CN1688884A - 相互作用检测方法、生物测定装置以及用于生物测定的基板 - Google Patents

相互作用检测方法、生物测定装置以及用于生物测定的基板 Download PDF

Info

Publication number
CN1688884A
CN1688884A CNA038236877A CN03823687A CN1688884A CN 1688884 A CN1688884 A CN 1688884A CN A038236877 A CNA038236877 A CN A038236877A CN 03823687 A CN03823687 A CN 03823687A CN 1688884 A CN1688884 A CN 1688884A
Authority
CN
China
Prior art keywords
cantilever
substrate
interaction
test
reaction zone
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CNA038236877A
Other languages
English (en)
Other versions
CN100350249C (zh
Inventor
真峰隆义
木下隆
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sony Corp filed Critical Sony Corp
Publication of CN1688884A publication Critical patent/CN1688884A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN100350249C publication Critical patent/CN100350249C/zh
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/02—Analysing fluids
    • G01N29/036—Analysing fluids by measuring frequency or resonance of acoustic waves
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12Q—MEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q1/00—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
    • C12Q1/68—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving nucleic acids
    • C12Q1/6813—Hybridisation assays
    • C12Q1/6816—Hybridisation assays characterised by the detection means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y5/00—Nanobiotechnology or nanomedicine, e.g. protein engineering or drug delivery
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/02—Indexing codes associated with the analysed material
    • G01N2291/025—Change of phase or condition
    • G01N2291/0256—Adsorption, desorption, surface mass change, e.g. on biosensors
    • G01N2291/0257—Adsorption, desorption, surface mass change, e.g. on biosensors with a layer containing at least one organic compound

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Proteomics, Peptides & Aminoacids (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
  • Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)

Abstract

在池检测部位(2)中，悬臂(13)的端面(13a)事先经过表面处理以便固定测试核苷酸链(D)。在反应区(10)，由阴极(11)和阳极(12)产生电场，导致从喷嘴(3)滴下的目标核苷酸链(T)向端面(13a)移动，同时目标核苷酸链T保持伸展状态。当测试核苷酸链(D)和目标核苷酸链(T)杂交时，悬臂(13)的质量增加，固有振动频率降低。因此，将交流电压施加到悬臂(13)来测定固有振动频率的变化时，可以检测有无杂交作用，并定量检测所杂交的目标核苷酸链(T)的数目等。

Description

相互作用检测方法、生物测定装置以及用于生物测定的基板
技术领域
本发明涉及检测相互作用的方法、生物测定装置以及用于生物测定的基板，尤其是适用于生物信息学(生命信息科学)领域的那些。
本申请要求以于2002年10月4日在日本申请的日本专利申请2002-292861为优先权，其作为参考应用于本申请。
背景技术
用于生物测定的、被称作DNA芯片或DNA微阵列(下文统称DNA芯片)的集成电路基板，通过微阵列技术精密排布指定的DNA，这种基板现在用于基因突变和SNP(单核苷酸多态性)分析、基因表达频率分析等。集成电路基板已经在包括药物开发、临床诊断、药物基因学、法医学在内的多种领域以及其它领域广泛应用。
在DNA芯片中，玻璃基板或硅基板上集成了多种众多DNA寡核苷酸链、cDNA(互补DNA)等，因此，DNA芯片的特征在于有可能全面分析(inclusive analysis)分子间相互作用如杂交作用。
下面简述一例DNA芯片分析方法。向玻璃基板或硅基板上的固相DNA探针中掺入荧光探针dNTP，从细胞、组织等提取的mRNA(信使RNA)可以用该荧光探针dNTP经反转录PCR反应(聚合酶链反应)等进行PCR扩增，在所述基板上进行杂交，用指定的检测器进行荧光测定。
这里所述DNA芯片可以分为两类。第一类通过光蚀刻技术在指定基板上直接合成寡核苷酸，所述光蚀刻技术利用了半导体曝光技术。AffymetrixCo.，Ltd.生产的DNA芯片为这一类的代表。第一类DNA芯片在，例如，特表平4-505763中记载。
第二类也称“Stanford方式”，它用开口销(split pin)将预制的DNA分注到基板上并使其固相化，由此形成芯片。第二类DNA芯片的集成度比第一类DNA芯片的低，第二类DNA芯片有利于约1kb DNA片断的固相化。第二类DNA芯片在，例如，特表平10-503841中记载。
在国际公开第01/33226号中，根据与上述常规DNA芯片技术不同的技术观点提出了悬臂传感器技术(cantilever sensor technique)，其中，采用了由MEMS(Micro Electro Mechanical System：micro-machine)制成的悬臂。
下面简述了一例用国际公开第01/33226号中所述悬臂传感器进行分析的方法。将上表面具有固相DNA探针的悬臂用激光光束照射。杂交反应使悬臂弯曲，由此可以测定受光部指定位置的反射光强度变化，从而检测是否发生杂交反应。
然而，上述常规DNA芯片技术，是在二维基板的狭窄检测部分使DNA探针等的测试核苷酸链或蛋白质等固相化(被固定)，以便加速杂交反应或抗原抗体反应等物质间相互作用的进行，反应产物的空间自由度因此受到限制，并且有可能在反应中发生空间位阻。因此，常规DNA芯片技术等存在相互作用效率极低和反应时间加长的问题。
而且，在常规DNA芯片技术中，样品溶液只滴在基板上的指定斑点部位(spot part)(检测部位)，无法确定样品溶液中所含的目标物质相对于固定在斑点部位的检出物质而言的相对位置。
另一方面，在上述悬臂传感器技术中，样品溶液中所含的目标物质不需要事先用荧光标记。然而，在悬臂被高度集成的情况中，当悬臂表面用激光光束照射时，存在对反射光的接收很难进行机械控制的问题。
发明内容
本发明是在常见情况的基础上提出的，本发明的一个目的在于提供相互作用检测方法、生物测定装置和用于生物测定的基板，它们无需对目标物质进行荧光标记，就可以高效定量检测杂交作用和物质间的其它相互作用。
为达到上述目的，本发明的相互作用检测方法和生物测定装置可以测定检测部位的物质间相互作用。检测部位包括至少一个悬臂，其至少一个部位经表面处理可以固定测试物质，检测部位还包括为固定在表面处理部位的测试物质和目标物质之间的相互作用提供场所的反应区，用于振动并激发所述悬臂的驱动源，以及用于检测悬臂振动幅度的振动检测部件。在相互作用检测方法和生物测定装置中，通过测定悬臂固有振动频率基于该相互作用而发生的变化来检测该相互作用。
这里所述悬臂配有振动器，它在对向电极(counter electrode)之间设置压电材料，所述驱动源通过在对向电极之间施加交流电压而振动和激发悬臂。
而且，所述测试物质和所述目标物质是，例如，核苷酸链，所述相互作用是杂交作用。
在相互作用检测方法和生物测定装置中，测试物质被固定到悬臂上，所述悬臂有至少一部分经表面处理可以固定所述测试物质。通过测定所述测试物质和目标物质的相互作用所引起的悬臂固有振动频率的变化来检测所述相互作用。
例如，在所述测试物质和目标物质为核苷酸链的情况中，当固定到悬臂端面的测试核苷酸链与目标核苷酸链杂交时，悬臂的质量增加，导致悬臂的固有振动频率降低。相应地，在本发明的相互作用检测方法和生物测定装置中，可以通过测定固有振动频率的变化来检测杂交作用。
此外，为实现上述目的，根据本发明的用于生物测定的基板设有检测部位，其包括至少一个悬臂，该悬臂的至少一部分经表面处理可以固定所述测试物质，本发明的基板还包括反应区，它为固定在表面处理部位的测试物质和目标物质之间的相互作用提供场所。
这里所述检测部位可以被制成池检测部位(cell detecting part)，其中的悬臂从壁表面伸出，而所述基板上可以设置多个池检测部位。在根据本发明的用于生物测定的基板中，基板可以为盘状基板。在这种情况中，从上方观察，池检测部位呈放射状。
当用于生物测定的基板形成盘状基板时，可以将所述反应区设置在基板上放射状延伸的条状沟槽(line groove)中。在这种情况中，所述悬臂从条状沟槽一侧突出。
此外，所述池检测部位或条状沟槽的单位，或者成组的多个池检测部位或条状沟槽的单位，可以分别固定不同的测试物质。
而且，所述反应区可以填充能在室温和适宜反应温度之间产生凝胶和溶胶的可逆相变的物质。
在用于生物测定的基板中，通过测定所述悬臂的固有振动频率基于所述相互作用而发生的变化来检测该相互作用。
本发明的其它目的和具体优势可以参见下述实施例。
附图说明
图1是一实施例中生物测定装置所用的用于生物测定的基板的外观斜视图。
图2是用于生物测定的基板上多个池检测部位中一个的放大斜视图。
图3是从池检测部位反应区一侧突出的悬臂的放大斜视图。
图4A-4D说明一例悬臂制作过程。
图5是检测悬臂固有振动频率变化的方法。
图6是交流电源的频率改变时所测的电压波形。
图7是另一种结构的悬臂的斜视图。
图8是悬臂在含有压电元件的位置的垂直横截面。
图9A和9B说明生物测定装置中使用的另一例基板。图9A是从上方观察到的基板的平面图。图9B是图9A中X部分的放大的平面图。
实施本发明的最佳模式
下文参照附图详细描述应用本发明的具体实施例。在该实施例描述的生物测定装置及其相互作用检测方法中，测试核苷酸链(测试物质)的末端部位事先被固定到悬臂的端面上，所述悬臂具有振动器，该振动器由设置在对向电极之间的压电材料组成。测试核苷酸链和目标核苷酸链(目标物质)的杂交反应引起质量变化，这导致悬臂的固有振动频率变化，该变化可以用于定量检测杂交反应。
本文中“核苷酸链”是指核苷酸磷酸酯的聚合物，其中，嘌呤碱基或嘧啶碱基与糖合通过糖苷键相连。核苷酸链广义上包括含有DNA探针的寡核苷酸、多核苷酸、具有与嘧啶核苷酸聚合的嘌呤核苷酸的DNA(全长或其片断)、反转录得到的cDNA(cDNA探针)、RNA等。
首先，图1显示本实施例的生物测定装置中所用的生物测定基板1(下文简称基板)的外观斜视图。图1所示的基板1由光学信息记录介质中所用的盘状基板所采用的基板材料形成，所述光学信息记录介质诸如CD(ComPact Disk)、DVD(Digital Versatile Disk)、MD(Mini Disk)(注册商标)。
基板材料是由石英玻璃、硅或者可模压为盘状的合成树脂如聚碳酸酯、聚苯乙烯等制成盘状，优选由可注模(injection-modable)的合成树脂制成。本实施例使用了一种廉价的合成树脂基板，以便可以以低于常规玻璃基板的成本来获得基板。在基板1的中央可以形成孔(图中未示出)，用于固定旋转基板所用的轴(spindle)。
基板1的一个表面上设置多个池检测部位2，它们具有与基板周边区域分隔的小室状反应区，导致从上方观察，是从基板1中心的周边区域呈放射状延伸。
池检测部位2可以设置在基板1上的适当位置。然而，如上所述，从上方观察，池检测部位2设置为放射状。因此，基板1上具有可以有效用于提高信息集成密度的空间。
此外，池检测部位2被分开而不会相互污染。因此，可以在池检测部位单位或成组的池检测部位单位中固定不同的测试核苷酸链，并将这些链隔开，还可以为每一测试核苷酸链设定独立的条件以加速杂交反应。
例如，可以将表示疾病出现的标记基因分组并固定在基板1上。相应地，使用一种基板以便可以同时识别多种出现病变的状况。
而且，可以将需要固定的测试核苷酸链根据Tm(解链温度)或GC含有率的不同而分组。因此，可以根据测试核苷酸链的性质而精细选择可获得活跃杂交反应的缓冲液的组成、浓度等反应条件、清洗条件、所滴加的样品溶液的浓度等。因此，分析过程中假阳性或假阴性的风险降低了。
图2显示了一个放大的池检测部位2的外观斜视图。如图2所示，池检测部位2包括反应区10，阴极(cathode)11和阳极(anode)12，以及悬臂(cantilever)13，反应区10可以作为测试核苷酸链D和目标核苷酸链T之间杂交反应的场所，阴极11和阳极12用于在反应区10的两端形成电场，悬臂13从池检测部位2的阳极12一侧伸出。
反应区10形成基本上为正方形的上方开口的池，例如，深度为1μm并且长度和宽度为100μm的池。然而，反应区并非局限于所述形状和尺寸。
反应区10侧面的上述悬臂13的一个端面13a经过表面处理，可以使测试核苷酸链D的末端部位通过耦合反应等化学结合而被固定。即，可以优选对端面13a进行适当的表面处理，以便固定DNA探针等测试核苷酸链D的事先处理过的末端部位。例如，当悬臂13的端面13a用链亲和素进行表面处理时，经表面处理过的端面13a适于固定生物素化的核苷酸链的末端部位。这里是对端面13a进行表面处理，但端面并非局限于此，并且可以对悬臂13的至少一个部分进行表面处理。
这里，在核苷酸链中，离子云被认为由形成核苷酸链骨架的磷酸根离子(负电荷)和由其周围存在的离子化的水产生的氢离子(正电荷)形成。通过施加高频高电压，由这些负电荷和正电荷产生的偏振量完全指向一个方向。结果使核苷酸链伸长。而且，当将部分集中电力线的不均匀电场施加到核苷酸链时，核苷酸链向电力线集中的部分移动(参见Seiichi Suzuki，TakeshiYamanashi，Shin-ichi Tazawa，Osamu Kurosawa and Masao Washizu：“Quantitatie analysis on electrostatic orientation of DNA in stationary ACelectric field using fluorescence anisotropy”，IEEE Transaction on IndustrialApplication，Vol.34，No.1，p.75-83(1998))。
因此，当能将电力线集中到每个悬臂13的端面13a的高频高电压电场通过阴极11和阳极12施加到核苷酸链上时，由于应用高频高电压而伸长的核苷酸链向端面13a移动。致使末端部位与端面13a接触，以此确保测试核苷酸链D的末端部位被固定到悬臂13的端面。特别是，当采用下述具有PZT(锆酸钛酸铅，lead zirconate titanate)或SBT(钽酸锶铋，strontium bismuthtantalite)等压电材料的强诱电体(ferrodielectic member)时，这些强诱电体使电力线优选集中在悬臂13的端面13a。
具有图2所示末端部位的喷嘴3用于滴加样品溶液S(S`)。根据上述基板1提供的位置信息和旋转同步信息，沿反应区10精确滴加含有测试核苷酸链D的样品溶液S和含有目标核苷酸链T的样品溶液S`。
滴加方法优选采用喷墨打印法，它可以将非常小的液滴精确地滴在指定的反应区10。
“喷墨打印法”是采用喷墨打印机中使用的喷嘴的方法。样品溶液S(S`)使用电源从类似于喷墨打印机的喷头喷射到基板1上。这种方法包括压电喷墨法、泡沫喷射法(bubble ject，注册商标)以及超声喷射法。
压电喷墨法是在向压电元件施加脉冲而产生位移的压力下喷洒液滴的方法。泡沫喷射法(注册商标)是在对喷嘴中加热器加热而产生泡沫的压力下喷洒液滴的热方法。作为加热器使用的硅基板被嵌入喷嘴内并被控制在约300℃/s，以便形成均匀的气泡并将其推出。但这使样品溶液S(S`)暴露于高温下。因此使用生物材料样品时需要引起注意。超声喷射法是将超声波束施加在样品溶液S(S`)的自由表面，以便局部应用高压，并且从该部位喷射小液滴的方法。故这种方法并不一定需要喷嘴，而且这种方法可以高速形成直径约1μm的小液滴。
在本实施例中，优选采用的喷墨打印法为压电喷墨法。由于所施加的脉冲的形状改变，使得可以控制液滴(非常小的液滴)的尺寸。因此，这种方法优选用于提高分析精度。也即，当液滴表面的曲率半径较小时，可以减小液滴的尺寸。当液滴的曲率半径较大时，可以增大液滴的尺寸。而且，脉冲可以突然变为负方向以将液滴表面向内推使曲率半径减小。
在这里，滴至反应区10的大多数测试核苷酸链D被固定到悬臂13的端面13a，同时在其上覆盖基板，导致后续滴加的目标核苷酸链T与测试核苷酸链D发生杂交反应时，出现空间位阻问题。
因此，在本实施例中，设置在池检测部位2的阴极11和阳极12之间产生电位差(potentiall differentce)，致使贮留在反应区10的液层(盐溶液)形成电场。然后，测试核苷酸链D沿着电场方向呈直链状伸长。优选上述高频高电压位于1×106V/m附近并且大约为1MHz(参照Masao Washizu andOsamu Kurosawa：“Electrostatic Manipulation of DNA in MicrofabricatedStructure”，IEEE Transaction on Industrial application，Vol.26，No.26，p.1165-1172(1990))。
当池检测部位2在基板1上排列成行时，可以为每个池检测部位2设置阴极11和阳极12。而且，阴极11和阳极12可以分别在常见的电极内形成。
如上所述，将高频高电压施加到上述池检测部位2，测试核苷酸链D和目标核苷酸链T呈直链状伸长。因此，很少出现空间位阻，并且有效地加速了杂交反应。结果，杂交的反应时间缩短，并且显示假阳性或假阴性的可能性也降低。
图3放大了伸出到池检测部位2的反应区10一侧的悬臂13。图3示意了测试核苷酸链D与目标核苷酸链T杂交形成双链的情况，其中测试核苷酸链D的末端部位被固定到悬臂13的端面13a，而目标核苷酸链T具有与测试核苷酸链D的碱基序列互补的碱基序列。为了简明，图3显示了一个测试核苷酸链D固定到端面13a的情况。然而，实际上，可以根据悬臂13的宽度将足够数目的测试核苷酸链D固定到端面。
反应区10可以填充琼脂糖凝胶等相变物质(图中未示出)，它们在室温和适宜反应温度之间出现凝胶和溶胶(sol)的可逆相变。在这种情况下，可以有利地进行以下过程：在高温使相变物质变为溶胶，在这种状态下将电压施加到单链DNA等核苷酸链的序列后，降低温度使相变物质变为凝胶，再使相变物质在适于杂交反应的温度变为溶胶。而且，优选当相变物质保持在凝胶状态、并且DNA等核苷酸链为伸长状态时进行杂交。
在相变物质变为凝胶的状态下，当含有目标核苷酸链T的样品溶液S`滴加到池检测部位2时，有可能阻止杂交作用的进行。因此，可以事先在滴加位置形成与常规电泳同样的垂直方向的沟槽，并将样品溶液S`滴到所述述沟槽内。
上述悬臂13具有由设置在对向电极之间的压电材料组成的振动器。将交流电压施加至振动器，可以使振动器在相应的频率振动。此时，悬臂13可以整体成为压电振动器。而且，可以在悬臂13上形成压电元件。
悬臂13可以采用，例如，特开2001-347499号中公报记载的技术来制造。图4A-4D简单描述了上述制造方法的原理。
首先，如图4A所示，用聚硅层21作为牺牲层，在硅基板20底部一个部位形成最终的空腔部位作为池检测部位2。整个底部具有统一的高度。然后，在底部表面涂布光刻胶(photoresist)，形成抗蚀图(resist patterm)，用来掩模(mask)除了利用光蚀刻法等方法形成悬臂13的部位以外的部位。之后，采用例如SiH4-N2O体系，经CVD(Chemical Vapor Deposition，化学气相成长)法，形成图4B所示由SiO2(二氧化硅)构成的绝缘层22。不仅可以使用SiO2，还可以使用例如SiH4-NH3，经CVD法，形成由SiNX(氮化硅)构成的绝缘层22。
然后，如图4C所示，逐层层叠(sequentially laminated)由Pt(铂)或In(铟)等构成的下部电极层23、由PZT(Pb(Ti，Zr)O3：锆酸钛酸铅)或SBT(SrBi2Ta2O9：钽酸锶铋)等构成的压电材料层24、以及由Pt或In等构成的上部电极层25，并成图(patterned)。
最后，如图4D所示，将XeF2(二氟化氙)或BrF3(三氟化溴)在真空室中升华(sublime)并导入，通过选择性蚀刻操作彻底去除聚硅层21。
在本实施例中，测定如上所述制造的悬臂13的固有振动频率的变化，从而检测是否有杂交反应。
具体地，如图5所示，形成将下部电极层23与上部电极层25连接的交流回路。当交流电源30作为悬臂13驱动源使频率改变时，悬臂13振动并激发。然后，电阻31将与共振振幅相关的电流转换为电压，用电压表32作为振动检测部件来测定电压。电压表32所测定的电压波形例如由图6中的实线显示。由于当交流电源30的频率与悬臂13的固有振动频率一致时，悬臂13的共振振幅变为最大，交流电源30在电压峰值时的频率f1显示了悬臂13的固有振动频率。
在这里，固定到悬臂13的端面13a的测试核苷酸链D与具有互补于测试核苷酸链D的碱基序列的目标核苷酸链T杂交，形成双链。在这种情况下，目标核苷酸链T使悬臂13质量增加，从而使悬臂13的固有振动频率降低。因此，电压的波形下移到图6中虚线所示的位置。交流电源30在峰值时的频率变为f2。
相应地，测定频率(固有振动频率)在电压峰值时的变化可以检测是否存在杂交。
而且，由于固有振动频率的变化(f1-f2)与悬臂13的质量变化确切相关，因此测定测试核苷酸链D被固定到悬臂之前的固有振动频率、测试核苷酸链D被固定到悬臂之后的固有振动频率、以及杂交反应完成之后的固有振动频率，可以定量检测被固定到悬臂13的测试核苷酸链D的数目，或者与测试核苷酸链D杂交的目标核苷酸链T的数目。
由于质量变化的增大使固有振动频率变化的检测灵敏度提高，因此，优选用锚着分子(anchor molecule)修饰目标核苷酸链T的末端，以增加其质量。
如上所述，当反应区10填充琼脂糖凝胶等相变物质时，有可能不能精确测定频率。因此，在完成杂交反应后，可以在测定频率前将相变物质变为溶胶，并且可以通过旋转基板1产生离心力作用来除去相变物质。
在上述实施例中，悬臂13整体与压电振动器一起形成。然而，悬臂并非局限于此。如图7所示，作为驱动电极的压电元件40a和作为检测电极的压电元件40b可以设置在悬臂13的上部。图8显示了在这种情况下悬臂13在含有压电元件40a和40b的位置处的垂直截面图。
如图8所示，在悬臂13中，在硅基板41上形成由SiO2或SiNX组成的绝缘层42。而且，压电元件40a和40b分别包括由Pt或In制成的下部电极层43a和43b、由PZT或SBT制成的压电材料层44a和44b以及由Pt或In制成的上部电极层45a和45b，它们依次层叠。
当检测是否存在杂交反应时，交流电源50作为驱动源使频率改变，此时悬臂13振动并被激发。然后，由电压表51作为振动检测部件测定基于共振振幅的电位差。当悬臂13的质量如上所述由于杂交反应而增加时，悬臂13的固有振动频率降低，使电压峰值时交流电源50的频率降低。
当以上述方式确认由杂交反应引起的固有振动频率的变化时，在例如，从指定的细胞提取的样品溶液S`中，可以发现与测试核苷酸链D互补的目标核苷酸链，其中所述测试核苷酸链D含有与特定疾病相关的标记基因。结果，可以预测上述细胞中出现上述疾病。
现参照图9A和9B描述本实施例中用于生物测定的装置的另一例基板。图9A显示了本例中从上方观察到的基板平面图。图9B显示了图9A中X部位的放大平面图。
图9A所示基板60包括条状沟槽检测部位61。在条状沟槽检测部位61中，反应区70具有在基板60上放射状延伸的条状沟槽。从形成条状沟槽的纵向侧观察，悬臂73如图9B所示以指定的间隔伸出并各自具有与在池检测部位2的悬臂13相同的结构。在设有悬臂73的部位，阴极71和阳极72相对设置，将反应区70夹于其间。条状沟槽检测部位61具有将上述池检测部位2排列在条状沟槽内的结构。
每个阴极71可以形成常见的电极。每个阳极72也可以形成常见的电极。即，常见的阴极和常见的阳极可以彼此相对，它们将反应区70夹于其间，并且它们在基板60呈放射状排列。根据上述结构，针型探针可以从上方应用到常见的阴极和常见的阳极，从而提供电流。
上述反应区70可以在每个条状沟槽中排列的凹陷(pin)(附图未示出)中形成。在凹陷的反应区中滴入非常小的液滴，可以实现基本相同的斑点尺寸。
此外，在条状沟槽检测部位61中，可以使用送液部件，它可以利用毛细作用或利用经指定的方法旋转盘状基板60而产生的离心力。
具体地，在基板61的中心位置设置储液部件62。在储液部件62中注入样品溶液S(S`)或清洗液，所述清洗液用于除去反应后没有被活性结合(actively bond)的过量目标核苷酸链T。使基板60旋转，以便顺利并且可靠地将液体从基板中心区域供至条状沟槽(即，反应区70)。
在条状沟槽检测部位61，条状沟槽检测部位单位或者成组的条状沟槽检测部位单位可以固定不同的测试核苷酸链D。
以下简述基板1和60的位置信息和旋转同步信息。在基板1和60的旋转方向，形成许多事先由光盘控制过程(disc mastering processs)形成的地址凹陷(adderss pit)。当基板1和60被视为光盘时，作为滴加检测位置的反应区10和70可以被视为用户数据区。在其它区域，同步凹陷(synchronizingpit)由样品伺服系统(sample servo system)来排列并且也用作跟踪伺服系统(tracking servo)。紧随其后插入地址部分(adderss parts)(光盘上的地理地址)，以便给出位置信息。
地址部分由扇区标志开头(sector mark starting)、VFO、地址标志(adderssmark)和ID(标识符)组成，其中扇区标志开头作为第一图形，VFO用于应用(apply)实际上为旋转盘的旋转相，地址标志用于应用地址数据的开头位置，ID包括磁道(track)和扇区(sector)等的数目。
当采用具有上述结构的基板1和60进行生物测定时，使用了至少包括下述部件和器具(mechanicsm)的装置。即，该装置(附图中未示出)至少包括：使上述基板1和60保持旋转的基板旋转部件、在基板1和60通过基板旋转部件而旋转时将样品溶液S(S`)以指定的顺序和时间滴到反应区10和70的滴定部件、将滴加部件(其喷嘴)和基板间的距离保持在指定距离的焦点伺服器(focus servo mechanicsm)、以及根据基板1和60提供的位置信息和旋转同步信息使样品溶液S(S`)沿着基板1和60的反应区10和70滴下的跟踪伺服器(tracking servo mechanicsm)。
当利用上述基板1和60以及使用它们的生物测定装置时，可优选实施根据本发明的上述相互作用检测方法。
即，当在悬臂13和73的端面固定的测试核苷酸链D与目标核苷酸链T杂交时，悬臂13和73的质量增加。相应地，悬臂13和73的固有振动频率降低。因此，测定固有振动频率的变化可以检测杂交作用。
此外，可以通过阴极11和71以及阳极12和72在反应区10和70上形成电场。因此，当测试核苷酸链D和目标核苷酸链T反应区10和70内伸长时，它们可以相对移动并杂交。相应地，杂交效率提高了。
本发明并非局限于上述实施例以及附图对其的说明。本领域普通技术人员应当理解，在不偏离附属的权利要求和其要旨的前提下可以进行各种变形、替换或者等同物。
例如，在上述实施例中，用于生物测定的基板形成盘状。然而，基板并非局限于上述形状，可以适当地选择矩形和其它平板形状并进行测定。
此外，在上述实施例中，测定测试核苷酸链D和目标核苷酸链T有无杂交反应的情况可以被解释为一种代表例。然而，本发明并非局限于上述检测有无杂交反应的实例。
特别是，可以在上述反应区10和70内由测试核苷酸链D形成双链核苷酸，并且除了进行杂交反应之外，还可以进行双链核苷酸与肽(或蛋白质)间的相互作用、酶反应相互作用以及其它分子间的相互作用。特别是，当使用双链核苷酸时，可以分析受体分子如作为转录因子的激素受体和具有反应元件的DNA分子的结合。
如上所述，“生物测定”泛指根据杂交或物质间的其它相互作用进行的生化分析。
工业实用性
本发明特别优选用于基于DNA芯片的生物测定方法，并且可以用于基因突变分析、SNP(单核苷酸多态性)分析、基因表达频率分析等。本发明可以在包括药物开发、临床诊断、药物基因学、法医学在内的多种领域以及其它领域广泛应用。

Claims (18)

1、一种用于测定检测部位的物质间相互作用的相互作用检测方法，所述检测部位包括至少一个悬臂，该悬臂的至少一个部分经表面处理可以固定测试物质，所述检测部位还包括为固定在表面处理部位的测试物质与与目标物质之间的相互作用提供场所的反应区，用于振动和激发悬臂的驱动源，以及用于测定悬臂的振动幅度的振动检测部件，所述的相互作用检测方法包括：通过测定所述悬臂固有振动频率基于所述相互作用而发生的变化来测定所述相互作用。
2、根据权利要求1所述的相互作用检测方法，其中，所述悬臂配有振动器，它在对向电极之间设置压电材料，且所述驱动源通过在对向电极之间施加交流电压而振动和激发所述悬臂。
3、根据权利要求1所述的相互作用检测方法，其中，所述测试物质和目标物质为核苷酸链，且所述相互作用为杂交作用。
4、根据权利要求3所述的相互作用检测方法，还包括形成电场的步骤，其中，在所述反应区形成电场，并且当所述测试核苷酸链和目标核苷酸链在所述反应区内伸展时，它们相对移动以进行杂交。
5、一种生物测定装置，其具有检测部位，所述检测部位包括至少一个悬臂，该悬臂有至少一个部分经表面处理可以固定测试物质，所述检测部位还包括为固定在表面处理部位的测试物质与与目标物质之间的相互作用提供场所的反应区、用于振动和激发悬臂的驱动源、以及用于检测悬臂的振动幅度的振动检测部件。
6、根据权利要求5所述的生物测定装置，其中，所述悬臂配有振动器，它在对向电极之间设置压电材料，且所述驱动源通过在对向电极之间施加交流电压而振动和激发所述悬臂。
7、根据权利要求5所述的生物测定装置，其中，所述测试物质和目标物质为核苷酸链，且所述相互作用为杂交作用。
8、根据权利要求7所述的生物测定装置，其中，所述检测部位还包括电场形成部件，该部件用于在所述反应区形成电场，并且使所述测试核苷酸链和目标核苷酸链在伸展的同时发生相对移动，以便进行杂交。
9、一种用于生物测定的基板，其具有检测部位，所述检测部位包括至少一个悬臂，所述悬臂有至少一个部分经表面处理可以固定测试物质，所述检测部位还包括反应区，所述反应区为固定在表面处理部位的测试物质与与目标物质之间的相互作用提供场所。
10、根据权利要求9所述的用于生物测定的基板，其中，所述检测部位为池检测部位，在该池检测部位中，所述悬臂从壁表面突出，并且所述基板上设置多个池检测部位。
11、根据权利要求10所述的用于生物测定的基板，其中，所述基板形成盘状基板，并且，从上方观察时，所述池检测部位在所述盘状基板上呈放射状。
12、根据权利要求10所述的用于生物测定的基板，其中，所述池检测部位的单位或成组的多个池检测部位的单位分别固定不同的测试物质。
13、根据权利要求9所述的用于生物测定的基板，其中，所述基板形成盘状基板，所述反应区设置在放射状延伸的条状沟槽中，并且，所述悬臂从所述条状沟槽的一侧突出。
14、根据权利要求13所述的用于生物测定的基板，其中，所述池检测部位的单位或成组的多个池检测部位的单位分别固定不同的测试物质。
15、根据权利要求9所述的用于生物测定的基板，其中，所述反应区用能在室温和适宜反应温度之间产生凝胶和溶胶的可逆相变的物质填充。
16、根据权利要求9所述的用于生物测定的基板，其中，通过测定所述悬臂的固有振动频率基于所述相互作用而发生的变化来检测该相互作用。
17、根据权利要求9所述的用于生物测定的基板，其中，所述测试物质和目标物质为核苷酸链，并且所述相互作用为杂交作用。
18、根据权利要求17所述的用于生物测定的基板，其中，所述检测部位还包括电场形成部件，该部件用于在所述反应区形成电场，并且使所述测试核苷酸链和目标核苷酸链在伸展的同时发生相对移动，以便进行杂交。
CNB038236877A 2002-10-04 2003-09-24 相互作用检测方法、生物测定装置以及用于生物测定的基板 Expired - Fee Related CN100350249C (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002292861A JP4329322B2 (ja) 2002-10-04 2002-10-04 相互反応作用検出方法及びバイオアッセイ装置、並びにバイオアッセイ用基板
JP292861/2002 2002-10-04

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN1688884A true CN1688884A (zh) 2005-10-26
CN100350249C CN100350249C (zh) 2007-11-21

Family

ID=32063931

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNB038236877A Expired - Fee Related CN100350249C (zh) 2002-10-04 2003-09-24 相互作用检测方法、生物测定装置以及用于生物测定的基板

Country Status (8)

Country Link
US (1) US20060063153A1 (zh)
EP (1) EP1548438B1 (zh)
JP (1) JP4329322B2 (zh)
CN (1) CN100350249C (zh)
AU (1) AU2003266583A1 (zh)
DE (1) DE60323517D1 (zh)
TW (1) TW200413540A (zh)
WO (1) WO2004031769A1 (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101576404B (zh) * 2008-05-08 2011-04-20 瑞鼎科技股份有限公司 振荡器、质量测量系统以及质量测量方法
CN110691868A (zh) * 2017-05-22 2020-01-14 Gen9股份有限公司 用于核酸操纵的装置和方法

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100583233B1 (ko) * 2004-09-16 2006-05-26 한국과학기술연구원 생체물질 측정 시스템 및 방법
JP5519088B2 (ja) 2004-09-28 2014-06-11 ソニー株式会社 核酸分子塩基配列の決定方法及び決定装置
JP2006125984A (ja) * 2004-10-28 2006-05-18 Japan Science & Technology Agency デイジー型カンチレバーホイールを有する計測装置
JP2006214744A (ja) * 2005-02-01 2006-08-17 Gunma Univ バイオセンサ及びバイオセンサチップ
BRPI0609883A2 (pt) * 2005-05-20 2010-05-04 Rmit University dispositivo de ensaio
JP2007121246A (ja) * 2005-10-31 2007-05-17 Kyocera Kinseki Corp マイクロ流路
KR100746961B1 (ko) * 2006-07-31 2007-08-07 한국과학기술연구원 단백질 키나아제 ａ 검출용 바이오 센서, 및 이를 포함하는키트
JP4845649B2 (ja) * 2006-09-07 2011-12-28 キヤノン株式会社 微小物体の表面評価装置及び微小物体の表面評価方法
US9140684B2 (en) 2011-10-27 2015-09-22 University Of Washington Through Its Center For Commercialization Device to expose cells to fluid shear forces and associated systems and methods
USD857226S1 (en) 2017-08-30 2019-08-20 Delta Electronics Int'l (Singapore) Pte Ltd Biosample processing cartridge
TWD188839S (zh) 2017-08-30 2018-03-01 台達電子國際（新加坡）私人有限公司 生物試樣處理卡匣之部分
WO2022187381A1 (en) * 2021-03-02 2022-09-09 Volta Labs, Inc. Methods and systems for droplet manipulation

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3198355B2 (ja) * 1991-05-28 2001-08-13 キヤノン株式会社 微小変位素子及びこれを用いた走査型トンネル顕微鏡、情報処理装置
US5445008A (en) * 1994-03-24 1995-08-29 Martin Marietta Energy Systems, Inc. Microbar sensor
US5807758A (en) * 1995-07-21 1998-09-15 Lee; Gil U. Chemical and biological sensor using an ultra-sensitive force transducer
KR0182853B1 (ko) * 1995-08-07 1999-05-15 김신규 자가면역 질환의 진단 방법
US5827482A (en) * 1996-08-20 1998-10-27 Motorola Corporation Transistor-based apparatus and method for molecular detection and field enhancement
WO1998050773A2 (en) * 1997-05-08 1998-11-12 University Of Minnesota Microcantilever biosensor
US6203983B1 (en) * 1997-06-16 2001-03-20 Affymetrix, Inc. Method for detecting chemical interactions between naturally occurring bio-polymers which are non-identical binding partners
US6485944B1 (en) * 1997-10-10 2002-11-26 President And Fellows Of Harvard College Replica amplification of nucleic acid arrays
US6016686A (en) * 1998-03-16 2000-01-25 Lockheed Martin Energy Research Corporation Micromechanical potentiometric sensors
JP3829491B2 (ja) * 1998-08-27 2006-10-04 株式会社日立製作所 プローブチップ、プローブチップ作成方法、試料検出方法、及び試料検出装置
DE60023917T2 (de) * 1999-05-03 2006-07-27 Nanonord A/S Sensor für ein mikrofluidisches bearbeitungssystem
EP1202046A1 (de) * 2000-10-25 2002-05-02 Abb Research Ltd. Verfahren und Sensor zur Bestimmung biologischer Spezies
JP2002250726A (ja) * 2000-12-08 2002-09-06 Toray Ind Inc ポリマー配列固定化ディスクおよび固定化ポリマー配列による検出方法
US6457360B1 (en) * 2001-02-21 2002-10-01 Conel Ltd. High-precision integrated semiconductor peizoresistive detector devices and methods using the same

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101576404B (zh) * 2008-05-08 2011-04-20 瑞鼎科技股份有限公司 振荡器、质量测量系统以及质量测量方法
CN110691868A (zh) * 2017-05-22 2020-01-14 Gen9股份有限公司 用于核酸操纵的装置和方法

Also Published As

Publication number Publication date
WO2004031769A1 (ja) 2004-04-15
JP2004125706A (ja) 2004-04-22
US20060063153A1 (en) 2006-03-23
EP1548438B1 (en) 2008-09-10
AU2003266583A1 (en) 2004-04-23
EP1548438A4 (en) 2005-11-09
JP4329322B2 (ja) 2009-09-09
CN100350249C (zh) 2007-11-21
EP1548438A1 (en) 2005-06-29
TW200413540A (en) 2004-08-01
DE60323517D1 (de) 2008-10-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN100350249C (zh) 相互作用检测方法、生物测定装置以及用于生物测定的基板
WO2006018981A1 (ja) Ｄｎａチップの製造方法と製造システム、ハイブリダイゼーション検出方法と検出システム、並びに基板処理装置と基板処理方法
US8470570B2 (en) Apparatus and method for printing biomolecular droplet on substrate
JP4216257B2 (ja) 電気水力学的現象を利用して基板上に生体分子をプリンティングする装置及びそのプリンティング方法
US20050112548A1 (en) Unit for detecting interaction between substances utilizing capillarity, and method and bioassay substrate using the detecting unit
TW594003B (en) Sensor cell, biosensor, capacitive device manufacturing method, biological reaction detection method, and gene analyzing method
EP1605063B1 (en) Hybridization detecting unit and DNA chip including the detecting unit
CN1869693A (zh) 生物鉴定用基板和装置、以及基板的制造方法
TW200305648A (en) Bio-assay substrate, bio-assay apparatus, and reading apparatus
CN100387990C (zh) 生物测定方法、生物测定设备和生物测定衬底
EP1721667B1 (en) Device for printing biomolecules on substrate using electrohydrodynamic effect
JP2003322630A (ja) バイオセンサ、バイオセンシングシステム、及びバイオセンシング方法
JP4200801B2 (ja) バイオアッセイ用基板
CN1836162A (zh) 通过将两层基片层叠在一起制造生物测定基片的方法以及生物测定基片
CN110944743A (zh) 在晶圆上进行化学合成的系统和方法
JP4218257B2 (ja) バイオアッセイ方法及びバイオアッセイ装置
JP2005030783A (ja) 生化学反応装置、生化学反応用基板、ハイブリダイゼーション用基板の製造方法及びハイブリダイゼーション方法
JP2005300460A (ja) 相互作用検出部と該検出部を備えるバイオアッセイ用基板、並びに媒質滴下方法と媒質の水分の蒸発を防止する方法
US20050254998A1 (en) Reactive detection chip and spotter suitable for manufacturing the chip
CN1239714C (zh) 一种生物芯片的制备方法
KR101162365B1 (ko) 바이오 어세이 방법, 바이오 어세이 장치 및 바이오어세이 기판
JP4349002B2 (ja) 試料物質を供給又は回収するための装置を用いた試料物質供給回収方法
US20040018614A1 (en) Biochip preparation method
JP2006003148A (ja) リザーバ部に連通するチャネル部を備える検出部及びバイオアッセイ用基板

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
C17 Cessation of patent right
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20071121

Termination date: 20091026