CN1816744A - 生化反应装置及基板,杂交用基板的制造方法及杂交方法 - Google Patents

Abstract

一种生物测定基板(1)具有类似于例如CD等光盘的圆形且平的主侧。围绕中心孔(2)旋转驱动基板(1)。基板(1)在其表面(1a)上设置有多个井(8)，探针DNA(检测用核苷酸链)和样品DNA(目标核苷酸链)在该井中发生杂交反应。一透明电极层(4)形成在基板(1)中的井(8)的下方。在杂交时，一外部电极(18)从基板(1)的上表面(1a)侧靠近，并且在透明电极层(4)和外部电极(18)之间施加AC电源，从而在垂直方向上向基板(1)施加一AC电场。

Description

生化反应装置及基板，杂交用基板的制造方法及杂交方法

技术领域

本发明涉及一种通过使用基板提供生化反应的生化反应装置，用于生化反应的基板(下文中也称为生物测定基板)，例如DNA芯片等等，杂交核苷酸链的方法，以及其中探针(probe)用核苷酸链被固定的用于杂交的基板的制造方法。

本发明要求于2003年7月7日在日本专利局提交的日本专利申请No.2003-193064的优先权，其全部内容在此参考引用。

背景技术

近年来，被称为“DNA芯片”或者“DNA微阵(DNA microarray)”(下文将通称为DNA芯片”)的用于生化反应的基板用于分析基因突变、SNP(单核苷酸多态现象，single nucleotide polymorphisms)以及基因表达(geneexpression)的频率等等，在该基板中利用微阵技术微阵排列预定的DNA(全长或者部分)。这样的用于生化反应的基板已经在许多领域得到应用，例如药品研究、临床诊断、药理学、法医学等等领域。

在利用DNA芯片进行DAN分析时，从细胞和组织等中提取出的mRNA(信使RNA，messenger RNA)被PCR-放大，并且通过逆转写PCR(聚合酶链反应)等方式在其中集成荧光探针用dNTP，由此生成样本用DNA，并且将该样本用DNA滴到已固相化(固定)于DNA芯片上的探针用DNA上，由此使样本用DNA和探针用DNA杂交。然后，将荧光标识物插入到双螺旋中，并且利用预定的检测器测量荧光。在这样的操作中，确定了是否样本用DNA和探针用DNA的碱基顺序相同。

日本专利申请JP 2001-238674公开了一种杂交加速技术，该技术是基于DNA带负电的事实，并且其中将正电极设置在固定的探针用DNA附近，由此将漂移的样本用DNA移向探针用DNA，从而加速了杂交。

然而，由于在溶液中单股DNA不形成通常的链，而是形成随机的卷，由此空间上妨碍样本用DNA和探针用DNA结合，由此难以快速杂交DNA。即使在电场的作用下，漂移的样本用DNA移向探针用DNA，空间上的妨碍仍存在，并且难于进行更快速的杂交。

发明内容

因此，本发明的一个目的是通过提供一种能够快速杂交DNA的生化反应装置，克服上述现有技术的缺点。

本发明的另一个目的是提供一种能够快速杂交并具有更为简单的构造的生化反应基板。

本发明的另一个目的是提供一种制造能够快速杂交并具有更为简单的构造的生化反应基板的方法。

本发明的另一个目的是提供一种能够容易、快速地实现杂交的杂交方法。

上述目的可以通过提供一种利用生化反应基板的生化反应装置来实现，根据本发明，该装置包括：

用于保持基板的装置，该基板具有用于生化反应的反应区和形成在所述反应区中的电极；

与所述基板的电极相对设置的外部电极；和

用于在所述基板的电极和外部电极之间产生电场的电场控制装置。

此外，上述目的可以通过提供一种用于生化反应的生化反应基板来实现，根据本发明，所述基板包括：

用于生化反应的反应区；和

用于在其自身和一外部电极之间产生电场的电极以使所述电场形成在所述反应区内的电极。

此外，上述目的可以通过提供一种制造杂交基板的方法来实现，根据本发明，所述方法包括以下步骤：

在一基板的平表面上形成多个并，每个井的底部经一第一功能团改性；

向每个井中滴入含有核苷酸链的溶液，其中所述核苷酸链的一端经与所述第一功能团结合的一第二功能团改性；

在施加垂直于所述平基板的AC电场时，将所述第一功能团与所述第二功能团结合，以将所述核苷酸链与所述井的底部结合。

在所述基板制造方法中，探针用核苷酸链的一端连接至所述平基板的表面，并且通过垂直于所述核苷酸链的表面施加一AC电场垂直延伸并移动所述核苷酸链。

此外，上述目的可以通过提供一种杂交方法来实现，根据本发明，所述方法包括以下步骤：

将含有样品用核苷酸链的溶液滴入形成在一平基板的表面上的井中，其中探针用核苷酸链的一端与所述井的底部结合；以及

在垂直于所述平基板施加一AC电场时杂交所述探针用核苷酸链和样品用核苷酸链。

在所述杂交方法中，探针用核苷酸链通过将核苷酸链的一端连接至平基板表面而被固定在井中，一AC电场垂直于所述平基板表面而施加，由此在所述井中垂直延伸并移动所述核苷酸链。

本发明的这些以及其它目的、特征和优点在以下结合附图对实施本发明的最佳实施方式的详细描述中将更加显而易见。

附图说明

图1是根据本发明的生物测定基板的平面图。

图2是根据本发明的生物测定基板的截面图。

图3显示了形成生物测定基板的步骤。

图4显示了在井(well)底部上各具有待改性(to-be-modified)的OH基的硅烷分子。

图5显示了与并底部结合的探针用DNA。

图6解释了对将溶液滴到生物测定基板上进行的控制。

图7解释了将AC电场施加到生物测定基板的方法。

图8是用于利用根据本发明的生物测定基板进行DNA分析的DNA分析器的框图。

具体实施方式

下面将参考附图详细说明根据本发明实施例的DNA分析生物测定基板以及利用生物测定基板进行DNA分析的生物测定方法。

现参照图1，其中示意性示出了作为本发明实施例的一生物测定基板1的顶部。图2是图1所示生物测定基板的示意性截面图。

生物测定基板1是扁平的，并一般形成为具有类似例如CD(CompactDisc)、DVD(数字多功能盘)等的光盘一样的盘状主侧。生物测定基板1在其中央处形成有中心孔2，当生物测定基板1装载在DNA分析器中时，用于固定和旋转生物测定基板1的装卡机构穿过该中心孔2。

如图2所示，生物测定基板1自下方起包括基层3、透明电极层4、固相化层(solid-phasing layer)5和井形成层6。应该理解，下文中，井形成层6处的生物测定基板1的表面将被称为“上表面1a”，而基层3处的表面将被称为“下表面1b”。

基层3对于激发荧光标记(下文将详细描述)的光以及荧光标记的荧光是透明的。例如，基层3由例如石英玻璃、硅、聚碳酸酯、聚苯乙烯等的材料形成。

透明电极层4形成在基层3上。透明电极层4由例如ITO(铟锡氧化物)、铝等的透光且导电的材料形成。透明电极层4是通过例如溅射或电子束蒸镀等方式在基层3上形成的厚度大约250nm的膜。

固相化层5形成在透明电极层4上。固相化层5由使探针DNA的一端固相化的材料形成。在该实施例中，固相化层5是利用SiO₂通过例如溅射或电子束蒸镀等方式形成的膜，厚度约为50nm。固相化层5的表面可以用硅烷在其表面对其进行改性。

井形成层6形成在固相化层5上。它具有形成于其中的多个井8。

每个井的内部空间是探针DNA(检测用核苷酸链)核样品DNA(目标核苷酸链)彼此发生反应的地方，具体而言，是进行杂交的区域。井8是开设在生物测定基板1的上表面1a上的凹部，其具有足够的深度和大小来保持滴入井8中的液体，例如含有样品DNA的溶液。例如，井8具有各边长度为100μm的开口，深约5μm，并且其底部11露出固相化层5。

井形成层6如下形成。首先，光敏聚酰亚胺13通过旋涂等方法施加在固相化层5上，厚度约为5μm(步骤S1)，如图3(a)所示。接下来，在如上施加的光敏聚酰亚胺13上形成预定图案的光掩膜14，并将具有光掩膜14的光敏聚酰亚胺13曝光并显影(步骤S2)，如图3(b)所示。这样，在井形成层6上形成多个井8(步骤S3)，如图3(c)所示。

此外，井8在其底部由功能团对其进行表面改性，使得在其一端经功能团改性的探针DNA会与该底部11(其中暴露固相化层5)结合。例如，如图4所示，井8在其底部11(由SiO₂形成的固相化层5)处利用各具有SH基(SH group)15的硅烷分子16进行表面改性。这样，一端经例如SH基改性的探针DNA能够与井8的底部11结合。如上所述，在生物测定基板1中，由于探针DNA能够在其一端与井8的底部11结合，所以探针DNA(P)能够结合成使得其链如图5所示从底部11垂直延伸。

此外，在生物测定基板1中，多个井8以例如大约400μm的固定间隔设置在从主侧的中央向外径径向延伸的多个阵列中。

此外，生物测定基板1上形成有地址坑点9，通过从生物测定基板1的下表面1b照射激光可以读取这些地址坑点9。地址坑点9是用于对生物测定基板1的平面中的井8进行定位的信息。通过光学读取来自地址坑点9的信息，可以定位所述多个井8中哪一个正被照射着激光。由于有这样形成在生物测定基板1上的地址坑点9，所以可以控制通过滴液装置滴下的溶液的位置并对物镜检测到的荧光进行定位，其中的滴液装置将在以下详细描述。

由于上述生物测定基板1是盘状的，类似于光盘系统的再现系统可以用来进行用于控制激光聚焦位置的聚焦伺服控制、用于控制激光在径向上的照射位置和从滴液装置滴下的位置的定位伺服控制，并且检测来自地址坑点9的信息。具体而言，利用在预先与靠近其的井8相关联的地址坑点9处记录的信息，可以通过从对应于特定井8的地址坑点9读取信息来定位多个井8中被激光照射并发出荧光的特定的一个，并且可以通过从对应于该井8的地址坑点9读取信息并控制井8和滴液装置之间的相对位置将溶液滴入井8中。

另外，可以通过从井8的上方在靠近透明电极层4的位置上设置一电极，使上述生物测定基板1具有形成在该电极和透明电极层4之间的平行电场。这样，在杂交DNA时，可以通过向井8施加AC电场以延伸井8中漂移的DNA，促进井8中DNA的杂交。

接下来，将说明使用上述生物测定基板1进行DNA分析。

首先，在预定的井8中滴入含有一端经SH基改性的探针DNA的溶液S。此时，多种类型的探针DNA会被滴在一个生物测定基板1上。但是，必须在一个井8中滴入一种类型的探针DNA，应注意，这种向一个井8中滴入一种类型的探针DNA是基于预先设好的指示井和探针DNA之间的对应关系的位置图来控制的。

同时，通过类似在光盘驱动系统中那样地移动生物测定基板1来控制溶液S的滴入。具体而言，如图6所示，应该在保持生物测定基板1平行，且其上表面1a朝上而激光V从生物测定基板1的下方(下表面1b)照射的同时，通过生物测定基板1的旋转，对溶液S所要滴入的井8以及对应的地址坑点9进行定位，从而控制滴落位置。

接下来，如图7所示，使在其自由端形成有比预定井8的开口充分大的平表面18a(例如，直径300μm的盘状表面)的探针状外部电极18从外部向生物测定基板1的上表面1a移动，直到该自由端覆盖井8。然后，在外部电极18和透明电极层4之间施加AC电压，以施加垂直于生物测定基板1的主侧的AC电场。例如，向井8的内部施加约1MV/m、1MHz的AC电场。

在如上向预定井8施加AC电场的情况下，在井8内的溶液中漂移的探针DNA(P)垂直于生物测定基板1的主侧延伸，并且探针DNA垂直于生物测定基板1移动。这样，探针DNA可以固相化(固定)到井8的已经过表面改性的底部11上，其时探针DNA的经改性端与底部11结合。

为了施加垂直于生物测定基板1的主侧的平行电场，平表面18a应优选形成在外部电极18的自由端，并平行于透明电极层4。同时，为了确保表面18a的平面度，可以在外部电极18的探针状金属自由端安装其中具有以高浓度掺杂的受主或施主离子的经镜面抛光的Si或GaAs半导体晶片。在安装该半导体晶片时，探针状金属和半导体晶片之间的肖特基势垒应优选形成得更小，并且半导体晶片与布设在其自身和外部电极18的探针状金属自由端之间的钛或金连接，实现欧姆接触。

由于以下原因，施加AC电场导致单股DNA(核苷酸链)延伸并移动。也就是说，据推测，在核苷酸链中，由作为核苷酸链核心的磷离子(负电荷)和由磷离子周围的水离子化而产生的氢离子(正电荷)形成离子云。正负电荷产生极化矢量。极化矢量作为整体会由于施加高频高压而沿一个方向取向，导致核苷酸链延伸。此外，如果施加非均匀的电场，即电通量线集中的电场，核苷酸链也会向电场的电通量线集中的部分移动(参见Seiichi Suzuki，Takeshi Yamanashi，Shin-ichi Tazawa，Osamu，Kurosawa and Masao Washizu所著的Quantitative Analysis on Electrostatic Orientation of DNA in Stationary ACelectric field Using Fluorescence Anisotropy & Quot(利用荧光各向异性和配额对DNA在静态AC电场中的静电取向的定量分析)，该文章于1998年发表于IEEE Transaction on Industrial Application(IEEE工业应用学报)第34卷第1期75-83页)。

如上所述，当施加AC电场时，探针DNA会沿平行于电场的方向延伸，得到空间上的妨碍较小的状态，其中探针DNA和底部11易于彼此结合。这样，利用探针DNA和底部11之间的这种结合，可以将探针DNA固相化(固定)于井8的底部11。

接着，含有从活的组织提取的样品DNA的溶液被滴入生物测定基板1的每个井8中。

然后，在滴入样品DNA之后，从生物测定基板1的上表面1a外部移动外部电极18，以覆盖预定的一个井8。接着，在外部电极18和透明电极层4之间施加AC电压，同时温度保持在大约60℃。也就是说，当生物测定基板被加热的同时，垂直于生物测定基板1的主侧施加AC电场。所要施加到井8内部的AC电场例如约为1MV/m、1MHz。

通过上述操作，样品和探针DNA垂直延伸，由此具有空间妨碍较小的状态，并且样品DNA在垂直于生物测定基板1的方向上移动。从而，对于共存于同一井8中相互之间在碱基序列上具有互补关系的样品和探针DNA，它们会发生杂交。

然后，在杂交之后，荧光标记intercurator等被滴入生物测定基板1的井8中。这样的荧光标记intercurator被插入到杂交的探针和样品DNA之间的双螺旋体中，以将DNA彼此结合。

接下来，用去离子水等清洗生物测定基板1的表面1a，以从没有发生杂交的井8中去除样品DNA和荧光标记。从而将只在已经发生杂交的井8中留下荧光标记。

然后，通过类似在光盘驱动系统中那样控制生物测定基板的移动，检测来自井8的荧光。具体而言，通过旋转生物测定基板1同时保持生物测定基板1并从生物测定基板1的下方(从下表面1b)照射激光V而检测对应的地址坑点9，来定位井8。同时，从生物测定基板1的下方(从下表面1b)照射激发光，并检测对应于所照射的激发光在下表面1b产生的荧光。从而检测到荧光是来自哪个井8的。

接着，准备指示生物测定基板1上的发出检测到的荧光的井8的位置的图。这样，可以基于该准备好的图以及指示滴入每个井8中的探针DNA的碱基序列类型的位置图来分析样品DNA的碱基序列。

在上述使用生物测定基板1的DNA分析中，溶液中漂移的探针DNA的一端连接到井8的底部11，并且通过施加垂直于生物测定基板1的表面的AC电场，探针DNA垂直延伸并移动。由于电场垂直于生物测定基板1施加，所以电极可不通过例如将其在基板上构图而生成，由此可以使用具有极为简单的层结构的电极可以用来固定探针DNA。

此外，在使用上述生物测定基板1的DNA分析中，通过向DNA施加垂直的AC电场，溶液中漂移的样品DNA和一端固定于井8的底部的探针DNA垂直延伸并移动。因此，由于样品和探针DNA两者都沿相同方向延伸和移动，所以用于施加这样的电场的电极可不通过将其在基板上构图而形成，使得探针DNA可以利用层结构非常简单的电极被固定。

注意，尽管在本发明的该实施例中，外部电极18具有探针形状，并且AC电场仅施加到较少数量的井8上，但是外部电极18不限于具有探针形状的电极，而可以具有能够向井8施加垂直AC电场的任何形状。例如，可以使用与生物测定基板1的主侧尺寸几乎相等的盘状电极同时向所有井8施加AC电场。此外，尽管该实施例中在生物测定基板1上设置了透明电极层4，但是可以不这样设置透明电极层4，并且可以通过从下表面1b外部向生物测定基板1移动一类似于外部电极18的电极来垂直于井8施加电场。

下文将参照图8描述根据本发明利用生物测定基板1进行DNA分析的DNA分析器51。

如图8所示，DNA分析器51包括外部电极18、保持和旋转生物测定基板1的盘装载器52、存储杂交时使用的各种溶液并将溶液滴入生物测定基板1的井8中的滴液单元53、从生物测定基板1检测激发光的激发光检测器54、以及管理和控制上述部件的控制器55。

盘装载器52包括被插入生物测定基板1中的中心孔2并保持生物测定基板1的装卡机构61、以及通过驱动装卡机构61来旋转生物测定基板1的主轴电动机62。盘装载器52旋转生物测定基板1，同时使上表面1a向上而水平保持生物测定基板1。盘装载器52通过水平保持生物测定基板1，使滴入井8中的溶液不会发生任何流失的情况。

滴液单元53包括存储样品溶液S和荧光标记S’的储液容器63以及将来自储液容器63的样品溶液S和荧光标记S’滴到生物测定基板1上的滴头64。滴头64设置在水平装载的生物测定基板1的上表面1a上方。此外，滴头64设计成根据从生物测定基板1上的地址坑点读取的位置信息和旋转同步信息来控制径向上相对于生物测定基板1的位置，以准确地寻找到预定井8的反应区并将含有样品DNA(目标核苷酸链T)的样品溶液S滴到反应区上。同时，储液容器63和滴头64可以以与杂交时使用的样品溶液同样多的方式彼此结合。

此外，滴液单元53采用例如所谓的“喷墨打印”技术，以准确地将样品溶液S滴到生物测定基板1上的预定位置上。利用“喷墨打印”技术，在滴液单元64中采用所谓的喷墨打印机中使用的喷墨机构，并且类似在喷墨打印机中那样将样品溶液S从喷头被喷到生物测定基板1上。

激发光检测器54具有光学头70。光学头70设置在水平装载的生物测定基板1的下方，即，位于下表面1b处。光学头70可以由例如滑动(sled)机构(未示出)沿生物测定基板1的径向自由地移动。

光学头70包括物镜71、支撑物镜71使之可移动的双轴致动器72和导光镜73。物镜71支撑在双轴致动器72上，使得其中心轴大致垂直于生物测定基板1的表面。因此，物镜71可以将从生物测定基板1下方入射的光束聚焦在生物测定基板1上。双轴致动器72支撑物镜71，使其可在两个方向上，即垂直于生物测定基板1表面的方向和沿生物测定基板1径向的方向上移动。通过驱动双轴致动器72，由物镜71聚焦的光限定的光点可以垂直于生物测定基板1表面移动并且沿基板的径向移动。因此，光学头70可以类似在光盘系统中那样受到类似于聚焦控制和定位控制的方式的控制。

导光镜73设置成相对于激发光P、荧光F、伺服光V以及回射光R入射在光学头70上并从该光学头70射出所经过的光路X成45度角。激发光P和伺服光V由光路X入射在导光镜73上。导光镜73通过反射将激发光P和伺服光V偏折90度角，以入射在物镜71上。入射在物镜71上的激发光P和伺服光V由物镜71聚光，以照射到生物测定基板1上。同时，从生物测定基板1，荧光F和伺服光V中的反射分量(回射光)R穿过物镜71入射在导光镜73上。导光镜73通过反射将荧光F和回射光R偏振90度角，以沿光路X前进。

应注意，滑动光学头70的驱动信号和驱动双轴致动器72的驱动信号由控制器55提供。

此外，激发光检测器54包括发射激发光P的激发光源74、将从激发光源74发出的激发光P形成为平行光束的准直透镜75、以及将通过准直透镜75形成为平行光束的激发光P偏折到光路X上以照射导光镜73的第一分色镜76。

激发光源74发射具有能够激发荧光标记的波长的激光。在本发明中，从激发光源74发出的激发光P是波长405nm的激光。应注意，激发光P的波长可以是能够激发荧光标记的任何波长。准直透镜75将从激发光源74发出的激发光P形成为平行光束。第一分色镜76是波长选择性的反射镜，其仅反射波长等于激发光P的光，而使波长等于荧光F和伺服光V(其回射光R)的光通过。第一分色镜76以45度角插入在光路X中，以通过反射将来自准直透镜75的激发光P偏转90度角，以照射到导光镜73上。

此外，激发光检测器54包括检测荧光F的雪崩光电二极管77、对荧光F进行聚光的聚光镜78、以及对从光学头70进入光路X的荧光F进行偏折以照射雪崩光电二极管77的第二分色镜79。

雪崩光电二极管77对于检测光强度低的荧光F非常灵敏。应注意，雪崩光电二极管77可以检测具有大约470nm波长的荧光F。此外，荧光F的波长根据所使用的荧光标记的类型而改变。聚光镜78用于将荧光F聚光到雪崩光电二极管77上。第二分色镜79以45度角插入光路X中，并设置成当从导光镜73看时位于第一分色镜76的下游。因此，荧光F、伺服光V和回射光R会入射在第二分色镜79上，但是激发光P不会。第二分色镜79是波长选择性的反射镜，用于仅反射波长等于荧光F的波长的光，而允许波长等于伺服光V(回射光R)的波长的光通过。第二分色镜79通过反射将来自光学头70的导光镜73的荧光F偏折90度角，以穿过聚光镜78照射到雪崩光电二极管77上。

雪崩光电二极管77生成对应于所检测到的荧光F的强度的电信号，并将其提供给控制器55。

激发光检测器54包括发射伺服光V的伺服光源80、将从伺服光源80发出的伺服光V形成为平行光束的准直透镜81、检测伺服光V的返回分量R的光电检测器电路82、造成散光(astigmatism)以便将回射光R聚光到光电检测器电路82的柱面透镜83、以及将伺服光V和回射光R彼此分离的分光器84。

伺服光源80具有发射波长例如为780nm的激光的光源。应注意，伺服光V具有的波长可用于检测到地址坑点。该波长并不限于780nm，而可以是不同于激发光P和荧光F的波长的任何波长。准直透镜81将从伺服光源80发出的伺服光V形成为平行光束。如此被形成为平行光束的伺服光V入射在分光器84上。

光电检测器电路82包括检测回射光R的检测器以及由所检测到的回射光R生成聚焦误差信号、定位误差信号和地址坑点读取信号的信号发生电路。由于回射光R是伺服光V中被生物测定基板1反射的分量，所以其波长为780nm，等于伺服光V的波长。

应注意，聚焦误差信号指示物镜71所聚焦的光的位置和生物测定基板1的基层3之间的偏移。当聚焦误差信号为零(0)时，它意味着物镜71和生物测定基板1之间的距离是最优的。定位误差信号指示预定井8和光聚焦位置之间的盘径向的偏移。当定位误差信号为零(0)时，意味着伺服光V的盘径向的照射位置与多个井8中特定的一个重合。地址坑点读取信号指示记录在形成于生物测定基板1上的地址坑点的信息。通过读取该信息，可以定位当前正被伺服光V照射的井8。

光电检测器电路82完全基于回射光R向控制器55提供聚焦误差信号、定位误差信号和地址坑点读取信号。

柱面透镜83用于将回射光R聚焦在光电检测器电路82上，并造成散光。通过造成这样的散光，光电检测器电路82可以生成聚焦误差信号。

分光器84包括由偏振分束器和四分之一波片84b形成分光表面84a。入射在分光器84的与四分之一波片84b相对的一侧上的光被透射穿过分光表面84a，而入射在四分之一波片84b上的透射光的返回分量则被分光表面84a所反射。分光器84的分光表面84a以45度角插入在光路X中，并设置成当从导光镜73处看时位于第二分色镜79的下游。因此，分光器84允许来自准直透镜81的伺服光V穿过并入射到光学头70中的导光镜73上，而通过反射将来自光学头70中的导光镜73的回射光R偏折90度，以穿过柱面透镜83照射到光电检测器电路82上。

控制器55根据激发光检测器54检测到的地址坑点读取信号、定位误差信号和聚焦误差信号进行各种伺服控制操作。

具体而言，控制器55通过基于聚焦误差信号驱动光学头70中的双轴致动器72以控制物镜71和生物测定基板1之间的间隔，来提供伺服控制，以使得聚焦误差信号为零。同时，控制器55通过基于定位误差信号驱动光学头70中的双轴致动器72以沿生物测定基板1的径向移动物镜71，来提供伺服控制，以使得定位误差信号为零。此外，控制器55基于地址坑点读取信号滑动光学头70，以将光学头70移动到预定的径向位置，从而将物镜71移动到目标井的位置。

此外，在杂交的时候，控制器55还控制AC电力发生器31以控制供电。

下文将描述如上所述构造的DNA分析器51的操作。

在DNA分析器51中，含有样品DNA的溶液被滴入井8中，同时生物测定基板1被旋转，以使井8中的探针DNA与样品DNA发生反应(杂交)。在杂交过程中，上述电场也受到控制。此外，在已经完成杂交时，将含有荧光标记的缓冲溶液滴在生物测定基板1上。

此外，在DNA分析器51中，其上滴有荧光标记的生物测定基板1被旋转，激发光P从生物测定基板1的下表面1b入射，照射到井8中的荧光标记上，从生物测定基板1的下方检测到相应于激发光P从荧光标记产生的荧光F。

在DNA分析器51中，激发光P和伺服光V穿过同一物镜71照射到生物测定基板1上。这样，DNA分析器51通过利用伺服光V控制聚焦、定位和地址可以识别激发光P的照射位置，即，荧光F的发射位置，并且可以根据荧光发出的位置识别与样品DNA结合的探针DNA。

以上已经参照附图就本发明的一些作为示例的优选实施例对本发明进行了详细描述。但是，本领域技术人员应该理解，本发明并不限于这些实施例，在不背离所附权利要求中陈述和界定的本发明的范围和精神的情况下，可以对本发明做出各种修改、改变结构或以其它方式实施。

工业应用性

在根据本发明的生化反应装置中，一电极被移向具有发生生化反应的反应区并在该反应区中形成有一电极的基板，以在反应区形成平行电场。这样，在例如核苷酸链的杂交时，向井施加AC电场，以延伸在井中漂移的核苷酸链，从而促进杂交。

根据本发明的生化反应基板包括用于在其自身和一外部电极之间产生电场的电极，以在反应区中形成电场。因此，在该生化反应基板中，通过向反应区移动电极，可以在反应区形成平行电场。这样，在例如核苷酸链的杂交过程中，向井施加AC电场，以延伸在井中漂移的核苷酸链，从而促进杂交。

在根据本发明的基板制造方法中，垂直于基板表面施加AC电场，以垂直延伸并移动探针用核苷酸链，以便将核苷酸链的一端连接到平基板表面。因此，在该基板制造方法中，由于电场是垂直于平形基板施加的，所以探针用核苷酸链可以利用具有非常简单的构造的电极快速固定到基板上。

在根据本发明的杂交方法中，探针用核苷酸链固定在井中，其一端连接至平基板的表面，垂直于平基板表面施加AC电场，以垂直延伸并移动井中的核苷酸链。因此，在该杂交方法中，由于电场是垂直于平形基板施加的，所以探针用核苷酸链可以利用结构非常简单的电极快速固定到基板上。

Claims (17)

1.一种生化反应装置，其利用一生化反应基板，该装置包括：

用于保持基板的装置，该基板具有用于生化反应的反应区和形成在所述反应区中的电极；

与所述基板的电极相对设置的外部电极；和

用于在所述基板的电极和所述外部电极之间产生电场的电场控制装置。

2.如权利要求1所述的装置，其中，

所述基板的电极是被形成为所述反应区的下层的导电层；

所速外部电极具有平行于所述导电层的一平面。

3.如权利要求1所述的装置，其中，所述电场控制装置在所述基板电极和所述外部电极之间生成AC电场。

4.如权利要求1所述的装置，其中，所述电极形成为探针状。

5.如权利要求1所述的装置，其中，所述电极由其中掺杂有受主或施主离子的半导体形成。

6.一种用于生化反应的生化反应基板，所述基板包括：

用于生化反应的反应区；和

用于在其自身和一外部电极之间产生电场以将该电场形成于所述反应区内的电极。

7.如权利要求6所述的生化反应基板，其中，

所述生化反应是核苷酸链的杂交反应；

所述反应区具有一经内部处理使得核苷酸链被固定于其上的表面涂层；并且

所述电极是形成为所述表面涂层的下层的导电层。

8.如权利要求7所述的生化反应基板，其中，所述导电层作为所述井的下层形成在井中，使得所述在该导电层和外部电极之间生成的电场形成为大致垂直于所述表面涂层。

9.如权利要求7所述的生化反应基板，其中，所述导电层在其自身和设置在与所述表面涂层相对的位置上的一电极之间形成一电场。

10.如权利要求6所述的生化反应基板，其中，所述基板是盘形的，并在其中记录有读取控制信息。

11.如权利要求7所述的生化反应基板，其中，所述导电层是透光的。

12.一种制造杂交基板的方法，所述方法包括以下步骤：

在一基板的平表面上形成多个井，每个井的底部经一第一功能团改性；

向每个井中滴入含有核苷酸链的溶液，其中所述核苷酸链的一端经与所述第一功能团结合的一第二功能团改性；

施加垂直于所述平基板的AC电场时，将所述第一功能团与所述第二功能团结合，以将所述核苷酸链与所述井的底部结合。

13.如权利要求12所述的方法，其中，

所述平基板具有形成为所述井的下层的一电极层，该电极层由导电材料形成；并且

靠近所述基板表面设置一外部电极，用于在所述外部电极和电极层之间施加AC电源，以便垂直于所述平基板施加一AC电场。

14.如权利要求12所述的方法，其中，所述外部电极由其中掺杂有受主或施主离子的半导体形成。

15.一种杂交方法，其包括以下步骤：

将含有样品用核苷酸链的溶液滴入形成在一平基板的表面上的井中，其中探针用核苷酸链的一端与所述井的底部结合；以及

垂直于所述平基板施加一AC电场时，杂交所述探针用核苷酸链和样品用核苷酸链。

16.如权利要求15所述的方法，其中，

所述平基板具有形成为所述井的下层的电极层，该电极层由导电材料形成；并且

靠近所述基板表面设置一外部电极，用于在所述外部电极和电极层之间施加AC电源，以便垂直于所述平基板施加一AC电场。

17.如权利要求15所述的方法，其中，所述外部电极由其中掺杂有受主或施主离子的半导体形成。

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