JP6796561B2 - Biological sample analyzer and method - Google Patents

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Description

本発明は、ナノサイズのポアが開いた薄膜による核酸の配列解析等を行う分析装置に係り、特に、環境振動に対する塩基配列解読精度の向上技術に関する。 The present invention relates to an analyzer that performs sequence analysis of nucleic acids using a thin film having nano-sized pores, and particularly relates to a technique for improving the accuracy of nucleotide sequence decoding with respect to environmental vibration.

本技術分野の背景技術として、ナノポアDNAシーケンスに関する特許文献1がある。この公報には、「ナノポアの内径は約10nmであった。」と記載されており、ナノポアDNAシーケンサは、伸長反応や蛍光ラベルは行わずに、DNAの塩基配列を電気的に直接計測する手法が注目を浴びている。この直接計測法にはいくつかの手法が提案されているが、その一つに封鎖電流方式がある。薄膜に透過電子顕微鏡などによって数nmのポア(ナノポア)を作製し、その薄膜の両側に電解質溶液を満たした液槽を設ける。それぞれの液槽に電極を設け、これらの電極間に電圧をかけると、ナノポアを通してイオン電流が流れる。イオン電流は一次近似としてナノポアの断面積に比例する。DNAがナノポアを通過する際に、DNAがナノポアを封鎖し、イオンが通過できる有効断面積が減少するため、イオン電流が減少する。この減少量を封鎖電流と呼ぶ。封鎖電流の大きさを元に、DNAの1本鎖と2本鎖との差異や、塩基の種類を判別する。 As a background technique in this technical field, there is Patent Document 1 relating to nanopore DNA sequencing. In this publication, it is stated that "the inner diameter of the nanopore was about 10 nm." The nanopore DNA sequencer is a method of directly electrically measuring the base sequence of DNA without performing an extension reaction or a fluorescent label. Is in the spotlight. Several methods have been proposed for this direct measurement method, one of which is the blockade current method. Pore (nanopore) of several nm is prepared on the thin film by a transmission electron microscope or the like, and liquid tanks filled with an electrolyte solution are provided on both sides of the thin film. When electrodes are provided in each liquid tank and a voltage is applied between these electrodes, an ionic current flows through the nanopores. The ionic current is proportional to the cross-sectional area of the nanopore as a first-order approximation. When the DNA passes through the nanopores, the DNA blocks the nanopores, reducing the effective cross-sectional area through which the ions can pass, thus reducing the ion current. This amount of decrease is called the blocking current. Based on the magnitude of the blocking current, the difference between single-strand and double-strand DNA and the type of base are determined.

ナノポア内を通過するDNAのブラウン運動が大きいことや、ナノポア内を通過するスピードが速すぎて検出器の測定スピードが追い付かないなどの課題があるため、各塩基を判別する測定精度を確保しにくい。DNAのブラウン運動や通過スピードをコントローするために、DNAの一端を固定して運動を制御した上で測定する手法がいくつか提案されている。AFM(Atomic Force Microscope)などで用いられるカンチレバーにDNAを固定する方式(特許文献2)、ステージ搭載されたナノステッパーアームに生体試料を固定する方式(特許文献3)などが開示されている。 Since there are problems such as the large Brownian motion of DNA passing through the nanopores and the speed of passing through the nanopores being too fast for the detector to catch up, it is difficult to ensure the measurement accuracy for distinguishing each base. .. In order to control the Brownian motion and transit speed of DNA, several methods have been proposed in which one end of DNA is fixed and the motion is controlled before measurement. A method of fixing DNA to a cantilever used in an AFM (Atomic Force Microscope) or the like (Patent Document 2), a method of fixing a biological sample to a nanostepper arm mounted on a stage (Patent Document 3), and the like are disclosed.

そして、DNAの1本鎖や2本鎖の一端を、ナノポアが作成された平面と平行な面に固定し、その面に垂直な軸に駆動するステージによって、DNAのナノポア通過速度を制御する場合や、さらに、DNAの1本鎖や2本鎖の位置を、ナノポア上の所望の場所に位置付けることが可能な試料移動ステージが設けられている場合もある。 Then, when fixing one end of a single strand or double strand of DNA to a plane parallel to the plane on which the nanopores are created and driving the DNA on an axis perpendicular to that plane, the nanopore passage speed of DNA is controlled. Further, there may be a case where a sample transfer stage is provided so that the position of the single or double strand of DNA can be positioned at a desired position on the nanopore.

国際公開番号WO2012−043028A1International Publication No. WO2012-043028A1 米国特許公開公報第2004−0144658号U.S. Patent Publication No. 2004-014658 特開2006−078491号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2006-078491

上述した従来のDNA搬送技術に関する1つの欠点は、検出器であるナノポアが開けられた薄膜と、DNAの通過速度を制御する駆動部品との間の振動である。塩基配列を正確に解読することを求められるDNAシーケンサにとって、塩基間距離がサブナノメートルであるDNAの配列順序を反転させることなく、超精密に制御することは非常に難しく、床振動や音響振動などの環境振動により、検出器であるナノポアが開けられた薄膜と、DNAの通過速度を制御する駆動部品との間の振動が発生する可能性がある。一方、アクティブ除振台などにより、物理的に環境振動を抑制し、DNAの配列順序を反転させない方法も考えられる。このように、ナノポアDNAシーケンサシステムにおいて、環境振動によって塩基配列の順序が反転すると正確な配列解析を行うことができない。 One drawback of the conventional DNA transfer technique described above is the vibration between the thin film in which the nanopores, which are the detectors, are opened and the driving component that controls the passing speed of the DNA. For a DNA sequencer that is required to accurately decode the base sequence, it is extremely difficult to control it ultra-precisely without reversing the sequence order of DNA whose base-to-base distance is sub-nanometer, such as floor vibration and acoustic vibration. Due to the environmental vibration of the DNA, vibration may occur between the thin film in which the nanopores that are the detectors are opened and the driving component that controls the passing speed of DNA. On the other hand, a method of physically suppressing environmental vibration by using an active vibration isolator or the like and not reversing the sequence order of DNA is also conceivable. As described above, in the nanopore DNA sequencer system, if the order of the base sequences is reversed due to environmental vibration, accurate sequence analysis cannot be performed.

特許文献2に開示された技術によれば、カンチレバーに、DNAの一端を固定し、上下動作を行う。一般的なAFMはカンチレバーのたわみ量を何らかの方法で計測し、フィードバック制御を行っている。計測出来るものは、カンチレバーのたわみ量であるため、検出器であるナノポアが開けられた薄膜と、DNAの通過速度を制御するカンチレバーとの間の振動を計測できない課題があった。 According to the technique disclosed in Patent Document 2, one end of DNA is fixed to a cantilever and moved up and down. In general AFM, the amount of deflection of the cantilever is measured by some method and feedback control is performed. Since what can be measured is the amount of deflection of the cantilever, there is a problem that the vibration between the thin film in which the nanopore, which is a detector, is opened and the cantilever that controls the passing speed of DNA cannot be measured.

また、特許文献3に開示された技術によれば、ナノステッパーと呼ばれる静電アクチュエータ、一般的にはピエゾステージにDNAの一端を固定し、2軸動作を行う。ピエゾステージは可動部分を何らかの方法で計測し、フィードバック制御を行っている。こちらの構成であっても、計測出来るものは、ピエゾステージの移動量であるため、検出器であるナノポアが開けられた薄膜と、DNAの通過速度を制御するナノステッパーとの間の振動を計測できない課題があった。 Further, according to the technique disclosed in Patent Document 3, one end of DNA is fixed to an electrostatic actuator called a nanostepper, generally a piezostage, to perform biaxial operation. The piezo stage measures the moving parts in some way and performs feedback control. Even with this configuration, what can be measured is the amount of movement of the piezo stage, so the vibration between the thin film with the nanopores that are the detectors opened and the nanostepper that controls the DNA passage speed is measured. There was a problem that I couldn't do.

このように従来の構成では、検出器であるナノポアが開けられた薄膜と、DNAの通過速度を制御する駆動部品との間の振動を直接計測する構成になっておらず、床振動や音響振動などの環境振動により、相対振動が発生した場合、DNAの塩基配列の順序が反転し、正確な配列解析できないという課題があった。 As described above, in the conventional configuration, the vibration between the thin film in which the nanopores that are the detectors are opened and the driving component that controls the passage speed of DNA is not directly measured, and floor vibration or acoustic vibration is not used. When relative vibration occurs due to environmental vibration such as, the order of the base sequence of DNA is reversed, and there is a problem that accurate sequence analysis cannot be performed.

本発明の目的は、上記の課題を解決し、環境振動による塩基配列解読精度低下を解決することが可能な生体試料分析装置、及びその分析方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a biological sample analyzer capable of solving the above-mentioned problems and solving a decrease in base sequence decoding accuracy due to environmental vibration, and an analysis method thereof.

上記の目的を達成するため、本発明においては、DNAの塩基配列を分析する生体分析装置であって、測定対象物が通過するナノメートルサイズの穴を有するナノポア基板と、ナノポア基板により内部が区切られ、電解質溶液で満たされた槽と、ナノポア基板に対向して位置し、DNAが固定されるDNA固定基板と、DNA固定基板を駆動させる駆動機構と、ナノポア基板の両側に電圧を印加する電圧印加部と、DNAがナノポア基板を通過する際のイオン電流を検出する検出部と、生体分析装置の振動を検知する振動検知部と、振動検知部によって検知した振動情報を記録する記録部を備える構成の生体試料分析装置を提供する。 In order to achieve the above object, in the present invention, it is a bioanalyzer that analyzes the base sequence of DNA, and the inside is separated by a nanopore substrate having a nanometer-sized hole through which a measurement object passes and a nanopore substrate. A tank filled with an electrolyte solution, a DNA-fixed substrate that is located facing the nanopore substrate and on which DNA is fixed, a drive mechanism that drives the DNA-fixed substrate, and a voltage that applies voltage to both sides of the nanopore substrate. It includes an application unit, a detection unit that detects an ion current when DNA passes through the nanopore substrate, a vibration detection unit that detects the vibration of the bioanalyzer, and a recording unit that records the vibration information detected by the vibration detection unit. A biological sample analyzer having a configuration is provided.

また、上記の目的を達成するため、本発明においては、DNAの塩基配列を分析する生体分析装置の生体分析方法であって、生体分析装置は、測定対象物が通過するナノメートルサイズの穴を有し、その両側に電圧が印加されるナノポア基板により内部が区切られ、電解質溶液で満たされた槽と、ナノポア基板に対向して位置し、DNAが固定されるDNA固定基板と、DNA固定基板を駆動させる駆動機構と、DNAがナノポア基板を通過する際のイオン電流を検出する検出部と、生体分析装置の振動情報を検知する振動検知部とを備えており、検出したイオン電流と、検知した振動情報を用いて塩基配列の分析を行う生体試料分析方法を提供する。 Further, in order to achieve the above object, the present invention is a bioanalytical method of a bioanalyzer that analyzes a base sequence of DNA, and the bioanalyzer is a nanometer-sized hole through which a measurement object passes. A tank filled with an electrolyte solution, a DNA-fixed substrate facing the nanopore substrate, and a DNA-fixed substrate, and a DNA-fixed substrate, whose inside is separated by a nanopore substrate to which a voltage is applied on both sides of the nanopore substrate. It is equipped with a drive mechanism that drives the device, a detection unit that detects the ion current when the DNA passes through the nanopore substrate, and a vibration detection unit that detects the vibration information of the bioanalytical device. Provided is a biological sample analysis method for analyzing a base sequence using the vibration information obtained.

本発明によれば、塩基配列順序が反転する振動が発生しても検知、記録し、振動発生時の封鎖信号を除外、または補正することで塩基配列解読向上を行うことができる。 According to the present invention, even if a vibration in which the base sequence order is reversed occurs, it can be detected and recorded, and the base sequence decoding can be improved by excluding or correcting the blocking signal at the time of occurrence of the vibration.

生体試料分析装置の構成と生体試料分析チップの拡大図の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the structure of the biological sample analyzer and the enlarged view of the biological sample analysis chip. 生体試料分析チップによって取得される配列読取信号の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the sequence reading signal acquired by a biological sample analysis chip. 生体試料分析装置で振動無しの封鎖電流が計測された場合の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the case where the blockade current without vibration is measured by the biological sample analyzer. 生体試料分析装置で振動有りの封鎖電流が計測された場合の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the case where the blockade current with vibration is measured by the biological sample analyzer. 実施例1に係る、生体試料分析装置、及び分析方法の一構成例を示す図である。It is a figure which shows one structural example of the biological sample analyzer and the analysis method which concerns on Example 1. FIG. 実施例1に係る、生体試料分析チップによって取得される配列読取例と同時計測された振動信号の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the vibration signal measured at the same time as the sequence reading example acquired by the biological sample analysis chip which concerns on Example 1. FIG. 実施例2に係る、生体試料分析装置、及び方法の一構成例を示す図である。It is a figure which shows one structural example of the biological sample analyzer and method which concerns on Example 2. FIG. 実施例3に係る、生体試料分析装置、及び方法の一構成例を示す図である。It is a figure which shows one structural example of the biological sample analyzer and method which concerns on Example 3. FIG. 実施例4に係る、生体試料分析装置、及び方法の一構成例を示す図である。It is a figure which shows one structural example of the biological sample analyzer and method which concerns on Example 4. FIG. 実施例5に係る、生体試料分析方法の一構成例を示す図である。It is a figure which shows one structural example of the biological sample analysis method which concerns on Example 5. 実施例6に係る、生体試料分析装置、及び方法の一構成例を示す図である。It is a figure which shows one structural example of the biological sample analyzer and method which concerns on Example 6.

以下、図面を参照して本発明の実施例について説明する。なお、図面には本発明の原理に則った具体的な実施例を示しているが、これらは本発明の理解のためのものであり、本発明を限定的に解釈するために用いられるものではない分析する生体としてデオキシリボ核酸(DNA)を例示するが、DNAに限定されずリボ核酸(RNA)などの核酸等であっても良い。 Hereinafter, examples of the present invention will be described with reference to the drawings. Although the drawings show specific examples based on the principles of the present invention, these are for the purpose of understanding the present invention and are not used for the limited interpretation of the present invention. Deoxyribonucleic acid (DNA) is exemplified as a living body to be analyzed, but it is not limited to DNA and may be nucleic acid such as ribonucleic acid (RNA).

本明細書の各実施例で述べる「ナノポア」とは、薄膜に設けたナノサイズの孔であり、薄膜の表裏を貫通する。薄膜は主に無機材料から形成される。また、DNA断片の一端が固定される基板またはビーズは、主に無機材料から形成される。薄膜、基板またはビーズの材料は、他に有機物質、高分子材料などを含むこともできる。 The “nanopore” described in each embodiment of the present specification is a nano-sized hole provided in the thin film and penetrates the front and back surfaces of the thin film. The thin film is mainly formed from an inorganic material. Further, the substrate or beads to which one end of the DNA fragment is fixed are mainly formed from an inorganic material. The material of the thin film, the substrate or the beads may also include an organic substance, a polymer material and the like.

まず、実施例1に係る、ナノポアデバイスを用いた生体試料分析装置を説明する。図1は、本実施例の生体試料分析装置の構成の一例を示す図であり、生体試料分析チップによる塩基配列読取機構を示す。 First, a biological sample analyzer using a nanopore device according to Example 1 will be described. FIG. 1 is a diagram showing an example of the configuration of the biological sample analyzer of this embodiment, and shows a base sequence reading mechanism by a biological sample analysis chip.

図1に示すように、例えばDNA解析装置のような生体試料分析装置100は、仕切り体101により分けられた二つの槽102A、102Bを備える。仕切り体101には、ナノポアを有する生体試料分析チップ(以下、ナノポアデバイスと呼ぶ)が設置されている。二つの槽102A、102Bには、電解質溶液103が満たされている。二つの槽102A、102Bは、ナノポアデバイスの両側に電圧を印加する電圧印加部である電極104及び電源105Aで電気的に接続されている。このナノポアデバイスで仕切られた流路全体をフローセル106と呼ぶ。 As shown in FIG. 1, a biological sample analyzer 100 such as a DNA analyzer, for example, includes two tanks 102A and 102B separated by a partition 101. A biological sample analysis chip having nanopores (hereinafter referred to as a nanopore device) is installed in the partition body 101. The two tanks 102A and 102B are filled with the electrolyte solution 103. The two tanks 102A and 102B are electrically connected by an electrode 104 and a power supply 105A, which are voltage application portions for applying voltage to both sides of the nanopore device. The entire flow path partitioned by this nanopore device is called a flow cell 106.

図1の円形100A内の拡大図に示すように、プローブ107に取り付けられたDNA固定基板108に化学的にDNAの一端を固定し、駆動機構109によって、フローセル開口部110から進入すると、液中のDNA111は、仕切り体101のナノポアデバイスのナノポア112を通して、一方の槽102Aから反対側の槽102Bに泳動するが、通り過ぎることはない。ナノポア112に導入されたDNA111の一端を駆動機構109によって引き抜いたり、押し込んだりすることで、イオン電流を検出する検出部である電流計105Bで電流値を計測する。電流値は、DNA111がナノポアデバイスのナノポア112を通過する際に変化するので、この電流値から塩基配列を読み取る。電流計105Bで計測された電流値は、アンプ(図示せず)で増幅されて、A/Cコンバータ(図示せず)を介して図示を省略したパーソナルコンピュータ(PC)の記憶部に記録される。 As shown in the enlarged view in the circle 100A of FIG. 1, one end of the DNA is chemically fixed to the DNA fixing substrate 108 attached to the probe 107, and when the DNA is entered through the flow cell opening 110 by the drive mechanism 109, it is in the liquid. DNA 111 migrates from one tank 102A to the other tank 102B through the nanopore 112 of the nanopore device of the partition 101, but does not pass by. By pulling out or pushing one end of the DNA 111 introduced into the nanopore 112 by the drive mechanism 109, the current value is measured by the ammeter 105B, which is a detection unit that detects the ion current. Since the current value changes as the DNA 111 passes through the nanopore 112 of the nanopore device, the base sequence is read from this current value. The current value measured by the ammeter 105B is amplified by an amplifier (not shown) and recorded in a storage unit of a personal computer (PC) (not shown) via an A / C converter (not shown). ..

仕切り板101のナノポアデバイスは、ナノポア112と、ナノポアが形成された例えば5nmなどの数nmのナノポア薄膜113とを備える。非常に薄いナノポア薄膜113の面積は小さく、ナノポアデバイスの設置される仕切り体101の厚みは補強のため、図示しないが、数百nmの厚みを有している。仕切り体101の上下の槽102A、102Bに電解質溶液103を満たし、ナノポアデバイスを介して上下に電圧を印加すると、電解質溶液103中のイオン由来の、ナノポア112のポア径の断面積に応じた電流が検出される。DNA111が駆動ステージによって、ナノポア112を通過すると、イオンの流れが妨げられるため、電流値は、ナノポア112中のDNA111の断面積分だけ減少する。DNA111は、説明上、球体であるビーズを用いて説明したが、塩基は化学式に基づいた形状をしている。以下、糸状(1本鎖)あるいは球体(ビーズ)状のDNA111を適宜用いて説明する。 The nanopore device of the partition plate 101 includes a nanopore 112 and a nanopore thin film 113 having a nanopore of several nm, for example, 5 nm. The area of the very thin nanopore thin film 113 is small, and the thickness of the partition 101 on which the nanopore device is installed is several hundred nm, although not shown, for reinforcement. When the electrolyte solution 103 is filled in the upper and lower tanks 102A and 102B of the partition body 101 and a voltage is applied up and down through the nanopore device, a current derived from ions in the electrolyte solution 103 according to the cross-sectional area of the pore diameter of the nanopore 112. Is detected. When the DNA 111 passes through the nanopore 112 by the drive stage, the flow of ions is obstructed, so that the current value is reduced by the cross-sectional integral of the DNA 111 in the nanopore 112. Although the DNA 111 has been described using beads that are spheres in the description, the base has a shape based on a chemical formula. Hereinafter, thread-like (single-strand) or spherical (bead) -shaped DNA 111 will be described as appropriate.

DNA解析装置100では、塩基種毎の電流値の変化量の違いから塩基識別を行う。図2は、電極104で電圧を印加し、駆動機構109によって引き抜いたり、押し込んだりすることにより読み取られる塩基種ごとの電流変化の一例を示す図である。配列読取例200に示されるように、4種類の塩基A、C、T、Gごとに異なる電流値が検出され、一方向にDNA111を駆動することで、塩基配列解読を行っている。 The DNA analyzer 100 performs base identification based on the difference in the amount of change in the current value for each base type. FIG. 2 is a diagram showing an example of a current change for each base type that can be read by applying a voltage to the electrode 104 and pulling it out or pushing it in by the drive mechanism 109. As shown in the sequence reading example 200, different current values are detected for each of the four types of bases A, C, T, and G, and the base sequence is decoded by driving the DNA 111 in one direction.

ここで、図3を用いて生体試料分析装置の詳細を述べる。同図の(a)に、生体試料分析装置100と同一構成の生体試料分析装置300を示し、その右側にDNA111の拡大図301を示した。DNA111が取り付けられたDNA固定基板108を、駆動機構109により一方向に移動させる。ここでは、+Z方向に移動すると仮定すると、電流計105Bで計測されたイオン電流値は、同図の(b)に示す電流波形302のようなデータが記録される。正確な配列情報を得るためには、配列順序が反転することなく、一方向に移動することが重要である。 Here, the details of the biological sample analyzer will be described with reference to FIG. FIG. 3A of the figure shows a biological sample analyzer 300 having the same configuration as the biological sample analyzer 100, and an enlarged view 301 of DNA 111 is shown on the right side thereof. The DNA fixing substrate 108 to which the DNA 111 is attached is moved in one direction by the drive mechanism 109. Here, assuming that the ion current value moves in the + Z direction, data such as the current waveform 302 shown in (b) of the figure is recorded as the ion current value measured by the ammeter 105B. In order to obtain accurate sequence information, it is important to move in one direction without reversing the sequence order.

またDNA111の拡大図301は模式図であり、塩基間距離が例えば0.34nmといったサブナノメートルであるDNA111がナノポア径1〜2nmのナノポア112を通過する所を直接計測することは、光学顕微鏡では光学分解能により非常に難しく、また観察サンプルを真空状態にしなければならない電子顕微鏡では、液体を含む生体試料を観察することは難しい。大気圧電子顕微鏡などもあるが、こちらも分解能の問題で、高精度観察は難しい。 Further, the enlarged view 301 of the DNA 111 is a schematic diagram, and it is possible to directly measure the place where the DNA 111, which has a sub-nanometer distance between bases of 0.34 nm, passes through the nanopore 112 having a nanopore diameter of 1 to 2 nm. It is very difficult due to the resolution, and it is difficult to observe a biological sample containing a liquid with an electron microscope in which the observation sample must be evacuated. There are also atmospheric pressure electron microscopes, but this is also a problem of resolution, and high-precision observation is difficult.

図4により実稼働状態を考慮した場合の生体試料分析装置300の動作を述べる。同図の(a)に示すように、生体試料分析装置300が設置される環境には、床振動401や音響振動402などの環境振動があり、生体試料分析装置300全体が振動する。DNA111の塩基間距離がサブナノメートルであるため、非常に小さい微振動でも、生体試料分析装置300が振動し、検出器であるナノポアが開けられた薄膜113と、駆動機構109にプローブ107を介して取り付けられたDNA固定基板108との間に振動が発生し、配列順序が反転する。配列順序が反転した場合の電流計105Bで計測された電流値は、同図の(b)の電流波形403のようなデータが記録される。すなわち、電流波形403の一点鎖線の時間に、配列順序を反転させる振動が入った場合、すなわちDNAの逆戻りが発生した場合の封鎖電流の値である。環境振動によって、同図の(a)の拡大図301で示す、本来のDNA111を塩基配列順序(ACTGACTGA)に対して、電流波形403から得られる配列情報は、(ACTGAGACTGA)となり、下線を引いたGAの部分でDNAの逆戻り、すなわち配列順序が反転することにより、正確な配列情報を得られず、塩基配列解読精度低下に大きく影響する。 The operation of the biological sample analyzer 300 when the actual operating state is taken into consideration will be described with reference to FIG. As shown in (a) of the figure, the environment in which the biological sample analyzer 300 is installed includes environmental vibrations such as floor vibration 401 and acoustic vibration 402, and the entire biological sample analyzer 300 vibrates. Since the distance between the bases of the DNA 111 is sub-nanometer, the biological sample analyzer 300 vibrates even with a very small vibration, and the thin film 113 in which the nanopores that are the detectors are opened and the drive mechanism 109 via the probe 107 Vibration is generated between the attached DNA fixing substrate 108 and the sequence order is reversed. As the current value measured by the ammeter 105B when the arrangement order is reversed, data such as the current waveform 403 in (b) of the figure is recorded. That is, it is the value of the blocking current when the vibration that reverses the sequence order is included in the time of the alternate long and short dash line of the current waveform 403, that is, when the DNA reversion occurs. Due to environmental vibration, the sequence information obtained from the current waveform 403 is (ACTGA GA CTGA) with respect to the original DNA 111 in the base sequence order (ACTGACTGA) shown in the enlarged view 301 of (a) of the same figure, and is underlined. Since the DNA is reversed at the subtracted GA portion, that is, the sequence order is reversed, accurate sequence information cannot be obtained, which greatly affects the decrease in base sequence decoding accuracy.

図5は、本実施例の生体試料分析装置500の分析実施装置、方法を示している。円形内に、仕切り体101のナノポアデバイスの拡大図301を示す。生体試料分析装置500内、または、設置された床など、少なくとも1つ以上、分析装置の振動を検知する振動検知部である加速度計501、A/Cコンバータ502、PC503を備えた構成である。電流計105Bで計測された電流値と加速度計501で計測される信号値は、A/Cコンバータ502を介して記録手段であるPC503に同期して記録される。なお、振動検知部は、例えば速度計や変位計でもよい。 FIG. 5 shows an analysis execution device and a method of the biological sample analyzer 500 of this example. An enlarged view 301 of the nanopore device of the partition body 101 is shown in a circle. It is configured to include at least one accelerometer 501, an A / C converter 502, and a PC 503, which are vibration detection units for detecting the vibration of the analyzer, such as in the biological sample analyzer 500 or on the floor on which the analyzer is installed. The current value measured by the ammeter 105B and the signal value measured by the accelerometer 501 are recorded in synchronization with the PC 503 which is a recording means via the A / C converter 502. The vibration detection unit may be, for example, a speedometer or a displacement meter.

図6は、環境振動により、本実施例の生体試料分析装置500に、振動が発生した際の封鎖電流(Ion Current)と振動信号(Acceleration)を同時計測した際のA/Cコンバータ502経由でPC503に記録された波形600を示す。環境振動により検出器であるナノポアが開けられた薄膜113と、駆動機構109にプローブ107介して取り付けられたDNA固定基板108との間に発生した振動が封鎖電流量に影響する。本来のDNA111の塩基配列順序(ACTGACTGA)を封鎖電流のみで正確な配列解読することは難しい。 FIG. 6 shows the biological sample analyzer 500 of this embodiment via the A / C converter 502 when simultaneously measuring the blocking current (Ion Current) and the vibration signal (Acceleration) when the vibration is generated due to the environmental vibration. The waveform 600 recorded in PC503 is shown. The vibration generated between the thin film 113 in which the nanopores, which are detectors, are opened by the environmental vibration and the DNA fixing substrate 108 attached to the drive mechanism 109 via the probe 107 affects the amount of blocking current. It is difficult to accurately sequence the original DNA 111 base sequence sequence (ACTGACTGA) using only the blocking current.

しかし、本実施例の生体試料分析装置500においては、封鎖電流と振動信号を同時計測することで、振動信号を検出している期間は振動が発生していることを検知・記録する。そして、例えばPC503のディスプレイに警報を表示するなどの制御を行う警報部504により、振動発生時の封鎖電流値を塩基配列解読に使用せずに除外することで、精度向上することが可能である。なお、この警報部504は、PC503のプログラム作成、実行で実現することができる。 However, in the biological sample analyzer 500 of this embodiment, by simultaneously measuring the blocking current and the vibration signal, it is detected and recorded that vibration is generated during the period during which the vibration signal is detected. Then, the accuracy can be improved by excluding the blocking current value at the time of vibration generation without using it for base sequence decoding by the alarm unit 504 that controls, for example, displaying an alarm on the display of the PC 503. .. The alarm unit 504 can be realized by creating and executing a program of the PC 503.

本実施例の構成によれば、床振動や音響振動などの環境振動により、封鎖電流だけでなく、装置振動を同時計測することで、環境振動による振動をナノメートルオーダー以下に制御することなく、DNAの配列順序が反転する振動が発生しても検知、記録し、振動発生時の封鎖信号を除外することで、塩基配列解読向上を行う。したがって、塩基配列解読精度を向上でき、物理的にサブナノメートルに振動を抑制する装置、例えばアクティブ除振台などの高額な装置を削減でき、環境振動仕様も大きく広げることができるという効果がある。 According to the configuration of this embodiment, by simultaneously measuring not only the blocking current but also the device vibration due to the environmental vibration such as the floor vibration and the acoustic vibration, the vibration due to the environmental vibration is not controlled to the nanometer order or less. Even if vibration in which the sequence order of DNA is reversed occurs, it is detected and recorded, and the blocking signal at the time of vibration is excluded to improve the decoding of the base sequence. Therefore, there is an effect that the base sequence decoding accuracy can be improved, the number of devices that physically suppress vibration to sub-nanometers, for example, expensive devices such as an active vibration isolator can be reduced, and the environmental vibration specifications can be greatly expanded.

図7は、実施例2の生体試料分析装置の一構成例を示している。図5の生体試料分析装置500と同様、生体試料分析装置700内、または、設置された床などに少なくとも1つ以上、分析装置の振動を検知する振動検知部である加速度計501を備えた構成である。電流計105Bで計測された電流値と加速度計501で計測される信号値は、A/Cコンバータ502を介して記録手段であるPC503に同期して記録され、更に本実施例においては、必要に応じて、PC503の警報部504のプログラム実行により、駆動機構109に指令が与えられる構成とする。また実施例1と同様、振動検知部は、たとえば、速度計や変位計でもよい。 FIG. 7 shows a configuration example of the biological sample analyzer of Example 2. Similar to the biological sample analyzer 500 of FIG. 5, at least one accelerometer 501, which is a vibration detection unit for detecting the vibration of the analyzer, is provided in the biological sample analyzer 700 or on the floor where the biological sample analyzer is installed. Is. The current value measured by the ammeter 105B and the signal value measured by the accelerometer 501 are recorded in synchronization with the PC503 which is a recording means via the A / C converter 502, and further, in this embodiment, it is necessary. Correspondingly, a command is given to the drive mechanism 109 by executing the program of the alarm unit 504 of the PC 503. Further, as in the first embodiment, the vibration detection unit may be, for example, a speedometer or a displacement meter.

本実施例の構成において、環境振動により生体試料分析装置700に振動が発生した際に、封鎖電流と振動信号を同時計測し、図6に示したような波形600が計測された場合、警報を発する警報部504により、振動発生時にプローブ107を介してDNA固定基板108が取り付けられた駆動機構109の駆動を停止することを指令し、振動が収まってから、再び駆動を開始することで、精度向上することが可能である。また振動し始めた時の塩基配列の位置に駆動機構109により移動し、電流計105Bでイオン電流を計測し封鎖電流を再計測することも可能となる。 In the configuration of this embodiment, when vibration is generated in the biological sample analyzer 700 due to environmental vibration, the blocking current and the vibration signal are simultaneously measured, and when the waveform 600 as shown in FIG. 6 is measured, an alarm is issued. The alarm unit 504 that emits a command to stop the drive of the drive mechanism 109 to which the DNA fixing substrate 108 is attached via the probe 107 when vibration is generated, and after the vibration has subsided, the drive is restarted to achieve accuracy. It is possible to improve. It is also possible to move to the position of the base sequence when it starts to vibrate by the drive mechanism 109, measure the ion current with the ammeter 105B, and remeasure the blocking current.

図8は、実施例3の生体試料分析装置の一構成例を示している。本実施例は、実施例2の生体試料分析装置700内にアクティブ除振台801を更に備えた構成の生体試料分析装置800の実施例である。アクティブ除振台801は、少なくとも1つ以上の分析装置の振動を検知する振動検知部であるセンサ805を備え、設置された床との絶縁ため、少なくとも1つ以上のバネ803A、Bとアクチュエータ804A、Bを備え、ナノポアシーケンサが設置される板または定盤802を備えた構成である。アクティブ除振台上に生体試料分析装置を載置することにより、床振動等の影響を軽減することができる。実施例2同様、電流計105Bで計測された電流値とセンサ805で計測される信号値は、A/Cコンバータ502を介して記録手段であるPC503に同期して記録され、必要に応じて、駆動機構109にPC503から指令が与えられるとする。また振動検知部は、たとえば、速度計や変位計でもよい。 FIG. 8 shows a configuration example of the biological sample analyzer of Example 3. This example is an example of the biological sample analyzer 800 having a configuration in which the active vibration isolator 801 is further provided in the biological sample analyzer 700 of the second embodiment. The active vibration isolation table 801 includes a sensor 805 which is a vibration detection unit that detects vibration of at least one or more analyzers, and at least one or more springs 803A, B and an actuator 804A for insulation from the installed floor. , B, and a plate or surface plate 802 on which a nanopore sequencer is installed. By placing the biological sample analyzer on the active vibration isolation table, the influence of floor vibration and the like can be reduced. Similar to the second embodiment, the current value measured by the ammeter 105B and the signal value measured by the sensor 805 are recorded in synchronization with the PC503, which is a recording means, via the A / C converter 502, and if necessary, It is assumed that a command is given to the drive mechanism 109 from the PC 503. Further, the vibration detection unit may be, for example, a speedometer or a displacement meter.

環境振動、特に床振動により、本実施例の生体試料分析装置800に振動が発生した際に、封鎖電流と振動信号を同時計測し、図6のような波形600が計測された場合、警報を発する警報部504の処理により、振動発生時にプローブ107介してDNA固定基板108が取り付けられた駆動機構109に停止することを指令し、振動が収まってから、再び駆動することで、精度向上することが可能である。また振動し始めた時の塩基配列の位置に駆動機構109により移動し、封鎖電流を再計測する方法もある。 When the biological sample analyzer 800 of this embodiment vibrates due to environmental vibration, especially floor vibration, the blocking current and the vibration signal are simultaneously measured, and when the waveform 600 as shown in FIG. 6 is measured, an alarm is issued. By the processing of the alarm unit 504 that is issued, when vibration is generated, the drive mechanism 109 to which the DNA fixing substrate 108 is attached is instructed to stop via the probe 107, and after the vibration has subsided, it is driven again to improve the accuracy. Is possible. There is also a method in which the drive mechanism 109 moves to the position of the base sequence when the vibration starts and the blocking current is remeasured.

図9は、実施例4の生体試料分析装置、及び方法の一構成例を示している。本実施例の生体試料分析装置900では、DNAや電解質溶液を無くし、ナノポア基板基準で、DNA固定基板108を計測する変位計902と、少なくとも1つ以上の分析装置の振動を検知する振動検知部であるセンサ901を備える構成として、環境振動を計測し、センサ901から変位計902までの伝達関数903を事前に取得する構成である。ここでも振動検知部は、たとえば、速度計や変位計でもよい。 FIG. 9 shows a configuration example of the biological sample analyzer and method of Example 4. In the biological sample analyzer 900 of this embodiment, the displacement meter 902 that eliminates the DNA and the electrolyte solution and measures the DNA fixing substrate 108 based on the nanopore substrate, and the vibration detector that detects the vibration of at least one or more analyzers. As a configuration including the sensor 901, the environmental vibration is measured and the transfer function 903 from the sensor 901 to the displacement meter 902 is acquired in advance. Again, the vibration detection unit may be, for example, a speedometer or a displacement meter.

上記の構成で事前に取得する伝達関数903は、環境振動を計測したセンサ901の値をラプラス変換したX(s)、ナノポア基板基準で、DNA固定基板108を計測した変位計902の値をラプラス変換したY(s)とし、G(s)は、式1のように計算されることがわかっている。 The transfer function 903 acquired in advance with the above configuration Laplace transforms the value of the sensor 901 that measured the environmental vibration into X (s), and Laplaces the value of the displacement meter 902 that measured the DNA fixing substrate 108 based on the nanopore substrate. It is known that the transformed Y (s) and G (s) are calculated as in Equation 1.

Figure 0006796561
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環境振動により、図7に示した生体試料分析装置700に振動が発生した際に、上式により事前に取得した伝達関数903より、装置振動から検出器であるナノポアが開けられた仕切り体101と、DNA固定基板108との間の振動を予測することが可能である。 When the biological sample analyzer 700 shown in FIG. 7 vibrates due to environmental vibration, the partition body 101 in which the nanopore, which is a detector, is opened from the device vibration by the transfer function 903 acquired in advance by the above equation. , It is possible to predict the vibration between the DNA fixing substrate 108.

そして、封鎖電流と振動信号を同時計測し、図6のような波形600が計測された場合、伝達関数903より振動信号から検出器であるナノポアが開けられた仕切り体101と、DNA固定基板108との間の振動を予測し、警報を発する警報部504により、プローブ107を介してDNA固定基板108が取り付けられた駆動機構109にフィードバック制御することができる。すなわち、警報部504は、振動検知部により振動を検知した場合には、振動情報を伝達関数により駆動機構へフィードバック制御し、DNAの振動を抑制するようDNA固定基板108を駆動する。本実施例の構成により、ナノポアが開けられた仕切り体と、DNA固定基板との間の振動を抑制し、塩基配列解読の精度向上を図ることが可能である。 Then, when the blocking current and the vibration signal are simultaneously measured and the waveform 600 as shown in FIG. 6 is measured, the partition body 101 in which the nanopores, which are detectors, are opened from the vibration signal by the transfer function 903, and the DNA fixing substrate 108. The alarm unit 504, which predicts the vibration between the two and issues an alarm, can perform feedback control to the drive mechanism 109 to which the DNA fixing substrate 108 is attached via the probe 107. That is, when the vibration detection unit detects the vibration, the alarm unit 504 feeds back the vibration information to the drive mechanism by the transfer function and drives the DNA fixing substrate 108 so as to suppress the vibration of the DNA. With the configuration of this embodiment, it is possible to suppress the vibration between the partition body in which the nanopore is opened and the DNA fixing substrate, and to improve the accuracy of base sequence decoding.

図10は、実施例5の生体試料分析方法を説明するための図である。同図の電流波形1000に示すように、封鎖電流と振動信号を同時計測し、伝達関数903により振動信号から検出器であるナノポアが開けられた仕切り体101と、DNA固定基板108との間の変位振動を予測できるメリットを述べる。実施例4の構成で伝達関数903を取得する際に、高精度な変位計902を用いることで、正確な予測を行うことができる。正確な変位振動予測から、一塩基単位のDNAの挙動を予測し、配列順序が反転しても、振動信号による補正により正確な配列情報を得ることができる。すなわち、物理的にナノメートルオーダーで制御せず、正確な配列情報を得られるメリットである。 FIG. 10 is a diagram for explaining the biological sample analysis method of Example 5. As shown in the current waveform 1000 in the figure, the blockage current and the vibration signal are measured at the same time, and the partition body 101 in which the nanopore, which is a detector, is opened from the vibration signal by the transfer function 903, and the DNA fixing substrate 108. The merit of predicting displacement vibration is described. When the transfer function 903 is acquired in the configuration of the fourth embodiment, accurate prediction can be performed by using the high-precision displacement meter 902. From accurate displacement vibration prediction, the behavior of DNA in units of one base can be predicted, and even if the sequence order is reversed, accurate sequence information can be obtained by correction using a vibration signal. That is, there is a merit that accurate sequence information can be obtained without physically controlling the nanometer order.

図10の下段に、ナノポアデバイスの拡大図1001を示す。図5のような生体試料分析装置500が設置される環境には、床振動401や音響振動402などがあり、生体試料分析装置500全体が振動した場合の電流計105Bで計測された電流値は、電流波形1000のようなデータが記録される。電流波形1000は、その点線の時間に配列順序を反転させる振動が入った場合の封鎖電流の値を示している。図10の例においては、正確な変位振動予測によって、2塩基分の配列順序を反転することが、封鎖電流と振動信号を同時計測から識別できる。 The lower part of FIG. 10 shows an enlarged view 1001 of the nanopore device. The environment in which the biological sample analyzer 500 is installed as shown in FIG. 5 includes floor vibration 401 and acoustic vibration 402, and the current value measured by the ammeter 105B when the entire biological sample analyzer 500 vibrates is , Data such as current waveform 1000 is recorded. The current waveform 1000 shows the value of the blocking current when a vibration that reverses the arrangement order is input at the time of the dotted line. In the example of FIG. 10, inversion of the sequence order of two bases by accurate displacement vibration prediction can distinguish the blockade current and the vibration signal from the simultaneous measurement.

このように、本来のDNA111を塩基配列順序(CTGACTGA)に対して、電流波形403から得られる配列情報は、(CTGAGTGACTGA)となるが、このGTGAは、振動予測から2度読みであると判断でき、この部分を補正することにより正確な配列情報を得られることで、塩基配列解読精度向上することが出来る。 In this way, the sequence information obtained from the current waveform 403 is (CTGA GTGA CTGA) with respect to the base sequence order (CTGACTGA) of the original DNA 111, but this GTGA is read twice from the vibration prediction. It is possible to make a judgment, and by correcting this part, accurate sequence information can be obtained, so that the base sequence decoding accuracy can be improved.

このように、本実施例の生体試料分析方法によれば、振動予測により、アクティブ除振台などの高額な装置を用いることなく、装置サイズも小型化できる。またアクティブ除振台の制御範囲を超える振動が発生した場合には、アクティブ除振台は機能しないが、本実施例の分析方法によれば、封鎖電流と振動信号を同時計測し、振動自体を抑制するのではなく、振動検知部により振動を検知し、かつDNAの配列順序の反転を検知した場合に、計測後、検出部により検出したイオン電流を補正することが可能となる。 As described above, according to the biological sample analysis method of the present embodiment, the device size can be reduced by vibration prediction without using an expensive device such as an active vibration isolator. Further, when vibration exceeding the control range of the active vibration isolation table occurs, the active vibration isolation table does not function, but according to the analysis method of this embodiment, the blocking current and the vibration signal are simultaneously measured to measure the vibration itself. When vibration is detected by the vibration detection unit and the reversal of the DNA sequence order is detected instead of suppressing the vibration, the ion current detected by the detection unit can be corrected after the measurement.

また、DNA111の物性は剛体ではなく、一般的にバネ性があると言われている。そのため、検出器であるナノポアが開けられた薄膜101と、DNAの通過速度を制御する駆動部品109との間の振動とDNAの挙動が異なる可能性がある。 Further, it is generally said that the physical properties of DNA111 are not rigid but springy. Therefore, there is a possibility that the vibration and the behavior of the DNA between the thin film 101 in which the nanopores that are the detectors are opened and the driving component 109 that controls the passing speed of the DNA are different.

そのため、検出器であるナノポアが開けられた薄膜101と、DNAの通過速度を制御する駆動部品109との間の振動を予測し、さらに、DNA111のバネ性をシミュレーションによって、DNA111の挙動を予測し、この情報を用いて、補正することも可能である。 Therefore, the vibration between the thin film 101 in which the nanopores that are detectors are opened and the driving component 109 that controls the passage speed of DNA is predicted, and the springiness of DNA 111 is predicted by simulation to predict the behavior of DNA 111. , It is also possible to make corrections using this information.

図11は、実施例6に係る生体試料分析装置、及び方法を説明するための図である。一般的に、1枚のナノポア薄膜1101に複数のナノポアを設けた、いわゆるマルチナノポアを用いれば、薄膜あたりの測定効率を向上できると考えられる。本実施例は、振動検知部が既知配列のDNAに対するイオン電流を用いて振動を検知し、警報部を含むPCは未知配列のDANの配列情報を解析する構成の実施例である。 FIG. 11 is a diagram for explaining a biological sample analyzer and a method according to Example 6. In general, it is considered that the measurement efficiency per thin film can be improved by using a so-called multi-nanopore in which a plurality of nanopores are provided on one nanopore thin film 1101. In this embodiment, the vibration detection unit detects vibration using an ion current for DNA of a known sequence, and the PC including the alarm unit analyzes the sequence information of DAN of an unknown sequence.

図11に示す本実施例の生体試料分析方法1100によるマルチポアシステムにおいては、生体試料分析装置が載置された装置振動を検知する振動検知部に関して、加速度計501や、その他、速度計や変位計ではない方法も考えることができる。DNA固定基板108に複数のDNA鎖1102及び1103が固定され、マルチナノポア基板1101のナノポアを複数封鎖している。このうち、DNA鎖1103は、塩基配列が既知のものである。 In the multi-pore system according to the biological sample analysis method 1100 of the present embodiment shown in FIG. 11, the accelerometer 501 and other speedometers and displacements are used for the vibration detection unit for detecting the vibration of the device on which the biological sample analyzer is mounted. You can think of a method that is not a measure. A plurality of DNA strands 1102 and 1103 are fixed to the DNA fixing substrate 108, and a plurality of nanopores of the multi-nanopore substrate 1101 are blocked. Of these, the DNA strand 1103 has a known base sequence.

DNAシーケンサは、未知な塩基配列情報を解析する装置であるので、環境振動により塩基配列順序が反転し、塩基配列解読精度が劣化する。しかしながら、生体試料分析方法1100によって、塩基配列が既知であるDNA1103と未知であるDNA1102鎖を同時計測することで、予期しない振動が入った場合において、既知DNA鎖1103により、振動を検知することができる。そこで、未知DNA鎖1102に対して検知した振動による補正することで、未知DNA鎖の塩基配列解読精度向上が可能になる。ここでは、既知DNA鎖1103は、既知であることが重要であり、その他蛋白や識別用化合物などでも良い。 Since the DNA sequencer is a device that analyzes unknown base sequence information, the base sequence order is reversed due to environmental vibration, and the base sequence decoding accuracy deteriorates. However, by simultaneously measuring the DNA 1103 whose base sequence is known and the DNA 1102 strand whose base sequence is unknown by the biological sample analysis method 1100, it is possible to detect the vibration by the known DNA strand 1103 when an unexpected vibration occurs. it can. Therefore, by correcting the unknown DNA strand 1102 by the detected vibration, it is possible to improve the base sequence decoding accuracy of the unknown DNA strand. Here, it is important that the known DNA strand 1103 is known, and other proteins, identification compounds, and the like may be used.

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明のより良い理解のために詳細に説明したのであり、必ずしも説明の全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることが可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。 The present invention is not limited to the above-mentioned examples, and includes various modifications. For example, the above-mentioned examples have been described in detail for a better understanding of the present invention, and are not necessarily limited to those having all the configurations of the description. Further, it is possible to replace a part of the configuration of one embodiment with the configuration of another embodiment, and it is possible to add the configuration of another embodiment to the configuration of one embodiment. Further, it is possible to add / delete / replace a part of the configuration of each embodiment with another configuration.

更に、上述した警報部などの各構成、機能、処理等は、それらの一部又は全部を実現するプログラムを作成する例を説明したが、それらの一部又は全部を例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現しても良いことは言うまでもない。すなわち、処理部の全部または一部の機能は、プログラムに代え、例えば、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)、FPGA(Field Programmable Gate Array)などの集積回路などにより実現してもよい。 Further, for each configuration, function, processing, etc. of the alarm unit and the like described above, an example of creating a program that realizes a part or all of them has been described, but a part or all of them is designed by, for example, an integrated circuit. Needless to say, it may be realized by hardware. That is, all or part of the functions of the processing unit may be realized by, for example, an integrated circuit such as an ASIC (Application Specific Integrated Circuit) or an FPGA (Field Programmable Gate Array) instead of the program.

100、300、500、700、800、900 生体試料分析装置
100A 生体試料分析装置一部拡大図
101:ナノポアデバイスが形成される仕切り体
102A、102B 槽
103 電解質溶液
104 電極
105A 電源
105B 電流計
106 フローセル
107 プローブ
108 DNA固定基板
109 駆動機構
110 フローセル開口部
111 DNA
112 ナノポア
113 ナノポア薄膜
200 配列読取例
301 DNA111の拡大図
302 電流波形(振動無し)
401 床振動
402 音響振動
403、1000 電流波形(振動有り)
501 加速度計
502 A/Cコンバータ
503 PC
504 警報部
600 配列読取例
801 アクティブ除振台
802 定盤
803 バネ
804 アクチュエータ
805、901 センサ
902 変位計
903 伝達関数
1001 ナノポアデバイスの拡大図
1100 生体試料分析方法
1101 マルチナノポア基板
1102 未知DNA
1103 既知DNA
100, 300, 500, 700, 800, 900 Biological sample analyzer 100A Partial enlarged view of biological sample analyzer 101: Partition 102A, 102B in which nanopore device is formed Tank 103 Electrolyte solution 104 Electrode 105A Power supply 105B Current meter 106 Flow cell 107 Probe 108 DNA fixing substrate 109 Drive mechanism 110 Flow cell opening 111 DNA
112 Nanopore 113 Nanopore thin film 200 Sequence reading example 301 Enlarged view of DNA111 302 Current waveform (no vibration)
401 Floor vibration 402 Acoustic vibration 403, 1000 Current waveform (with vibration)
501 Accelerometer 502 A / C Converter 503 PC
504 Alarm unit 600 Sequence reading example 801 Active vibration isolation table 802 Plate 803 Spring 804 Actuator 805, 901 Sensor 902 Displacement meter 903 Transfer function 1001 Enlarged view of nanopore device 1100 Biological sample analysis method 1101 Multi-nanopore substrate 1102 Unknown DNA
1103 Known DNA

Claims (11)

DNAの塩基配列を分析する生体分析装置であって、
測定対象物が通過するナノメートルサイズの穴を有するナノポア基板と、
前記ナノポア基板により内部が区切られ、電解質溶液で満たされる槽と、
前記ナノポア基板に対向して位置し、前記DNAが固定されるDNA固定基板と、
前記DNA固定基板を駆動する駆動機構と、
前記ナノポア基板の両側に電圧を印加する電圧印加部と、
前記DNAが前記ナノポア基板を通過する際のイオン電流を検出する検出部と、
前記生体分析装置の振動を検知する振動検知部と、
前記振動検知部によって検知した振動情報を記録する記録部と、
前記振動検知部により振動を検知した場合に警報を発する警報部と、を備え、
前記警報部は、警報を発している際に検出した前記イオン電流を塩基配列解読に使用しないよう制御し、
前記警報部は、警報を発している間は、前記駆動機構による前記DNA固定基板の駆動を停止するよう制御する、
ことを特徴とする生体試料分析装置。
A bioanalyzer that analyzes the base sequence of DNA.
A nanopore substrate with nanometer-sized holes through which the object to be measured passes,
A tank whose inside is separated by the nanopore substrate and filled with an electrolyte solution,
A DNA fixing substrate that is located opposite to the nanopore substrate and on which the DNA is fixed,
The drive mechanism that drives the DNA fixing substrate and
A voltage application unit that applies voltage to both sides of the nanopore substrate,
A detector that detects the ion current when the DNA passes through the nanopore substrate, and
A vibration detection unit that detects the vibration of the bioanalyzer, and
A recording unit that records vibration information detected by the vibration detection unit,
It is provided with an alarm unit that issues an alarm when vibration is detected by the vibration detection unit.
The alarm unit controls so that the ion current detected while issuing an alarm is not used for nucleotide sequence decoding.
The alarm unit controls to stop the driving of the DNA fixing substrate by the driving mechanism while issuing an alarm.
A biological sample analyzer characterized by this.
請求項に記載の生体試料分析装置であって、
前記警報部は、前記振動検知部により振動の収まりを検出した場合に、前記駆動機構による前記DNA固定基板の駆動を再開し、前記検出部により前記イオン電流を検出するよう制御する、
ことを特徴とする生体試料分析装置。
The biological sample analyzer according to claim 1 .
When the vibration detection unit detects that the vibration has subsided, the alarm unit restarts the driving of the DNA fixing substrate by the drive mechanism, and controls the detection unit to detect the ion current.
A biological sample analyzer characterized by this.
請求項に記載の生体試料分析装置であって、
前記警報部は、前記振動検知部により振動を検知した場合に、前記振動情報を伝達関数により前記駆動機構へフィードバック制御し、前記DNAの振動を抑制するよう前記DNA固定基板を駆動する、
ことを特徴とする生体試料分析装置。
The biological sample analyzer according to claim 1 .
When the vibration is detected by the vibration detection unit, the alarm unit feeds back the vibration information to the drive mechanism by a transfer function and drives the DNA fixing substrate so as to suppress the vibration of the DNA.
A biological sample analyzer characterized by this.
請求項に記載の生体試料分析装置であって、
前記警報部は、前記振動検知部により振動を検知し、かつ前記DNAの配列順序の反転を検知した場合に、前記検出部により検出した前記イオン電流を補正する、
ことを特徴とする生体試料分析装置。
The biological sample analyzer according to claim 1 .
When the vibration detection unit detects vibration and the DNA sequence reversal is detected, the alarm unit corrects the ion current detected by the detection unit.
A biological sample analyzer characterized by this.
請求項に記載の生体試料分析装置であって、
前記ナノポア基板は、前記ナノメートルサイズの穴を複数備えており、
前記DNA固定基板は、未知配列のDNAと既知配列のDNAとが固定される、
ことを特徴とする生体試料分析装置。
The biological sample analyzer according to claim 1 .
The nanopore substrate is provided with a plurality of nanometer-sized holes.
The DNA fixed substrate, and the DNA of the DNA and the known sequence of the unknown sequence Ru fixed,
A biological sample analyzer characterized by this.
請求項に記載の生体試料分析装置であって、
前記振動検知部は、前記既知配列のDNAに対する前記イオン電流を用いて振動を検知する、
ことを特徴とする生体試料分析装置。
The biological sample analyzer according to claim 5 .
The vibration detection unit detects vibration by using the ion current with respect to the DNA of the known sequence.
A biological sample analyzer characterized by this.
DNAの塩基配列を分析する生体分析装置の生体分析方法であって、
前記生体分析装置は、測定対象物が通過するナノメートルサイズの穴を有し、両側に電圧が印加されるナノポア基板により内部が区切られ、電解質溶液で満たされる槽と、前記ナノポア基板に対向して位置し、前記DNAが固定されるDNA固定基板と、前記DNA固定基板を駆動させる駆動機構と、前記DNAが前記ナノポア基板を通過する際のイオン電流を検出する検出部と、前記生体分析装置の振動情報を検知する振動検知部と、を備えており、
検出した前記イオン電流と、検知した前記振動情報を用いて前記塩基配列の分析を行い、
前記振動情報を検知した場合に警報を発し、前記警報を発している際に検出した前記イオン電流を塩基配列解読に使用しなく
前記警報を発している間は、前記駆動機構による前記DNA固定基板の駆動を停止する、
ことを特徴とする生体試料分析方法。
It is a bioanalytical method of a bioanalyzer that analyzes the base sequence of DNA.
The bioanalyzer has a nanometer-sized hole through which an object to be measured passes, and the inside is separated by a nanopore substrate to which a voltage is applied on both sides to face a tank filled with an electrolyte solution and the nanopore substrate. A DNA fixing substrate on which the DNA is fixed, a driving mechanism for driving the DNA fixing substrate, a detection unit for detecting an ion current when the DNA passes through the nanopore substrate, and the bioanalyzer. It is equipped with a vibration detection unit that detects the vibration information of
The base sequence is analyzed using the detected ion current and the detected vibration information.
An alarm is issued when the vibration information is detected, and the ion current detected when the alarm is issued is not used for base sequence decoding .
While the alarm is issued, the driving of the DNA fixing substrate by the driving mechanism is stopped.
A biological sample analysis method characterized by the above.
請求項に記載の生体試料分析方法であって、
前記振動情報により、振動の収まりを検出したら、前記駆動機構による前記DNA固定基板の駆動を再開し、前記イオン電流を検出する、
ことを特徴とする生体試料分析方法。
The biological sample analysis method according to claim 7 .
When the vibration is detected based on the vibration information, the driving of the DNA fixing substrate by the driving mechanism is restarted, and the ion current is detected.
A biological sample analysis method characterized by the above.
請求項に記載の生体試料分析方法であって、
前記振動情報を検知し、かつ前記DNAの配列順序の反転を検知した場合に、前記検出部により検出した前記イオン電流を補正する、
ことを特徴とする生体試料分析方法。
The biological sample analysis method according to claim 8 .
When the vibration information is detected and the sequence order of the DNA is reversed, the ion current detected by the detection unit is corrected.
A biological sample analysis method characterized by the above.
DNAの塩基配列を分析する生体分析装置の生体分析方法であって、
前記生体分析装置は、測定対象物が通過するナノメートルサイズの穴を有し、両側に電圧が印加されるナノポア基板により内部が区切られ、電解質溶液で満たされる槽と、前記ナノポア基板に対向して位置し、前記DNAが固定されるDNA固定基板と、前記DNA固定基板を駆動させる駆動機構と、前記DNAが前記ナノポア基板を通過する際のイオン電流を検出する検出部と、前記生体分析装置の振動情報を検知する振動検知部と、を備えており、
検出した前記イオン電流と、検知した前記振動情報を用いて前記塩基配列の分析を行い、
前記ナノポア基板は、前記ナノメートルサイズの穴を複数備えており、前記DNA固定基板は、未知配列と既知配列のDNAとが固定される、
ことを特徴とする生体試料分析方法。
It is a bioanalytical method of a bioanalyzer that analyzes the base sequence of DNA.
The bioanalyzer has a nanometer-sized hole through which an object to be measured passes, and the inside is separated by a nanopore substrate to which a voltage is applied on both sides to face a tank filled with an electrolyte solution and the nanopore substrate. A DNA fixing substrate on which the DNA is fixed, a driving mechanism for driving the DNA fixing substrate, a detection unit for detecting an ion current when the DNA passes through the nanopore substrate, and the bioanalyzer. It is equipped with a vibration detection unit that detects the vibration information of
The base sequence is analyzed using the detected ion current and the detected vibration information.
The nanopore substrate is provided with a plurality of nanometer-sized holes, and the DNA fixing substrate is used to fix an unknown sequence and a DNA having a known sequence.
A biological sample analysis method characterized by the above.
請求項10に記載の生体試料分析方法であって、
前記振動検知部は、前記既知配列のDNAに対する前記イオン電流を用いて振動を検知する、
ことを特徴とする生体試料分析方法。
The biological sample analysis method according to claim 10 .
The vibration detection unit detects vibration by using the ion current with respect to the DNA of the known sequence.
A biological sample analysis method characterized by the above.
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