含むPC
R溶液を調製する第1の工程と、所定の数のチャンネル
を備えたキャピラリープレートに前記PCR溶液を載せ
る第2の工程と、前記キャピラリープレートの両面を弾
力性のある透明な板で密閉し、前記PCR溶液を前記各
チャンネルに封入する第3の工程と、前記両面が密閉さ
れたキャピラリープレートを予め設定した温度サイクル
に曝し、前記被検体核酸に由来する標的DNAのPCR
を行わせる第4の工程と、前記両面が密閉されたキャピ
ラリープレートを蛍光測定に供し、蛍光を発する蛍光性
チャンネルの数を計数し、ここで該蛍光性チャンネルは
前記PCRによって増幅された被検体核酸に由来する標
的DNAを含むチャンネルである第5の工程と、を含む
ことを特徴とする被検体核酸の定量方法が提供される。
That is, according to the present invention, there is provided a method for quantifying an analyte nucleic acid, which comprises a target DNA derived from the analyte nucleic acid from a sample, and a PC containing a fluorescent reagent.
A first step of preparing an R solution, a second step of placing the PCR solution on a capillary plate having a predetermined number of channels, and sealing both sides of the capillary plate with an elastic transparent plate; A third step of enclosing the PCR solution in each of the channels, and exposing the capillary plate whose both sides are sealed to a preset temperature cycle to perform PCR of the target DNA derived from the analyte nucleic acid.
Performing the fourth step, and subjecting the capillary plate whose both sides are sealed to fluorescence measurement to count the number of fluorescent channels that emit fluorescence, wherein the fluorescent channels are the analytes amplified by the PCR. A fifth step, which is a channel containing a target DNA derived from the nucleic acid, is provided.

【0009】また、本発明は、前記第5の工程に続い
て、前記計数された蛍光性チャンネルの数に基づいて被
検体核酸の濃度を求める工程を含むことを特徴とする上
記被検体核酸の定量方法を提供する。
Further, the present invention further comprises, following the fifth step, a step of obtaining the concentration of the analyte nucleic acid based on the counted number of the fluorescent channels. Provides a quantification method.

【0010】また、本発明は、キャピラリープレートを
タンパク質の吸着阻害剤で前処理する工程をさらに含む
ことを特徴とする上記被検体核酸の定量方法を提供す
る。
[0010] The present invention also provides the above method for quantifying an analyte nucleic acid, further comprising a step of pretreating a capillary plate with a protein adsorption inhibitor.

【0011】好ましくは、上記被検体核酸の定量方法に
おいて、蛍光試薬がマイナーグローブ結合型の蛍光色
素、または蛍光エネルギー移動を利用した蛍光プローブ
オリゴヌクレオチドからなる。
[0011] Preferably, in the above-described method for quantifying an analyte nucleic acid, the fluorescent reagent comprises a minor glove-bound fluorescent dye or a fluorescent probe oligonucleotide utilizing fluorescence energy transfer.

【0012】また、好ましくは、上記被検体核酸の定量
方法において、キャピラリープレートの両面を密閉する
弾力性のある透明な板がシリコンゴム製である。
[0012] Preferably, in the above-described method for quantifying an analyte nucleic acid, the elastic transparent plate for sealing both sides of the capillary plate is made of silicone rubber.

【0013】さらに、本発明の別の側面によれば、被検
体核酸の分子数の計数方法であって、試料からの被検体
核酸に由来する標的DNA、および蛍光試薬を含むPC
R溶液を調製する第1の工程と、所定の数のチャンネル
を備えたキャピラリープレートに前記PCR溶液を載せ
る第2の工程と、前記キャピラリープレートの両面を弾
力性のある透明な板で密閉し、前記PCR溶液を前記各
チャンネルに封入する第3の工程と、前記両面が密閉さ
れたキャピラリープレートを予め設定した温度サイクル
に曝し、前記被検体核酸に由来する標的DNAのPCR
を行わせる第4の工程と、前記両面が密閉されたキャピ
ラリープレートを蛍光測定に供し、蛍光を発する蛍光性
チャンネルの数を計数し、ここで該蛍光性チャンネルは
前記PCRによって増幅された被検体核酸に由来する標
的DNAを含むチャンネルである第5の工程と、を含む
ことを特徴とする被検体核酸の分子数の計数方法が提供
される。
Further, according to another aspect of the present invention, there is provided a method for counting the number of molecules of a nucleic acid to be analyzed, the method comprising a PC containing a target DNA derived from the nucleic acid to be analyzed from a sample and a fluorescent reagent.
A first step of preparing an R solution, a second step of placing the PCR solution on a capillary plate having a predetermined number of channels, and sealing both sides of the capillary plate with an elastic transparent plate; A third step of enclosing the PCR solution in each of the channels, and exposing the capillary plate whose both sides are sealed to a preset temperature cycle to perform PCR of the target DNA derived from the analyte nucleic acid.
Performing the fourth step, and subjecting the capillary plate whose both sides are sealed to fluorescence measurement to count the number of fluorescent channels that emit fluorescence, wherein the fluorescent channels are the analytes amplified by the PCR. A fifth step which is a channel containing a target DNA derived from the nucleic acid, and a method for counting the number of molecules of the analyte nucleic acid, the method comprising:

【0014】以下、本発明を好適な実施の形態に従っ
て、詳細に説明する。
Hereinafter, the present invention will be described in detail according to preferred embodiments.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】本発明の主要な側面は、被検体核
酸の分子数または濃度の定量方法であって、試料からの
被検体核酸に由来する標的DNA、および蛍光試薬を含
むPCR溶液を調製する第1の工程と、所定の数のチャ
ンネルを備えたキャピラリープレートに前記PCR溶液
を載せる第2の工程と、前記キャピラリープレートの両
面を弾力性のある透明な板で密閉し、前記PCR溶液を
前記各チャンネルに封入する第3の工程と、前記両面が
密閉されたキャピラリープレートを予め設定した温度サ
イクルに曝し、前記被検体核酸に由来する標的DNAの
PCRを行わせる第4の工程と、前記両面が密閉された
キャピラリープレートを蛍光測定に供し、蛍光を発する
蛍光性チャンネルの数を計数し、ここで前記蛍光性チャ
ンネルは前記PCRによって増幅された被検体核酸に由
来する標的DNAを含むチャンネルである第5の工程
と、を含むことを特徴とする被検体核酸の定量方法であ
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A major aspect of the present invention is a method for quantifying the number or concentration of analyte nucleic acids, comprising the steps of: using a PCR solution containing a target DNA derived from an analyte nucleic acid from a sample and a fluorescent reagent; A first step of preparing, a second step of placing the PCR solution on a capillary plate having a predetermined number of channels, and sealing both sides of the capillary plate with an elastic transparent plate; A third step of enclosing the channel into the respective channels, and a fourth step of exposing the capillary plate having both sides sealed to a preset temperature cycle to perform PCR of the target DNA derived from the analyte nucleic acid, The two-sided sealed capillary plate is subjected to fluorescence measurement, and the number of fluorescent channels emitting fluorescence is counted. A method of quantifying analyte nucleic acids, characterized in that it comprises a fifth step is a channel containing the target DNA from the subject nucleic acid amplified by.

【0016】従って、本発明の被検体核酸の定量方法の
骨子は、被検体核酸に由来する標的DNAを含むPCR
溶液をキャピラリープレートのチャンネル内に封入し、
前記標的DNAをPCRにより増幅し、増幅された標的
DNAが発する蛍光を検出、解析することにより、最初
に試料中に存在した被検体核酸の分子数を計数すること
にある。そこで、以下、「本発明の定量方法」とは、本
発明に従う、被検体核酸の濃度の定量方法および被検体
核酸の分子数の計数方法を含み、それら両方またはいず
れかの意味で用いる。
Therefore, the essence of the method for quantifying an analyte nucleic acid according to the present invention is that PCR comprising a target DNA derived from the analyte nucleic acid is performed.
Enclose the solution in the channel of the capillary plate,
The object of the present invention is to amplify the target DNA by PCR, detect and analyze the fluorescence emitted from the amplified target DNA, and thereby count the number of molecules of the analyte nucleic acid present in the sample first. Therefore, hereinafter, the “quantitative method of the present invention” includes the method of quantifying the concentration of the analyte nucleic acid and the method of counting the number of molecules of the analyte nucleic acid according to the present invention, and both or any of them are used.

【0017】本明細書中で用いる「被検体核酸」とは、
DNAまたはRNA(mRNAを含む)を包含し、1本
鎖または2本鎖のいずれであってもよいが、本発明の定
量方法を適用するためには、被検体核酸自身、或いはそ
れに由来する標的DNA(後述)の塩基配列が少なくと
もPCR可能な程度に知られている必要がある。また、
被検体核酸は必ずしも純粋な形態である必要はなく、複
雑な混合物のごく一部のフラクション(例えば、β−グ
ロブリン遺伝子の一部)であってもよい。さらに、被検
体核酸は、天然または人工的に合成されたもの等いかな
る起源のものであってもよいが、本発明の応用分野を鑑
みて、血液、細胞、組織、微生物またはウイルスから抽
出されたDNAまたはRNAであることが好ましい。本
明細書中で用いる「試料」とは、このような被検体核酸
が含まれる試料を指し、これも特に限定はない。しか
し、前記と同様の理由から、生体試料(特に、臨床検体
および細胞診検体)が好適に本発明の定量方法におい
て、用いられる。臨床検体としては、尿、糞便、喀痰、
血液等が挙げられる。細胞診検体としては、液状の胸
水、腹水等の体腔液および針窄刺吸引等の生検手法で得
られる腫瘍細胞等が挙げられる。通常、これらの検体か
ら被検体核酸(DNA)を得るには、検体を前処理し
て、核酸を抽出する。前処理方法は、検体の種類によ
り、異なっており、各検体について、確立された処理方
法を適用すればよい。核酸の抽出方法としては、フェノ
ール・クロロホルム法およびグアニジンチオシアン酸法
等が公知である。一方、被検体核酸がRNAである場
合、RNA自身は、PCRの基質とはなりえない。しか
し、逆転写酵素によって、RNAからcDNAを合成す
ることによりPCRをRNAの解析に応用することが可
能である。従って、前記逆転写酵素反応をPCRと組み
合わせることにより、被検体核酸がRNAであっても本
発明の定量方法が適用できる。特に、検体がRNAウイ
ルス(HIV、HCV、ハンターウイルス等)を含むと
きがこのような場合にあたる。RNAウイルスは、染色
体としてDNAではなく、RNAを有しているからであ
る。また、被検体核酸として、DNAが解析の対象とな
り得るときでも、該DNAの代わりにmRNAを被検体
核酸とすると、mRNAはDNAに比べて細胞あたりの
コピー数が多い場合があり、感度の点でmRNAを解析
するほうがDNAを解析するより有利となる。従って、
本明細書中で用いる「被検体核酸に由来する標的DN
A」とは、PCRによって増幅されるDNAであり、被
検体核酸がDNAの場合、該DNAを指し、被検体核酸
をRNA(mRNA)とするとそれから得られるDNA
(cDNA)を指す。
As used herein, “analyte nucleic acid” refers to
It includes DNA or RNA (including mRNA) and may be single-stranded or double-stranded. However, in order to apply the quantification method of the present invention, the target nucleic acid itself or a target derived therefrom is required. It is necessary that the base sequence of DNA (described later) is known at least to the extent that PCR is possible. Also,
The analyte nucleic acid need not necessarily be in pure form, but may be only a fraction of a complex mixture (eg, a portion of a β-globulin gene). Furthermore, the analyte nucleic acid may be of any origin, such as natural or artificially synthesized, but in view of the field of application of the present invention, extracted from blood, cells, tissues, microorganisms or viruses. It is preferably DNA or RNA. As used herein, the term “sample” refers to a sample containing such an analyte nucleic acid, and is not particularly limited. However, for the same reasons as described above, biological samples (particularly, clinical samples and cytological samples) are preferably used in the quantification method of the present invention. Clinical samples include urine, feces, sputum,
Blood and the like. Examples of the cytological specimen include body cavity fluids such as liquid pleural effusion and ascites, and tumor cells obtained by a biopsy method such as needle aspiration. Usually, in order to obtain an analyte nucleic acid (DNA) from these specimens, the specimen is pre-treated to extract the nucleic acid. The preprocessing method differs depending on the type of the sample, and the established processing method may be applied to each sample. Known methods for extracting nucleic acids include the phenol-chloroform method and the guanidine thiocyanate method. On the other hand, when the test nucleic acid is RNA, the RNA itself cannot be a substrate for PCR. However, PCR can be applied to RNA analysis by synthesizing cDNA from RNA using reverse transcriptase. Therefore, by combining the reverse transcriptase reaction with PCR, the quantification method of the present invention can be applied even when the analyte nucleic acid is RNA. In particular, such a case is when the specimen contains an RNA virus (HIV, HCV, hunter virus, etc.). This is because RNA viruses have not chromosomes but DNA but RNA. Further, even when DNA can be analyzed as a test nucleic acid, if mRNA is used as the test nucleic acid instead of the DNA, the mRNA may have a higher copy number per cell than the DNA in some cases. It is more advantageous to analyze the mRNA than to analyze the DNA. Therefore,
As used herein, “target DN derived from analyte nucleic acid”
"A" is DNA amplified by PCR, and when the nucleic acid to be tested is DNA, refers to the DNA, and when the nucleic acid to be tested is RNA (mRNA), the DNA obtained therefrom
(CDNA).

【0018】前記逆転写酵素反応は、常法にしたがい容
易に実施できる。例えば、試料に対して、市販の標準的
なcDNA合成キット(Amersham Pharm
acia社製Time Saver cDNA Syn
thesis Kit)を作用させ、mRNAからcD
NAを合成する。また、逆転写酵素反応での逆転写酵素
の至適pH(8.3付近)は、PCRの緩衝液のpH
(例えば、8.4〜8.8)と近く、さらに両反応で要
求されるMg2+も共通である。そこで、逆転写酵素反応
後、緩衝液を置き換えずそのままPCRで使用する緩衝
液で希釈することで、PCRに適した緩衝液条件を得る
ことができる。従って、逆転写によって合成されたcD
NAを直接PCRにより増幅に供することが可能であ
る。尚、この場合、通常のPCRにおいて、2本鎖DN
Aを変性させて、1本鎖DNAとしてからPCRを実施
するのと同様に、mRNA−cDNA2本鎖を変性させ
て、1本鎖cDNAとする。この時、同時に使用した逆
転写酵素も失活する。
The reverse transcriptase reaction can be easily carried out according to a conventional method. For example, for a sample, a commercially available standard cDNA synthesis kit (Amersham Pharm
Time Saver cDNA Syn manufactured by Acia
thesis Kit) to convert mRNA into cD
Synthesize NA. The optimum pH of the reverse transcriptase (around 8.3) in the reverse transcriptase reaction is determined by the pH of the PCR buffer.
(For example, 8.4 to 8.8), and Mg 2+ required for both reactions is also common. Therefore, after the reverse transcriptase reaction, by diluting the buffer with the buffer used for PCR without replacing the buffer, buffer conditions suitable for PCR can be obtained. Therefore, cD synthesized by reverse transcription
NA can be directly subjected to amplification by PCR. In this case, in a normal PCR, the double-stranded DN
Similarly to the case where A is denatured to form a single-stranded DNA and then PCR is performed, the mRNA-cDNA duplex is denatured to obtain a single-stranded cDNA. At this time, the reverse transcriptase used at the same time is inactivated.

【0019】本発明の定量方法に含まれる第1の工程
は、被検体核酸に由来する標的DNA(1本鎖)、およ
び蛍光試薬を含むPCR溶液を調製することからなる。
具体的には、前記標的DNA、PCR緩衝液(プライマ
ー、dNTP、TaqDNAポリメラーゼ等からな
る)、および蛍光試薬を混合して、PCR溶液を調製す
る。ここで用いるプライマーは、標的DNAの5'側と
3'側での2種類のプライマーを常法に従って合成した
ものである。プライマーの設計に関しては、GENET
YX(ソフトウェア開発)等の市販のソフトウェアを利
用することができる。
The first step included in the quantification method of the present invention comprises preparing a PCR solution containing a target DNA (single strand) derived from a nucleic acid to be tested and a fluorescent reagent.
Specifically, a PCR solution is prepared by mixing the target DNA, a PCR buffer (comprising primers, dNTPs, Taq DNA polymerase, etc.) and a fluorescent reagent. The primers used herein are those obtained by synthesizing two types of primers on the 5 ′ side and 3 ′ side of the target DNA according to a conventional method. For primer design, please refer to GENET
Commercially available software such as YX (software development) can be used.

【0020】蛍光試薬は、増幅された標的DNAを検出
する目的で使用するものであり、増幅されたDNA量に
比例して、その蛍光強度が増加する性質を有する必要が
ある。本発明では、好ましくは、マイナーグルーブ結合
型のDNA特異的蛍光色素を蛍光試薬として使用する。
この型の蛍光色素は、DNA鎖のマイナーグルーブに結
合するので、増幅DNAにその量に比例して取り込まれ
る。DNAが存在しないとき、蛍光色素自身は弱い蛍光
しか発しない。このようなマイナーグルーブ結合型の蛍
光色素の代表的なものとして、Hoechst3325
8およびHoechst33342が挙げられる。
The fluorescent reagent is used for the purpose of detecting the amplified target DNA, and needs to have a property that its fluorescence intensity increases in proportion to the amount of the amplified DNA. In the present invention, a DNA-specific fluorescent dye of a minor groove binding type is preferably used as a fluorescent reagent.
This type of fluorescent dye binds to the minor groove of the DNA strand and is incorporated into the amplified DNA in proportion to its amount. In the absence of DNA, the fluorescent dye itself emits only weak fluorescence. Hoechst 3325 is a typical example of such a minor groove-binding fluorescent dye.
8 and Hoechst 33342.

【0021】また、蛍光エネルギー移動を利用した蛍光
プローブも蛍光試薬として本発明の定量方法に使用可能
である。このようなプローブは、供与体色素および受容
体色素として働く2種類の蛍光色素の対を、または1種
類の蛍光色素とその蛍光を消光する色素の対を結合させ
たオリゴヌクレオチドであり、PCR進行に伴って生じ
る、プローブのハイブリダイゼーションや分解により蛍
光エネルギー移動が解消される結果、供与体色素の蛍光
強度が増加するため、蛍光測定からDNA増幅を推定す
ることができる。
A fluorescent probe utilizing fluorescence energy transfer can also be used as a fluorescent reagent in the quantification method of the present invention. Such a probe is an oligonucleotide in which a pair of two types of fluorescent dyes acting as a donor dye and an acceptor dye or a pair of a single type of fluorescent dye and a pair of dyes that quench the fluorescence thereof are used, and the PCR proceeds. As a result, the fluorescence energy transfer is eliminated by hybridization or decomposition of the probe, resulting in an increase in the fluorescence intensity of the donor dye. Thus, DNA amplification can be estimated from the fluorescence measurement.

【0022】本発明の定量方法に含まれる第2の工程
は、所定の数のチャンネルを備えたキャピラリープレー
トに前記PCR溶液を載せることからなる。ここで使用
されるキャピラリープレートは、ガラス製またはシリコ
ン製の材料から構成されるものが好ましい。図1aおよ
び図1bに、本発明で使用されるキャピラリープレート
1の一例を示す。典型的なものは、外径数〜数十mmで
あり、直径数〜200μm程度かつ深さ(厚さ)0.5
〜数mmの円筒状のカラム(チャンネル2ともいう)を
所定の数(数千〜数百万で任意に選択できる)を備え
る。キャピラリープレート1にPCR溶液を載せるに
は、PCR溶液を、キャピラリープレート1の片側(底
面)に接触させる。すると毛細管現象によりPCR溶液
が、各チャンネル2に注入される。この注入段階の様子
は、図3(a)(後述)に模式的に示される。別法とし
て、キャピラリプレートの上面からピペット操作により
PCR溶液をチャンネル内に注入してもよい。
The second step included in the quantification method of the present invention comprises placing the PCR solution on a capillary plate having a predetermined number of channels. The capillary plate used here is preferably composed of a glass or silicon material. 1a and 1b show an example of a capillary plate 1 used in the present invention. A typical one has an outer diameter of several to several tens mm, a diameter of several to about 200 μm, and a depth (thickness) of 0.5.
A predetermined number (thousands to several millions of which can be arbitrarily selected) of cylindrical columns (also referred to as channels 2) having a size of to several mm is provided. To place the PCR solution on the capillary plate 1, the PCR solution is brought into contact with one side (bottom surface) of the capillary plate 1. Then, a PCR solution is injected into each channel 2 by capillary action. This injection stage is schematically illustrated in FIG. 3A (described later). Alternatively, the PCR solution may be injected into the channel by pipetting from the top of the capillary plate.

【0023】本発明の定量方法に含まれる第3の工程
は、前記キャピラリープレートの両面を弾力性のある透
明な板で密閉し、前記PCR溶液を前記各チャンネル内
に封入することからなる。ここでは、図2aに示すよう
に、前記第2の工程でキャピラリープレート1の各チャ
ンネル2にPCR溶液が注入されたままの状態で、キャ
ピラリープレート1の両面を弾力性のある透明な板(例
えば、シリコンゴム板3)で密閉する。キャピラリープ
レート1が密閉されると、PCR溶液が各チャンネル2
内に封入され、チャンネル間でPCR溶液の移動は起こ
らない。この後、シリコンゴム板3の外側をカバーガラ
ス4で覆う。
The third step included in the quantification method of the present invention comprises sealing both sides of the capillary plate with an elastic transparent plate, and enclosing the PCR solution in each of the channels. Here, as shown in FIG. 2a, both sides of the capillary plate 1 are elastically transparent plates (for example, while the PCR solution is still being injected into each channel 2 of the capillary plate 1 in the second step). And sealing with a silicone rubber plate 3). When the capillary plate 1 is sealed, the PCR solution
And transfer of the PCR solution between channels does not occur. Thereafter, the outside of the silicon rubber plate 3 is covered with a cover glass 4.

【0024】本発明の定量方法に含まれる第4の工程
は、前記両面が密閉されたキャピラリープレートを予め
設定した温度サイクルに曝し、前記標的DNAのPCR
を行わせることからなる。この工程は、通常のPCRと
同様にして実施される。図2aさらに図2bを参照。ま
ず、前記第3の工程で、両面が密閉され、さらにカバー
ガラス4で覆われたキャピラリープレート1をPCR用
に設計されたチェンバー5内に収納する。チェンバー5
の外枠は熱伝導性の高い材料、例えば、無酸素銅または
アルミ合金板で作られており、チェンバー5自体がヒー
トブロックとして、直接加熱/冷却される。キャピラリ
ープレート1をチェンバー5内に載置した後、固定ネジ
6を締めてキャピラリープレート1を固定する(図2
b)。チェンバー5をそのままの状態で、市販のサーマ
ルサイクラーのアルミブロック7上に載置する。サーマ
ルサイクラーでの各サイクルの温度、反応時間およびサ
イクル数を設定し、PCRを実施する。本発明で採用さ
れる温度サイクルは、通常のPCRの温度サイクルと特
に、異ならない。本発明の定量方法も増幅反応自体は、
通常のPCRとなんら異ならないので、デジタルPCR
法の項で説明した、交雑DNAからくる「キャリーオー
バー」を出来るだけ少なくし、非特異的DNA増幅(バ
ックグランド)を抑えることが好ましい。このための、
様々な措置、工夫については、当業者に認識されている
とおりである。このようにして、標的DNAを鋳型とし
てPCRが行われ、該DNAが増幅されることとなる。
In the fourth step included in the quantification method of the present invention, the above-mentioned capillary plate having both sides closed is exposed to a preset temperature cycle to perform PCR of the target DNA.
Is performed. This step is performed in the same manner as ordinary PCR. See Figure 2a and Figure 2b. First, in the third step, the capillary plate 1 whose both surfaces are sealed and covered with the cover glass 4 is housed in a chamber 5 designed for PCR. Chamber 5
Is made of a material having high thermal conductivity, for example, an oxygen-free copper or aluminum alloy plate, and the chamber 5 itself is directly heated / cooled as a heat block. After placing the capillary plate 1 in the chamber 5, tighten the fixing screw 6 to fix the capillary plate 1 (FIG. 2).
b). With the chamber 5 as it is, it is placed on an aluminum block 7 of a commercially available thermal cycler. The temperature, reaction time and cycle number of each cycle in the thermal cycler are set, and PCR is performed. The temperature cycle employed in the present invention is not particularly different from the temperature cycle of ordinary PCR. The amplification method itself of the quantification method of the present invention
Digital PCR is no different from normal PCR
It is preferable to minimize the "carryover" caused by the hybrid DNA as described in the method section and to suppress nonspecific DNA amplification (background). For this,
Various measures and ingenuity are as recognized by those skilled in the art. Thus, PCR is performed using the target DNA as a template, and the DNA is amplified.

【0025】しかし、前記のPCR反応溶液をそのまま
キャピラリープレートのチャンネルに封入して、PCR
を試みると、PCRが進行しないことがある。これは、
チャンネルの内壁にDNAポリメラーゼが吸着されて、
PCRに悪影響を及ぼすためである。このようなタンパ
ク質の吸着現象は、他の反応容器を使用しても起こり得
るが、キャピラリープレートの場合、反応容器の全表面
積が非常に大きくなるため、特に顕著である。そこで本
発明の好適な1つの実施の形態では、たんぱく質吸着阻
害作用を有する物質(タンパク質吸着阻害剤という)で
キャピラリープレートをPCRに先立って処理し、前記
吸着現象を防止する。タンパク質吸着阻害剤による前処
理工程は、前記第2の工程の前に実施される。別法で
は、タンパク質吸着阻害剤を前記PCR溶液に混入して
PCRを行ってもよい。この場合、タンパク質吸着阻害
剤は、DNAポリメラーゼ濃度に対して、過剰であるこ
とが好ましい。タンパク質吸着阻害剤の一例として、ウ
シ血清アルブミンが例示される。その適当な濃度は、約
0.01〜約0.1%である。
However, the PCR reaction solution is directly enclosed in a channel of a capillary plate,
May not progress PCR. this is,
DNA polymerase is adsorbed on the inner wall of the channel,
This is because it has an adverse effect on PCR. Such a protein adsorption phenomenon can occur even when another reaction vessel is used, but is particularly remarkable in the case of a capillary plate because the total surface area of the reaction vessel becomes very large. Therefore, in a preferred embodiment of the present invention, the capillary plate is treated with a substance having a protein adsorption inhibitory action (referred to as a protein adsorption inhibitor) prior to PCR to prevent the adsorption phenomenon. The pretreatment step with the protein adsorption inhibitor is performed before the second step. Alternatively, PCR may be performed by mixing a protein adsorption inhibitor into the PCR solution. In this case, it is preferable that the protein adsorption inhibitor is in excess with respect to the DNA polymerase concentration. As an example of the protein adsorption inhibitor, bovine serum albumin is exemplified. Suitable concentrations are from about 0.01 to about 0.1%.

【0026】本発明の定量方法に含まれる第5の工程
は、両面が密閉されたキャピラリープレートを蛍光測定
に供し、蛍光を発する蛍光性チャンネルの数を計数する
ことからなる。ここで、前記蛍光性チャンネルは前記P
CRによって増幅された被検体核酸に由来する標的DN
Aを含むチャンネルである。具体的には、前記第4の工
程の後、チェンバー5からキャピラリープレート1を取
り出し、カバーガラス4を取り付けたまま、蛍光顕微鏡
下、キャピラリープレートの表面を観察する。本発明に
使用される蛍光顕微鏡は、励起光源、励起光波長選択フ
イルター(Hoechst33258の場合は、紫外線
透過フイルター)、蛍光波長選択フイルター等を備えた
市販の製品でよい。さらに、キャピラリープレートの表
面の蛍光像を高感度カメラ(II-CCDカメラ)で撮像
し、得られた画像を画像処理システムで解析する。この
ようにして、蛍光試薬からの蛍光信号をキャピラリープ
レートの各チャンネル毎に計測することが可能である。
画像処理に際して、適当な閾値を設定し、それ以下のバ
ックグランド蛍光信号をフィルターで除去する。すると
蛍光信号の変化した(すなわち、蛍光を発する蛍光性チ
ャンネル)チャンネルのみが特定される。このような蛍
光性チャンネルの数を計数するには、画像処理された蛍
光画像上で輝度の高いチャンネル数を目視により計数す
る。或いは、画像処理システム内で蛍光信号に基づき、
マイクロコンピューターに処理させ、自動的に計数する
ようにしてもよい。いずれにしろ、これら一連の蛍光信
号のプロセシングは、公知技術の組み合わせによって、
実行され得る。
The fifth step included in the quantification method of the present invention comprises subjecting a capillary plate, whose both sides are sealed, to fluorescence measurement and counting the number of fluorescent channels that emit fluorescence. Here, the fluorescent channel is the P channel.
Target DN derived from subject nucleic acid amplified by CR
A channel including A. Specifically, after the fourth step, the capillary plate 1 is taken out of the chamber 5 and the surface of the capillary plate is observed under a fluorescence microscope with the cover glass 4 attached. The fluorescence microscope used in the present invention may be a commercially available product equipped with an excitation light source, an excitation light wavelength selection filter (in the case of Hoechst 33258, an ultraviolet transmission filter), a fluorescence wavelength selection filter, and the like. Further, a fluorescent image of the surface of the capillary plate is captured by a high-sensitivity camera (II-CCD camera), and the obtained image is analyzed by an image processing system. In this way, it is possible to measure the fluorescence signal from the fluorescent reagent for each channel of the capillary plate.
At the time of image processing, an appropriate threshold is set, and a background fluorescent signal below the threshold is removed by a filter. Then, only the channel whose fluorescence signal has changed (that is, the fluorescent channel that emits fluorescence) is specified. In order to count the number of such fluorescent channels, the number of channels having high luminance is visually counted on the image-processed fluorescent image. Alternatively, based on the fluorescence signal in the image processing system,
The processing may be performed by a microcomputer and counting may be performed automatically. In any case, the processing of these series of fluorescent signals is performed by a combination of known techniques.
Can be performed.

【0027】前記蛍光性チャンネルは、PCRによって
増幅された標的DNAを含む。これは、該チャンネル内
に前記第3の工程で封入されたPCR溶液が、被検体核
酸に由来する標的DNA分子を含むからである。その標
的DNA分子が前記第4の工程で増幅され、増幅された
DNAが蛍光試薬により蛍光を発するのでチャンネルの
蛍光信号がPCR前と比べると変化する。一方、チャン
ネル内のPCR溶液が標的DNA分子を含まないとき、
PCRによって増幅DNAは生じない。チャンネルの蛍
光信号は、PCR前と変化はなく、これは、後述の実施
例における実験からも確かめられた。従って、蛍光性チ
ャンネルを特定し、キャピラリープレート上でその総数
を計数することによって、標的DNA分子がPCR以前
に存在したチャンネル数を決定できる。
[0027] The fluorescent channel contains a target DNA amplified by PCR. This is because the PCR solution encapsulated in the third step in the channel contains a target DNA molecule derived from the analyte nucleic acid. The target DNA molecule is amplified in the fourth step, and the amplified DNA emits fluorescence with the fluorescent reagent, so that the fluorescence signal of the channel changes as compared to before the PCR. On the other hand, when the PCR solution in the channel does not contain the target DNA molecule,
No amplified DNA is produced by PCR. The fluorescence signal of the channel did not change from before the PCR, and this was also confirmed from experiments in Examples described later. Thus, by identifying the fluorescent channels and counting their total number on the capillary plate, the number of channels in which the target DNA molecule was present before PCR can be determined.

【0028】キャピラリプレートを構成するチャンネル
の総数に対して、PCR前の標的DNA分子の数が充分
に少ない条件下において、標的DNAを含むチャンネル
では、ほとんどのチャンネル内の標的DNA分子の数は
1分子であると、ポアソン分布から仮定することができ
る。従って、このような標的DNAの濃度が充分に低い
場合、蛍光性チャンネルの数が標的DNAの分子の数に
相当することになる。
Under conditions where the number of target DNA molecules before PCR is sufficiently small relative to the total number of channels constituting the capillary plate, the number of target DNA molecules in most of the channels containing target DNA is 1 in the channels containing target DNA. If it is a numerator, it can be assumed from the Poisson distribution. Therefore, when the concentration of such target DNA is sufficiently low, the number of fluorescent channels will correspond to the number of molecules of target DNA.

【0029】この仮定も、後述の実施例における実験に
おいて、実測値がポアソン分布からの期待値にほぼ一致
することから支持される。以上のように、本発明の定量
方法に従えば、蛍光性チャンネルの総数を計数すること
によって、PCR溶液中の標的DNAの分子数を計数
し、さらには試料中の被検体核酸の分子数を決定するこ
とが可能になる。所望ならば、このようにして決定され
た分子数とチャンネルの容積に基づいて標的DNA(従
って、被検体核酸)の濃度を求めることもできる。
This assumption is supported by the fact that the measured value substantially matches the expected value from the Poisson distribution in the experiments in the examples described later. As described above, according to the quantification method of the present invention, by counting the total number of fluorescent channels, the number of molecules of the target DNA in the PCR solution is counted, and further, the number of molecules of the analyte nucleic acid in the sample is determined. It will be possible to decide. If desired, the concentration of the target DNA (and thus the analyte nucleic acid) can be determined based on the number of molecules and the volume of the channel thus determined.

【0030】以上詳述してきた本発明の定量方法を上記
第1ないし第4の工程に相当する段階毎に、模式的に説
明したものが第3図である。本発明の定量方法に従う、
一連の手順は、上記の説明とこの図を参照して、当業者
に容易に理解されうる。
FIG. 3 schematically illustrates the quantification method of the present invention described above in detail for each of the steps corresponding to the first to fourth steps. According to the quantification method of the present invention,
A series of procedures can be easily understood by those skilled in the art with reference to the above description and this figure.

【0031】以下、実施例を挙げて本発明をより具体的
に説明するが、本発明はこれらの実施例によって制限さ
れるものではない。
Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.

【0032】[0032]

【実施例】(実施例1)下記の組成を有するPCR溶液
を調製した。本例で使用した標的DNA(鋳型DNAに
対応)、5’プライマー、および3’プライマーは、そ
れぞれ次の塩基配列を有する。これらDNAは、受託D
NA合成業者(ベックス株式会社)より入手した。 標的DNA: 5'-ATGGAAACCTGTTTGTTGGATATAAATACGTCGT
AGATGGGCACAGTGTG-3'(配列表の配列番号1に記載) 5’プライマー: 5'-CACACTGTGCCCATCTACGA-3'(配列表
の配列番号2に記載) 3’プライマー: 5'-ATGGAAACCTGTTTGTTGGA-3'(配列表
の配列番号3に記載) PCR溶液 標的DNA 100aM 5’プライマー 1μM 3’プライマー 1μM Mg2Cl 6mM BSA 0.1% 各dNTP 0.5mM Hoechst 33258 1μM Taq 抗体 0.056μM Taq DNA ポリメラーゼ 0.02 unit/μl Taq DNA ポリメラーゼ用緩衝液10倍溶液 25μl 蒸留水 残部 全液量 250μl 直径0.05mm、深さ1mmのチャンネル(約10万
個、容積約2nl)を備える外径25mmのキャピラリ
ープレートを用いて、上記PCR溶液を毛細管現象によ
り各チャンネルに分注した。キャピラリープレートの両
面を透明なシリコンゴム板で密封し、さらに外側をカバ
ーガラスで覆った[図2(a)]。このキャピラリープ
レートをチェンバー内に収納し、チェンバーをサーマル
サイクラー(パーキンエルマー社、DNA Thermal Cycler
488)のアルミブロック上に載置した[図2(b)]。
EXAMPLES (Example 1) A PCR solution having the following composition was prepared. The target DNA (corresponding to the template DNA), the 5 ′ primer, and the 3 ′ primer used in this example have the following base sequences, respectively. These DNAs can be
It was obtained from an NA synthesizer (Vex Corporation). Target DNA: 5'-ATGGAAACCTGTTTGTTGGATATAAATACGTCGT
AGATGGGCACAGTGTG-3 '(described in SEQ ID NO: 1 in the sequence listing) 5' primer: 5'-CACACTGTGCCCATCTACGA-3 '(described in SEQ ID NO: 2 in the sequence listing) 3' primer: 5'-ATGGAAACCTGTTTGTTGGA-3 '(described in the sequence listing) PCR solution Target DNA 100 aM 5 ′ primer 1 μM 3 ′ primer 1 μM Mg 2 Cl 6 mM BSA 0.1% each dNTP 0.5 mM Hoechst 33258 1 μM Taq antibody 0.056 μM Taq DNA polymerase 0.02 unit / μl Taq DNA polymerase 10-fold buffer solution 25 μl Distilled water Remaining volume 250 μl Using a capillary plate with an outer diameter of 25 mm provided with channels (about 100,000, volume of about 2 nl) having a diameter of 0.05 mm and a depth of 1 mm The PCR solution was dispensed into each channel by capillary action. Both sides of the capillary plate were sealed with a transparent silicon rubber plate, and the outside was further covered with a cover glass [FIG. 2 (a)]. This capillary plate is stored in the chamber, and the chamber is connected to a thermal cycler (PerkinElmer, DNA Thermal Cycler).
488) on the aluminum block [FIG. 2 (b)].

【0033】サーマルサイクラーでの各サイクルの温
度、反応時間およびサイクル数を次のように設定し、P
CRを実施した。すなわち、95℃3分間の前処理を1
回行い、次に95℃で2分、次に45℃で2分間反応さ
せることとし、これを40サイクル繰り返した。さら
に、68℃で5分間、保持し、室温まで放置しPCRを
終了した。
The temperature, reaction time and cycle number of each cycle in the thermal cycler were set as follows.
A CR was performed. That is, pretreatment at 95 ° C. for 3 minutes
The reaction was repeated twice, followed by a reaction at 95 ° C. for 2 minutes and then at 45 ° C. for 2 minutes, and this was repeated for 40 cycles. Further, the temperature was kept at 68 ° C. for 5 minutes, and the reaction was left at room temperature to terminate the PCR.

【0034】PCR終了後、チェンバーからキャピラリ
ープレートを取り出し、シリコンゴム板およびカバーガ
ラスを取り付けたまま、倒立蛍光顕微鏡下(オリンパス
製IX70、対物レンズ:10倍)、その表面を観察し
た。表面の蛍光像を高感度カメラ、II−CCDカメラ
(浜松ホトニクス製 ARGUS500)で撮像し、得られた蛍
光画像を画像処理システムで記録した。この画像を図4
(a)に示す。
After completion of the PCR, the capillary plate was taken out of the chamber, and its surface was observed under an inverted fluorescence microscope (IX70, manufactured by Olympus, objective lens: 10 times) with the silicon rubber plate and the cover glass attached. A fluorescent image of the surface was taken with a high-sensitivity camera, II-CCD camera (ARGUS500 manufactured by Hamamatsu Photonics), and the obtained fluorescent image was recorded by an image processing system. This image is shown in FIG.
(A).

【0035】また、標的DNAを含ませず、それ以外は
上記のPCR溶液と全く同一の組成で、新たなPCR溶
液を調製し、対照試験を行った。得られた画像を図4
(b)に示す。
Further, a new PCR solution having the same composition as that of the above-mentioned PCR solution except that no target DNA was contained was prepared, and a control test was performed. FIG. 4 shows the obtained image.
(B).

【0036】図4(a)の蛍光画像と図4(b)の蛍光
画像とを比較すると、前者の画像は、明らかに輝度の高
い(蛍光性)チャンネルを数十含み、これらのチャンネ
ルが輝度の低いチャンネルの間に散在する様子を示して
いる。一方、後者の画像は、すべてのチャンネルにわた
って、暗く、輝度の高いチャンネルは、1つも存在しな
いことを示している。蛍光性チャンネルは、その中で標
的DNA分子が増幅されたために輝度が増したものであ
り、該チャンネルにPCR以前に標的DNA分子が存在
していたことが分かる。上記PCR条件で採用された4
0サイクルというサイクル数でも、DNA増幅が充分に
起こり、検出可能であった。また、前記対照試験の結果
から、このPCR条件では、非特異的DNA増幅が全く
起こらないことが明らかとなった。
Comparing the fluorescence image of FIG. 4A with the fluorescence image of FIG. 4B, the former image includes several tens of channels (fluorescence) which are clearly higher in brightness, and these channels have higher brightness. Are scattered between low channels. On the other hand, the latter image shows that there is no dark and high-luminance channel over all the channels. The fluorescent channel has increased brightness due to amplification of the target DNA molecule therein, indicating that the target DNA molecule was present in the channel before PCR. 4 used under the above PCR conditions
Even with a cycle number of 0 cycles, DNA amplification occurred sufficiently and was detectable. In addition, the results of the control test revealed that non-specific DNA amplification did not occur at all under these PCR conditions.

【0037】(実施例2)実施例1で使用したPCR溶
液において、標的DNAの濃度(100aM)を種々変
化させて、それ以外の組成は同一のPCR溶液を調製し
た。これらのPCR溶液を実施例1と同様に、PCRに
供し、それぞれの濃度について、蛍光画像を求め、蛍光
性チャンネルを計数した。キャピラリープレートの総チ
ャンネル数に対する得られた蛍光性チャンネル数の割合
を求め、各標的DNAの濃度に対してプロットしたのが
図5である。図5中、曲線は、このようにして得られ
た実測値の割合(蛍光チャンネル数:総チャンネル数)
をプロットしたものであり、曲線は、ポアソン分布か
らの期待値のプロットである。まず、曲線は標的DN
Aの濃度に比例して、蛍光性チャンネルの数が増加する
ことを示している。また、両曲線の近似は、本例で使用
したPCR溶液がポアソン分布に従うことを示唆してい
る。すなわち、標的DNAの濃度が低い領域では(例え
ば、前記期待値が0.1以下)、蛍光性チャンネルのほ
とんどで、標的DNAが1分子のみ存在することにな
る。その1分子がPCRによって増幅され、それが含ま
れるチャンネルが蛍光を発する。これらの事実と、実施
例1の結果と合わせて、蛍光性チャンネルの数からPC
R溶液中の標的DNAの分子数が正確に推定できること
が分かる。なお、図5に示したデータの基になる一部の
蛍光画像は、図6に直接示される。図中、標的DNAの
濃度が100、10、1aMのときの蛍光画像がそれぞ
れ(a)(b)(c)であり、左側と右側は、別個の溶
液を希釈した系に属するものである。左右の蛍光画像か
らの計数結果がほぼ一致することから、本発明の定量方
法での計数は、再現性があることが分かる。
(Example 2) In the PCR solution used in Example 1, the concentration of the target DNA (100 aM) was changed variously, and a PCR solution having the same other composition was prepared. These PCR solutions were subjected to PCR in the same manner as in Example 1, fluorescence images were obtained for each concentration, and the number of fluorescent channels was counted. FIG. 5 shows the ratio of the obtained number of fluorescent channels to the total number of channels of the capillary plate, and plotted against the concentration of each target DNA. In FIG. 5, the curve indicates the ratio of the actually measured values thus obtained (the number of fluorescent channels: the total number of channels).
And the curve is a plot of expected values from a Poisson distribution. First, the curve is the target DN
This shows that the number of fluorescent channels increases in proportion to the concentration of A. The approximation of both curves suggests that the PCR solution used in this example follows the Poisson distribution. That is, in a region where the concentration of the target DNA is low (for example, the expected value is 0.1 or less), only one molecule of the target DNA is present in most of the fluorescent channels. One molecule is amplified by PCR, and the channel containing it emits fluorescence. Together with these facts and the results of Example 1, the number of fluorescent channels
It can be seen that the number of molecules of the target DNA in the R solution can be accurately estimated. Note that a part of the fluorescence image based on the data shown in FIG. 5 is directly shown in FIG. In the figure, the fluorescence images when the concentration of the target DNA is 100, 10, and 1 aM are (a), (b), and (c), respectively, and the left and right sides belong to a system obtained by diluting separate solutions. Since the counting results from the left and right fluorescent images almost match, it can be seen that the counting by the quantitative method of the present invention has reproducibility.

【0038】[0038]

【発明の効果】本発明の定量方法は、通常のPCR条件
として、許容されるサイクル数でも増幅されたDNAが
充分に蛍光検出できるので、デジタルPCR法と比較し
て、非特異的DNA増幅による計数精度の低下が改善さ
れ、信頼性のある定量結果が得られる。
According to the quantification method of the present invention, the amplified DNA can be detected with sufficient fluorescence even under the allowable number of cycles under ordinary PCR conditions. The decrease in counting accuracy is improved, and a reliable quantitative result is obtained.

【0039】また、本発明の定量方法は、同様の理由か
ら、非特異的DNA増幅を抑制するための特別な手法ま
たは試薬を必要とせず、簡便な定量方法である。
For the same reason, the quantification method of the present invention does not require a special method or reagent for suppressing nonspecific DNA amplification, and is a simple quantification method.

【0040】さらに、本発明の定量方法では、キャピラ
リープレートの使用によって、デジタルPCR法で採用
するタイタープレートのウエルに対応するチャンネルの
数が飛躍的に増大する。典型的には、タイタープレート
の数百に対して、数万以上に上り、解析できるDNA濃
度範囲(すなわち、定量可能な被検体核酸の分子数)が
100倍以上に向上する。しかも、この範囲は、使用す
るキャピラリーのサイズを小さくするか、またはキャピ
ラリープレートの総面積を拡大する、或いはそれらの両
方でさらに広げ得る。これは被検体核酸を含む試料を、
様々な濃度に希釈して定量を繰り返すことなく、単一の
測定で定量が可能であることを意味する。
Further, in the quantification method of the present invention, the number of channels corresponding to the wells of the titer plate employed in the digital PCR method is dramatically increased by using the capillary plate. Typically, tens of thousands or more of the hundreds of titer plates are obtained, and the DNA concentration range that can be analyzed (that is, the number of molecules of the test nucleic acid that can be quantified) is improved 100 times or more. Moreover, this range can be further increased by reducing the size of the capillary used and / or increasing the total area of the capillary plate. This involves the sample containing the analyte nucleic acid,
This means that quantification can be performed with a single measurement without repeating dilution at various concentrations.

【0041】本発明の定量方法は、デジタルPCR法よ
り、計数精度および操作の簡便性が優れており、試料
(特に、生体試料)中の極微量の遺伝子その他核酸を検
出し、その分子数を計数して、定量するのに非常に有用
である。例えば、本発明の定量方法を用いて、特定の遺
伝子の発現分子数を計数することにより、細胞が正常か
或いは異常か識別可能となる。
The quantification method of the present invention is superior to the digital PCR method in terms of counting accuracy and simplicity of operation, and detects very small amounts of genes and other nucleic acids in a sample (particularly, a biological sample) and determines the number of molecules. Very useful for counting and quantifying. For example, by counting the number of expressed molecules of a specific gene using the quantification method of the present invention, it becomes possible to identify whether a cell is normal or abnormal.

【0042】[0042]

【配列表】 SEQUENCE LISTING <110> Hamamatsu Photonics K.K. <120> Method for quantifying nucleic acid analyte and method for counting the molecular number of nucleic acid analyte <130> P99HP-257 <140> <141> <160> 3 <170> PatentIn Ver. 2.1 <210> 1 <211> 50 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> PCR template <400> 1 atggaaacct gtttgttgga tataaatacg tcgtagatgg gcacagtgtg 50 <210> 2 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> PCR primer <400> 2 cacactgtgc ccatctacga 20 <210> 3 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> PCR primer <400> 3 atggaaacct gtttgttgga 20 gga[Sequence List] SEQUENCE LISTING <110> Hamamatsu Photonics KK <120> Method for quantifying nucleic acid analyte and method for counting the molecular number of nucleic acid analyte <130> P99HP-257 <140> <141> <160> 3 <170 > PatentIn Ver. 2.1 <210> 1 <211> 50 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> PCR template <400> 1 atggaaacct gtttgttgga tataaatacg tcgtagatgg gcacagtgtg 50 <210> 2 <211> 20 <212 > DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> PCR primer <400> 2 cacactgtgc ccatctacga 20 <210> 3 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> PCR primer <400> 3 atggaaacct gtttgttgga 20 gga

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】(a)は、本発明に係るキャピラリープレート
の部分切除斜視図である。(b)は、本発明に係るキャ
ピラリープレートの模式的断面図である。
FIG. 1A is a partially cutaway perspective view of a capillary plate according to the present invention. (B) is a schematic sectional view of the capillary plate according to the present invention.

【図2】(a)は、本発明に係るキャピラリープレート
がPCR用のチェンバーに収容された様子を模式的に示
す断面図である。(b)は、(a)に示したチェンバー
がサーマルサイクラー上に載置され、PCRが実施され
る様子を模式的に示す断面図である。
FIG. 2A is a cross-sectional view schematically showing a state in which a capillary plate according to the present invention is accommodated in a PCR chamber. (B) is a cross-sectional view schematically showing a state in which the chamber shown in (a) is mounted on a thermal cycler and PCR is performed.

【図3】図3は、本発明の定量方法を、段階毎に説明す
るための模式図である。図中、(a)は、PCR溶液が
本発明に係るキャピラリープレートのチャンネルに分注
されつつある段階を示し、(b)は、PCR溶液をチャ
ンネルに封入する段階を示し、(c)は、PCRによっ
て、いくつかのチャンネルで標的DNAの増幅が起こっ
ている段階を示し、(d)は、キャピラリープレートの
チャンネルからの蛍光を観察する段階を示す。
FIG. 3 is a schematic diagram for explaining the quantification method of the present invention step by step. In the figure, (a) shows a stage in which the PCR solution is being dispensed into the channel of the capillary plate according to the present invention, (b) shows a stage in which the PCR solution is sealed in the channel, and (c) shows a stage in which the PCR solution is sealed in the channel. PCR shows the stage where amplification of the target DNA occurs in some channels, and (d) shows the stage of observing the fluorescence from the channel of the capillary plate.

【図4】図4は、実施例1で得られた、キャピラリープ
レートの蛍光画像(写真)である。図中、(a)は、標
的DNAを含むPCR溶液のPCRから得られた蛍光画
像であり、(b)は、標的DNAを含まないPCR溶液
のPCRから得られた蛍光画像である。
FIG. 4 is a fluorescence image (photograph) of a capillary plate obtained in Example 1. In the figure, (a) is a fluorescence image obtained from PCR of a PCR solution containing a target DNA, and (b) is a fluorescence image obtained from PCR of a PCR solution containing no target DNA.

【図5】図5は、実施例2の試験結果を示し、標的DN
Aの濃度に対して、蛍光性チャンネル数の総チャンネル
数に対する割合をプロットしたグラフである。図中、
は実測値のプロットであり、はポアソン分布からの期
待値のプロットである。
FIG. 5 shows the test results of Example 2, where the target DN
5 is a graph in which the ratio of the number of fluorescent channels to the total number of channels is plotted against the concentration of A. In the figure,
Is a plot of the measured values, and is a plot of the expected values from the Poisson distribution.

【図6】図6は、実施例2で得られた、キャピラリープ
レートの蛍光画像(写真)である。図中、(a)は、濃
度100aMの標的DNAを含むPCR溶液のPCRか
ら得られた蛍光画像であり、(b)は、濃度10aMの
標的DNAを含むPCR溶液のPCRから得られた蛍光
画像であり、(c)は、濃度1aMの標的DNAを含む
PCR溶液のPCRから得られた蛍光画像である。
FIG. 6 is a fluorescence image (photograph) of a capillary plate obtained in Example 2. In the figure, (a) is a fluorescence image obtained from PCR of a PCR solution containing a target DNA at a concentration of 100 aM, and (b) is a fluorescence image obtained from PCR of a PCR solution containing a target DNA at a concentration of 10 aM. (C) is a fluorescence image obtained from PCR of a PCR solution containing a target DNA at a concentration of 1 aM.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1・・・キャピラリープレート、2・・・チャンネル、3・・・
シリコンゴム板、4・・・カバーグラス、5・・・チェンバ
ー、6・・・固定ネジ、7・・・サーマルサイクラーのアルミ
ブロック、8・・・標的DNA分子、9・・・増幅されたDN
A分子、10・・・蛍光性チャンネル
1 ... capillary plate, 2 ... channel, 3 ...
Silicon rubber plate, 4 ... cover glass, 5 ... chamber, 6 ... fixing screw, 7 ... aluminum block of thermal cycler, 8 ... target DNA molecule, 9 ... amplified DN
A molecule, 10 ... fluorescent channel

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 2G045 AA40 BB60 DA12 DA13 DA14 FA11 FA16 FA19 FB12 GC15 JA01 JA07 4B063 QA01 QA18 QQ42 QQ53 QR32 QR62 QR66 QS25 QS32 QX02 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continued on the front page F term (reference) 2G045 AA40 BB60 DA12 DA13 DA14 FA11 FA16 FA19 FB12 GC15 JA01 JA07 4B063 QA01 QA18 QQ42 QQ53 QR32 QR62 QR66 QS25 QS32 QX02

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 被検体核酸の定量方法であって、試料か
らの被検体核酸に由来する標的DNA、および蛍光試薬
を含むPCR溶液を調製する第1の工程と、所定の数の
チャンネルを備えたキャピラリープレートに前記PCR
溶液を載せる第2の工程と、前記キャピラリープレート
の両面を弾力性のある透明な板で密閉し、前記PCR溶
液を前記各チャンネルに封入する第3の工程と、前記両
面が密閉されたキャピラリープレートを予め設定した温
度サイクルに曝し、前記被検体核酸に由来する標的DN
AのPCRを行わせる第4の工程と、前記両面が密閉さ
れたキャピラリープレートを蛍光測定に供し、蛍光を発
する蛍光性チャンネルの数を計数し、ここで前記蛍光性
チャンネルは前記PCRによって増幅された被検体核酸
に由来する標的DNAを含むチャンネルである第5の工
程と、を含むことを特徴とする被検体核酸の定量方法。
1. A method for quantifying an analyte nucleic acid, comprising: a first step of preparing a PCR solution containing a target DNA derived from an analyte nucleic acid from a sample and a fluorescent reagent; and a predetermined number of channels. PCR into a capillary plate
A second step of loading a solution, a third step of sealing both sides of the capillary plate with an elastic transparent plate, and sealing the PCR solution in each channel, and a capillary plate having both sides sealed. Is exposed to a preset temperature cycle, and the target DN derived from the analyte nucleic acid is exposed.
A fourth step of performing the PCR of A, and subjecting the capillary plate whose both sides are sealed to fluorescence measurement to count the number of fluorescent channels that emit fluorescence, wherein the fluorescent channels are amplified by the PCR. A fifth step which is a channel containing a target DNA derived from the test nucleic acid, and a method for quantifying the test nucleic acid.
【請求項2】 前記第5の工程に続いて、前記計数され
た蛍光性チャンネルの数に基づいて被検体核酸の濃度を
求める工程を含むことを特徴とする、請求項1に記載の
被検体核酸の定量方法。
2. The analyte according to claim 1, further comprising a step of calculating a concentration of the analyte nucleic acid based on the counted number of fluorescent channels, following the fifth step. A method for quantifying nucleic acids.
【請求項3】 前記キャピラリープレートをタンパク質
の吸着阻害剤で前処理する工程をさらに含むことを特徴
とする、請求項1に記載の被検体核酸の定量方法。
3. The method according to claim 1, further comprising a step of pre-treating the capillary plate with a protein adsorption inhibitor.
【請求項4】 前記蛍光試薬がマイナーグローブ結合型
の蛍光色素からなることを特徴とする、請求項1に記載
の被検体核酸の定量方法。
4. The method for quantifying an analyte nucleic acid according to claim 1, wherein the fluorescent reagent comprises a minor glove-bound fluorescent dye.
【請求項5】 前記蛍光試薬が蛍光エネルギー移動を利
用した蛍光プローブオリゴヌクレオチドからなることを
特徴とする、請求項1に記載の被検体核酸の定量方法。
5. The method according to claim 1, wherein the fluorescent reagent comprises a fluorescent probe oligonucleotide utilizing fluorescence energy transfer.
【請求項6】 前記弾力性のある透明な板がシリコンゴ
ム製であることを特徴とする、請求項1に記載の被検体
核酸の定量方法。
6. The method according to claim 1, wherein the elastic transparent plate is made of silicone rubber.
【請求項7】 被検体核酸の分子数の計数方法であっ
て、試料からの被検体核酸に由来する標的DNA、およ
び蛍光試薬を含むPCR溶液を調製する第1の工程と、
所定の数のチャンネルを備えたキャピラリープレートに
前記PCR溶液を載せる第2の工程と、前記キャピラリ
ープレートの両面を弾力性のある透明な板で密閉し、前
記PCR溶液を前記各チャンネルに封入する第3の工程
と、前記両面が密閉されたキャピラリープレートを予め
設定した温度サイクルに曝し、前記被検体核酸に由来す
る標的DNAのPCRを行わせる第4の工程と、前記両
面が密閉されたキャピラリープレートを蛍光測定に供
し、蛍光を発する蛍光性チャンネルの数を計数し、ここ
で該蛍光性チャンネルは前記PCRによって増幅された
被検体核酸に由来する標的DNAを含むチャンネルであ
る第5の工程と、を含むことを特徴とする被検体核酸の
分子数の計数方法。
7. A method for counting the number of molecules of an analyte nucleic acid, comprising: a first step of preparing a PCR solution containing a target DNA derived from the analyte nucleic acid from a sample and a fluorescent reagent;
A second step of placing the PCR solution on a capillary plate having a predetermined number of channels, and sealing both sides of the capillary plate with an elastic transparent plate, and enclosing the PCR solution in each channel. Step 3, a fourth step of exposing the capillary plate sealed on both sides to a preset temperature cycle to perform PCR of a target DNA derived from the subject nucleic acid, and a capillary plate closed on both sides. Is subjected to fluorescence measurement, the number of fluorescent channels that emit fluorescence is counted, wherein the fluorescent channel is a channel containing a target DNA derived from the analyte nucleic acid amplified by the PCR, a fifth step, A method for counting the number of molecules of a subject nucleic acid, comprising:
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