JP2003299485A - Temperature control-type microreactor and microreactor system - Google Patents

Temperature control-type microreactor and microreactor system

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JP2003299485A
JP2003299485A JP2002108252A JP2002108252A JP2003299485A JP 2003299485 A JP2003299485 A JP 2003299485A JP 2002108252 A JP2002108252 A JP 2002108252A JP 2002108252 A JP2002108252 A JP 2002108252A JP 2003299485 A JP2003299485 A JP 2003299485A
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JP
Japan
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temperature
microreactor
dna
sample
immobilized
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Application number
JP2002108252A
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Japanese (ja)
Inventor
Satoshi Tamaki
聡史 玉木
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Sekisui Chemical Co Ltd
Original Assignee
Sekisui Chemical Co Ltd
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Publication date
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a temperature control-type microreactor highly compatible with automatic analysis, enabling a nucleic acid to be detected in high accuracy in a short time using a small amount of a sample and also applicable to the aimed nucleic acid aliquot and its amplification by PCR technique, and to provide a microreactor system using said microreactor. <P>SOLUTION: The temperature control-type microreactor has flow channels whose surface is immobilized with a deoxyribonucleic acid or ribonucleic acid, wherein the temperature of the flow channels can be controlled at positions where the deoxyribonucleic acid or ribonucleic acid is immobilized. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

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、自動分析への対応
性が高く、少量のサンプルを用いて、短時間に高い精度
で核酸の検出が可能であり、目的核酸の分取やPCR法
による増幅にも応用可能な温度制御型マイクロリアクタ
ー及びこれを用いたマイクロリアクターシステムに関す
る。
TECHNICAL FIELD The present invention has a high adaptability to automatic analysis and can detect a nucleic acid with high accuracy in a short time using a small amount of sample. The present invention relates to a temperature-controlled microreactor applicable to amplification and a microreactor system using the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】多種類のデオキシリボ核酸又はリボ核酸
等の核酸を含むサンプルを分析する手段として、人為的
に設計した塩基配列を持つデオキシリボ核酸又はリボ核
酸(ヌクレオチドプローブ、以下、プローブともいう)
を用い、サンプル中の特定の核酸と相補鎖結合(ハイブ
リダイゼーション)させることにより、検出を行う方法
が知られている。
2. Description of the Related Art Deoxyribonucleic acid or ribonucleic acid (nucleotide probe, hereinafter also referred to as probe) having an artificially designed base sequence is used as a means for analyzing a sample containing various kinds of nucleic acids such as deoxyribonucleic acid or ribonucleic acid.
There is known a method of performing detection by binding to a specific nucleic acid in a sample with a complementary strand (hybridization) by using.

【0003】この方法は、例えば数万種類以上の極めて
多数のプローブを用いることで、1度に多くの種類の核
酸を検出することにも応用可能である。このような方法
が、Science vol.270、467−470
(1995年)に記載されている。しかし、核酸同士の
相補鎖結合はプローブとサンプルの核酸の塩基が多数の
水素結合を形成した結果であることから、その結合の強
さはプローブを構成する塩基配列に大きな影響を受け、
プローブを構成する塩基配列によってハイブリダイゼー
ション可能な温度に差異が生じる。
This method can also be applied to detect many kinds of nucleic acid at once by using an extremely large number of probes, for example, tens of thousands kinds or more. Such a method is described in Science vol. 270, 467-470
(1995). However, since the complementary strand bond between nucleic acids is a result of the formation of many hydrogen bonds between the probe and the base of the sample nucleic acid, the strength of the bond is greatly affected by the base sequence constituting the probe,
The temperature at which hybridization is possible differs depending on the base sequence that constitutes the probe.

【0004】すなわち、核酸同士の相補鎖結合は塩基間
の水素結合によりなされるが、アデニン(A)とチミン
(T)の結合又はアデニン(A)とウラシル(U)の結
合は1塩基あたり2カ所の水素結合であるのに対し、グ
アニン(G)とシトシン(C)の結合は1塩基あたり3
カ所の水素結合である。したがって、相補鎖結合の熱安
定性はプローブを構成する塩基配列がグアニン(シトシ
ン)リッチであるほど高く、アデニン(チミン又はウラ
シル)リッチであるほど低くなる。相補鎖結合の熱安定
性は、一般的に、結合とその解離が50%ずつ生じる温
度(融解温度:Tm)で表されるが、ハイブリダイゼー
ションは各プローブの相補鎖結合のTm付近の温度で行
うことが好ましい。Tmより高温の条件下でハイブリダ
イゼーションを行っても相補鎖結合は形成されにくく、
逆に、Tmより低温での条件下でハイブリダイゼーショ
ンを行うと、ミスマッチ結合が起こりやすくなる。
That is, although complementary strand bonds between nucleic acids are made by hydrogen bonds between bases, the bond between adenine (A) and thymine (T) or the bond between adenine (A) and uracil (U) is 2 per base. While there are hydrogen bonds at one place, the bond between guanine (G) and cytosine (C) is 3 per base.
It is a hydrogen bond at one place. Therefore, the thermal stability of complementary strand binding becomes higher as the base sequence constituting the probe is rich in guanine (cytosine), and becomes lower as it is rich in adenine (thymine or uracil). The thermal stability of a complementary strand bond is generally represented by a temperature (melting temperature: Tm) at which 50% binding and 50% dissociation occur, but hybridization occurs at a temperature near the Tm of the complementary strand bond of each probe. It is preferable to carry out. Complementary strand bond is difficult to be formed even if hybridization is performed under a temperature higher than Tm,
On the contrary, when hybridization is carried out at a temperature lower than Tm, mismatch binding is likely to occur.

【0005】したがって、例えば、Aプローブの相補鎖
結合のTmが60℃、Bプローブの相補鎖結合のTmが
40℃であるとしたとき、ハイブリダイゼーション温度
を60℃に設定すると、Aプローブに対応する配列を有
する核酸を検出することはできるが、Bプローブに対応
する配列を有する核酸を検出することはできない。しか
し、例えばハイブリダイゼーション温度を40℃に設定
すると、Bプローブに対応する配列を有する核酸も検出
することが可能になるが、Aプローブに対応する核酸に
ついては誤検出が増加してしまう。このようにハイブリ
ダイゼーション温度の設定は非常に重要である。
Therefore, for example, assuming that the Tm of the complementary strand bond of the A probe is 60 ° C. and the Tm of the complementary strand bond of the B probe is 40 ° C., if the hybridization temperature is set to 60 ° C., it corresponds to the A probe. A nucleic acid having a sequence corresponding to the B probe can be detected, but a nucleic acid having a sequence corresponding to the B probe cannot be detected. However, if the hybridization temperature is set to 40 ° C., for example, a nucleic acid having a sequence corresponding to the B probe can be detected, but false detection of the nucleic acid corresponding to the A probe will increase. Thus, setting the hybridization temperature is very important.

【0006】これに対して、特開2001−23546
9号公報には、ハイブリダイゼーション温度をプローブ
の固定場所毎に変化させることにより検出精度を向上さ
せる方法が開示されている。しかしながら、この方法で
プローブの全面とサンプルとを接触させるには、多量の
サンプルを用いてサンプルとプローブとの接触時間を例
えば1昼夜等の長時間にする必要があった。多量のサン
プルを確保するためには、細胞、微生物等の検体量を増
やすか、又は、少量のサンプルをポリメラーゼチェイン
リアクション法(PCR法)により増幅する等の必要が
ある。しかし、貴重な実験材料である細胞、微生物等を
多量に入手することは費用や時間の面で困難な場合が多
い。また、PCR法は、核酸の塩基配列によって増幅効
果が異なることや、元の配列とは異なった(変異が起こ
った)塩基配列が増幅される場合がある。また、接触時
間が長時間であることは、必然的に作業効率の低下をも
たらし、例えば遺伝子診断等の時間当たり多数の検体処
理が要求される場合には適さない。以上の問題点によ
り、特開2001−235469号公報に開示されてい
る方法も不充分であった。
On the other hand, Japanese Patent Laid-Open No. 2001-23546
No. 9 discloses a method of improving the detection accuracy by changing the hybridization temperature for each fixed position of the probe. However, in order to bring the entire surface of the probe into contact with the sample by this method, it was necessary to use a large amount of sample and to make the contact time between the sample and the probe long, for example, one day and night. In order to secure a large amount of sample, it is necessary to increase the sample amount of cells, microorganisms, etc., or to amplify a small amount of sample by the polymerase chain reaction method (PCR method). However, it is often difficult in terms of cost and time to obtain a large amount of valuable experimental materials such as cells and microorganisms. Further, in the PCR method, the amplification effect may differ depending on the base sequence of the nucleic acid, or a base sequence different from the original sequence (mutated) may be amplified. In addition, a long contact time inevitably results in a reduction in work efficiency, and is not suitable when a large number of sample treatments are required per time such as genetic diagnosis. Due to the above problems, the method disclosed in JP 2001-235469 A is also insufficient.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記現状に
鑑み、自動分析への対応性が高く、少量のサンプルを用
いて、短時間に高い精度で核酸の検出が可能であり、目
的核酸の分取やPCR法による増幅にも応用可能な温度
制御型マイクロリアクター及びこれを用いたマイクロリ
アクターシステムを提供することを目的とする。
In view of the above situation, the present invention has high applicability to automatic analysis, is capable of detecting nucleic acid with high accuracy in a short time using a small amount of sample, and It is an object of the present invention to provide a temperature control type microreactor applicable to fractionation of cells and amplification by PCR method and a microreactor system using the same.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明は、近年研究が著
しいマイクロリアクター又はμTAS(micro/m
iniaturized Total Amalysi
s System)の技術に注目して鋭意検討を行った
結果、フローインジェクション型のμTAS装置にプロ
ーブ固定場所毎の温度制御を行うという槻念を取り入れ
ることにより、核酸検出精度の向上や数々の有用な効果
があることを見出し、本発明を完成するに至った。本発
明は、表面にデオキシリボ核酸又はリボ核酸が固定化さ
れた流路を有する温度制御型マイクロリアクターであっ
て、前記デオキシリボ核酸又はリボ核酸が固定化された
位置において流路の温度を制御できるものである温度制
御型マイクロリアクターである。以下に本発明を詳述す
る。
DISCLOSURE OF THE INVENTION The present invention provides a microreactor or a μTAS (micro / m) which has been remarkably studied in recent years.
iniaturized Total Amarysi
As a result of intensive studies focusing on the technology of S. System), the accuracy of nucleic acid detection and a number of useful methods were improved by incorporating the concept of controlling the temperature at each probe fixing location in a flow injection type μTAS device. The inventors have found that it has an effect and completed the present invention. The present invention is a temperature-controlled microreactor having a channel on which deoxyribonucleic acid or ribonucleic acid is immobilized, which can control the temperature of the channel at the position where the deoxyribonucleic acid or ribonucleic acid is immobilized. Is a temperature-controlled microreactor. The present invention is described in detail below.

【0009】本発明の温度制御型マイクロリアクター
は、表面にデオキシリボ核酸(以下、DNAともいう)
又はリボ核酸(以下、RNAともいう)が固定化された
流路を有する。流路中でハイブリダイゼーションを行う
ことにより、極微量のサンプルでも流路を通過する過程
で、固定化されたDNA又はRNA(以下、プローブと
もいう)と確実に接触させることができる。また、ハイ
ブリダイゼーションによる核酸の検出において感度を向
上させるのに必須である洗浄工程も、確実かつ簡便に行
うことができる。更に、サンプルをハイブリダイゼーシ
ョンする工程とリアクター内を洗浄する工程とを同じ装
置内で実施できることから、自動化が容易である。
The temperature-controlled microreactor of the present invention has deoxyribonucleic acid (hereinafter also referred to as DNA) on the surface.
Alternatively, it has a channel in which ribonucleic acid (hereinafter, also referred to as RNA) is immobilized. By performing the hybridization in the channel, even a trace amount of sample can be reliably brought into contact with the immobilized DNA or RNA (hereinafter, also referred to as probe) in the process of passing through the channel. In addition, the washing step, which is essential for improving the sensitivity in detecting nucleic acids by hybridization, can be performed reliably and easily. Further, the step of hybridizing the sample and the step of washing the inside of the reactor can be performed in the same apparatus, which facilitates automation.

【0010】上記プローブとしては、目的とする核酸に
対応する塩基配列を有するものであれば特に限定されな
いが、本発明の温度制御型マイクロリアクターを用いて
目的核酸の分取を行う場合には、制限酵素で消化可能な
塩基配列を含有することが好ましい。これにより、制限
酵素を用いれば、特定の核酸のみを容易に分取すること
が可能となる。分取した核酸は、クローニングやシーク
エンス等の他の分析に使用可能であるので、本発明によ
るリアクターの価値が更に高まる。
The probe is not particularly limited as long as it has a base sequence corresponding to the target nucleic acid, but when the target nucleic acid is fractionated using the temperature-controlled microreactor of the present invention, It preferably contains a base sequence that can be digested with a restriction enzyme. As a result, if a restriction enzyme is used, only specific nucleic acids can be easily separated. The fractionated nucleic acid can be used for other analyzes such as cloning and sequencing, further increasing the value of the reactor according to the present invention.

【0011】本発明でプローブとして用いるDNA又は
RNAは、微生物、動物(ヒト等)、植物、ウイルス等
の自然界から入手できるものだけでなく、DNA合成装
置により合成されたものや各種修飾(ビオチン化、チオ
ール化、メチル化、蛍光色素付加等)されたものであっ
てもよい。特に、ヒトの遺伝子の塩基配列又はそれと相
補的な塩基配列を少なくとも部分的に含むDNA又はR
NAをプローブとした場合には、本発明の温度制御型マ
イクロリアクターはヒトの遺伝子配列の分析、例えばシ
ークエンス、遺伝子診断、1塩基置換変異多型(SNP
s)分析に用いることができる。またサンプルが微生物
由来の16SリボソームRNAを含む場合には、それと
相補的な塩基配列を少なくとも部分的に含むDNA又は
RNAを固定化することにより、微生物の同定も可能と
なる。
The DNA or RNA used as a probe in the present invention is not only those obtained from nature such as microorganisms, animals (humans, etc.), plants and viruses, but also those synthesized by a DNA synthesizer and various modifications (biotinylation). , Thiolation, methylation, addition of a fluorescent dye, etc.). In particular, DNA or R containing at least partially a base sequence of a human gene or a base sequence complementary thereto
When NA is used as a probe, the temperature-controlled microreactor of the present invention analyzes human gene sequences, for example, sequence, gene diagnosis, single nucleotide substitution mutation polymorphism (SNP).
s) It can be used for analysis. When the sample contains 16S ribosomal RNA derived from a microorganism, the microorganism can be identified by immobilizing DNA or RNA containing at least partially a base sequence complementary thereto.

【0012】多種類のDNA又はRNAの同時分析を行
う場合には、上記固定化されるDNA又はRNAは、塩
基配列が2種類以上からなることが好ましい。これによ
り、多種類の核酸の分析を同時に効率よく行うことがで
きる。
When performing simultaneous analysis of many kinds of DNA or RNA, it is preferable that the immobilized DNA or RNA has two or more kinds of base sequences. This allows efficient analysis of many kinds of nucleic acids at the same time.

【0013】本発明の温度制御型マイクロリアクターの
流路の表面にDNA又はRNAを固定化する方法として
は特に限定されず、従来公知の技術を用いれば良い。例
えば流路がガラスからなる場合にあっては、各種の表面
処理剤を用いてガラス表面にアミノ基やアルデヒド基等
を導入し、固定化するDNA又はRNAの5’又は3’
末端にもアミノ基、アルデヒド基、チオール基、ビオチ
ン等の官能基又は分子・原子団を導入して両者を共有結
合させる方法やポリリジン等の陽イオンでガラス表面を
処理し、DNA又はRNAの負電荷と静電気的に結合さ
せる方法等が挙げられる。なかでも、共有結合で固定化
する方法が、固定化された核酸の剥がれが抑制されるた
めに好ましい。
The method for immobilizing DNA or RNA on the surface of the channel of the temperature-controlled microreactor of the present invention is not particularly limited, and a conventionally known technique may be used. For example, in the case where the flow path is made of glass, various surface treatment agents are used to introduce amino groups, aldehyde groups, or the like on the glass surface to immobilize the DNA or RNA 5 ′ or 3 ′.
A method of introducing functional groups or molecules / atomic groups such as amino groups, aldehyde groups, thiol groups, and biotin into the ends to covalently bond the two, or treating the glass surface with a cation such as polylysine to make DNA or RNA negative. Examples thereof include a method of electrostatically coupling with an electric charge. Among them, the method of immobilizing by covalent bond is preferable because peeling of the immobilized nucleic acid is suppressed.

【0014】また、特に多種類のDNA又はRNAを固
定化する場合のプロセスとして、いわゆるDNAチップ
(DNAマイクロアレイ又はオリゴDNAマイクロアレ
イ)で使用される技術を例示することができる。DNA
マイクロアレイは、予め別途作製したプローブDNAを
含む溶液をスポッター又はアレイヤーという特別の装置
で数nLから数pLの微小体積でチップ表面に並べ、基
板上の特定領域に固定する方法で作製される。この場
合、末端に官能基としてアミノ基、アルデヒド基、チオ
ール基、ビオチン等を導入したプローブDNAと、アミ
ノ基、アルデヒド基、エポキシ基等を有する各種シラン
カップリング剤等で表面処理した基板を用いることによ
り、プローブDNAを共有結合で固定化できる。また、
オリゴDNAマイクロアレイは、基板上で直接プローブ
DNAを合成する方法で作製する。例として、光照射で
選択的に除去される保護基を持つ物質を使い、フォトリ
ソグラフィー技術と固相合成技術を組み合わせて、微小
なマトリックスの所定の領域に選択的にDNAを合成す
る方法がある。本発明では、後述の流路形成方法により
流路が形成された基材に対して、上述のスポッターやフ
ォトリソグラフィー技術等を用いればよい。流路形成に
よる基材の凹凸が問題となる場合には、凹凸のない基材
にDNA等の固定化を行い、その後、流路が形成された
基材と貼り合わせる等すればよい。このように本発明で
は、極めて多種類のDNA又はRNAを固定したマイク
ロリアクターを簡便に作製可能である。
As a process for immobilizing particularly many kinds of DNA or RNA, a technique used in so-called DNA chip (DNA microarray or oligo DNA microarray) can be exemplified. DNA
The microarray is prepared by a method in which a solution containing probe DNA prepared separately in advance is arranged on a chip surface in a minute volume of a few nL to a few pL by a special device such as a spotter or an arrayer and fixed to a specific area on a substrate. In this case, a probe DNA having an amino group, an aldehyde group, a thiol group, biotin or the like introduced as a functional group at the terminal, and a substrate surface-treated with various silane coupling agents having an amino group, an aldehyde group, an epoxy group or the like are used. Thus, the probe DNA can be immobilized by covalent bond. Also,
The oligo DNA microarray is produced by a method of directly synthesizing probe DNA on a substrate. As an example, there is a method of selectively synthesizing DNA in a predetermined region of a minute matrix by using a substance having a protective group that is selectively removed by light irradiation and combining photolithography technology and solid-phase synthesis technology. . In the present invention, the above-mentioned spotter, photolithography technique, or the like may be used for the base material in which the flow path is formed by the flow path forming method described below. When the irregularities of the base material due to the formation of the flow channel become a problem, DNA or the like may be immobilized on the base material having no irregularity, and then bonded to the base material having the flow channel formed thereon. As described above, according to the present invention, a microreactor on which an extremely large number of types of DNA or RNA are immobilized can be easily prepared.

【0015】上記DNA又はRNAを固定化する濃度と
しては特に限定されないが、固定化の状態を簡便に確認
できることから、好ましい下限は0.001pmol/
mm2である。また、上記DNA又はRNAを固定化す
る面積としては特に限定されないが、溶液の進行方向に
対して周囲を囲むように固定化することが検出感度を向
上するために好ましい。
The concentration for immobilizing the above DNA or RNA is not particularly limited, but the preferred lower limit is 0.001 pmol / since the immobilization state can be easily confirmed.
mm 2 . The area on which the DNA or RNA is immobilized is not particularly limited, but it is preferable to immobilize the DNA or RNA so as to surround the periphery in the traveling direction of the solution in order to improve the detection sensitivity.

【0016】本発明の温度制御型マイクロリアクター
は、DNA又はRNAが固定化された位置において能動
的に流路の温度を制御できるものである。これによりプ
ローブ毎の塩基配列に最適なハイブリダイゼーション温
度を迅速に設定することができ、核酸の検出精度が大幅
に向上するとともに、反応時間の短縮が可能となる。
The temperature-controlled microreactor of the present invention can actively control the temperature of the flow channel at the position where DNA or RNA is immobilized. This makes it possible to quickly set the optimum hybridization temperature for the base sequence of each probe, greatly improve the nucleic acid detection accuracy, and shorten the reaction time.

【0017】温度制御可能な範囲としては、0〜10
0.0℃が好ましい。これより温度範囲が狭い場合、例
えば40〜60℃が制御範囲である場合には、範囲外で
最適なハイブリダイゼーション温度を有するプローブに
ついて検出感度が悪くなったり、結合したサンプルの分
取が困難となったりすることがある。
The temperature controllable range is 0 to 10
0.0 ° C is preferred. When the temperature range is narrower than this range, for example, when the control range is 40 to 60 ° C., the detection sensitivity of the probe having the optimum hybridization temperature out of the range becomes poor, and it becomes difficult to collect the bound sample. It may become.

【0018】上記温度制御範囲で高温、例えば95℃等
に温度を上昇させた場合、リアクター内で気泡が発生す
ることがある。発生した気泡はサンプルの均一な流れを
乱したり、サンプルと固定化DNA又はRNAとの接触
を阻害したりするので好ましくない。上記気泡の発生を
抑制する方法としては特に限定されず、例えば、サンプ
ル溶液をリアクターに流す前に脱気する方法やリアクタ
ーに流している間リアクターの内圧を高める方法等が挙
げられる。上記脱気する方法としては、例えば、真空脱
気、超音波脱気、加熱脱気等の公知の方法等が挙げられ
る。上記リアクターの内圧を高める方法としては、例え
ば、流路途中にバルブを設置した構造を有するリアクタ
ーを用いる方法等が挙げられる。
When the temperature is raised to a high temperature such as 95 ° C. within the above temperature control range, bubbles may be generated in the reactor. The generated air bubbles disturb the uniform flow of the sample and hinder the contact between the sample and the immobilized DNA or RNA, which is not preferable. The method for suppressing the generation of bubbles is not particularly limited, and examples thereof include a method of degassing the sample solution before flowing it into the reactor and a method of increasing the internal pressure of the reactor while flowing the sample solution. Examples of the degassing method include known methods such as vacuum degassing, ultrasonic degassing, and heat degassing. Examples of the method of increasing the internal pressure of the reactor include a method of using a reactor having a structure in which a valve is installed in the middle of a flow path.

【0019】温度の制御精度は、温度制御型マイクロリ
アクター使用時に設定値に対して±0.5℃以内の変化
であることが好ましい。この範囲外では、本発明の効果
を得ることが難しい。より好ましくは±0.1℃以内で
ある。また、ある塩基配列と類似の配列を分取する等、
1つのプローブで複数種類の核酸をハイブリダイゼーシ
ョンさせる場合にも、上述のような高精度の温度制御は
有効である。
The temperature control accuracy is preferably within ± 0.5 ° C. with respect to the set value when the temperature control type microreactor is used. Outside this range, it is difficult to obtain the effects of the present invention. More preferably within ± 0.1 ° C. Also, sorting out a sequence similar to a certain base sequence, etc.
Even when a plurality of types of nucleic acids are hybridized with one probe, the highly accurate temperature control as described above is effective.

【0020】温度を制御するための加熱及び/又は冷却
手段としては特に限定されず、例えば、ヒーター、加熱
素子、空冷ファン、冷却素子、熱電変換素子等を単独又
は組み合わせて用いる方法等が挙げられる。なかでも、
熱電効果を有する熱電変換材料を含む熱電変換素子は、
その電流の向きを調節することで加熱と冷却を行うこと
可能であるため、ハイブリダイゼーション温度を精密か
つ迅速に制御することができ好ましい。また、熱電変換
素子を用いることにより、装置全体の簡素化及び小型化
も可能となる。かかる熱電変換素子としては、例えば、
Bi、Te、Se及びSb元素からなる群より選択され
た少なくとも2種類以上の元素を含有する合金に適当な
ドーパントを添加したP型あるいはN型熱電変換素子及
びそれらをモジュール化した、いわゆるペルチェ素子が
挙げられる。また、これらの熱電変換素子を製造する方
法としては、例えば、Bi、Te、Se又はSb粉末と
ドーパントを所定量秤量して粉末を混合、溶融し、得ら
れた合金塊を粉砕して合金粉末とした後、焼結させる方
法等が挙げられる。
The heating and / or cooling means for controlling the temperature is not particularly limited, and examples thereof include a method of using a heater, a heating element, an air cooling fan, a cooling element, a thermoelectric conversion element or the like alone or in combination. . Above all,
A thermoelectric conversion element containing a thermoelectric conversion material having a thermoelectric effect,
Since the heating and cooling can be performed by adjusting the direction of the current, the hybridization temperature can be controlled precisely and quickly, which is preferable. Further, by using the thermoelectric conversion element, it is possible to simplify and downsize the entire device. As such a thermoelectric conversion element, for example,
P-type or N-type thermoelectric conversion element in which an appropriate dopant is added to an alloy containing at least two or more elements selected from the group consisting of Bi, Te, Se and Sb elements, and a so-called Peltier element in which they are modularized Is mentioned. Further, as a method for producing these thermoelectric conversion elements, for example, Bi, Te, Se or Sb powder and a predetermined amount of a dopant and a dopant are weighed, the powder is mixed and melted, and the obtained alloy lump is crushed to obtain an alloy powder. Then, a method of sintering and the like can be mentioned.

【0021】また、温度を制御するための温度を測定す
る手段としては特に限定されず、例えば、サーミスタ、
熱電対、白金測温体等の温度検出素子を用いる方法等が
挙げられる。なかでも、サーミスタを用いる方法が温度
制御の厳密性の点で好ましい。
The means for measuring the temperature for controlling the temperature is not particularly limited. For example, a thermistor,
Examples thereof include a method using a temperature detecting element such as a thermocouple and a platinum temperature measuring element. Among them, the method using a thermistor is preferable in terms of strictness of temperature control.

【0022】ただし、熱電変換素子や温度検出素子は高
価であることから、これらの素子は、温度制御型リアク
ターの外部表面を通して、流路に接するように設置する
ことが好ましい。これにより、リアクター部分を使い捨
てにして、熱電変換素子や温度検出素子は再利用するこ
とができる。
However, since the thermoelectric conversion element and the temperature detecting element are expensive, it is preferable to install these elements so as to come into contact with the flow path through the outer surface of the temperature control type reactor. As a result, the reactor portion can be made disposable and the thermoelectric conversion element and the temperature detection element can be reused.

【0023】固定化するDNA又はRNAが2種類以上
の塩基配列からなり、それぞれを分取又は分析する場合
には、固定場所を2カ所以上に分けて、それぞれを異な
る温度で制御できることが好ましい。種類の異なるプロ
ーブに対して、最適なハイブリダイゼーション温度を設
定することにより、多種類の核酸の分析を精度良く実施
できる。
When the DNA or RNA to be immobilized is composed of two or more kinds of base sequences and each of them is fractionated or analyzed, it is preferable that the immobilization site is divided into two or more sites and each can be controlled at different temperatures. By setting the optimum hybridization temperature for different kinds of probes, it is possible to analyze many kinds of nucleic acids with high accuracy.

【0024】また、サンプル中の核酸の分子量が大きく
ばらついていない場合、ハイブリダイゼーション温度が
流路の上流から順に、高温から低温となるようにプロー
ブを配置することが好ましい。サンプルの核酸を熱変性
し、それをハイブリダイゼーションする場合、流路の上
流側がより高温であるため、マイクロリアクターにサン
プルを流すと、まず最も上流側の核酸が固定化された位
置で、最も高い温度で好適なハイブリダイゼーションが
実施できる。次に先程より下流で先程より低い温度で好
適なハイブリダイゼーションを実施できる。逆に、ハイ
ブリダイゼーション温度が低いプローブが、高いプロー
ブより上流側に固定化されている場合、サンプル中の核
酸の再変性が必要な場合や、ハイブリダイゼーション温
度が低いプローブの固定化位置で誤検出が起こることが
ある。
When the molecular weights of the nucleic acids in the sample do not vary widely, it is preferable to arrange the probes so that the hybridization temperature becomes higher to lower in order from the upstream of the channel. When heat denaturing the sample nucleic acid and hybridizing it, the upstream side of the flow path is at a higher temperature, so when the sample is flowed through the microreactor, the highest upstream nucleic acid is the highest at the immobilized position. Suitable hybridization can be carried out at temperature. Then, suitable hybridization can be carried out at a temperature lower than the downstream of the previous step. Conversely, if a probe with a low hybridization temperature is immobilized upstream of a probe with a high hybridization temperature, it is necessary to re-denature the nucleic acid in the sample, or false detection is performed at the immobilization position of the probe with a low hybridization temperature. May occur.

【0025】また、本発明の温度制御型マイクロリアク
ターは、流路内の多数の位置で温度を制御する際、時分
割及び/又は領域分割で制御できることが好ましい。流
路上の多数の核酸固定化位置について温度制御を行う場
合、各位置で制御系を準備することは、コスト面で不経
済である。そのため、複数の位置それぞれに加熱及び/
又は冷却手段と温度検出素子を準備し、それを1つの温
度制御装置により時分割で制御すること、又は、複数の
位置それぞれに加熱及び/又は冷却手段を準備し、それ
を1つの温度検出素子と1つの温度制御装置により領域
分割で制御することが好ましい。
Further, in the temperature-controlled microreactor of the present invention, it is preferable that the temperature can be controlled by time division and / or area division when controlling the temperature at a large number of positions in the channel. When temperature control is performed for a large number of nucleic acid-immobilized positions on the flow channel, it is uneconomical in terms of cost to prepare a control system at each position. Therefore, heating and / or
Alternatively, a cooling means and a temperature detection element are prepared and controlled by one temperature control device in a time-sharing manner, or heating and / or cooling means is prepared at each of a plurality of positions, and one temperature detection element is provided. It is preferable that the temperature control is performed by area division by one temperature control device.

【0026】図1に本発明の温度制御型マイクロリアク
ターの一実施態様を示す模式図を示した。基材5として
は特に限定されず、ガラス、セラミックス等の無機物;
ポリメチルメタクリレート、ポリジメチルシロキサン等
のプラスッチックスを含む有機化合物;金属等からなる
ものが挙げられる。なかでも、リサイクル性を考慮する
ならば、ガラス、熱可塑性プラスチックス又は金属から
なるものが好ましく、加工性を考えるならばプラスチッ
クスからなるものがより好ましい。温度を調整するため
の素子等は、公知の技術を用いて作製したものを基板5
上に固定、又は、基板上に直接形成、又は、図2に示し
たように別の基板上に固定又は形成する。
FIG. 1 is a schematic view showing one embodiment of the temperature-controlled microreactor of the present invention. The base material 5 is not particularly limited, and inorganic materials such as glass and ceramics;
Organic compounds containing plastics such as polymethylmethacrylate and polydimethylsiloxane; those composed of metals and the like. Among them, those made of glass, thermoplastics or metal are preferable in consideration of recyclability, and those made of plastics are more preferable in view of processability. The element for adjusting the temperature is manufactured by using a known technique, and the substrate 5 is used.
It may be fixed on or formed directly on the substrate, or fixed or formed on another substrate as shown in FIG.

【0027】上記基材5上には、サンプルを流すための
流路4が形成されている。上記流路4の断面積としては
特に限定されないが、1mm2以下であることが好まし
い。1mm2を超えると、流路の温度制御が困難になる
ことがある。より好ましくは0.09mm2以下であ
る。
A channel 4 for flowing a sample is formed on the base material 5. The sectional area of the flow path 4 is not particularly limited, but is preferably 1 mm 2 or less. If it exceeds 1 mm 2 , temperature control of the flow channel may become difficult. More preferably, it is 0.09 mm 2 or less.

【0028】上記基材5上に流路4を形成する方法とし
ては、基材5の材質と流路の大きさ、要求される加工精
度にもよるが、例えば、レーザー加工、感光ガラス材料
のフォトマスクを介した露光、フォトリソグラフィーと
エッチング、原子線エッチング、プラスチック加工で汎
用される射出成形等の成形技術、予め流路形状を形成し
た基材の積層等が挙げられる。これらの技術により、平
面のみならず立体的な流路構造も形成できる。
The method of forming the flow path 4 on the base material 5 depends on the material of the base material 5, the size of the flow path, and the required processing accuracy, but for example, laser processing or a photosensitive glass material is used. Examples of the technique include exposure through a photomask, photolithography and etching, atomic beam etching, molding techniques such as injection molding generally used in plastic processing, and lamination of base materials in which flow path shapes are formed in advance. With these techniques, a three-dimensional flow channel structure as well as a flat surface can be formed.

【0029】本発明は、上述のように主として微細加工
技術で流路を形成する。そのため、サンプルに対する固
定化DNA又はRNAの接触面積を非常に大きくとるこ
とが可能であり、単位面積当たりの分析能力が極めて高
い。また、本発明の特徴である温度制御も容易かつ極め
て正確に行うことができる。更に、形成できる流路の形
状も制限されないので、他のリアクターとの複合化によ
る分析作業全体の迅速化、簡便化、流路途中に分岐を設
けてサンプルの一部を分取し、同時並行で他の分析作業
を行うこと等も可能である。
In the present invention, the flow path is formed mainly by the fine processing technique as described above. Therefore, the contact area of the immobilized DNA or RNA with respect to the sample can be made very large, and the analysis ability per unit area is extremely high. Further, the temperature control, which is a feature of the present invention, can be performed easily and extremely accurately. Furthermore, since the shape of the flow path that can be formed is not limited, the analysis work can be speeded up and simplified by combining with other reactors, and a part of the sample can be collected by branching in the middle of the flow path. It is also possible to perform other analysis work in.

【0030】流路が形成された基板は、サンプルを流路
で移動させる手段、例えばシリンジポンプを利用した液
の圧送等、流路の密閉が必要な場合、別の基板と貼り合
せる等することが好ましい。
The substrate having the flow channel formed thereon should be bonded to another substrate if a means for moving the sample in the flow channel, for example, pressure feeding of a liquid using a syringe pump or the like is required to seal the flow channel. Is preferred.

【0031】本発明の温度制御型マイクロリアクターの
大きさは特に限定されないが、マイクロリアクターとし
てのハンドリング性を考慮すると1000cm3以下で
あることが好ましい。
The size of the temperature control type microreactor of the present invention is not particularly limited, but it is preferably 1000 cm 3 or less in consideration of handling property as a microreactor.

【0032】本発明の温度制御型マイクロリアクターの
対象となるサンプルとしては、微生物、動物(ヒト
等)、植物、ウイルス等の自然界から入手できるDNA
又はRNAのみならず、DNA合成装置により合成され
たもの、DNA又はRNAに各種修飾(ビオチン化、チ
オール化、メチル化、蛍光色素付加等)を行ったものを
含む溶液又は液滴が挙げられる。溶液等には、サザンブ
ロッティング(Southern Blotting)
で汎用されるSSC液(クエン酸−塩化ナトリウム水溶
液)のような無機塩類、ドデシル硫酸ナトリウムのよう
な界面活性剤、ポリエチレングリコールのような有機化
合物が含まれていてもよい。これらにより、ハイブリダ
イゼーションの精度を調整することができる。サンプル
として、ヒト由来又はそれと塩基配列が同じ核酸を用い
る場合には、本発明の温度制御型マイクロリアクターは
ヒトの遺伝子配列の分析、例えば遺伝子診断、1塩基置
換変異多型(SNPs)分析に用いることができる。ま
たサンプルが微生物由来の16SリボソームRNAを含
む場合には、それと相補的なDNA又はRNAを固定化
することにより、微生物の同定も可能となる。
As the sample to be subjected to the temperature-controlled microreactor of the present invention, DNA obtainable from nature such as microorganisms, animals (humans, etc.), plants, viruses, etc.
Alternatively, a solution or droplet containing not only RNA but also one synthesized by a DNA synthesizer and one obtained by subjecting DNA or RNA to various modifications (biotinylation, thiolation, methylation, addition of a fluorescent dye, etc.) can be mentioned. For solutions, etc., Southern blotting
Inorganic salts such as SSC solution (citric acid-sodium chloride aqueous solution) commonly used in, a surfactant such as sodium dodecyl sulfate, and an organic compound such as polyethylene glycol may be contained. With these, the accuracy of hybridization can be adjusted. When a human-derived nucleic acid or a nucleic acid having the same base sequence as that of a human is used as a sample, the temperature-controlled microreactor of the present invention is used for analysis of human gene sequences, for example, for gene diagnosis and 1-base substitution mutation polymorphism (SNPs) analysis. be able to. In addition, when the sample contains 16S ribosomal RNA derived from a microorganism, the microorganism can be identified by immobilizing DNA or RNA complementary thereto.

【0033】ただし、サンプルとなる核酸が2本鎖又は
3本鎖のように1本鎖以外の場合には、熱変性等により
サンプルの核酸を1本鎖に変性させてから試験に供する
ことが検出感度向上の為に好ましい。
However, when the sample nucleic acid is not single-stranded such as double-stranded or triple-stranded, the sample nucleic acid may be denatured into single-stranded by heat denaturation or the like before being subjected to the test. It is preferable for improving the detection sensitivity.

【0034】このように、本発明の温度制御型マイクロ
リアクターは、土圏、水圏等の環境中に存在する微生
物、ウイルス等が有する各個体・生物種の核酸分析、又
は微生物群等の生物相全体を対象とした核酸分析、人間
を含む動物、植物等に関する各固体・生物種の核酸分析
に使用することができる。
As described above, the temperature-controlled microreactor of the present invention is used for nucleic acid analysis of each individual / species of microorganisms, viruses, etc. existing in the environment such as soil sphere, hydrosphere, or biota such as microbial groups. It can be used for nucleic acid analysis for the whole, and nucleic acid analysis for each solid / biological species related to animals including humans, plants and the like.

【0035】本発明の温度制御型マイクロリアクターの
1実施態様として、本発明の温度制御型マイクロリアク
ターを用いた核酸の分取の方法を、図3を用いて説明す
る。この温度制御型マイクロリアクターには、7、8、
9の3種の異なる塩基配列を有するプローブが固定化さ
れている。そして各プローブの塩基配列は、制限酵素E
coRIで一箇所消化することができる。この例では8
の塩基配列を有する核酸を分取したいものとする。
As one embodiment of the temperature-controlled microreactor of the present invention, a method for fractionating nucleic acid using the temperature-controlled microreactor of the present invention will be described with reference to FIG. This temperature-controlled microreactor has 7, 8,
9 probes having three different base sequences are immobilized. The base sequence of each probe is the restriction enzyme E.
Can be digested in one place with coRI. 8 in this example
It is assumed that a nucleic acid having the nucleotide sequence of is desired to be collected.

【0036】操作は、まずこの温度制御型マイクロリア
クターにサンプルを流し、固定化された核酸にサンプル
中の核酸をハイブリダイゼーションさせる。そして洗浄
を行った後、温度制御型マイクロリアクターの液温を4
℃まで下げる。次に制限酵素EcoRI及び酵素反応に
必要な物質を含む溶液をリアクター中に満たす。このと
きもリアクターの液温は4℃で維持する。そして8の塩
基配列を有するプローブの位置の温度のみを、制限酵素
が働く37℃に上昇させる。37℃はハイブリダイゼー
ションが外れることがない一方で、制限酵素には至適な
温度である。そのため、この位置において、制限酵素消
化が起こる。それに対して流路の他の場所では、温度が
低すぎて制限酵素による消化は起こらない。一定時間
後、8の塩基配列を有するプローブの位置の温度を4℃
に戻した後、リアクター内の液を採取する。このとき消
化が起こった位置のみ核酸が基板から外れているので、
特定の核酸のみを回収することができる。
In the operation, first, the sample is flown into this temperature-controlled microreactor, and the immobilized nucleic acid is hybridized with the nucleic acid in the sample. After washing, the temperature of the temperature-controlled microreactor was set to 4
Lower to ℃. Next, the reactor is filled with a solution containing the restriction enzyme EcoRI and substances necessary for the enzymatic reaction. At this time, the liquid temperature of the reactor is maintained at 4 ° C. Then, only the temperature at the position of the probe having the base sequence of 8 is raised to 37 ° C. at which the restriction enzyme acts. 37 ° C. is the temperature that is optimal for the restriction enzyme while the hybridization is not lost. Therefore, restriction enzyme digestion occurs at this position. On the other hand, in other parts of the flow path, the temperature is too low and digestion with the restriction enzyme does not occur. After a certain period of time, the temperature of the position of the probe having the base sequence of 8 was changed to 4 ° C.
Then, the liquid in the reactor is collected. At this time, the nucleic acid is detached from the substrate only at the position where digestion occurs,
Only specific nucleic acids can be recovered.

【0037】また、上述の核酸の分取方法の改良とし
て、固定化の際に、隣接するプローブ同士は異なる制限
酵素で消化するように塩基配列を設計する方法が挙げら
れる。これにより作業者の予期しない位置で消化が起こ
る事を防げる。また核酸の分取方法の他の例として、そ
れぞれ異なる制限酵素で消化可能なプローブを固定化す
る方法も挙げられる。
Further, as an improvement of the above-mentioned method for fractionating nucleic acids, there is a method of designing a nucleotide sequence so that adjacent probes digest with different restriction enzymes during immobilization. As a result, it is possible to prevent digestion from occurring at an unexpected position of the worker. Another example of the method for fractionating nucleic acids is a method in which probes digestible with different restriction enzymes are immobilized.

【0038】次に、本発明の温度制御型マイクロリアク
ターの1実施態様として、本発明の温度制御型マイクロ
リアクターを用い、特定の核酸配列をポリメラーゼチェ
インリアクション法(PCR法)を用いて増幅、分取す
る方法を、図4を用いて説明する。この温度制御型マイ
クロリアクターには、10、11、12、13の4種の
異なる塩基配列を有するプローブが固定化されている。
そして各プローブの塩基配列は、制限酵素EcoRIで
一箇所消化することができる。そして、10、11、1
3のプローブは全く重ならないように固定化されている
のに対して、11と12のプローブは同じ位置に固定化
され、サンプル中の同じ核酸を標的にしているものとす
る。ただし、11の塩基配列を有するプローブはサンプ
ルの核酸の(+)鎖(又はセンス鎖)にハイブリダイゼ
ーションするのに対して、12の塩基配列を有するプロ
ーブは(−)鎖(又はアンチセンス鎖)にハイブリダイ
ゼーションし、11の塩基配列を有するプローブと12
の塩基配列を有するプローブとはハイブリダイゼーショ
ン温度が異なり、11の塩基配列を有するプローブのハ
イブリダイゼーション温度の方が高いものとする。この
例では11の塩基配列を有するプローブとハイブリダイ
ゼーションするサンプルを増幅、分取したいものとす
る。
Next, as one embodiment of the temperature-controlled microreactor of the present invention, the temperature-controlled microreactor of the present invention is used to amplify and isolate a specific nucleic acid sequence using the polymerase chain reaction method (PCR method). A method for taking the same will be described with reference to FIG. Probes having four different base sequences of 10, 11, 12, and 13 are immobilized on the temperature-controlled microreactor.
Then, the base sequence of each probe can be digested at one site with the restriction enzyme EcoRI. And 10, 11, 1
It is assumed that 3 probes are immobilized so that they do not overlap at all, whereas 11 and 12 probes are immobilized at the same position and target the same nucleic acid in the sample. However, the probe having 11 nucleotide sequences hybridizes to the (+) strand (or sense strand) of the sample nucleic acid, while the probe having 12 nucleotide sequences (-) strand (or antisense strand). And a probe having a nucleotide sequence of 11 and 12
The hybridization temperature is different from that of the probe having the nucleotide sequence of, and the hybridization temperature of the probe having the nucleotide sequence of 11 is higher. In this example, it is assumed that a sample that hybridizes with a probe having 11 nucleotide sequences is to be amplified and fractionated.

【0039】操作は、まずこの温度制御型マイクロリア
クターにサンプルを流し、固定化されたプローブにサン
プル中の核酸をハイブリダイゼーションさせる。このと
き同じ位置に固定化されたの11及び12の塩基配列を
有するプローブは、11の塩基配列を有するプローブの
ハイブリダイゼーション温度に合わせれば、11の塩基
配列を有するプローブのみハイブリダイゼーションを行
うことができる。そして洗浄を行った後、温度制御型マ
イクロリアクターの液温を4℃まで下げる。次に制限酵
素EcoRI及びPCR用酵素、酵素反応又はPCR反
応の実施に必要な物質を含む溶液を温度制御型マイクロ
リアクター中に満たす。このときもリアクターの液温は
4℃で維持する。そして11の塩基配列を有するプロー
ブ及び12の塩基配列を有するプローブが固定化された
位置の温度を制限酵素が働く37℃に上昇させる。これ
により固定化されていた11及び12の塩基配列を有す
るプローブは基板から外れ、これらはPCR反応でのプ
ライマー及び鋳型として使用される。次に11及び12
の塩基配列を有するプローブの位置の温度をPCR反応
が起こる温度に上昇させる。流路の他の場所では、温度
が低すぎてPCR反応は起こらない。PCR反応の反応
サイクル終了後、液温を4℃に戻した後、リアクター内
の液を採取する。このとき消化が起こった位置のみプロ
ーブが基板から外れているので、特定の核酸のみ回収す
ることが可能である。
In the operation, first, the sample is flown into this temperature-controlled microreactor, and the nucleic acid in the sample is hybridized with the immobilized probe. At this time, the probes having the base sequences of 11 and 12 immobilized at the same position can hybridize only the probe having the base sequence of 11 if adjusted to the hybridization temperature of the probe having the base sequence of 11. it can. After washing, the temperature of the temperature-controlled microreactor is lowered to 4 ° C. Next, a temperature control type microreactor is filled with a solution containing a restriction enzyme EcoRI and a PCR enzyme, and substances necessary for carrying out an enzymatic reaction or a PCR reaction. At this time, the liquid temperature of the reactor is maintained at 4 ° C. Then, the temperature at the position where the probe having the 11 nucleotide sequence and the probe having the 12 nucleotide sequence is immobilized is raised to 37 ° C. at which the restriction enzyme acts. As a result, the immobilized probes having the nucleotide sequences of 11 and 12 are released from the substrate, and these are used as primers and templates in the PCR reaction. Then 11 and 12
The temperature at the position of the probe having the nucleotide sequence of is raised to a temperature at which the PCR reaction occurs. Elsewhere in the flow path, the temperature is too low for the PCR reaction to occur. After the reaction cycle of the PCR reaction is completed, the liquid temperature is returned to 4 ° C., and then the liquid in the reactor is collected. At this time, since the probe is detached from the substrate only at the position where the digestion occurs, it is possible to recover only the specific nucleic acid.

【0040】また、上述の本発明の温度制御型マイクロ
リアクターを用い、特定の核酸配列をポリメラーゼチェ
インリアクション法(PCR法)を用いて増幅、分取す
る方法の改良として、サンプル中の特定の核酸とハイブ
リダイゼーションするプローブとPCR反応のプライマ
ーとなる核酸とを、別の制限酵素で消化可能なように設
計する方法等も挙げられる。これによりPCR反応のプ
ライマー濃度をより厳密に制御することが可能である。
Further, as an improvement of the method of amplifying and fractionating a specific nucleic acid sequence using the polymerase chain reaction method (PCR method) using the above-mentioned temperature-controlled microreactor of the present invention, a specific nucleic acid in a sample There is also a method of designing a probe that hybridizes with a nucleic acid that serves as a primer for PCR reaction so that it can be digested with another restriction enzyme. This makes it possible to more strictly control the primer concentration in the PCR reaction.

【0041】本発明の温度制御型マイクロリアクターを
用いてなることを特徴とするマイクロリアクターシステ
ムもまた、本発明の1つである。本発明のマイクロリア
クターシステムは、本発明の温度制御型マイクロリアク
ターと周辺機器とからなる。上記周辺機器としては、温
度制御型マイクロリアクター内でサンプルを移動させる
装置(以下、移動装置ともいう)、温度制御型マイクロ
リアクターを通過した液を回収する装置(以下、回収装
置ともいう)、固定化したプローブにハイブリダイゼー
ションしたサンプルを検出する装置(以下、検出装置と
もいう)等が挙げられる。なお、本発明の温度制御型マ
イクロリアクターは、他のマイクロリアクター、例えば
PCR用マイクロリアクターと組み合わせる、又は、同
じ基板上に集積して使用することができる。
A microreactor system characterized by using the temperature-controlled microreactor of the present invention is also one aspect of the present invention. The microreactor system of the present invention comprises the temperature-controlled microreactor of the present invention and peripheral equipment. Examples of the peripheral devices include a device for moving a sample in the temperature-controlled microreactor (hereinafter also referred to as a moving device), a device for collecting a liquid that has passed through the temperature-controlled microreactor (hereinafter also referred to as a collecting device), and a fixed device. An apparatus (hereinafter, also referred to as a detection apparatus) for detecting a sample hybridized with the converted probe can be used. The temperature-controlled microreactor of the present invention can be used in combination with another microreactor, for example, a PCR microreactor, or integrated on the same substrate.

【0042】上記移動装置としては、例えば、脈流が起
こらない利点を有するシリンジポンプ、実験室内のみな
らず現場持ち込みが容易なエアポンプ、サンプル移動制
御が容易な電気泳動を行うための電極及び電源等が挙げ
られる。上記回収装置としては、例えば、液体クロマト
グラフィー等で汎用されるオートサンプラー等が挙げら
れる。上記検出装置としては、例えば、PCR用のサー
マルサイクラー、表面プラズモン共鳴装置、熱レンズ顕
微鏡、質量分析装置、紫外線分光光度計、蛍光スキャナ
ー等が挙げられる。
Examples of the moving device include a syringe pump which has an advantage that pulsating flow does not occur, an air pump which can be easily brought into the field not only in the laboratory, but also as an electrode and a power source for performing electrophoresis for easy sample movement control. Is mentioned. Examples of the recovery device include an autosampler commonly used in liquid chromatography and the like. Examples of the detection device include a PCR thermal cycler, a surface plasmon resonance device, a thermal lens microscope, a mass spectrometer, an ultraviolet spectrophotometer, and a fluorescence scanner.

【0043】また、本発明のマイクロリアクターシステ
ムは、温度制御型マイクロリアクターと同一基板上又は
別個に2本鎖又は3本鎖の核酸からなるサンプルを熱変
性させて1本鎖にする装置を有することが好ましい。こ
の装置を別個に設ける場合、サンプルを予め加熱して、
2本鎖等を1本鎖に変性させた後、氷水等で急冷する装
置等が挙げられる。また、この操作を温度制御型マイク
ロリアクターと同一基板上で行う場合には、プローブが
固定化されている位置よりサンプル注入側に近い場所
で、流路内を変性温度とする方法等が挙げられる。
Further, the microreactor system of the present invention has an apparatus for thermally denaturing a sample consisting of double-stranded or triple-stranded nucleic acid into a single strand on the same substrate as or separately from the temperature-controlled microreactor. It is preferable. If this device is installed separately, preheat the sample,
Examples include a device that denatures a double strand or the like into a single strand and then rapidly cools it with ice water or the like. When this operation is performed on the same substrate as the temperature-controlled microreactor, a method of denaturing the inside of the channel at a position closer to the sample injection side than the position where the probe is immobilized can be mentioned. .

【0044】上記変性の温度としては、サンプルの核酸
の塩基配列により異なるが、好ましくは90℃、より好
ましくは95℃以上である。90℃未満であると、サン
プルの核酸の変性が不充分となるため、検出感度が大幅
に低下する場合が多い。ただし、温度制御型マイクロリ
アクターと同一基板上で変性を行う際には、変性に伴う
加温のため、それまでサンプル溶液に溶解していた空気
等がリアクター内で気化し、ハイブリダイゼーションを
阻害することがある。そのためサンプル溶液は加温前に
予め脱気を行う事が好ましい。脱気の方法としては特に
限定されず、例えば、真空脱気、超音波脱気、加熱脱気
等の公知の方法が挙げられる。
The denaturing temperature varies depending on the base sequence of the nucleic acid of the sample, but is preferably 90 ° C., more preferably 95 ° C. or higher. If the temperature is lower than 90 ° C., the denaturation of the nucleic acid of the sample will be insufficient, and the detection sensitivity will often be significantly reduced. However, when denaturing on the same substrate as the temperature-controlled microreactor, the heating that accompanies the denaturation causes the air etc. dissolved in the sample solution to vaporize in the reactor and inhibit hybridization. Sometimes. Therefore, it is preferable to degas the sample solution before heating. The degassing method is not particularly limited, and examples thereof include known methods such as vacuum degassing, ultrasonic degassing, and heat degassing.

【0045】上述のような各装置を組み合わせることに
より、本発明のマイクロリアクターは、屋内で用いる以
外にも、分析を必要とする現場に持ち込む形態をとるこ
とができる。
By combining the above-mentioned devices, the microreactor of the present invention can be used not only indoors but also in a site where analysis is required.

【0046】本発明の温度制御型マイクロリアクター及
びマイクロリアクターシステムを用いることにより、従
来に比べて高い感度で分析を行うことができる。これは
従来法では試料量の問題で測定できなかったものについ
ても、分析対象とすることが可能となることを意味す
る。また、特定流路に液を流す工程が基本であることか
ら、自動化が容易である。これは分析作業の効率化及び
省力化を実施する為に有用である。
By using the temperature-controlled microreactor and the microreactor system of the present invention, it is possible to perform analysis with higher sensitivity than before. This means that even those that could not be measured by the conventional method due to the problem of sample amount can be analyzed. Moreover, since the step of flowing the liquid through the specific flow path is the basic, automation is easy. This is useful for improving the efficiency and labor saving of analysis work.

【0047】また、分析対象として、例えば、下水処理
場の活性汚泥中の微生物種の分析を行う場合には、処理
能力の向上やバルキング防止等の効果を期待できる。同
様に、バイオレメディエーション施工地で土壌中の微生
物の動態を解析することに利用すれば、施工の効果的実
施や期間の短縮を図ることができる。このことはバイオ
レメディエーション技術の有用性を高める。
In addition, for example, when the microbial species in the activated sludge of a sewage treatment plant is analyzed as an analysis target, it is expected that effects such as improvement of treatment capacity and prevention of bulking can be expected. Similarly, if it is used to analyze the dynamics of microorganisms in the soil at the bioremediation construction site, it is possible to effectively carry out the construction and shorten the period. This enhances the utility of bioremediation technology.

【0048】またヒト遺伝子のSNPs分析等遺伝子診
断に用いた場合には、誤診が少ない検査となるので、診
断の有用性を高めることができる。
When used for gene diagnosis such as SNPs analysis of human genes, the test can be performed with less misdiagnosis, and the usefulness of diagnosis can be enhanced.

【0049】本発明の温度制御型マイクロリアクター及
びマイクロリアクターシステムを用いれば、核酸の分析
のみならず、特定の核酸を分取することも可能である。
分取された核酸は也の分析に使用可能であるので、本装
置は核酸を用いた研究開発の効率化に有用である。
By using the temperature-controlled microreactor and the microreactor system of the present invention, not only analysis of nucleic acid but also specific nucleic acid can be fractionated.
Since the separated nucleic acid can be used for the analysis of Nya, this device is useful for the efficiency of research and development using the nucleic acid.

【0050】[0050]

【実施例】以下に実施例を掲げて本発明を更に詳しく説
明するが、本発明はこれら実施例のみに限定されるもの
ではない。
The present invention will be described in more detail below with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.

【0051】(実施例1)(1)DNAの固定化 カバーガラス(長さ76mm、幅26mm、厚さ0.0
8mm)にクロロホルム及び0.1M塩酸を垂らした。
次に、このカバーガラスに、NH4OH/H22/H2
溶液(重量比1:1:5)を垂らし、更に、HCl/H
22/H2O溶液(重量比1:1:5)を垂らした。次
に、このカバーガラスに2%γ−アミノプロピルトリエ
トキシシラン(以下、APTESともいう)−トルエン
溶液を垂らして、24hr室温で放置した。次に、この
カバーガラスに1%無水マレイン酸−クロロホルム溶液
を垂らし、更に、0.2MN−エチル−N’−(3−ジ
メチルアミノプロピル)カルボジイミドハイドロクロラ
イド(以下、EDC)と0.05MN−ヒドロキシサク
シンイミド混合溶液を垂らした。次に、このカバーガラ
スに1Mエタノールアミン塩酸塩水溶液(pH9)を垂
らした。そして次に、このカバーガラスに配列1の5’
末端チオール基修飾合成DNAを垂らした。最後に一昼
夜室温で室温放置して合成DNAを固定化した。
(Example 1) (1) DNA-immobilized cover glass (length 76 mm, width 26 mm, thickness 0.0)
Chloroform and 0.1 M hydrochloric acid were dripped in 8 mm).
Next, NH 4 OH / H 2 O 2 / H 2 O was added to the cover glass.
Drop the solution (weight ratio 1: 1: 5) and add HCl / H
A 2 O 2 / H 2 O solution (weight ratio 1: 1: 5) was dripped. Next, a 2% γ-aminopropyltriethoxysilane (hereinafter, also referred to as APTES) -toluene solution was dropped on this cover glass and left at room temperature for 24 hours. Next, a 1% maleic anhydride-chloroform solution was dripped onto this cover glass, and further 0.2MN-ethyl-N '-(3-dimethylaminopropyl) carbodiimide hydrochloride (hereinafter, EDC) and 0.05MN-hydroxy were added. The succinimide mixed solution was dripped. Next, a 1M ethanolamine hydrochloride aqueous solution (pH 9) was dropped on this cover glass. And then, 5'of array 1 on this cover glass
A synthetic DNA modified with a terminal thiol group was dropped. Finally, the synthetic DNA was immobilized by leaving it at room temperature for a whole day and night.

【0052】(2)温度制御型マイクロリアクターの作
製 カバーガラス(長さ76mm、幅26mm、厚さ0.0
8mm)に別のカバーガラス(長さ76mm、幅13m
m、厚さ0.30mm)を2枚重ならないように載せ
て、2枚の間に厚さ0.15mmのガラスを挟んだ状態
でクリップで固定し、シリコーンレジン(製品名:SR
2410、東レダウコーニング社製)を滴下して接着し
た。接着後、挟んだガラスを除くと、断面が凹状で上面
は1本の溝のある厚さ0.38mmの長方体状の積層カ
バーガラスが得られた。この積層カバーガラス上に、
(1)で得られた合成DNAを固定したカバーガラスを
積層し、これも同レジンで接着した。これにより流路が
密閉され、内部にDNAが共有結合で固定化されたリア
クターを作製できた。なお流路径は、横幅0.15m
m、深さ0.30mm、流路長さは76mmであった。
また、固定化DNAが流路に露出している面積は1.5
mm2であった。
(2) Production of temperature-controlled microreactor Cover glass (length 76 mm, width 26 mm, thickness 0.0
8 mm) with another cover glass (length 76 mm, width 13 m)
m, thickness 0.30 mm) so that two sheets do not overlap, and a glass with a thickness of 0.15 mm is sandwiched between the two sheets and fixed with clips, and the silicone resin (Product name: SR
2410, manufactured by Toray Dow Corning Co., Ltd.) was dropped and adhered. After the bonding, the sandwiched glass was removed to obtain a rectangular parallelepiped cover glass having a concave cross section and one groove on the upper surface and a thickness of 0.38 mm. On this laminated cover glass,
A cover glass on which the synthetic DNA obtained in (1) was fixed was laminated, and this was also adhered with the same resin. As a result, the flow path was sealed and a reactor in which DNA was immobilized by covalent bond could be produced. The width of the channel is 0.15m in width.
m, the depth was 0.30 mm, and the flow path length was 76 mm.
The area where the immobilized DNA is exposed in the channel is 1.5.
It was mm 2 .

【0053】(3)周辺機器のセット 図5のように各機器を接続した。各機器は、市販のもの
を使用した。
(3) Setting of peripheral equipment Each equipment was connected as shown in FIG. As each device, a commercially available device was used.

【0054】(4)DNA検出実験 沸騰させた滅菌済み蒸留水を用いて、ハイブリダイゼー
ション緩衝液(6×SSC、0.2%SDS、5×De
nhardt’s溶液、50%ホルムアミド)を調製
し、シリンジに注入した。このシリンジをポンプにセッ
トし、流量0.5ml/hrで流した。同時にDNA変
性ヒーターを95℃(サンプルに好ましい変性温度)、
固定化部ヒーターを60.5℃(サンプルと固定化DN
Aに好適なハイブリダイゼーション温度)にセットし
て、流路を加熱した。
(4) DNA detection experiment Using boiling distilled sterile water, hybridization buffer (6 × SSC, 0.2% SDS, 5 × De)
nhardt's solution, 50% formamide) was prepared and injected into a syringe. This syringe was set in the pump and flowed at a flow rate of 0.5 ml / hr. At the same time, use a DNA denaturation heater at 95 ° C (preferred denaturation temperature for the sample),
Immobilization unit heater at 60.5 ° C (sample and immobilized DN
A hybridization temperature suitable for A) was set to heat the channel.

【0055】ポンプを一時停止し、500ngの配列2
のDNA及び色素を含むサンプル緩衝液(6×SSC、
0.2%SDS、5×Denhardt’s溶液、50
%ホルムアミド)3μlを配管内に注入した。その後、
ポンプを再び作動させた。サンプルに含まれる色素がD
NA固定位置を通過した後、更に60分間緩衝液を流し
た。その後、固定化部のヒーターを95℃にセットし、
液回収部で溶出液を回収した。
Pause pump, array 500 ng 2
Sample buffer (6 x SSC,
0.2% SDS, 5 × Denhardt's solution, 50
3% of formamide) was injected into the pipe. afterwards,
The pump was turned on again. The dye contained in the sample is D
After passing through the NA fixing position, the buffer solution was flown for another 60 minutes. After that, set the heater of the immobilization unit to 95 ° C,
The eluate was collected in the liquid collecting section.

【0056】回収したサンプルをテンプレートとして、
配列3及び配列4のプライマーを利用してPCR反応を
実施した。そして通常のゲル電気泳動及びエチジウムブ
ロマイド染色で検出した。得られたゲル電気泳動像を紫
外線照射下暗所で目視にて観察し、以下の基準により検
出強度を評価した。 ◎:強い染色による検出 〇:弱い染色による検出 ×:染色による検出なし 結果を表1に示した。
Using the collected sample as a template
A PCR reaction was carried out using the primers of Sequence 3 and Sequence 4. Then, it was detected by ordinary gel electrophoresis and ethidium bromide staining. The obtained gel electrophoresis image was visually observed in the dark under UV irradiation, and the detection intensity was evaluated according to the following criteria. ⊚: Detection by strong staining ◯: Detection by weak staining ×: No detection by staining The results are shown in Table 1.

【0057】(比較例1)(1)DNAの固定化及びD
NAチップの作製 実施例1と同様の方法により、配列1のチオール基修飾
合成DNAをカバーガラス(長さ26mm、幅26m
m、厚さ0.08mm)の中央に固定化した。固定面積
は1.5mm2とした。次に、DNAを固定化した部分
の周囲、面積12mm2(3×4mm、実施例1の流路
面積と同等)部分を残して、カバーガラスを厚さ0.3
mmの樹脂フィルムで覆った。
Comparative Example 1 (1) Immobilization of DNA and D
Preparation of NA Chip By the same method as in Example 1, cover glass (length 26 mm, width 26 m) with thiol group-modified synthetic DNA of Sequence 1 was prepared.
m, thickness 0.08 mm). The fixed area was 1.5 mm 2 . Next, a cover glass having a thickness of 0.3 was left around the area where the DNA was immobilized, leaving an area of 12 mm 2 (3 × 4 mm, equivalent to the channel area of Example 1).
mm resin film.

【0058】(2)DNA検出実験 500ngの配列2のDNAを含むサンプル緩衝液(6
×SSC、0.2%SDS、5×Denbardt’s
溶液、50%ホルムアミド)3μlを固定化DNA上に
滴下した後、リアクターの上部を別のカバーガラスで塞
いだ(カバーガラスで樹脂フィルムを挟み込む状態)。
これを95℃のペルチェ素子上にセットした。10秒間
加熱した後、1分間で60.5℃まで冷却した。次い
で、リアクターの上部のカバーガラスを外し、チップ上
の液を取り除いた。次にハイブリダイゼーション緩衝液
(6×SSC、0.2%SDS、5×Denhard
t’s溶液、50%ホルムアミド)を固定化DNA上に
滴下した後、95℃で1分間加熱し、液を回収した。回
収した液をテンプレートとして、配列3及び配列4のプ
ライマーを利用してPCR反応を実施し、通常のゲル電
気泳動及びエチジウムブロマイド染色で検出した。得ら
れたゲル電気泳動像を紫外線照射下暗所で目視にて観察
し、実施例1と同様の基準により検出強度を評価した。
結果を表1に示した。
(2) DNA detection experiment A sample buffer solution containing 6 ng of the DNA of sequence 2 (6
X SSC, 0.2% SDS, 5 x Denbardt's
3 μl of the solution, 50% formamide) was dropped on the immobilized DNA, and the upper part of the reactor was closed with another cover glass (a state in which the resin film was sandwiched between the cover glasses).
This was set on a Peltier device at 95 ° C. After heating for 10 seconds, it was cooled to 60.5 ° C. in 1 minute. Then, the cover glass on the top of the reactor was removed, and the liquid on the chip was removed. Then hybridization buffer (6 x SSC, 0.2% SDS, 5 x Denhard
A t's solution, 50% formamide) was added dropwise onto the immobilized DNA and then heated at 95 ° C for 1 minute to collect the solution. A PCR reaction was carried out using the recovered liquid as a template and the primers of Sequence 3 and Sequence 4, and detection was performed by ordinary gel electrophoresis and ethidium bromide staining. The obtained gel electrophoresis image was visually observed in the dark under the irradiation of ultraviolet rays, and the detection intensity was evaluated according to the same criteria as in Example 1.
The results are shown in Table 1.

【0059】[0059]

【表1】 [Table 1]

【0060】(実施例2)(1)DNAの固定化及びマ
イクロリアクターの作製 実施例1と同様の方法により、配列1及び配列5の5’
末端チオール基修飾合成DNAを図6のリアクターに固
定化した。また、マイクロリアクターの作製について
も、実施例1と同様に行った。
(Example 2) (1) Immobilization of DNA and preparation of microreactor By the same method as in Example 1, 5'of Sequence 1 and Sequence 5 was prepared.
The terminal thiol group-modified synthetic DNA was immobilized on the reactor shown in FIG. Also, the production of the microreactor was performed in the same manner as in Example 1.

【0061】(2)周辺機器のセット 図7のように各機器を接続した。各機器は市販のものを
使用した。
(2) Setting of peripheral equipment Each equipment was connected as shown in FIG. As each device, a commercially available device was used.

【0062】(3)DNAの検出実験 沸騰させた滅菌済み蒸留水を用いて、ハイブリダイゼー
ション緩衝液(6×SSC、0.2%SDS、5×De
nhardt’s溶液、50%ホルムアミド)を調製
し、シリンジに注入した。このシリンジをシリンジポン
プにセットし、流量0.5ml/hrで流した。同時に
DNA変性ヒーターを95℃、ペルチェ素子(高温側)
を61.0℃、ペルチェ素子(低温側)を60.7℃に
セットして、流路を加熱した。この時、ペルチェ素子の
温度は各サーミスタで制御し、流路温度は流路温度検出
素子で測定した。
(3) DNA Detection Experiment Using boiling sterile distilled water, hybridization buffer (6 × SSC, 0.2% SDS, 5 × De)
nhardt's solution, 50% formamide) was prepared and injected into a syringe. This syringe was set in a syringe pump and flowed at a flow rate of 0.5 ml / hr. At the same time, the DNA denaturation heater is 95 ℃, Peltier element (high temperature side)
Was set to 61.0 ° C. and the Peltier element (low temperature side) was set to 60.7 ° C. to heat the flow path. At this time, the temperature of the Peltier element was controlled by each thermistor, and the channel temperature was measured by the channel temperature detecting element.

【0063】ポンプを一時停止し、配列2及び配列6の
DNAを各々500ngと色素を含むサンプル緩衝液
(6×SSC、0.2%SDS、5×Denhard
t’s溶液、50%ホルムアミド)3μlを配管内に注
入した。その後、ポンプを再び作動させた。サンプルに
含まれる色素がDNA固定位置を通過した後、更に60
分間緩衝液を流した。その後、まず低温側ペルチェ素子
を95℃にセットし、ハイブリダイゼーションしたDN
Aを回収した。次に高温側ペルチェ素子を95℃にセッ
トし、ハイブリダイゼーションしたDNAを回収した。
The pump was paused and 500 ng of DNA of sequence 2 and 6 respectively and sample buffer containing dye (6 × SSC, 0.2% SDS, 5 × Denhard).
3 μl of t's solution, 50% formamide) was injected into the pipe. Then the pump was turned on again. After the dye contained in the sample has passed through the DNA fixing position, another 60
The buffer was run for a minute. After that, the Peltier element on the low temperature side was first set to 95 ° C., and the hybridized DN
A was collected. Next, the Peltier element on the high temperature side was set to 95 ° C., and the hybridized DNA was recovered.

【0064】低温側ペルチェの回収液をテンプレートと
して、配列3及び配列4のプライマーを利用してPCR
反応を実施した。また、それとは別個に、配列7及び配
列8のプライマーを利用してPCR反応を実施した。ま
た高温側ペルチェの回収液をテンプレートとして、配列
7及び配列8プライマーを利用して、PCR反応を実施
した。また、それとは別個に、配列3及び配列4のプラ
イマーを利用してPCR反応を実施した。この各々につ
いて通常のゲル電気泳動及びエチジウムブロマイド染色
で検出した。得られたゲル電気泳動像を紫外線照射下暗
所で目視にて観察し、以下の基準により検出強度を評価
した。 〇:検出あり ×:検出なし 結果を表2に示した。
PCR using the recovered solution of Peltier on the low temperature side as a template and the primers of Sequence 3 and Sequence 4
The reaction was carried out. Separately, PCR reaction was performed using the primers of Sequence 7 and Sequence 8. A PCR reaction was carried out using the sequence 7 and sequence 8 primers with the recovered solution of the Peltier on the high temperature side as a template. Separately, PCR reaction was performed using the primers of Sequence 3 and Sequence 4. Each of these was detected by conventional gel electrophoresis and ethidium bromide staining. The obtained gel electrophoresis image was visually observed in the dark under UV irradiation, and the detection intensity was evaluated according to the following criteria. ◯: with detection x: without detection The results are shown in Table 2.

【0065】[0065]

【表2】 [Table 2]

【0066】(実施例3)(1)DNAの固定化及びマ
イクロリアクターの作製 実施例1と同様の方法により、配列9及び配列10のチ
オール基修飾合成DNAを図8のリアクターに固定化し
た。また、マイクロリアクターの作製についても、実施
例1と同様に行った。
(Example 3) (1) Immobilization of DNA and preparation of microreactor By the same method as in Example 1, the thiol group-modified synthetic DNAs of Sequences 9 and 10 were immobilized in the reactor of FIG. Also, the production of the microreactor was performed in the same manner as in Example 1.

【0067】(2)周辺機器のセット 図9のように各機器を接続した。各機器は市販のものを
使用した。
(2) Setting of peripheral equipment Each equipment was connected as shown in FIG. As each device, a commercially available device was used.

【0068】(3)DNAの検出実験 沸騰させた滅菌済み蒸留水を用いて、ハイブリダイゼー
ション緩衝液(6×SSC、0.2%SDS、5×De
nhardt’s溶液、50%ホルムアミド)を調製
し、シリンジに注入した。このシリンジをシリンジポン
プにセットし、流量0.5ml/hrで流した。同時に
DNA変性用ペルチェ素子を95℃、ペルチェ素子(固
定化部用)を66.0℃にセットして、流路を加熱し
た。この時、ペルチェ素子の温度は各サーミスタで制御
し、流路温度は流路温度検出素子で測定した。
(3) DNA Detection Experiment Using boiling distilled sterile water, hybridization buffer (6 × SSC, 0.2% SDS, 5 × De)
nhardt's solution, 50% formamide) was prepared and injected into a syringe. This syringe was set in a syringe pump and flowed at a flow rate of 0.5 ml / hr. At the same time, the Peltier element for denaturing the DNA was set to 95 ° C. and the Peltier element (for the immobilization section) was set to 66.0 ° C., and the channel was heated. At this time, the temperature of the Peltier element was controlled by each thermistor, and the channel temperature was measured by the channel temperature detecting element.

【0069】ポンプを一時停止し、配列6のDNAを5
00mgと色素を含むサンプル緩衝液(6×SSC、
0.2%SDS、5×Denhardt’s溶液、50
%ホルムアミド)3μlを配管内に注入した。その後、
ポンプを再び作動させた。
The pump is temporarily stopped and the DNA of sequence 6 is added to 5
Sample buffer (6xSSC, containing 00 mg and dye,
0.2% SDS, 5 × Denhardt's solution, 50
3% of formamide) was injected into the pipe. afterwards,
The pump was turned on again.

【0070】サンプルに含まれる色素がDNA固定位置
を通過した後、更に60分間緩衝液を流した。次に流路
の温度を4℃にして、制限酵素ApaLI 10ユニッ
ト(宝酒造社製)、DNA増幅用酵素Takara T
aq5ユニット(宝酒造社製)、及び、増幅溶液(10
mMTris−HCl(pH8.2)、50mMKC
l、1.5MMgCl2、0.05mMDTT(Dit
hiothreitol)、0.2mM dATP、
0.2mM dTTP、0.2mM dCTP、0.2
mM dGTP)でリアクター内を置換した。
After the dye contained in the sample passed through the DNA fixing position, the buffer was further flowed for 60 minutes. Next, the temperature of the flow path was set to 4 ° C., 10 units of restriction enzyme ApaLI (manufactured by Takara Shuzo), and enzyme for DNA amplification Takara T.
aq5 unit (Takara Shuzo) and amplification solution (10
mMTris-HCl (pH 8.2), 50 mMKC
1, 1.5M MgCl 2 , 0.05 mM DTT (Dit
hiothreitol), 0.2 mM dATP,
0.2 mM dTTP, 0.2 mM dCTP, 0.2
The inside of the reactor was replaced with (mM dGTP).

【0071】置換後、ポンプの運転を停止し、固定化部
のペルチェ素子を37℃にセットして酵素を15分間反
応させた。そして固定化部のペルチェ素子を95℃1分
間、61.0℃2分間、72.0℃3分間を1サイクル
として、20サイクル作動させた。そして最初の緩衝液
を再び流して、増幅されたDNAを回収した。回収した
DNAは、通常のゲル電気泳動及びエチジウムブロマイ
ド染色で検出した。得られたゲル電気泳動像を紫外線照
射下暗所で目視にて観察し、以下の基準により検出強度
を評価した。 〇:検出あり ×:検出なし 結果を表3に示した。
After the replacement, the operation of the pump was stopped, the Peltier element of the immobilization section was set at 37 ° C., and the enzyme was reacted for 15 minutes. Then, the Peltier element of the immobilization section was operated for 20 cycles, with one cycle consisting of 95 ° C. for 1 minute, 61.0 ° C. for 2 minutes, and 72.0 ° C. for 3 minutes. Then, the first buffer was reflowed to recover the amplified DNA. The recovered DNA was detected by ordinary gel electrophoresis and staining with ethidium bromide. The obtained gel electrophoresis image was visually observed in the dark under UV irradiation, and the detection intensity was evaluated according to the following criteria. ◯: Detected ×: Not detected The results are shown in Table 3.

【0072】[0072]

【表3】 [Table 3]

【0073】(実施例4)(1)DNAの固定化及びマ
イクロリアクターの作製 実施例1と同様の方法により、配列1及び配列5の5’
末端チオール基修飾合成DNAを図10のリアクターに
固定化した。また、マイクロリアクターの作製について
も、実施例1と同様に行った。このとき、図10のよう
に切替装置を設置した。この装置は、ペルチェ素子及び
サーミスタと温度制御装置の間に設置され高温側と低温
側のペルチェ素子の切り替え及び高温側と低温側のサー
ミスタの切り替えを行うものである。
(Example 4) (1) Immobilization of DNA and preparation of microreactor By the same method as in Example 1, 5'of Sequence 1 and Sequence 5 was prepared.
The terminal thiol group-modified synthetic DNA was immobilized on the reactor shown in FIG. Also, the production of the microreactor was performed in the same manner as in Example 1. At this time, the switching device was installed as shown in FIG. This device is installed between a Peltier device and a thermistor and a temperature control device, and switches the Peltier device on the high temperature side and the low temperature side and switches the thermistor on the high temperature side and the low temperature side.

【0074】(2)周辺機器のセット 図11のように各機器を接続した。各機器は市販のもの
を使用した。
(2) Setting of peripheral equipment Each equipment was connected as shown in FIG. As each device, a commercially available device was used.

【0075】(3)DNAの検出実験 沸騰させた滅菌済み蒸留水を用いて、ハイブリダイゼー
ション緩衝液(6×SSC、0.2%SDS、5×De
nhardt’s溶液、50%ホルムアミド)を調製
し、シリンジに注入した。このシリンジをポンプにセッ
トし、流量0.1ml/hrで流した。DNA変性ヒー
ターを95℃、ペルチェ素子(高温側)を61.0℃、
ペルチェ素子(低温側)を60.7℃にセットした。切
り替え器は、1秒毎に高温側と低温側を切り替えるよう
にした。
(3) DNA detection experiment Using boiling distilled sterile water, a hybridization buffer (6 × SSC, 0.2% SDS, 5 × De) was prepared.
nhardt's solution, 50% formamide) was prepared and injected into a syringe. This syringe was set in a pump and flowed at a flow rate of 0.1 ml / hr. DNA denaturation heater 95 ℃, Peltier element (high temperature side) 61.0 ℃,
The Peltier device (low temperature side) was set at 60.7 ° C. The switching device switches between the high temperature side and the low temperature side every one second.

【0076】ポンプを一時停止し、配列2及び配列6の
DNAを各々500ngと色素を含むサンプル緩衝液
(6×SSC、0.2%SDS、5×Denbard
t’s溶液、50%ホルムアミド)3μlを配管内に注
入した。その後、ポンプを再び作動させた。
The pump was temporarily stopped, and 500 ng each of the DNAs of sequence 2 and sequence 6 and a sample buffer containing dye (6 × SSC, 0.2% SDS, 5 × Denbard) were used.
3 μl of t's solution, 50% formamide) was injected into the pipe. Then the pump was turned on again.

【0077】サンプルに含まれる色素がDNA固定位置
を通過した後、更に60分間緩衝液を流した。その後、
まず低温側ペルチェ素子を95℃にセットし、ハイブリ
ダイゼーションしたDNAを回収した。次に高温側ペル
チェ素子を95℃にセットし、ハイブリダイゼーション
したDNAを回収した。
After the dye contained in the sample passed through the DNA fixing position, the buffer solution was flown for another 60 minutes. afterwards,
First, the low temperature Peltier device was set at 95 ° C., and the hybridized DNA was recovered. Next, the Peltier element on the high temperature side was set to 95 ° C., and the hybridized DNA was recovered.

【0078】低温側ペルチェの回収液をテンプレートと
して、配列3及び配列4のプライマーを利用してPCR
反応を実施した。また、それとは別個に配列7及び配列
8のプライマーを利用してPCR反応を実施した。また
高温側ペルチェの回収液をテンプレートとして、配列7
及び配列8のプライマーを利用して、PCR反応を実施
した。また、それとは別個に配列3及び配列4のプライ
マーを利用してPCR反応を実施した。そして通常のゲ
ル電気泳動及びエチジウムブロマイド染色で検出した。
得られたゲル電気泳動像を紫外線照射下暗所で目視にて
観察し、以下の基準により検出強度を評価した。 〇:検出あり ×:検出なし 結果を表4に示した。
PCR was performed by using the primers of Sequences 3 and 4 with the recovered solution of Peltier on the low temperature side as a template.
The reaction was carried out. Separately, PCR reactions were carried out using the primers of Sequence 7 and Sequence 8. Also, using the recovered liquid of the Peltier on the high temperature side as a template,
And a PCR reaction was performed using the primers of Sequence 8. Separately, PCR reaction was performed using the primers of Sequence 3 and Sequence 4. Then, it was detected by ordinary gel electrophoresis and ethidium bromide staining.
The obtained gel electrophoresis image was visually observed in the dark under UV irradiation, and the detection intensity was evaluated according to the following criteria. ◯: with detection x: without detection The results are shown in Table 4.

【0079】[0079]

【表4】 [Table 4]

【0080】[0080]

【発明の効果】本発明によれば、自動分析への対応性が
高く、少量のサンプルを用いて、短時間に高い精度で核
酸の検出が可能であり、目的核酸の分取やPCR法によ
る増幅にも応用可能な温度制御型マイクロリアクター及
びこれを用いたマイクロリアクターシステムを提供でき
る。
EFFECTS OF THE INVENTION According to the present invention, nucleic acids can be detected with high accuracy in a short period of time with a high degree of adaptability to automatic analysis and using a small amount of sample. A temperature-controlled microreactor applicable to amplification and a microreactor system using the same can be provided.

【0081】[0081]

【配列表】 <110>積水化学工業株式会社 SEKISUI CHEMICAL CO.,LTD. <120>温度制御型マイクロリアクター及びマイクロリアクターシステム <130>00P00507 <160>10 <210> 1 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <400> 1 tcggtgatgt cggcgatata 20 <210> 2 <211> 200 <212> DNA <213> Artificial Sequence <400> 2 ttc tcg gag cac tgt ccg acc gct ttg gcc gcc gcc cag tcc tgc tcg 48 ctt cgc tac ttg gag cca cta tcg act acg cga tca tgg cga cca cac 96 ccg cgc ggg atc gag atc tcg atc ctc tac gcc gga cgc atc gtg gcc 144 ggc atc acc ggc gcc aca ggt gcg gtt gct ggc gcc tat atc gcc gac 192 atc acc ga 200 <210> 3 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <400> 3 tcggtgatgt cggcgatata 20 <210> 4 <211> 18 <212> DNA <213> Artificial Sequence <400> 4 ttctcggagc actgtccg 18 <210> 5 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <400> 5 cggcacctgt cctacgagtt 20 <210> 6 <211> 200 <212> DNA <213> Artificial Sequence <400> 6 ttg ttt cgg cgt ggg tat ggt ggc agg ccc cgt ggc cgg ggg act gtt 48 ggg cgc cat ctc ctt gca tgc acc att cct tgc ggc ggc ggt gct caa 96 cgg cct tca acc cag tca gct cct tcc ggt ggg cgc ggg gca tga cta 144 tcg tcg ccg cac tta tga ctg tct tct tta tca tgc aac tcg tag gac 192 agg tgc cg 200 <210> 7 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <400> 7 cggcacctgt cctacgagtt 20 <210> 8 <211> 18 <212> DNA <213> Artificial Sequence <400> 8 ttgtttcggc gtgggtat 18 <210> 9 <211> 46 <212> DNA <213> Artificial Sequence <400> 9 cgtttcggtg atgacggtga gtgcaccggc acctgtccta cgagtt 46 <210> 10 <211> 44 <212> DNA <213> Artificial Sequence <400> 10 cgtttcggtg atgacggtga gtgcacttgt ttcggcgtgg gtat 44[Sequence list] <110> SEKISUI CHEMICAL CO., LTD. <120> Temperature controlled microreactor and microreactor system <130> 00P00507 <160> 10 <210> 1 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <400> 1 tcggtgatgt cggcgatata 20 <210> 2 <211> 200 <212> DNA <213> Artificial Sequence <400> 2 ttc tcg gag cac tgt ccg acc gct ttg gcc gcc gcc cag tcc tgc tcg 48 ctt cgc tac ttg gag cca cta tcg act acg cga tca tgg cga cca cac 96 ccg cgc ggg atc gag atc tcg atc ctc tac gcc gga cgc atc gtg gcc 144 ggc atc acc ggc gcc aca ggt gcg gtt gct ggc gcc tat atc gcc gac 192 atc acc ga 200 <210> 3 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <400> 3 tcggtgatgt cggcgatata 20 <210> 4 <211> 18 <212> DNA <213> Artificial Sequence <400> 4 ttctcggagc actgtccg 18 <210> 5 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <400> 5 cggcacctgt cctacgagtt 20 <210> 6 <211> 200 <212> DNA <213> Artificial Sequence <400> 6 ttg ttt cgg cgt ggg tat ggt ggc agg ccc cgt ggc cgg ggg act gtt 48 ggg cgc cat ctc ctt gca tgc acc att cct tgc ggc ggc ggt gct caa 96 cgg cct tca acc cag tca gct cct tcc ggt ggg cgc ggg gca tga cta 144 tcg tcg ccg cac tta tga ctg tct tct tta tca tgc aac tcg tag gac 192 agg tgc cg 200 <210> 7 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <400> 7 cggcacctgt cctacgagtt 20 <210> 8 <211> 18 <212> DNA <213> Artificial Sequence <400> 8 ttgtttcggc gtgggtat 18 <210> 9 <211> 46 <212> DNA <213> Artificial Sequence <400> 9 cgtttcggtg atgacggtga gtgcaccggc acctgtccta cgagtt 46 <210> 10 <211> 44 <212> DNA <213> Artificial Sequence <400> 10 cgtttcggtg atgacggtga gtgcacttgt ttcggcgtgg gtat 44

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

【図1】本発明の温度制御型マイクロリアクターの一実
施態様を示す模式図である。
FIG. 1 is a schematic view showing an embodiment of a temperature-controlled microreactor of the present invention.

【図2】別の基板上に温度を調整する素子を固定又は形
成した本発明の温度制御型マイクロリアクターの一実施
態様を示す模式図である。
FIG. 2 is a schematic view showing an embodiment of a temperature-controlled microreactor of the present invention in which an element for adjusting temperature is fixed or formed on another substrate.

【図3】3種の異なる塩基配列を有するプローブが固定
化され核酸の分取可能な本発明の温度制御型マイクロリ
アクターの一実施態様を示す模式図である。
FIG. 3 is a schematic diagram showing an embodiment of the temperature-controlled microreactor of the present invention in which probes having three different base sequences are immobilized and nucleic acids can be collected.

【図4】4種の異なる塩基配列を有するプローブが固定
化されPCR法の実施可能な本発明の温度制御型マイク
ロリアクターの一実施態様を示す模式図である。
FIG. 4 is a schematic diagram showing one embodiment of the temperature-controlled microreactor of the present invention in which probes having four different base sequences are immobilized and which is capable of carrying out a PCR method.

【図5】実施例1で用いたマイクロリアクターシステム
を示す模式図である。
5 is a schematic diagram showing the microreactor system used in Example 1. FIG.

【図6】実施例2で用いたマイクロリアクターを示す模
式図である。
FIG. 6 is a schematic diagram showing a microreactor used in Example 2.

【図7】実施例2で用いたマイクロリアクターシステム
を示す模式図である。
FIG. 7 is a schematic diagram showing a microreactor system used in Example 2.

【図8】実施例3で用いたマイクロリアクターを示す模
式図である。
FIG. 8 is a schematic diagram showing a microreactor used in Example 3.

【図9】実施例3で用いたマイクロリアクターシステム
を示す模式図である。
FIG. 9 is a schematic diagram showing a microreactor system used in Example 3.

【図10】実施例4で用いたマイクロリアクターを示す
模式図である。
FIG. 10 is a schematic diagram showing a microreactor used in Example 4.

【図11】実施例4で用いたマイクロリアクターシステ
ムを示す模式図である。
FIG. 11 is a schematic diagram showing a microreactor system used in Example 4.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 加熱及び/又は冷却素子 2 温度検出素子 3 固定化した核酸 4 流路 5 基材 6 基板 7 固定化された核酸 8 固定化された核酸 9 固定化された核酸 10 固定化された核酸 11 固定化された核酸 12 固定化された核酸 13 固定化された核酸 1 Heating and / or cooling elements 2 Temperature detection element 3 Immobilized nucleic acid 4 channels 5 base materials 6 substrate 7 Immobilized nucleic acid 8 Immobilized nucleic acid 9 Immobilized nucleic acid 10 Immobilized nucleic acid 11 Immobilized nucleic acid 12 Immobilized nucleic acid 13 Immobilized nucleic acid

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) G01N 35/08 G01N 37/00 101 37/00 101 C12N 15/00 ZNAA // G01N 27/447 G01N 27/26 315Z ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI theme code (reference) G01N 35/08 G01N 37/00 101 37/00 101 C12N 15/00 ZNAA // G01N 27/447 G01N 27 / 26 315Z

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 表面にデオキシリボ核酸又はリボ核酸が
固定化された流路を有する温度制御型マイクロリアクタ
ーであって、前記デオキシリボ核酸又はリボ核酸が固定
化された位置において流路の温度を制御できるものであ
ることを特徴とする温度制御型マイクロリアクター。
1. A temperature-controlled microreactor having a channel on which deoxyribonucleic acid or ribonucleic acid is immobilized, the temperature of the channel being controllable at the position where the deoxyribonucleic acid or ribonucleic acid is immobilized. A temperature-controlled microreactor characterized by being a thing.
【請求項2】 デオキシリボ核酸又はリボ核酸は、塩基
配列が2種類以上からなることを特徴とする請求項1記
載の温度制御型マイクロリアクター。
2. The temperature-controlled microreactor according to claim 1, wherein the deoxyribonucleic acid or ribonucleic acid has two or more kinds of base sequences.
【請求項3】 デオキシリボ核酸又はリボ核酸は、制限
酵素で消化可能な塩基配列を含有することを特徴とする
請求項1又は2記載の温度制御型マイクロリアクター。
3. The temperature-controlled microreactor according to claim 1, wherein the deoxyribonucleic acid or ribonucleic acid contains a base sequence that can be digested with a restriction enzyme.
【請求項4】 流路内の2箇所以上を異なる温度で制御
できるものであること特徴とする請求項1、2又は3記
載の温度制御型マイクロリアクター。
4. The temperature-controlled microreactor according to claim 1, 2 or 3, which can be controlled at two or more locations in the flow path at different temperatures.
【請求項5】 時分割及び/又は領域分割で流路の温度
を制御できるものであることを特徴とする請求項1、
2、3又は4記載の温度制御型マイクロリアクター。
5. The temperature of the flow path can be controlled by time division and / or area division.
The temperature-controlled microreactor according to 2, 3, or 4.
【請求項6】 加熱及び/又は冷却のために熱電変換材
料を用いることを特徴とする請求項1、2、3、4又は
5記載の温度制御型マイクロリアクター。
6. A temperature-controlled microreactor according to claim 1, wherein a thermoelectric conversion material is used for heating and / or cooling.
【請求項7】 請求項1、2、3、4、5又は6記載の
マイクロリアクターを用いてなることを特徴とするマイ
クロリアクターシステム。
7. A microreactor system comprising the microreactor according to claim 1, 2, 3, 4, 5 or 6.
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