JP4671548B2 - Analyte measurement method and automatic gene detection apparatus - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶液中の分析物を簡便かつ高感度で検出する方法おび装置に関する。より詳細には、本発明は、溶液中に目的の核酸が存在するか否かを特異的に検出する方法おび遺伝子検出装置に関する。本発明の方法およびデバイスは高密度の集積化が可能であって、治療薬などの薬剤のスクリーニング、遺伝子のフィンガープリンティング、ハイブリダイゼーションによる遺伝子の塩基配列の決定(SBH:Sequencing By Hybridization)に適用可能である。
【0002】
【従来の技術】
生物中に存在する全遺伝子の数は、酵母で約6,000個、ヒトで約100,000個といわれている。ヒトの遺伝子の配列決定はほぼ終了しており、また、ヒト遺伝子の80%以上は、EST(Expressed Sequence Tag:cDNAの末端から200〜300塩基の配列を読んだもの)として、それらの一部配列が既に公表されているといわれている。
【0003】
一般に、細胞または組織ごとの遺伝型の解析、遺伝子発現パターンの比較、遺伝子変異多型のマッピング(診断)、ゲノムに存在する機能的塩基配列の解析などの遺伝子検出法では、一本鎖に変性した遺伝子サンプルに特異的にハイブリダイズした核酸プローブを検出することによって目的遺伝子の存在が確認される。最近、このような遺伝子検出法では、DNAチップが採用されている。例えば、Hyseq社は、DNAチップを用いた塩基配列解析法を開示する(米国特許第5,525,464号を参照のこと)。
【0004】
DNAチップは、生体に含まれる全遺伝子を、1〜2日間程度で解析可能といわれており、簡便で迅速な塩基配列の解析が可能であることから、DNAチップの利用技術開発は急速に進んでいる。しかし、DNAチップを用いて、未知の配列の決定を行う場合の問題点として、DNAチップが、遺伝子と核酸プローブとの間のいくつかの末端ミスマッチに対して完全マッチと同等のシグナルを与えることが指摘されている。それ故、この末端ミスマッチと完全マッチとの識別を正確に行う方法について技術的な検討が必要である。
【0005】
DNAチップを含む従来技術の代表的な遺伝子分析法について説明する。まず、生物試料から遺伝子を抽出し、必要であれば適切な制限酵素で切断した後、電気泳動およびサザンブロットを行なう。次に、目的とする遺伝子に対して相補的な塩基配列を有する核酸プローブを放射性同位元素または蛍光色素などで標識し、ブロットされた遺伝子とハイブリダイスさせる。次いで、ハイブリダイズした核酸を、低温でX線フィルムに感光させた後RIスキャナーを用いるか、レーザを照射して発生する蛍光放射を蛍光スキャナーを用いるか、または高感度CCDカメラなどの光検出器や光電子倍増管を用いて蛍光標識した物質を検出することで、ハイブリダイズした核酸プローブを検出し、それによって目的とする遺伝子の存在を確認する。
【0006】
しかし、上記放射性同位元素を用いた検出法は、放射性同位元素を使用するため診断場所が限定され、試薬の取扱いにも十分注意しなければならない。また、遺伝子検出までに長時間を要し、測定操作もかなり繁雑かつ複雑であるという問題がある。その操作も資格を有するオペレ−タが行なわなければならない。これに加えて廃棄物の処理などにも注意を必要とする。
【0007】
この点を改善するために、放射性同位元素に代わる安全なラベル剤の開発が進められており、例えば、アビジン−ビオチン結合を利用する方法、酵素や蛍光物質を使用する方法など、いくつかのプローブ検出方法が既に提案されている。このような検出方法で用いられるスキャナーは、数十ミクロン程度のサイズを検出し得る性能を有し、間隔が100ミクロン程度のスポットを定量的に識別することができる。しかし、2波長、多いもので5波長のレーザを用いる場合など、多数の標識には十分対応できず、そして広範囲を高速でスキャンできない。例えば、共焦点レーザを用いたスキャナーは、5〜50μmの比較的低い解像度しか有さず、上記のようなプローブ検出方法の高密度集積化の障害となっている。また、本当にターゲットの配列と合致した結合により蛍光を発しているのか、またはミスマッチのまま結合が起こって生じる非特異的な擬陽性の信号であるのかを評価することができないという課題を有している。
【0008】
その他の検出法として、MALDI−TOF(Matrix−assisted laser desorption Time of Flight)を用いた質量分析検出法がある(例えば、Sequenom社のDNA MassArray)。このTOF質量分析器は、サンプルをイオン化し、磁場型または、4重極型の装置により質量/電化比に従ってサンプル分子を分離し、発生したイオンが検出器を1周するのに要する時間を測定する。TOF質量分析器を用いれば、例えば、DNAチップに結合した目的の遺伝子のフラグメントをプライマー伸張反応することによって、結合した相補的なDNA配列のラダーを生じさせ、1〜2ダルトンの精度でその質量を検出できる。しかし、その原理上、実際の分析時間は非常に短いにもかかわらず、一方で、生物学的サンプルを質量分析するまでには複雑なサンプル準備作業を行う必要があり、結果として測定に非常に時間がかかる。また、現在投入されているシステムが大掛かりであり、装置の準備等にも時間がかかる。
【0009】
また、特開平10−23900号は、DNAハイブリダイゼーション反応を無標識で検出する方法および装置を開示している。この装置は、DNA分離抽出モジュール、増幅モジュール、および検出モジュールを備え、チップ上のプローブと、検体中の変性一本鎖DNAとのハイブリダイゼーションによって生じる2本鎖形成にともなう位相差の変化を検出する。
【0010】
近年、極微細探針を用いた走査トンネル顕微鏡(Scanning Tunneling Microscopy:STM)に代表される走査型プローブ顕微鏡(Scanning Probe Microscopy:SPM)が開発され、これを用い、原子オーダーあるいは、ナノメートルオーダーの表面観察、原子操作や表面改質が盛んに行われるようになった。特にデータストレージ応用の観点から、記憶媒体の表面修飾や表面改質が行われ、ナノメートルサイズの凹凸構造が作製されている。走査型プローブ顕微鏡を用いれば、サンプル表面の幾何学的形状だけでなく、サンプルの磁気力分布、表面電位、光学情報などの物理特性をナノメートルオーダーの分解能で制御することが可能である。これは、探針とサンプル間に印加する電圧、これに伴う電子注入、熱、微小力などの作用をナノメートル領域で制御することで達成される。
【0011】
中でも、1989年スタンフォード大のC.F.Ouate教授らのグループはSTMによる電流加熱によりグラファイト表面にナノメートルオーダーのピット構造を形成し、超高密度記録の可能性を示した。これを契機に、現在、世界的にこのような微細加工技術を将来のストレージ技術に応用しようとする研究が盛んに行われている。例えば、1990年MaminらはSTMを用い、金の電界蒸発によるドット記録技術を示し、また、Betzigらも1992年近接場光顕微鏡SNOMによる光磁気記録を示し、日本国内でもSatoらがSTMによる相変化記録を示し、Hosokiらが原子操作によるアトミックストレージの可能性の検証を行った。
【0012】
また、M.Despondらは、M.Despondら、「VLSI−NEMS Chip for AFM Data Storage」、IEEE Micro Electro Mechanical Systems Technical Digest 1999、pp564−569において、SPMプローブ(探針)先端の耐摩耗性の向上、探針の加熱機構の搭載などによって、たわみ検出センサを搭載したAFM探針を、同一平面で32×32のマトリクス状に配列し、加熱した探針をPMMA樹脂製の記録媒体に押し付けることで窪みを形成し、凹凸を検出することでデータを記録および再生するデータストレージ装置のプロトタイプを示した。この方式によって記録されたデータマークサイズは約40nmであり、400GB/inch2の記録密度に相当する。
【0013】
その他には、Vettiger、P.;Despont、M.;Drechsler、U.;Durig、U.;Haberle、W.;Lutwyche、M.I.;Rothuizen、H.E.;Stutz、R.;Widmer、R.;Binnig、G.K.「Millipede」 more than one thousand tips for future AFM data storage、 IBM Journal of Research and Development、Vol.44・Issue 3 323−340、2000などがある。しかし、本発明者らの知る限り、走査型プローブ顕微鏡をDNAチップと組み合わせ、遺伝子分析法に適用した先行技術は存在していない。その他、先行技術文献として、特開平02−242144号公報(特に第2図およびその説明)、およびC.A.J.Putman et. al.“Detection of In Situ Hybridization to Human Chromosomes With the Atomic Force Microscope” ,Cytometry 14:356−3
61(1993)が挙げられる。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記従来技術の課題を解決し、溶液中の分析物を高密度に集積し、簡便かつ高感度で検出し得る方法おび装置を提供することを目的とする。
【0015】
【課題を解決するための手段】
本発明は分析物測定方法に関し、この方法は、目的の分析物を基板上の少なくとも1つの領域に捕獲する工程、上記分析物が捕獲された領域の幾何学的形状を改変する工程、および改変された幾何学的形状を検出し、それによって上記分析物の存在を検出する工程を包含する。
より特定すれば、本願発明は以下の項目に関し得る。
(項目1)
目的の分析物を、支持層とこの支持層上に配置されたフォトレジスト層と上記支持層に固定された核酸プローブとを表面に備えた基板の、上記核酸プローブに捕獲する工程、
上記基板の表面に、可視光、紫外線光、赤外光、X線、および電子線からなる群から選択されるエネルギーを与え、上記分析物が捕獲された領域の上記フォトレジスト層を改変し、上記基板に凹凸形状を形成する工程、および
この凹凸形状を走査型プローブ顕微鏡で検出し、それによって該分析物の存在を検出する工程、を包含する、分析物測定方法。
(項目2)
上記基板に凹凸形状を形成する工程が、基板に捕獲された分析物に特異的に結合する標識物質の存在下で行われる、項目1に記載の分析物測定方法。
(項目3)
上記分析物が標識物質を有する、項目1に記載の分析物測定方法。
(項目4)
上記分析物が遮光物質からなる標識物質を有する、項目1に記載の分析物測定方法。
(項目5)
上記分析物が核酸である、項目1に記載の分析物測定方法。
(項目6)
上記基板の凹凸形状を固定処理する工程をさらに包含する、項目1に記載の分析物測定方法。
(項目7)
上記基板に凹凸形状を形成する工程の後、上記フォトレジスト層をマスクとして用い、上記支持層をエッチングする工程をさらに包含する項目1に記載の分析物測定方法。
【0040】
【発明の実施の形態】
以下では、目的の分析物が核酸、特にDNAである場合の本発明の実施の形態について説明するが、これらは本発明の例示であって、限定するものではない。
【0041】
(実施の形態1)
本実施の形態では、表面にフォトレジストを塗布した基板を遺伝子センサとして用いる。フォトレジストとしては、光曝露で溶けるポジ型フォトレジストまたは光曝露で重合するネガ型フォトレジストを用い得る。
【0042】
図1に、ポジ型フォトレジストを用いる本実施の形態の概略、およびこれに用いる遺伝子センサの概略を示す。図示されるように、基板101は、支持層106およびポジ型フォトレジスト層105を備える。支持層106として、単結晶シリコン、アモルファスシリコン、炭化ケイ素、酸化ケイ素、窒化ケイ素などに代表される半導体材料;ガラス、石英ガラス、アルミナ、サファイア、フォルステライト、セラミクスなどの無機材料;およびポリエチレン、エチレン、ポリプロビレン、ポリイソブチレン、ポリエチレンテレフタレート、不飽和ポリエステル、含フッ素樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルアルコール、ポリビニルアセタール、アクリル樹脂、ポリアクリロニトリル、ポリスチレン、アセタール樹脂、ポリカーボネート、ポリアミド、フェノール樹脂、ユリア樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、スチレン・アクリロニトリル共重合体、アクリロニトリル・ブタジエンスチレン共重合体、シリコーン樹脂、ポリフェニレンオキサイドおよびポリスルホンなどの有機材料を用い得る。好ましくは、アモルファスシリコン、またはガラスが支持層106として用いられる。
【0043】
ポジ型フォトレジスト層105として、ノボラック樹脂をベース樹脂とするノボラック樹脂−ジアゾナフトキノン(DNQ)系レジスト、ポリメチルメタクリレート(PMMA)およびPMMAとの共重合体、ポリメチレンスルホン、ポリヘキサフルオロブチルメタクリレート、ポリメチルイソプロペニルケトン(PMIPK)、放射線分解型ポリマーレジスト=臭化ポリ1−トリメチルシリルプロピンなど、溶解抑制剤系レジスト=コール酸−0−ニトロベンジルエステルなどの材料が用いられ得る。好ましくは、ノボラック樹脂−ジアゾナフトキノン(DNQ)系レジストが用いられる。
【0044】
測定に際しては、基板101の支持層106上に、一本鎖に変性された核酸プローブ102が所定の間隔でシランカップリングなどの方法により固定化される。核酸プローブの固定化は当業者に公知の任意の方法を用いて行われ得る。なお、本明細書で用いる用語「遺伝子センサ」は、核酸プローブが固定化された基板をいうために用いる。図1の左上では、分析物核酸103に、標識物質として、遮光物質104が結合されて示される。遮光物質104として、チタン白、カーボン黒、亜鉛華、湯煙、黄鉛、トルイジンブルーなどの有色顔料などの無機材料、または、鉄、コバルト、亜鉛、チタン、錫、アルミ、ニッケル、およびマンガンから選ばれる金属の混合物、およびこれら金属の錯体などを用い得る。遮光物質104は、当業者に公知の任意の方法を用いて分析物核酸103に結合し得る。あるいは、図1の右上に示すように、分析物核酸103と一本鎖核酸プローブ102とのハイブリダイゼーションの際に、光を遮蔽する遮光基をもった二本鎖だけに特異的に挿入される挿入剤108を存在させ、形成される二本鎖に導入してもよい。このような挿入剤として、例えば、フェニル基などの平板状挿入基を有する二本鎖挿入剤がある。例として、ビピリジンプラチナ錯体、タ−ピリジンプラチナ錯体などのプラチナ錯体、クロム錯体、亜鉛錯体、コバルト錯体などがあげられる。核酸プローブと分析物核酸とのハイブリダイゼーションの条件は、当業者に公知であり、例えば、Molecular Cloning:A Laboratory Manual,Cold Spring HarbarLaboratory,Cold Spring Harbar(1982)などの成書に記載されている。
【0045】
ハイブリダイゼーションの後、光源109により基板の表面領域に紫外線光を照射する。紫外線光への曝露によりポジ型フォトレジスト層105は溶解する。その一方、遮光修飾物質104もしくは遮光挿入剤108が存在する領域、つまり形成された二本鎖が捕捉された基板上の領域(以下二本鎖形成領域)は遮光されるため、ポジ型フォトレジスト層105は、図1の下に示されるように溶解せずに残る。
【0046】
ここで、AFM探針113などにより、支持層106の表面上に残ったポジ型フォトレジスト層により形成される凹凸形状を、AFM駆動装置112により走査する。AFM(Atomic Force Microscopy:原子間力顕微鏡)は、STMで絶縁体の表面形状を測定するために、STMを発明したビニッヒ博士が、米国スタンフォード大学のクウェート教授と共同で考案した装置である。AFMでは、STM探針と絶縁体試料表面の間に小さな柔らかいテコが挿入されている。ここで、レーザ光源109からレーザをAFM探針107背面に斜めから入射し、探針の変位によるレーザ光の反射角度の変化を位置解析装置111を用いて読み取り、支持層106の表面凹凸形状を知ることにより、核酸プローブと分析物核酸とのハイブリダイゼーションを検出し得る。
【0047】
なお、このような、凹凸形状が刻印された基板101は、例えば、120℃で10分間ベイクすることにより、その形状を半永久的に保存し得、必要に応じて、随時、被験試料のデータベースとして用い得る。
【0048】
図2に、ポジ型レジストをマスクとして用い、図1に示す実施の形態に加え、さらに支持層をエッチングする本発明の改変例の概略を示す。
【0049】
基板の構成は図1に示す例と同じである。ハイブリダイゼーションの後、光源109から基板101表面に紫外線を照射することによって形成された、二本鎖形成領域213のみを、ポジ型フォトレジスト105を用いてマスクをパターニングする。その後、支持層106をエッチングなどによりさらに加工することで、図2の下に示される支持層形状114に見られるように、支持層106において、二本鎖形成領域の凹凸形状が拡大される。
【0050】
このようなエッチングする工程をさらに行うことで、i)二本鎖形成領域の凹凸形状が拡大されて、形状測定の感度が増大する、そしてii)支持層を加工することにより、被験試料のデータベースとして基板の保存性が高められる、という効果が得られる。
【0051】
エッチングは、当業者に公知の任意の方法によって行われ、これには、ドライエッチング、またはウェットエッチングのいずれをも適用され得る。支持層を腐食させるエッチャントは、必要に応じて、等方性のエッチャント、または異方性のエッチャントが選択され得る。等方性のウェットエッチャントとして、例えば、単結晶シリコン(Si)を熱酸化することにより得られたシリコン酸化膜(SiO2)を支持層106として用いる場合、フッ酸(HF)とフッ化アンモニウム(NH4F)が知られる。等方性のドライエッチャントとして、例えば、ポリシリコン(p−Si)を支持層106として用いる場合、CF4ガスが知られる。異方性のウェットエッチャントとして、単結晶シリコンを支持層106として用いる場合、水酸化カリウム、ヒドラジン、EPW(エレチンジアミン−ピロカテコール−水)、TMAH(水酸化テトラメチルアンモニウム)など知られる。
いずれも結晶面に対するエッチング速度の違いを利用して異方性を実現するが、TMAHが好適に用いられる。異方性のドライエッチャントとして、CF4ガスを主成分とするその他の成分との混合ガスで異方性エッチングを実現することが知られている。
【0052】
図3に、等方性エッチングを施したときに得られる基板支持層の形状115、および異方性エッチングを施したときに得られる基板支持層の形状116を示す。図3に示されるように、異方性エッチングでは、支持層は、その結晶面に沿って加工されるため、二本鎖形成領域は、拡大された凸形状(底面積が大きい台地状形状)として拡大される。
【0053】
次に、ネガ型フォトレジストを用いる例について説明する。
【0054】
図4は、ネガ型フォトレジストを用いる本発明の方法の概略、およびこれに用いる遺伝子センサの概略である。上記のポジ型フォトレジストを用いる場合と比べ、フォトレジスト層がネガ型フォトレジスト層417であることを除いて基板の構成は同じである。ネガ型フォトレジスト層417の材料として、UVレジストである環化ポリイソプレン−芳香族ビスアジド系レジスト、フェノール樹脂−芳香族アジド化合物系レジスト、ポリビニルフエノール−3、3'−ジアジドジフェニルスルホン、ポリメタクリ酸グリシジルなどを用い得る。環化ポリイソプレンをベースポリマーとするアジド化合物、例えば、2−6−ジ(4−ジドベザール)−4−メチルシクロヘキサノンなどが好適に用いられる。
【0055】
この例では、ハイブリダイゼーションの後、光源109(図示せず)からの紫外線光の照射によってネガ型フォトレジスト層417は光重合する。その一方、遮光修飾物質104または遮光挿入剤108が存在する領域は遮光されるため、ネガ型フォトレジスト層417は光重合せずに溶解する。
【0056】
ネガ型フォトレジスト層を用いる場合においても、支持層をさらにエッチングすることにより二本鎖形成領域の形状を拡大し得る。これは、ネガ型レジストをマスクとして支持層をエッチングすることにより達成される。二本鎖形成領域のみを選択的に、ネガ型フォトレジスト417を用いてマスクをパターニングする。その後、支持層106をエッチングにより加工することで、図4の下に示す支持層形状418に見られるように、支持層106には、二本鎖形成領域に形成された凹部の深さが拡大される。
【0057】
このようなエッチングする工程をさらに行うことで、ネガ型フォトレジストを用いた場合にも、i)二本鎖形成領域の凹凸形状が拡大されて、形状測定の感度が増大する、そしてii)支持層を加工することにより、被験試料のデータベースとして基板の保存性が高められる、という効果が得られる。
【0058】
図5に、等方性エッチングを施したときの基板支持層の形状519、および異方性エッチングを施したときの基板支持層の形状520を示す。図5に示されるように、等方性エッチングでは、支持層は、その結晶面に沿って加工され、二本鎖形成領域は凹形状として拡大される。
【0059】
(遺伝子センサの製造例と使用)
基板101の支持層106として単結晶シリコンを用いた。最初に、単結晶シリコンを含む支持層106をクリーンオーブン内で20分間ベイクした。支持層106の表面を脱水した後、スピナーを用いて、フォトレジストを3500rpmで30秒間スピンコートして成膜し、90℃で10分間ベイクした。
【0060】
得られた基板101を、NaOH+95%エタノールに室温で2時間ゆっくりと振盪しながら浸漬した。次いで、蒸留水で3回リンスした後、基板101を、ポリLリシン(P8920、シグマ社製)希釈液に1時間浸漬した。基板101をこの希釈液から取り出し、マイクロタイタープレート用遠心機を用いて500rpmで1分間遠心し、残存するポリLリシン希釈液を除いた後、吸引式恒温機に入れ、40℃で5分間乾燥させた。
【0061】
得られた基板101の表面に、核酸プローブとして、10μMのK−rasDNA ligand(5’−CCA−CCA−GCT−CCG−5’)/TEバッファー溶液(10mM Tris、1mM EDTA(エチレンジアミン四酢酸))を10μlスポットし、風乾することによりこの一本鎖DNAを基板表面に固定した。なお、A、T、G、Cは、それぞれDNA核酸の塩基配列を示す。
【0062】
次いで、基板を純水で洗浄した後、分析物核酸として10μM K−rasDNA ligand(5’−CCA−CCA−GCT−CCG−5’)/TEバッファー溶液を50μl加えて、65℃恒温槽中で10時間ハイブリダイゼーション反応をおこなった。そのまま基板を0.03%SDS、SSC(塩化ナトリウム、クエン酸ナトリウム)中に静かに入れ、軽く洗浄後、取り出し、マイクロタイタープレート用遠心機を用いて500rpm、1分間遠心分離し、水分を飛ばした。次いで、4秒間露光し、そして70秒間現像した。得られた基板を純水で30秒リンスした後、120℃で10分間ベイクした。AFM探針707を用い、得られた基板上の2μm×2μmの領域を走査し、表面形状を測定した。
【0063】
(実施の形態2)
本実施の形態では、光硬化性樹脂を用い、遺伝子センサの二本鎖形成領域に光硬化性樹脂を凝集させて基板上に凸部を形成する。
【0064】
図6に、本実施の形態、およびこれに用いる基板の概略を示す。基板601は支持層606からなる。支持層606として用いられる材料として、単結晶シリコン、アモルファスシリコン、炭化ケイ素、酸化ケイ素、窒化ケイ素などに代表される半導体材料;ガラス、石英ガラス、アルミナ、サファイア、フォルステライト、セラミクスなどの無機材料;およびポリエチレン、エチレン、ポリプロビレン、ポリイソブチレン、ポリエチレンテレフタレート、不飽和ポリエステル、含フッ素樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルアルコール、ポリビニルアセタール、アクリル樹脂、ポリアクリロニトリル、ポリスチレン、アセタール樹脂、ポリカーボネート、ポリアミド、フェノール樹脂、ユリア樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、スチレン・アクリロニトリル共重合体、アクリロニトリル・ブタジエンスチレン共重合体、シリコーン樹脂、ポリフェニレンオキサイドおよびポリスルホンなどの有機材料が用いられ得る。
好ましくは、基板材料として石英ガラスが用いられる。
【0065】
測定に際しては、上記実施の形態1と同様に、支持層606上に一本鎖に変性された核酸プローブ102を所定の間隔でシランカップリングなどにより固定化する。ここで、分析物核酸103には、あらかじめ光硬化性樹脂604が結合されている(図6の上の左に示される)。あるいは、分析物核酸103と、一本鎖核酸プローブ102とがハイブリダイズするときに、光硬化を起こす官能基をもつ、二本鎖だけに特異的に挿入される挿入剤605を存在させ形成される二本鎖に挿入してもよい(図6の上の右に示される)。いずれの場合も、光に暴露されると硬化する光硬化性の性質を持つ材料が、二本鎖形成位置にだけ特異的に存在することになる。光硬化性樹脂604として、ベンゾフェノンまたはその置換誘導体、ベンゾインまたはその置換誘導体、アセトフェノンまたはその置換誘導体、ベンジルオキシムなどのオキシム系化合物などから選択される1つ以上の光重合開始剤を約2〜10重量%含有する、ポリエステルアクリレート、エポキシアクリレート、ウレタンアクリレートなどが好適に用いられ得る。その他、必要に応じ、光硬化性樹脂604は、増感剤、充填剤、不活性有機ポリマー、レベリング剤、チキソトロープ性付与剤、熱重合禁止剤などの助触媒的な役割を持つ化学物質を適宜含み得る。
【0066】
ハイブリダイゼーション反応の後、光源609によって基板に光を照射する。用いられる光硬化性樹脂に依存して、200nm〜800nmの波長を有する光を基板に照射する。紫外線光が好適に用いられる。光の照射によって硬化した樹脂は、基板601上の二本鎖形成領域で凝集し、凸形状の凝集体613を形成する。
【0067】
ここで、AFM探針113などにより、支持層601の表面上に形成された凝集体の形状を、AFM駆動装置112により走査する。ここで、AFM探針の背面107にレーザ光源109からレーザを照射し、AFM探針113を追従するレーザ光源109の位置を解析装置111を用いて読み取ることにより、プローブと分析物核酸とのハイブリダイゼーションを検出し得る。
【0068】
このような、凝集体613を有する基板もまた、例えば、120℃で10分間ベイクすることにより、半永久的に保存し得、必要に応じて、随時、被験試料のデータベースとして用い得る。
【0069】
(遺伝子センサの製造例および使用)
支持層606として、スライドガラス(Gold Seal Brand社製3010スライドガラス)を用いた。スライドガラスをNaOH+95%エタノール溶液に室温で2時間浸漬した後、蒸留水で3回リンスした。次いでスライドガラスをポリLリシン(P8920シグマ社製)希釈液に1時間浸漬した。ポリLリシン希釈液からスライドガラスを取り出し、マイクロタイタープレート用遠心機にて500rpmで1分間遠心分離して過剰のポリLリシン希釈液を取り除いた後、吸引式恒温機に入れ、40℃で5分間乾燥させた。
【0070】
紫外線硬化樹脂EHA(2−エチルヘキシルアクリレート、CH2=CHCOOCH2CH(C25)C49)の末端にアクリロイル基(CH2=CHCO−)を導入し、10μM 5’アミノ化K−rasDNA(5’−H2N−C612−CGG−AGC−TGG−TGG−3’)(A、T、G、CはDNAの塩基配列を示す)を標識するために用いた。光重合モノマー(EHA)標識K−rasDNA/TEバッファー溶液(10mM Tris、1mM EDTA(エチレンジアミン四酢酸))を、乾燥したスライドガラスの基板上に10μlスポットし、一本鎖DNAを基板表面に固定化した(遺伝子センサ)。さらにこの遺伝子センサを純水で洗浄した後、10μM K−rasDNAligand(5’−CCA−CCA−GCT−CCG−3’)/TEバッファー溶液を50μl加え10時間浸漬してハイブリダイゼーションを行い、遺伝子センサ表面に、二本鎖DNAを形成させた。
【0071】
次いで、遺伝子センサを紫外線に曝した(露光時間:4秒×2回)。そして70秒間現像を行った後、純水で30秒間リンスした。洗浄した遺伝子センサを120℃で10分間ベイクした後。AFM探針およびAFM駆動装置を用い、支持層の表面上に形成された凝集体の形状を走査した。
【0072】
なお、上記実施の形態1および2においては、フォトレジストとして、光露光用フォトレジストである環化ゴム、ポリけい皮酸およびノボラック樹脂などを主原料とするもの、遠紫外用フォトレジストである環化ゴム、フェノール樹脂、ポリメチルイソプロペニルケトン(ΡMΙPK)およびポリメチルメタクリレート(ΡMMΑ)などを主原料とするもの、X線用フォトレジストであるCOΡおよびメタルアクリレートを主原料とするもの、または、薄膜ハンドブック(日本学術振興会薄膜第131委員会編、第1版、昭和58年12月10日、オーム社)に記載されたもの電子線用レジストであるΡMMΑをはじめとする、上記ハンドブックに記載された任意のフォトレジストを目的に応じて選択し用いることができる。
【0073】
(実施の形態3)
本実施の形態では、AFM探針(AMFカンチレバー)を用い、これに電荷を印加してタッピングすることによって基板上に配置した塑性変形層の二本鎖形成領域をへこませて窪みを形成し、その形状変化を測定する。
【0074】
図7に、本実施の形態に用いるデバイスの概略を示す。図7に示されるように、AFM探針706の基部は、圧電素子707に接合されており、圧電素子707に電源708から電圧を印加することにより、AFM探針706を振動させることができる。印加する電圧は、通常、0.1mV〜100Vの範囲の電圧である。また、AFM探針706が振動する振幅は、通常、10nm〜100μmの範囲である。圧電素子707は、当業者に公知の、単層型、バイモルフ型、積層型のいずれの圧電素子も用いることができ、特にバイモルフ型の圧電素子が好適に用いられる。基板701は、支持層704および塑性変形層705を備える。
【0075】
支持層704として、単結晶シリコン、アモルファスシリコン、炭化ケイ素、酸化ケイ素、窒化ケイ素などに代表される半導体材料;およびガラス、石英ガラス、アルミナ、サファイア、フォルステライト、セラミクスなどの無機材料が用いられ得る。
【0076】
塑性変形層705として、ポリエチレン、エチレン、ポリプロビレン、ポリイソブチレン、ポリエチレンテレフタレート、不飽和ポリエステル、含フッ素樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルアルコール、ポリビニルアセタール、アクリル樹脂、ポリアクリロニトリル、ポリスチレン、アセタール樹脂、ポリカーボネート、ポリアミド、フェノール樹脂、ユリア樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、スチレン・アクリロニトリル共重合体、アクリロニトリル・ブタジエンスチレン共重合体、シリコーン樹脂、ポリフェニレンオキサイドおよびポリスルホンなどの有機材料が好適に用いられる。より好ましくは、ポリカーボネイト、またはPMMA樹脂を塗布したポリカーボネイトが塑性変形層705として用いられる。
【0077】
この塑性変形層705に、核酸プローブを固定化する。ハイブリダイゼーションの後、基板を乾燥し、AFM探針706をサンプル表面にソフトコンタクトさせる。コンタクト圧力は、0.1nNから1mNの範囲で調整するが、約100nNのコンタクト圧力が好適に用いられる。必要に応じて、二本鎖形成位置でAFM探針の裏面にレーザ光を照射し、探針を加熱する。あるいは、レーザ光源709により印加されるレーザ光は、AFM探針706の先端面に直接照射し得る。レーザとして、固体半導体レーザ、CO2レーザ、YAGレーザ、エキシマレーザなどを用い得る。波長200nm付近のエキシマレーザが好適に用いられ得る。
【0078】
加熱された探針の熱は、遺伝子センサ表面に伝達され、二本鎖形成領域では、二本鎖を解離するためのエネルギーとして用いられるため、二本鎖形成領域以外の領域に比べ、サンプルの塑性変形降伏点が大きくなることに起因して、二本鎖形成領域に加熱により形成される凹構造(ナノメートルサイズ)は、一本鎖のプローブ核酸が固定化された領域で加熱により形成される基板表面の凹構造より小さくなる。図8にその概略を示す。このようにして形成された基板表面上の凹凸構造を読み取ることで、二本鎖形成反応を検出することができる。このような基板表面上の凹凸構造を読み取るとき、AFM探針706の裏面に、出力の弱いレーザ光をレーザ光源709から照射し、反射したレーザ光をフォトマル711で信号を増幅して位置検出器712に伝えて検出する(光てこ検出法)。なお、常温時の塑性変形材料の塑性変形降伏点は大きいため、基板表面は塑性変形を起こさない。
【0079】
(遺伝子センサの製造例および使用例)
支持層704として、30mm角、厚さ525μmの単結晶シリコン小片を用いた。この単結晶シリコン小片を600℃で熱酸化し、最表面にSiO2層を形成してセンサ基板を得た。その後、PMMA(メチルメタクリレート)樹脂を厚さ2μm堆積させた。TEバッファー溶液(10mM Tris、1mM EDTA(エチレンジアミン四酢酸))100μl中に、K−rasDNAligand(5’−CCA−CCA−GCT−CCG−5’)を溶かして終濃度10μMとした。次いで、アミノプロピルトリエトキシシランを用いて基板上のPMMA樹脂の側鎖を活性化し、K−rasDNAligandを2箇所に架橋した。
なお、A、T、G、CはDNAの塩基配列を示す。
【0080】
このDNAligandを架橋した基板を純水で洗浄した後、上記2箇所の内の1箇所に10μM K−rasDNAligand(5’−CCA−CCA−GCT−CCG−5’)/TEバッファー溶液を50μl加え、10時間浸漬し、ハイブリダイゼーションを行って、基板表面に二本鎖DNAを形成させた。
【0081】
この基板に、AFM探針を圧力100nNで接触させ、AFM探針の背面にスポット径1μm半導体レーザ光を照射し、そして圧電素子に50V印加してAFM探針を振動させながら、基板上の二本鎖形成領域、一本鎖K−rasDNAligand固定化領域、およびPMMA樹脂表面の合計3箇所、それぞれについて2μm×2μmの領域を走査した。その後、レーザ照射をやめ、接触圧力10nNで走査し、基板上の同じ3箇所の2μm×2μmの範囲の表面凹凸形状を測定した。
【0082】
測定の結果、二本鎖形成領域に形成された凹部の開口部の直径は100nmであった。その一方、一本鎖K−rasDNAligand固定化領域の凹部の開口部の直径はやや小さかった。AFM探針の接触圧力が一定なため、凹部深さは、凹部の開口部の直径に比例する。凹部の開口部の直径が100nmであったので、基板上に、固定ピッチ200nmで遺伝子を固定化すれば、1.5×108サンプル/cm2の高密度で遺伝子検出が可能である。
【0083】
(実施の形態4)
本実施の形態では、導電層をもつAFM探針(AFMカンチレバー)を用い、これに電荷を印加して遺伝子センサの二本鎖形成領域を引っ掻いて熱膨張させて凸構造を形成する。
【0084】
図9に本実施の形態、および遺伝子センサの概略を示す。図9に示すように、AFMカンチレバー907は導電層908を備え、従って、探針は導電特性をもつ。導電層908の製作方法としては、例えば、AFMカンチレバー907の基部に金属を成膜して形成され得る。成膜方法としては、蒸着、スパッタ、CVDなどを用い得、好ましくは真空蒸着法が用いられる。あるいは、半導体探針にボロンなどをドープして導電性を持たせてもよい。
【0085】
基板901は支持層904と導電層905と塑性変形層906を備える。支持層904は、上記と同様に、単結晶シリコン、アモルファスシリコン、炭化ケイ素、酸化ケイ素、窒化ケイ素などに代表される半導体材料;およびガラス、石英ガラス、アルミナ、サファイア、フォルステライト、セラミクスなどの無機材料であり得る。
【0086】
導電層905として、白金、白金黒、金、パラジウム、ロジウム、銀、水銀、タングステンなどの貴金属を含む電極が好適に用いられ、グラファイト、グラシーカーボン、パイロリティックグラファイト、カ−ボンペ−スト、カ−ボンファイバ−に代表される炭素電極、酸化チタン、酸化スズ、酸化マンガンなどの酸化物電極を用い得る。
【0087】
塑性変形層906には、ポリエチレン、エチレン、ポリプロピレン、ポリイソブチレン、ポリエチレンテレフタレート、不飽和ポリエステル、含フッ素樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルアルコール、ポリビニルアセタール、アクリル樹脂、ポリアクリロニトリル、ポリスチレン、アセタール樹脂、ポリカーボネート、ポリアミド、フェノール樹脂、ユリア樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、スチレン・アクリロニトリル共重合体、アクリロニトリル・ブタジエンスチレン共重合体、シリコーン樹脂、ポリフェニレンオキサイドおよびポリスルホンなどの有機材料が好適に用いられる。より好ましくは、塑性変形層906としてポリスチレンが用いられる。
【0088】
この塑性変形層906に核酸プローブ102を上記と同様に固定化する。ハイブリダイゼーションの後、AFM探針907をサンプル表面にソフトコンタクトさせながら走査する。コンタクト圧力は、0.1nNから1mNの範囲で調整するが、約60nNのコンタクト圧力が好適である。AFM探針を接触させ走査することで、塑性変形層はスクラッチ(削られる)される。その際に、基板901の導電層905と、AFM探針907の導電層908の間に、電圧印加装置913によって高周波電圧を印加することで探針付近の熱により、塑性変形層のポリマーが塑性変形を起こして隆起する。この電圧は、基板901の導電層905と、AFM探針907の導電層908との間に電圧印加装置913により印加される。通常、0.1mV〜100Vの範囲の、1KHz〜100MHzの電圧が印加される。好ましくは、50MHz付近の高周波電圧が印加される。
【0089】
一般に、上記の隆起高さは、ポリマーの誘電体損失量に依存する。核酸自身は不導体であるため、一本鎖の核酸プローブ固定領域に比べ、二本鎖形成領域では、探針と基板との間の誘電率は高くなり、誘電体損失量は大きくなる。つまり、二本鎖形成領域に形成されるサンプル表面の凸構造(ナノメートルサイズ)は、一本鎖の核酸プローブ固定化領域に形成される凸構造より大きくかつ高くなる。
【0090】
このように形成された、基板表面上の凹凸構造を読み取り、二本鎖形成反応を検出することができる。
【0091】
なお、基板表面の凹凸構造を読み取る際には、図10に示すように、AFM探針907の裏面にはレーザ光源909から出力の弱いレーザ光909を照射し、フォトマル911で信号を増幅し位置検出器912に伝える。読み取りは上記のように、光てこ検出法によるのが望ましい。
【0092】
(遺伝子センサの製造例および使用)
基板901の支持層904として石英ガラスを用いた。支持層904上に、真空蒸着により銀を蒸着し導電層905として成膜した。次いで、その上にポリスチレンのベンゼン溶液をスピンコートし、95℃で20時間アニーリングし塑性変形層906を作製した。実施の形態1および2の(遺伝子センサの製造例および使用)と同様に、核酸プローブの固定およびハイブリダイゼーション反応を行った後、ボロンをドープし導電性を持たせた銀を含む導電層をもつAFM探針を、60nNのコンタクト圧力で接触させ、2μm×2μmの領域を、50MHzで印加しながら走査した。印加電圧8Vのとき、約10μmの隆起が観察された。
【0093】
(実施の形態5)
図11は本発明の自動遺伝子検出装置の概略を示す図である。図11に示すように、本発明の遺伝子検出用測定装置は、核酸プローブが固定化された遺伝子センサ33、この遺伝子センサを移動する手段43、一本鎖に変性した遺伝子核酸サンプルを含有するサンプル溶液を貯留するリザーバ31、遺伝子核酸サンプルと遺伝子センサ上の核酸プロ−ブとのハイブリダイゼ−ションを行う反応槽32、サンプル溶液の温度を制御する温度制御装置34、ハイブリダイゼ−ション反応の後、遺伝子センサを洗浄して未反応のサンプル溶液を除去するための洗浄手段29、遺伝子センサ33上の領域にエネルギーを付与する手段38(露光装置、電圧印加装置など)、および遺伝子センサの幾何学的形状変化の測定する装置37を備える。エネルギー付与手段38は、例えば、計算機41で生成される信号に従って、制御装置39によって制御され得る。参照番号36は、必要に応じて配置される遺伝子センサ33を走査するためのカンチレバーである。
【0094】
さらに、本発明の自動遺伝子検出装置は、標識物質を含有する溶液を貯留し、標識物質と、核酸プローブと遺伝子核酸サンプルとのハイブリダイゼーション反応の際、または遺伝子センサ表面上に形成された二本鎖核酸とを反応させることにより標識物質を二本鎖核酸に結合するように貯蔵する、標識物質リザーバ42を備え得る。上記標識物質リザーバ42は、図11に参照番号30で概略的に示す部材は、必要に応じて設置される核酸解離装置であって、遺伝子センサ上に形成された二本鎖を乖離するための部材であって、遺伝子センサの再利用を可能にするための部材である。また参照番号35は、遺伝子センサを移動するための移動ステージであって、遺伝子センサを、上記のそれぞれ、洗浄手段29、サンプル溶液リザーバ31、反応槽32、および核酸解離装置30に移動させる。
【0095】
上記遺伝子センサの幾何学的形状変化を測定する装置37として、例えば、触針式表面粗さ計が採用され得る。この触針式表面粗さ計は、探針36が、音叉型水晶振動子、電子回路用マイクロフォーク、もしくはPZTに代表される圧電材料または圧電性を有するセラミックから構成される。あるいは振動する機構をもつタッピングスタイラス(振動型触針式表面粗さ計)であってもよい。
【0096】
あるいは、上記遺伝子センサの幾何学的形状変化を測定する装置37として、光学式表面形状測定器、特に走査型プローブ顕微鏡(scanning probe microscopy;SPM)が好適に用いられる。
【0097】
本明細書で用いる用語「走査型プローブ顕微鏡」は、原子レベルでの観察が可能な走査型顕微鏡の総称である。より詳細には、走査型トンネル顕微鏡(scanning tunneling microscopy;STM)、原子間力顕微鏡(atomic force microscopy;AFM)、摩擦力顕微鏡、マクスウエル応力顕微鏡、磁気力顕微鏡、フォトン走査型トンネル顕微鏡、走査型近接視野光学顕微鏡(near−field optical microscope;SNOM)、走査型近接場音響顕微鏡などが挙げられる。 AFMは斥力型、引力型およびタッピング型(「タッピング型」は、アメリカ合衆国カリホルニア州サンタバーバラに所在するデジタルインスツルメント社の登録商標)などに大別され、この分野における研究の進展は著しく、摩擦力顕微鏡、マクスウエル応力顕微鏡、磁気力顕微鏡、フォトン走査型トンネル顕微鏡、フォトン走査型トンネル顕微鏡、走査型近接視野光学顕微鏡(near−field optical microscope;SNOM)などの新しい顕微鏡が開発されている。本発明の自動遺伝子検出装置には、いずれの走査型プローブ顕微鏡も適用可能である。
【0098】
STMに関する技術は、例えば文献(G.Binningら、IBM J.RES.DEVELOP.、30(4):355−369、1986;Conrad Schneikerら、J.of Microscopy、152(2):585−596、1988;H.Kaisuka、Rev.Sci.Instrum.、60(10):3119−3122、1989)を参考にすることができる。
【0099】
また、AFMに関する技術は、文献(G.Binnigら、Phsical Review Letters、56(9):930−933、1986;T.R.Albrechtら、J.Appl.Phys.、62(7):2599−2602、1987;A.L.Weisenhornら、Appl.Phys.Lett.、54(26):2651−2653、1989;T.R.Alblechtら、J.Vac.Sci.Technol.、 A8(4):3386−3396、1990;R.C.Barrettら、Rev.Sci.Instrum.、62(6)、1991 )を参考にすることができる。
【0100】
SNOMに関する技術は、例えば文献(Pohlら.、J.of Microscopy、152(3):853−861、1988;Constant A.J.Putmanら、Appl.Phys.Lett.、64(18):2454−2456、1994;N.F.van Hulst、Appl.Phys.Lett.、62(5):461−463、1993)を参考にすることができる。
【0101】
また、これらSPMの技術により、生物学的材料を測定し画像化する参考技術は、文献(Zasadzinski et al.、Science、239:1013−1015、1988;Emchら.、J.of Microscopy、152(1):85−92、1988;Martiら、J.of Microscopy、152(3):803−809、1988;Drakeら、Science、243:1586−1589、1989;Gouldら、J.Vac.Sci.Technol.、8(1):369−373、1990;Jerichoら、J.Vac.Sci.Technol.、8(1):661−666、1990;Coragtgerら、Micron、25(4):371−385、1994;Youら、Micron、26(4):311−315、1995)に記載されている。
【0102】
さらに、核酸分子をSPMの技術により測定するための参考技術は、文献(Fengら、J.of Microscopy、152(3):811−816、1988;Driscollら、Nature、346:294−296、1990;FirtelおよびBeveridge、Micron、26(4)、347−362、1995;YangおよびShao、Micron、26(1):35−49、1995;Rivettiら、J.Mol.Biol.、264:919−932、1996)に記載されている。
【0103】
本発明の方法に適用されるSPMの詳細な操作技術は、以上の文献から適宜参照できる。本発明の自動遺伝子検出装置に用いる走査型プローブ顕微鏡において、プローブまたは探針と、遺伝子センサ基板との間に電圧を印加する手段、またはPZTに代表される圧電材料もしくは圧電性を有するセラミックから構成される、探針を振動させる機構を有してもよい。あるいは、探針の先端近傍に遺伝子センサの表面または裏面のいずれか一方にレーザ光を照射する手段を備えていてもよい。
【0104】
代表的には、本発明の自動遺伝子検出装置においては、遺伝子センサ移動手段43を用いてカンチレバー36を走査し、遺伝子センサ33の任意の領域の幾何学形状を測定し得る。これは、遺伝子センサ移動装置43を制御する移動制御装置40および計算機41によって駆動され得る。計算機41には、カンチレバー36の走査を制御するプログラム、エネルギー付与手段38の光量や電圧値を任意に制御するプログラム、表面画像を取得、合成、および処理するプログラム、二本鎖核酸ハイブリダイゼーション量または解離量などを数値化、可視化、計算、および統計処理を行うプログラム、これらの測定を自動化するプログラムを備え得る。
【0105】
なお、本発明の自動遺伝子検出装置の上記各構成部材の詳細およびその連結は、特に詳細に説明しないが、当該分野の公知技術を採用し、当業者の知識に従って構成され得る。
【0106】
本発明に係る銅張積層体の実施の一形態について説明したが、本発明は、これによって何ら限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で以って当業者の知識に基づき、種々なる改良、変更、修正を加えた様態で実施し得るものである。DNAを代表例として本発明を説明したが、本発明は、RNA、タンパク質、多糖類、脂質および他の高分子の加工および分析にも応用可能である。本明細書引用された文献は、各文献に掲載されている核酸配列およびアミノ酸配列を含めて、それらの全体が参照として本明細書に援用され、それら出典を明示して本明細書の一部とみなす。
【0107】
【発明の効果】
溶液中の分析物を高密度に集積し、簡便かつ高感度で検出し得る方法おび装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図1】ポジ型フォトレジストを用いる、本発明の実施の形態1の概略を示す図。
【図2】ポジ型フォトレジストを用いる、本発明の実施の形態1の改変例の概略を示す図。
【図3】ポジ型フォトレジストを用いる、本発明の実施の形態1の改変例における形状変化した遺伝子センサを示す図。
【図4】ネガ型フォトレジストを用いる、本発明の実施の形態1の概略を示す図。
【図5】ネガ型フォトレジストを用いる、本発明の実施の形態1の改変例の形状変化した遺伝子センサを示す図。
【図6】光硬化性樹脂を用いる、本発明の実施の形態2の概略を示す図。
【図7】塑性変形層を用いる、本発明の実施の形態3の概略を示す図。
【図8】塑性変形層を用いる、本発明の実施の形態3の概略を示す図。
【図9】非弾性変化する層を用いる、本発明の実施の形態4の概略を示す図。
【図10】非弾性変化する層を用いる、本発明の実施の形態4の概略を示す図。
【図11】本発明の自動遺伝子検出装置の概略を示す図。
【符号の説明】
101、601、701、901 基板
102 核酸プローブ(一本鎖)
103 遺伝子核酸サンプル
104 標識物質(遮光物質)
105 フォトレジスト層
106、606、704、904 支持層
108 標識物質(遮光挿入剤)
109 光源
110 光源駆動装置
111 位置検出器
112 AFM駆動装置
113、706 AFM探針
213 二本鎖形成領域
114 支持層形状
115 支持層形状
116 支持層形状
417 ネガ型フォトレジスト
418 支持層形状
519 支持層形状
520 支持層形状
604 光硬化性樹脂
605 光硬化を起こす官能基をもつ挿入剤
613 凝集体
705 塑性変形層
707 圧電素子
708 電源
709、909 レーザ光源
710、910 レーザ駆動装置
711、911 フォトマル
712、912 位置検出器
905 導電層
906 塑性変形層
907 カンチレバー
908 導電層
913 電圧印加装置
29 洗浄手段
30 核酸解離装置
31 サンプル溶液リザーバ
32 反応槽
33 遺伝子センサ
34 温度制御装置
35 移動ステージ
36 カンチレバー
37 基板表面幾何学形状測定装置
38 露光装置/電圧印加装置
39 制御装置
40 移動制御装置
41 計算機
42 標識物質リザーバ
43 遺伝子センサ移動手段
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
  The present invention provides a simple and highly sensitive method for detecting an analyte in a solution.LawYoDressRelated to the position. More specifically, the present invention relates to a method for specifically detecting whether or not a target nucleic acid is present in a solution.LawYoRuinsThe present invention relates to a gene detection device. The method and device of the present invention can be integrated at high density, and can be applied to screening of drugs such as therapeutic agents, gene fingerprinting, and determination of gene base sequence (SBH: Sequencing By Hybridization). It is.
[0002]
[Prior art]
The total number of genes present in an organism is said to be about 6,000 in yeast and about 100,000 in humans. Sequencing of human genes is almost complete, and more than 80% of human genes are part of them as EST (Expressed Sequence Tag: 200-300 base sequence read from the end of cDNA) It is said that the sequence has already been published.
[0003]
In general, gene detection methods such as genotype analysis for each cell or tissue, comparison of gene expression patterns, mapping of genetic mutation polymorphisms (diagnosis), analysis of functional base sequences present in the genome, etc. denatured into single strands The presence of the target gene is confirmed by detecting a nucleic acid probe specifically hybridized to the gene sample. Recently, DNA chips have been employed in such gene detection methods. For example, Hyseq discloses a nucleotide sequence analysis method using a DNA chip (see US Pat. No. 5,525,464).
[0004]
The DNA chip is said to be able to analyze all genes contained in a living body in about 1 to 2 days. Since the base sequence can be easily and quickly analyzed, the development of utilization technology of the DNA chip is rapidly progressing. It is out. However, the problem with determining unknown sequences using a DNA chip is that the DNA chip gives a signal equivalent to a perfect match for several terminal mismatches between the gene and the nucleic acid probe. Has been pointed out. Therefore, it is necessary to technically study a method for accurately discriminating between the terminal mismatch and the complete match.
[0005]
A typical gene analysis method of the prior art including a DNA chip will be described. First, a gene is extracted from a biological sample and, if necessary, cleaved with an appropriate restriction enzyme, followed by electrophoresis and Southern blotting. Next, a nucleic acid probe having a base sequence complementary to the target gene is labeled with a radioisotope or a fluorescent dye, and hybridized with the blotted gene. Next, the hybridized nucleic acid is exposed to an X-ray film at a low temperature, and then a RI scanner is used, or fluorescence emission generated by irradiating a laser is used, or a photodetector such as a high-sensitivity CCD camera. By detecting a fluorescently labeled substance using a photomultiplier tube, the hybridized nucleic acid probe is detected, thereby confirming the presence of the target gene.
[0006]
However, in the detection method using the radioisotope, the radioisotope is used, so the diagnostic place is limited, and the handling of the reagent must be taken care of. In addition, it takes a long time to detect a gene, and the measurement operation is also complicated and complicated. The operation must also be performed by a qualified operator. In addition to this, attention must be paid to waste disposal.
[0007]
In order to improve this point, the development of safe labeling agents to replace radioisotopes is underway. For example, several probes such as a method using an avidin-biotin bond and a method using an enzyme or a fluorescent substance are used. A detection method has already been proposed. A scanner used in such a detection method has a capability of detecting a size of about several tens of microns, and can quantitatively identify spots having an interval of about 100 microns. However, such as when using a laser with two wavelengths, many, and five wavelengths, it cannot sufficiently handle a large number of labels, and cannot scan a wide range at high speed. For example, a scanner using a confocal laser has a relatively low resolution of 5 to 50 μm, which is an obstacle to high-density integration of the probe detection method as described above. In addition, there is a problem that it is impossible to evaluate whether the fluorescence is actually generated by the binding that matches the target sequence, or whether the signal is a non-specific false positive signal that occurs due to the binding in a mismatched state. .
[0008]
As another detection method, there is a mass spectrometric detection method using MALDI-TOF (Matrix-assisted laser deformation Time of Flight) (for example, DNA Mass Array of Sequenom). This TOF mass analyzer ionizes a sample, separates sample molecules according to the mass / electricity ratio using a magnetic field type or quadrupole type device, and measures the time required for the generated ions to make one round of the detector To do. Using a TOF mass analyzer, for example, a primer extension reaction is performed on a fragment of a gene of interest bound to a DNA chip, thereby generating a ladder of bound complementary DNA sequences, and the mass of the DNA with an accuracy of 1 to 2 daltons. Can be detected. However, in principle, the actual analysis time is very short, but on the other hand, it is necessary to perform complicated sample preparation work before mass analysis of a biological sample. take time. In addition, the currently introduced system is large and it takes time to prepare the apparatus.
[0009]
Japanese Patent Laid-Open No. 10-23900 discloses a method and apparatus for detecting a DNA hybridization reaction without labeling. This device includes a DNA separation / extraction module, amplification module, and detection module, and detects changes in phase difference due to double strand formation caused by hybridization between the probe on the chip and denatured single-stranded DNA in the sample. To do.
[0010]
In recent years, a scanning probe microscope (SPM) typified by a scanning tunneling microscope (STM) using an ultrafine probe has been developed. Using this, a scanning probe microscope (SPM) of the atomic order or nanometer order has been developed. Surface observation, atomic manipulation, and surface modification have been actively performed. In particular, from the viewpoint of data storage application, surface modification and surface modification of a storage medium are performed, and a nanometer-sized uneven structure is produced. By using a scanning probe microscope, it is possible to control not only the geometric shape of the sample surface but also physical properties such as magnetic force distribution, surface potential, and optical information of the sample with a resolution of nanometer order. This can be achieved by controlling the voltage applied between the probe and the sample, the accompanying electron injection, heat, and micro force in the nanometer region.
[0011]
Among them, 1989 Stanford University's C.I. F. The group of Prof. Ouate et al. Showed the possibility of ultra-high density recording by forming nanometer-order pit structures on the graphite surface by current heating with STM. With this as a trigger, researches are now actively underway to apply such microfabrication technology to future storage technologies worldwide. For example, in 1990, Mamin et al. Showed dot recording technology by gold electric field evaporation using STM, Betzig et al. Showed magneto-optical recording by a 1992 near-field optical microscope SNOM, and Sato et al. A change record was shown, and Hosoki et al. Verified the possibility of atomic storage by atomic manipulation.
[0012]
In addition, M.M. Despond et al. Despond et al., “VLSI-NEMS Chip for AFM Data Storage”, IEEE Micro Electro Mechanical Systems Technics 1999, pp 564-569, improved wear resistance of SPM probe (probe) Thus, the AFM probes equipped with the deflection detection sensors are arranged in a 32 × 32 matrix on the same plane, and the heated probes are pressed against a recording medium made of PMMA resin to form depressions and detect irregularities. Thus, a prototype of a data storage device for recording and reproducing data was shown. The data mark size recorded by this method is about 40 nm and is 400 GB / inch.2Corresponds to the recording density of.
[0013]
  Others include Vettiger, P. et al. Despont, M .; Drechsler, U .; Durig, U .; Haberle, W .; Lutwyche, M .; I. Rothuzen, H .; E. Stutz, R .; Widmer, R .; Binnig, G .; K. “Millipede” more than one tips and futures AFM data storage, IBM Journal of Research and Development, Vol. 44. Issue 3 323-340, 2000, etc. However, as far as the present inventors know, there is no prior art in which a scanning probe microscope is combined with a DNA chip and applied to a gene analysis method.Other prior art documents include Japanese Patent Laid-Open No. 02-242144 (particularly FIG. 2 and its description), and C.I. A. J. et al. Putman et. al. “Detection of In Situ Hybridization to Human Chromosomes With the Atomic Force Microscope”, Cytometry 14: 356-3
61 (1993).
[0014]
[Problems to be solved by the invention]
  The present invention solves the above-mentioned problems of the prior art, accumulates analytes in a solution at high density, and can detect them simply and with high sensitivity.LawYoDressThe purpose is to provide a device.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
  The present invention relates to an analyte measurement method, which includes capturing an analyte of interest in at least one region on a substrate, modifying a geometric shape of the region in which the analyte is captured, and modifying Detecting the generated geometric shape, thereby detecting the presence of the analyte.
  More specifically, the present invention can relate to the following items.
  (Item 1)
  Capturing the target analyte in the nucleic acid probe on a substrate having a support layer, a photoresist layer disposed on the support layer, and a nucleic acid probe fixed to the support layer on the surface;
  Applying energy selected from the group consisting of visible light, ultraviolet light, infrared light, X-rays, and electron beams to the surface of the substrate, modifying the photoresist layer in the region where the analyte is captured, Forming a concavo-convex shape on the substrate, and
  A method for measuring an analyte, comprising: detecting the uneven shape with a scanning probe microscope, thereby detecting the presence of the analyte.
  (Item 2)
  2. The analyte measuring method according to item 1, wherein the step of forming a concavo-convex shape on the substrate is performed in the presence of a labeling substance that specifically binds to the analyte captured on the substrate.
  (Item 3)
  2. The analyte measurement method according to item 1, wherein the analyte has a labeling substance.
  (Item 4)
  Item 2. The analyte measurement method according to Item 1, wherein the analyte has a labeling substance made of a light shielding substance.
  (Item 5)
  2. The method for measuring an analyte according to item 1, wherein the analyte is a nucleic acid.
  (Item 6)
  2. The analyte measuring method according to item 1, further comprising a step of fixing the uneven shape of the substrate.
  (Item 7)
  2. The method for measuring an analyte according to item 1, further comprising a step of etching the support layer using the photoresist layer as a mask after the step of forming an uneven shape on the substrate.
[0040]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
In the following, embodiments of the present invention in which the target analyte is a nucleic acid, particularly DNA, will be described, but these are examples of the present invention and are not intended to be limiting.
[0041]
(Embodiment 1)
In the present embodiment, a substrate having a photoresist coated on the surface is used as a gene sensor. As the photoresist, a positive photoresist that dissolves by light exposure or a negative photoresist that polymerizes by light exposure can be used.
[0042]
FIG. 1 shows an outline of the present embodiment using a positive photoresist and an outline of a gene sensor used therefor. As shown, the substrate 101 includes a support layer 106 and a positive photoresist layer 105. As the support layer 106, a semiconductor material typified by single crystal silicon, amorphous silicon, silicon carbide, silicon oxide, silicon nitride, etc .; inorganic materials such as glass, quartz glass, alumina, sapphire, forsterite, ceramics; and polyethylene, ethylene , Polypropylene, polyisobutylene, polyethylene terephthalate, unsaturated polyester, fluorine-containing resin, polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, polyvinyl acetate, polyvinyl alcohol, polyvinyl acetal, acrylic resin, polyacrylonitrile, polystyrene, acetal resin, polycarbonate, polyamide, Phenol resin, urea resin, epoxy resin, melamine resin, styrene / acrylonitrile copolymer, acrylonitrile / butadiene styrene copolymer, silica Over down resin, may be used an organic material such as polyphenylene oxide and polysulfone. Preferably, amorphous silicon or glass is used as the support layer 106.
[0043]
As the positive photoresist layer 105, a novolac resin-diazonaphthoquinone (DNQ) based resist based on a novolak resin, a copolymer of polymethyl methacrylate (PMMA) and PMMA, polymethylene sulfone, polyhexafluorobutyl methacrylate, Materials such as dissolution inhibitor-based resist = cholic acid-0-nitrobenzyl ester, such as polymethylisopropenyl ketone (PMIPK), radiolytic polymer resist = poly (1-trimethylsilylpropyne bromide) can be used. Preferably, a novolak resin-diazonaphthoquinone (DNQ) resist is used.
[0044]
In measurement, the nucleic acid probe 102 denatured into a single strand is immobilized on the support layer 106 of the substrate 101 at a predetermined interval by a method such as silane coupling. The immobilization of the nucleic acid probe can be performed using any method known to those skilled in the art. The term “gene sensor” used in this specification is used to refer to a substrate on which a nucleic acid probe is immobilized. In the upper left of FIG. 1, the analyte nucleic acid 103 is shown with a light shielding substance 104 bound as a labeling substance. The light-shielding substance 104 is selected from inorganic materials such as colored pigments such as titanium white, carbon black, zinc white, fumes, yellow lead, and toluidine blue, or iron, cobalt, zinc, titanium, tin, aluminum, nickel, and manganese. Mixtures of metals, and complexes of these metals can be used. The light blocking material 104 can be bound to the analyte nucleic acid 103 using any method known to those skilled in the art. Alternatively, as shown in the upper right of FIG. 1, when the analyte nucleic acid 103 and the single-stranded nucleic acid probe 102 are hybridized, they are specifically inserted only into the double strand having a light-shielding group that shields light. An intercalating agent 108 may be present and introduced into the formed duplex. An example of such an intercalating agent is a double-stranded intercalating agent having a flat intercalating group such as a phenyl group. Examples include a platinum complex such as a bipyridine platinum complex and a terpyridine platinum complex, a chromium complex, a zinc complex, and a cobalt complex. The conditions for hybridization between the nucleic acid probe and the analyte nucleic acid are known to those skilled in the art and are described in, for example, documents such as Molecular Cloning: A Laboratory Manual, Cold Spring Harbor Laboratory, Cold Spring Harbor (1982).
[0045]
After hybridization, the light source 109 irradiates the surface area of the substrate with ultraviolet light. The positive photoresist layer 105 is dissolved by exposure to ultraviolet light. On the other hand, a region where the light-shielding modifier 104 or the light-shielding insertion agent 108 exists, that is, a region on the substrate where the formed double strand is captured (hereinafter referred to as a double-stranded formation region) is shielded from light. Layer 105 remains undissolved as shown at the bottom of FIG.
[0046]
Here, the AFM driving device 112 scans the concavo-convex shape formed by the positive photoresist layer remaining on the surface of the support layer 106 with the AFM probe 113 or the like. The AFM (Atomic Force Microscope) is an apparatus devised by Dr. Vinich, who invented STM, in collaboration with Professor Kuwait of Stanford University in the United States to measure the surface shape of an insulator with STM. In the AFM, a small soft lever is inserted between the STM probe and the insulator sample surface. Here, a laser beam is incident on the back surface of the AFM probe 107 obliquely from the laser light source 109, the change in the reflection angle of the laser beam due to the probe displacement is read using the position analyzer 111, and the surface irregularity shape of the support layer 106 is obtained. By knowing, hybridization between the nucleic acid probe and the analyte nucleic acid can be detected.
[0047]
In addition, the board | substrate 101 in which such uneven | corrugated shape was engraved can preserve | save the shape semipermanently, for example by baking for 10 minutes at 120 degreeC, and as needed, as a test sample database, as needed Can be used.
[0048]
FIG. 2 shows an outline of a modified example of the present invention in which a positive resist is used as a mask and the support layer is further etched in addition to the embodiment shown in FIG.
[0049]
The configuration of the substrate is the same as the example shown in FIG. After hybridization, the mask is patterned using the positive photoresist 105 only in the double-strand formation region 213 formed by irradiating the surface of the substrate 101 with ultraviolet light from the light source 109. Thereafter, the support layer 106 is further processed by etching or the like, so that the uneven shape of the double-stranded formation region is enlarged in the support layer 106 as seen in the support layer shape 114 shown in the lower part of FIG.
[0050]
By further performing such an etching step, i) the uneven shape of the double-stranded formation region is enlarged, and the sensitivity of the shape measurement is increased, and ii) the test layer database is processed by processing the support layer As a result, it is possible to improve the storage stability of the substrate.
[0051]
Etching is performed by any method known to those skilled in the art, and either dry etching or wet etching can be applied thereto. As the etchant that corrodes the support layer, an isotropic etchant or an anisotropic etchant may be selected as necessary. As an isotropic wet etchant, for example, a silicon oxide film (SiO 2) obtained by thermally oxidizing single crystal silicon (Si) is used.2) As the support layer 106, hydrofluoric acid (HF) and ammonium fluoride (NHFourF) is known. For example, when polysilicon (p-Si) is used as the support layer 106 as an isotropic dry etchant, CFFourGas is known. In the case where single crystal silicon is used as the support layer 106 as an anisotropic wet etchant, potassium hydroxide, hydrazine, EPW (eletindiamine-pyrocatechol-water), TMAH (tetramethylammonium hydroxide) and the like are known.
In either case, anisotropy is realized by utilizing the difference in etching rate with respect to the crystal plane, but TMAH is preferably used. CF as an anisotropic dry etchantFourIt is known that anisotropic etching is realized by a mixed gas with other components mainly containing a gas.
[0052]
FIG. 3 shows a substrate support layer shape 115 obtained when the isotropic etching is performed and a substrate support layer shape 116 obtained when the anisotropic etching is performed. As shown in FIG. 3, in anisotropic etching, the support layer is processed along its crystal plane, so the double-stranded formation region has an enlarged convex shape (a plateau shape with a large bottom area). As expanded.
[0053]
Next, an example using a negative photoresist will be described.
[0054]
FIG. 4 is an outline of the method of the present invention using a negative photoresist, and an outline of a gene sensor used therefor. Compared with the case where the positive photoresist is used, the structure of the substrate is the same except that the photoresist layer is a negative photoresist layer 417. As a material for the negative photoresist layer 417, a cyclized polyisoprene-aromatic bisazide resist, a phenol resin-aromatic azide compound resist, polyvinylphenol-3, 3′-diazidodiphenylsulfone, polymethacrylic acid, which are UV resists, are used. Glycidyl and the like can be used. An azide compound having a cyclized polyisoprene as a base polymer, such as 2-6-di (4-didobezar) -4-methylcyclohexanone, is preferably used.
[0055]
In this example, after hybridization, the negative photoresist layer 417 is photopolymerized by irradiation with ultraviolet light from a light source 109 (not shown). On the other hand, since the region where the light shielding modifier 104 or the light shielding insertion agent 108 exists is shielded from light, the negative photoresist layer 417 is dissolved without being photopolymerized.
[0056]
Even when a negative photoresist layer is used, the shape of the double-stranded formation region can be expanded by further etching the support layer. This is achieved by etching the support layer using a negative resist as a mask. Only in the double-strand formation region, the mask is patterned using a negative photoresist 417. Thereafter, the support layer 106 is processed by etching, so that the depth of the recessed portion formed in the double-stranded formation region is expanded in the support layer 106 as seen in the support layer shape 418 shown in the lower part of FIG. Is done.
[0057]
By further performing such an etching step, even when using a negative photoresist, i) the uneven shape of the double-stranded formation region is enlarged, and the sensitivity of shape measurement is increased, and ii) support By processing the layer, an effect is obtained that the storability of the substrate can be enhanced as a database of test samples.
[0058]
FIG. 5 shows a shape 519 of the substrate support layer when the isotropic etching is performed and a shape 520 of the substrate support layer when the anisotropic etching is performed. As shown in FIG. 5, in the isotropic etching, the support layer is processed along its crystal plane, and the double-stranded region is enlarged as a concave shape.
[0059]
(Gene sensor production example and use)
Single crystal silicon was used for the support layer 106 of the substrate 101. First, the support layer 106 containing single crystal silicon was baked in a clean oven for 20 minutes. After dehydrating the surface of the support layer 106, using a spinner, a photoresist was spin-coated at 3500 rpm for 30 seconds, and baked at 90 ° C. for 10 minutes.
[0060]
The obtained substrate 101 was immersed in NaOH + 95% ethanol at room temperature for 2 hours with gentle shaking. Next, after rinsing three times with distilled water, the substrate 101 was immersed in a diluted solution of poly L-lysine (P8920, manufactured by Sigma) for 1 hour. The substrate 101 is taken out from this diluted solution, centrifuged at 500 rpm for 1 minute using a microtiter plate centrifuge, the remaining poly L-lysine diluted solution is removed, put into a suction thermostat, and dried at 40 ° C. for 5 minutes. I let you.
[0061]
On the surface of the obtained substrate 101, as a nucleic acid probe, 10 μM K-rasDNA ligand (5′-CCA-CCA-GCT-CCG-5 ′) / TE buffer solution (10 mM Tris, 1 mM EDTA (ethylenediaminetetraacetic acid)) The single-stranded DNA was immobilized on the substrate surface by spotting 10 μl of the solution and air drying. A, T, G, and C each represent a base sequence of a DNA nucleic acid.
[0062]
Next, after washing the substrate with pure water, 50 μl of 10 μM K-rasDNA ligand (5′-CCA-CCA-GCT-CCG-5 ′) / TE buffer solution was added as an analyte nucleic acid in a 65 ° C. constant temperature bath. The hybridization reaction was performed for 10 hours. Gently place the substrate in 0.03% SDS, SSC (sodium chloride, sodium citrate), gently wash, remove, and centrifuge at 500 rpm for 1 minute using a microtiter plate centrifuge to remove moisture. It was. It was then exposed for 4 seconds and developed for 70 seconds. The obtained substrate was rinsed with pure water for 30 seconds and then baked at 120 ° C. for 10 minutes. Using the AFM probe 707, a 2 μm × 2 μm region on the obtained substrate was scanned, and the surface shape was measured.
[0063]
(Embodiment 2)
In the present embodiment, a photocurable resin is used, and the photocurable resin is aggregated in the double-strand formation region of the gene sensor to form a convex portion on the substrate.
[0064]
FIG. 6 shows an outline of the present embodiment and a substrate used therefor. The substrate 601 includes a support layer 606. As a material used for the support layer 606, a semiconductor material typified by single crystal silicon, amorphous silicon, silicon carbide, silicon oxide, silicon nitride, or the like; an inorganic material such as glass, quartz glass, alumina, sapphire, forsterite, or ceramics; And polyethylene, ethylene, polypropylene, polyisobutylene, polyethylene terephthalate, unsaturated polyester, fluorine-containing resin, polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, polyvinyl acetate, polyvinyl alcohol, polyvinyl acetal, acrylic resin, polyacrylonitrile, polystyrene, acetal resin, Polycarbonate, polyamide, phenolic resin, urea resin, epoxy resin, melamine resin, styrene / acrylonitrile copolymer, acrylonitrile / butadienes Ren copolymer, silicone resin, organic materials such as polyphenylene oxide and polysulfone can be used.
Preferably, quartz glass is used as the substrate material.
[0065]
In the measurement, as in the first embodiment, the nucleic acid probe 102 denatured into a single strand is immobilized on the support layer 606 at a predetermined interval by silane coupling or the like. Here, the photo-curing resin 604 is bound to the analyte nucleic acid 103 in advance (shown on the upper left in FIG. 6). Alternatively, when the analyte nucleic acid 103 and the single-stranded nucleic acid probe 102 are hybridized, it is formed in the presence of an insertion agent 605 that has a functional group that causes photocuring and is specifically inserted only into the double strand. (Shown on the upper right in FIG. 6). In either case, a material having a photocurable property that cures when exposed to light will be present specifically only at the position where the double strand is formed. As the photocurable resin 604, one or more photopolymerization initiators selected from benzophenone or a substituted derivative thereof, benzoin or a substituted derivative thereof, acetophenone or a substituted derivative thereof, an oxime-based compound such as benzyloxime, and the like. Polyester acrylates, epoxy acrylates, urethane acrylates, and the like that are contained by weight can be suitably used. In addition, if necessary, the photo-curable resin 604 is appropriately formed of a chemical substance having a co-catalytic role such as a sensitizer, a filler, an inert organic polymer, a leveling agent, a thixotropic agent, and a thermal polymerization inhibitor. May be included.
[0066]
After the hybridization reaction, the light source 609 irradiates the substrate with light. Depending on the photocurable resin used, the substrate is irradiated with light having a wavelength of 200 nm to 800 nm. Ultraviolet light is preferably used. The resin cured by light irradiation aggregates in the double-stranded formation region on the substrate 601 to form a convex aggregate 613.
[0067]
Here, the shape of the aggregate formed on the surface of the support layer 601 is scanned by the AFM driving device 112 with the AFM probe 113 or the like. Here, the back surface 107 of the AFM probe is irradiated with laser from the laser light source 109, and the position of the laser light source 109 that follows the AFM probe 113 is read using the analyzer 111, whereby the probe and the analyte nucleic acid are high. Hybridization can be detected.
[0068]
Such a substrate having the aggregate 613 can also be stored semipermanently, for example, by baking at 120 ° C. for 10 minutes, and can be used as a test sample database as needed.
[0069]
(Production example and use of gene sensor)
As the support layer 606, a slide glass (3010 slide glass manufactured by Gold Seal Brand) was used. The slide glass was immersed in a NaOH + 95% ethanol solution at room temperature for 2 hours, and then rinsed three times with distilled water. Next, the slide glass was immersed in a diluted solution of poly L-lysine (manufactured by P8920 Sigma) for 1 hour. The slide glass was taken out from the poly L-lysine dilution, centrifuged at 500 rpm for 1 minute in a microtiter plate centrifuge to remove the excess poly L-lysine dilution, and then placed in a suction-type thermostat, at 5 ° C. for 5 minutes. Let dry for minutes.
[0070]
UV curable resin EHA (2-ethylhexyl acrylate, CH2= CHCOOCH2CH (C2HFive) CFourH9) At the end of the acryloyl group (CH2= CHCO-) and 10 μM 5'-aminated K-ras DNA (5'-H2N-C6H12-CGG-AGC-TGG-TGG-3 ') (A, T, G, C indicate the base sequence of DNA) was used for labeling. Photopolymerization monomer (EHA) -labeled K-rasDNA / TE buffer solution (10 mM Tris, 1 mM EDTA (ethylenediaminetetraacetic acid)) is spotted on a dried glass slide substrate to immobilize single-stranded DNA on the substrate surface. (Gene sensor). Furthermore, after washing this gene sensor with pure water, 50 μl of 10 μM K-rasDNAligand (5′-CCA-CCA-GCT-CCG-3 ′) / TE buffer solution was added and soaked for 10 hours to perform hybridization. Double-stranded DNA was formed on the surface.
[0071]
Subsequently, the gene sensor was exposed to ultraviolet rays (exposure time: 4 seconds × twice). And after developing for 70 seconds, it rinsed for 30 seconds with the pure water. After baking the washed gene sensor at 120 ° C. for 10 minutes. Using the AFM probe and the AFM driving device, the shape of the aggregate formed on the surface of the support layer was scanned.
[0072]
In the first and second embodiments, as the photoresist, cyclized rubber that is a photoresist for light exposure, polycinnamic acid, novolac resin, or the like as a main material, or a ring that is a photoresist for far ultraviolet. Made mainly of synthetic rubber, phenolic resin, polymethylisopropenyl ketone (ΡMΙPK) and polymethylmethacrylate (ΡMM な ど), etc., made mainly of CO ア ク リ レ ー ト and metal acrylate, which are X-ray photoresists, or thin film Listed in the above handbook, including ΡMMΡ, which is an electron beam resist, as described in the Handbook (Japan Society for the Promotion of Science Thin Film 131st Edition, 1st edition, December 10, 1983, Ohmsha) Any photoresist can be selected and used according to the purpose.
[0073]
(Embodiment 3)
In this embodiment, an AFM probe (AMF cantilever) is used, and an electric charge is applied to this and tapped to dent the double-chain formation region of the plastic deformation layer disposed on the substrate to form a recess. , Measure its shape change.
[0074]
FIG. 7 shows an outline of a device used in this embodiment. As shown in FIG. 7, the base of the AFM probe 706 is joined to the piezoelectric element 707, and the AFM probe 706 can be vibrated by applying a voltage from the power source 708 to the piezoelectric element 707. The voltage to be applied is usually a voltage in the range of 0.1 mV to 100 V. The amplitude with which the AFM probe 706 vibrates is usually in the range of 10 nm to 100 μm. As the piezoelectric element 707, any single layer type, bimorph type, or multilayer type piezoelectric element known to those skilled in the art can be used, and in particular, a bimorph type piezoelectric element is preferably used. The substrate 701 includes a support layer 704 and a plastic deformation layer 705.
[0075]
As the support layer 704, a semiconductor material typified by single crystal silicon, amorphous silicon, silicon carbide, silicon oxide, silicon nitride, or the like; and an inorganic material such as glass, quartz glass, alumina, sapphire, forsterite, or ceramics can be used. .
[0076]
As the plastic deformation layer 705, polyethylene, ethylene, polypropylene, polyisobutylene, polyethylene terephthalate, unsaturated polyester, fluorine-containing resin, polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, polyvinyl acetate, polyvinyl alcohol, polyvinyl acetal, acrylic resin, polyacrylonitrile, Suitable organic materials such as polystyrene, acetal resin, polycarbonate, polyamide, phenol resin, urea resin, epoxy resin, melamine resin, styrene / acrylonitrile copolymer, acrylonitrile / butadiene styrene copolymer, silicone resin, polyphenylene oxide and polysulfone Used. More preferably, a polycarbonate or a polycarbonate coated with a PMMA resin is used as the plastic deformation layer 705.
[0077]
A nucleic acid probe is immobilized on the plastic deformation layer 705. After hybridization, the substrate is dried and the AFM probe 706 is in soft contact with the sample surface. The contact pressure is adjusted in the range of 0.1 nN to 1 mN, but a contact pressure of about 100 nN is preferably used. If necessary, the back surface of the AFM probe is irradiated with laser light at the double-strand formation position, and the probe is heated. Alternatively, the laser light applied by the laser light source 709 can directly irradiate the tip surface of the AFM probe 706. As laser, solid-state semiconductor laser, CO2A laser, a YAG laser, an excimer laser, or the like can be used. An excimer laser having a wavelength of around 200 nm can be suitably used.
[0078]
The heat of the heated probe is transmitted to the surface of the gene sensor, and is used as energy for dissociating the double strand in the double strand formation region. Therefore, compared to the region other than the double strand formation region, Due to an increase in the plastic deformation yield point, the concave structure (nanometer size) formed by heating in the double-stranded formation region is formed by heating in the region where the single-stranded probe nucleic acid is immobilized. It becomes smaller than the concave structure of the substrate surface. The outline is shown in FIG. By reading the concavo-convex structure on the surface of the substrate thus formed, the double-stranded formation reaction can be detected. When reading such a concavo-convex structure on the surface of the substrate, the back surface of the AFM probe 706 is irradiated with laser light having a low output from a laser light source 709, and the reflected laser light is amplified by a photomultiplier 711 to detect the position. To the detector 712 for detection (optical lever detection method). Since the plastic deformation yield point of the plastic deformable material at normal temperature is large, the substrate surface does not undergo plastic deformation.
[0079]
(Examples of gene sensor production and use)
As the support layer 704, a single crystal silicon piece having a size of 30 mm square and a thickness of 525 μm was used. This single crystal silicon piece is thermally oxidized at 600 ° C.2A layer was formed to obtain a sensor substrate. Thereafter, PMMA (methyl methacrylate) resin was deposited to a thickness of 2 μm. K-rasDNAligand (5'-CCA-CCA-GCT-CCG-5 ') was dissolved in 100 µl of TE buffer solution (10 mM Tris, 1 mM EDTA (ethylenediaminetetraacetic acid)) to a final concentration of 10 µM. Next, aminopropyltriethoxysilane was used to activate the side chain of the PMMA resin on the substrate, and K-rasDNAligand was cross-linked at two sites.
A, T, G, and C represent DNA base sequences.
[0080]
After the DNAligand-crosslinked substrate was washed with pure water, 50 μl of 10 μM K-rasDNAligand (5′-CCA-CCA-GCT-CCG-5 ′) / TE buffer solution was added to one of the two locations, The substrate was immersed for 10 hours and hybridized to form double-stranded DNA on the substrate surface.
[0081]
An AFM probe is brought into contact with this substrate at a pressure of 100 nN, the back surface of the AFM probe is irradiated with a semiconductor laser beam having a spot diameter of 1 μm, and 50 V is applied to the piezoelectric element to vibrate the AFM probe. A region of 2 μm × 2 μm was scanned for each of a total of three places on the strand formation region, the single-stranded K-rasDNAligand immobilization region, and the PMMA resin surface. Thereafter, the laser irradiation was stopped, scanning was performed at a contact pressure of 10 nN, and the surface unevenness shape in the range of 2 μm × 2 μm at the same three locations on the substrate was measured.
[0082]
As a result of the measurement, the diameter of the opening of the recess formed in the double-stranded formation region was 100 nm. On the other hand, the diameter of the opening of the concave portion of the single-stranded K-rasDNAligand fixing region was slightly small. Since the contact pressure of the AFM probe is constant, the recess depth is proportional to the diameter of the opening of the recess. Since the diameter of the opening of the recess was 100 nm, if the gene was immobilized on the substrate at a fixed pitch of 200 nm, 1.5 × 108Sample / cm2It is possible to detect genes at high density.
[0083]
(Embodiment 4)
In this embodiment, an AFM probe (AFM cantilever) having a conductive layer is used, a charge is applied to this, and the double strand formation region of the gene sensor is scratched and thermally expanded to form a convex structure.
[0084]
FIG. 9 shows an outline of this embodiment and a gene sensor. As shown in FIG. 9, the AFM cantilever 907 includes a conductive layer 908, and thus the probe has a conductive property. For example, the conductive layer 908 can be formed by forming a metal film on the base of the AFM cantilever 907. As a film forming method, vapor deposition, sputtering, CVD, or the like can be used, and a vacuum vapor deposition method is preferably used. Alternatively, the semiconductor probe may be doped with boron or the like to have conductivity.
[0085]
The substrate 901 includes a support layer 904, a conductive layer 905, and a plastic deformation layer 906. As described above, the support layer 904 includes a semiconductor material typified by single crystal silicon, amorphous silicon, silicon carbide, silicon oxide, silicon nitride, and the like; and inorganic materials such as glass, quartz glass, alumina, sapphire, forsterite, and ceramics. It can be a material.
[0086]
As the conductive layer 905, an electrode containing a noble metal such as platinum, platinum black, gold, palladium, rhodium, silver, mercury, or tungsten is preferably used, and graphite, glassy carbon, pyrolytic graphite, carbon paste, carbon, A carbon electrode typified by —bon fiber—and oxide electrodes such as titanium oxide, tin oxide, and manganese oxide can be used.
[0087]
Plastic deformation layer 906 includes polyethylene, ethylene, polypropylene, polyisobutylene, polyethylene terephthalate, unsaturated polyester, fluorine-containing resin, polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, polyvinyl acetate, polyvinyl alcohol, polyvinyl acetal, acrylic resin, polyacrylonitrile. Organic materials such as polystyrene, acetal resin, polycarbonate, polyamide, phenol resin, urea resin, epoxy resin, melamine resin, styrene / acrylonitrile copolymer, acrylonitrile / butadiene styrene copolymer, silicone resin, polyphenylene oxide and polysulfone are suitable. Used for. More preferably, polystyrene is used as the plastic deformation layer 906.
[0088]
The nucleic acid probe 102 is immobilized on the plastic deformation layer 906 in the same manner as described above. After hybridization, scanning is performed while the AFM probe 907 is in soft contact with the sample surface. The contact pressure is adjusted in the range of 0.1 nN to 1 mN, but a contact pressure of about 60 nN is preferable. By making the AFM probe contact and scan, the plastic deformation layer is scratched. At that time, a high frequency voltage is applied between the conductive layer 905 of the substrate 901 and the conductive layer 908 of the AFM probe 907 by the voltage application device 913, so that the polymer in the plastic deformation layer is plasticized by heat near the probe. Raises by deforming. This voltage is applied by the voltage application device 913 between the conductive layer 905 of the substrate 901 and the conductive layer 908 of the AFM probe 907. Usually, a voltage of 1 KHz to 100 MHz in the range of 0.1 mV to 100 V is applied. Preferably, a high frequency voltage around 50 MHz is applied.
[0089]
In general, the ridge height depends on the amount of dielectric loss of the polymer. Since the nucleic acid itself is a non-conductor, the dielectric constant between the probe and the substrate is higher in the double-stranded formation region than in the single-stranded nucleic acid probe fixing region, and the amount of dielectric loss is increased. That is, the convex structure (nanometer size) of the sample surface formed in the double-stranded formation region is larger and higher than the convex structure formed in the single-stranded nucleic acid probe immobilization region.
[0090]
The concavo-convex structure formed on the surface of the substrate thus formed can be read to detect a double strand formation reaction.
[0091]
When reading the uneven structure on the substrate surface, as shown in FIG. 10, the back surface of the AFM probe 907 is irradiated with a laser beam 909 having a weak output from the laser light source 909, and the signal is amplified by the photomultiplier 911. This is transmitted to the position detector 912. As described above, the reading is preferably performed by the optical lever detection method.
[0092]
(Production example and use of gene sensor)
Quartz glass was used as the support layer 904 of the substrate 901. Silver was deposited on the support layer 904 by vacuum deposition to form a conductive layer 905. Next, a benzene solution of polystyrene was spin-coated thereon and annealed at 95 ° C. for 20 hours to produce a plastic deformation layer 906. Similar to Embodiments 1 and 2 (manufacturing example and use of gene sensor), after conducting nucleic acid probe immobilization and hybridization reaction, a conductive layer containing silver doped with boron and made conductive is provided. The AFM probe was contacted at a contact pressure of 60 nN, and a 2 μm × 2 μm region was scanned while being applied at 50 MHz. When the applied voltage was 8 V, a protrusion of about 10 μm was observed.
[0093]
(Embodiment 5)
FIG. 11 is a diagram showing an outline of the automatic gene detection apparatus of the present invention. As shown in FIG. 11, the measuring apparatus for gene detection of the present invention includes a gene sensor 33 to which a nucleic acid probe is immobilized, means 43 for moving the gene sensor, and a sample containing a gene nucleic acid sample denatured into a single strand. A reservoir 31 for storing the solution, a reaction tank 32 for performing hybridization between the gene nucleic acid sample and the nucleic acid probe on the gene sensor, a temperature control device 34 for controlling the temperature of the sample solution, and after the hybridization reaction, the gene Cleaning means 29 for cleaning the sensor to remove unreacted sample solution, means 38 (exposure device, voltage application device, etc.) for applying energy to a region on the gene sensor 33, and the geometric shape of the gene sensor A device 37 for measuring changes is provided. The energy applying means 38 can be controlled by the control device 39 according to a signal generated by the computer 41, for example. Reference numeral 36 is a cantilever for scanning the gene sensor 33 arranged as necessary.
[0094]
Furthermore, the automatic gene detection apparatus of the present invention stores a solution containing a labeling substance, and two bottles formed during the hybridization reaction between the labeling substance, the nucleic acid probe and the gene nucleic acid sample, or on the surface of the gene sensor. A labeling substance reservoir 42 may be provided for storing the labeling substance so as to bind to the double-stranded nucleic acid by reacting with the strand nucleic acid. The labeling substance reservoir 42 is a member schematically indicated by reference numeral 30 in FIG. 11, which is a nucleic acid dissociation device that is installed as necessary, for separating the double strand formed on the gene sensor. This is a member for enabling reuse of the gene sensor. Reference numeral 35 is a moving stage for moving the gene sensor, and the gene sensor is moved to the washing means 29, the sample solution reservoir 31, the reaction tank 32, and the nucleic acid dissociation apparatus 30, respectively.
[0095]
As the device 37 for measuring the geometric shape change of the gene sensor, for example, a stylus type surface roughness meter can be adopted. In this stylus type surface roughness meter, the probe 36 is composed of a tuning fork type crystal resonator, a microfork for electronic circuits, a piezoelectric material represented by PZT, or a ceramic having piezoelectricity. Alternatively, a tapping stylus (vibrating stylus type surface roughness meter) having a vibrating mechanism may be used.
[0096]
Alternatively, an optical surface shape measuring device, particularly a scanning probe microscope (SPM) is preferably used as the device 37 for measuring the geometrical shape change of the gene sensor.
[0097]
As used herein, the term “scanning probe microscope” is a generic term for scanning microscopes capable of observation at the atomic level. More specifically, a scanning tunneling microscope (STM), an atomic force microscope (AFM), a friction force microscope, a Maxwell stress microscope, a magnetic force microscope, a photon scanning tunneling microscope, a scanning proximity microscope Examples thereof include a near-field optical microscope (SNOM), a scanning near-field acoustic microscope, and the like. AFM is classified into repulsive type, attractive type and tapping type ("Tapping type" is a registered trademark of Digital Instruments, Inc., located in Santa Barbara, California, USA). New microscopes such as force microscopes, Maxwell stress microscopes, magnetic force microscopes, photon scanning tunneling microscopes, photon scanning tunneling microscopes, and scanning near-field optical microscopes (SNOMs) have been developed. Any scanning probe microscope can be applied to the automatic gene detection apparatus of the present invention.
[0098]
Techniques relating to STM are described in, for example, literature (G. Binning et al., IBM J. RES. DEVELOP., 30 (4): 355-369, 1986; Conrad Schneiker et al., J. of Microscopy, 152 (2): 585-596, 1988; H. Kaisuka, Rev. Sci. Insrum., 60 (10): 3119-3122, 1989).
[0099]
In addition, a technique related to AFM is described in the literature (G. Binnig et al., Physical Review Letters, 56 (9): 930-933, 1986; TR Albrecht et al., J. Appl. Phys., 62 (7): 2599-). 2602, 1987; AL Weisenhorn et al., Appl. Phys. Lett., 54 (26): 2651-2653, 1989; T. R. Alblecht et al., J. Vac. Sci. Technol., A8 (4): 3386-3396, 1990; RC Barrett et al., Rev. Sci.Instrument., 62 (6), 1991).
[0100]
Techniques relating to SNOM are described, for example, in the literature (Pohl et al., J. of Microscopy, 152 (3): 853-861, 1988; Constant AJ Putman et al., Appl. Phys. Lett., 64 (18): 2454-. 2456, 1994; NF van Hulst, Appl. Phys. Lett., 62 (5): 461-463, 1993).
[0101]
Reference techniques for measuring and imaging biological materials using these SPM techniques are described in the literature (Zasadzinski et al., Science 239: 1013-1015, 1988; Emch et al., J. of Microscopy, 152 ( 1): 85-92, 1988; Marti et al., J. of Microscopy, 152 (3): 803-809, 1988; Drake et al., Science, 243: 1586-1589, 1989; Gould et al., J. Vac. Technol., 8 (1): 369-373, 1990; Jericho et al., J.Vac.Sci.Technol., 8 (1): 661-666, 1990; Coragtger et al., Micron, 25 (4): 371-385. 1994; You , Micron, 26 (4): 311-315,1995) have been described in.
[0102]
Furthermore, reference techniques for measuring nucleic acid molecules by SPM techniques are described in the literature (Feng et al., J. of Microscope, 152 (3): 811-816, 1988; Driscoll et al., Nature, 346: 294-296, 1990. Fairtel and Beveridge, Micron, 26 (4), 347-362, 1995; Yang and Shao, Micron, 26 (1): 35-49, 1995; Rivetti et al., J. Mol. Biol., 264: 919-932. 1996).
[0103]
The detailed operation technique of the SPM applied to the method of the present invention can be referred to as appropriate from the above documents. The scanning probe microscope used in the automatic gene detection apparatus of the present invention is composed of a means for applying a voltage between a probe or a probe and a gene sensor substrate, or a piezoelectric material represented by PZT or a ceramic having piezoelectricity. And a mechanism for vibrating the probe. Alternatively, a means for irradiating either the front surface or the back surface of the gene sensor near the tip of the probe may be provided.
[0104]
Typically, in the automatic gene detection device of the present invention, the cantilever 36 is scanned using the gene sensor moving means 43 and the geometric shape of an arbitrary region of the gene sensor 33 can be measured. This can be driven by a movement control device 40 and a computer 41 that control the gene sensor movement device 43. The computer 41 includes a program for controlling scanning of the cantilever 36, a program for arbitrarily controlling the light quantity and voltage value of the energy applying means 38, a program for acquiring, synthesizing and processing a surface image, a double-stranded nucleic acid hybridization amount or A program for digitizing, visualizing, calculating, and statistically processing the amount of dissociation and the like, and a program for automating these measurements may be provided.
[0105]
The details of the above-described constituent members of the automatic gene detection device of the present invention and the connection thereof are not particularly described in detail, but can be configured according to the knowledge of a person skilled in the art by employing known techniques in the field.
[0106]
Although one embodiment of the copper clad laminate according to the present invention has been described, the present invention is not limited to this at all, and various modifications can be made based on the knowledge of those skilled in the art without departing from the spirit of the present invention. The present invention can be implemented in the form of improvements, changes and modifications. Although the present invention has been described with DNA as a representative example, the present invention is also applicable to the processing and analysis of RNA, proteins, polysaccharides, lipids and other macromolecules. The references cited in this specification are hereby incorporated by reference in their entirety, including the nucleic acid and amino acid sequences listed in each reference, and are hereby expressly incorporated by reference. It is considered.
[0107]
【The invention's effect】
  Ability to accumulate analytes in solution at high density and detect them easily and with high sensitivityLawYoDressA device is provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an outline of Embodiment 1 of the present invention using a positive photoresist.
FIG. 2 is a diagram showing an outline of a modification of the first embodiment of the present invention using a positive photoresist.
FIG. 3 is a diagram showing a shape-change gene sensor in a modified example of Embodiment 1 of the present invention using a positive photoresist.
FIG. 4 is a diagram showing an outline of Embodiment 1 of the present invention using a negative photoresist.
FIG. 5 is a diagram showing a shape-changed gene sensor according to a modification of the first embodiment of the present invention using a negative photoresist.
FIG. 6 is a diagram showing an outline of Embodiment 2 of the present invention using a photocurable resin.
FIG. 7 is a diagram showing an outline of Embodiment 3 of the present invention using a plastically deformed layer.
FIG. 8 is a diagram schematically showing Embodiment 3 of the present invention using a plastically deformed layer.
FIG. 9 is a diagram schematically showing Embodiment 4 of the present invention using a layer that changes inelasticity.
FIG. 10 is a diagram schematically showing Embodiment 4 of the present invention using a layer that changes inelasticity.
FIG. 11 is a diagram showing an outline of an automatic gene detection apparatus of the present invention.
[Explanation of symbols]
101, 601, 701, 901 substrate
102 Nucleic acid probe (single strand)
103 Gene Nucleic Acid Sample
104 Labeling substance (shading substance)
105 Photoresist layer
106, 606, 704, 904 Support layer
108 Labeling substance (light-shielding insertion agent)
109 Light source
110 Light source driving device
111 Position detector
112 AFM drive
113,706 AFM probe
213 Double strand forming region
114 Support layer shape
115 Support layer shape
116 Support layer shape
417 negative photoresist
418 Support layer shape
519 Support layer shape
520 Support layer shape
604 photocurable resin
605 Insertion agent having a functional group that causes photocuring
613 Aggregate
705 Plastic deformation layer
707 Piezoelectric element
708 power supply
709, 909 Laser light source
710, 910 Laser drive device
711, 911 Photomaru
712, 912 Position detector
905 conductive layer
906 Plastic deformation layer
907 cantilever
908 conductive layer
913 Voltage application device
29 Cleaning means
30 Nucleic acid dissociation equipment
31 Sample solution reservoir
32 reactor
33 Gene sensor
34 Temperature controller
35 Moving stage
36 Cantilever
37 Substrate surface geometry measuring device
38 Exposure device / Voltage application device
39 Control device
40 Movement control device
41 computer
42 Labeled substance reservoir
43 Gene sensor moving means

Claims (7)

目的の分析物を、支持層とこの支持層上に配置されたフォトレジスト層と前記支持層に固定された核酸プローブとを表面に備えた基板の、前記核酸プローブに捕獲する工程、
前記基板の表面に、可視光、紫外線光、赤外光、X線、および電子線からなる群から選択されるエネルギーを与え、前記分析物が捕獲された領域の前記フォトレジスト層を改変し、前記基板に凹凸形状を形成する工程、および
この凹凸形状を走査型プローブ顕微鏡で検出し、それによって該分析物の存在を検出する工程、を包含する、分析物測定方法。
Capturing a target analyte in the nucleic acid probe on a substrate having a support layer, a photoresist layer disposed on the support layer, and a nucleic acid probe fixed to the support layer on the surface;
Applying energy selected from the group consisting of visible light, ultraviolet light, infrared light, X-rays, and electron beams to the surface of the substrate, modifying the photoresist layer in the region where the analyte is captured, An analyte measurement method comprising: forming an uneven shape on the substrate; and detecting the uneven shape with a scanning probe microscope, thereby detecting the presence of the analyte.
前記基板に凹凸形状を形成する工程が、基板に捕獲された分析物に特異的に結合する標識物質の存在下で行われる、請求項1に記載の分析物測定方法。  The analyte measuring method according to claim 1, wherein the step of forming a concavo-convex shape on the substrate is performed in the presence of a labeling substance that specifically binds to the analyte captured on the substrate. 前記分析物が標識物質を有する、請求項1に記載の分析物測定方法。  The analyte measurement method according to claim 1, wherein the analyte has a labeling substance. 前記分析物が遮光物質からなる標識物質を有する、請求項1に記載の分析物測定方法。  The analyte measurement method according to claim 1, wherein the analyte has a labeling substance made of a light shielding substance. 前記分析物が核酸である、請求項1に記載の分析物測定方法。  2. The analyte measuring method according to claim 1, wherein the analyte is a nucleic acid. 前記基板の凹凸形状を固定処理する工程をさらに包含する、請求項1に記載の分析物測定方法。  The analyte measurement method according to claim 1, further comprising a step of fixing the uneven shape of the substrate. 前記基板に凹凸形状を形成する工程の後、前記フォトレジスト層をマスクとして用い、前記支持層をエッチングする工程をさらに包含する請求項1に記載の分析物測定方法。  The analyte measurement method according to claim 1, further comprising a step of etching the support layer using the photoresist layer as a mask after the step of forming an uneven shape on the substrate.
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