JP2003130873A - 自己蛍光抑制マイクロアレイ - Google Patents

自己蛍光抑制マイクロアレイ

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JP2003130873A
JP2003130873A JP2001322539A JP2001322539A JP2003130873A JP 2003130873 A JP2003130873 A JP 2003130873A JP 2001322539 A JP2001322539 A JP 2001322539A JP 2001322539 A JP2001322539 A JP 2001322539A JP 2003130873 A JP2003130873 A JP 2003130873A
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Yoko Miyauchi
陽子 宮内
Takashi Akita
隆 秋田
Chiho Ito
千穂 伊藤
Atsushi Takahashi
厚 高橋
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 低レベルの特異的結合の検出もバックグラウ
ンド強度に覆い隠されることなく検出できる中空繊維と
該繊維に固定された生体関連物質プローブを有する生体
関連物質マイクロアレイの提供。 【解決手段】 プローブが固定化された複数の区画を含
むマイクロアレイにおいて、一区画の表面の検出光強度
(C)と無蛍光スライドグラスの表面の検出光強度
(B)との関係が、C/B<1.0であり、区画を支持
する支持体の表面の検出光強度(D)がD/B<1.0
であることを特徴とするマイクロアレイを使用する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明が属する技術分野】本発明は、生体関連物質を光
学的に検出する生体関連物質マイクロアレイに関する。
【0002】
【従来の技術】近年、多数遺伝子の一括発現解析を可能
とするDNAマイクロアレイ法(DNAチップ法)と呼
ばれる新しい分析法、ないし方法論が開発され、注目を
集めている。これらの方法は、いずれも核酸:核酸間ハ
イブリダイゼーション反応に基づく核酸検出・定量法で
ある点で原理的には従来の方法と同じであるが、マイク
ロアレイ又はチップと呼ばれる平面基盤片上に、多数の
DNA断片が高密度に整列固定化されたものが用いられ
ている点に大きな特徴がある。マイクロアレイ法の具体
的使用法としては、例えば、研究対象細胞の発現遺伝子
等を蛍光色素等で標識したサンプルを平面基盤片上でハ
イブリダイゼーションさせ、互いに相補的な核酸(DN
AあるいはRNA)同士を結合させ、その箇所を蛍光色
素等からの検出光を高解像度解析装置で高速に読みとる
方法が挙げられる。こうして、サンプル中のそれぞれの
遺伝子量を迅速に推定できる。即ち、この新しい方法の
本質は、基本的には反応試料の微量化と、その反応試料
を再現性よく多量・迅速・系統的に分析、定量しうる形
に配列・整列する技術との統合であると理解される。
【0003】核酸を基盤上に固定化するための技術とし
てはノーザン法やナイロンシート等の上に高密度に固定
化する方法などが開発されている。これらのマイクロア
レイを効率よく製造する方法として最近、ガラス製キャ
ピラリーやナイロン繊維に核酸や蛋白質を固定化させ、
該繊維等を束ねて接着剤で固定化し繊維断面方向に切断
して生体関連物質配列シートを製造する方法も提案され
ている(特開平11−108928号公報記載)。ま
た、透明なプラスチック材料、例えばポリメタクリル酸
メチル(PMMA)からなる板状物に多数の凹部を設け
その凹部にゲルに固定したプローブを配置したマイクロ
アレイが特開2000−60554号公報に開示されて
いる。
【0004】例えば、ナイロン等の高分子の場合、結晶
性高分子であるため、透明性に劣り、配列シート上の生
体関連物質の検出を光学的な方法で実施する際に、励起
光及び蛍光が散乱し、バックグラウンド光強度が非常に
高くなる。また、ガラス製キャピラリーは加工性に劣っ
ており、これを切断して、数百μm〜1mmの厚さの表
面が平滑な薄片に加工するのは非常に困難である。表面
が平滑でないと乱反射が起こりバックグランド光が大き
くなる。
【0005】また、透明な材料であるPMMAを用いる
場合でも、重合、及び賦形段階の熱履歴や添加剤等の影
響により検出光強度が増加することなどが明らかとなっ
た。さらに、プローブを固定化した繊維などのストラン
ド状物を支持体で配列固定化してそれをスライスしてマ
イクロアレイをえる技術では、支持体からの検出光がか
なり大きいことが解った。従って、上記した材料をプロ
ーブが固定化された区画が平面状支持体に配列されたマ
イクロアレイに用いると、低レベルの特異的結合の検出
を目的とする場合には、検出光がバックグラウンド強度
に覆い隠されるという重大な問題があった。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、前記バック
グランドからの検出光を低減した部材からなるマイクロ
アレイの開発を課題とするものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記課題に鑑み、鋭意検
討した結果、本発明者らは、プローブが固定化された区
画が平面状支持体に配列されたマイクロアレイにおい
て、表面からの検出光強度を低減させることにより、低
レベルの特異的結合の検出もバックグラウンド強度に覆
い隠されることなく検出できることを見いだし、本発明
に至った。
【0008】即ち、本発明は、プローブが固定化された
複数の区画を含むマイクロアレイにおいて、一区画の表
面の検出光強度(C)と無蛍光スライドグラスの表面の
検出光強度(B)との関係が、C/B<1.0であるこ
とを特徴とするマイクロアレイである。また、プローブ
が固定化された複数の区画を含むマイクロアレイにおい
て、区画を支持する支持体の表面の検出光強度(D)と
無蛍光スライドグラスの表面の検出光強度(B)との関
係が、D/B<1.0であることを特徴とするマイクロ
アレイである。さらには、プローブが固定化された複数
の区画を含むマイクロアレイにおいて、一区画の表面の
検出光強度(C)と無蛍光スライドグラスの表面の検出
光強度(B)との関係が、C/B<1.0であり、区画
を支持する支持体の表面の検出光強度(D)がD/B<
1.0であることを特徴とするマイクロアレイである。
前記のマイクロアレイの区画は、貫通穴より形成されて
いる場合がある。また、区画が線条体の長手方向に交叉
する方向で切断されて形成される場合がある。線条体が
中空繊維が好ましい。
【0009】
【発明の実施の形態】本発明において、区画とは、プロ
ーブ分子が固定化される場である。隣接する区画は一定
の間隔をおいて配置されている。また区画は2次元又は
3次元で構成されているが、高濃度のプローブを1区画
に保持することが可能であることから、3次元であるこ
とが好ましい。3次元の区画であれば、1区画の厚み
は、数十ミクロンから1mmの範囲が好ましい。本発明
において、支持体とは、区画の周囲を囲んでいる部材を
いう。例えば、アクリル樹脂、ポリカーボネート、ポリ
ウレタン、ポリスチレンなどの樹脂などから成るもので
ある。支持体と区画は、同一又は相違した材料からな
る。さらに支持体は等間隔に配置された区画を固定する
で重要な場合がある。
【0010】2次元の区画を有するマイクロアレイの製
造法としては、平面基盤上にプローブを高密度に張り付
けることによりプローブを保持し製造する方法(スタン
フォード方式)が例示できる。また、3次元の区画を有
するマイクロアレイの製造法としては、樹脂等のブロッ
クに複数の穴をあけた後、前記ブロックを、各穴を交叉
する方向に切断を繰り返す方法(特開2000-78998号)、
プローブを固定化した複数の線条物を樹脂等で包埋した
後、該包埋物を線条物の長さ方向に交叉するように切断
を繰り返す方法(WO 99/13313号公報参照)が例示でき
る。その線条物としては、中空管、中実繊維、中空繊維
等が挙げられる。また線条体の外径は、1mm以下、好
ましくは0.5mm以下である。さらには中空管及び中
空繊維であれば、その内径は0.03mm以上が好まし
い。
【0011】本発明において、前記区画に保持するプロ
ーブとしては生体関連物質が例示される。生体関連物質
とは、以下の(1)〜(3)の物質からなる群から選択
されるいずれかのものが挙げられるが、核酸が好まし
い。 (1) 核酸 、アミノ酸、糖又は脂質 (2) 上記 (1)の物質のうち少なくとも1種類の成分からなる重合物 (3) 上記 (1)又は(2)の物質と相互作用を有する物質
【0012】例えば、核酸であれば、デオキシリボ核酸
(DNA)やリボ核酸(RNA)、ペプチド核酸(PN
A)、オキシペプチド核酸(OPNA)などの核酸など
が挙げられる。本発明に用いる生体関連物質は、市販の
ものでもよく、また、生細胞などから得られたものでも
よい。生細胞からのDNA及びRNAの抽出は、例えばBlinら
の方法〔Blin et al., Nucleic Acids Res. 3: 2303 (1
976)〕、Favaloroらの方法〔Favaloro et al., Methods
Enzymol.65: 718 (1980)〕等が例示できる。さらに
は、鎖状若しくは環状のプラスミドDNAや染色体DN
A、これらを制限酵素により若しくは化学的に切断した
DNA断片、試験管内で酵素等により合成されたDN
A、あるいは化学合成したオリゴヌクレオチド等を用い
ることもできる。
【0013】区画にプローブを保持する方法としては、
保持するプローブを化学修飾し、区画表面との化学結合
により保持する方法、区画をコーティング等の処理を施
し、プローブを保持する方法等、公知の方法が採用でき
る。繊維に生体関連物質を固定化する場合には、繊維と
生体関連物質との間における各種化学的又は物理的な相
互作用、すなわち繊維が有している官能基と、生体関連
物質を構成する成分との間の化学的又は物理的な相互作
用を利用することができる。繊維が中空繊維である場
合、区画を構成する中空繊維の中空部に生体関連物質を
含む液を導入した後、繊維の中空部の内壁面等に存在す
る官能基と生体関連物質を構成する成分との間の相互作
用を利用することができる。例えば、無修飾の核酸を繊
維に固定化する場合には、核酸と繊維とを作用させた
後、ベーキングや紫外線照射により固定できる。また、
アミノ基で修飾された核酸を繊維に固定化する場合に
は、グルタルアルデヒドや1−エチル−3−(3−ジメ
チルアミノプロピル)カルボジイミド(EDC)等の架
橋剤を用いて繊維の官能基と結合させることができる。
【0014】さらに、例えば熱処理、アルカリ処理、界
面活性剤処理などを行うことにより、固定化された生体
関連物質を変成させる、あるいは、細胞、菌体などの生
材料から得られた生体関連物質を使用する場合は、不要
な細胞成分などを除去するといった処理を行うこともで
きる。なお、これらの処理は別々に実施してもよく、同
時に実施してもよい。また、生体関連物質を含む試料を
繊維に固定化する前に適宜実施してもよい。
【0015】また、生体関連物質、例えば、核酸をゲル
に固定化させこのゲルを中空部に導入することもでき
る。ここで用いることのできるゲルの種類は特に限定さ
れず、例えば、アクリルアミド、N,N−ジメチルアク
リルアミド、N−イソプロピルアクリルアミド、N−ア
クリロイルアミノエトキシエタノール、N−アクリロイ
ルアミノプロパノ−ル、N−メチロールアクリルアミ
ド、N−ビニルピロリドン、ヒドロキシエチルメタクリ
レート、(メタ)アクリル酸、アリルデキストリン等の
単量体の1種類または2種類以上と、メチレンビス(メ
タ)アクリルアミド、ポリエチレングリコールジ(メ
タ)アクリレート等との多官能性単量体を共重合したゲ
ルが挙げられる。この場合の生体関連物質の固定化は、
例えば核酸の末端に重合可能な官能基を導入したものを
調整し、これらと上記単量体及び重合開始剤を含む溶液
を各繊維の中空部に導入後、重合ゲル化させることによ
って行うことができる。
【0016】前記マイクロアレイを使用して、プローブ
に関連のある検体を検出する際、区画及び/又は支持体
から放射される放射光、散乱光、反射光、マイクロアレ
イの部材自身の蛍光等により、検体検出の妨げとなる場
合がある。特に微量な検体を検出する際は顕著に現れ
る。本発明は、マイクロアレイを提供する。
【0017】次に前記の問題を解決したマイクロアレイ
を構成する部材について説明する。前記の問題を解決す
るためには、部材の原料に自己蛍光が発生しないような
ものを選選択する必要ある。例えば、合成樹脂の場合、
合成時の各種添加剤が自己蛍光が発生する原因となる。
よって、これらの添加剤を削減し樹脂を成形することが
好ましい。またこれら部材に自己蛍光を低下させる化合
物を添加する方法も有効である。
【0018】自己蛍光を低下させる物質とは、その物質
を添加することによって、検出すべき波長領域の検出光
(蛍光体の蛍光波長)が、添加しないマイクロアレイに
対し低下する物質である(検出すべき波長領域とは、D
NA標識に用いられる蛍光体の蛍光波長領域を示す)。
具体的には、用いる蛍光体の蛍光波長領域の光を吸収す
る物質(吸収剤)、または蛍光体の脱励起を起こさせる
ような物質(消光剤)などがあげられる。
【0019】吸収剤としては、支持体及び/又は担体由
来の検出波長領域に入る光を吸収する物質である。例と
しては、染料、顔料などがあげられる。これらには無機
および有機染料、顔料があげられる。
【0020】これらの染料、顔料は、使用する蛍光体の
検出波長の光を吸収するものを選び、区画及び/又は支
持体に添加する。二色蛍光など複数の蛍光標識を用い検
出を行う場合には、可視光領域の光を幅広く吸収する黒
系色素が好ましい。また、担体及び/又は支持体に均一
に分散し、かつ担体及び支持体中を通る光の経路を長く
することによって効率よく光の強度を低下させることが
必要であることから、全体の表面積が大きく、粒径の小
さい微粒子であるカーボンブラックがより好ましい。
【0021】上記の吸収剤及び消光剤は、検出すべき検
出光波長により、任意に選択することができる。単独の
蛍光波長を低減するのであれば、その蛍光波長と吸収波
長が同一の吸収剤又は消光剤を選択すればよい。また、
複数の蛍光波長、例えば、Cy3、Cy5、FITC等
の蛍光波長を低減するのであれば、各蛍光波長と吸収波
長が同一の吸収剤又は消光剤を選択し添加すればよい
が、すべての蛍光波長を低減できる吸収剤の添加が好ま
しく、黒色色素の添加がより好ましい。
【0022】前記検出光強度の低い材料を用いたプロー
ブが固定化された区画が平面状支持体に配列されたマイ
クロアレイを用い、例えば、多数遺伝子の一括発現解析
を行う場合蛍光顕微鏡等を用い、検出・解析を行うこと
ができる。本発明のマイクロアレイは、バックグラウン
ドとなる区画及び支持体の検出光強度が小さいために、
アレイ全体を一括で撮影して検出することができ、且つ
検出に係る時間が短縮できるという利点がある。
【0023】
【実施例】本発明を実施例により詳細に説明する。以
下、実施例、比較例の蛍光顕微鏡観察は、浜松ホトニク
ス製 冷却CCDカメラ C4880−37(512×
512 素子、24μm正方画素)及びNikon製蛍
光顕微鏡E600対物レンズ×10NA=0.3を組み
合わせ使用した。使用したフィルターはNikon社製
蛍光試薬専用フィルタブロックで、励起波長:535±
25nm、検出波長:610±38nm(Cy3フィル
ター)である。
【0024】<実施例1> 無蛍光スライドグラスの検
出光強度測定 無蛍光スライドグラスは、松浪ガラス社製、蛍光顕微鏡
用スライドグラス S−0313NEO白縁磨No.1
を用いた。前記スライドグラスの表面を、Nikon製
蛍光顕微鏡E600/浜松ホトニクス製冷却CCDカメ
ラC488−37で観察し、検出光強度を測定した。C
y3フィルターを用いた場合の検出光強度の平均値は、
1850であった。検出光のラインプロファイルを図1
(a)に示した。
【0025】<実施例2> (1)カーボンブラック入り中空繊維の作製 ポリメチルメタクリレート樹脂にカーボンブラックを
2.5質量部分散させた中空状ロッド(外径10mm、
内径6mm)の一部分を加熱し、引き取ることによっ
て、外径300μm、内径200μmの中空繊維を得
た。
【0026】(3)メタクリレート基を有するオリゴヌ
クレオチドの調製 オリゴヌクレオチド(GCAT)の合成はPEバイオシステ
ムズ社の自動合成機DNA/RNA synthesi
zer (model394)を用いて行い、DNA合
成の最終ステップで、アミノリンクII(商標名)(ア
プライドバイオシステム社)を用いてそれぞれのオリゴ
ヌクレオチドの5’ 末端にNH(CH−を導
入しアミノ化したオリゴヌクレオチドを調製した。これ
らは、一般的手法により脱保護及び精製して使用した。
得られたオリゴヌクレオチド(500nmol/ml)
5μl及びグリシジルメタクリレート0.5μlを混合
し、70℃で2時間反応させ、メタクリレート基を有す
るオリゴヌクレオチドを調整し、水190μlを加え
て、100nmol/mlのメタクリレート基を有する
オリゴヌクレオチド(GMA変性オリゴヌクレオチド)
の溶液を得た。
【0027】(4)マイクロアレイの製造 カーボンブラック入り中空繊維(参考例参照)を25本
束ねて、その一端部の約2cmは中空繊維の中空部が開
口した状態になるようにし、2.5質量%のカーボンブ
ラックを含むウレタン樹脂(ポリウレタン樹脂接着剤
(日本ポリウレタン工業(株)ニッポラン4276、コ
ロネート4403)の適正配合比における総重量に対
し、2.5質量%のカーボンブラック(三菱化学社製
MA−100)をニッポラン4276に加え、ホモジナ
イザーを用いて3時間分散させた後、コロネート440
3を加えたもの)で固め、他端は樹脂で固めずに自由端
とした。この中空繊維束を予め調整した反応液(下記、
水溶液1)を入れた反応容器内において中空繊維の自由
端から反応液を中空繊維内に吸引し、樹脂で固めた部分
まで充填した。水溶液充填後、窒素雰囲気下70℃で3
時間重合した。
【0028】 <水溶液1> ・GMA変性オリゴヌクレオチド 0.05nmol/ml ・アクリルアミド 7.6 質量部 ・N,N′−メチレンビスアクリルアミド 0.4 質量部 ・ 2,2′−アゾビス(2−メチルプロピオン アミジン)ジヒドロクロライド 0.1 質量部 ・ 水 92 質量部
【0029】上記方法で得たブロックをスライスして厚
さ約500μmの薄片(マイクロアレイ)を得た。 (5)検出 この薄片をNikon製蛍光顕微鏡E600/浜松ホト
ニクス製冷却CCDカメラC488−37で観察し、ス
ライス片の検出光強度を測定した。その結果、Cy3フ
ィルターを用いた場合の検出光強度の平均値は、繊維部
1550、ゲル部1600、支持体部1600であり、
同条件で測定した無蛍光スライドグラスの検出光強度よ
りも低いものであった(表1参照)。それぞれの部位
の、検出光のラインプロファイルを図1(b)に示した。
【0030】<実施例3>三菱レイヨン社製アクリル樹
脂(アクリペットS、懸濁重合品)を溶融紡糸した、外
径300μm、内径200μm中空繊維を25本束ね
て、その一端部の約2cmは中空繊維の中空部が開口し
た状態になるようにし、2.5質量%のカーボンブラッ
クを含むウレタン樹脂(ポリウレタン樹脂接着剤(日本
ポリウレタン工業(株)ニッポラン4276、コロネー
ト4403)の適正配合比における総重量に対し、2.
5質量%のカーボンブラック(三菱化学社製 MA−1
00)をニッポラン4276に加え、ホモジナイザーを
用いて3時間分散させた後、コロネート4403を加え
たもの)で固め、他端は樹脂で固めずに自由端とした。
この中空繊維束を予め調整した反応液を入れて、実施例
と同様に重合、切断して厚さ約500μmの薄片を得
た。
【0031】実施例1と同様の方法で観察し、スライス
片の検出光強度を測定した。検出光強度の平均値は繊維
部1950、ゲル部1750、支持体部1600であ
り、繊維部の検出光強度が、無蛍光スライドグラスより
も明るかった(表1参照)。検出光のラインプロファイ
ルを図1(c)に示した。ゲル部の検出光強度が実施例1
に比較して大きいのは、繊維部の影響を受けているもの
と判断した。
【0032】<比較例1>三菱レイヨン社製アクリル樹
脂(アクリペットS、懸濁重合品)を溶融紡糸した、外
径300μm、内径200μm中空繊維を25本束ね
て、その一端部の約2cmは中空繊維の中空部が開口し
た状態になるようにし、2.5質量%のカーボンブラッ
クを含むウレタン樹脂〔2液型ポリウレタン樹脂の硬化
剤に、カーボンブラックが25wt%含有している、ウ
レタン用着色剤(大日精化(株)製FTR5570ブラ
ック)を混合したもの。FTRの含有量はポリウレタン
100gに対し、2.5g混入〕で固め、他端は樹脂で
固めずに自由端とした。この中空繊維束を予め調整した
反応液を入れて、実施例1と同様に重合、切断して厚さ
約500μmの薄片を得た。
【0033】実施例1と同様の方法で観察し、スライス
片の検出光強度を測定した。検出光強度の平均値は繊維
部2450、ゲル部1800、支持体部2750であ
り、繊維部、支持体部の検出光強度が、無蛍光スライド
グラスよりも明るかった(表1参照)。検出光のライン
プロファイルを図1(d)に示した。
【0034】
【表1】
【0035】
【発明の効果】本発明によって、試料を光学的に検出す
るマイクロアレイについて、プローブを固定化した、及
び支持体に検出光強度の低い材料を用いることによっ
て、バックグラウンド強度に覆い隠される低レベルの光
学的な検出が可能となる。
【0036】
【図面の簡単な説明】
【図1】各検出光のラインプロファイルを示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高橋 厚 広島県大竹市御幸町20番1号 三菱レイヨ ン株式会社中央技術研究所内 Fターム(参考) 4B024 AA11 AA20 BA80 CA01 CA09 CA11 HA12 4B029 AA07 BB20 CC03 CC08 FA12 4B063 QA01 QA18 QQ42 QQ52 QR55 QR66 QR82 QS34 QS36 QX02

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 プローブが固定化された複数の区画を含
    むマイクロアレイにおいて、一区画の表面の検出光強度
    (C)と無蛍光スライドグラスの表面の検出光強度
    (B)との関係が、C/B<1.0であることを特徴と
    するマイクロアレイ。
  2. 【請求項2】 プローブが固定化された複数の区画を含
    むマイクロアレイにおいて、区画を支持する支持体の表
    面の検出光強度(D)と無蛍光スライドグラスの表面の
    検出光強度(B)との関係が、D/B<1.0であるこ
    とを特徴とするマイクロアレイ。
  3. 【請求項3】 プローブが固定化された複数の区画を含
    むマイクロアレイにおいて、一区画の表面の検出光強度
    (C)と無蛍光スライドグラスの表面の検出光強度
    (B)との関係が、C/B<1.0であり、区画を支持
    する支持体の表面の検出光強度(D)がD/B<1.0
    であることを特徴とするマイクロアレイ。
  4. 【請求項4】 区画が貫通穴より形成されているもので
    ある請求項1〜3のいずれかに記載のマイクロアレイ。
  5. 【請求項5】 区画が線条体を長手方向に交叉する方向
    で切断され形成されるものである請求項1〜3のいずれ
    かに記載のマイクロアレイ。
  6. 【請求項6】 線条体が中空繊維である請求項5記載の
    マイクロアレイ。
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JP (1) JP2003130873A (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7349093B2 (en) 2005-02-17 2008-03-25 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Fluorescence measurement apparatus

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