CN1871514A - 具有馈电布线的生物测定基片 - Google Patents

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Abstract

为设置在盘形基片上的多个反应区域中的电极提供了电源线配置。对于设置在作为设于基片(A)上的物质之间相互作用的场所的反应区域(R)中的电极，设置了电源布线(1，2，3)。第一布线(1)是从设置于基片中央的电气连接单元(U)到多个电极的电源线，并且从电气连接单元(U)引入到这些电极。第二布线(2)从第一布线分岔。第三布线(3)从第二布线进一步分岔。经由电源线(1，2，3)，将电能从电气连接单元(U)供给到多个电极，从而在反应区域(R)中形成电场。

Description

具有馈电布线的生物测定基片
(1)技术领域
本发明涉及用于DNA芯片等的生物测定基片，该生物测定基片由盘形基片构成。具体地说，本发明涉及在设置在基片上的对应反应区域中从设置在盘形基片的预定部分的馈电部分延伸到电极的馈电布线的配置，尤其涉及属于在反应区域附近的馈电布线的配置的技术。
(2)背景技术
关于本发明的第一个传统技术是有关称为DNA芯片或DNA微阵列(下文中，总称为“DAN芯片”)的生物测定集成基片的技术，在DNA芯片或DNA微阵列中用微阵列技术在显微镜下设置了预定的DNA。配置DNA芯片技术，以使得有可能综合分析诸如杂交之类的分子间反应，因为各种或多种DNA寡核苷酸链(oligo chains)或cDNA(互补DNA)被集成在一个玻璃基片或者硅基片上(见专利文件1(JP-A-Hei 4-505763)，专利文件2(JP-A-Hei 10-503841)等)。因此，DNA芯片已经用于基因的突变分析、SNP(单核苷酸多态性)分析、基因表达频率分析等，并且已开始在诸如新药研发、临床诊断、药物基因组学和法医学等多个领域中获得广泛应用。除DNA芯片外，也已经开发了具有固定在基片上的蛋白质的蛋白质芯片，用于分析在各种物质之间的相互作用的生物传感器等。
关于本发明的第二种技术是有关电场对液相中以带电状态存在的物质作用的技术。具体地说，众所周知，当在液相中承受电场作用时，核苷酸链(核酸分子)会发生伸展或迁移。这一现象的原理被认为如下，人们认为，构成核苷酸链骨架的磷酸盐离子(负电荷)和通过磷酸盐离子附近水的电离而形成的氢原子(正电荷)形成离子雾，而当在其上面施加高频高电压时，由这些负电荷和正电荷所产生的极化矢量(偶极子)作为整体设置于单一的方向，导致核苷酸链伸展；此外，当施加具有局部集中的电力线的非均匀电场时，核苷酸链就会向电力线集中的位置迁移(见非专利文件1(Seiichi Suzuki，Takeshi Yamanashi，Shin-ichi Tazawa，OsamuKurosawa和Masao Washizu所发表的题为“Quantitative analysis onelectrostatic orientation of DNA in stationary AC electric fieldusing fluorescence anisotropy”，IEEE Transaction on IndustrialApplications第34卷，No.1，75-83页(1998))。此外，当将DNA溶液放置在具有几十至几百微米的间隙的微电极之间，以及具有大约1MV/m和1MHz的高频率电场被施加于其上时，则以随机盘绕方式存在的DNA就会经历电介质极化，并导致DNA分子沿平行于电场的方向而线性伸展。众所周知，在所谓的“介电迁移”的电动效应下，极化的DNA被自然地吸引到电极端，其一端与电极的边沿保持接触地被固定(见非专利文件2(MasaoWashizu所发表的题为“MINAGARA OKONAU DNA HANDORINGU(DNA Handlingunder Monitoring)”，KASHIKA JOHO，20卷，NO.76(2000年1月))。
目前的DNA芯片技术已经作为一种技术被传播，在该技术中，将用于提供液相物质之间相互作用的场所的多个反应区域预先设置在基片上，并将诸如DNA探针之类的检测核苷酸链预先固定在反应区域上，以综合分析检测核苷酸链和互补目标核苷酸链之间相互作用的杂交作用。
在执行DNA芯片技术的情况下，人们认为，若可将检测核苷酸链(例如DNA探针)不以圆形随机盘绕形式而是以伸展状态固定在反应区域中，则可消除在检测核苷酸链和周围表面之间的所谓位阻现象和干扰现象的恶劣影响，位阻现象和干扰现象是由于物质的高级结构而产生，从而能够提高杂交效率。
基于这个新想法，本发明人已使用新方法设计了预先将起到检测表面作用的电极设置于其中的结构，并且将电场施加于该电极和与之相对的电极之间的反应区域中的液相上。于是，本发明人已成功地实现了一种技术，在该技术中，通过高频电场的作用，用所述结构有可能伸展在液相中以随机盘绕形式存在的检测核苷酸链，以把检测核苷酸链的末端部分固定到电极边缘，并使杂交有效地进行。
但是，在实践该技术的过程中，让电流通过设置在基片上的多个电极的装置是必不可少的。因此，在采用盘形基片(盘形基片是一种有利的基片形式)用各种设置形式来设置具有电极结构的多个反应区域的情况下，会产生必须将用于馈送电流到所有反应区域的大量布线有序地设置在基片上以使它们不会相互干扰的问题。
此外，在这种盘形基片中，如果沿着圆周方向能够径向地或螺旋地设置标准形状的多个反应区域，并且将这多个反应区域划分成作为若干单元的多个区(分组)，各个区由多个反应区域组成，可提高基片的空间使用效率和记录信息的集中程度，并有可能提供适合于基因等的综合及有效分析的生物测定基片。从而有必要研究适合于反应区域设置的这种布线配置，尤其是在反应区域附近的布线配置。
此外，在从多个反应区域设置其上的盘形基片读取记录信息的时候，必须考虑采用和从诸如CD之类的光盘读取记录信息的操作相同的方式，来执行旋转同步伺服和跟踪伺服的应用。在这种情况下，必须保证可从基片读取能够用于这种伺服的专用信号或标记，从而使基片的配置变得更加复杂。
考虑到上述原因，为了解决在采用盘形基片时伴随产生的新问题，本发明的一个目的是，提供一种盘形生物测定盘，在该盘形生物测定盘中将一发明装置应用到馈电布线(feeder wirings)的配置，尤其是提供一种在各自由多个反应区域组成的区附近将发明装置应用到馈电布线的配置的生物测定盘。
(3)发明内容
根据本发明，首先，提供了一种作为设有多个反应区域的盘形基片的生物测定基片，这些反应区域作为物质之间相互作用的反应区域，该生物测定基片包括在反应区域中设置的电极、在基片的中央部分处设置的电流通过部分、以及用于把来自电流通过部分的电流馈送给电极的馈电布线。在该生物测定盘中，可以如此配置馈电布线以使它们可被分组成(1)从电流通过部分向基片的周边导出的“第一布线”，(2)从第一布线分岔的“第二布线”，以及(3)从第二布线进一步分岔的“第三布线”，通过馈电布线可将电压从电流通过部分施加到电极上，以在反应区域中产生电场。
此外，根据本发明，提供了一种在生物测定基片上的第三布线从第二布线朝向径向的外部或内部延伸的配置。此外，(在反应区域中)可将第三布线用作与电极相连接的终端馈电布线。此外，提供了一种第三布线在通过基片的中心的径向线上延伸并且从基片中心侧朝向基片周边侧宽度逐渐增加的配置。该配置保证各自设置在相邻第三布线之间的反应区域的宽度为常数。
提供了一种第三布线的中心线的延伸部分通过基片中心的配置，并且，在一些情况下，提供了一种第三布线本身(在反应区域中)也起到电极作用的配置。此外，假设在反应区域中形成的电极由至少一对彼此对置的电极组成的情况下，并且，在这种情况下，可提供一种在一侧的电极和在对置电极的另一侧的电极分别与从第二布线交替分岔的不同的第三布线相连接的配置。
根据本发明设置在生物测定基片上的反应区域能够以若干单元分组(分成区)，各个组由预定数量的多个反应区域组成，并且基片上所有的反应区域能够自由地以同心圆或螺旋线的图形有效地设置。这是因为根据本发明的生物测定盘具有适合于把电流确实地和有效地馈送到所有由这样的设置配置构成的反应区域的布线配置。
此外，当设置在基片上的所有反应区域设置在通过基片的中心的径向线上时，能够获得以下优点，即能够容易地执行用于反应区域的位置检测伺服操作。顺便提及，当第二布线用作在读取记录在基片上的信息的过程中用于旋转同步信号或跟踪信号的参考时，不必在基片上提供分开的信号参考，这简化了基片的配置和结构。
(4)附图说明
图1是示出根据本发明的生物测定基片的第一实施例(A)的示意图；
图2是反应区域(R)的典型形式的放大图；
图3是示出根据本发明的生物测定基片的第二实施例(B)的示意图；
图4是示出在图3中由符号Y指示的圆中基片区域的重要部分的放大图；
图5是示出第三布线本身在其中用作电极的配置的示意图；
图6是示出设有布线配置的的基片(C)，在该布线配置中在整个透视图内从第一布线(1)引出的第二布线设置在螺旋图案中。
(5)具体实施方式
现在，将参照附图在下文描述实行本发明的优选实施例。
首选，图1是示出根据本发明生物测定基片的布线配置的第一实施例的示意图。顺便提及，在所有将在下文使用的附图中，为了便于说明，将以简单的形式示出基片的配置。
在图1中符号A指示根据本发明的生物基片(下文简称为“基片”)。基片A由诸如玻璃和树脂之类的绝缘材料构成，并且，如图1所示，在整个透视图方面具有类似盘形形式。在基片A上，有许多极小的反应区域R、R...。在大小方面为微米级的R可以诸如径向图形、周向图形、螺旋图形等之类的示例性图形来设置，并且能被分组。
在图2中放大显示了这些反应区域的R的典型形式。反应区域R是为物质之间的相互作用(例如，杂交)提供场所的极小区域。通常，反应区域R具有井形(凹形)，其中预定量的诸如溶液、凝胶等之类的介质从喷墨管嘴滴下，可保留或持有分液器(未示出)。
如图2所示，例如，在反应区中，一对对置电极E1和E2相对地设置在反应区域r的两侧，或者，虽然未示出，一个电极单独地设置在反应区域r的底面等处。顺便提及，在本发明中，为便于说明，讨论设有至少一个电极的反应区域，而该电极的具体设置位置和电极的形状不做特殊限制。
这里，再次参照图1，，在基片A的中心部分设有具有预定孔径的孔H。孔H起到可将用于固定或旋转基片A的夹具或电流通过导架插入的作用。在孔H的周边形成环形电流通过部分U。可将电流通过部分U配置成能够与要插进孔H中的电流导架(未示出)进行导电。
从电流通过部分U，有两条第一布线1、1，起到馈电布线的主要布线作用，沿着径向X延伸。顺便提及，第一布线1的数量不限于两条，根据需要可增加或减少。
在图1示出的基片A中，有多条第二布线2、2...从第一布线1、1延伸，以致在圆周方向画出多条圆弧形。此外，多条第三布线3从第二布线导出并延伸，沿径向(在图1中由X表示的方向)交替向内或向外。顺便提及，为了便于简化说明，在图1中示出了全部四条第二布线2和全部四条第三布线3。
在基片上设置的多个反应区域R的每一个中，第三布线起到与电极E1和电极E2相连接的终端馈电布线的作用。具体地说，当电流通过导架(未示出)插在电流通过部分U中时，根据从电流通过部分U依次通过第一布线1、第二布线2和第三布线3的电流，可将电压施加于预定区域R中的电极E1和电极E2。
执行电压施加，以保证DNA探针等的检测核苷酸链D和具有与检测核苷酸链D碱基序列互补的碱基序列的目标核苷酸链T(它们的核苷酸链在反应区域R中处于自由的或固定的状态)，在电介质迁移的作用下将被伸展或移动。顺便提及，尤其适用于该目的的电场为高频高电压AC电场。
图3是用于示出根据本发明的生物测定基片的布线配置的第二实施例的示意图。
在图3由符号B指示的基片中，在孔H的周边形成分成三份的电流通过部分U1、U2和U3，单条布线1a、1b和1c分别从电流通过部分U1、U2和U3沿径向X(见图1)延伸。顺便提及，采用这种具有如此分开的电流通过部分U1、U2和U3的配置，具有有可能在基片B上选择电流通过区域的优点。
同样，在该基片B中，布线2分别从第一布线1a、1b和1c延伸，以沿圆周方向画出圆弧形。并且，多条第三布线3从第二布线延伸，在径向(在图1中由X表示的方向)交替向内或向外。顺便提及，在图3中，同样，为了便于简化说明，用有限的数目示出了第二布线2和第三布线3。
接下来，图4是图3中由符号Y指示的圆中基片区域的重要部分的放大图。
从第一布线1a导出和从电流通过部分U3延伸，第二布线21a沿朝向相邻的第一布线1c的圆周方向延伸(见图3)，并且，在它的外圆周侧，第二布线22a沿朝向相邻的第一布线1b的圆周方向延伸(见图3)。
此外，在图4中，示出了从与第一布线1a相邻的第一布线1b(见图3)延伸到第一布线1a附近的第二布线21b，并且，第二布线22c从与第一布线1a相邻的第一布线1c(见图3)延伸到第一布线1a附近。如图4中示出，第二布线21b和第二布线21a位于一个圆上，而第二布线22c和第二布线22a位于另一个圆上，这两个圆半径不同，但是是同心的。
在里面的第二配线21a和直接在其外面的第二配线22c之间限定的基片区域Z1中，设置了如图2所示配置的预定数量的反应区域R1。类似地，在里面的第二配线21b和直接在其外面的第二配线22a之间限定的基片区域Z2中，设置了预定数量的反应区域R2。
反应区域R1和反应区域R2分别构成了不同的反应区域组(区)，在反应区域组中分别固定了不同的DNA探针D(见图2)。顺便提及，用于分组(分区)反应区域的方法不限于在此示出的这种方法。
这里，在图4中示出的符号31指示第三布线31，它在朝向径向外侧的方向延伸并使宽度逐渐增大，而在图中的符号32指示第三布线31，它在朝向径向内侧的方向延伸并使宽度逐渐减小。由以这样的类似扇形或近似梯形的形状形成的第三布线31和相邻的第三布线32围绕的基片区域的形状为矩形，并且，因此能够形成宽度均匀的反应区域R(R1，R2)，并且能够沿着通过基片中心P的径向线L来排列它们。当采用这种排列配置时，就容易执行确定所有反应区域R的位置的伺服操作，这是较佳的。
虽然未示出，只要相邻的第三布线31和32中的任一个可设置成具有增加变化的粗细(或宽度)的上述形状，藉此可使反应区域R(R1，R2)的宽度W均匀。但是，在这样的配置中，不能够沿着通过基片中心P的径向线L来设置反应区域R。
如图4所示，设置在每个反应区域R中的电极E1和电极E2与第三布线31和32相连接，以使能够将电压施加在反应区域R上。
顺便提及，如图5中所示，可将第三布线3(31，32)本身形成到反应区域的前部，藉此可将第三布线3(31，32)本身用作电极。可将图4和图5中示出的布线配置用于基片A和基片B。
接下来，图6示出了根据本发明第三实施例具有布线配置的基片C，在该布线配置中从第一布线1导出和延伸的第二布线2在整个透视图中以螺旋图形配置。
在基片C中，在孔H附近设有分为两份的电流通过部分U1、U2，而单条第一布线1分别从电流通过部分U1、U2沿径向X(见图1)延伸。在整个透视图的螺旋图形中，从第一布线1、1延伸的第二布线2，多条第三布线3沿径向(在图1中由X表示的方向)交替向内或向外延伸。
在读取记录信息的时候，设置在如上文的盘形基片A、B和C上的馈电布线可用作旋转同步信号的参考，或可用作跟踪信号的参考。结果，排除了为了获得旋转同步信号和跟踪信号而要提供具有专用信号或诸如一组坑或一组条码之类的标记的基片的需要，使基片能够在配置上得到简化。
根据基片配置的目的，如上所述的馈电布线可由单个布线层或多个布线层组成。例如，可以采用布线层在其中分为两层的配置，通过不同的布线层，分别馈送到反应区域R中的一侧电极和反应区域R中的另一侧电极。
根据本发明的生物测定基片，在盘形基片上设置设有多个电极的多个反应区域R的情况下，尤其是在以分组的状况或以高密度设置多个反应区域的情况下，可将与电极连接的馈电布线以高密度及有序地设置在基片上。结果，容易以高密度形成反应区域，而与基片的径向上的内部位置或外部位置无关。此外，有效的布线配置缩短了布线的长度，从而能够降低布线电阻。
此外，根据在本发明的生物基片中采用的布线配置，确实能够实现为基片上的反应区域提供馈电到电极，而与电极的排列配置和形式无关，从而提高了基片设计上的自由度。
在基片上的整个区域设置设有多个电极和具有相同形状和尺寸的反应区域、并将电馈送给反应区域是可能的。
在读取记录信息的时候使用时，设置于盘形基片上的馈电布线也能够用作旋转同步信号的参考，或跟踪信号的参考。结果，排除了为了获得旋转同步信号和跟踪信号而要提供具有专用信号或诸如一组坑或一组条码之类的标记的基片的需要，使基片能够在配置上得到简化。
工业适用性
本发明能够用作DNA芯片或其它生物测定基片，尤其是盘形生物测定基片，在该基片上设置了多个设有多个电极的反应区域。

Claims (10)

1.作为设有用作物质之间相互作用场所的多个反应区域的盘形基片的一种生物测定基片，该生物测定基片包括在所述反应区域中设置的电极、在所述基片的中央部分处设置的电流通过部分、以及用于把来自所述电流通过部分的电流馈送给所述电极的馈电布线，其中：
所述馈电布线包括，从所述电流通过部分向所述基片的周边导出的第一布线，从所述第一布线分岔的第二布线，从所述第二布线进一步分岔的第三布线，以及；
通过所述馈电布线将电压从所述电流通过部分施加到所述电极上，以在所述反应区域中产生电场。
2.如权利要求1所述的生物测定基片，其特征在于，所述第三布线从第二布线朝向径向的外部或内部延伸。
3.如权利要求2所述的生物测定基片，其特征在于，所述第三布线为与所述电极相连接的终端馈电布线。
4.如权利要求3所述的生物测定基片，其特征在于，所述第三布线在通过所述基片的中心的径向线上延伸，并且从基片中心侧朝向基片周边侧宽度逐渐增加，以使得各自设置在相邻第三布线之间的所述反应区域的宽度为常数。
5.如权利要求1所述的生物测定基片，其特征在于，所述第三布线的中心线的延伸部分通过所述基片中心。
6.如权利要求1所述的生物测定基片，其特征在于，所述第三布线也起到所述电极作用。
7.如权利要求1所述的生物测定基片，其特征在于，所述电极由至少一对彼此对置的电极组成，在一侧的电极和在所述对置电极的另一侧的电极分别与从所述第二布线交替分岔的不同的第三布线相连接。
8.如权利要求1所述的生物测定基片，其特征在于，所述反应区域能够以若干单元分组，各个组由预定数量的多个所述反应区域组成。
9.如权利要求1所述的生物测定基片，其特征在于，在所述基片上所有的所述反应区域能够以同心圆或螺旋线的图形设置。
10.如权利要求1所述的生物测定基片，其特征在于，所有所述反应区域设置在通过所述基片的中心的径向线上。
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