JP2001013103A - Method for detecting and quantitatively determining sample nucleic acid fragment by scanning electrochemical microscope - Google Patents
Method for detecting and quantitatively determining sample nucleic acid fragment by scanning electrochemical microscopeInfo
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、遺伝子の発現、変
異、多型等の同時解析に非常に有用である、多数のDN
A断片を基板表面に整列させたDNA分析素子、あるい
は多数のPNA断片を基板表面に整列させたPNA分析
素子を用いる、相補性を有する試料核酸断片の電気化学
的な検出方法に関する。The present invention relates to a large number of DNs which are very useful for simultaneous analysis of gene expression, mutation, polymorphism, etc.
The present invention relates to a method for electrochemically detecting a complementary sample nucleic acid fragment using a DNA analysis element in which A fragments are arranged on a substrate surface or a PNA analysis element in which many PNA fragments are arranged on a substrate surface.
【0002】[0002]
【従来の技術】試料中の目的とするDNA断片の検出
は、そのDNA断片の塩基配列と相補性を有する既知の
DNA断片を用いて、試料中のDNA断片と既知のDN
A断片とで形成されるハイブリッドを、電気化学的な方
法、蛍光法、ラジオアイソトープ法などによって検出す
ることにより行うのが一般的である。相補的な既知のD
NA断片は、通常、固相担体に固定させて使用すること
から、「プローブ」あるいは「プローブDNA」と呼ば
れる。プローブDNAを用いた試料DNA断片の検出方
法は、病原菌の検出や遺伝子のスクリーニングに広く利
用されている。2. Description of the Related Art A target DNA fragment in a sample is detected by using a known DNA fragment having a complementarity to the base sequence of the DNA fragment and a known DNA fragment in the sample.
In general, the hybrid formed with the fragment A is detected by an electrochemical method, a fluorescence method, a radioisotope method, or the like. Complementary known D
Since the NA fragment is usually used by being immobilized on a solid support, it is called "probe" or "probe DNA". A method for detecting a sample DNA fragment using a probe DNA is widely used for detecting pathogenic bacteria and screening genes.
【0003】しかし、DNA断片は、負に荷電してお
り、プローブDNAと試料DNA断片との間に生じる電
気的反発は、ハイブリダイゼーションを妨げ、検出感度
を低下させる。このようなDNA断片の荷電は塩濃度が
低い場合に顕著となるため、ハイブリダイゼーションは
一定の濃度の塩が存在する緩衝液中で行うのが一般的で
ある。[0003] However, the DNA fragment is negatively charged, and the electric repulsion generated between the probe DNA and the sample DNA fragment hinders the hybridization and lowers the detection sensitivity. Hybridization is generally carried out in a buffer in which a certain concentration of salt is present, since such charging of the DNA fragment becomes significant when the salt concentration is low.
【0004】特開平9−288080号公報には、プロ
ーブDNAおよび電気化学活性縫い込み型インターカレ
ータを用いて、試料DNA断片を検出する方法が開示さ
れている。この方法では、ハイブリッドに挿入された該
インターカレータが有する導電性基とプローブDNAと
の間を流れる電流を測定することによって、試料DNA
断片を検出するため、蛍光法に見られる褪色がなく、ラ
ジオアイソトープ法における安全性の問題が解決できる
ことに加え、試料DNA断片を直接標識する必要がない
点で非常に優れた方法である。[0004] Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-288080 discloses a method for detecting a sample DNA fragment using a probe DNA and an electrochemically active sewn intercalator. In this method, the current flowing between the conductive group of the intercalator inserted into the hybrid and the probe DNA is measured to obtain the sample DNA.
This method is extremely excellent in that the detection of fragments does not cause the discoloration seen in the fluorescence method, can solve the problem of safety in the radioisotope method, and does not require direct labeling of the sample DNA fragments.
【0005】しかし、この方法は、該インターカレータ
がプローブDNAにもある程度結合することにより、測
定のバックグラウンドに影響を与えるという点で、実用
レベルを充分に満足できる方法とは言い難い。However, this method cannot be said to be a method that can sufficiently satisfy a practical level in that the intercalator also binds to the probe DNA to some extent, thereby affecting the measurement background.
【0006】一方、いわゆるアンチセンス分子、即ち、
遺伝子が発現する際に、一本鎖になるDNAの転写領域
もしくはRNAの翻訳領域に高選択的に結合させ、その
領域の機能を制限する分子が遺伝子治療の分野における
アンチセンス医薬品として知られている。このアンチセ
ンス分子としては、DNA(もしくはRNA)を模倣し
た物質として、PNA(peptide nucleic acid)が知ら
れている。PNAは、DNA等と同様にその分子中に核
酸塩基を有し、相補的な塩基配列を有するDNA等に特
異的にハイブリダイズし、二本鎖を形成する(P.E.Niel
sen et al., Science, 254, 1497-1500(1991))。PN
Aは、このように、機能的にはDNAとほとんど変わり
ないが、その構造は全く異なり、N−(2−アミノエチ
ル)グリシンを単位とするポリアミドを基本骨格として
おり、その分子中に糖およびリン酸を含まない。On the other hand, so-called antisense molecules, ie,
When a gene is expressed, it binds to a single-stranded DNA transcription region or RNA translation region with high selectivity, and a molecule that restricts the function of that region is known as an antisense drug in the field of gene therapy. I have. As this antisense molecule, PNA (peptide nucleic acid) is known as a substance that mimics DNA (or RNA). PNA has a nucleobase in its molecule like DNA and the like, and specifically hybridizes to DNA and the like having a complementary base sequence to form a double strand (PENiel
sen et al., Science, 254, 1497-1500 (1991)). PN
As described above, A has almost no functional difference from DNA, but has a completely different structure, and has a basic skeleton of polyamide having N- (2-aminoethyl) glycine as a unit. Contains no phosphoric acid.
【0007】[0007]
【化1】 Embedded image
【0008】このため、電気的には中性であり、塩の存
在しない条件下でも荷電することがない。核酸塩基は、
ポリアミド骨格に、通常、メチレンカルボニル基を介し
て結合している。PNAは、DNAと機能的にはほとん
ど同じと言っても、DNAと比較して、形成される二本
鎖は安定であり、相補するDNAの塩基配列を厳密に認
識することも明らかとなっている(杉本直巳、日本化学
会第74回春季大会要旨集、1287頁)。アンチセン
ス医薬以外にも各種診断薬への応用が期待されている分
子である(特表平6−509063号の明細書)。For this reason, it is electrically neutral and does not charge even under conditions where no salt is present. The nucleobase is
It is usually bound to the polyamide skeleton via a methylenecarbonyl group. Although PNA is functionally almost the same as DNA, it is also clear that compared to DNA, the formed double strand is more stable and strictly recognizes the complementary DNA base sequence. (Naomi Sugimoto, Abstracts of the 74th Annual Meeting of the Chemical Society of Japan, p. 1287). It is a molecule that is expected to be applied to various diagnostic agents other than antisense drugs (Japanese Patent Publication No. 6-509063).
【0009】PNAは、ペプチドと同様に液相法や固相
法によって合成することができ、合成されたものは市販
もされている。PNAの合成法については、特表平6−
509063号の明細書、米国特許2758988号の
明細書、P.E.Nielsen et al., Journal of American Ch
emical Society,114,1895-1987(1992)、P.E.Nielsenet
al., Journal of American Chemical Society,114,9677
-9678(1992)などに詳細が記載されている。PNA can be synthesized by a liquid phase method or a solid phase method as in the case of the peptide, and the synthesized one is commercially available. For the synthesis method of PNA, see Table 6
No. 509063; U.S. Pat. No. 2,758,988; PENielsen et al., Journal of American Ch.
emical Society, 114,1895-1987 (1992), PENielsenet
al., Journal of American Chemical Society, 114, 9677
-9678 (1992).
【0010】特開平11−332595号公報には、固
相担体表面にPNA断片をそので固定してなるPNAプ
ローブ、およびPNAプローブを用いるDNA断片の検
出方法が開示されている。このPNAプローブは、アビ
ジン−ビオチン法によって、表面プラズモン共鳴バイオ
センサー用の測定チップにPNA断片を固定させたもの
である。そのPNAプローブを用いた目的とするDNA
断片の検出は、表面プラズモン共鳴シグナルを測定する
ことによって行なわれている。JP-A-11-332595 discloses a PNA probe in which a PNA fragment is immobilized on the surface of a solid support, and a method for detecting a DNA fragment using the PNA probe. This PNA probe is obtained by immobilizing a PNA fragment on a measurement chip for a surface plasmon resonance biosensor by the avidin-biotin method. Target DNA using the PNA probe
The detection of the fragments is performed by measuring the surface plasmon resonance signal.
【0011】また、PNAプローブ、および試料DNA
断をラジオアイソトープで標識した核酸断片を用いて、
ハイブリッドの標識量を測定することによって、相補性
を有する試料DNA断片を検出する方法も知られている
(P.E.Nielsen et al., Science, 254, 1497-1500(199
1))。Also, a PNA probe and a sample DNA
Using a nucleic acid fragment labeled with a radioisotope,
A method of detecting a sample DNA fragment having complementarity by measuring the labeled amount of a hybrid is also known (PENielsen et al., Science, 254, 1497-1500 (199).
1)).
【0012】[0012]
【発明が解決しようとする課題】本発明は、DNA分析
素子を用いて、分析素子表面に固定されたDNA断片に
相補性を有する試料中の核酸断片、およびPNA分析素
子を用いて、分析素子表面に固定されたPNA断片に相
補性を有する試料中の核酸断片を感度よく検出する方法
および定量する方法を提供することを、その課題とす
る。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention relates to a method for analyzing a DNA element using a DNA analysis element, a nucleic acid fragment in a sample complementary to a DNA fragment immobilized on the surface of the analysis element, and a PNA analysis element. It is an object of the present invention to provide a method for detecting and quantifying a nucleic acid fragment in a sample having complementarity to a PNA fragment immobilized on a surface with high sensitivity.
【0013】[0013]
【課題を解決するための手段】本発明は、基板表面に区
画された複数の領域のそれぞれにDNA断片がで固定さ
れてなるDNA分析素子に、試料核酸断片が溶解もしく
は分散してなる水性液をハイブリッドDNA結合性電気
化学活性分子の存在下に接触させることにより、該水性
液中の、該分析素子に固定されているDNA断片と相補
性を有する試料核酸断片を結合させると共に、該電気化
学活性分子をも結合させ、次いで走査型電気化学顕微鏡
によって、電位を付与しながら、分析素子表面の該電気
化学活性分子結合領域に発生する電流を測定することを
特徴とする、相補性を有する試料核酸断片の検出方法−
A1にある。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention relates to an aqueous liquid comprising a sample nucleic acid fragment dissolved or dispersed in a DNA analysis element in which a DNA fragment is fixed in each of a plurality of regions partitioned on a substrate surface. In the presence of a hybrid DNA-binding electrochemically active molecule to bind a sample nucleic acid fragment having complementarity with the DNA fragment fixed to the analytical element in the aqueous liquid, A sample having complementarity, wherein an active molecule is also bound, and then a current generated in the electrochemically active molecule binding region on the surface of the analytical element is measured while applying a potential by a scanning electrochemical microscope. Nucleic acid fragment detection method
A1.
【0014】本発明は、また、(1)基板表面に区画さ
れた複数の領域のそれぞれにDNA断片が固定されてな
るDNA分析素子に、濃度が未知の、該分析素子に固定
されているDNA断片と相補性を有する試料核酸断片が
溶解あるいは分散されてなる試料水性液およびハイブリ
ッドDNA結合性電気化学活性分子を接触させることに
より、該試料水性液中の、該分析素子に固定されている
DNA断片と相補性を有する試料核酸断片を結合させる
と共に、ハイブリッドDNA結合性電気化学活性分子を
も結合させる工程;そして、(2)該分析素子に走査型
電気化学顕微鏡によって電位を付与し、該分析素子表面
のハイブリッドDNA結合性電気化学活性分子結合領域
に発生する電流を測定し、その電流の値を、上記と同一
の試料核酸断片が溶解あるいは分散されてなる試料水性
液の濃度と電流との関係を示す検量線と照合することに
よって、試料水性液中の相補性を有する試料核酸断片の
濃度を求める工程を含むことを特徴とする、試料核酸断
片の定量方法−A2にもある。[0014] The present invention also provides (1) a DNA analysis element having a DNA fragment fixed to each of a plurality of regions partitioned on the substrate surface, the DNA having an unknown concentration and being fixed to the analysis element. By contacting a sample aqueous liquid in which a sample nucleic acid fragment having complementarity with the fragment is dissolved or dispersed and a hybrid DNA-binding electrochemically active molecule, the DNA immobilized on the analytical element in the sample aqueous liquid Binding a sample nucleic acid fragment having complementarity with the fragment and also binding a hybrid DNA-binding electrochemically active molecule; and (2) applying a potential to the analytical element by a scanning electrochemical microscope to perform the analysis. The current generated in the hybrid DNA binding electrochemically active molecule binding region on the device surface is measured, and the value of the current is measured by the same sample nucleic acid fragment as described above. A step of determining the concentration of a sample nucleic acid fragment having complementarity in the sample aqueous liquid by collating with a calibration curve showing the relationship between the concentration of the solution or the dispersed sample aqueous liquid and the current. Quantitative method for sample nucleic acid fragments-A2.
【0015】本発明の試料核酸断片の定量方法−A2の
好ましい態様は、上記(2)の工程で用いる検量線が、
基板表面に区画された複数の領域のそれぞれにDNA断
片が固定されてなるDNA分析素子に、該分析素子に固
定されているDNA断片と相補性を有する試料核酸断片
を互いに異なる既知の濃度で含む試料核酸断片が溶解あ
るいは分散されてなる三点以上の各試料水性液をそれぞ
れ接触させることにより、該試料水性液中の、該分析素
子に固定されているDNA断片と相補性を有する試料核
酸断片を結合させると共に、ハイブリッドDNA結合性
電気化学活性分子をも結合させ、次いで走査型電気化学
顕微鏡によって電位を付与し、該分析素子表面のハイブ
リッドDNA結合性電気化学活性分子結合領域に発生す
る電流を測定することによって作成されたものである。In a preferred embodiment of the method A2 for quantifying a sample nucleic acid fragment of the present invention, the calibration curve used in the step (2) is
A DNA analysis element in which a DNA fragment is fixed to each of a plurality of regions partitioned on the substrate surface contains sample nucleic acid fragments complementary to the DNA fragment fixed to the analysis element at known concentrations different from each other. A sample nucleic acid fragment having complementarity with a DNA fragment immobilized on the analytical element in the sample aqueous liquid by contacting each of three or more sample aqueous liquids in which the sample nucleic acid fragment is dissolved or dispersed. And also bind the hybrid DNA-binding electrochemically active molecule, and then apply a potential with a scanning electrochemical microscope to generate a current generated in the hybrid DNA-binding electrochemically active molecule-binding region on the surface of the analytical element. It was created by measuring.
【0016】本発明の相補性を有する試料核酸断片の検
出方法−A1および試料核酸断片の定量方法−A2の好
ましい態様は以下の通りである。 (イ)DNA断片が、その塩基配列が既知である。 (ロ)ハイブリッドDNA結合性電気化学活性分子が、
酸化還元活性を有するフェロセン修飾電気化学活性縫い
込み型インターカレータである。Preferred embodiments of the method for detecting a sample nucleic acid fragment having complementarity-A1 and the method for quantifying a sample nucleic acid fragment-A2 of the present invention are as follows. (A) The base sequence of the DNA fragment is known. (B) The hybrid DNA-binding electrochemically active molecule is
It is a ferrocene-modified electrochemically active threaded intercalator having redox activity.
【0017】本発明は、さらに、基板表面に区画された
複数の領域のそれぞれにPNA断片が固定されてなるP
NA分析素子に、試料核酸断片が溶解もしくは分散して
なる水性液をハイブリッドPNA結合性電気化学活性分
子の存在下に接触させることにより、該水性液中の、該
分析素子に固定されているPNA断片と相補性を有する
試料核酸断片を結合させると共に、該電気化学活性分子
をも結合させ、次いで走査型電気化学顕微鏡によって電
位を付与し、分析素子表面の該電気化学活性分子結合領
域に発生する電流を測定することを特徴とする、相補性
を有する試料核酸断片の検出方法−B1にもある。According to the present invention, there is further provided a PNA obtained by fixing a PNA fragment to each of a plurality of regions partitioned on the substrate surface.
By contacting the NA analysis element with an aqueous liquid in which the sample nucleic acid fragment is dissolved or dispersed in the presence of the hybrid PNA-binding electrochemically active molecule, the PNA fixed to the analysis element in the aqueous liquid is contacted. Along with binding the sample nucleic acid fragment having complementarity with the fragment, the electrochemically active molecule is also bound, and then a potential is applied by a scanning electrochemical microscope to generate a potential in the electrochemically active molecule binding region on the surface of the analysis element. There is also a method B-1 for detecting a sample nucleic acid fragment having complementarity, characterized by measuring a current.
【0018】本発明は、さらにまた、(1)基板表面に
区画された複数の領域のそれぞれにPNA断片が固定さ
れてなるPNA分析素子に、濃度が未知の、該分析素子
に固定されているPNA断片と相補性を有する試料核酸
断片が溶解あるいは分散されてなる試料水性液およびハ
イブリッドPNA結合性電気化学活性分子を接触させる
ことにより、該試料水性液中の、該分析素子に固定され
ているPNA断片と相補性を有する試料核酸断片を結合
させると共に、ハイブリッドPNA結合性電気化学活性
分子をも結合させる工程;そして、(2)該分析素子に
走査型電気化学顕微鏡によって電位を付与し、該分析素
子表面のハイブリッドPNA結合性電気化学活性分子結
合領域に発生する電流を測定し、その電流の値を、上記
と同一の試料核酸断片が溶解あるいは分散されてなる試
料水性液の濃度と電流との関係を示す検量線と照合する
ことによって、試料水性液中の相補性を有する試料核酸
断片の濃度を求める工程を含むことを特徴とする、試料
核酸断片の定量方法−B2にもある。According to the present invention, (1) a PNA fragment having a PNA fragment fixed to each of a plurality of regions defined on the substrate surface is fixed to the PNA analytical element having an unknown concentration. By contacting a sample aqueous liquid in which a sample nucleic acid fragment having complementarity with a PNA fragment is dissolved or dispersed and a hybrid PNA-binding electrochemically active molecule, the sample is fixed to the analytical element in the sample aqueous liquid. Binding a sample nucleic acid fragment having complementarity with the PNA fragment and also binding a hybrid PNA-binding electrochemically active molecule; and (2) applying a potential to the analytical element by a scanning electrochemical microscope, The current generated in the hybrid PNA-binding electrochemically active molecule-binding region on the surface of the analysis element is measured, and the value of the current is determined using the same sample nucleic acid A step of determining the concentration of a complementary sample nucleic acid fragment in the sample aqueous liquid by comparing with a calibration curve indicating the relationship between the concentration of the sample aqueous liquid in which the piece is dissolved or dispersed and the current. Quantitative method for sample nucleic acid fragments-B2.
【0019】本発明の試料核酸断片の定量方法−B1の
好ましい態様は、上記(2)の工程で用いる検量線が、
基板表面に区画された複数の領域のそれぞれにPNA断
片が固定されてなるPNA分析素子に、該分析素子に固
定されているPNA断片と相補性を有する試料核酸断片
を互いに異なる既知の濃度で含む試料核酸断片が溶解あ
るいは分散されてなる三点以上の各試料水性液をそれぞ
れ接触させることにより、該試料水性液中の、該分析素
子に固定されているPNA断片と相補性を有する試料核
酸断片を結合させると共に、ハイブリッドPNA結合性
電気化学活性分子をも結合させ、次いで走査型電気化学
顕微鏡によって電位を付与し、該分析素子表面のハイブ
リッドPNA結合性電気化学活性分子結合領域に発生す
る電流を測定することによって作成されたものである。In a preferred embodiment of the method for quantifying a sample nucleic acid fragment-B1 of the present invention, the calibration curve used in the step (2) is
A PNA analysis element in which a PNA fragment is immobilized on each of a plurality of regions partitioned on the substrate surface contains sample nucleic acid fragments having complementarity with the PNA fragment immobilized on the analysis element at known concentrations different from each other. A sample nucleic acid fragment having complementarity with a PNA fragment immobilized on the analysis element in the sample aqueous liquid by contacting each of three or more sample aqueous liquids in which the sample nucleic acid fragment is dissolved or dispersed. And also bind the hybrid PNA-binding electrochemically active molecule, and then apply a potential with a scanning electrochemical microscope to generate a current generated in the hybrid PNA-binding electrochemically active molecule-binding region on the surface of the analytical element. It was created by measuring.
【0020】本発明の相補性を有する試料核酸断片−B
1の検出方法および試料核酸断片の定量方法−B2の好
ましい態様は以下の通りである。 (イ)PNA断片が、その塩基配列が既知である。 (ロ)ハイブリッドPNA結合性電気化学活性分子が、
酸化還元活性を有するフェロセン修飾電気化学活性縫い
込み型インターカレータである。Sample nucleic acid fragment-B having complementation according to the present invention
Preferred embodiments of the detection method 1 and the method for quantifying a sample nucleic acid fragment-B2 are as follows. (A) The nucleotide sequence of the PNA fragment is known. (B) The hybrid PNA-binding electrochemically active molecule is
It is a ferrocene-modified electrochemically active threaded intercalator having redox activity.
【0021】[0021]
【発明の実施の形態】図1に、本発明の代表的な試料核
酸断片の検出方法−A1を示す。基板(21)の表面に
区画された複数の領域のそれぞれにDNA断片(11)
が固定されてなるDNA分析素子(31)に、試料核酸
断片(12)が溶解あるいは分散してなる水性液を、ハ
イブリッドDNA結合性電気化学活性分子(41)の存
在下に接触させる。該水性液中の、DNA断片(11)
と相補性を有する試料核酸断片(12a)を結合させる
と共に、該電気化学活性分子(41)も結合させると、
基板(21)に固定されている(11)と(12a)と
で形成されるハイブリッドDNAに(41)が結合した
複合体(51)を得ることができる。この(51)が固
定された分析素子表面に走査型電気化学顕微鏡(61)
を近接させ、電位を付与後、応答電流を測定することに
よって画像図(71)が得られる。(71)中の丸印
は、基板(21)表面に区画された複数の領域を示し、
その内で黒丸印は、応答電流が検出されたハイブリッド
DNA結合性電気化学活性分子(41)の結合領域を示
す。PNA分析素子は、DNA断片の代わりにPNA断
片が、基板(21)の表面に区画された複数の領域のそ
れぞれに固定されてなる分析素子であり、そのPNA分
析素子を用いる本発明の試料核酸断片の検出方法−B1
は、DNA分析素子を用いる場合と同様である。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 shows a typical sample nucleic acid fragment detection method A1 of the present invention. Each of the plurality of regions partitioned on the surface of the substrate (21) has a DNA fragment (11).
An aqueous solution in which the sample nucleic acid fragment (12) is dissolved or dispersed is brought into contact with the DNA analysis element (31) in which is immobilized in the presence of the hybrid DNA-binding electrochemically active molecule (41). DNA fragment (11) in the aqueous liquid
When the sample nucleic acid fragment (12a) having complementarity with the above is bound together with the electrochemically active molecule (41),
A complex (51) in which (41) is bound to a hybrid DNA formed by (11) and (12a) fixed to the substrate (21) can be obtained. A scanning electrochemical microscope (61) is provided on the surface of the analytical element on which this (51) is fixed.
Are brought close to each other, and after applying a potential, the response current is measured to obtain an image diagram (71). Circles in (71) indicate a plurality of regions partitioned on the surface of the substrate (21),
Among them, black circles indicate the binding region of the hybrid DNA-binding electrochemically active molecule (41) where the response current was detected. The PNA analysis element is an analysis element in which a PNA fragment instead of a DNA fragment is fixed to each of a plurality of regions partitioned on the surface of the substrate (21), and the sample nucleic acid of the present invention using the PNA analysis element Fragment detection method-B1
Is the same as when a DNA analysis element is used.
【0022】以下、本発明の試料核酸断片の検出方法−
A1およびその定量方法−A2の各構成要素について説
明する。本発明の試料核酸断片の検出方法−B1および
その定量方法−B2についても特に断らない限り、A1
およびA2と同様である。Hereinafter, the method for detecting a sample nucleic acid fragment of the present invention will be described.
Each component of A1 and its quantification method-A2 will be described. Unless otherwise specified, the method for detecting a sample nucleic acid fragment of the present invention—B1 and the method for quantifying the same—B2
And A2.
【0023】以下、本明細書で用いる用語を次のように
定義する。「ハイブリッドDNA」とは、DNA分析素
子上に固定されているDNA断片と試料核酸断片とで形
成される二本鎖断片をいう。「ハイブリッドPNA」と
は、PNA分析素子上に固定されているPNA断片と試
料核酸断片とで形成される二本鎖断片をいう。「PNA
断片」とは、合成によって得られたPNAについて、切
断等の操作によってその一部を断片化したものを含まな
い。「ハイブリッドDNA結合性電気化学活性分子」と
は、DNA分析素子上に固定されたDNA断片とハイブ
リダイズする試料核酸断片の種類を問わず、形成された
ハイブリッドに結合し、かつ電気化学活性を有するもの
をいう。但し、ハイブリッドDNA結合性電気化学活性
分子は、形成されたハイブリッド以外に、一本鎖のDN
A断片あるいは一本鎖の試料核酸断片にも一時的に結合
することがある。「ハイブリッドPNA結合性電気化学
活性分子」についても同様である。「結合」とは、ハイ
ブリッドDNA結合性電気化学活性分子がハイブリッド
DNAの構造内に挿入された状態、およびハイブリッド
DNA構造外でハイブリッドDNAに静電気的に相互作
用をしている状態をいう。尚、走査型電子顕微鏡による
検出方法は、電気的な信号を検出するものではあるが、
DNA分析素子を試料核酸断片およびハイブリッドDN
A結合性電気化学活性分子を含む電解質溶液に浸漬し、
次いで、カウンター電極を用いて、該電解質溶液中に
て、ハイブリッドDNAが固定された基板とカウンター
電極との間に電位を印加し、ハイブリッドDNA固定基
板とハイブリッドDNA結合性電気化学活性分子との間
を流れる電流を検出する一般的な「電気化学的な検出方
法」とは異なる。その意味で、本発明の検出方法がいわ
ゆる電気化学的なものではないことを断っておく。Hereinafter, terms used in the present specification are defined as follows. “Hybrid DNA” refers to a double-stranded fragment formed by a DNA fragment fixed on a DNA analysis element and a sample nucleic acid fragment. “Hybrid PNA” refers to a double-stranded fragment formed by a PNA fragment immobilized on a PNA analysis element and a sample nucleic acid fragment. "PNA
The term "fragment" does not include a fragment of PNA obtained by synthesis, which is partially fragmented by an operation such as cleavage. “Hybrid DNA-binding electrochemically active molecule” refers to a compound that binds to a formed hybrid and has electrochemical activity irrespective of the type of a sample nucleic acid fragment that hybridizes with a DNA fragment immobilized on a DNA analysis element. A thing. However, the hybrid DNA-binding electrochemically active molecule is a single-stranded DN in addition to the formed hybrid.
It may also temporarily bind to the A fragment or a single-stranded sample nucleic acid fragment. The same applies to the “hybrid PNA-binding electrochemically active molecule”. “Binding” refers to a state in which the hybrid DNA-binding electrochemically active molecule is inserted into the structure of the hybrid DNA, and a state in which the hybrid DNA is electrostatically interacting with the hybrid DNA outside the hybrid DNA structure. Although the detection method using a scanning electron microscope detects an electric signal,
The DNA analysis element is used for a sample nucleic acid fragment and a hybrid
Immersed in an electrolyte solution containing A-binding electrochemically active molecules,
Next, using a counter electrode, a potential is applied between the hybrid DNA-immobilized substrate and the hybrid DNA-binding electrochemically active molecule in the electrolyte solution between the substrate on which the hybrid DNA is immobilized and the counter electrode. This is different from a general “electrochemical detection method” for detecting a current flowing through a cell. In that sense, it should be noted that the detection method of the present invention is not so-called electrochemical.
【0024】[基板]基板としては、電気絶縁性の疎水
性担体、あるいは電気絶縁性の低親水性の担体であるこ
とが好ましい。また、その表面が凹凸を有する平面性の
低いものであっても好ましく用いることができる。基板
の材質としては、ガラス、セメント、陶磁器等のセラミ
ックスもしくはニューセラミックス、ポリエチレンテレ
フタレート、酢酸セルロース、ビスフェノールAのポリ
カーボネート、ポリスチレン、ポリメチルメタクリレー
ト等のポリマー、シリコン、活性炭、多孔質ガラス、多
孔質セラミックス、多孔質シリコン、多孔質活性炭、織
編物、不織布、濾紙、短繊維、メンブレンフィルター等
の多孔質物質などを挙げることができるが、各種ポリマ
ー、ガラスもしくはシリコンであることが特に好まし
い。これは、表面処理の容易さや電気化学的方法による
解析の容易さによるものである。基板の厚さは、特に限
定されないが、板状である場合には、100乃至100
00μmの範囲にあることが好ましい。[Substrate] The substrate is preferably an electrically insulating hydrophobic carrier or an electrically insulating low hydrophilic carrier. In addition, even if the surface has unevenness and low flatness, it can be preferably used. As the material of the substrate, glass, cement, ceramics such as ceramics or new ceramics, polyethylene terephthalate, cellulose acetate, polycarbonate such as bisphenol A, polystyrene, polymers such as polymethyl methacrylate, silicon, activated carbon, porous glass, porous ceramics, Porous silicon, porous activated carbon, woven or knitted fabric, nonwoven fabric, filter paper, short fibers, porous materials such as membrane filters and the like can be mentioned, but various polymers, glass or silicon are particularly preferable. This is due to the ease of surface treatment and the ease of analysis by electrochemical methods. The thickness of the substrate is not particularly limited.
It is preferably in the range of 00 μm.
【0025】基板としては、電極、光ファイバー、フォ
トダイオード、サーミスタ、ISFET、MOSFE
T、ピエゾ素子、表面弾性波素子なども好ましく用いる
ことができる。例えば、電極の場合には、上記の導電性
を持たない基板上に電極が配置されたものを用いること
が好ましく、電極は、互いに接しないように、かつ規則
的に配置されていることが好ましい。電極の材料として
は、グラファイト、グラシーカーボン等の炭素電極、白
金、金、パラジウム、ロジウム等の貴金属電極、酸化チ
タン、酸化スズ、酸化マンガン、酸化鉛等の酸化物電
極、Si、Ge、ZnO、CdS等の半導体電極、チタ
ンなどの電子伝導体を挙げることができるが、金もしく
はグラシーカーボンを用いることがが特に好ましい。こ
れらの電子伝導体は、導電性高分子によって被覆されて
いても、単分子膜によって被覆されていてもよい。導電
性を持たない基板上に複数の電極が配置されたものとし
ては、導電性を持たない基板の表面を上記の電子伝導体
で処理したものを用いることが好ましく、金で蒸着処理
したものを用いることが特に好ましい。基板は、電子伝
導体で表面処理をする前に、基板上に電荷を有する親水
性の高分子物質からなる層や架橋剤からなる層を設けて
もよい。このような層を設けることによって基板の凹凸
を軽減することができる。また、基板によっては、その
基板中に電荷を有する親水性の高分子物質を含ませるこ
とも可能であり、このような処理を施した基板も好まし
く用いることができる。As the substrate, electrodes, optical fibers, photodiodes, thermistors, ISFETs, MOSFEs
T, a piezo element, a surface acoustic wave element and the like can also be preferably used. For example, in the case of an electrode, it is preferable to use an electrode provided on a substrate having no conductivity as described above, and the electrodes are preferably arranged so as not to be in contact with each other and regularly. . Examples of the material of the electrode include a carbon electrode such as graphite and glassy carbon, a noble metal electrode such as platinum, gold, palladium, and rhodium; an oxide electrode such as titanium oxide, tin oxide, manganese oxide, and lead oxide; Si, Ge, and ZnO. And a semiconductor electrode such as CdS, and an electron conductor such as titanium. It is particularly preferable to use gold or glassy carbon. These electron conductors may be covered with a conductive polymer or may be covered with a monomolecular film. As a plurality of electrodes arranged on a non-conductive substrate, it is preferable to use a non-conductive substrate surface that has been treated with the above-described electronic conductor. It is particularly preferred to use. Before the surface treatment with the electron conductor, the substrate may be provided with a layer made of a charged hydrophilic polymer substance or a layer made of a crosslinking agent on the substrate. By providing such a layer, unevenness of the substrate can be reduced. Further, depending on the substrate, a hydrophilic polymer substance having an electric charge can be contained in the substrate, and a substrate subjected to such treatment can be preferably used.
【0026】導電性を持たない基板上に複数の電極が配
置されたものとしては、文献(Sosnowski,R.G. et al.,
Proc.Natl.Acad.Sci.USA, 94, 1119-1123(1997))に記
載の、核酸が未固定のシリコンチップも好ましく用いる
ことができる。また、プリント配線基板のように、が基
板上に印刷されてなるものであってもよい。[0026] As an example in which a plurality of electrodes are arranged on a substrate having no conductivity, a literature (Sosnowski, RG et al.,
Acad. Sci. USA, 94, 1119-1123 (1997)), and a silicon chip on which nucleic acids are not fixed can also be preferably used. Further, like a printed wiring board, may be printed on the board.
【0027】[DNA断片]DNA断片は、目的によっ
て二通りに分けることができる。遺伝子の発現を調べる
ためには、cDNA、cDNAの一部、EST等のポリ
ヌクレオチドを使用することが好ましい。これらのポリ
ヌクレオチドは、その機能が未知であってもよいが、一
般的にはデータベースに登録された配列を基にしてcD
NAのライブラリー、ゲノムのライブラリーあるいは全
ゲノムをテンプレートとしてPCR法によって増幅して
調製する。PCR法によって増幅しないものも好ましく
使用することができる。また、遺伝子の変異や多型を調
べるには、標準となる既知の配列をもとにして、変異や
多型に対応する種々のオリゴヌクレオチドを合成し、こ
れを使用することが好ましい。さらに、塩基配列分析の
場合には、4n(nは、塩基の長さ)種のオリゴヌクレ
オチドを合成したものを使用することが好ましい。DN
A断片の塩基配列は、一般的な塩基配列決定法によって
予めその配列が決定されていることが好ましく、その塩
基種も既知であることが好ましい。DNA断片は、3乃
至50量体であることが好ましく、10乃至25量体で
あることが特に好ましい。DNA断片として、基板表面
に区画された複数の領域のそれぞれに、互いに異なる塩
基配列を有するDNA断片を固定させるため、そのよう
な複数の種類のDNA断片を用いることも好ましい。[DNA Fragment] The DNA fragment can be divided into two types depending on the purpose. In order to examine gene expression, it is preferable to use a polynucleotide such as cDNA, a part of cDNA, or EST. These polynucleotides may be of unknown function, but are generally based on sequences registered in a database.
It is prepared by amplifying by a PCR method using an NA library, a genomic library or a whole genome as a template. Those not amplified by the PCR method can also be preferably used. In addition, in order to examine gene mutations and polymorphisms, it is preferable to synthesize various oligonucleotides corresponding to the mutations and polymorphisms based on a known sequence as a standard, and use them. Furthermore, in the case of nucleotide sequence analysis, it is preferable to use 4 n (n is the length of a base) synthesized oligonucleotides. DN
The base sequence of the fragment A is preferably determined in advance by a general base sequence determination method, and its base type is also preferably known. The DNA fragment is preferably a 3 to 50 mer, particularly preferably a 10 to 25 mer. It is also preferable to use such a plurality of types of DNA fragments in order to fix DNA fragments having different base sequences to each of a plurality of regions partitioned on the substrate surface as the DNA fragments.
【0028】DNA断片の固定方法としては、公知の方
法を用いることができる。DNA断片の基板への固定方
法は、断片の種類および基板の種類に応じて適当な方法
を選択することができる(蛋白質・核酸・酵素,Vol.,4
3,No.13,2004-2011(1998))。例えば、DNA断片がc
DNAやPCR産物の場合には、DNAの荷電を利用し
て、ポリリシン、ポリエチレンイミン、ポリアルキルア
ミン等の陽イオンで表面処理した基板に静電結合させる
方法を用いることができる。合成ヌクレオチドを固定す
る場合には、基板上で直接合成する方法、あるいは予め
末端に共有結合のための官能基を導入したオリゴマーを
合成し、表面処理した基板に共有結合させる方法を用い
ることができる。例えば、基板表面が金で蒸着処理され
ている場合には、DNA断片の5’もしくは3’末端に
メルカプト基を導入し、金とイオウとの配位結合を介し
て、DNA断片を基板に固定する。該DNA断片にメル
カプト基を導入する方法は、文献(M.Maeda et al., Ch
em.Lett., 1805~1808(1994)およびB.A.Connolly, Nucle
ic Acids Res., 13, 4484(1985))に記載されている。
基板表面がグラシーカーボンで塗布処理されている場合
には、そのグラシーカーボンを過マンガン酸カリウムで
酸化することによって、基板表面にカルボン酸基が導入
されるため、DNA断片をアミド結合により基板表面に
固定することができる。実際の固定化方法については、
文献(K.M.Millan et al., AnalyticalChemistry, 65,
2317~2323(1993))に詳細が記載されている。上記のD
NA断片は、予め調製された二本鎖DNA断片であって
もよい。二本鎖DNA断片を金で蒸着処理された基板に
固定する場合には、二本鎖DNA断片の片方の鎖の5’
もしくは3’末端(好ましくは、5’末端)にメルカプ
ト基を導入しておく。共有結合のための官能基として
は、アミノ基、アルデヒド基、メルカプト基、ビオチン
等を挙げることができる。基板としてガラスやシリコン
を用いるこ場合には、その表面処理には、公知のシラン
カップリング剤を用いることが好ましい。As a method for immobilizing a DNA fragment, a known method can be used. An appropriate method for fixing the DNA fragment to the substrate can be selected according to the type of the fragment and the type of the substrate (Protein / Nucleic Acid / Enzyme, Vol., 4
3, No. 13, 2004-2011 (1998)). For example, if the DNA fragment is c
In the case of DNA or PCR products, a method of utilizing the charge of DNA to electrostatically bond to a substrate surface-treated with a cation such as polylysine, polyethyleneimine, or polyalkylamine can be used. When immobilizing synthetic nucleotides, a method of directly synthesizing on a substrate, or a method of synthesizing an oligomer having a functional group for covalent bonding introduced at an end in advance and covalently bonding to a surface-treated substrate can be used. . For example, when the surface of the substrate is vapor-deposited with gold, a mercapto group is introduced into the 5 ′ or 3 ′ end of the DNA fragment, and the DNA fragment is fixed to the substrate via a coordination bond between gold and sulfur. I do. A method for introducing a mercapto group into the DNA fragment is described in the literature (M. Maeda et al., Ch.
em. Lett., 1805-1808 (1994) and BAConnolly, Nucle.
ic Acids Res., 13, 4484 (1985)).
When the substrate surface is coated with glassy carbon, the carboxylic acid group is introduced into the substrate surface by oxidizing the glassy carbon with potassium permanganate. Can be fixed to the surface. For the actual immobilization method,
References (KMMillan et al., AnalyticalChemistry, 65,
2317 to 2323 (1993)). D above
The NA fragment may be a double-stranded DNA fragment prepared in advance. When the double-stranded DNA fragment is immobilized on a substrate which has been subjected to a deposition process with gold, the 5 ′ of one strand of the double-stranded DNA fragment is
Alternatively, a mercapto group is introduced at the 3 'end (preferably, the 5' end). Examples of the functional group for covalent bonding include an amino group, an aldehyde group, a mercapto group, and biotin. When glass or silicon is used as the substrate, it is preferable to use a known silane coupling agent for the surface treatment.
【0029】DNA断片の固定は、DNA断片が溶解あ
るいは分散されてなる水性液を基板上の領域に点着して
行うことが好ましい。点着するDNA断片の濃度は、数
pM乃至数mMの範囲にあることが好ましく、数pM乃
至数nMの範囲にあることが特に好ましい。点着量は、
1乃至100nLの範囲にあることが好ましく、1乃至
10nLの範囲にあることが特に好ましい。DNA断片
を含む水性液中には、その水性液の粘性を高める添加剤
を含有させてもよい。このような添加剤としては、ショ
糖、ポリエチレングリコール、グリセロール等を挙げる
ことができる。点着後、所定の温度でそのまま数時間放
置するとDNA断片のが基板上の領域に固定される。点
着の条件は、使用する基板の種類、大きさ等によって異
なる。点着は、マニュアル操作によっても行うことがで
きるが、汎用されているDNAチップ作製装置に装備さ
れたスポッターを用いて行うことも好ましい。点着後
は、インキュベーションを行うことも好ましい。インキ
ュベート後、未点着のDNA断片を洗浄して除去するこ
とが好ましい。DNA断片を基板に固定後、その表面
を、炭素原子数が1乃至6のアルキレン基の一方の末端
に親水性基を有し、かつ他方の末端に基板と結合する官
能基を有する化合物を用いて被覆処理をすることが好ま
しい。このような化合物としては、金が蒸着されている
基板の場合には、2−メルカプトエタノールもしくはそ
の誘導体を用いることができる。上記のようにして作製
されたDNA分析素子の寿命は、数日間乃至数週間の範
囲にある。The fixation of the DNA fragment is preferably carried out by dropping an aqueous solution in which the DNA fragment is dissolved or dispersed on a region on the substrate. The concentration of the DNA fragment to be spotted is preferably in the range of several pM to several mM, and particularly preferably in the range of several pM to several nM. The amount of spotting is
It is preferably in the range of 1 to 100 nL, particularly preferably in the range of 1 to 10 nL. The aqueous liquid containing the DNA fragment may contain an additive for increasing the viscosity of the aqueous liquid. Such additives include sucrose, polyethylene glycol, glycerol and the like. After spotting, the DNA fragments are fixed to the region on the substrate when left at a predetermined temperature for several hours. Conditions for spotting differ depending on the type and size of the substrate to be used. The spotting can be performed by a manual operation, but it is also preferable to perform the spotting using a spotter provided in a commonly used DNA chip manufacturing apparatus. After spotting, it is also preferable to carry out incubation. After the incubation, it is preferable to wash and remove unspotted DNA fragments. After immobilizing the DNA fragment on the substrate, the surface is treated with a compound having a hydrophilic group at one end of an alkylene group having 1 to 6 carbon atoms and a functional group at the other end having a functional group binding to the substrate. It is preferable to perform the coating treatment. As such a compound, in the case of a substrate on which gold is deposited, 2-mercaptoethanol or a derivative thereof can be used. The life of the DNA analysis device manufactured as described above ranges from several days to several weeks.
【0030】[PNA断片]本発明で好ましく用いられ
るPNA断片は、下記一般式(I)で表される化合物で
ある。[PNA Fragment] The PNA fragment preferably used in the present invention is a compound represented by the following formula (I).
【0031】[0031]
【化2】(I) Embedded image (I)
【0032】式中、B11は、リガンドであって、天然の
核酸塩基(A、T、C、G、IもしくはU)あるいは塩
基類似体を表す。B11は、天然に見出される位置、即
ち、アデニン、グアニンもしくはイノシンを含むプリン
については、9位において、チミン、ウラシルもしくは
シトシンを含むピリミジンについては、1位において結
合している。塩基類似体とは、天然に存在しない核酸塩
基に類似の有機塩基をいい、プリン環やピリミジン環の
一部がCからNへ、もしくはNからCへ置換された化合
物、またはプリン環やピリミジン環の一部に新たな修飾
を施された化合物(スルフヒドリル基やハロゲン原子が
導入された化合物)をいう。また、B11は、核酸塩基を
含まない芳香族部分、炭素原子数が1乃至4のアルカノ
イル基、水酸基あるいは水素原子であってもよい。塩基
類似体としては、7−デアザアデニン、6−アザウラシ
ルおよび5−アザシトシンを挙げることができる。典型
的な核酸塩基リガンドおよび例示的合成リガンドについ
ては、WO92/20702に図示されており、5−プ
ロピルチミンおよび3−デアザウラシルは、DNA断片
への結合親和性を増加させることが知られている(特開
平11−236396号公報)。他の有用な天然にない
核酸塩基としては、6−チオグアニンやピラゾロ[4,
3d]−ピリミジンが有用である(国際出願PCT/U
S92/04795)。さらに、B11は、DNAインタ
ーカレータ、レポーターリガンド(例えば、フルオロフ
ォア)、ハプテンやビオチンのタンパク質標識、スピン
標識、あるいは放射性標識であってもよい。B11は、核
酸塩基(A、T、C、GもしくはU)であることが特に
好ましい。In the formula, B 11 is a ligand and represents a natural nucleobase (A, T, C, G, I or U) or a base analog. B 11, the position found in nature, i.e., adenine, the purine containing guanine or inosine, in position 9, for pyrimidines including thymine, uracil or cytosine, bonded at position 1. A base analog is an organic base similar to a non-naturally occurring nucleic acid base, and is a compound in which a purine ring or pyrimidine ring is partially substituted with C to N or N to C, or a purine ring or pyrimidine ring. Is a compound (Sulfhydryl group or halogen atom-introduced compound) partially modified. B 11 may be an aromatic moiety not containing a nucleic acid base, an alkanoyl group having 1 to 4 carbon atoms, a hydroxyl group or a hydrogen atom. Base analogs include 7-deazaadenine, 6-azauracil and 5-azacytosine. Exemplary nucleobase ligands and exemplary synthetic ligands are illustrated in WO 92/20702, where 5-propylthymine and 3-deazauracil are known to increase binding affinity to DNA fragments ( JP-A-11-236396). Other useful non-natural nucleobases include 6-thioguanine and pyrazolo [4,
3d] -Pyrimidines are useful (International Application PCT / U
S92 / 04795). Further, B 11 may be a DNA intercalator, a reporter ligand (for example, a fluorophore), a protein label of hapten or biotin, a spin label, or a radiolabel. B 11 is particularly preferably a nucleobase (A, T, C, G or U).
【0033】R11は、水素原子、もしくは天然のα−ア
ミノ酸の側鎖を表す基を表す。天然のα−アミノ酸の側
鎖を表す基としては、炭素原子数が1乃至6のアルキル
基、炭素原子数が6乃至20のアリール基、炭素原子数
が1乃至6のアルキル基を含む炭素原子数が7乃至26
のアラルキル基、炭素原子数が6乃至20のヘテロアリ
ール基、水酸基、炭素原子数が1乃至6のアルコキシ
基、炭素原子数が1乃至6のアルキルチオ基、−NR13
R14基、−SH基、および炭素原子数が1乃至6のアル
キル基からなる群より選ばれる基であることが好まし
い。炭素原子数が1乃至6のアルキル基は、さらに、水
酸基、炭素原子数が1乃至6のアルコキシ基もしくは炭
素原子数が1乃至6のアルキルチオ基で置換されていて
もよい。R13およびR14は、互いに独立に、水素原子、
炭素原子数が1乃至3のアルキル基、炭素原子数が1乃
至3のアルコキシ基、炭素原子数が1乃至3のアルキル
チオ基および水酸基からなる群より選ばれる原子もしく
は水酸基を表す。天然のα−アミノ酸の側鎖を表す基
は、R11が結合している炭素原子の水素原子と一緒にな
って脂環あるいは複素環を形成していてもよい。R 11 represents a hydrogen atom or a group representing a side chain of a natural α-amino acid. Examples of the group representing the side chain of the natural α-amino acid include an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, an aryl group having 6 to 20 carbon atoms, and a carbon atom containing an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms. Number 7 to 26
An aralkyl group, a heteroaryl group having 6 to 20 carbon atoms, a hydroxyl group, an alkoxy group having 1 to 6 carbon atoms, an alkylthio group having 1 to 6 carbon atoms, -NR 13
It is preferably a group selected from the group consisting of an R 14 group, a —SH group, and an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms. The alkyl group having 1 to 6 carbon atoms may be further substituted with a hydroxyl group, an alkoxy group having 1 to 6 carbon atoms or an alkylthio group having 1 to 6 carbon atoms. R 13 and R 14 are each independently a hydrogen atom,
It represents an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 3 carbon atoms, an atom or a hydroxyl group selected from the group consisting of an alkylthio group having 1 to 3 carbon atoms and a hydroxyl group. The group representing the side chain of the natural α-amino acid may form an alicyclic ring or a heterocyclic ring together with the hydrogen atom of the carbon atom to which R 11 is bonded.
【0034】L11は、連結基を表し、−CO−基もしく
は−CO−NR12−基であることが好ましく、−CO−
基であることが特に好ましい。R12は、水素原子、炭素
原子数が1乃至4のアルキレン基、水酸基、炭素原子数
が1乃至4のアルコキシ基およびアミノ基からなる群よ
り選ばれる原子もしくは基を表す。炭素原子数が1乃至
4のアルキレン基、炭素原子数が1乃至4のアルコキシ
基およびアミノ基は、何れも炭素原子数が1乃至4のア
ルキル基、炭素原子数が1乃至4のアルコキシ基もしく
は水酸基で置換されていてもよい。L 11 represents a linking group, preferably a —CO— group or a —CO—NR 12 — group,
Particularly preferred is a group. R 12 represents an atom or a group selected from the group consisting of a hydrogen atom, an alkylene group having 1 to 4 carbon atoms, a hydroxyl group, an alkoxy group having 1 to 4 carbon atoms and an amino group. The alkylene group having 1 to 4 carbon atoms, the alkoxy group having 1 to 4 carbon atoms and the amino group are all an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 4 carbon atoms or It may be substituted with a hydroxyl group.
【0035】dは、1乃至60の整数を表す。dは、1
乃至40の整数であることが好ましい。a、bおよびc
は、それぞれ独立に0乃至5の整数を表す。a、bおよ
びcは、何れも1であることが好ましい。D represents an integer of 1 to 60. d is 1
It is preferably an integer of from 40 to 40. a, b and c
Represents an integer of 0 to 5 each independently. It is preferable that a, b and c are all 1.
【0036】本発明で用いるPNA断片は、下記一般式
(II)で表される化合物であることが特に好ましい。式
中、B11およびdは、それぞれ、上記一般式(I)のB
11、dを表す。The PNA fragment used in the present invention has the following general formula:
The compound represented by the formula (II) is particularly preferred. In the formula, B 11 and d each represent B
11 and d.
【0037】[0037]
【化3】(II) Embedded image (II)
【0038】PNA断片の基板への固定方法としては、
公知の方法を用いることができる(蛋白質・核酸・酵
素,Vol.,43,No.13,2004-2011(1998)、および特開平9−
288080号公報)。固定方法は、PNA断片の種類
および基板の種類に応じて適当な方法を選択することが
できる。例えば、基板上で直接、PNA断片を合成する
方法、あるいは予め合成したPNA断片を基板表面に点
着して、N末端もしくはC末端にて固定させる方法を用
いることができる。基板の表面は、PNA断片を固定さ
せるために予め処理をしておくことが好ましい。別途合
成したPNA断片を用いる場合には、合成したPNA断
片の一方の末端に、基板との結合のための反応性基を導
入しておくことも好ましい。反応性基としては、アミノ
基、アルデヒド基、メルカプト基、ビオチン等を挙げる
ことができる。基板の表面処理としては、例えば、基板
がグラシーカーボンである場合には、基板を過マンガン
酸カリウムで処理することが好ましい。導電性を持たな
い基板上に配置された複数の電極を基板として用いる場
合には、基板表面のそれぞれに互いに異なる種類のPN
A断片を固定することが好ましい。As a method for fixing the PNA fragment to the substrate,
Known methods can be used (Protein / Nucleic Acid / Enzyme, Vol. 43, No. 13, 2004-2011 (1998), and
288080). As an immobilization method, an appropriate method can be selected according to the type of the PNA fragment and the type of the substrate. For example, a method of directly synthesizing a PNA fragment on a substrate, or a method of spotting a previously synthesized PNA fragment on the substrate surface and immobilizing it at the N-terminus or C-terminus can be used. It is preferable that the surface of the substrate be treated in advance to fix the PNA fragment. When a separately synthesized PNA fragment is used, it is also preferable to introduce a reactive group for binding to a substrate at one end of the synthesized PNA fragment. Examples of the reactive group include an amino group, an aldehyde group, a mercapto group, and biotin. As the surface treatment of the substrate, for example, when the substrate is glassy carbon, the substrate is preferably treated with potassium permanganate. When a plurality of electrodes arranged on a substrate having no conductivity are used as a substrate, different types of PN
It is preferred to fix the A fragment.
【0039】PNA断片の固定は、PNA断片を含む水
性液を基板上に点着して行うことが好ましい。点着後、
所定の温度でそのまま数時間放置するとPNA断片のが
基板表面に固定される。点着の条件は、使用する基板の
種類、基板の大きさなどによって異なる。点着は、マニ
ュアル操作によっても行うことができるが、汎用されて
いるDNAチップ作製装置に装備されたスポッターを用
いて行うことも好ましい。点着後は、インキュベーショ
ンを行うことも好ましい。インキュベート後、固定され
ていないPNA断片を洗浄して除去することが好まし
い。上記のようにして作製されたPNA分析素子の寿命
は、数日間乃至数週間の範囲にある。The fixation of the PNA fragment is preferably carried out by dropping an aqueous liquid containing the PNA fragment on a substrate. After spotting,
When left at a predetermined temperature for several hours, PNA fragments are fixed on the substrate surface. Conditions for spotting differ depending on the type of substrate used, the size of the substrate, and the like. The spotting can be performed by a manual operation, but it is also preferable to perform the spotting using a spotter provided in a commonly used DNA chip manufacturing apparatus. After spotting, it is also preferable to carry out incubation. After the incubation, it is preferable to wash and remove unfixed PNA fragments. The life of the PNA analytical element manufactured as described above ranges from several days to several weeks.
【0040】[ハイブリダイゼーション]ハイブリダイ
ゼーションは、DNAを用いる場合には、ハイブリッド
DNA結合性電気化学活性分子の存在下にて、PNA分
析素子を用いる場合には、ハイブリッドPNA結合性電
気化学活性分子の存在下にて、DNA分析素子あるいは
PNA分析素子に試料核酸断片を接触させることによっ
て実施する。ハイブリッドDNA結合性電気化学活性分
子は、ハイブリダイゼーションの終了後に、形成された
ハイブリッドDNAに接触させてもよい。この場合に
は、ハイブリダイゼーションの終了後、界面活性剤(好
ましくは、ドデシル硫酸ナトリウム)と緩衝液(好まし
くは、クエン酸緩衝液)との混合溶液を用いて洗浄を行
い、未反応の試料核酸断片を除去しておくことが好まし
い。または、ハイブリダイゼーションの際に試料核酸断
片を含む水性液中に該電気化学活性分子を含めることに
よって、形成されたハイブリッドDNAに接触させても
よい。該電気化学活性分子は、(一本鎖の)試料核酸断
片あるいは試料中に含まれる二本鎖の試料核酸断片に、
該電気化学活性分子が非特異的に結合するのを避けるた
め、ハイブリダイゼーション終了後に未反応の試料核酸
断片を除去してから、接触させることが望ましい。ハイ
ブリッドPNA結合性電気化学活性分子についても同様
である。ハイブリッドDNA結合性電気化学活性分子あ
るいはハイブリッドPNA結合性電気化学活性分子は、
10nM乃至10mMの濃度範囲にて用いることが好ま
しい。ハイブリダイゼーションは、室温乃至70℃の温
度範囲で、そして0.5乃至20時間の範囲で実施する
ことが好ましいが、基板に固定するDNA断片の鎖長、
試料核酸断片の種類などに応じて、ハイブリダイゼーシ
ョンの最適条件を設定することが望ましい。例えば、遺
伝子発現の解析を目的とする場合には、低発現の遺伝子
も充分に検出できるように、長時間のハイブリダイゼー
ションを行うことが好ましく、一塩基変異の検出を目的
とする場合には、短時間のハイブリダイゼーションを行
うことが好ましい。ハイブリダイゼーション終了後、界
面活性剤(好ましくは、ドデシル硫酸ナトリウム)と緩
衝液(好ましくは、クエン酸緩衝液)との混合溶液を用
いて洗浄を行い、未反応の試料核酸断片を除去すること
が好ましい。[Hybridization] Hybridization is carried out in the presence of a hybrid DNA-binding electrochemically active molecule when DNA is used, and in the case of using a hybrid PNA-binding electrochemically active molecule when a PNA analytical element is used. It is performed by bringing the sample nucleic acid fragment into contact with a DNA analysis element or a PNA analysis element in the presence. The hybrid DNA-binding electrochemically active molecule may be brought into contact with the formed hybrid DNA after completion of the hybridization. In this case, after completion of hybridization, washing is performed using a mixed solution of a surfactant (preferably, sodium dodecyl sulfate) and a buffer (preferably, citrate buffer), and unreacted sample nucleic acid is removed. Preferably, the fragments have been removed. Alternatively, at the time of hybridization, the electrochemically active molecule may be included in an aqueous liquid containing a sample nucleic acid fragment, so as to be brought into contact with the formed hybrid DNA. The electrochemically active molecule is added to a (single-stranded) sample nucleic acid fragment or a double-stranded sample nucleic acid fragment contained in the sample,
In order to avoid non-specific binding of the electrochemically active molecule, it is desirable to remove unreacted sample nucleic acid fragments after hybridization and then contact them. The same applies to hybrid PNA-binding electrochemically active molecules. A hybrid DNA-binding electrochemically active molecule or a hybrid PNA-binding electrochemically active molecule is
It is preferable to use in a concentration range of 10 nM to 10 mM. Hybridization is preferably carried out at a temperature in the range of room temperature to 70 ° C. and for a time in the range of 0.5 to 20 hours.
It is desirable to set optimal hybridization conditions according to the type of the sample nucleic acid fragment and the like. For example, when the purpose is to analyze gene expression, it is preferable to perform hybridization for a long time so that low-expressed genes can be sufficiently detected, and when the purpose is to detect a single nucleotide mutation, It is preferable to perform hybridization for a short time. After hybridization, washing is performed using a mixed solution of a surfactant (preferably sodium dodecyl sulfate) and a buffer (preferably citrate buffer) to remove unreacted sample nucleic acid fragments. preferable.
【0041】[試料核酸断片]試料核酸断片としては、
生物試料から抽出したDNA断片、遺伝子操作によって
作製したDNA断片等を制限酵素等で切断し、次いで電
気泳動による分離等で精製したDNA断片、あるいは化
学合成で得られた一本鎖のDNA断片を用いることが好
ましい。生物試料等から得られたDNA断片の場合に
は、熱処理あるいはアルカリ処理によって、一本鎖のD
NA断片に解離させておくことが好ましい。制限酵素で
切断を受けたDNA断片は、一般的に複数個の種類のD
NA断片となるが、これを試料DNA断片として用いる
場合のDNA断片は、一種類であっても複数個の種類で
あってもよい。試料DNA断片は、数pM乃至数mMの
範囲にあることが好ましく、数pM乃至数nMの範囲に
あることが特に好ましい。[Sample nucleic acid fragment] As the sample nucleic acid fragment,
DNA fragments extracted from biological samples, DNA fragments produced by genetic manipulation, etc. are cut with restriction enzymes and the like, and then DNA fragments purified by electrophoretic separation or the like, or single-stranded DNA fragments obtained by chemical synthesis. Preferably, it is used. In the case of a DNA fragment obtained from a biological sample or the like, a single-stranded D
It is preferable to dissociate into NA fragments. DNA fragments cleaved with restriction enzymes generally contain a plurality of types of D
The NA fragment will be used. When this is used as a sample DNA fragment, the DNA fragment may be of one type or a plurality of types. The sample DNA fragment is preferably in the range of several pM to several mM, particularly preferably in the range of several pM to several nM.
【0042】[ハイブリッドDNA結合性電気化学活性
分子およびハイブリッドPNA結合性電気化学活性分
子]ハイブリッドDNA結合性電気化学活性分子は、ハ
イブリッドDNAに結合し、かつ電気活性活性を有する
分子であれば何れのものも用いることができる。ハイブ
リッドDNAは、図1に示すように、DNA分析素子に
試料核酸断片を接触させて得られるものであることが好
ましいが、このような方法によらなくても、DNA分析
素子に関与しない方法で別途調製されたものであっても
よい。DNA分析素子をPNA分析素子に置き換えた場
合にも、上記と同様である。ハイブリッドDNA結合性
電気化学活性分子(あるいはハイブリッドPNA結合性
電気化学活性分子)は、DNA分析素子(PNA分析素
子)を対応する電気化学活性分子を含む溶液に浸積する
方法、あるいはDNA分析素子(PNA分析素子)上に
対応する電気化学活性分子を含む溶液を滴下する方法に
よって、ハイブリッドDNA(あるいはハイブリッドP
NA)に接触させることができる。ハイブリッドDNA
への結合は、インターカレート型、ハイブリッドへの溝
(主溝もしくは副溝)結合型等の何れであってもよい。
ハイブリッドPNA結合性電気化学活性分子は、ハイブ
リッドPNAに結合し、かつ電気活性活性を有する分子
であれば何れのものも用いることができる。ハイブリッ
ドPNAへの結合様式は、ハイブリッドDNAの場合と
同様である。ハイブリッドDNA結合性電気化学活性分
子およびハイブリッドPNA結合性電気化学活性分子
は、何れも10nM乃至10mMの濃度範囲で用いるこ
とが好ましい。[Hybrid DNA-Binding Electrochemically Active Molecule and Hybrid PNA-Binding Electrochemically Active Molecule] The hybrid DNA-binding electrochemically active molecule is any molecule that binds to hybrid DNA and has electroactive activity. Those can also be used. As shown in FIG. 1, the hybrid DNA is preferably obtained by bringing a sample nucleic acid fragment into contact with a DNA analysis element. However, even without such a method, a hybrid DNA not involving the DNA analysis element can be used. It may be prepared separately. The same applies to the case where the DNA analysis element is replaced with a PNA analysis element. Hybrid DNA-binding electrochemically active molecules (or hybrid PNA-binding electrochemically active molecules) can be prepared by immersing a DNA analysis element (PNA analysis element) in a solution containing the corresponding electrochemically active molecule, or by using a DNA analysis element ( Hybrid DNA (or hybrid P) can be obtained by dropping a solution containing the corresponding electrochemically active molecule onto a PNA analytical element.
NA). Hybrid DNA
Bonding to the hybrid may be any of an intercalating type, a groove (main groove or sub-groove) connecting type to the hybrid, and the like.
As the hybrid PNA-binding electrochemically active molecule, any molecule can be used as long as it binds to hybrid PNA and has an electroactive activity. The mode of binding to hybrid PNA is the same as that for hybrid DNA. It is preferable that both the hybrid DNA-binding electrochemically active molecule and the hybrid PNA-binding electrochemically active molecule are used in a concentration range of 10 nM to 10 mM.
【0043】ハイブリッドDNA結合性電気化学活性分
子およびハイブリッドPNA結合性電気化学活性分子と
しては、同一の分子を使用することができ、このような
分子としては導電性基で標識された縫い込み型インター
カレータであることが特に好ましい。導電性基で標識さ
れた縫い込み型インターカレータは、酸化還元活性を有
する物質であることが好ましい。酸化還元活性部分とし
ては、フェロセン化合物、カテコールアミン化合物、金
属ビピリジン錯体、金属フェナントロリン錯体、ビオロ
ーゲン化合物等であることが好ましく、フェロセン化合
物であることが特に好ましい。インターカレータ部分と
しては、ナフタレンジイミド、アントラセン、アントラ
キノン等であることが好ましく、ナフタレンジイミドで
あることが特に好ましい。よって、該インターカレータ
は、フェロセンカルボン酸N−ヒドロキシスクシンイミ
ドエステルと対応するアミン体との反応により合成され
る下記式で表されるフェロセン化ナフタレンジイミド誘
導体(S.Takenaka et al., J.Chem.Soc.,Commun., 1111
(1998))であることが特に好ましい。As the hybrid DNA-binding electrochemically active molecule and the hybrid PNA-binding electrochemically active molecule, the same molecule can be used, and such a molecule is a sewn-type intercalator labeled with a conductive group. It is particularly preferred that it is a curator. The sewn intercalator labeled with a conductive group is preferably a substance having a redox activity. The redox-active moiety is preferably a ferrocene compound, a catecholamine compound, a metal bipyridine complex, a metal phenanthroline complex, a viologen compound, or the like, and particularly preferably a ferrocene compound. The intercalator portion is preferably naphthalenediimide, anthracene, anthraquinone, or the like, and particularly preferably naphthalenediimide. Therefore, the intercalator is a ferrocene-naphthalenediimide derivative represented by the following formula (S. Takenaka et al., J. Chem.) Synthesized by the reaction of N-hydroxysuccinimide of ferrocenecarboxylic acid with the corresponding amine compound. Soc., Commun., 1111
(1998)).
【0044】[0044]
【化4】 Embedded image
【0045】また、下記式で表されるフェロセン化ナフ
タレンジイミド誘導体も好ましく用いられる。Further, a ferrocene naphthalenediimide derivative represented by the following formula is also preferably used.
【0046】[0046]
【化5】 Embedded image
【0047】但し、Xは下記式で表されるフェロセン誘
導体である。Here, X is a ferrocene derivative represented by the following formula.
【0048】[0048]
【化6】 Embedded image
【0049】[0049]
【化7】 Embedded image
【0050】[0050]
【化8】 Embedded image
【0051】[0051]
【化9】 Embedded image
【0052】導電性基で標識された縫い込み型インター
カレータには、酸化還元活性部分とインターカレータ部
分とを繋ぐリンカー部分がある。前記式で表される1,
4−ジプロピルピペラジニル基がこのリンカー部分に相
当する。このピペラジニル基の代わりに、四級化された
イミノ基を導入することもできる。四級化されたイミノ
基を導入した下記式で表されるインターカレータは、反
応系のpHに関わらすカチオン性となるために、ハイブ
リッドDNAあるいはハイブリッドPNAの結合がより
強くなる。四級化されたイミノ基を導入したインターカ
レータは、PNA分析素子を用いる場合に特に有効であ
る。リンカー部分に相当する基としては上記記載のもの
に限定されない。例えば、ピペラジニル基の代わりに、
N−アルキル基(アルキル基としては、炭素原子数が1
乃至6のアルキル基であることが好ましく、メチル基、
エチル基もしくはn−プロピル基であることが特に好ま
しい)を導入することも好ましい。リンカー部分に相当
する基の構造の違いより、フェロセン分子の酸化還元電
位が異なる。The sewn intercalator labeled with a conductive group has a linker portion connecting the redox active portion and the intercalator portion. 1, represented by the above equation
The 4-dipropylpiperazinyl group corresponds to this linker moiety. Instead of this piperazinyl group, a quaternized imino group can also be introduced. The intercalator represented by the following formula into which a quaternized imino group has been introduced becomes cationic regardless of the pH of the reaction system, so that the binding of the hybrid DNA or hybrid PNA becomes stronger. An intercalator in which a quaternized imino group is introduced is particularly effective when a PNA analytical element is used. The group corresponding to the linker moiety is not limited to those described above. For example, instead of a piperazinyl group,
N-alkyl group (an alkyl group having 1 carbon atom
And preferably an alkyl group of 6 to 6, a methyl group,
It is also preferable to introduce an ethyl group or an n-propyl group). The oxidation-reduction potential of the ferrocene molecule differs due to the difference in the structure of the group corresponding to the linker portion.
【0053】[0053]
【化10】 Embedded image
【0054】縫い込み型インターカレータとして上記の
ナフタレンジイミド誘導体を用いた場合、ナフタレンジ
イミド誘導体は、ハイブリッドDNAに高い特異性で結
合し、二塩基おきに配列してハイブリッドDNAに飽和
している。このことは、ナフタレンジイミド誘導体の二
つのフェロセン分子が、それぞれハイブリッドDNAの
主溝と副溝とに密に並んだ状態を意味している。このた
め、ナフタレンジイミド誘導体は、ハイブリッドDNA
からの解離速度が極めて遅くなり、ハイブリッドDNA
とナフタレンジイミド誘導体との安定な複合体を形成す
ることができる。また、ナフタレンジイミド誘導体のハ
イブリッドDNAへの結合がインターカレーションモー
ドであることは、一般的にハイブリッドDNAに該イン
ターカレータを接触させたときに、粘度の変化が認めら
れることにより確認される。例えば、ウイルスSV40
に代表される閉環状プラスミドは、インターカレーショ
ンが起こると、超らせんの変化に伴って粘度も変化する
ことが知られている。一方、該インターカレータは、一
本鎖DNA断片に対しては結合しないか、あるいは一旦
結合してもすぐに解離して遊離のインターカレータとな
る。When the above-mentioned naphthalenediimide derivative is used as the sewn-in intercalator, the naphthalenediimide derivative binds to the hybrid DNA with high specificity, and is arranged every two bases to be saturated with the hybrid DNA. This means that two ferrocene molecules of the naphthalenediimide derivative are densely arranged in the main groove and the minor groove of the hybrid DNA, respectively. Therefore, the naphthalenediimide derivative is a hybrid DNA
From the hybrid DNA
And a naphthalenediimide derivative can form a stable complex. In addition, the binding of the naphthalenediimide derivative to the hybrid DNA in the intercalation mode is generally confirmed by a change in viscosity observed when the intercalator is brought into contact with the hybrid DNA. For example, the virus SV40
It is known that the viscosity of a closed circular plasmid represented by the formula (1) changes with the change in the supercoil when intercalation occurs. On the other hand, the intercalator does not bind to the single-stranded DNA fragment, or once bound, dissociates immediately to become a free intercalator.
【0055】[応答電流の検出]DNA分析素子表面の
ハイブリッドDNA結合性電気化学活性分子結合領域に
発生する応答電流の検出は、走査型電気化学顕微鏡(S
ECM)を用いて実施する。電流の検出は、ハイブリダ
イゼーション後のDNA分析素子を、ハイブリッドDN
A結合性電気化学活性分子を含む溶液に浸漬して接触さ
せたその溶液中でも実施しても、またはその溶液から該
DNA分析素子を引き上げて実施してもよい。PNA分
析素子を用いる場合にも同様である。[Detection of Response Current] The detection of the response current generated in the hybrid DNA binding electrochemically active molecule binding region on the surface of the DNA analysis element was performed by using a scanning electrochemical microscope (S
ECM). The current was detected by using the DNA analysis element after hybridization with the hybrid DN.
It may be carried out in the solution immersed in and contacted with the solution containing the A-binding electrochemically active molecule, or may be carried out by pulling up the DNA analysis element from the solution. The same applies to the case where a PNA analysis element is used.
【0056】走査型電気化学顕微鏡(SECM)は、一
般的には探針(プローブ)/サンプル固定台、バイポテ
ンショスタット、高解像度データ処理および三次元マイ
クロポジショナーから構成されている。走査型電気化学
顕微鏡(SECM)は、装備された探針を用いて微小な
基板のx−y平面をスキャンし、基板表面の近傍の化学
的な変化(酸化還元反応)を三次元のSECM画像図と
して与える特徴を有したシステムの総称である。「顕微
鏡」とは、一般的に微小な基板上の変化を画像図として
アウトプットすることを示す。よって、このような特徴
を有したシステムであれば、何れのシステムも走査型電
気化学顕微鏡(SECM)に含まれる。三次元SECM
画像は、実際には探針位置の関数として探針電流を観測
して得られる。探針としては、絶縁性のガラス、ポリマ
ーに埋包された貴金属あるいはカーボンファイバー微小
電極が用いられる。A scanning electrochemical microscope (SECM) generally comprises a probe / sample fixture, a bipotentiostat, high-resolution data processing, and a three-dimensional micropositioner. A scanning electrochemical microscope (SECM) scans the xy plane of a small substrate using an equipped probe, and three-dimensional SECM images of chemical changes (redox reaction) near the substrate surface. This is a general term for systems having features given as figures. The term “microscope” generally indicates that a change on a minute substrate is output as an image diagram. Therefore, any system having such characteristics is included in the scanning electrochemical microscope (SECM). 3D SECM
The image is actually obtained by observing the probe current as a function of the probe position. As the probe, an insulating glass, a noble metal or a carbon fiber microelectrode embedded in a polymer is used.
【0057】試料核酸断片が未知の濃度で溶解あるいは
分散されてなる水性液を用いて、該水性液中の、DNA
分析素子に固定されているDNA断片と相補性を有する
試料核酸断片の濃度を定量することができる。代表的な
例としては、まず、DNA分析素子に、濃度が未知の、
該分析素子に固定されているDNA断片と相補性を有す
る試料核酸断片が溶解あるいは分散されてなる試料水性
液およびハイブリッドDNA結合性電気化学活性分子を
接触させる。次に、該分析素子に走査型電気化学顕微鏡
によって電位を付与し、分析素子表面のハイブリッドD
NA結合性電気化学活性分子結合領域に発生する電流を
測定する。そして、その電流値を、上記と同一の試料核
酸断片が溶解あるいは分散されてなる試料水性液の濃度
と電流との関係を示す検量線と照合することによって、
試料水性液中の相補性を有する試料核酸断片の濃度を求
める。試料核酸断片を1乃至100nMの濃度の範囲で
溶解あるいは分散してなる試料水性液を用いて行うこと
が好ましい。上記検量線は、DNA分析素子に、該分析
素子に固定されているDNA断片と相補性を有する試料
核酸断片を互いに異なる既知の濃度で含む試料核酸断片
が溶解あるいは分散されてなる三点以上の各試料水性液
をそれぞれ接触させて、次いで該分析素子に走査型電気
化学顕微鏡によって電位を付与しながら、該分析素子表
面のハイブリッドDNA結合性電気化学活性分子結合領
域に発生する電流を測定することによって予め作成され
たものであることが好ましい。Using an aqueous liquid in which a sample nucleic acid fragment is dissolved or dispersed at an unknown concentration, the DNA in the aqueous liquid is
The concentration of the sample nucleic acid fragment having complementarity with the DNA fragment immobilized on the analysis element can be determined. As a typical example, first, the concentration of an unknown
A sample aqueous liquid in which a sample nucleic acid fragment having complementarity to a DNA fragment fixed to the analysis element is dissolved or dispersed is brought into contact with a hybrid DNA-binding electrochemically active molecule. Next, a potential was applied to the analytical element by a scanning electrochemical microscope, and a hybrid D on the analytical element surface was applied.
The current generated in the NA binding electrochemically active molecule binding region is measured. Then, by comparing the current value with a calibration curve showing the relationship between the current and the concentration of the sample aqueous liquid in which the same sample nucleic acid fragment is dissolved or dispersed as described above,
The concentration of the complementary sample nucleic acid fragment in the sample aqueous liquid is determined. It is preferable to use an aqueous sample solution obtained by dissolving or dispersing a sample nucleic acid fragment in a concentration range of 1 to 100 nM. The calibration curve has three or more sample nucleic acid fragments each containing a sample nucleic acid fragment having complementarity with a DNA fragment fixed to the DNA analysis element at a known concentration different from each other, and Contacting each sample aqueous liquid, and then measuring a current generated in the hybrid DNA-binding electrochemically active molecule binding region on the surface of the analytical element while applying a potential to the analytical element by a scanning electrochemical microscope. Is preferably created in advance.
【0058】[0058]
【実施例】[実施例1]ハイブリッドDNAが固定され
たDNA分析素子を用いる検出 (1)DNA分析素子の作製 金を蒸着した一辺が2×103(μm)のガラス基板
に、5’末端にメルカプトヘキシル基を有するアデニン
の20量体とチミンの20量体とからなるハイブリッド
DNA(HS−DNA:A20T20)(50nM)の水溶
液(1nL)をスポッター装置を用いて点着し、さら
に、同じガラス基板に濃度を25nMおよび12.5n
Mに変えたHS−DNAの水溶液をそれぞれ1nLずつ
点着し、点着した水溶液が乾燥しないようにして1時間
放置した後、固定されなかったHS−DNAを蒸留水で
洗浄して、DNA分析素子を作製した。 (2)試料DNA断片の検出 上記(1)で作製したDNA分析素子を、特開平9−2
88080号公報に記載の方法に従って合成した下記式
で表されるフェロセン化ナフタレンジイミド(50μ
M)を含む電解質溶液(0.1M酢酸/酢酸カリウム水
溶液(pH5.6)−0.1M塩化カリウム水溶液の混
合液)に浸漬し、この基板表面にモデル900走査型電
気化学顕微鏡(CH インスツルメンツ社製)を用い
て、0.7Vのプローブ電位を印加し、その表面を走査
速度が0.002秒およびプローブの基板からの高さが
約20μmの条件にて測定した。図2は、この測定結果
を画像化した三次元SECM像であり、応答電流の値が
6.51×10-11(A)(図2の黒色に相当)〜約
1.20×10-8(A)(図2の灰色に相当)の範囲に
あることを示している。図3は、図2のプロファイル図
である。(1)、(2)および(3)は、それぞれ基板
にHS−DNAの水溶液を50、25、12.5nMの
濃度で点着した部分(同じ濃度のHS−DNAの水溶液
を基板の横方向に二列ずつ点着)を示し、何れの部分に
も1.20×10-8(A)相当の応答電流が検出された
ことが分かる。よって、12.5×10-18〜50×1
0-18モルの範囲の量のハイブリッドDNAを検出する
ことができる。[Example 1] Detection using DNA analysis element on which hybrid DNA was immobilized (1) Preparation of DNA analysis element A 5 'end was placed on a glass substrate having a side of 2 × 10 3 (μm) on which gold was deposited. An aqueous solution (1 nL) of a hybrid DNA (HS-DNA: A 20 T 20 ) (50 nM) composed of a 20-mer of adenine having a mercaptohexyl group and a 20-mer of thymine was spotted using a spotter apparatus. And the same glass substrate at concentrations of 25 nM and 12.5 n
M, and 1 nL of an aqueous solution of HS-DNA was spotted on each, and the spotted aqueous solution was allowed to stand for 1 hour so as not to dry. Then, unfixed HS-DNA was washed with distilled water, and DNA analysis was performed. An element was manufactured. (2) Detection of Sample DNA Fragment
Ferrocenated naphthalenediimide represented by the following formula (50 μ) synthesized according to the method described in
M), and immersed in an electrolyte solution (a mixed solution of 0.1 M acetic acid / potassium acetate aqueous solution (pH 5.6) -0.1 M potassium chloride aqueous solution) containing M), and a model 900 scanning electrochemical microscope (CH Instruments) , A probe potential of 0.7 V was applied, and the surface was measured at a scanning speed of 0.002 seconds and a height of the probe from the substrate of about 20 μm. FIG. 2 is a three-dimensional SECM image obtained by imaging this measurement result. The response current value is 6.51 × 10 −11 (A) (corresponding to black in FIG. 2) to about 1.20 × 10 −8. (A) (corresponding to the gray in FIG. 2). FIG. 3 is a profile diagram of FIG. (1), (2) and (3) show the portions where the aqueous solution of HS-DNA was spotted on the substrate at a concentration of 50, 25, and 12.5 nM, respectively. (Dotted on each two rows) shows that a response current equivalent to 1.20 × 10 −8 (A) was detected in any part. Therefore, 12.5 × 10 -18 to 50 × 1
Hybrid DNA in amounts ranging from 0-18 moles can be detected.
【0059】[0059]
【化11】 Embedded image
【0060】[参考例]ハイブリッドDNA(HS−D
NA)を一本鎖DNA断片(HS−dA20)に変える以
外は実施例1と同様の操作を行い、基板表面を測定し
た。図2の(1’)、(2’)および(3’)は、HS
−dA20の水溶液をそれぞれ50、25、12.5nM
の濃度で点着した部分示す。このことから、基板表面の
凹凸等が原因して高い応答電流が検出された領域もある
が、一本鎖DNA断片については、ハイブリッドDNA
の場合の約1/1000程度の電流量しか検出されなか
ったことが分かる。Reference Example Hybrid DNA (HS-D
The same operation as in Example 1 was performed except that NA) was changed to a single-stranded DNA fragment (HS-dA 20 ), and the substrate surface was measured. (1 ′), (2 ′) and (3 ′) in FIG.
An aqueous solution of -dA 20 each 50,25,12.5nM
The part spotted with the density of is shown. For this reason, in some regions, a high response current was detected due to irregularities on the substrate surface, etc.
It can be seen that only about 1/1000 of the current amount in the case of (1) was detected.
【0061】[実施例2]ハイブリッドPNAが固定さ
れたPNA分析素子を用いる検出 (1)PNA分析素子の作製 下記式で表されるPNA断片:PNA−H2N−Lys
−T10−H(以下「PNA−T10」という。)を、文献
(P.E.Nielsen et al., Journal of AmericanChemical
Society,114,1895-1897(1992)および114,9677-9678(199
2))に記載の方法に従って合成した。Tは、チミンを表
す。[Example 2] Detection using hybrid PNA-immobilized PNA analytical element (1) Preparation of PNA analytical element A PNA fragment represented by the following formula: PNA-H 2 N-Lys
-T 10 -H (hereinafter referred to as "PNA-T 10".), Literature (PENielsen et al., Journal of AmericanChemical
Society, 114, 1895-1897 (1992) and 114, 9677-9678 (199
It was synthesized according to the method described in 2)). T represents thymine.
【0062】[0062]
【化12】 Embedded image
【0063】表面にメルカプト基を有する面積が2.2
5mm2の金電極に、1,2−ビス(ビニルスルホニル
アセトアミド)エタンのリン酸緩衝液を滴下して得られ
る、一方の端部のビニルスルホニル基が遊離な金電極
に、50nMのPNA断片(PNA−T10)と50nM
のアデニンの10量体(DNA−A10)との混合溶液
(1nL)を滴下し、室温で1時間放置し、電極に固定
されなかったPNA−T10とDNA−A10とのハイブリ
ッドPNAを蒸留水で洗浄してPNA分析素子を作製し
た。 (2)試料DNA断片の検出 実施例1のDNA分析素子の代わりに上記(1)で作製
したPNA分析素子を用いて、実施例1の(2)と同様
の操作を行い、応答電流を測定したところ、実施例1で
得られた三次元SECM像に示す結果とほぼ同様な結果
が得られた。The area having a mercapto group on the surface is 2.2.
A phosphoric acid buffer of 1,2-bis (vinylsulfonylacetamide) ethane is dropped on a 5 mm 2 gold electrode, and a 50 nM PNA fragment ( PNA-T 10) and 50nM
Of was added dropwise a mixed solution (1 nL) of the 10-mer of adenine (DNA-A 10), and left at room temperature for 1 hour, the hybrids of PNA and PNA-T 10 and DNA-A 10 that have not been fixed to the electrode After washing with distilled water, a PNA analytical element was prepared. (2) Detection of Sample DNA Fragment The same operation as in (2) of Example 1 was performed using the PNA analysis element prepared in (1) above in place of the DNA analysis element of Example 1, and the response current was measured. As a result, substantially the same result as the result shown in the three-dimensional SECM image obtained in Example 1 was obtained.
【0064】[実施例3]一本鎖DNA断片が固定され
たDNA分析素子を用いる検出 (1)DNA分析素子の作製 金を蒸着した一辺が2×103(μm)のガラス基板
に、5’末端にメルカプトヘキシル基を有するアデニン
の20量体(HS−DNA:A20)(50nM)の水溶
液(1nL)をスポッター装置を用いて点着し、点着し
た水溶液が乾燥しないようにして1時間放置した後、固
定されなかったHS−DNAを蒸留水で洗浄して、DN
A分析素子を作製した。 (2)試料DNA断片の検出 上記(1)で作製したDNA分析素子の上に、チミンの
20量体(DNA:T 20)(100nM)を含む10m
Mトリス緩衝液(pH7.5)溶液の10μLを滴下
し、その溶液が乾燥しないようにしながら25℃にて2
時間インキュベートした。インキュベート後、分析素子
表面を0.1Mリン酸二水素ナトリウム−リン酸水素二
ナトリウム水溶液(pH7.0)にて洗浄し、未反応の
チミンの20量体を除去した。次いで、実施例1の
(2)と同様にして応答電流を測定したところ、実施例
1で示した三次元SECM像における、50nMのHS
−DNAの点着スポットとほぼ同様の結果が得られた。Example 3 Single-stranded DNA Fragment was Immobilized
(1) Preparation of DNA analysis element A side on which gold was deposited was 2 × 10Three(Μm) glass substrate
Adenine having a mercaptohexyl group at the 5 'end
20-mer (HS-DNA: A20) (50 nM) in water
The liquid (1 nL) is spotted using a spotter, and spotted.
After leaving for 1 hour to prevent the aqueous solution from drying,
Undefined HS-DNA is washed with distilled water, and DN
A analytical element was prepared. (2) Detection of Sample DNA Fragment
20-mer (DNA: T 20) (100nM)
Drop 10 μL of M Tris buffer (pH 7.5) solution
And at 25 ° C. while keeping the solution from drying out.
Incubated for hours. After incubation, the analytical element
Surface 0.1 M sodium dihydrogen phosphate-dihydrogen phosphate
After washing with an aqueous sodium solution (pH 7.0),
The thymine 20 mer was removed. Then, of Example 1
The response current was measured in the same manner as in (2).
HS of 50 nM in the three-dimensional SECM image indicated by 1
-The result was almost the same as the spotting spot of DNA.
【0065】[実施例4]PNA断片が固定されたPN
A分析素子を用いる検出 (1)PNA分析素子の作製 表面にメルカプト基を有する面積が2.25mm2の金
電極に、1,2−ビス(ビニルスルホニルアセトアミ
ド)エタンのリン酸緩衝液を滴下して得られる、一方の
端部のビニルスルホニル基が遊離な金電極に、50nM
のPNA−T10(PNA−T10については、実施例2に
記載)の水溶液(1nL)を滴下し、室温で1時間放置
し、電極に固定されなかったPNA−T10を蒸留水で洗
浄してPNA分析素子を作製した。 (2)試料DNA断片の検出 上記(1)で作製したPNA分析素子の上に、アデミン
の10量体(DNA:A10)(100nM)を含む10
mMトリス緩衝液(pH7.5)溶液の10μLを滴下
し、その溶液が乾燥しないようにしながら25℃にて2
時間インキュベートした。インキュベート後、分析素子
表面を0.1Mリン酸二水素ナトリウム−リン酸水素二
ナトリウム水溶液(pH7.0)にて洗浄し、未反応の
アデニンの10量体を除去した。次いで、実施例1の
(2)と同様にして応答電流を測定したところ、実施例
1で示した三次元SECM像における、50nMのHS
−DNAの点着スポットとほぼ同様の結果が得られた。Example 4 PN with PNA Fragment Immobilized
Detection using A analysis element (1) Preparation of PNA analysis element Phosphate buffer solution of 1,2-bis (vinylsulfonylacetamide) ethane was dropped on a gold electrode having an area of 2.25 mm 2 having a mercapto group on the surface. 50 nM was applied to the gold electrode having a vinylsulfonyl group at one end free.
(For PNA-T 10, described in Example 2) PNA-T 10 of the dropwise an aqueous solution (1 nL) of, for 1 hour at room temperature, washed with PNA-T 10 that was not fixed to the electrode with distilled water As a result, a PNA analysis element was produced. (2) Detection of sample DNA fragment On the PNA analytical element prepared in the above (1), a 10-mer containing ademin 10-mer (DNA: A 10 ) (100 nM)
10 μL of a mM Tris buffer solution (pH 7.5) was added dropwise at 25 ° C. while keeping the solution from drying.
Incubated for hours. After the incubation, the surface of the analysis element was washed with a 0.1 M aqueous solution of sodium dihydrogen phosphate-disodium hydrogen phosphate (pH 7.0) to remove unreacted adenine decamer. Next, when the response current was measured in the same manner as in (2) of Example 1, 50 nM HS was measured in the three-dimensional SECM image shown in Example 1.
-The result was almost the same as the spotting spot of DNA.
【0066】[0066]
【発明の効果】本発明の走査型電子顕微鏡を用いる検出
方法によって、いわゆる電気化学的な手段によらず、ハ
イブリッドDNAの形成を示す電気的な信号を検出する
ことができる。即ち、本発明によって、DNA分析素子
に固定されているDNA断片と相補性を有する、試料核
酸断片を簡便に検出することが可能で、多数の試料核酸
断片を同時に検出することもできる。試料中の試料核酸
断片の濃度の定量も可能である。また、本発明は、DN
Aセンサに通常備えられている出力端子(特開平9−2
88080号公報)を必要とせず、また検出対象の試料
核酸断片に特別の標識をする必要もない。さらに、PN
A分析素子を用いた場合にも、上記のDNA分析素子の
場合と同様に、試料核酸断片の簡便な検出および定量が
可能である。特に、PNA分析素子を用いる方法では、
PNA断片と試料核酸断片との電気的な反発が抑えられ
るために、より効率のよいハイブリダイゼーションが可
能となる。ハイブリッドを形成していないPNA断片と
ハイブリッドPNA結合性電気化学活性分子との結合を
回避できるために、より感度のよい検出が実現できる。According to the detection method using the scanning electron microscope of the present invention, it is possible to detect an electric signal indicating the formation of hybrid DNA without using a so-called electrochemical means. That is, according to the present invention, a sample nucleic acid fragment having complementarity with a DNA fragment immobilized on a DNA analysis element can be easily detected, and a large number of sample nucleic acid fragments can be simultaneously detected. It is also possible to quantify the concentration of the sample nucleic acid fragment in the sample. In addition, the present invention provides
Output terminal normally provided in the A sensor (Japanese Patent Laid-Open No. 9-2
No. 88080) and no special labeling is required for the sample nucleic acid fragment to be detected. Furthermore, PN
Even in the case where the A analysis element is used, simple detection and quantification of the sample nucleic acid fragment can be performed similarly to the case of the above-mentioned DNA analysis element. In particular, in a method using a PNA analysis element,
Since the electrical repulsion between the PNA fragment and the sample nucleic acid fragment is suppressed, more efficient hybridization can be performed. Since it is possible to avoid the binding between the PNA fragment that does not form a hybrid and the hybrid PNA-binding electrochemically active molecule, more sensitive detection can be realized.
【図1】本発明の代表的な試料核酸断片の検出方法を示
す模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram showing a typical method for detecting a sample nucleic acid fragment of the present invention.
【図2】ハイブリッドDNAに結合したハイブリッドD
NA結合性電気化学活性分子とDNA分析素子表面との
間を流れる電流の検出を示す走査電気化学顕微鏡による
三次元SECM像である。FIG. 2: Hybrid D bound to hybrid DNA
4 is a three-dimensional SECM image by a scanning electrochemical microscope showing detection of a current flowing between an NA-binding electrochemically active molecule and the surface of a DNA analysis element.
【図3】三次元SECM像のプロファイル図である。FIG. 3 is a profile diagram of a three-dimensional SECM image.
11 DNA断片 12a DNA断片と相補性を有する試料核酸断片 21 試料核酸断片 31 DNA分析素子 41 ハイブリッドDNA結合性電気化学活性分子 51 基板に固定されたハイブリッドDNAにハイブリ
ッドDNA結合性電気化学活性分子が結合してなる複合
体 61 走査型電気化学顕微鏡 71 三次元画像図11 DNA Fragment 12a Sample Nucleic Acid Fragment Complementary to DNA Fragment 21 Sample Nucleic Acid Fragment 31 DNA Analysis Element 41 Hybrid DNA-binding Electrochemically Active Molecule 51 Hybrid DNA-Binding Electrochemically Active Molecule Bonds to Hybrid DNA Immobilized on Substrate Complex 61 formed by scanning electrochemical microscope 71 3D image diagram
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) G01N 33/566 G01N 33/58 A 33/58 C12N 15/00 A G01N 27/46 336B (72)発明者 小川 雅司 東京都港区西麻布2丁目26番30号 富士写 真フイルム株式会社内 (72)発明者 竹中 繁織 福岡県古賀市舞の里4−23−21 (72)発明者 山下 健一 福岡県福岡市城南区堤団地17−104 (72)発明者 高木 誠 福岡県福岡市博多区昭南町3−4−29──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) G01N 33/566 G01N 33/58 A 33/58 C12N 15/00 A G01N 27/46 336B (72) Inventor Masashi Ogawa 2-30-30 Nishiazabu, Minato-ku, Tokyo Inside Fujisha Shin Film Co., Ltd. (72) Inventor Shigeori Takenaka 4-23-21 Mainosato, Koga City, Fukuoka Prefecture (72) Kenichi Yamashita Jonan, Fukuoka City, Fukuoka Prefecture Tsutsumi-ku, Ward 17-104 (72) Inventor Makoto Takagi 3-4-29 Shonan-cho, Hakata-ku, Fukuoka City, Fukuoka Prefecture
Claims (10)
ぞれにDNA断片が固定されてなるDNA分析素子に、
試料核酸断片が溶解もしくは分散してなる水性液をハイ
ブリッドDNA結合性電気化学活性分子の存在下に接触
させることにより、該水性液中の、該分析素子に固定さ
れているDNA断片と相補性を有する試料核酸断片を結
合させると共に、該電気化学活性分子をも結合させ、次
いで走査型電気化学顕微鏡によって、電位を付与しなが
ら、分析素子表面の該電気化学活性分子結合領域に発生
する電流を測定することを特徴とする、相補性を有する
試料核酸断片の検出方法。1. A DNA analysis device comprising a plurality of regions partitioned on a substrate surface and a DNA fragment fixed to each of the plurality of regions.
By contacting the aqueous liquid formed by dissolving or dispersing the sample nucleic acid fragment in the presence of the hybrid DNA-binding electrochemically active molecule, complementarity with the DNA fragment immobilized on the analysis element in the aqueous liquid is obtained. Along with binding the sample nucleic acid fragments having the same, the electrochemically active molecules are also bound, and then a current generated in the electrochemically active molecule binding region on the surface of the analysis element is measured by applying a potential by a scanning electrochemical microscope. A method for detecting a sample nucleic acid fragment having complementarity.
のそれぞれにDNA断片が固定されてなるDNA分析素
子に、濃度が未知の、該分析素子に固定されているDN
A断片と相補性を有する試料核酸断片が溶解あるいは分
散されてなる試料水性液およびハイブリッドDNA結合
性電気化学活性分子を接触させることにより、該試料水
性液中の、該分析素子に固定されているDNA断片と相
補性を有する試料核酸断片を結合させると共に、ハイブ
リッドDNA結合性電気化学活性分子をも結合させる工
程;そして、(2)該分析素子に走査型電気化学顕微鏡
によって電位を付与し、該分析素子表面のハイブリッド
DNA結合性電気化学活性分子結合領域に発生する電流
を測定し、その電流の値を、上記と同一の試料核酸断片
が溶解あるいは分散されてなる試料水性液の濃度と電流
との関係を示す検量線と照合することによって、試料水
性液中の相補性を有する試料核酸断片の濃度を求める工
程を含むことを特徴とする、試料核酸断片の定量方法。2. A DNA analysis element having a DNA fragment fixed to each of a plurality of regions partitioned on a substrate surface, a DN having an unknown concentration and fixed to the analysis element.
The sample nucleic acid fragment having complementarity with the A fragment is fixed to the analytical element in the sample aqueous liquid by contacting the sample aqueous liquid in which the sample nucleic acid fragment is dissolved or dispersed and the hybrid DNA-binding electrochemically active molecule. Binding a sample nucleic acid fragment having complementarity with the DNA fragment and also binding a hybrid DNA-binding electrochemically active molecule; and (2) applying a potential to the analytical element by a scanning electrochemical microscope, The current generated in the hybrid DNA-binding electrochemically active molecule binding region on the surface of the analysis element is measured, and the value of the current is determined by comparing the current and the concentration of the sample aqueous liquid in which the same sample nucleic acid fragment is dissolved or dispersed as described above. A step of determining the concentration of a complementary sample nucleic acid fragment in the sample aqueous solution by comparing with a calibration curve indicating the relationship That method of quantifying the sample nucleic acid fragment.
板表面に区画された複数の領域のそれぞれにDNA断片
が固定されてなるDNA分析素子に、該分析素子に固定
されているDNA断片と相補性を有する試料核酸断片を
互いに異なる既知の濃度で含む試料核酸断片が溶解ある
いは分散されてなる三点以上の各試料水性液をそれぞれ
接触させることにより、該試料水性液中の、該分析素子
に固定されているDNA断片と相補性を有する試料核酸
断片を結合させると共に、ハイブリッドDNA結合性電
気化学活性分子をも結合させ、次いで走査型電気化学顕
微鏡によって電位を付与し、該分析素子表面のハイブリ
ッドDNA結合性電気化学活性分子結合領域に発生する
電流を測定することによって作成されたものであること
を特徴とする請求項2に記載の定量方法。3. The calibration curve used in the step (2) is applied to a DNA analysis element in which a DNA fragment is fixed to each of a plurality of regions partitioned on the substrate surface, and the DNA fixed to the analysis element. The sample nucleic acid fragments containing the sample nucleic acid fragments having complementarity with the fragments at different known concentrations are brought into contact with each of the three or more sample aqueous liquids obtained by dissolving or dispersing the sample nucleic acid fragments. Along with binding the sample nucleic acid fragment having complementarity to the DNA fragment fixed to the analytical element, and also binding the hybrid DNA-binding electrochemically active molecule, and then applying a potential by a scanning electrochemical microscope, the analytical element The method according to claim 1, wherein the current is generated by measuring a current generated in a hybrid DNA binding electrochemically active molecule binding region on the surface. 3. The quantification method according to 2.
ることを特徴とする請求項1乃至3の内の何れかの項に
記載の方法。4. The method according to claim 1, wherein the base sequence of the DNA fragment is known.
分子が、酸化還元活性を有するフェロセン修飾電気化学
活性縫い込み型インターカレータであることを特徴とす
る請求項1乃至3の内の何れかの項に記載の方法。5. The method according to claim 1, wherein the hybrid DNA-binding electrochemically active molecule is a ferrocene-modified electrochemically active embroidery intercalator having a redox activity. The described method.
ぞれにPNA断片が固定されてなるPNA分析素子に、
試料核酸断片が溶解もしくは分散してなる水性液をハイ
ブリッドPNA結合性電気化学活性分子の存在下に接触
させることにより、該水性液中の、該分析素子に固定さ
れているPNA断片と相補性を有する試料核酸断片を結
合させると共に、該電気化学活性分子をも結合させ、次
いで走査型電気化学顕微鏡によって電位を付与し、分析
素子表面の該電気化学活性分子結合領域に発生する電流
を測定することを特徴とする、相補性を有する試料核酸
断片の検出方法。6. A PNA analysis element in which a PNA fragment is fixed to each of a plurality of regions partitioned on a substrate surface,
By contacting the aqueous liquid formed by dissolving or dispersing the sample nucleic acid fragment in the presence of the hybrid PNA-binding electrochemically active molecule, complementarity with the PNA fragment immobilized on the analytical element in the aqueous liquid is obtained. Along with binding the sample nucleic acid fragment having the same, the electrochemically active molecule is also bound, and then a potential is applied by a scanning electrochemical microscope to measure a current generated in the electrochemically active molecule binding region on the surface of the analysis element. A method for detecting a sample nucleic acid fragment having complementarity, characterized in that:
のそれぞれにPNA断片が固定されてなるPNA分析素
子に、濃度が未知の、該分析素子に固定されているPN
A断片と相補性を有する試料核酸断片が溶解あるいは分
散されてなる試料水性液およびハイブリッドPNA結合
性電気化学活性分子を接触させることにより、該試料水
性液中の、該分析素子に固定されているPNA断片と相
補性を有する試料核酸断片を結合させると共に、ハイブ
リッドPNA結合性電気化学活性分子をも結合させる工
程;そして、(2)該分析素子に走査型電気化学顕微鏡
によって電位を付与し、該分析素子表面のハイブリッド
PNA結合性電気化学活性分子結合領域に発生する電流
を測定し、その電流の値を、上記と同一の試料核酸断片
が溶解あるいは分散されてなる試料水性液の濃度と電流
との関係を示す検量線と照合することによって、試料水
性液中の相補性を有する試料核酸断片の濃度を求める工
程を含むことを特徴とする、試料核酸断片の定量方法。7. A PNA analysis element having a PNA fragment immobilized in each of a plurality of regions partitioned on a substrate surface, and a PN immobilized on the analysis element having an unknown concentration.
The sample nucleic acid fragment having complementarity with the A fragment is fixed to the analytical element in the sample aqueous liquid by contacting the sample aqueous liquid in which the sample nucleic acid fragment is dissolved or dispersed and the hybrid PNA-binding electrochemically active molecule. Binding a sample nucleic acid fragment having complementarity with the PNA fragment and also binding a hybrid PNA-binding electrochemically active molecule; and (2) applying a potential to the analytical element by a scanning electrochemical microscope, The current generated in the hybrid PNA binding electrochemically active molecule binding region on the surface of the analysis element is measured, and the value of the current is compared with the concentration of the sample aqueous liquid in which the same sample nucleic acid fragment is dissolved or dispersed and the current. A step of determining the concentration of a complementary sample nucleic acid fragment in the sample aqueous solution by comparing with a calibration curve indicating the relationship That method of quantifying the sample nucleic acid fragment.
板表面に区画された複数の領域のそれぞれにPNA断片
が固定されてなるPNA分析素子に、該分析素子に固定
されているPNA断片と相補性を有する試料核酸断片を
互いに異なる既知の濃度で含む試料核酸断片が溶解ある
いは分散されてなる三点以上の各試料水性液をそれぞれ
接触させることにより、該試料水性液中の、該分析素子
に固定されているPNA断片と相補性を有する試料核酸
断片を結合させると共に、ハイブリッドPNA結合性電
気化学活性分子をも結合させ、次いで走査型電気化学顕
微鏡によって電位を付与し、該分析素子表面のハイブリ
ッドPNA結合性電気化学活性分子結合領域に発生する
電流を測定することによって作成されたものであること
を特徴とする請求項2に記載の定量方法。8. A calibration curve used in the above step (2) is obtained by using a PNA analysis element in which a PNA fragment is fixed to each of a plurality of regions partitioned on the substrate surface, and a PNA fixed to the analysis element. The sample nucleic acid fragments containing the sample nucleic acid fragments having complementarity with the fragments at different known concentrations are brought into contact with each of the three or more sample aqueous liquids obtained by dissolving or dispersing the sample nucleic acid fragments. The sample nucleic acid fragment having complementarity with the PNA fragment immobilized on the analytical element is combined with the hybrid PNA-binding electrochemically active molecule, and then a potential is applied by a scanning electrochemical microscope. The method is characterized in that it is created by measuring a current generated in a hybrid PNA binding electrochemically active molecule binding region on the surface. 3. The quantification method according to 2.
ることを特徴とする請求項6乃至8の内の何れかの項に
記載の方法。9. The method according to claim 6, wherein the base sequence of the PNA fragment is known.
性分子が、酸化還元活性を有するフェロセン修飾電気化
学活性縫い込み型インターカレータであることを特徴と
する請求項6乃至8の内の何れかの項に記載の方法。10. The method according to claim 6, wherein the hybrid PNA-binding electrochemically active molecule is a ferrocene-modified electrochemically active stitching intercalator having redox activity. The described method.
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Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003021635A (en) * | 2001-07-06 | 2003-01-24 | Dainippon Printing Co Ltd | Microarray chip |
JP2003527579A (en) * | 1999-11-23 | 2003-09-16 | エポック・バイオサイエンシーズ・インコーポレイテッド | Non-aggregating, non-quenching oligomers having nucleotide analogs and methods for their synthesis and use |
JP2004537050A (en) * | 2001-07-25 | 2004-12-09 | ポスコ | Nucleic acid hybridization detection method |
US8026348B2 (en) | 2003-05-02 | 2011-09-27 | Lesnikowski Zbigniew J | Nucleoside derivative, modified oligonucleotide, method for their synthesis and applications thereof |
-
2000
- 2000-04-28 JP JP2000130091A patent/JP2001013103A/en active Pending
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