JP2001056337A - Dna analyzer - Google Patents

Dna analyzer

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JP2001056337A
JP2001056337A JP11232137A JP23213799A JP2001056337A JP 2001056337 A JP2001056337 A JP 2001056337A JP 11232137 A JP11232137 A JP 11232137A JP 23213799 A JP23213799 A JP 23213799A JP 2001056337 A JP2001056337 A JP 2001056337A
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JP
Japan
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reaction
dna
cells
cell
electrode
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Pending
Application number
JP11232137A
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Japanese (ja)
Inventor
Hideki Kanbara
秀記 神原
Masao Kamahori
政男 釜堀
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a DNA analyzer capable of determining DNA sequences not through the use of gel electrophoresis but a small reaction cell chip. SOLUTION: This analyzer comprises a reaction cell 102 to house template DNA combined with primers, DNA polymerase, luciferase, apyrase, and sulfurylase, first to fourth cells 103-1 to 104-3 to house four types of dNTP separately, grooves 109-1 to 109-4 or capillaries to supply the four types of dNTP for the reaction cell 102 from any of the first to fourth cells in a predetermined order, means 104, 105-1 to 105-5, and 110-1 to 110-5 to impress an electric field to eccentrically move dNTP or a liquid containing dNTP to the reaction cell 102 through the grooves or capillaries, and a detector 106 to transform pyrophosphoric acids formed at the time of the formation of the elongation reaction of primers complementarily combined with template DNA into ATP and to detect phosphorescence generated by the light emission of luciferin due to the action of luciferase. By this constitution, it is possible to produce a portable inexpensive system of a size tens of times smaller than a DNA analyzing device frequently used at present.

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、DNA診断、DN
A塩基配列決定を行なうDNA分析方法、及びDNA分
析装置に関し、特に小型ハンディータイプのDNA分析
装置に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to DNA diagnosis, DN
The present invention relates to a DNA analysis method for performing A base sequence determination and a DNA analyzer, and particularly to a small-sized handy type DNA analyzer.

【0002】[0002]

【従来の技術】DNA塩基配列決定にはゲル電気泳動を
ベースとした蛍光式DNAシーケンサー等が用いられて
いる。従来の装置では、サンガー法等で作製され、末端
に特定の塩基種をそれぞれ持つDNA断片グループをゲ
ル電気泳動でサイズ分離し、末端塩基の種類とサイズ情
報から塩基配列を決定する。DNA断片グループの作製
には、配列決定をしようとするDNA鎖を鋳型としたD
NA相補鎖合成が用いられる。合成産物を測定には、レ
ーザー誘起蛍光を用いた光計測技術が用いられている。
これらの技術を用いた装置は、高価であり、またサイズ
も大きい。
2. Description of the Related Art A fluorescent DNA sequencer or the like based on gel electrophoresis is used for DNA base sequence determination. In a conventional apparatus, a DNA fragment group produced by a Sanger method or the like and having a specific base type at each end is subjected to size separation by gel electrophoresis, and a base sequence is determined from the type and size information of the terminal base. To prepare a DNA fragment group, the DNA strand to be sequenced is used as a template.
NA complementary strand synthesis is used. An optical measurement technique using laser-induced fluorescence is used to measure a synthetic product.
Devices using these techniques are expensive and large in size.

【0003】一方、新たなDNA塩基配列決定法が報告
されている(Anal.Biochem.、244、3
67−373(1997)、Science 281、
363−365(1998))。これらの報告の技術で
は、DNAが相補鎖合成する際に生成するピロ燐酸(i
norganic pyrophosphate)をア
デノシン三燐酸(ATP)に換え、ルシフェラーゼ(L
uciferase)の作用でルシフェリン(Luci
ferin)を光らせて発生する光を検出して、DNA
の相補鎖合成反応の進行をモニターして配列を決定す
る。鋳型DNA、プライマー(primr)、DNAポ
リメラーゼ(DNA polymerase)、スルフ
リレース(sulfurylase)、アピラーゼ(A
pyrase)、及びルシフェラーゼ、ルシフェリン等
を含んだ反応液に、デオキシヌクレオチド三燐酸(dN
TP)(デオキシアデノシン三燐酸(dATP)、デオ
キシシトシン三燐酸(dCTP)、デオキシグアニジン
三燐酸(dGTP)、及びデオキシチミン三燐酸(dT
TP))を加えると、DNA相補鎖反応が生成した時に
以下の反応式に従いピロ燐酸PPiが生成する。
On the other hand, a new DNA sequencing method has been reported (Anal. Biochem., 244, 344).
67-373 (1997), Science 281,
363-365 (1998)). In these reported techniques, pyrophosphate (i.
and the luciferase (L) is replaced with adenosine triphosphate (ATP).
luciferin (Luciferase) by the action of luciferase
ferin) to detect the light generated and illuminate the DNA
The progress of the complementary strand synthesis reaction is monitored to determine the sequence. Template DNA, primer (primr), DNA polymerase (DNA polymerase), sulfurylase, apyrase (A
Pyrose, and a reaction solution containing luciferase, luciferin, and the like are added to deoxynucleotide triphosphate (dN).
TP) (deoxyadenosine triphosphate (dATP), deoxycytosine triphosphate (dCTP), deoxyguanidine triphosphate (dGTP), and deoxythymine triphosphate (dTTP).
When TP)) is added, when a DNA complementary strand reaction is generated, pyrophosphate PPi is generated according to the following reaction formula.

【0004】 ピロ燐酸PPiはスルフリレースによりアデノシン三燐
酸(ATP)に、以下の反応式に従って変換される。n
は残基数である。 生成したATPの濃度は、以下の反応式に従ってルシフ
ェラーゼにより検知される。
[0004] Pyrophosphate PPi is converted to adenosine triphosphate (ATP) by sulfurylase according to the following reaction formula. n
Is the number of residues. The concentration of the generated ATP is detected by luciferase according to the following reaction formula.

【0005】 一方、ATPは、アピラーゼ等の核酸分解酵素により、
以下の反応式に従って、AMP(アデノシン一燐酸)及
び無機一燐酸に分解される。 また、未反応のdNTPは、アピラーゼ等の核酸分解酵
素により、以下の反応式に従って、デオキシヌクレオチ
ド一燐酸及び無機一燐酸を生じる。 無機一燐酸は、ルシフェリンを光らせない。ルシフェリ
ンを光らせる反応と、ATP及びdNTPを分解する反
応とは同時に競合的に進行するので、一定時間経過する
と、発光は停止する。反応液に注入したdNTPが何で
あるか予め認知できるので、相補鎖合成で鋳型DNAに
取り込まれたdNTPの種類が分かり、鋳型DNAの塩
基配列を、反応液に注入したdNTPの種類と発光の有
無から読みとることができる。dNTPの注入にはイン
クジェットノズルとX−Y移動ステージが用いられてい
る。
[0005] On the other hand, ATP is produced by a nuclease such as apyrase.
It is decomposed into AMP (adenosine monophosphate) and inorganic monophosphate according to the following reaction formula. In addition, unreacted dNTP generates deoxynucleotide monophosphate and inorganic monophosphate by a nuclease such as apyrase according to the following reaction formula. Inorganic monophosphate does not make luciferin glow. Since the reaction for emitting luciferin and the reaction for decomposing ATP and dNTP simultaneously and competitively proceed, the luminescence stops after a certain period of time. Since the type of dNTP injected into the reaction solution can be known in advance, the type of dNTP incorporated into the template DNA by complementary strand synthesis can be determined, and the nucleotide sequence of the template DNA can be determined by the type of dNTP injected into the reaction solution and the presence or absence of light emission You can read from. An inkjet nozzle and an XY moving stage are used for dNTP injection.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】従来報告されているD
NA分析装置はいずれも大がかりなもので、持ち運びに
は不便であるという問題があった。しかし、DNA分析
ニーズの高まりとともに、病院のベッドサイド、野外、
又は教育現場等のいろいろな場所で、簡単にDNA塩基
配列決定できるノートブックサイズ又は手のひらサイズ
のハンディーな小型DNA分析装置の開発が望まれてい
る。また、従来技術では、反応試薬である4種のdNT
Pの供給には、噴霧等が用いられており、装置が大がか
りになる問題があった。
DISCLOSURE OF THE INVENTION Conventionally reported D
Each of the NA analyzers is large-scale, and is inconvenient to carry. However, with the growing need for DNA analysis, hospital bedside, outdoor,
In addition, there is a demand for the development of a notebook-sized or palm-sized, handy, small-sized DNA analyzer that can easily determine a DNA base sequence at various places such as an educational site. Further, in the prior art, four kinds of dNT which are reaction reagents are used.
For supplying P, spray or the like is used, and there is a problem that the apparatus becomes large.

【0007】本発明の目的は、従来技術の問題点を解決
し、ゲル電気泳動によらず、小さなチップ状反応セルを
用いてDNA配列決定できる装置を提供することにあ
り、特に、小さな反応セルを具備したチップと光検出器
から装置を構成し非常に小さく、持ち運び可能な、しか
も安価なDNAアナライザーを提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the problems of the prior art and to provide an apparatus capable of determining a DNA sequence using a small chip-shaped reaction cell without using gel electrophoresis. It is an object of the present invention to provide a very small, portable, and inexpensive DNA analyzer which comprises a device comprising a chip provided with a photodetector and a photodetector.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明は、DNAの塩基
配列決定装置又は塩基配列のモニター装置に関し、特
に、従来用いられていたゲル電気泳動に代わり、DNA
相補鎖合成の逐次反応と相補鎖合成の時に生成するピロ
燐酸(PPi)をATPに変換して、ルシフェラーゼの
作用でルシフェリンを光らせて発生する発光を検出する
ことにより、DNA相補鎖合成の逐次反応の進行をモニ
ターするDNA検査チップとそれを用いた検査システム
に関する。従来技術の問題点を解決するため、本発明で
は反応セルと、反応セルに注入するdNTPを保持する
溜を一枚のプレート上に作製し、電界を用いてそれぞれ
のdNTPを決められた順番で順次、繰り返し反応セル
に導入して、反応セルで発する光を検出することにより
塩基配列を決定する。即ち、本発明では、dNTP注入
のための電界を、溜と反応セルとの間に供給するが、電
界の印加のタイミングと発光の相関とから配列決定で
き、大がかりな装置構成を必要とせず配列決定できる。
本発明のDNA検査チップとそれを用いた検査システム
では、ルシフェラーゼ/ルシフェリン試薬により発生
し、上記のATPの量に比例する光を検出する。以下、
本発明の代表的なDNA分析装置の構成について説明す
る。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention relates to a DNA sequencer or a base sequence monitor, and more particularly to a DNA sequencer instead of gel electrophoresis conventionally used.
The sequential reaction of DNA complementary chain synthesis by converting pyrophosphoric acid (PPi) generated during complementary chain synthesis into ATP and illuminating luciferin by the action of luciferase and detecting the luminescence generated. The present invention relates to a DNA test chip for monitoring the progress of DNA and a test system using the same. In order to solve the problems of the prior art, in the present invention, a reaction cell and a reservoir for holding dNTP to be injected into the reaction cell are prepared on one plate, and each dNTP is determined in a predetermined order using an electric field. The base sequence is determined by successively introducing the light into the reaction cell repeatedly and detecting light emitted from the reaction cell. That is, in the present invention, an electric field for dNTP injection is supplied between the reservoir and the reaction cell. However, the arrangement can be determined from the timing of the application of the electric field and the correlation between the light emission and the arrangement without a large-scale device configuration. Can decide.
In the DNA test chip of the present invention and a test system using the same, light generated by the luciferase / luciferin reagent and proportional to the amount of ATP is detected. Less than,
The configuration of a typical DNA analyzer of the present invention will be described.

【0009】装置の第1の構成は、プライマーが結合し
た鋳型DNA、DNAポリメラーゼ、ルシフェラーゼ、
アピラーゼ、及びスルフリレースを収納する反応セル
と、4種類のdNTP(dATP、dCTP、dGT
P、及びdTTP)を別々に収納する第1、第2、第
3、及び第4のセルと、4種類のdNTPのそれぞれを
予め定めれらた順序で、第1、第2、第3、第4のセル
の何れかのセルから反応セルに供給する溝又は細管と、
dNTP又はこれを含む液体を溝又は細管を通して電気
的に反応セルに移動させるために電界を印加する手段
と、鋳型DNAに相補結合したプライマーの伸長反応が
生成した時に生成するピロ燐酸をATPに変換してルシ
フェリンなどを発光させ生成する燐光を反応セルから検
出する検出器とを有することを特徴とする。
[0009] The first configuration of the apparatus comprises a template DNA to which a primer is bound, a DNA polymerase, a luciferase,
A reaction cell containing apyrase and sulfurylase, and four types of dNTPs (dATP, dCTP, dGT
P, and dTTP), and first, second, third, and fourth cells separately storing the four types of dNTPs in a predetermined order. A groove or a thin tube to be supplied to the reaction cell from any of the fourth cells;
a means for applying an electric field for electrically moving dNTP or a liquid containing the same through a groove or a capillary to a reaction cell, and converting pyrophosphate generated when an extension reaction of a primer complementary to a template DNA is generated to ATP; And a detector for detecting phosphorescence generated by causing luciferin or the like to emit light from the reaction cell.

【0010】装置の第2の構成は、プライマーが結合し
た鋳型DNA、DNAポリメラーゼ、ルシフェラーゼ、
ルシフェリン、アピラーゼ、及びスルフリレースを収納
する反応セルと、4種類のdNTP(dATP、dCT
P、dGTP、及びdTTP)を別々に収納する第1、
第2、第3、及び第4のセルと、4種類のdNTPのそ
れぞれを予め定めれらた順序で、第1、第2、第3、第
4のセルの何れかのセルから反応セルに供給するために
電界を印加する手段と、鋳型DNAに相補結合したプラ
イマーの伸長反応が生成した時に生成するピロ燐酸をア
デノシン三燐酸に変換して、アデノシン三燐酸がルシフ
ェラーゼによりルシフェリンに作用して生じる化学発光
を検出する手段とを有することを特徴とする。
[0010] The second configuration of the apparatus is as follows: template DNA to which primers are bound, DNA polymerase, luciferase,
A reaction cell containing luciferin, apyrase, and sulfurylase, and four types of dNTPs (dATP, dCT
P, dGTP, and dTTP) separately,
The second, third, and fourth cells and each of the four types of dNTPs are transferred from any one of the first, second, third, and fourth cells to the reaction cell in a predetermined order. Means for applying an electric field to supply and converting pyrophosphate generated when an elongation reaction of the primer complementary to the template DNA is generated to adenosine triphosphate, and adenosine triphosphate is generated by luciferase acting on luciferin Means for detecting chemiluminescence.

【0011】装置の第3の構成は、プライマーが結合し
た鋳型DNA、DNAポリメラーゼ、ルシフェラーゼ、
ルシフェリン、アピラーゼ、及びスルフリレースを収納
する反応セルと、4種類のdNTP(dATP、dCT
P、dGTP、及びdTTP)を別々に収納する第1、
第2、第3、及び第4のセルと、4種類のdNTPのそ
れぞれを予め定めれらた順序で、第1、第2、第3、第
4のセルの何れかのセルから反応セルに供給するために
電界を印加する手段と、鋳型DNAに相補結合したプラ
イマーの伸長反応が生成した時に生成するピロ燐酸を、
アデノシン三燐酸に変換して、アデノシン三燐酸がルシ
フェラーゼによりルシフェリンに作用して生じる化学発
光を検出する光検出器とを有し、第1、第2、第3、及
び第4のセルのそれぞれに印加する電界の順序と、化学
発光の検出のタイミングとから塩基配列を決定する特徴
とする。
[0011] A third configuration of the apparatus includes a template DNA to which a primer is bound, a DNA polymerase, a luciferase,
A reaction cell containing luciferin, apyrase, and sulfurylase, and four types of dNTPs (dATP, dCT
P, dGTP, and dTTP) separately,
The second, third, and fourth cells and each of the four types of dNTPs are transferred from any one of the first, second, third, and fourth cells to the reaction cell in a predetermined order. Means for applying an electric field to supply, and pyrophosphoric acid generated when an elongation reaction of the primer complementary to the template DNA is generated,
A photodetector for converting to adenosine triphosphate and detecting chemiluminescence generated by the action of adenosine triphosphate on luciferin by luciferase, wherein each of the first, second, third, and fourth cells has The base sequence is determined based on the order of the applied electric field and the timing of chemiluminescence detection.

【0012】装置の第1から第3の構成では、第1、第
2、第3、第4のセル、及び反応セルが同一の基板に形
成されること、第1、第2、第3、及び第4のセルが形
成される基板と、反応セルが形成される基板とが重ね合
わせられること、dNTPが、電気泳動又は電気浸透流
により反応セルに供給されることにも特徴がある。装置
の第2、第3の構成では、第1、第2、第3、及び第4
のセルのそれぞれと反応セルとが細管又は溝により結ば
れることにも特徴がある。
In the first to third configurations of the apparatus, the first, second, third, fourth cells and the reaction cell are formed on the same substrate, and the first, second, third, Another feature is that the substrate on which the fourth cell is formed and the substrate on which the reaction cell is formed are overlapped, and dNTP is supplied to the reaction cell by electrophoresis or electroosmotic flow. In the second and third configurations of the device, the first, second, third and fourth
It is also characterized in that each of the cells is connected to the reaction cell by a capillary or a groove.

【0013】装置の第4の構成は、プライマーが結合し
た鋳型DNA、DNAポリメラーゼ、ルシフェラーゼ、
ルシフェリン、アピラーゼ、及びスルフリレースを収納
する反応セルと、4種類のdNTP(dATP、dCT
P、dGTP、及びdTTP)を別々に収納する第1、
第2、第3、及び第4のセルと、第1、第2、第3、及
び第4のセルと反応セルとをそれぞれ結ぶ第1、第2、
第3、及び第4の細溝又は毛細管と、第1のセルと第1
の電極端子とを結ぶ第1の配線と、第2のセルと第2の
電極端子とを結ぶ第2の配線と、第3のセルと第3の電
極端子とを結ぶ第3の配線と、第4のセルと第4の電極
端子とを結ぶ第4の配線と、反応セルと第5の電極端子
とを結ぶ第5の配線とが形成される基板と、第1、第
2、第3、第4の何れかのセルと反応セルとの間に電界
を印加するために第1、第2、第3、第4の何れかの電
極端子を選択制御する制御装置とを具備し、電界の印加
により反応セルに順次供給されるdNTPにより、鋳型
DNAに相補結合したプライマーの伸長反応が生成した
時に生成するピロ燐酸を、スルフリレースによりアデノ
シン三燐酸に変換し、アデノシン三燐酸がルシフェラー
ゼによりルシフェリンに作用して生じる燐光を発生させ
る第1の反応と、アデノシン三燐酸をアピラーゼにより
分解する第2の反応とを反応セルで行なわせて、第1の
反応により発生する燐光を検出する光検出器と、光検出
器により燐光が検出される時に反応セルに供給されたd
NTPの種類を表示する表示装置とを有することを特徴
とする。
A fourth configuration of the apparatus comprises a template DNA to which a primer is bound, a DNA polymerase, a luciferase,
A reaction cell containing luciferin, apyrase, and sulfurylase, and four types of dNTPs (dATP, dCT
P, dGTP, and dTTP) separately,
First, second, and third cells connecting the second, third, and fourth cells, and the first, second, third, and fourth cells, and the reaction cell, respectively.
A third and a fourth groove or capillary, a first cell and a first
A first wiring connecting the second cell and the second electrode terminal, a second wiring connecting the second cell and the second electrode terminal, a third wiring connecting the third cell and the third electrode terminal, A substrate on which a fourth wiring connecting the fourth cell and the fourth electrode terminal, a fifth wiring connecting the reaction cell and the fifth electrode terminal are formed, and first, second, and third substrates. , A control device for selectively controlling any one of the first, second, third, and fourth electrode terminals to apply an electric field between any one of the fourth cell and the reaction cell, The pyrophosphoric acid generated when an elongation reaction of the primer complementary to the template DNA is generated by dNTP sequentially supplied to the reaction cell by the application of is converted into adenosine triphosphate by sulfurylase, and adenosine triphosphate is converted to luciferin by luciferase. A first reaction to generate phosphorescence generated by the action; A second reaction for decomposing nosin triphosphate by apyrase is performed in a reaction cell, and a photodetector for detecting phosphorescence generated by the first reaction; and a reaction cell when phosphorescence is detected by the photodetector. Supplied d
A display device for displaying the type of NTP.

【0014】装置の第4の構成では、dNTPが、電気
泳動又は電気浸透流により反応セルに供給されること、
制御装置により選択制御され反応セルとの間に電界が印
加される第1、第2、第3、第4のセルの順序と、光検
出器による燐光の検出のタイミングとから鋳型DNAの
塩基配列を決定すること、基板の反応セルの底部が透明
な部材から構成され、光検出器は反応セルの底部から燐
光を検出すること、光検出器は反応セルの開口部から燐
光を検出することにも特徴がある。
In a fourth configuration of the device, the dNTPs are supplied to the reaction cell by electrophoresis or electroosmotic flow;
The base sequence of the template DNA is determined based on the order of the first, second, third, and fourth cells selectively controlled by the control device and applying an electric field to the reaction cell, and the timing of phosphorescence detection by the photodetector. Determining that the bottom of the reaction cell of the substrate is made of a transparent member, the photodetector detects phosphorescence from the bottom of the reaction cell, and the photodetector detects phosphorescence from the opening of the reaction cell. There is also a feature.

【0015】装置の第5の構成は、4種類のdNTP
(dATP、dCTP、dGTP、及びdTTP)をそ
れぞれ収納し、それぞれ第1の電極が配置される第1、
第2、第3、及び第4のセルが形成される第1の基板
と、プライマーが結合した鋳型DNA、DNAポリメラ
ーゼ、ルシフェラーゼ、ルシフェリン、アピラーゼ、及
びスルフリレースを収納し、第2の電極が配置される複
数の反応セルが形成され、第1の基板の下部に配置され
る第2の基板と、第1、第2、第3、及び第4のセルと
各反応セルとをそれぞれ結ぶ第1、第2、第3、及び第
4の毛細管と、第1、第2、第3、第4の何れかのセル
の第1の電極を選択制御して、第1、第2、第3、第4
の何れかのセルの第1の電極と複数の反応セルの第2の
電極との間に電界を印加する制御装置とを具備し、電界
の印加により反応セルに順次供給されるdNTPによ
り、鋳型DNAに相補結合したプライマーの伸長反応が
生成した時に生成するピロ燐酸を、スルフリレースによ
りアデノシン三燐酸に変換し、アデノシン三燐酸がルシ
フェラーゼによりルシフェリンに作用して生じる燐光を
発生させる第1の反応と、アデノシン三燐酸をアピラー
ゼにより分解する第2の反応とを反応セルで行なわせ
て、第1の反応により発生する燐光を検出する光検出器
と、光検出器により燐光が検出される時に反応セルに供
給されたdNTPの種類を表示する表示装置とを有する
ことを特徴とする。
A fifth configuration of the device is composed of four types of dNTPs.
(DATP, dCTP, dGTP, and dTTP), each of which contains a first electrode.
A first substrate on which second, third, and fourth cells are formed; a template DNA, a DNA polymerase, a luciferase, a luciferin, an apyrase, and a sulfurylase to which primers are bound; A plurality of reaction cells are formed, and a second substrate disposed below the first substrate, and first, second, third, and fourth cells respectively connecting the first and second cells to each of the reaction cells. The second, third, and fourth capillaries and the first electrode of any of the first, second, third, and fourth cells are selectively controlled to provide first, second, third, and fourth cells. 4
A control device for applying an electric field between the first electrode of any one of the cells and the second electrode of the plurality of reaction cells; A first reaction in which pyrophosphate generated when an elongation reaction of a primer complementary to DNA is generated is converted to adenosine triphosphate by sulfurylase, and adenosine triphosphate acts on luciferin by luciferase to generate phosphorescence, A second reaction for decomposing adenosine triphosphate by apyrase is performed in a reaction cell, and a photodetector for detecting phosphorescence generated by the first reaction and a reaction cell when phosphorescence is detected by the photodetector. And a display device for displaying the type of the supplied dNTP.

【0016】装置の第5の構成では、dNTPが、電気
泳動又は電気浸透流により複数の反応セルにほぼ同時に
供給されること、制御装置により選択制御され反応セル
との間に電界が印加される第1、第2、第3、第4のセ
ルの順序と、光検出器による燐光の検出のタイミングと
から鋳型DNAの塩基配列を決定すること、第2の基板
の複数の反応セルの底部が透明な部材から構成されるこ
と、第2の基板の複数の反応セルの底部が透明な部材か
ら構成され、光検出器は燐光を反応セルの底部から検出
すること、第2の基板の複数の反応セルの底部が透明な
部材から構成され、光検出器は燐光を反応セルの底部か
ら検出し、複数の反応セルの底部と光検出器との間にレ
ンズアレーが配置されることにも特徴がある。
In a fifth configuration of the apparatus, dNTPs are supplied to a plurality of reaction cells almost simultaneously by electrophoresis or electroosmotic flow, and an electric field is applied between the reaction cells under selective control by a control device. Determining the base sequence of the template DNA from the order of the first, second, third, and fourth cells and the timing of detecting phosphorescence by the photodetector; The bottom of the plurality of reaction cells of the second substrate is formed of a transparent member; the photodetector detects phosphorescence from the bottom of the reaction cell; and the plurality of reaction cells of the second substrate. The bottom of the reaction cell is composed of a transparent member, the photodetector detects phosphorescence from the bottom of the reaction cell, and a lens array is placed between the bottom of multiple reaction cells and the photodetector. There is.

【0017】装置の第6の構成は、プライマーが結合し
た鋳型DNA、DNAポリメラーゼ、ルシフェラーゼ、
ルシフェリン、アピラーゼ、及びスルフリレースを収納
し、第1の電極が配置される複数の反応セルが形成され
る第1の基板と、4種類のdNTP(dATP、dCT
P、dGTP、及びdTTP)をそれぞれ収納し、それ
ぞれ第2の電極が配置される第1、第2、第3、及び第
4のセルが形成され、第1の基板の下部に配置される第
2の基板と、第1、第2、第3、及び第4のセルと各反
応セルとをそれぞれ結ぶ第1、第2、第3、及び第4の
毛細管と、第1、第2、第3、第4の何れかのセルの第
1の電極を選択制御して、第1、第2、第3、第4の何
れかのセルの第1の電極と複数の反応セルの第2の電極
との間に電界を印加する制御装置とを具備し、電界の印
加により反応セルに順次供給されるdNTPにより、鋳
型DNAに相補結合したプライマーの伸長反応が生成し
た時に生成するピロ燐酸を、スルフリレースによりアデ
ノシン三燐酸に変換し、アデノシン三燐酸がルシフェラ
ーゼによりルシフェリンに作用して生じる燐光を発生さ
せる第1の反応と、アデノシン三燐酸をアピラーゼによ
り分解する第2の反応とを反応セルで行なわせて、第1
の反応により発生する燐光を検出する光検出器と、光検
出器により燐光が検出される時に反応セルに供給された
dNTPの種類を表示する表示装置とを有することを特
徴とする。
A sixth configuration of the device is that a template DNA to which a primer is bound, a DNA polymerase, a luciferase,
A first substrate on which luciferin, apyrase, and sulfurylase are housed and in which a plurality of reaction cells in which first electrodes are arranged are formed, and four types of dNTPs (dATP, dCT
P, dGTP, and dTTP) are respectively formed, and first, second, third, and fourth cells in which the second electrodes are respectively formed are formed, and the first, second, and third cells are formed below the first substrate. A second substrate, first, second, third, and fourth capillaries connecting the first, second, third, and fourth cells to each reaction cell; The first electrode of any one of the third and fourth cells is selectively controlled, and the first electrode of any of the first, second, third, and fourth cells and the second electrode of the plurality of reaction cells are controlled. And a control device for applying an electric field between the electrodes, and pyrophosphoric acid generated when an extension reaction of the primer complementary to the template DNA is generated by dNTP sequentially supplied to the reaction cell by application of the electric field, Sulfurylase converts it to adenosine triphosphate, and adenosine triphosphate is converted to luciferase by luciferase. First a reaction for generating phosphorescence caused to act on phosphorus, and a second reaction decomposed by apyrase adenosine triphosphate was carried out in the reaction cell, the first
And a display device for displaying the type of dNTP supplied to the reaction cell when the phosphorescence is detected by the photodetector.

【0018】装置の第6の構成では、dNTPが、電気
泳動又は電気浸透流により複数の反応セルにほぼ同時に
供給されること、制御装置により選択制御され反応セル
との間に電界が印加される第1、第2、第3、第4のセ
ルの順序と、光検出器による燐光の検出のタイミングと
から鋳型DNAの塩基配列を決定すること、光検出器は
第1の基板の上部に配置されること、光検出器は第1の
基板の上部に配置され、光検出器と第1の基板との間に
レンズアレーが配置されることにも特徴がある。
In a sixth configuration of the apparatus, dNTP is supplied to a plurality of reaction cells almost simultaneously by electrophoresis or electroosmotic flow, and an electric field is applied between the reaction cells under selective control by a control device. Determining the base sequence of the template DNA from the order of the first, second, third, and fourth cells and the timing of phosphorescence detection by the photodetector, wherein the photodetector is disposed on the first substrate. In addition, the photodetector is disposed on the first substrate, and a lens array is disposed between the photodetector and the first substrate.

【0019】装置の第7の構成は、ルシフェラーゼが固
定され、プライマーが結合した異なる鋳型DNAがそれ
ぞれ固定される複数の微粒子が定められた順序で内部に
配列される透明なキャピラリーと、4種類のdNTP
(dATP、dCTP、dGTP、及びdTTP)をそ
れぞれ収納し、且つ、DNAポリメラーゼ、アピラー
ゼ、スルフリレース、ルシフェリンを収納する第1、第
2、第3、及び第4の容器と、緩衝液を収納する第5の
容器と、第1、第2、第3、第4、及び第5の容器のそ
れぞれと、送液切り替え手段とをそれぞれ結ぶ第1、第
2、第3、第4、及び第5の送液管と、送液切り替え手
段とキャピラリーの送液口とを結ぶ第6の送液管とを具
備し、送液切り替え手段により第5の送液管を選択し
て、緩衝液をキャピラリーの内部に送流した後に、送液
切り替え手段によりキャピラリーの内部に順次供給され
るdNTPにより、鋳型DNAに相補結合したプライマ
ーの伸長反応が生成した時に生成するピロ燐酸を、スル
フリレースによりアデノシン三燐酸に変換し、アデノシ
ン三燐酸がルシフェラーゼによりルシフェリンに作用し
て生じる燐光を発生させる第1の反応と、アデノシン三
燐酸をアピラーゼにより分解する第2の反応とをキャピ
ラリーの内部で行なわせて、第1の反応により発生する
燐光を検出する光検出器と、光検出器により燐光が検出
される時にキャピラリーの内部に供給されたdNTPの
種類を表示する表示装置とを有することを特徴とする。
装置の第7の構成では、複数の微粒子と交互に配列する
ダミーの微粒子を有することにも特徴がある。
A seventh configuration of the device comprises a transparent capillary in which luciferase is immobilized, and a plurality of microparticles to which different template DNAs to which primers are bound are immobilized, in which a plurality of fine particles are arranged in a predetermined order. dNTP
(DATP, dCTP, dGTP, and dTTP), and first, second, third, and fourth containers for storing DNA polymerase, apyrase, sulfurylase, and luciferin, and a buffer for storing buffer solution. 5, the first, second, third, fourth, and fifth containers, and the first, second, third, fourth, and fifth containers that respectively connect the liquid-feeding switching means. A liquid supply pipe, a sixth liquid supply pipe connecting the liquid supply switching means and the liquid supply port of the capillary, and a fifth liquid supply pipe is selected by the liquid supply switching means, and the buffer solution is supplied to the capillary. After flowing into the capillary, pyrophosphoric acid generated when an elongation reaction of the primer complementary to the template DNA is generated by dNTP sequentially supplied into the capillary by the liquid feeding switching means is added by sulfurylase. A first reaction in which adenosine triphosphate is converted into syn triphosphate and phosphorescence generated by the action of adenosine triphosphate on luciferin by luciferase, and a second reaction in which adenosine triphosphate is decomposed by apyrase are performed inside the capillary. A photodetector for detecting phosphorescence generated by the first reaction, and a display device for displaying the type of dNTP supplied into the capillary when phosphorescence is detected by the photodetector. .
The seventh configuration of the apparatus is also characterized by having dummy fine particles alternately arranged with a plurality of fine particles.

【0020】装置の第8の構成は、ルシフェラーゼが固
定され、プライマーが結合した異なる鋳型DNAがそれ
ぞれ固定される複数の微粒子が所定の順序で一列に配列
されるほぼ平行な区画を複数具備し底部が透明な光学セ
ルと、4種類のdNTP(dATP、dCTP、dGT
P、及びdTTP)をそれぞれ収納し、且つ、DNAポ
リメラーゼ、アピラーゼ、スルフリレース、ルシフェリ
ンを収納する第1、第2、第3、及び第4の容器と、緩
衝液を収納する第5の容器と、第1、第2、第3、第
4、及び第5の容器のそれぞれと、送液切り替え手段と
をそれぞれ結ぶ第1、第2、第3、第4、及び第5の送
液管と、送液切り替え手段と光学セルの送液口とを結ぶ
第6の送液管とを具備し、送液切り替え手段により第5
の送液管を選択して、緩衝液を光学セルの複数の区画に
送流した後に、送液切り替え手段により光学セルの複数
の区画に順次供給されるdNTPにより、鋳型DNAに
相補結合したプライマーの伸長反応が生成した時に生成
するピロ燐酸を、スルフリレースによりアデノシン三燐
酸に変換し、アデノシン三燐酸がルシフェラーゼにより
ルシフェリンに作用して生じる燐光を発生させる第1の
反応と、アデノシン三燐酸をアピラーゼにより分解する
第2の反応とを光学セルの複数の区画で行なわせて、第
1の反応により発生する燐光を検出する光検出器と、光
検出器により燐光が検出される時にセルの複数の区画に
供給されたdNTPの種類を表示する表示装置とを有す
ることを特徴とする。装置の第8の構成では、複数の微
粒子と交互に配列するダミーの微粒子を有することにも
特徴がある。
An eighth configuration of the device comprises a plurality of substantially parallel sections in which a plurality of microparticles to which luciferase is immobilized and different template DNAs to which primers are bound are immobilized are arranged in a predetermined sequence. Are transparent optical cells and four types of dNTPs (dATP, dCTP, dGT
P, and dTTP), and first, second, third, and fourth containers for storing DNA polymerase, apyrase, sulfurylase, and luciferin, and a fifth container for storing a buffer solution. First, second, third, fourth, and fifth liquid feed pipes respectively connecting the first, second, third, fourth, and fifth containers with liquid feed switching means; A sixth liquid supply pipe connecting the liquid supply switching means and the liquid supply port of the optical cell;
After the buffer solution is sent to the plurality of sections of the optical cell by selecting the liquid sending tube of (1), the primer complementarily bound to the template DNA by dNTP sequentially supplied to the plurality of sections of the optical cell by the solution sending switching means A first reaction in which pyrophosphate generated when an elongation reaction is generated is converted into adenosine triphosphate by sulfurylase, and adenosine triphosphate acts on luciferin by luciferase to generate phosphorescence, and adenosine triphosphate is converted by apyrase. Causing the second reaction to be decomposed to occur in a plurality of sections of the optical cell, detecting a phosphorescence generated by the first reaction, and a plurality of sections of the cell when the photodetector detects the phosphorescence. And a display device for displaying the type of dNTP supplied to the device. The eighth configuration of the apparatus is also characterized by having dummy fine particles alternately arranged with a plurality of fine particles.

【0021】装置の第9の構成は、第1の電極、及び第
2の電極が配置され、第1の電極の近傍にDNAポリメ
ラーゼ、及びルシフェラーゼが固定され、プライマーが
結合した鋳型DNA、アピラーゼ、ルシフェリン、及び
スルフリレースを収納する反応セルと、4種類のdNT
P(dATP、dCTP、dGTP、及びdTTP)を
それぞれ収納し、第3の電極がそれぞれ配置される第
1、第2、第3、及び第4のセルと、第1、第2、第
3、及び第4のセルと反応セルとをそれぞれ結ぶ第1、
第2、第3、及び第4の細孔とが形成される基板と、第
1、第2、第3、第4の何れかのセルの第3の電極を選
択制御して、第3の電極と第1の電極との間に印加する
電界の制御、第1の電極と第2の電極との間に印加する
電界の制御を行なう制御装置とを具備し、第1、第2、
第3、第4の何れかのセルの第3の電極と第1の電極と
の間に印加される電界により、第1、第2、第3、第4
の細孔の何れかを通して、反応セルに順次供給されるd
NTPにより、鋳型DNAに相補結合したプライマーの
伸長反応が生成した時に生成するピロ燐酸を、スルフリ
レースによりアデノシン三燐酸に変換し、アデン三燐酸
がルシフェラーゼによりルシフェリンに作用して生じる
燐光を発生させる第1の反応と、アデノシン三燐酸をア
ピラーゼにより分解する第2の反応とを反応セルで行な
わせて、第1の反応により発生する燐光を検出する光検
出器と、光検出器により燐光が検出される時に反応セル
に供給されたdNTPの種類を表示する表示装置とを有
し、第1、第2、第3、第4の何れかのセルの第3の電
極と第1の電極との間に電界を印加した後に、第1の電
極と第2の電極との間に電界を印加して、鋳型DNAを
第1の電極の近傍に移動させることを特徴とする。次
に、本発明の代表的なDNA分析方法の構成について説
明する。
A ninth configuration of the apparatus is such that a first electrode and a second electrode are arranged, a DNA polymerase and a luciferase are fixed in the vicinity of the first electrode, and a primer-bonded template DNA, apyrase, Reaction cell containing luciferin and sulfurylase, and 4 types of dNT
P (dATP, dCTP, dGTP, and dTTP), and first, second, third, and fourth cells in which third electrodes are respectively disposed, and first, second, third, and third cells. And the first connecting the fourth cell and the reaction cell, respectively.
By selectively controlling the substrate on which the second, third, and fourth pores are formed and the third electrode of any of the first, second, third, and fourth cells, the third electrode is formed. A control device for controlling an electric field applied between the electrode and the first electrode, and controlling an electric field applied between the first electrode and the second electrode;
An electric field applied between the third electrode and the first electrode of any one of the third and fourth cells causes the first, second, third, and fourth cells to change.
Is sequentially supplied to the reaction cell through any of the pores of
Pyrophosphate generated when an extension reaction of a primer complementary to a template DNA is generated by NTP is converted into adenosine triphosphate by sulfurylase, and adenosine triphosphate acts on luciferin by luciferase to generate phosphorescence. And a second reaction of decomposing adenosine triphosphate with apyrase in a reaction cell, and detecting a phosphorescence generated by the first reaction, and detecting the phosphorescence by the photodetector. A display device for displaying the type of dNTP supplied to the reaction cell at any time, between the third electrode and the first electrode of any of the first, second, third, and fourth cells. After applying the electric field, an electric field is applied between the first electrode and the second electrode to move the template DNA to the vicinity of the first electrode. Next, the configuration of a typical DNA analysis method of the present invention will be described.

【0022】方法の第1の構成は、プライマーが結合し
た鋳型DNA、DNAポリメラーゼ、ルシフェラーゼ、
ルシフェリン、アピラーゼ、及びスルフリレースを反応
セルに収納し、4種類のdNTP(dATP、dCT
P、dGTP、及びdTTP)をそれぞれ第1、第2、
第3、及び第4のセルに収納する工程と、4種類のdN
TPのそれぞれを予め定めれらた順序で、第1、第2、
第3、第4のセルの何れかのセルから反応セルに電界を
用いて供給する工程と、鋳型DNAに相補結合したプラ
イマーの伸長反応が生成した時に生成するピロ燐酸をア
デノシン三燐酸に変換して、アデノシン三燐酸がルシフ
ェラーゼによりルシフェリンに作用して生じる化学発光
を検出する工程とを有することに特徴がある。
The first configuration of the method includes a template DNA to which a primer is bound, a DNA polymerase, a luciferase,
Luciferin, apyrase, and sulfurylase are stored in a reaction cell, and four types of dNTPs (dATP, dCT
P, dGTP, and dTTP) are the first, second,
The process of storing in the third and fourth cells, and four types of dN
Each of the TPs, in a predetermined order, is first, second,
Supplying an electric field from one of the third and fourth cells to the reaction cell by using an electric field; and converting pyrophosphate generated when an extension reaction of the primer complementary to the template DNA is generated into adenosine triphosphate. And a step of detecting chemiluminescence generated by adenosine triphosphate acting on luciferin by luciferase.

【0023】方法の第1の構成では、化学発光を検出す
る工程の後に、反応セルに、アピラーゼを含む緩衝液を
供給する工程を有するこ、第1、第2、第3、及び第4
のセルのそれぞれと反応セルとを結ぶ細管を通して、4
種類のdNTPのそれぞれが供給されること、反応セル
を複数具備し、4種類のdNTPのそれぞれを予め定め
れらた順序で各反応セルにほぼ同時に供給すること、第
1、第2、第3、及び第4のセルのそれぞれに印加する
電界の順序と、化学発光の検出のタイミングとから塩基
配列を決定することにも特徴がある。
In a first configuration of the method, after the step of detecting chemiluminescence, a step of supplying a buffer solution containing apyrase to the reaction cell is provided, wherein the first, second, third and fourth steps are performed.
4 through a capillary tube connecting each of the cells to the reaction cell.
Each kind of dNTP is supplied; a plurality of reaction cells are provided; each of the four kinds of dNTPs is supplied almost simultaneously to each reaction cell in a predetermined order; first, second, and third , And the order of the electric field applied to each of the fourth cells and the timing of the detection of chemiluminescence are also characterized in that the base sequence is determined.

【0024】方法の第2の構成は、プライマーが結合し
た鋳型DNA、DNAポリメラーゼ、ルシフェラーゼ、
ルシフェリン、アピラーゼ、及びスルフリレースを反応
セルに収納し、4種類のdNTP(dATP、dCT
P、dGTP、及びdTTP)をそれぞれ第1、第2、
第3、及び第4のセルに収納する第1の工程と、dNT
Pを、反応セルに順次供給する第2の工程と、反応セル
に順次供給されるdNTPにより、鋳型DNAに相補結
合したプライマーの伸長反応が生成した時に生成するピ
ロ燐酸を、スルフリレースによりアデノシン三燐酸に変
換し、アデノシン三燐酸がルシフェラーゼによりルシフ
ェリンに作用して生じる燐光を発生させる第1の反応
と、アデノシン三燐酸をアピラーゼにより分解する第2
の反応とを反応セルで行なわせて、第1の反応により発
生する燐光を検出する第3の工程と、燐光が検出される
時に反応セルに供給されたdNTPの種類を表示する第
4の工程とを有することに特徴がある。
The second configuration of the method comprises a template DNA to which a primer is bound, a DNA polymerase, a luciferase,
Luciferin, apyrase, and sulfurylase are stored in a reaction cell, and four types of dNTPs (dATP, dCT
P, dGTP, and dTTP) are the first, second,
A first step of accommodating in third and fourth cells, dNT
P is sequentially supplied to the reaction cell, and pyrophosphoric acid generated when an elongation reaction of the primer complementary to the template DNA is generated by dNTP sequentially supplied to the reaction cell is converted to adenosine triphosphate by sulfurylase A first reaction in which adenosine triphosphate acts on luciferin by luciferase to generate phosphorescence, and a second reaction in which adenosine triphosphate is decomposed by apyrase.
In the reaction cell to detect phosphorescence generated by the first reaction, and a fourth step of displaying the type of dNTP supplied to the reaction cell when the phosphorescence is detected. It is characterized by having

【0025】方法の第2の構成では、dNTPが、反応
セルに供給される順序と、燐光の検出のタイミングとか
ら鋳型DNAの塩基配列を決定すること、反応セルの底
部が透明な部材から構成され、反応セルの底部から燐光
が検出されること、反応セルの開口部から燐光が検出さ
れること、第1の工程は、それぞれ異なる鋳型DNAを
複数の反応セルに収納する工程を含み、第2の工程は、
複数の反応セルにほぼ同時に、dNTPを供給する工程
を含み、第3の工程は、第1の反応により複数の反応セ
ルで発生する燐光を検出する工程を含み、第4の工程
は、燐光が検出される時に各反応セルに供給されたdN
TPの種類を表示することにも特徴がある。方法の第
1、第2の構成では、dNTPが、電気泳動又は電気浸
透流により反応セルに供給されることにも特徴がある。
In a second configuration of the method, the base sequence of the template DNA is determined from the order in which dNTPs are supplied to the reaction cell and the timing of phosphorescence detection, and the bottom of the reaction cell is formed of a transparent member. The phosphorescence is detected from the bottom of the reaction cell, the phosphorescence is detected from the opening of the reaction cell, the first step includes a step of accommodating different template DNAs in a plurality of reaction cells, respectively. Step 2 is
Supplying dNTPs to the plurality of reaction cells at substantially the same time; a third step including a step of detecting phosphorescence generated in the plurality of reaction cells by the first reaction; and a fourth step; DN supplied to each reaction cell when detected
There is also a feature in displaying the type of TP. The first and second aspects of the method are also characterized in that the dNTP is supplied to the reaction cell by electrophoresis or electroosmosis.

【0026】方法の第3の構成は、それぞれ第1の電極
が配置され、第1の基板に形成される第1、第2、第
3、及び第4のセルのそれぞれに、4種類のdNTP
(dATP、dCTP、dGTP、及びdTTP)を収
納し、第1の基板の下部に配置される第2の基板に形成
され、第2の電極がそれぞれ配置される複数の反応セル
に、プライマーが結合した鋳型DNA、DNAポリメラ
ーゼ、ルシフェラーゼ、ルシフェリン、アピラーゼ、及
びスルフリレースを収納する工程と、dNTPを反応セ
ルに順次供給する工程と、反応セルに順次供給されるd
NTPにより、鋳型DNAに相補結合したプライマーの
伸長反応が生成した時に生成するピロ燐酸を、スルフリ
レースによりアデノシン三燐酸に変換し、アデノシン三
燐酸がルシフェラーゼによりルシフェリンに作用して生
じる燐光を発生させる第1の反応と、アデノシン三燐酸
をアピラーゼにより分解する第2の反応とを反応セルで
行なわせて、第1の反応により発生する燐光を検出する
工程と、燐光が検出される時に反応セルに供給されたd
NTPの種類を表示する工程とを有することに特徴があ
る。
A third configuration of the method is that a first electrode is disposed on each of the first, second, third, and fourth cells formed on the first substrate, and four types of dNTPs are provided on each of the first, second, third, and fourth cells.
(DATP, dCTP, dGTP, and dTTP), and a primer is bound to a plurality of reaction cells formed on a second substrate disposed below the first substrate and having second electrodes respectively disposed therein. Containing the prepared template DNA, DNA polymerase, luciferase, luciferin, apyrase, and sulfurylase, sequentially supplying dNTPs to the reaction cell, and sequentially supplying dNTPs to the reaction cell.
Pyrophosphate generated when an extension reaction of a primer complementary to a template DNA is generated by NTP is converted to adenosine triphosphate by sulfurylase, and adenosine triphosphate acts on luciferin by luciferase to generate phosphorescence. And a second reaction of decomposing adenosine triphosphate with apyrase in the reaction cell to detect phosphorescence generated by the first reaction, and supplying the phosphorescence to the reaction cell when the phosphorescence is detected. D
Displaying the type of NTP.

【0027】方法の第3の構成では、dNTPが、電気
泳動又は電気浸透流により複数の反応セルにほぼ同時に
供給されること、dNTPが、複数の反応セルに供給さ
れる順序と、燐光の検出のタイミングとから鋳型DNA
の塩基配列を決定すること、燐光が、第2の基板の複数
の反応セルの底部の透明な部材からを通して検出される
ことにも特徴がある。
In a third configuration of the method, the dNTPs are supplied to the plurality of reaction cells almost simultaneously by electrophoresis or electroosmotic flow, the order in which the dNTPs are supplied to the plurality of reaction cells, and the detection of phosphorescence. From the timing of the template DNA
Is characterized in that the phosphorescence is detected through the transparent member at the bottom of the plurality of reaction cells on the second substrate.

【0028】方法の第4の構成は、第1の基板に形成さ
れ、それぞれ第1の電極が配置される複数の反応セル
に、プライマーが結合した鋳型DNA、DNAポリメラ
ーゼ、ルシフェラーゼ、ルシフェリン、アピラーゼ、及
びスルフリレースを収納し、第1の基板の下部に配置さ
れる第2の基板に形成され、それぞれ第2の電極が配置
される第1、第2、第3、及び第4のセルのそれぞれ
に、4種類のdNTP(dATP、dCTP、dGT
P、及びdTTP)を収納する工程と、dNTPを反応
セルに順次供給する工程と、反応セルに順次供給される
dNTPにより、鋳型DNAに相補結合したプライマー
の伸長反応が生成した時に生成するピロ燐酸を、スルフ
リレースによりアデノシン三燐酸に変換し、アデノシン
三燐酸がルシフェラーゼによりルシフェリンに作用して
生じる燐光を発生させる第1の反応と、アデノシン三燐
酸をアピラーゼにより分解する第2の反応とを反応セル
で行なわせて、第1の反応により発生する燐光を検出す
る工程と、燐光が検出される時に反応セルに供給された
dNTPの種類を表示する工程とを有することに特徴が
ある。
A fourth configuration of the method is that a template DNA, a DNA polymerase, a luciferase, a luciferin, an apyrase, a primer-bonded template DNA, are formed on a plurality of reaction cells formed on a first substrate and each provided with a first electrode. And a sulfur free race, formed on a second substrate disposed below the first substrate, and provided on each of first, second, third, and fourth cells on which a second electrode is disposed, respectively. , 4 types of dNTPs (dATP, dCTP, dGT
P and dTTP), a step of sequentially supplying dNTPs to the reaction cell, and a step of sequentially supplying dNTPs to the reaction cell. Is converted to adenosine triphosphate by sulfurylase, and a first reaction in which adenosine triphosphate acts on luciferin by luciferase to generate phosphorescence and a second reaction in which adenosine triphosphate is decomposed by apyrase in a reaction cell. The method is characterized by comprising a step of detecting phosphorescence generated by the first reaction and a step of displaying the type of dNTP supplied to the reaction cell when the phosphorescence is detected.

【0029】方法の第4の構成では、dNTPが、電気
泳動又は電気浸透流により複数の反応セルにほぼ同時に
供給されること、dNTPが、複数の反応セルに供給さ
れる順序と、光検出器による燐光の検出のタイミングと
から鋳型DNAの塩基配列を決定することにも特徴があ
る。
In a fourth configuration of the method, the dNTPs are supplied to the plurality of reaction cells substantially simultaneously by electrophoresis or electroosmotic flow, the order in which the dNTPs are supplied to the plurality of reaction cells, and the photodetector. It is also characterized in that the base sequence of the template DNA is determined from the timing of the detection of phosphorescence.

【0030】方法の第5の構成は、透明なキャピラリー
の内部に、ルシフェラーゼが固定され、プライマーが結
合した異なる鋳型DNAがそれぞれ固定される複数の微
粒子が定められた順序で内部に配列し、第1、第2、第
3、及び第4の容器に、4種類のdNTP(dATP、
dCTP、dGTP、及びdTTP)をそれぞれ収納
し、DNAポリメラーゼ、アピラーゼ、スルフリレー
ス、ルシフェリンを収納し、緩衝液を収納する第5の容
器に収納する工程と、第1、第2、第3、第4、及び第
5の容器のそれぞれと、送液切り替え手段とをそれぞれ
結ぶ第1、第2、第3、第4、及び第5の送液管、送液
切り替え手段とキャピラリーの送液口とを結ぶ第6の送
液管とから、送液切り替え手段により第5の送液管を選
択して、緩衝液をキャピラリーの内部に送流する工程の
後に、送液切り替え手段によりキャピラリーの内部に、
dNTPを順次供給する工程と、キャピラリーの内部
に、順次供給されるdNTPにより、鋳型DNAに相補
結合したプライマーの伸長反応が生成した時に生成する
ピロ燐酸を、スルフリレースによりアデノシン三燐酸に
変換し、アシン三燐酸がルシフェラーゼによりルシフェ
リンに作用して生じる燐光を発生させる第1の反応と、
アデノシン三燐酸をアピラーゼにより分解する第2の反
応とをキャピラリーの内部で行なわせて、第1の反応に
より発生する燐光を検出する工程と、光検出器により燐
光が検出される時にキャピラリーの内部に供給されたd
NTPの種類を表示する工程とを有することに特徴があ
る。
A fifth configuration of the method is that a plurality of microparticles to which luciferase is immobilized inside a transparent capillary and different template DNAs to which primers are bonded are immobilized are arranged in a predetermined order. In the first, second, third, and fourth containers, four types of dNTPs (dATP, dATP,
dCTP, dGTP, and dTTP), containing DNA polymerase, apyrase, sulfurylase, and luciferin, and containing them in a fifth container that contains a buffer; and first, second, third, and fourth. , And the first, second, third, fourth, and fifth liquid supply pipes respectively connecting the fifth container and the liquid supply switching means, and the liquid supply switching means and the liquid supply port of the capillary. After the step of selecting the fifth liquid sending pipe by the liquid sending switching means from the sixth liquid sending pipe to be connected and sending the buffer solution into the capillary, the liquid sending switching means enters the inside of the capillary.
a step of sequentially supplying dNTPs, and a step of sequentially supplying dNTPs into the capillary to convert pyrophosphate generated when an extension reaction of a primer complementary to a template DNA is generated into adenosine triphosphate by sulfurylase; A first reaction in which triphosphate acts on luciferin by luciferase to generate phosphorescence,
Performing a second reaction of decomposing adenosine triphosphate by apyrase inside the capillary to detect phosphorescence generated by the first reaction; and detecting the phosphorescence generated by the photodetector when the phosphorescence is detected by the photodetector. Supplied d
Displaying the type of NTP.

【0031】方法の第6の構成は、光学セルのほぼ平行
な複数の区画のそれぞれに、ルシフェラーゼと、プライ
マーが結合した異なる鋳型DNAがそれぞれ固定される
複数の微粒子を所定の順序で一列に配列する工程と、第
1、第2、第3、及び第4の容器に、4種類のdNTP
(dATP、dCTP、dGTP、及びdTTP)をそ
れぞれ収納し、且つ、DNAポリメラーゼ、アピラー
ゼ、スルフリレース、ルシフェリンを収納し、緩衝液を
第5の容器に収納する工程と、第1、第2、第3、第
4、及び第5の容器のそれぞれと、送液切り替え手段と
をそれぞれ結ぶ第1、第2、第3、第4、第5の送液
管、送液切り替え手段と光学セルの送液口とを結ぶ第6
の送液管とから、送液切り替え手段により第5の送液管
を選択して、緩衝液を光学セルの複数の区画に送流した
後に、送液切り替え手段により光学セルの複数の区画
に、dNTPを順次供給する工程と、光学セルの複数の
区画に順次供給されるdNTPにより、鋳型DNAに相
補結合したプライマーの伸長反応が生成した時に生成す
るピロ燐酸を、スルフリレースによりアデノシン三燐酸
に変換し、アデノシン三燐酸がルシフェラーゼによりル
シフェリンに作用して生じる燐光を発生させる第1の反
応と、アデノシン三燐酸をアピラーゼにより分解する第
2の反応とを光学セルの複数の区画で行なわせて、第1
の反応により発生する燐光を検出する工程と、光検出器
により燐光が検出される時に光学セルの複数の区画に供
給されたdNTPの種類を表示する工程とを有すること
に特徴がある。方法の第6の構成では、燐光を、光学セ
ルの複数の区画の透明な底部から検出することにも特徴
がある。
A sixth configuration of the method is that, in each of a plurality of substantially parallel sections of the optical cell, luciferase and a plurality of microparticles to which different template DNAs to which primers are bound are fixedly arranged in a line in a predetermined order. And four types of dNTPs in the first, second, third, and fourth containers.
(DATP, dCTP, dGTP, and dTTP), and DNA polymerase, apyrase, sulfurylase, and luciferin, and a buffer in a fifth container, and first, second, and third containers. , Fourth, fifth, and fifth liquid supply pipes connecting liquid supply switching means with each of the first, fourth, and fifth containers, and liquid supply switching means and liquid supply of the optical cell. The sixth that connects the mouth
The fifth liquid feed pipe is selected by the liquid feed switching means from among the liquid feed pipes, and the buffer solution is sent to the plurality of sections of the optical cell. , A step of sequentially supplying dNTPs, and a step of sequentially supplying dNTPs to a plurality of compartments of the optical cell to convert pyrophosphate generated when an extension reaction of a primer complementary to a template DNA is generated to adenosine triphosphate by sulfurylase. Then, a first reaction for generating phosphorescence generated by adenosine triphosphate acting on luciferin by luciferase and a second reaction for decomposing adenosine triphosphate by apyrase are performed in a plurality of compartments of the optical cell. 1
And a step of displaying the type of dNTP supplied to the plurality of sections of the optical cell when the phosphorescence is detected by the photodetector. A sixth aspect of the method is also characterized in that the phosphorescence is detected from the transparent bottom of a plurality of sections of the optical cell.

【0032】方法の第7の構成は、基板に形成され、第
1の電極、及び第2の電極が配置される反応セルの第1
の電極の近傍に、DNAポリメラーゼ、及びルシフェラ
ーゼを固定し、プライマーが結合した鋳型DNA、アピ
ラーゼ、ルシフェリン、及びスルフリレースを収納し、
基板に形成され、第3の電極がそれぞれ配置される第
1、第2、第3、及び第4のセルに、4種類のdNTP
(dATP、dCTP、dGTP、及びdTTP)を別
々に収納する工程と、第1、第2、第3、第4の何れか
のセルの第3の電極を選択制御して、第3の電極と第1
の電極との間に印加する電界を制御する工程と、第1、
第2、第3、第4の何れかのセルの第3の電極と第1の
電極との間に印加される電界により、第1、第2、第
3、第4のセルと反応セルとをそれぞれ結ぶ第1、第
2、第3、第4の細孔の何れかを通して、反応セルに、
dNTPを順次供給する工程と、第1の電極と第2の電
極との間に印加する電界の制御を行なう工程と、反応セ
ルに順次供給されるdNTPにより、鋳型DNAに相補
結合したプライマーの伸長反応が生成した時に生成する
ピロ燐酸を、スルフリレースによりアデノシン三燐酸に
変換し、アデノシン三燐酸がルシフェラーゼによりルシ
フェリンに作用して生じる燐光を発生させる第1の反応
と、アデノシン三燐酸をアピラーゼにより分解する第2
の反応とを反応セルで行なわせて、第1の反応により発
生する燐光を検出する工程と、燐光が検出される時に反
応セルに供給されたdNTPの種類を表示する工程とを
有し、第1、第2、第3、第4の何れかのセルの第3の
電極と第1の電極との間に電界を印加した後に、第1の
電極と第2の電極との間に電界を印加して、鋳型DNA
を第1の電極の近傍に移動させることに特徴がある。
[0032] A seventh configuration of the method includes forming a first electrode of a reaction cell formed on a substrate and having a first electrode and a second electrode disposed therein.
In the vicinity of the electrode, DNA polymerase and luciferase are immobilized, and the template DNA, apyrase, luciferin, and sulfurylase to which the primers are bound are stored,
Four types of dNTPs are provided in the first, second, third, and fourth cells formed on the substrate and in which the third electrodes are respectively disposed.
(DATP, dCTP, dGTP, and dTTP) separately, and selecting and controlling a third electrode of any of the first, second, third, and fourth cells to form a third electrode First
Controlling an electric field applied between the first and second electrodes;
An electric field applied between the third electrode and the first electrode of any of the second, third, and fourth cells causes the first, second, third, and fourth cells to react with the reaction cell. Through the first, second, third and fourth pores respectively connecting the
a step of sequentially supplying dNTP, a step of controlling an electric field applied between the first electrode and the second electrode, and a step of elongating a primer complementary to the template DNA by dNTP sequentially supplied to the reaction cell. Pyrophosphate generated when the reaction is generated is converted into adenosine triphosphate by sulfurylase, the first reaction in which adenosine triphosphate acts on luciferin by luciferase to generate phosphorescence, and adenosine triphosphate is decomposed by apyrase. Second
And a step of detecting phosphorescence generated by the first reaction in the reaction cell, and a step of displaying a type of dNTP supplied to the reaction cell when the phosphorescence is detected. After applying an electric field between the third electrode and the first electrode of any of the first, second, third, and fourth cells, an electric field is applied between the first electrode and the second electrode. Apply the template DNA
Is moved to the vicinity of the first electrode.

【0033】方法の第2から第7の構成では、燐光を検
出する工程の後に、反応セルにアピラーゼを含む緩衝液
を供給する工程を有することにも特徴がある。
The second to seventh structures of the method are also characterized in that a step of supplying a buffer containing apyrase to the reaction cell is provided after the step of detecting phosphorescence.

【0034】以上説明したように本発明では、反応セル
と、dNTPを保持する試料溜とを、小さな固体プレー
トを加工して同一プレート上に作製し、DNA検査チッ
プとして用いる。DNA相補鎖合成を小さなチップ上で
行ない、反応試薬である4種のdNTPを順次定められ
た順序でチップの反応セルに供給して、DNA相補鎖合
成の時に副産物として生成するPPiをモニターするこ
とにより、ゲル電気泳動によらず、簡便で安価で、且つ
コンパクトなDNAアナライザーを提供できる。本発明
のシステムの構成は、反応チップと光検出器とからなり
簡単な構成である。本システムは、非常に小さく作製で
き、どこにでも持ち運べ、安価であり、野外、ベッドサ
イド、教育現場等これまで使用が容易でなかった場所で
の使用が可能になる。また、その構成要素が単純である
ことを反映して安価であり、操作も単純である。
As described above, in the present invention, a reaction cell and a sample reservoir holding dNTP are prepared on the same plate by processing a small solid plate and used as a DNA test chip. Performing DNA complementary strand synthesis on a small chip, supplying four dNTPs as reaction reagents to the reaction cells of the chip in a predetermined order in order, and monitoring PPi generated as a by-product during DNA complementary strand synthesis. Thus, a simple, inexpensive, and compact DNA analyzer can be provided without using gel electrophoresis. The configuration of the system of the present invention is a simple configuration comprising a reaction chip and a photodetector. The system can be made very small, portable anywhere, inexpensive, and can be used in places that were previously difficult to use, such as outdoors, bedside, educational sites, and the like. In addition, the components are inexpensive, reflecting their simplicity, and the operation is simple.

【0035】[0035]

【発明の実施の形態】以下、本発明を実施例を用いて説
明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below with reference to embodiments.

【0036】(実施例1)図1は、本発明の実施例1の
DNA配列決定装置の構成例を示す斜視図である。実施
例1のDNA配列決定装置は、2cm×5cm程度の小
さなプレート(DNA配列決定用基板)101、反応セ
ル102で発生する光を検出する光電子増倍管等の、d
NTP溶液を反応セル102に供給するための電源10
4、光検出器106の動作を制御して検出された信号を
処理する検出システム107、及び検出システム107
で得られた結果を表示する表示装置108を含む。反応
セル102の底部を透明な部材で構成する場合には、反
応セル102で発生する光は、DNA配列決定用基板1
01の下方から検出できる。勿論、反応セル102で発
生する光を、DNA配列決定用基板101の上方からも
検出できる。
Embodiment 1 FIG. 1 is a perspective view showing a configuration example of a DNA sequence determination apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. The DNA sequencing apparatus of Example 1 includes a small plate (DNA sequencing board) 101 of about 2 cm × 5 cm, a photomultiplier tube for detecting light generated in the reaction cell 102, and the like.
Power supply 10 for supplying NTP solution to reaction cell 102
4. a detection system 107 for controlling the operation of the photodetector 106 to process the detected signal, and a detection system 107
And a display device 108 for displaying the result obtained in the step (c). When the bottom of the reaction cell 102 is made of a transparent member, the light generated in the reaction cell 102 is emitted from the DNA sequencing substrate 1.
01 can be detected from below. Of course, light generated in the reaction cell 102 can also be detected from above the DNA sequencing substrate 101.

【0037】DNA配列決定用基板101には、反応セ
ル102、dATPを保持するdATP保持セル103
−1、dCTPを保持するdCTP保持セル103−
2、dGTPを保持するdGTP保持セル103−3、
dTTPを保持するdTTP保持セル103−4、dA
TPを反応セル102に供給するためのdATP供給用
細溝109−1、dCTPを反応セル102に供給する
ためのdCTP供給用細溝109−2、dGTPを反応
セル102に供給するためのdGTP供給用細溝109
−3、dTTPを反応セル102に供給するためのdT
TP供給用細溝109−4、反応セル102と電極10
5−5とを結ぶリード線110−5、dATP保持セル
103−1と電極105−1とを結ぶリード線110−
1、dCTP保持セル103−2と電極105−2とを
結ぶリード線110−2、dGTP保持セル103−3
と電極105−3とを結ぶリード線110−3、dTT
P保持セル103−4と電極105−4とを結ぶリード
線110−4、反応セル102と電極105−5とを結
ぶリード線110−5とが、形成されている。
The DNA sequence determination substrate 101 has a reaction cell 102 and a dATP holding cell 103 for holding dATP.
-1, dCTP holding cell 103 holding dCTP
2. dGTP holding cell 103-3 holding dGTP,
dTTP holding cell 103-4 holding dTTP, dA
DATP supply narrow groove 109-1 for supplying TP to the reaction cell 102, dCTP supply narrow groove 109-2 for supplying dCTP to the reaction cell 102, dGTP supply for supplying dGTP to the reaction cell 102 Narrow groove 109
-3, dT for supplying dTTP to the reaction cell 102
TP supply narrow groove 109-4, reaction cell 102 and electrode 10
5-5, and a lead 110- connecting the dATP holding cell 103-1 and the electrode 105-1.
1. Lead wire 110-2 connecting dCTP holding cell 103-2 and electrode 105-2, dGTP holding cell 103-3
Lead 110-3 connecting the electrode 105-3 and the electrode 105-3, dTT
A lead 110-4 connecting the P holding cell 103-4 and the electrode 105-4 and a lead 110-5 connecting the reaction cell 102 and the electrode 105-5 are formed.

【0038】例えば、反応セル102の容積は10μL
(マイクロリットル)、dNTPを保持するdNTP保
持セル103−i(i=1、2、3、4)の容積は20
μLである。
For example, the volume of the reaction cell 102 is 10 μL
(Microliter), the volume of the dNTP holding cell 103-i (i = 1, 2, 3, 4) holding dNTP is 20
μL.

【0039】反応セル102には、プライマー、テンプ
レートDNA、DNAポリメラーゼ、ルシフェラーゼ、
ルシフェリン、アピラーゼ、スルフリレース他が保持さ
れている。dATP保持セル103−1と反応セル10
2との間に電界を加えると、オスミックフローによりd
ATPが反応セル102に供給される。オスミックフロ
ーの流速は、電界強度によるが200V/cm程度の時
には約1mm/sであり、dNTP保持セル103−i
(i=1、2、3、4)と反応部102との間の距離は
ここでは3mmとした。dNTP保持セル103−i
(i=1、2、3、4)と反応部102との間の距離
は、固定した値ではなく、変化させても良いが、10m
m以下がよい。但し、加圧する等してスピードを上げた
時にはこの限りではない。
The reaction cell 102 contains primers, template DNA, DNA polymerase, luciferase,
Luciferin, apyrase, sulfurylase and others are retained. dATP holding cell 103-1 and reaction cell 10
When an electric field is applied between the two, d
ATP is supplied to the reaction cell 102. The flow rate of the osmic flow depends on the electric field strength, but is about 1 mm / s when the flow rate is about 200 V / cm.
Here, the distance between (i = 1, 2, 3, 4) and the reaction section 102 was 3 mm. dNTP holding cell 103-i
The distance between (i = 1, 2, 3, 4) and the reaction section 102 is not a fixed value but may be changed, but may be 10 m.
m or less is good. However, this is not always the case when the speed is increased by pressing or the like.

【0040】相補鎖合成で取り込まれるべき核酸がdA
TPである時には、dATPを加えた時に、相補鎖が伸
長すると共にピロ燐酸(PPi)が反応産物の1つとし
て放出される。PPiはスルフリレースによりATPに
変換される。ATPの濃度は、ルシフェラーゼの作用に
よりルシフェリンから生じる化学発光(燐光)の計測に
よりモニタできる。
The nucleic acid to be incorporated in the complementary strand synthesis is dA
In the case of TP, when dATP is added, the complementary strand is extended and pyrophosphate (PPi) is released as one of the reaction products. PPi is converted to ATP by sulfurylase. The concentration of ATP can be monitored by measuring the chemiluminescence (phosphorescence) generated from luciferin by the action of luciferase.

【0041】一方、ATPはアピレースにより分解され
その数を減じる。これに応じて燐光は減少する。dAT
Pに次いでdCTP、dGTP及びdTTPを順次反応
セル102に注入する。なお、dNTPの反応セル10
2の注入は、検出システム107の選択制御により、電
界を印加する電極105−i(i=1、2、3、4)を
選択して、電極105−5と電極105−i(i=1、
2、3、4)との間に電圧を印加して、dNTPが保持
されているdNTP保持セル103−i(i=1、2、
3、4)と反応セル102との間に、順次電界を供給す
ることにより実行される。
On the other hand, ATP is decomposed by apyrase and its number is reduced. The phosphorescence decreases accordingly. dAT
After P, dCTP, dGTP and dTTP are sequentially injected into the reaction cell 102. The dNTP reaction cell 10
2 is selected by the selection control of the detection system 107, the electrode 105-i (i = 1, 2, 3, 4) to which an electric field is applied is selected, and the electrode 105-5 and the electrode 105-i (i = 1) are selected. ,
2, 3, 4), and a dNTP holding cell 103-i (i = 1, 2,...) Holding dNTP is applied.
This is performed by sequentially supplying an electric field between (3, 4) and the reaction cell 102.

【0042】取り込まれるべき核酸塩基がdCTPであ
ればそれを保持しているdCTP保持セル103−2と
反応セル102との間に電界を供給した時に燐光がで
る。もし、取り込まれるべき塩基種でない場合には燐光
はでない。燐光の持続時間はアピレースの濃度で調整さ
れるが、燐光の持続時間は数秒が妥当である。取り込ま
れるべき塩基種は相補鎖の伸長状況によって変化する
が、取り込まれる塩基種はDNAの配列に対応してい
る。配列決定の精度をあげるにはdNTP供給の切り替
えを確実にする必要がある。供給するdNTPを切り替
えたにもかかわらず、先に供給した古いdNTPが供給
され続けては都合が悪い。
If the nucleic acid base to be taken in is dCTP, phosphorescence occurs when an electric field is supplied between the dCTP holding cell 103-2 holding it and the reaction cell 102. If it is not a base species to be incorporated, there is no phosphorescence. The duration of the phosphorescence is adjusted by the concentration of Apirase, but the duration of the phosphorescence is appropriately several seconds. The base species to be incorporated changes depending on the elongation status of the complementary strand, and the incorporated base species corresponds to the sequence of the DNA. To increase the accuracy of sequencing, it is necessary to ensure that the dNTP supply is switched. Despite switching the dNTP to be supplied, it is inconvenient if the old dNTP supplied earlier is continuously supplied.

【0043】この場合には、バッファー液を、dNTP
の供給管である供給用細溝109−i(i=1、2、
3、4)の中間から加えて反応槽(反応セル102)近
くのdNTP液を反応槽(反応セル102)側に押し出
すようにしても良い。一番目のdNTP供給終了と共に
バッファー液がオスミックフローで供給され流路から排
除される。バッファー液中にアピレースを混ぜておけば
排除はより完璧になる。
In this case, the buffer solution is dNTP
Supply narrow groove 109-i (i = 1, 2,
The dNTP solution near the reaction tank (reaction cell 102) may be pushed out toward the reaction tank (reaction cell 102) in addition to the dNTP solution from the middle of the steps 3 and 4). At the end of the first dNTP supply, the buffer solution is supplied by the osmotic flow and is removed from the flow path. The elimination is more perfect if you mix the apylace in the buffer solution.

【0044】ついで次のdNTPを供給する。供給する
順序を予め決めておけば電圧を加えるタイミングと燐光
発光の有無から順次配列を決定できる。同じ塩基種が続
けて取り込まれる場合には、発光強度がほぼ2倍になる
ので認知できる。
Next, the next dNTP is supplied. If the supply order is determined in advance, the arrangement can be sequentially determined from the timing of applying a voltage and the presence or absence of phosphorescence emission. When the same base species is continuously taken in, the emission intensity is almost doubled, so that it can be recognized.

【0045】実施例1では、2cm×5cm程度の小さ
なチップ(DNA配列決定用基板)に、反応セル10
2、dNTP保持セル103−i(i=1、2、3、
4)、dNTP供給用細溝109−i(i=1、2、
3、4)、リード線110−i(i=1、2、3、4)
等を全て構成できる。
In Example 1, the reaction cell 10 was mounted on a small chip (a DNA sequencing substrate) of about 2 cm × 5 cm.
2, dNTP holding cell 103-i (i = 1, 2, 3,
4), dNTP supply narrow groove 109-i (i = 1, 2,
3, 4), lead wire 110-i (i = 1, 2, 3, 4)
Etc. can all be configured.

【0046】本発明では、蛍光検出の場合と異なり光源
が不要であり、また、従来技術のように、試薬注入のた
めに、噴霧ノズル等の大がかりな仕掛けも不要である。
本発明では、このチップと光学検出器(光電子増倍管、
ホトダイオード等)を結合させるだけの簡単なDNA配
列読みとり装置を提供できる。
In the present invention, unlike the case of fluorescence detection, no light source is required, and a large-scale device such as a spray nozzle is not required for injecting a reagent as in the prior art.
In the present invention, this chip and an optical detector (photomultiplier tube,
A simple DNA sequence reading device that only requires a photodiode or the like can be provided.

【0047】(実施例2)実施例1の構成例では反応セ
ルは1つであったが、実施例2では複数の反応セルに試
薬を供給し、多種DNAを同時に配列決定する例であ
る。
(Embodiment 2) In the configuration example of Embodiment 1, one reaction cell is used. However, Embodiment 2 is an example in which reagents are supplied to a plurality of reaction cells and multiple kinds of DNA are simultaneously sequenced.

【0048】図2は、本発明の実施例2のDNA配列決
定装置(マルチ反応セルタイプのDNA配列決定用チッ
プ)を示す斜視図、図3は、本発明の実施例2のDNA
配列決定装置の構成例を示す図である。
FIG. 2 is a perspective view showing a DNA sequencing apparatus (multi-reaction cell type DNA sequencing chip) according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a DNA sequencing apparatus according to the second embodiment of the present invention.
It is a figure showing the example of composition of a sequence determination device.

【0049】図2に示すように、実施例2のマルチ反応
セルタイプのDNA配列決定用チップは、第1の基板2
01と第2の基板202とから構成される。第1の基板
201には、dATPを保持するdATP保持セル20
3−1、dCTPを保持するdCTP保持セル203−
2、dGTPを保持するdGTP保持セル203−3、
dTTPを保持するdTTP保持セル203−4が形成
される。
As shown in FIG. 2, the multi-reaction cell type DNA sequencing chip of Example 2
01 and a second substrate 202. The first substrate 201 has a dATP holding cell 20 for holding dATP.
3-1. DCTP holding cell 203 holding dCTP
2. dGTP holding cell 203-3 for holding dGTP,
A dTTP holding cell 203-4 holding dTTP is formed.

【0050】図3に示すように、第2の基板202には
複数の反応セル206が形成され、第1の基板201の
dNTP保持セル203−i(i=1、2、3、4)に
は、電極204−i(i=1、2、3、4)が配置され
ている。各反応セル206には電極207が配置されて
いる。各反応セル206には、実施例1と同様に、プラ
イマー、鋳型DNA、DNAポリメラーゼ、ルシフェラ
ーゼ、ルシフェリン、アピラーゼ、スルフリレース他が
保持されている。
As shown in FIG. 3, a plurality of reaction cells 206 are formed on the second substrate 202, and the plurality of reaction cells 206 are added to the dNTP holding cells 203-i (i = 1, 2, 3, 4) of the first substrate 201. Has electrodes 204-i (i = 1, 2, 3, 4). Each reaction cell 206 is provided with an electrode 207. As in Example 1, each reaction cell 206 holds primers, template DNA, DNA polymerase, luciferase, luciferin, apyrase, sulfurylase, and the like.

【0051】第2の基板202の各反応セル206と、
第1の基板201のdNTP保持セル203−i(i=
1、2、3、4)とは、第1の基板201のdNTP保
持セル203−i(i=1、2、3、4)の底部を貫く
dNTP供給用毛細管205−i(i=1、2、3、
4)により結合されている。即ち、各反応セル206
は、dATP供給用毛細管205−1によりdATP保
持セル203−1に結合し、dCTP供給用毛細管20
5−2によりdCTP保持セル203−2に結合し、d
GTP供給用毛細管205−3によりdGTP保持セル
203−3に結合し、dTTP供給用毛細管205−4
によりdTTP保持セル203−4に結合している。電
極204−i(i=1、2、3、4)と電極207との
間に電圧を印加することにより、から、dNTPは各反
応セル206に注入される。
Each reaction cell 206 of the second substrate 202,
The dNTP holding cell 203-i (i =
1, 2, 3, 4) means a dNTP supply capillary tube 205-i (i = 1, 2) penetrating the bottom of the dNTP holding cell 203-i (i = 1, 2, 3, 4, 4) of the first substrate 201. 2, 3,
4). That is, each reaction cell 206
Is coupled to the dATP holding cell 203-1 by the dATP supply capillary 205-1, and the dCTP supply capillary 20
5-2 to dCTP holding cell 203-2, and d
It is connected to the dGTP holding cell 203-3 by the GTP supply capillary 205-3, and the dTTP supply capillary 205-4.
To the dTTP holding cell 203-4. By applying a voltage between the electrodes 204-i (i = 1, 2, 3, 4) and the electrodes 207, dNTP is injected into each reaction cell 206.

【0052】dNTPは、dATP、dCTP、dGT
P、dTTPの4種の基質毎に異なるdNTP保持セル
201−i(i=1、2、3、4)に保持され、それぞ
れ独立に各反応セル206に注入される。dNTPの注
入の順番は、この例では、dATP、dCTP、dGT
P、dTTPの順序であり、dNTP供給用毛細管20
5−i(i=1、2、3、4)からオスミックフローを
用いて各反応セル206に供給される。勿論、加圧等に
よって基質を含む液を供給してもよい。基質を変化させ
た時の反応の始点、終点を明確にさせるために、実施例
1と同様に、アピラーゼを含む液を反応のたびに基質の
流れる流路に流して余分な基質を洗浄除去する。
DNTP is dATP, dCTP, dGT
Each of the four substrates, P and dTTP, is held in a different dNTP holding cell 201-i (i = 1, 2, 3, 4), and is independently injected into each reaction cell 206. In this example, the order of injection of dNTPs is dATP, dCTP, dGT.
P, dTTP, and the dNTP supply capillary 20
5-i (i = 1, 2, 3, 4) is supplied to each reaction cell 206 using an osmotic flow. Of course, the liquid containing the substrate may be supplied by pressurization or the like. In order to clarify the starting point and the ending point of the reaction when the substrate is changed, a solution containing apyrase is caused to flow through the substrate flowing channel each time the reaction is carried out, and the excess substrate is washed away as in Example 1. .

【0053】第1の基板の各反応セル206の少なくと
も底面は、光学的に透明な部材で構成してあり、化学発
光を検出するための窓となっている。レンズアレー20
8、及び二次元検出器209として冷却CCD等を用
い、それぞれの反応セル206からでる発光を区別して
検出できる。
At least the bottom surface of each reaction cell 206 of the first substrate is made of an optically transparent member and serves as a window for detecting chemiluminescence. Lens array 20
8, and using a cooled CCD or the like as the two-dimensional detector 209, the light emission from each reaction cell 206 can be distinguished and detected.

【0054】実施例2では、冷却型のアレーセンサーを
用いているので、検出器が少し大きくなるが、実質セン
サーシステムの大きさだけと考えてよく、多種DNAを
同時に配列決定できるコンパクトな装置を提供できる。
In the second embodiment, since a cooled array sensor is used, the size of the detector is slightly increased. However, the size of the sensor system can be considered only. Can be provided.

【0055】図2に示す例では、dNTP保持セル20
3−i(i=1、2、3、4)が形成される第1の基板
を上部に配置し、各反応セル206が形成される第2の
基板をを下部に配置したが、逆の構成としても良い。
In the example shown in FIG. 2, the dNTP holding cell 20
The first substrate on which 3-i (i = 1, 2, 3, 4) is formed is disposed on the upper side, and the second substrate on which each reaction cell 206 is formed is disposed on the lower side. It is good also as composition.

【0056】図4は、本発明の実施例2の変形例である
DNA配列決定装置(マルチ反応セルタイプのDNA配
列決定用チップ)の構成例を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a configuration example of a DNA sequencing apparatus (multi-reaction cell type DNA sequencing chip) which is a modification of the second embodiment of the present invention.

【0057】図4に示すように、第2の基板202’に
は複数の反応セル206’が形成され、第1の基板20
1’のdNTP保持セル203’−i(i=1、2、
3、4)には、電極204−i(i=1、2、3、4)
が配置されている。各反応セル206’には電極207
が配置されている。第2の基板202’の各反応セル2
06’と、第1の基板201’のdNTP保持セル20
3’−i(i=1、2、3、4)とは、第2の基板20
2’の各反応セル206の底部を貫くdNTP供給用毛
細管205’−i(i=1、2、3、4)により結合さ
れている。
As shown in FIG. 4, a plurality of reaction cells 206 'are formed in the second substrate 202', and the first substrate 20 '
1 ′ dNTP holding cell 203′-i (i = 1, 2,
3 and 4) have electrodes 204-i (i = 1, 2, 3, 4)
Is arranged. Each reaction cell 206 ′ has an electrode 207.
Is arranged. Each reaction cell 2 of the second substrate 202 '
06 ′ and the dNTP holding cell 20 of the first substrate 201 ′
3′-i (i = 1, 2, 3, 4) means that the second substrate 20
2 'are connected by dNTP supply capillaries 205'-i (i = 1, 2, 3, 4) penetrating the bottom of each reaction cell 206.

【0058】第2の基板202’が上部に、第1の基板
201’が下部にそれぞれ配置され、第2の基板20
2’の上方から、図3の構成例と同様にして、レンズア
レー208、及び二次元検出器209を用い、それぞれ
の反応セル206’からでる発光を区別して検出でき
る。
The second substrate 202 ′ is arranged on the upper part and the first substrate 201 ′ is arranged on the lower part.
Using the lens array 208 and the two-dimensional detector 209, light emitted from each reaction cell 206 'can be distinguished and detected from above 2' in the same manner as in the configuration example of FIG.

【0059】以上説明した構成例に於いて、例えば、各
反応セル206の容積は10μL(マイクロリット
ル)、dNTPを保持するdNTP保持セル203−i
(i=1、2、3、4)の容積は20μLである。
In the configuration example described above, for example, the volume of each reaction cell 206 is 10 μL (microliter), and the dNTP holding cell 203-i holding dNTP is used.
The volume of (i = 1, 2, 3, 4) is 20 μL.

【0060】(実施例3)実施例3は、ターゲットDN
A及びルシフェラーゼを固体表面に固定した例である。
種々のターゲットDNAをそれぞれ異なるビーズ又は微
粒子に固定する。ビーズ又は微粒子にはルシフェラーゼ
も一緒に固定する。
(Embodiment 3) In Embodiment 3, the target DN
This is an example in which A and luciferase are immobilized on a solid surface.
Various target DNAs are respectively immobilized on different beads or fine particles. Luciferase is also immobilized on the beads or microparticles.

【0061】図5は、本発明の実施例3のDNA配列決
定システムであり、DNAサンプルを固定したビーズ又
は微粒子を、末端にストッパー303が配置された透明
なキャピラリーの内部に並べたタイプのDNA配列決定
システムの構成例を示す図である。図5に示すように、
DNAサンプル(プライマーが結合したテンプレートD
NA)を固定したビーズ又は微粒子302を、キャピラ
リー301に詰める。即ち、異なるターゲットDNAを
持つビーズ又は微粒子302を予め定められた順序でキ
ャピラリー301の内部に並べていく。
FIG. 5 shows a DNA sequencing system according to Example 3 of the present invention, in which beads or fine particles having a DNA sample immobilized thereon are arranged inside a transparent capillary having a stopper 303 at the end. It is a figure showing the example of composition of an arrangement system. As shown in FIG.
DNA sample (primer-bound template D
The beads or fine particles 302 to which NA) is fixed are packed in the capillary 301. That is, beads or fine particles 302 having different target DNAs are arranged inside the capillary 301 in a predetermined order.

【0062】切り替えバルブ305の切り替えにより、
dNTP保持容器306−i(i=1、2、3、4)か
ら、DNAポリメラーゼ及びdNTPを含む反応液(ル
シフェリン、アピラーゼ、スルフリレース他を含む)を
所定の順序でまたパージ液(バッファー液)と交代で、
反応液流路304に流して、キャピラリーの反応液の注
入口から注入する。dNTPの種類を変える時には、前
に注入したdNTP種が残っていると配列決定ミスの原
因となるので、切り替えバルブ305の切り替えにより
バッファー液保持容器306−5から、パージ用のバッ
ファー液を流して発光が消えたことを確認する。
By switching the switching valve 305,
From the dNTP holding vessel 306-i (i = 1, 2, 3, 4), a reaction solution (including luciferin, apyrase, sulfurylase, etc.) containing DNA polymerase and dNTP is added in a predetermined order to a purge solution (buffer solution). In turn,
The liquid flows into the reaction liquid channel 304 and is injected from the inlet of the reaction liquid in the capillary. When changing the type of dNTP, if the previously injected dNTP species remains, it may cause a sequencing error. Therefore, by switching the switching valve 305, the buffer solution for purging is caused to flow from the buffer solution holding container 306-5. Check that the light emission has turned off.

【0063】dNTPを新たに入れ発光させている時に
は反応液を流さず、DNAポリメラーゼ反応で生成した
PPiが生成した場所のビーズ又は微粒子の近傍にとど
まるようにする。これにより、どのビーズ又は微粒子に
固定されたDNAを鋳型にして起こった相補鎖合成反応
による発光かが分かる。これをより確実にするために、
DNA及びルシフェラーゼ付きのビーズ又は微粒子と、
ダミーのビーズ又は微粒子とを交互にキャピラリーの中
に並べる構成とするのも有効である。
When dNTPs are newly inserted and light is emitted, the reaction solution is not allowed to flow, but is kept near beads or fine particles where PPi generated by the DNA polymerase reaction is generated. Thus, it is possible to determine which beads or microparticles emit light due to the complementary strand synthesis reaction that occurs with the DNA immobilized on the template. To make this more certain,
Beads or microparticles with DNA and luciferase,
It is also effective to adopt a configuration in which dummy beads or fine particles are alternately arranged in a capillary.

【0064】種々のdNTPを定められた順序で反応さ
せPPiを生じさせ、PPiからATPを生成させ、ル
シフェラーゼの作用によりルシエリンを光らせて発光を
検出するのは前の実施例と同じであり、図3に示す検出
系を使用できる。
The reaction of various dNTPs in a predetermined order to generate PPi, the generation of ATP from PPi, and the emission of luciferin by the action of luciferase to detect luminescence is the same as in the previous embodiment. 3 can be used.

【0065】実施例3で使用可能なビーズ又は微粒子と
して、数μm〜100μmのビーズ又は微粒子が市販さ
れている。勿論、特殊なサイズのビーズ又は微粒子も作
製して使用できる。
As beads or fine particles usable in Example 3, beads or fine particles of several μm to 100 μm are commercially available. Of course, beads or fine particles of a special size can also be prepared and used.

【0066】図6は、本発明の実施れ3の変形例であ
り、プライマーが結合した異なる鋳型DNAがそれぞれ
固定される複数の微粒子が、所定の順序で一列に配列さ
れるほぼ平行な複数の区画をもつ底部が透明な光学セル
を用いたタイプのDNA配列決定システムの構成例を示
す平面図である。図6に示すように、光学セル310に
は、複数のほぼ平行な区画312−1、312−2、3
12−3、312−4、312−5が形成され、各区画
の末端にストッパー303’が配置されている。
FIG. 6 shows a modification of the third embodiment of the present invention, in which a plurality of microparticles to which different template DNAs to which the primers are bound are respectively fixed are arranged in a predetermined order in a row. It is a top view which shows the example of a structure of the DNA sequencing system of the type using the optical cell with the bottom which has a partition and is transparent. As shown in FIG. 6, the optical cell 310 includes a plurality of substantially parallel sections 312-1, 312-2, and 31-2.
12-3, 312-4, 312-5 are formed, and a stopper 303 'is arranged at the end of each section.

【0067】図6に示す各区画は図5に示すキャピラリ
ー301に対応し、図6に示す光学セル310の構成例
では、共通の反応液流路304を使用して、図5に示す
構成例の複数個を同時に実現する構成例である。図6に
示す構成例では、各区画内のDNAサンプル(プライマ
ーが結合したテンプレートDNA)を固定したビーズ又
は微粒子302の近傍から発する発光を光学セルの透明
な底部から、又は、光学セルの上方から、図3に示す検
出系を用いて検出できる。
Each section shown in FIG. 6 corresponds to the capillary 301 shown in FIG. 5, and in the configuration example of the optical cell 310 shown in FIG. 6, the common reaction liquid flow path 304 is used to form the configuration shown in FIG. Is an example of a configuration that simultaneously realizes a plurality of. In the configuration example shown in FIG. 6, light emitted from the vicinity of the beads or fine particles 302 to which the DNA sample (primer-bound template DNA) in each compartment is fixed is emitted from the transparent bottom of the optical cell or from above the optical cell. , Using the detection system shown in FIG.

【0068】図6に示す構成例のDNA配列決定システ
ムでは、図5に示す構成例のDNA配列決定システムよ
りも、更に多数の種類の標的DNAの塩基配列を同時に
決定できる。
The DNA sequence determination system of the configuration example shown in FIG. 6 can simultaneously determine the base sequences of many more types of target DNA than the DNA sequence determination system of the configuration example shown in FIG.

【0069】(実施例4)実施例4は、電界によりター
ゲットDNA及びdNTPを集め局在化させて反応効率
を向上させたDNA配列決定用チップの例である。反応
を局在化させることにより、効率のよい反応が可能にな
る。
Example 4 Example 4 is an example of a DNA sequencing chip in which target DNA and dNTP are collected and localized by an electric field to improve the reaction efficiency. By localizing the reaction, an efficient reaction becomes possible.

【0070】図7は、本発明の実施例4のDNA配列決
定用チップの構成例を示す斜視図、図8は、実施例4の
DNA配列決定用チップの一部断面(図7に示すA−
A’断面)を含む斜視図である。実施例4のDNA配列
決定用チップは、DNA配列決定用チップ基板405
と、カバー406から構成される。DNA配列決定用チ
ップ基板405には、反応セル401、dATP保持セ
ル402−1、dCTP保持セル402−2、dGTP
保持セル402−3、dTTP保持セル402−4が形
成される。
FIG. 7 is a perspective view showing a configuration example of a DNA sequencing chip of Example 4 of the present invention, and FIG. 8 is a partial cross section of the DNA sequencing chip of Example 4 (A shown in FIG. 7). −
(A 'cross section). The chip for DNA sequencing of Example 4 is a chip substrate 405 for DNA sequencing.
And a cover 406. A reaction cell 401, a dATP holding cell 402-1, a dCTP holding cell 402-2, a dGTP
The holding cell 402-3 and the dTTP holding cell 402-4 are formed.

【0071】dNTP保持セル402−i(i=1、
2、3、4)の各セルと反応セル401とは、細孔40
7で結ばれている。dNTP保持セル402−iの各セ
ルの底部には、電極408が配置される。反応セル40
1の4方の壁に形成される細孔407の近傍の4方の内
壁には集束用電極410が、反応セル401の底部には
DNA集束電極409が、それぞれ配置される。カバー
406は、DNA配列決定用チップ基板405のdNT
P保持セル402−iの各セルの開口、及び反応セル4
01の開口を覆う。
The dNTP holding cell 402-i (i = 1,
2, 3 and 4) and the reaction cell 401
It is tied at 7. An electrode 408 is arranged at the bottom of each of the dNTP holding cells 402-i. Reaction cell 40
A focusing electrode 410 is arranged on the four inner walls near the pores 407 formed in the four walls, and a DNA focusing electrode 409 is arranged on the bottom of the reaction cell 401. The cover 406 is formed of the dNT of the DNA sequencing chip substrate 405.
Opening of each cell of P holding cell 402-i and reaction cell 4
01 opening.

【0072】4種のdNTPはそれぞれ異なるdNTP
保持セル402−i(i=1、2、3、4)に保持され
ている。dNTP保持セル402−i(i=1、2、
3、4)と反応セル401との間には細孔407が設け
られており、dNTPは電界に従ってdNTP保持セル
402−iの各セルの細孔407から、反応セル401
に移動できる。
The four dNTPs are different dNTPs.
It is held in the holding cell 402-i (i = 1, 2, 3, 4). dNTP holding cell 402-i (i = 1, 2,
A pore 407 is provided between the reaction cell 401 and the reaction cell 401 according to the electric field.
Can be moved to

【0073】薄膜型の反応セル401の4方の壁に形成
される各細孔407の近傍に、連続する1つの集束用電
極410が設けられており、集束用電極410の近傍に
DNAポリメラーゼ及びルシフェラーゼが固定されてい
る。反応セル401には、プライマー、鋳型DNA、ル
シフェリン、アピラーゼ、スルフリレース他が保持され
ている。
One continuous focusing electrode 410 is provided near each of the pores 407 formed on the four walls of the thin-film reaction cell 401. DNA polymerase and DNA polymerase are located near the focusing electrode 410. Luciferase is immobilized. The reaction cell 401 holds primers, template DNA, luciferin, apyrase, sulfurylase, and the like.

【0074】dATPが保持されるdATP保持セル4
02−1の細孔407の近傍にDNAが集まるように、
dATP保持セル402−1の電極408及び反応セル
401のDNA集束電極409と反応セル401の集束
用電極410との間に電界をかけると、dATP保持セ
ル402−1の中のdATPは細孔407から放出さ
れ、DNAターゲットは、反応セル401の溶液中から
集束用電極410の方へと移動し、集束用電極410近
傍のポリメラーゼにより相補鎖合成が進行する。
DATP holding cell 4 holding dATP
As the DNA gathers near the pore 407 of 02-1,
When an electric field is applied between the electrode 408 of the dATP holding cell 402-1, the DNA focusing electrode 409 of the reaction cell 401, and the focusing electrode 410 of the reaction cell 401, the dATP in the dATP holding cell 402-1 becomes fine pore 407. The DNA target moves from the solution in the reaction cell 401 toward the focusing electrode 410, and the complementary strand synthesis proceeds by the polymerase near the focusing electrode 410.

【0075】dATP保持セル402−1の電極40
8、DNA集束電極409の電位は、集束用電極410
の電位に対し相対的にマイナス電位がかけられ、dAT
P保持セル402−1以外のdNTP保持セル402−
i(i=2、3、4)の電極408の電位は、集束用電
極410の電位に対し相対的にプラス電位がかけられて
いる。
Electrode 40 of dATP holding cell 402-1
8. The potential of the DNA focusing electrode 409 is
Negative potential is applied relative to the potential of
DNTP holding cell 402- other than P holding cell 402-1
The potential of the electrode 408 at i (i = 2, 3, 4) is applied with a positive potential relatively to the potential of the focusing electrode 410.

【0076】反応セル401で結果として生じるPPi
はATPに変換される。ルシフェリンからの発光を検出
するのは前の実施例と同じであり、図3に示す検出系を
使用できる。ATPは徐々にアピラーゼにより分解され
反応は終息する。
The resulting PPi in reaction cell 401
Is converted to ATP. The detection of luminescence from luciferin is the same as in the previous example, and the detection system shown in FIG. 3 can be used. ATP is gradually decomposed by apyrase and the reaction is terminated.

【0077】続いて、dCTPが保持されるdCTP保
持セル402−2の近傍の細孔407の近傍にDNAが
集まるように電界をかける。この場合、dCTP保持セ
ル402−2以外のdNTP保持セル402−i(i=
1、3、4)の電極408の電位は、集束用電極410
の電位に対して相対的にプラス電位がかけられており、
dATP、dGTP、dTTPはdNTP保持セル40
2−i(i=1、3、4)の外に出ていかない。
Subsequently, an electric field is applied so that DNA gathers near the pore 407 near the dCTP holding cell 402-2 holding dCTP. In this case, the dNTP holding cells 402-i (i =
The potential of the electrode 408 of (1, 3, 4) is
Positive potential is applied relative to the potential of
dATP, dGTP, dTTP are dNTP holding cells 40
2-i (i = 1, 3, 4).

【0078】順次、dNTP保持セル402−i(i=
1、2、3、4)の細孔407の近傍の集束用電極41
0の近傍にdNTP、DNAが集まるようにして反応さ
せ、先に説明した実施例と同様にして、生成する発光か
ら相補鎖合成で取り込まれた塩基種を知り配列決定でき
る。
The dNTP holding cells 402-i (i =
Focusing electrode 41 near pores 407 of 1, 2, 3, 4)
The reaction is carried out so that dNTPs and DNAs gather around 0, and in the same manner as in the above-described embodiment, the type of base incorporated by complementary strand synthesis can be determined from the generated luminescence, and the sequence can be determined.

【0079】以上説明した構成例に於いて、例えば、反
応セル401の容積は10μL(マイクロリットル)、
dNTPを保持するdNTP保持セル402−i(i=
1、2、3、4)の容積は20μL、細孔407の径は
20μmである。
In the configuration example described above, for example, the volume of the reaction cell 401 is 10 μL (microliter),
dNTP holding cell 402-i (i =
1, 2, 3, and 4) have a volume of 20 μL, and the diameter of the pore 407 is 20 μm.

【0080】[0080]

【発明の効果】以上述べた様に本発明によれば、ゲル電
気泳動によらず、小さなチップ状反応セルを用いてDN
A配列決定できる。このシステムは2cm×5cm、又
はそれより小さな反応セルを具備したチップと光検出器
から装置を構成でき、非常に小さなDNAアナライザー
を提供できる。現在、多用されているDNA分析装置の
僅か数十分の一の大きさのシステムを製作できる。構成
パーツは少なく、安価であり、装置自体を安価に作成で
きる。このようなコンパクトな装置は、携帯したり、ベ
ッドサイドで迅速にDNA検査をする上で有用であり、
重要である。更に、本発明が提供する簡便で安価な装置
は、教育現場で教育用に使用するにも適している。
As described above, according to the present invention, the DN is achieved by using a small chip-shaped reaction cell without using gel electrophoresis.
A can be sequenced. This system can be composed of a chip having a reaction cell of 2 cm × 5 cm or smaller and a photodetector, and can provide a very small DNA analyzer. At present, a system that is only a few tenths of the size of a frequently used DNA analyzer can be manufactured. The number of constituent parts is small, it is inexpensive, and the device itself can be produced at low cost. Such a compact device is useful for carrying or conducting DNA tests quickly at the bedside.
is important. Furthermore, the simple and inexpensive device provided by the present invention is also suitable for use in educational settings in educational settings.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施例1のDNA配列決定装置の構成
例を示す斜視図。
FIG. 1 is a perspective view showing a configuration example of a DNA sequencing apparatus according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の実施例2のDNA配列決定装置を示す
斜視図。
FIG. 2 is a perspective view showing a DNA sequencing apparatus according to a second embodiment of the present invention.

【図3】本発明の実施例2のDNA配列決定装置の構成
例を示す図。
FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration example of a DNA sequencing apparatus according to a second embodiment of the present invention.

【図4】本発明の実施例2の変形例であるDNA配列決
定装置の構成例を示す図。
FIG. 4 is a diagram showing a configuration example of a DNA sequence determination device that is a modification of the second embodiment of the present invention.

【図5】本発明の実施例3であり、DNAサンプルを固
定したビーズ又は微粒子をキャピラリーに並べたタイプ
のDNA配列決定システムの構成例を示す図。
FIG. 5 is a diagram showing a configuration example of a DNA sequencing system of Example 3 of the present invention, in which beads or fine particles having a DNA sample immobilized thereon are arranged in a capillary.

【図6】本発明の実施れ3の変形例であり、ほぼ平行な
複数の区画をもつ光学セルを用いたタイプのDNA配列
決定システムの構成例を示す平面図。
FIG. 6 is a plan view showing a configuration example of a DNA sequencing system of a type using an optical cell having a plurality of substantially parallel sections, which is a modification of the third embodiment of the present invention.

【図7】本発明の実施例4のDNA配列決定用チップの
構成例を示す斜視図。
FIG. 7 is a perspective view showing a configuration example of a DNA sequencing chip according to a fourth embodiment of the present invention.

【図8】本発明の実施例4のDNA配列決定用チップの
一部断面を含む斜視図。
FIG. 8 is a perspective view including a partial cross section of a DNA sequencing chip of Example 4 of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101…DNA配列決定用基板、102…反応セル、1
03−1…dATP保持セル、103−2…dCTP保
持セル、103−3…dGTP保持セル、103−4…
dTTP保持セル、104…電源、105−1、105
−2、105−3、105−4、105−5…電極、1
06…光検出器、107…検出システム、108…表示
装置、109−1…dATP供給用細溝、109−2…
dCTP供給用細溝、109−3…dGTP供給用細
溝、109−4…dTTP供給用細溝、110−1、1
10−2、110−3、110−4、110−5…リー
ド線、201、201’…第1の基板、202、20
2’…第2の基板、203−1、203’−1…dAT
P保持セル、203−2、203’−2…dCTP保持
セル、203−3、203’−3…dGTP保持セル、
203−4、203’−4…dTTP保持セル、204
−1、204−2、204−3、204−4…電極、2
05−1、205’−1…dATP供給用細管、205
−2、205’−2…dCTP供給用細管、205−
3、205’−3…dGTP供給用細管、205−4、
205’−4…dTTP供給用細管、206、206’
…反応セル、207…電極、208…レンズアレー、2
09…二次元検出器、301…キャピラリー、302…
DNAを固定したビーズ又は微粒子、303、303’
…ストッパー、304…反応液流路、305…切り替え
バルブ、306−1…dATP保持容器、306−2…
dCTP保持容器、306−3…dGTP保持容器、3
06−4…dTTP保持容器、306−5…バッファー
液保持容器、310…ほぼ平行な区画を複数もつ光学セ
ル、312−1、312−2、312−3、312−
4、312−5…区画、401…反応セル、402−1
…dATP保持セル、402−2…dCTP保持セル、
402−3…dGTP保持セル、402−4…dTTP
保持セル、405…DNA配列決定用チップ基板、40
6…カバー、407…細孔、408…電極、409…D
NA集束電極、410…集束用電極。
101: DNA sequencing substrate, 102: Reaction cell, 1
03-1 ... dATP holding cell, 103-2 ... dCTP holding cell, 103-3 ... dGTP holding cell, 103-4 ...
dTTP holding cell, 104 power supply, 105-1, 105
-2, 105-3, 105-4, 105-5 ... electrodes, 1
06: photodetector, 107: detection system, 108: display device, 109-1: dATP supply narrow groove, 109-2 ...
dCTP supply narrow groove, 109-3 ... dGTP supply narrow groove, 109-4 ... dTTP supply narrow groove, 110-1, 1
10-2, 110-3, 110-4, 110-5 ... lead wires, 201, 201 '... first substrate, 202, 20
2 ': second substrate, 203-1; 203'-1: dAT
P holding cell, 203-2, 203'-2 ... dCTP holding cell, 203-3, 203'-3 ... dGTP holding cell,
203-4, 203'-4... DTTP holding cell, 204
-1, 204-2, 204-3, 204-4 ... electrodes, 2
05-1, 205'-1... Thin tube for dATP supply, 205
-2,205'-2 ... dCTP supply capillary, 205-
3, 205'-3 ... dGTP supply thin tube, 205-4,
205'-4 ... a thin tube for supplying dTTP, 206, 206 '
... reaction cell, 207 ... electrode, 208 ... lens array, 2
09 ... two-dimensional detector, 301 ... capillary, 302 ...
Beads or microparticles immobilized with DNA, 303, 303 '
... Stopper, 304 ... Reaction liquid flow path, 305 ... Switching valve, 306-1 ... dATP holding container, 306-2 ...
dCTP holding container, 306-3 ... dGTP holding container, 3
06-4: dTTP holding container, 306-5: buffer liquid holding container, 310: optical cell having a plurality of substantially parallel sections, 312-1, 312-2, 312-3, 312-
4, 312-5 ... section, 401 ... reaction cell, 402-1
... dATP holding cell, 402-2 ... dCTP holding cell,
402-3 ... dGTP holding cell, 402-4 ... dTTP
Holding cell, 405: chip substrate for DNA sequencing, 40
6 ... cover, 407 ... pore, 408 ... electrode, 409 ... D
NA focusing electrode, 410: Focusing electrode.

Claims (35)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】プライマーが結合した鋳型DNA、DNA
ポリメラーゼ、ルシフェラーゼ、アピラーゼ、及びスル
フリレースを収納する反応セルと、4種類のdNTP
(dATP、dCTP、dGTP、及びdTTP)を別
々に収納する第1、第2、第3、及び第4のセルと、前
記4種類のdNTPのそれぞれを予め定めれらた順序
で、前記第1、第2、第3、第4のセルの何れかのセル
から前記反応セルに供給する溝又は細管と、前記dNT
P又はこれを含む液体を前記溝又は細管を通して電気的
に前記反応セルに移動させるために電界を印加する手段
と、前記鋳型DNAに相補結合したプライマーの伸長反
応が生成した時に生成するピロ燐酸をATPに変換して
ルシフェリンなどを発光させ生成する燐光を前記反応セ
ルから検出する検出器とを有することを特徴とするDN
A分析装置。
1. A template DNA or DNA to which a primer is bound.
Reaction cells containing polymerase, luciferase, apyrase, and sulfurylase, and four types of dNTPs
(DATP, dCTP, dGTP, and dTTP), first, second, third, and fourth cells, which are stored separately, and the four types of dNTPs, respectively, in the first order in a predetermined order. A groove or a thin tube which is supplied from any one of the second, third and fourth cells to the reaction cell;
Means for applying an electric field for electrically transferring P or a liquid containing the same to the reaction cell through the groove or the capillary, and pyrophosphoric acid generated when an elongation reaction of the primer complementary to the template DNA is generated. A detector for detecting phosphorescence generated by emitting luciferin or the like by converting into ATP from the reaction cell.
A analyzer.
【請求項2】請求項1に記載のDNA分析装置に於い
て、前記第1、第2、第3、第4のセル、及び前記反応
セルが同一の基板に形成されることを特徴とするDNA
分析装置。
2. The DNA analyzer according to claim 1, wherein the first, second, third, and fourth cells and the reaction cell are formed on the same substrate. DNA
Analysis equipment.
【請求項3】請求項1に記載のDNA分析装置に於い
て、前記第1、第2、第3、及び第4のセルが形成され
る基板と、前記反応セルが形成される基板とが重ね合わ
せられることを特徴とするDNA分析装置。
3. The DNA analyzer according to claim 1, wherein the substrate on which the first, second, third, and fourth cells are formed and the substrate on which the reaction cell is formed. A DNA analyzer characterized by being superimposed.
【請求項4】請求項1に記載のDNA分析装置に於い
て、前記dNTPが、電気泳動又は電気浸透流により前
記反応セルに供給されることを特徴とするDNA分析装
置。
4. The DNA analyzer according to claim 1, wherein the dNTP is supplied to the reaction cell by electrophoresis or electroosmotic flow.
【請求項5】プライマーが結合した鋳型DNA、DNA
ポリメラーゼ、ルシフェラーゼ、ルシフェリン、アピラ
ーゼ、及びスルフリレースを収納する反応セルと、4種
類のdNTP(dATP、dCTP、dGTP、及びd
TTP)を別々に収納する第1、第2、第3、及び第4
のセルと、前記4種類のdNTPのそれぞれを予め定め
れらた順序で、前記第1、第2、第3、第4のセルの何
れかのセルから前記反応セルに供給するために電界を印
加する手段と、鋳型DNAに相補結合したプライマーの
伸長反応が生成した時に生成するピロ燐酸をアデノシン
三燐酸に変換して、前記アデノシン三燐酸が前記ルシフ
ェラーゼにより前記ルシフェリンに作用して生じる化学
発光を検出する手段とを有することを特徴とするDNA
分析装置。
5. A template DNA or DNA having a primer bound thereto.
Reaction cells containing polymerase, luciferase, luciferin, apyrase, and sulfurylase, and four types of dNTPs (dATP, dCTP, dGTP, and d
First, second, third and fourth housing TTPs separately
And an electric field for supplying each of the four types of dNTPs in a predetermined order from any one of the first, second, third, and fourth cells to the reaction cell. Means for applying, converting pyrophosphoric acid generated when an elongation reaction of a primer complementary to the template DNA is generated to adenosine triphosphate, and causing chemiluminescence generated by the adenosine triphosphate acting on the luciferin by the luciferase. DNA comprising: means for detecting
Analysis equipment.
【請求項6】請求項5に記載のDNA分析装置に於い
て、前記第1、第2、第3、及び第4のセルのそれぞれ
と前記反応セルとが細管又は溝により結ばれることを特
徴とするDNA分析装置。
6. The DNA analyzer according to claim 5, wherein each of the first, second, third, and fourth cells and the reaction cell are connected by a capillary or a groove. DNA analyzer.
【請求項7】請求項5に記載のDNA分析装置に於い
て、前記第1、第2、第3、第4のセル、及び前記反応
セルが同一の基板に形成されることを特徴とするDNA
分析装置。
7. The DNA analyzer according to claim 5, wherein the first, second, third, and fourth cells and the reaction cell are formed on the same substrate. DNA
Analysis equipment.
【請求項8】請求項5に記載のDNA分析装置に於い
て、前記第1、第2、第3、及び第4のセルが形成され
る基板と、前記反応セルが形成される基板とが重ね合わ
せられることを特徴とするDNA分析装置。
8. The DNA analyzer according to claim 5, wherein the substrate on which the first, second, third, and fourth cells are formed and the substrate on which the reaction cell is formed. A DNA analyzer characterized by being superimposed.
【請求項9】請求項5に記載のDNA分析装置に於い
て、前記dNTPが、電気泳動又は電気浸透流により前
記反応セルに供給されることを特徴とするDNA分析装
置。
9. The DNA analyzer according to claim 5, wherein the dNTP is supplied to the reaction cell by electrophoresis or electroosmotic flow.
【請求項10】プライマーが結合した鋳型DNA、DN
Aポリメラーゼ、ルシフェラーゼ、ルシフェリン、アピ
ラーゼ、及びスルフリレースを収納する反応セルと、4
種類のdNTP(dATP、dCTP、dGTP、及び
dTTP)を別々に収納する第1、第2、第3、及び第
4のセルと、前記4種類のdNTPのそれぞれを予め定
めれらた順序で、前記第1、第2、第3、第4のセルの
何れかのセルから前記反応セルに供給するために電界を
印加する手段と、鋳型DNAに相補結合したプライマー
の伸長反応が生成した時に生成するピロ燐酸を、アデノ
シン三燐酸に変換して、前記アデノシン三燐酸が前記ル
シフェラーゼにより前記ルシフェリンに作用して生じる
化学発光を検出する光検出器とを有し、前記第1、第
2、第3、及び第4のセルのそれぞれに印加する前記電
界の順序と、前記化学発光の検出のタイミングとから塩
基配列を決定する特徴とするDNA分析装置。
10. A primer-bonded template DNA, DN
A reaction cell containing A polymerase, luciferase, luciferin, apyrase, and sulfurylase;
First, second, third, and fourth cells that separately store different types of dNTPs (dATP, dCTP, dGTP, and dTTP), and each of the four types of dNTPs, in a predetermined order, A means for applying an electric field to supply the reaction cell from any one of the first, second, third, and fourth cells; and a means for generating an extension reaction of a primer complementary to the template DNA. And a photodetector for detecting chemiluminescence generated by the adenosine triphosphate acting on the luciferin by the luciferase, wherein the first, second and third pyrophosphates are converted to adenosine triphosphate. And a sequence of the electric field applied to each of the fourth cell and the fourth cell, and a base sequence is determined from a timing of detection of the chemiluminescence.
【請求項11】請求項10に記載のDNA分析装置に於
いて、前記第1、第2、第3、及び第4のセルのそれぞ
れと前記反応セルとが細管又は溝により結ばれることを
特徴とするDNA分析装置。
11. The DNA analyzer according to claim 10, wherein each of the first, second, third, and fourth cells and the reaction cell are connected by a capillary or a groove. DNA analyzer.
【請求項12】請求項10に記載のDNA分析装置に於
いて、前記第1、第2、第3、第4のセル、及び前記反
応セルが同一の基板に形成されることを特徴とするDN
A分析装置。
12. The DNA analyzer according to claim 10, wherein the first, second, third, and fourth cells and the reaction cell are formed on the same substrate. DN
A analyzer.
【請求項13】請求項10に記載のDNA分析装置に於
いて、前記第1、第2、第3、及び第4のセルが形成さ
れる基板と、前記反応セルが形成される基板とが重ね合
わせられることを特徴とするDNA分析装置。
13. The DNA analyzer according to claim 10, wherein the substrate on which the first, second, third, and fourth cells are formed, and the substrate on which the reaction cell is formed. A DNA analyzer characterized by being superimposed.
【請求項14】請求項10に記載のDNA分析装置に於
いて、前記dNTPが、電気泳動又は電気浸透流により
前記反応セルに供給されることを特徴とするDNA分析
装置。
14. The DNA analyzer according to claim 10, wherein the dNTP is supplied to the reaction cell by electrophoresis or electroosmotic flow.
【請求項15】プライマーが結合した鋳型DNA、DN
Aポリメラーゼ、ルシフェラーゼ、ルシフェリン、アピ
ラーゼ、及びスルフリレースを収納する反応セルと、4
種類のdNTP(dATP、dCTP、dGTP、及び
dTTP)を別々に収納する第1、第2、第3、及び第
4のセルと、前記第1、第2、第3、及び第4のセルと
前記反応セルとをそれぞれ結ぶ第1、第2、第3、及び
第4の細溝又は毛細管と、前記第1のセルと第1の電極
端子とを結ぶ第1の配線と、前記第2のセルと第2の電
極端子とを結ぶ第2の配線と、前記第3のセルと第3の
電極端子とを結ぶ第3の配線と、前記第4のセルと第4
の電極端子とを結ぶ第4の配線と、前記反応セルと第5
の電極端子とを結ぶ第5の配線とが形成される基板と、
前記第1、第2、第3、第4の何れかのセルと前記反応
セルとの間に電界を印加するために前記第1、第2、第
3、第4の何れかの電極端子を選択制御する制御装置と
を具備し、前記電界の印加により前記反応セルに順次供
給される前記dNTPにより、前記鋳型DNAに相補結
合した前記プライマーの伸長反応が生成した時に生成す
るピロ燐酸を、前記スルフリレースによりアデノシン三
燐酸に変換し、前記アデノシン三燐酸が前記ルシフェラ
ーゼにより前記ルシフェリンに作用して生じる燐光を発
生させる第1の反応と、前記アデノシン三燐酸を前記ア
ピラーゼにより分解する第2の反応とを前記反応セルで
行なわせて、前記第1の反応により発生する前記燐光を
検出する光検出器と、前記光検出器により前記燐光が検
出される時に前記反応セルに供給された前記dNTPの
種類を表示する表示装置とを有することを特徴とするD
NA分析装置。
15. A template DNA, DN having a primer bound thereto.
A reaction cell containing A polymerase, luciferase, luciferin, apyrase, and sulfurylase;
First, second, third, and fourth cells that separately store different types of dNTPs (dATP, dCTP, dGTP, and dTTP); and the first, second, third, and fourth cells. First, second, third, and fourth narrow grooves or capillaries respectively connecting the reaction cells; a first wiring connecting the first cell and a first electrode terminal; A second wiring connecting the cell and the second electrode terminal, a third wiring connecting the third cell and the third electrode terminal, and a fourth wiring connecting the fourth cell to the fourth electrode terminal;
A fourth wiring connecting the electrode terminals of
A substrate on which a fifth wiring connecting the electrode terminals is formed;
Any one of the first, second, third, and fourth electrode terminals for applying an electric field between the first, second, third, or fourth cell and the reaction cell; A control device for selecting and controlling, the pyrophosphoric acid generated when the extension reaction of the primer complementary to the template DNA is generated by the dNTP sequentially supplied to the reaction cell by applying the electric field, A first reaction in which phosphorylase is converted into adenosine triphosphate by sulfurylase and the adenosine triphosphate acts on the luciferin by the luciferase to generate phosphorescence, and a second reaction in which the adenosine triphosphate is decomposed by the apyrase. A photodetector for detecting the phosphorescence generated by the first reaction, which is performed in the reaction cell, and the photodetector detects the phosphorescence when the phosphorescence is detected. D, characterized in that it comprises a display unit for displaying the type of the dNTP supplied to response cells
NA analyzer.
【請求項16】請求項15に記載のDNA分析装置に於
いて、前記dNTPが、電気泳動又は電気浸透流により
前記反応セルに供給されることを特徴とするDNA分析
装置。
16. The DNA analyzer according to claim 15, wherein the dNTP is supplied to the reaction cell by electrophoresis or electroosmotic flow.
【請求項17】請求項15に記載のDNA分析装置に於
いて、前記制御装置により選択制御され前記反応セルと
の間に電界が印加される前記第1、第2、第3、第4の
セルの順序と、前記光検出器による前記燐光の検出のタ
イミングとから前記鋳型DNAの塩基配列を決定するこ
とを特徴とするDNA分析装置。
17. The DNA analyzer according to claim 15, wherein the first, second, third, and fourth cells are selectively controlled by the control device and an electric field is applied to the reaction cell. A DNA analyzer, wherein a base sequence of the template DNA is determined from a cell order and a timing of detecting the phosphorescence by the photodetector.
【請求項18】請求項15に記載のDNA分析装置に於
いて、前記基板の前記反応セルの底部が透明な部材から
構成され、前記光検出器は前記反応セルの底部から前記
燐光を検出することを特徴とするDNA分析装置。
18. The DNA analyzer according to claim 15, wherein the bottom of the reaction cell on the substrate is formed of a transparent member, and the photodetector detects the phosphorescence from the bottom of the reaction cell. A DNA analyzer, characterized in that:
【請求項19】請求項15に記載のDNA分析装置に於
いて、前記光検出器は前記反応セルの開口部から前記燐
光を検出することを特徴とするDNA分析装置。
19. The DNA analyzer according to claim 15, wherein the photodetector detects the phosphorescence from an opening of the reaction cell.
【請求項20】4種類のdNTP(dATP、dCT
P、dGTP、及びdTTP)をそれぞれ収納し、それ
ぞれ第1の電極が配置される第1、第2、第3、及び第
4のセルが形成される第1の基板と、プライマーが結合
した鋳型DNA、DNAポリメラーゼ、ルシフェラー
ゼ、ルシフェリン、アピラーゼ、及びスルフリレースを
収納し、第2の電極が配置される複数の反応セルが形成
され、前記第1の基板の下部に配置される第2の基板
と、前記第1、第2、第3、及び第4のセルと前記各反
応セルとをそれぞれ結ぶ第1、第2、第3、及び第4の
毛細管と、前記第1、第2、第3、第4の何れかのセル
の前記第1の電極を選択制御して、前記第1、第2、第
3、第4の何れかのセルの前記第1の電極と複数の前記
反応セルの前記第2の電極との間に電界を印加する制御
装置とを具備し、前記電界の印加により前記反応セルに
順次供給される前記dNTPにより、前記鋳型DNAに
相補結合した前記プライマーの伸長反応が生成した時に
生成するピロ燐酸を、前記スルフリレースによりアデノ
シン三燐酸に変換し、前記アデノシン三燐酸が前記ルシ
フェラーゼにより前記ルシフェリンに作用して生じる燐
光を発生させる第1の反応と、前記アデノシン三燐酸を
前記アピラーゼにより分解する第2の反応とを前記反応
セルで行なわせて、前記第1の反応により発生する前記
燐光を検出する光検出器と、前記光検出器により前記燐
光が検出される時に前記反応セルに供給された前記dN
TPの種類を表示する表示装置とを有することを特徴と
するDNA分析装置。
20. Four types of dNTPs (dATP, dCT
P, dGTP, and dTTP), a first substrate on which first, second, third, and fourth cells are respectively formed on which first electrodes are disposed, and a template to which primers are bonded. A second substrate that contains DNA, DNA polymerase, luciferase, luciferin, apyrase, and sulfurylase, in which a plurality of reaction cells in which a second electrode is arranged are formed, and a second substrate that is arranged below the first substrate; First, second, third, and fourth capillaries respectively connecting the first, second, third, and fourth cells to the respective reaction cells; and the first, second, third, and fourth capillaries. The first electrode of any one of the fourth cells is selectively controlled, and the first electrode of any of the first, second, third, and fourth cells and the first electrode of the plurality of reaction cells are controlled. A control device for applying an electric field between the first electrode and the second electrode, The dNTP sequentially supplied to the reaction cell by application of a field converts pyrophosphate generated when an elongation reaction of the primer complementary to the template DNA is generated to adenosine triphosphate by the sulfurylase, and converts the adenosine triphosphate to adenosine triphosphate. The first reaction in which phosphoric acid is generated by triphosphate acting on the luciferin by the luciferase and the second reaction in which the adenosine triphosphate is decomposed by the apyrase are performed in the reaction cell. A photodetector for detecting the phosphorescence generated by the reaction, and the dN supplied to the reaction cell when the phosphorescence is detected by the photodetector.
A display device for displaying the type of TP.
【請求項21】請求項20に記載のDNA分析装置に於
いて、前記dNTPが、電気泳動又は電気浸透流により
複数の前記反応セルにほぼ同時に供給されることを特徴
とするDNA分析装置。
21. The DNA analyzer according to claim 20, wherein the dNTP is supplied to the plurality of reaction cells almost simultaneously by electrophoresis or electroosmotic flow.
【請求項22】請求項20に記載のDNA分析装置に於
いて、前記制御装置により選択制御され前記反応セルと
の間に電界が印加される前記第1、第2、第3、第4の
セルの順序と、前記光検出器による前記燐光の検出のタ
イミングとから前記鋳型DNAの塩基配列を決定するこ
とを特徴とするDNA分析装置。
22. The DNA analyzer according to claim 20, wherein the first, second, third, and fourth electric cells are selectively controlled by the control device and an electric field is applied to the reaction cell. A DNA analyzer, wherein a base sequence of the template DNA is determined from a cell order and a timing of detecting the phosphorescence by the photodetector.
【請求項23】請求項20に記載のDNA分析装置に於
いて、前記第2の基板の複数の前記反応セルの底部が透
明な部材から構成されることを特徴とするDNA分析装
置。
23. The DNA analyzer according to claim 20, wherein the bottom of the plurality of reaction cells of the second substrate is formed of a transparent member.
【請求項24】請求項20に記載のDNA分析装置に於
いて、前記第2の基板の複数の前記反応セルの底部が透
明な部材から構成され、前記光検出器は前記燐光を前記
反応セルの底部から検出することを特徴とするDNA分
析装置。
24. The DNA analyzer according to claim 20, wherein the bottom of the plurality of reaction cells on the second substrate is formed of a transparent member, and the photodetector applies the phosphorescence to the reaction cell. A DNA analyzer characterized by detecting from the bottom of the DNA.
【請求項25】請求項20に記載のDNA分析装置に於
いて、前記第2の基板の複数の前記反応セルの底部が透
明な部材から構成され、前記光検出器は前記燐光を前記
反応セルの底部から検出し、複数の前記反応セルの底部
と前記光検出器との間に、レンズアレーが配置されるこ
とを特徴とするDNA分析装置。
25. The DNA analyzer according to claim 20, wherein the bottom of the plurality of reaction cells on the second substrate is formed of a transparent member, and the photodetector applies the phosphorescence to the reaction cell. A DNA array, wherein a lens array is disposed between the bottoms of the plurality of reaction cells and the photodetector.
【請求項26】プライマーが結合した鋳型DNA、DN
Aポリメラーゼ、ルシフェラーゼ、ルシフェリン、アピ
ラーゼ、及びスルフリレースを収納し、第1の電極が配
置される複数の反応セルが形成される第1の基板と、4
種類のdNTP(dATP、dCTP、dGTP、及び
dTTP)をそれぞれ収納し、それぞれ第2の電極が配
置される第1、第2、第3、及び第4のセルが形成さ
れ、前記第1の基板の下部に配置される第2の基板と、
前記第1、第2、第3、及び第4のセルと前記各反応セ
ルとをそれぞれ結ぶ第1、第2、第3、及び第4の毛細
管と、前記第1、第2、第3、第4の何れかのセルの前
記第1の電極を選択制御して、前記第1、第2、第3、
第4の何れかのセルの前記第1の電極と複数の前記反応
セルの前記第2の電極との間に電界を印加する制御装置
とを具備し、前記電界の印加により前記反応セルに順次
供給される前記dNTPにより、前記鋳型DNAに相補
結合した前記プライマーの伸長反応が生成した時に生成
するピロ燐酸を、前記スルフリレースによりアデノシン
三燐酸に変換し、前記アデノシン三燐酸が前記ルシフェ
ラーゼにより前記ルシフェリンに作用して生じる燐光を
発生させる第1の反応と、前記アデノシン三燐酸を前記
アピラーゼにより分解する第2の反応とを前記反応セル
で行なわせて、前記第1の反応により発生する前記燐光
を検出する光検出器と、前記光検出器により前記燐光が
検出される時に前記反応セルに供給された前記dNTP
の種類を表示する表示装置とを有することを特徴とする
DNA分析装置。
26. A template DNA, DN having a primer bound thereto.
A first substrate containing a plurality of reaction cells containing A polymerase, luciferase, luciferin, apyrase, and sulfurylase;
First, second, third, and fourth cells in which different types of dNTPs (dATP, dCTP, dGTP, and dTTP) are accommodated, and in which second electrodes are respectively arranged, are formed, and the first substrate is formed. A second substrate disposed below the
First, second, third, and fourth capillaries respectively connecting the first, second, third, and fourth cells to the respective reaction cells; and the first, second, third, and fourth capillaries. By selectively controlling the first electrode of any one of the fourth cells, the first, second, third,
A control device for applying an electric field between the first electrode of any of the fourth cells and the second electrodes of the plurality of reaction cells, and sequentially applying the electric field to the reaction cells. By the supplied dNTP, pyrophosphate generated when an elongation reaction of the primer complementary to the template DNA is generated is converted to adenosine triphosphate by the sulfurylase, and the adenosine triphosphate is converted to the luciferin by the luciferase. A first reaction for generating phosphorescence generated by the action and a second reaction for decomposing the adenosine triphosphate by the apyrase are performed in the reaction cell, and the phosphorescence generated by the first reaction is detected. And the dNTP supplied to the reaction cell when the phosphorescence is detected by the photodetector.
And a display device for displaying the type of DNA.
【請求項27】請求項26に記載のDNA分析装置に於
いて、前記dNTPが、電気泳動又は電気浸透流により
複数の前記反応セルにほぼ同時に供給されることを特徴
とするDNA分析装置。
27. The DNA analyzer according to claim 26, wherein the dNTP is supplied to the plurality of reaction cells almost simultaneously by electrophoresis or electroosmotic flow.
【請求項28】請求項26に記載のDNA分析装置に於
いて、前記制御装置により選択制御され前記反応セルと
の間に電界が印加される前記第1、第2、第3、第4の
セルの順序と、前記光検出器による前記燐光の検出のタ
イミングとから前記鋳型DNAの塩基配列を決定するこ
とを特徴とするDNA分析装置。
28. The DNA analyzer according to claim 26, wherein the first, second, third, and fourth electric cells are selectively controlled by the control device, and an electric field is applied to the reaction cell. A DNA analyzer, wherein a base sequence of the template DNA is determined from a cell order and a timing of detecting the phosphorescence by the photodetector.
【請求項29】請求項26に記載のDNA分析装置に於
いて、前記光検出器は前記第1の基板の上部に配置され
ることを特徴とするDNA分析装置。
29. The DNA analyzer according to claim 26, wherein said photodetector is disposed on said first substrate.
【請求項30】請求項26に記載のDNA分析装置に於
いて、前記光検出器は前記第1の基板の上部に配置さ
れ、前記光検出器と前記第1の基板との間に、レンズア
レーが配置されることを特徴とするDNA分析装置。
30. The DNA analyzer according to claim 26, wherein the photodetector is disposed on the first substrate, and a lens is provided between the photodetector and the first substrate. A DNA analyzer, wherein an array is arranged.
【請求項31】ルシフェラーゼが固定され、プライマー
が結合した異なる鋳型DNAがそれぞれ固定される複数
の微粒子が定められた順序で内部に配列される透明なキ
ャピラリーと、4種類のdNTP(dATP、dCT
P、dGTP、及びdTTP)をそれぞれ収納し、且
つ、DNAポリメラーゼ、アピラーゼ、スルフリレー
ス、ルシフェリンを収納する第1、第2、第3、及び第
4の容器と、緩衝液を収納する第5の容器と、前記第
1、第2、第3、第4、及び第5の容器のそれぞれと、
送液切り替え手段とをそれぞれ結ぶ第1、第2、第3、
第4、及び第5の送液管と、前記送液切り替え手段と前
記キャピラリーの送液口とを結ぶ第6の送液管とを具備
し、前記送液切り替え手段により第5の送液管を選択し
て、前記緩衝液を前記キャピラリーの内部に送流した後
に、前記送液切り替え手段により前記キャピラリーの内
部に順次供給される前記dNTPにより、前記鋳型DN
Aに相補結合した前記プライマーの伸長反応が生成した
時に生成するピロ燐酸を、前記スルフリレースによりア
デノシン三燐酸に変換し、前記アデノシン三燐酸が前記
ルシフェラーゼにより前記ルシフェリンに作用して生じ
る燐光を発生させる第1の反応と、前記アデノシン三燐
酸を前記アピラーゼにより分解する第2の反応とを前記
キャピラリーの内部で行なわせて、前記第1の反応によ
り発生する前記燐光を検出する光検出器と、前記光検出
器により前記燐光が検出される時に前記キャピラリーの
内部に供給された前記dNTPの種類を表示する表示装
置とを有することを特徴とするDNA分析装置。
31. A transparent capillary in which a plurality of microparticles to which luciferase is immobilized and different template DNAs to which primers are respectively immobilized are arranged in a predetermined order, and four types of dNTPs (dATP, dCT
P, dGTP, and dTTP), and first, second, third, and fourth containers each containing DNA polymerase, apyrase, sulfurylase, and luciferin, and a fifth container containing a buffer solution. And each of the first, second, third, fourth, and fifth containers;
First, second, third,
A fourth liquid supply pipe, a sixth liquid supply pipe connecting the liquid supply switching means and a liquid supply port of the capillary, and a fifth liquid supply pipe provided by the liquid supply switching means. Is selected, and after the buffer solution is sent into the capillary, the dNTP sequentially supplied into the capillary by the solution sending switching means causes the template DN to be supplied.
A pyrophosphoric acid generated when an elongation reaction of the primer complementary to A is generated is converted to adenosine triphosphate by the sulfurylase, and the adenosine triphosphate acts on the luciferin by the luciferase to generate phosphorescence. A photodetector for detecting the phosphorescence generated by the first reaction by allowing the reaction of No. 1 and a second reaction of decomposing the adenosine triphosphate by the apyrase to be performed inside the capillary; A display device for displaying a type of the dNTP supplied into the capillary when the phosphorescence is detected by a detector.
【請求項32】請求項31に記載のDNA分析装置に於
いて、前記複数の微粒子と交互に配列するダミーの微粒
子を有することを特徴とするDNA分析装置。
32. The DNA analyzer according to claim 31, further comprising dummy fine particles alternately arranged with the plurality of fine particles.
【請求項33】ルシフェラーゼが固定され、プライマー
が結合した異なる鋳型DNAがそれぞれ固定される複数
の微粒子が所定の順序で一列に配列されるほぼ平行な区
画を複数具備し底部が透明な光学セルと、4種類のdN
TP(dATP、dCTP、dGTP、及びdTTP)
をそれぞれ収納し、且つ、DNAポリメラーゼ、アピラ
ーゼ、スルフリレース、ルシフェリンを収納する第1、
第2、第3、及び第4の容器と、緩衝液を収納する第5
の容器と、前記第1、第2、第3、第4、及び第5の容
器のそれぞれと、送液切り替え手段とをそれぞれ結ぶ第
1、第2、第3、第4、及び第5の送液管と、前記送液
切り替え手段と前記光学セルの送液口とを結ぶ第6の送
液管とを具備し、前記送液切り替え手段により第5の送
液管を選択して、前記緩衝液を前記光学セルの複数の前
記区画に送流した後に、前記送液切り替え手段により前
記光学セルの複数の前記区画に順次供給される前記dN
TPにより、前記鋳型DNAに相補結合した前記プライ
マーの伸長反応が生成した時に生成するピロ燐酸を、前
記スルフリレースによりアデノシン三燐酸に変換し、前
記アデノシン三燐酸が前記ルシフェラーゼにより前記ル
シフェリンに作用して生じる燐光を発生させる第1の反
応と、前記アデノシン三燐酸を前記アピラーゼにより分
解する第2の反応とを前記光学セルの複数の前記区画で
行なわせて、前記第1の反応により発生する前記燐光を
検出する光検出器と、前記光検出器により前記燐光が検
出される時に前記光学セルの複数の前記区画に供給され
た前記dNTPの種類を表示する表示装置とを有するこ
とを特徴とするDNA分析装置。
33. An optical cell having a plurality of substantially parallel sections in which a plurality of microparticles to which luciferase is immobilized and different template DNAs to which primers are respectively immobilized are arranged in a line in a predetermined order, and a bottom is transparent. 4 types of dN
TP (dATP, dCTP, dGTP, and dTTP)
, Each containing DNA polymerase, apyrase, sulfurylase, and luciferin,
A second, third, and fourth container and a fifth
, The second, third, fourth, and fifth containers, and the first, second, third, fourth, and fifth containers that respectively connect the liquid-feeding switching means. A liquid supply pipe, a sixth liquid supply pipe connecting the liquid supply switching means and the liquid supply port of the optical cell, and selecting a fifth liquid supply pipe by the liquid supply switching means; After the buffer solution is sent to the plurality of sections of the optical cell, the dN sequentially supplied to the plurality of sections of the optical cell by the solution sending switching means.
By TP, pyrophosphate generated when an extension reaction of the primer complementary to the template DNA is generated is converted to adenosine triphosphate by the sulfurylase, and the adenosine triphosphate is generated by the luciferase acting on the luciferin. A first reaction for generating phosphorescence and a second reaction for decomposing the adenosine triphosphate by the apyrase are performed in the plurality of compartments of the optical cell, and the phosphorescence generated by the first reaction is generated. DNA analysis comprising: a photodetector for detecting; and a display device for displaying a type of the dNTP supplied to the plurality of sections of the optical cell when the phosphorescence is detected by the photodetector. apparatus.
【請求項34】請求項33に記載のDNA分析装置に於
いて、前記複数の微粒子と交互に配列するダミーの微粒
子を有することを特徴とするDNA分析装置。
34. The DNA analyzer according to claim 33, further comprising dummy fine particles alternately arranged with the plurality of fine particles.
【請求項35】第1の電極、及び第2の電極が配置さ
れ、前記第1の電極の近傍にDNAポリメラーゼ、及び
ルシフェラーゼが固定され、プライマーが結合した鋳型
DNA、アピラーゼ、ルシフェリン、及びスルフリレー
スを収納する反応セルと、4種類のdNTP(dAT
P、dCTP、dGTP、及びdTTP)をそれぞれ収
納し、第3の電極がそれぞれ配置される第1、第2、第
3、及び第4のセルと、前記第1、第2、第3、及び第
4のセルと前記反応セルとをそれぞれ結ぶ第1、第2、
第3、及び第4の細孔とが形成される基板と、前記第
1、第2、第3、第4の何れかのセルの前記第3の電極
を選択制御して、前記第3の電極と前記第1の電極との
間に印加する電界の制御、前記第1の電極と前記第2の
電極との間に印加する電界の制御を行なう制御装置とを
具備し、前記第1、第2、第3、第4の何れかのセルの
前記第3の電極と前記第1の電極との間に印加される前
記電界により、前記第1、第2、第3、第4の細孔の何
れかを通して、前記反応セルに順次供給される前記dN
TPにより、前記鋳型DNAに相補結合した前記プライ
マーの伸長反応が生成した時に生成するピロ燐酸を、前
記スルフリレースによりアデノシン三燐酸に変換し、前
記アデノシン三燐酸が前記ルシフェラーゼにより前記ル
シフェリンに作用して生じる燐光を発生させる第1の反
応と、前記アデノシン三燐酸を前記アピラーゼにより分
解する第2の反応とを前記反応セルで行なわせて、前記
第1の反応により発生する前記燐光を検出する光検出器
と、前記光検出器により前記燐光が検出される時に前記
反応セルに供給された前記dNTPの種類を表示する表
示装置とを有し、前記第1、第2、第3、第4の何れか
のセルの前記第3の電極と前記第1の電極との間に前記
電界を印加した後に、前記第1の電極と前記第2の電極
との間に前記電界を印加して、前記鋳型DNAを前記第
1の電極の近傍に移動させることを特徴とするDNA分
析装置。
35. A first electrode and a second electrode, wherein a DNA polymerase and a luciferase are immobilized in the vicinity of the first electrode, and a primer-bound template DNA, apyrase, luciferin and sulfurylase are bound. Reaction cells to be stored and four types of dNTPs (dAT
P, dCTP, dGTP, and dTTP), and first, second, third, and fourth cells in which third electrodes are respectively arranged, and the first, second, third, and fourth cells. First, second, and fourth connecting the fourth cell and the reaction cell, respectively.
By selectively controlling a substrate on which third and fourth pores are formed and the third electrode of any of the first, second, third, and fourth cells, the third electrode is formed. A control device for controlling an electric field applied between an electrode and the first electrode, and controlling an electric field applied between the first electrode and the second electrode; The first, second, third, and fourth cells are formed by the electric field applied between the third electrode and the first electrode of any of the second, third, and fourth cells. The dN supplied sequentially to the reaction cell through any of the holes
By TP, pyrophosphate generated when an extension reaction of the primer complementary to the template DNA is generated is converted to adenosine triphosphate by the sulfurylase, and the adenosine triphosphate is generated by the luciferase acting on the luciferin. A photodetector for performing a first reaction for generating phosphorescence and a second reaction for decomposing the adenosine triphosphate with the apyrase in the reaction cell, and detecting the phosphorescence generated by the first reaction And a display device for displaying a type of the dNTP supplied to the reaction cell when the phosphorescence is detected by the photodetector, wherein the display device displays any one of the first, second, third, and fourth. After applying the electric field between the third electrode and the first electrode of the cell, the electric field is applied between the first electrode and the second electrode. It applied to, DNA analysis apparatus characterized by moving the template DNA in the vicinity of the first electrode.
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