JP2003161730A - Chip for detecting base sequence, hybridization monitoring system, and hybridization monitoring method - Google Patents

Chip for detecting base sequence, hybridization monitoring system, and hybridization monitoring method

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JP2003161730A
JP2003161730A JP2001359801A JP2001359801A JP2003161730A JP 2003161730 A JP2003161730 A JP 2003161730A JP 2001359801 A JP2001359801 A JP 2001359801A JP 2001359801 A JP2001359801 A JP 2001359801A JP 2003161730 A JP2003161730 A JP 2003161730A
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義典 飯田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To optimize hybridization conditions. <P>SOLUTION: The chip for detecting a base sequence comprises a DNA chip 1 having a substrate 11, and a plurality of quasi-complementary probes 122a that are arranged on the substrate 11, have a quasi-complementary base sequence having a low complementary property to a standard base sequence than a base sequence that is complemental to a target base sequence to be detected while the number of non-complementary bases without any complementarity with the standard base sequence in the quasi-complementary base sequence mutually differs, a signal-processing section 2 for processing a signal by detecting the occurrence rate of the hybridization reaction between the quasi-complementary probe 122a in the DNA chip 1 and a target DNA, and a display section 3 for displaying the occurrence rate obtained by the signal- processing section 2. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、遺伝子検査などに
用いられる塩基配列検出用チップ、ハイブリダイゼーシ
ョンモニタリングシステム、ハイブリダイゼーションモ
ニタリング方法に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a nucleotide sequence detecting chip, a hybridization monitoring system, and a hybridization monitoring method used for genetic testing and the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、DNA検出センサとしてDNAチ
ップを用いた遺伝子検査技術が注目を集めている。この
DNAチップを用いた検査では、DNAチップに設けら
れた複数のマトリクス状のアレイにDNAプローブを配
置する。そして、検体DNAとDNAプローブとのハイ
ブリダイゼーション反応の有無を検出することにより、
検体DNAが有する塩基配列などの情報を取得すること
ができる。
2. Description of the Related Art In recent years, genetic testing technology using a DNA chip as a DNA detection sensor has been attracting attention. In the inspection using this DNA chip, DNA probes are arranged in a plurality of matrix-shaped arrays provided on the DNA chip. Then, by detecting the presence or absence of a hybridization reaction between the sample DNA and the DNA probe,
Information such as the base sequence of the sample DNA can be acquired.

【0003】DNAチップ上でハイブリダイゼーション
を行う際に、反応条件が最適でないと、検体DNAが誤
ったハイブリダイズする、すなわち無関係なDNAプロ
ーブと結合する確率が増大する。
If the reaction conditions are not optimal when performing hybridization on a DNA chip, the probability that the sample DNA will erroneously hybridize, that is, bind to an irrelevant DNA probe will increase.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ハイブ
リダイゼーション条件を確定する定量的な手法が無いた
め、ハイブリダイゼーション条件を変えた多くの実験を
行う必要がある。このため、DNAチップの開発コスト
が高くなるという問題があった。
However, since there is no quantitative method for determining the hybridization conditions, it is necessary to carry out many experiments under different hybridization conditions. Therefore, there is a problem that the development cost of the DNA chip becomes high.

【0005】また、検出するDNAやプローブDNAの
種類によって、最適なハイブリダイゼーション条件が異
なる場合には、DNAチップの開発コストがさらに高く
なるという問題もあった。
There is also a problem that the development cost of the DNA chip is further increased when the optimum hybridization conditions differ depending on the types of DNA to be detected and probe DNA.

【0006】本発明は上記課題を解決するためになされ
たもので、その目的とするところは、ハイブリダイゼー
ション条件を最適化するための塩基配列検出用チップ、
ハイブリダイゼーションモニタリングシステム、ハイブ
リダイゼーションモニタリング方法を提供することにあ
る。
[0006] The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to detect a nucleotide sequence for optimizing hybridization conditions,
To provide a hybridization monitoring system and a hybridization monitoring method.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】この発明のある観点によ
れば、基板と、基板上に固定化され、検出の目的とする
標的塩基配列と相補性のある標的相補塩基配列よりも標
的塩基配列に対して相補性の低い準相補塩基配列を有す
る複数種の第1準相補プローブを有し、複数種の第1準
相補プローブは、標的塩基配列と相補性の無い非相補塩
基数が互いに異なっている第1準相補プローブ群とを具
備する塩基配列検出用チップが提供される。
According to one aspect of the present invention, a substrate and a target base sequence that is immobilized on the substrate and has a target complementary base sequence that is complementary to the target base sequence to be detected. Has a plurality of types of first quasi-complementary probes having a quasi-complementary base sequence having low complementarity with respect to each other. There is provided a base sequence detection chip comprising the first quasi-complementary probe group.

【0008】また、この発明の別の観点によれば、基板
と、基板上に固定化され、検出の目的とする標的塩基配
列と相補性のある標的相補塩基配列よりも標的塩基配列
に対して相補性の低い準相補塩基配列を有する複数種の
第1準相補プローブを有し、複数種の第1準相補プロー
ブは、標的塩基配列と相補性の無い非相補塩基数が互い
に異なっている第1準相補プローブ群とを備えた塩基配
列検出用チップと、塩基配列検出用チップにおける各々
の第1準相補プローブと検体塩基配列とのハイブリダイ
ゼーション反応の発生率を検出する検出手段と、検出手
段により検出された反応発生率を出力する出力手段とを
具備するハイブリダイゼーションモニタリングシステム
が提供される。
Further, according to another aspect of the present invention, the substrate and the target base sequence immobilized on the substrate are more complementary to the target base sequence than the target complementary base sequence complementary to the target base sequence to be detected. A plurality of types of first quasi-complementary probes having quasi-complementary base sequences having low complementarity are included, and the plurality of types of first quasi-complementary probes differ from each other in the number of non-complementary bases having no complementarity with the target base sequence. A chip for detecting a base sequence provided with a group of 1 quasi-complementary probes, a detecting means for detecting an incidence of a hybridization reaction between each first quasi-complementary probe and a sample base sequence in the chip for detecting a base sequence, and a detecting means. And a means for outputting the reaction occurrence rate detected by the hybridization monitoring system.

【0009】このような構成によれば、ハイブリダイゼ
ーション反応時に、誤ったハイブリダイゼーション反応
の発生率を、ハイブリダイゼーション反応条件と関連づ
けて定量的にモニタリングできるため、少ないハイブリ
ダイゼーション実験により最適なハイブリダイゼーショ
ン反応条件を容易に求めることができる。
According to this structure, the occurrence rate of erroneous hybridization reaction can be quantitatively monitored in association with the hybridization reaction condition during the hybridization reaction. The condition can be easily obtained.

【0010】本発明の一の実施形態によれば、検出手段
により検出されたハイブリダイゼーション反応の発生率
を、該ハイブリダイゼーション反応条件に関連づけて格
納する記憶手段をさらに備える。
According to one embodiment of the present invention, it further comprises a storage means for storing the incidence of the hybridization reaction detected by the detection means in association with the hybridization reaction condition.

【0011】また、本発明の別の一の実施形態によれ
ば、さらに、基板上に固定化され、標的塩基配列と相補
性のある標的相補塩基配列よりも標的塩基配列に対して
相補性の低い準相補塩基配列を有する複数種の第2準相
補プローブを有し、複数の第2準相補プローブは、非相
補塩基数が同一でかつ互いに塩基配列の異なる第2準相
補プローブ群を具備する。これにより、モニタリングに
最適な準相補プローブを選択する必要が無く、また準相
補プローブを誤って選択するなどによる測定精度の低下
などの測定のばらつきを低減できる。
According to another embodiment of the present invention, the target base sequence is more complementary than the target complementary base sequence immobilized on the substrate and complementary to the target base sequence. A plurality of second quasi-complementary probes having a low quasi-complementary base sequence are provided, and the plurality of second quasi-complementary probes have a second quasi-complementary probe group having the same number of non-complementary bases and different base sequences from each other. . As a result, it is not necessary to select a quasi-complementary probe that is optimal for monitoring, and it is possible to reduce measurement variations such as a decrease in measurement accuracy due to erroneous selection of a quasi-complementary probe.

【0012】また、本発明の別の一の実施形態によれ
ば、基板上に、スポッティング装置の1回の溶剤の滴下
により溶剤が基板上に広がる領域であって、溶剤の他の
滴下により溶剤が基板上に広がる他の領域と重なり部分
を持たず、溶剤の各滴下位置の距離を最小とする領域を
複数有し、領域のそれぞれに、準相補プローブが複数種
形成されている。これにより、準相補プローブをスポッ
ティング装置の分解能以上の密度で実装できるので、塩
基配列検出用チップを小型化することができる。また、
複数のプローブから得られる出力結果を用いて統計処理
等行うことにより、エラー検定に用いることができる。
According to another embodiment of the present invention, the solvent is spread on the substrate by one dropping of the solvent of the spotting device, and the solvent is dropped by another dropping of the solvent. Has a plurality of regions that do not have an overlapping portion with other regions that spread on the substrate and that minimizes the distance between the solvent dropping positions, and a plurality of types of quasi-complementary probes are formed in each region. As a result, the quasi-complementary probes can be mounted at a density higher than the resolution of the spotting device, and the base sequence detection chip can be miniaturized. Also,
By performing statistical processing and the like using output results obtained from a plurality of probes, it can be used for error testing.

【0013】また、本発明の別の一の実施形態によれ
ば、検出手段により検出された発生率に基づき、第1及
び第2の準相補プローブ群のうち、非相補塩基数が同一
でかつ互いに塩基配列の異なる複数の準相補プローブに
おけるハイブリダイゼーション反応の発生率の平均値を
算出し、該平均値から所定のしきい値φ以上外れた反応
発生率を除外する第1の統計処理、非相補塩基数が同一
でかつ互いに塩基配列の異なる複数の準相補プローブに
おけるハイブリダイゼーション反応の発生率を加算して
代表値を算出する第2の統計処理、第1の統計処理によ
り除外された結果得られる反応発生率の平均値を算出す
る第3の統計処理、第1の統計処理により除外された結
果得られる反応発生率の分散値を算出する第4の統計処
理の少なくとも一つを実行する統計処理手段をさらに備
える。これにより、ハイブリダイゼーション状態のモニ
タリング精度を向上させることができる。
According to another embodiment of the present invention, the number of non-complementary bases is the same among the first and second quasi-complementary probe groups based on the occurrence rate detected by the detecting means. A first statistical process for calculating an average value of incidences of hybridization reactions in a plurality of quasi-complementary probes having mutually different base sequences, and excluding reaction incidences that deviate from the average value by a predetermined threshold value φ or more, Second statistical processing for calculating the representative value by adding the occurrence rates of hybridization reactions in a plurality of quasi-complementary probes having the same number of complementary bases and different base sequences from each other. Result obtained by the first statistical processing At least one of the third statistical processing for calculating the average value of the reaction occurrence rates, and the fourth statistical processing for calculating the variance value of the reaction occurrence rates obtained as a result of being excluded by the first statistical processing Further comprising a statistical processing means for executing. Thereby, the accuracy of monitoring the hybridization state can be improved.

【0014】また、本発明の別の一の実施形態によれ
ば、基板上に配置され、第1又は第2準相補プローブを
固定化する固定化電極と、対向電極とをさらに備え、検
出手段は、固定化電極から流れる電荷量に基づきハイブ
リダイゼーション反応の発生率を算出する。また、本発
明の別の一の実施形態によれば、基板上に配置され、第
1又は第2準相補プローブを固定化する固定化電極と、
対向電極とをさらに備え、検出手段は、固定化電極と対
向電極間の電圧あるいは電流に基づき得られるコンダク
タンスに基づきハイブリダイゼーション反応の発生率を
算出する。また、本発明の別の一の実施形態によれば、
ハイブリダイゼーション反応後の塩基配列検出用チップ
の第1又は第2準相補プローブを撮像する撮像手段をさ
らに備え、検出手段は、撮像手段により撮像される蛍光
の明度に基づいてハイブリダイゼーション反応の発生率
を算出する。
Further, according to another embodiment of the present invention, the detecting means is further provided with an immobilizing electrode disposed on the substrate for immobilizing the first or second quasi-complementary probe, and a counter electrode. Calculates the occurrence rate of the hybridization reaction based on the amount of charge flowing from the immobilized electrode. According to another embodiment of the present invention, an immobilization electrode disposed on the substrate for immobilizing the first or second quasi-complementary probe,
The detection unit further includes a counter electrode, and the detection unit calculates the rate of occurrence of the hybridization reaction based on the conductance obtained based on the voltage or current between the fixed electrode and the counter electrode. According to another embodiment of the present invention,
An imaging unit for imaging the first or second quasi-complementary probe of the nucleotide sequence detection chip after the hybridization reaction is further provided, and the detection unit is based on the brightness of the fluorescence imaged by the imaging unit, and the occurrence rate of the hybridization reaction. To calculate.

【0015】また、装置に係る本発明は、その装置によ
り実現される方法の発明としても成立する。
Further, the present invention relating to the apparatus is also realized as an invention of a method realized by the apparatus.

【0016】[0016]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施形態を説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0017】(第1実施形態)図1は本発明の第1実施
形態に係るハイブリダイゼーション状態モニタリングシ
ステムの全体構成を示す図である。図1に示すように、
塩基配列検出用チップとしてのDNAチップ1と、DN
Aチップ1の出力に基づき信号処理する信号処理部2
と、信号処理部2で信号処理された信号を表示させる表
示部3と、DNAチップ1の各電極に電圧を印加する等
の制御を行い各電極におけるハイブリダイゼーション反
応等の反応を制御する電極制御部4から構成される。ま
た、信号処理部2は記憶部2aを有しており、この記憶
部2aに信号処理部2で信号処理され取得されたハイブ
リダイゼーション率やハイブリダイゼーション反応条件
などのデータが格納される。
(First Embodiment) FIG. 1 is a diagram showing the overall configuration of a hybridization state monitoring system according to a first embodiment of the present invention. As shown in Figure 1,
DNA chip 1 as a base sequence detection chip, and DN
A signal processing unit 2 that performs signal processing based on the output of the A chip 1
And a display unit 3 for displaying a signal processed by the signal processing unit 2 and an electrode control for controlling a reaction such as a hybridization reaction in each electrode by controlling voltage application to each electrode of the DNA chip 1. It is composed of a unit 4. Further, the signal processing unit 2 has a storage unit 2a, and the storage unit 2a stores data such as the hybridization rate and the hybridization reaction condition obtained by signal processing in the signal processing unit 2.

【0018】図2はDNAチップ1の詳細な構成を示す
図である。図2に示すように、基板11に複数のプロー
ブ電極121,122が設けられている。121は相補
プローブ電極であり、122は準相補プローブ電極であ
る。また、基板11上もしくは基板11上以外に対向電
極(図示せず)が設けられている。
FIG. 2 is a diagram showing a detailed structure of the DNA chip 1. As shown in FIG. 2, the substrate 11 is provided with a plurality of probe electrodes 121 and 122. 121 is a complementary probe electrode and 122 is a quasi-complementary probe electrode. Further, a counter electrode (not shown) is provided on the substrate 11 or other than the substrate 11.

【0019】相補プローブ電極121には、標的塩基配
列120と相補性のある塩基配列(標的相補塩基配列)
の相補プローブ121aが固定される。準相補プローブ
電極122は複数あり、それぞれには相補プローブ12
1aよりも標的塩基配列120との相補性が低い準相補
プローブ122aが固定される。これら相補プローブ電
極121と準相補プローブ電極122、対向電極はそれ
ぞれ信号処理部2に接続されている。プローブ電極12
1,122と対向電極間に電圧が印加された際にプロー
ブ電極121,122に流れ出す電荷は、信号処理部2
に出力され、信号処理部2でその電荷量を検出すること
によりハイブリダイゼーション率(プローブと検体塩基
配列が結合する反応が発生する率)を測定することがで
きる。
The complementary probe electrode 121 has a base sequence complementary to the target base sequence 120 (target complementary base sequence).
The complementary probe 121a is fixed. There are a plurality of quasi-complementary probe electrodes 122, each of which has a complementary probe 12.
The quasi-complementary probe 122a having lower complementarity with the target base sequence 120 than 1a is fixed. The complementary probe electrode 121, the quasi-complementary probe electrode 122, and the counter electrode are connected to the signal processing unit 2, respectively. Probe electrode 12
The charges flowing out to the probe electrodes 121 and 122 when a voltage is applied between the counter electrodes 1 and 122 and the counter electrode are generated by the signal processing unit 2.
And the signal processing unit 2 detects the amount of the electric charge, so that the hybridization rate (the rate at which the reaction between the probe and the sample base sequence is bound) can be measured.

【0020】各プローブ電極に電圧を印加するに当た
り、対向電極に加えて参照電極を使用した3電極方式と
してもよい。
In applying a voltage to each probe electrode, a three-electrode system may be used in which a reference electrode is used in addition to the counter electrode.

【0021】標的塩基配列とは、検出の目的とされる塩
基配列である。検体塩基配列は、検査の対象となる試料
塩基配列であり、この検体塩基配列と相補プローブや準
相補プローブをハイブリダイゼーションさせることによ
り、ハイブリダイゼーション反応をモニタリングする。
The target base sequence is a base sequence targeted for detection. The sample base sequence is a sample base sequence to be tested, and the hybridization reaction is monitored by hybridizing this sample base sequence with a complementary probe or a quasi-complementary probe.

【0022】相補プローブとは、検体塩基配列が標的塩
基配列を含んでいるか否かを検出する目的で利用される
プローブであり、標的塩基配列とは相補性のある塩基配
列(標的相補塩基配列)を有する。また、相補プローブ
のハイブリダイゼーション反応を準相補プローブのハイ
ブリダイゼーション反応と比較するため、検体塩基配列
が標的塩基配列を有しているか否かの検出用のみなら
ず、ハイブリダイゼーション状態のモニタリングに用い
ることもできる。
The complementary probe is a probe used for the purpose of detecting whether or not the sample base sequence contains the target base sequence, and has a base sequence complementary to the target base sequence (target complementary base sequence). Have. In addition, in order to compare the hybridization reaction of the complementary probe with the hybridization reaction of the quasi-complementary probe, it should be used not only for detecting whether the sample base sequence has the target base sequence but also for monitoring the hybridization state. You can also

【0023】準相補プローブとは、ハイブリダイゼーシ
ョン状態のモニタリングを行うことによりハイブリダイ
ゼーション反応条件を最適化するために利用されるプロ
ーブであり、標的塩基配列と相補性のある塩基配列(標
的相補塩基配列)の少なくとも1つ(始点塩基から終点
塩基までの塩基のうちのいずれか一つ以上)の塩基を他
の塩基に置換した塩基配列を有する。
The quasi-complementary probe is a probe used for optimizing the hybridization reaction conditions by monitoring the hybridization state, and has a base sequence complementary to the target base sequence (target complementary base sequence). ), At least one (any one or more of the bases from the starting point base to the ending point base) is replaced with another base.

【0024】なお、以下の実施形態で、ハイブリダイゼ
ーション反応条件とは、ある塩基配列と他の塩基配列の
ハイブリダイゼーション反応を生じさせる条件のみなら
ず、このハイブリダイゼーション反応が生じた二本鎖を
検出するまでに必要な工程における処理条件も含まれ
る。
In the following embodiments, the hybridization reaction conditions include not only the conditions for causing a hybridization reaction between a certain base sequence and another base sequence but also the double strands in which this hybridization reaction has occurred. It also includes the processing conditions in the steps required before.

【0025】準相補プローブ122aと標的塩基配列1
20の概念図を図3に示す。図3に示すように、標的塩
基配列120が、始点塩基から終点塩基までC−A−G
−A−T−C−Aとなっている場合に、この標的塩基配
列120と相補性がある塩基配列は、塩基の相補性によ
り、始点塩基から終点塩基までG−T−C−T−A−G
−Tである。従って、相補プローブ121aは、この塩
基配列“G−T−C−T−A−G−T”を有するプロー
ブとなる。
Quasi-complementary probe 122a and target base sequence 1
A conceptual diagram of 20 is shown in FIG. As shown in FIG. 3, the target base sequence 120 is CAG from the starting base to the ending base.
In the case of -A-T-C-A, the base sequence having complementarity with the target base sequence 120 is GT-CT-A from the starting point to the ending point due to the complementarity of the bases. -G
-T. Therefore, the complementary probe 121a becomes a probe having this base sequence "GTCTTTAGT".

【0026】また、準相補プローブ122aは複数種あ
り、これらの複数種の準相補プローブを第1準相補プロ
ーブ群とする。第1準相補プローブ群を構成する各第1
準相補プローブとしては、標的塩基配列120と相補的
な塩基配列(標的相補塩基配列)と1つの塩基が異なる
G−T−C−T−T−G−Tの塩基配列を有する第1準
相補プローブ(1)1221と、2つの塩基が異なるG
−T−C−T−T−C−Tの塩基配列を有する第1準相
補プローブ(2)1222と、3つの塩基が異なるG−
T−C−T−T−C−Aの塩基配列を有する第1準相補
プローブ(3)1223というように、標的相補塩基配
列と塩基の数(非相補塩基数)がi個(iは自然数であ
って、標的塩基配列の塩基数と同じあるいはそれ以下)
異なる塩基配列を有する第1準相補プローブ(i)12
2iを有する。
There are plural kinds of quasi-complementary probes 122a, and these plural kinds of quasi-complementary probes are referred to as a first quasi-complementary probe group. Each first constituting the first quasi-complementary probe group
As the quasi-complementary probe, a first quasi-complementary probe having a base sequence complementary to the target base sequence 120 (target complementary base sequence) and a base sequence of GT-CTTTGT that differs by one base G different in two bases from probe (1) 1221
The first quasi-complementary probe (2) 1222 having a base sequence of -T-C-T-T-C-T and G- differing in three bases.
As in the case of the first quasi-complementary probe (3) 1223 having the base sequence of T-C-T-T-C-A, the target complementary base sequence and the number of bases (the number of non-complementary bases) are i (i is a natural number). And is equal to or less than the number of bases in the target base sequence)
First quasi-complementary probe (i) 12 having different base sequence
Have 2i.

【0027】第1準相補プローブ(2)1222は、第
1準相補プローブ(1)1221のうちの標的相補塩基
配列とは異なる塩基と隣接する塩基が、標的相補塩基配
列とは異なる塩基となるような塩基配列を有する。従っ
て、相補プローブ121a中の標的相補塩基配列のうち
2つの塩基を他の塩基に置換した塩基配列を第1準相補
プローブ(2)1222が有し、かつその2つの塩基は
隣接している。
In the first quasi-complementary probe (2) 1222, a base adjacent to a base different from the target complementary base sequence in the first quasi-complementary probe (1) 1221 becomes a base different from the target complementary base sequence. It has such a base sequence. Therefore, the first quasi-complementary probe (2) 1222 has a base sequence obtained by replacing two bases of the target complementary base sequence in the complementary probe 121a with another base, and the two bases are adjacent to each other.

【0028】また、第1準相補プローブ(3)1223
は、第1準相補プローブ(2)1222のうちの標的相
補塩基配列とは異なる2つの塩基と隣接する1つの塩基
が、標的相補塩基配列とは異なる塩基となるような塩基
配列を有する。従って、相補プローブ121a中の標的
相補塩基配列のうち3つの塩基を他の塩基に置換した塩
基配列を第1準相補プローブ(3)1223が有し、か
つその3つの塩基は隣接している。
The first quasi-complementary probe (3) 1223
Has a base sequence such that one base adjacent to two bases different from the target complementary base sequence in the first quasi-complementary probe (2) 1222 becomes a base different from the target complementary base sequence. Therefore, the first quasi-complementary probe (3) 1223 has a base sequence in which three bases of the target complementary base sequence in the complementary probe 121a are replaced with other bases, and the three bases are adjacent to each other.

【0029】同様に、第1準相補プローブ(i)122
iは、第1準相補プローブ(i−1)122(i−1)
のうちの標的相補配列とは異なる(i−1)個の塩基と
隣接する1つの塩基が、標的相補塩基配列とは異なる塩
基となるような塩基配列を有する。第1準相補プローブ
群の各プローブはそれぞれ異なる電極上に固定化されて
いる。
Similarly, the first quasi-complementary probe (i) 122
i is the first quasi-complementary probe (i-1) 122 (i-1)
Has a base sequence such that one base adjacent to (i-1) bases different from the target complementary sequence becomes a base different from the target complementary base sequence. Each probe of the first quasi-complementary probe group is immobilized on a different electrode.

【0030】図3に示した第1準相補プローブ(1)1
221〜第1準相補プローブ(3)1223は、一例を
示したものである。第1準相補プローブ(i)122i
の場合、標的相補塩基配列とは異なる塩基はi個であ
り、このi個の塩基を塩基配列中のいずれとするか、ま
たそのi個の塩基を、標的相補塩基配列として選択され
ているA,G,C,Tのうちの特定の塩基以外の3つの
塩基から自由に定められる。これら考えられ得るすべて
の種類や複数種類についてDNAチップ1の各電極12
2に固定してもよいし、代表的な1種類のみをDNAチ
ップ1の各電極122に固定してもよい。また、塩基の
相違する数iは、2以上の数であればいくつでもよい。
The first quasi-complementary probe (1) 1 shown in FIG.
221-1st quasi-complementary probe (3) 1223 is an example. First quasi-complementary probe (i) 122i
In the case of, the number of bases different from the target complementary base sequence is i, which i base is to be selected in the base sequence, and the i bases are selected as the target complementary base sequence A , G, C, T, the three bases other than the specific base are freely defined. Each electrode 12 of the DNA chip 1 for all of these possible types and multiple types
2 may be fixed, or only one representative type may be fixed to each electrode 122 of the DNA chip 1. Further, the number i of different bases may be any number as long as it is 2 or more.

【0031】本実施形態では説明の便宜のため、第1準
相補プローブ(1)1221,第1準相補プローブ
(2)1222,第1準相補プローブ(3)1223の
それぞれについて代表的な塩基配列のもの1種のみを用
いて説明する。
In the present embodiment, for convenience of description, a representative base sequence for each of the first quasi-complementary probe (1) 1221, the first quasi-complementary probe (2) 1222, and the first quasi-complementary probe (3) 1223. Only one type will be described.

【0032】次に、上記図1乃至図3に示したハイブリ
ダイゼーション状態モニタリングシステムを用いたハイ
ブリダイゼーション状態モニタリングの第1の手法を説
明する。
Next, the first method for monitoring the hybridization state using the hybridization state monitoring system shown in FIGS. 1 to 3 will be described.

【0033】まず、検体塩基配列を含む被験液をDNA
チップ1内の各電極121,122に注入して接触さ
せ、注入した被験液に含まれる検体塩基配列と相補プロ
ーブ121a、準相補プローブ122aとでハイブリダ
イゼーション反応を生じさせる。ここでは説明の便宜の
ため、検体塩基配列が標的塩基配列と同一の塩基配列を
有するとして説明する。反応溶液の溶媒は、所定のpH
の緩衝液などが用いられる。また、反応は被験液を所定
の温度で例えば1分以上行う。また、このハイブリダイ
ゼーション反応の際、電極制御部4によりプローブ電極
121,122の固定化電極及び対向電極に所定の電圧
を印加することにより、従来数時間から数日必要であっ
た反応を数分程度に短縮することができる。
First, a test solution containing a sample base sequence is treated with DNA.
The electrodes 121 and 122 in the chip 1 are injected and brought into contact with each other, and a hybridization reaction is caused between the sample base sequence contained in the injected test solution and the complementary probe 121a and the quasi-complementary probe 122a. Here, for convenience of explanation, it is assumed that the sample base sequence has the same base sequence as the target base sequence. The solvent of the reaction solution has a predetermined pH.
Buffer solution and the like are used. In addition, the reaction is carried out with the test liquid at a predetermined temperature, for example, for 1 minute or longer. In the hybridization reaction, by applying a predetermined voltage to the fixed electrodes and the counter electrodes of the probe electrodes 121 and 122 by the electrode control unit 4, the reaction that was conventionally required for several hours to several days can be performed for several minutes. It can be shortened to the extent.

【0034】ハイブリダイゼーション反応が終了する
と、プローブ電極121,122を所定の緩衝液で洗浄
し、電極表面に形成された二本鎖部分(相補プローブ1
21a,準相補プローブ122aと検体塩基配列による
二本鎖部分)に選択的に結合する挿入剤を作用させる。
そして、挿入剤が作用したプローブ電極121,122
の固定化電極及び対向電極に所定の電圧を印加し、挿入
剤に由来する各電極121,122の電荷量を信号処理
部2で測定する。得られた測定結果はハイブリダイゼー
ション率として表示部3に表示される。
When the hybridization reaction is completed, the probe electrodes 121 and 122 are washed with a predetermined buffer solution, and the double-stranded portion (complementary probe 1) formed on the electrode surface is washed.
21a, the quasi-complementary probe 122a and an intercalating agent that selectively binds to the double-stranded portion of the sample base sequence).
Then, the probe electrodes 121 and 122 acted by the intercalating agent.
A predetermined voltage is applied to the fixed electrode and the counter electrode of, and the signal processing unit 2 measures the charge amount of each of the electrodes 121 and 122 derived from the intercalating agent. The obtained measurement result is displayed on the display unit 3 as the hybridization rate.

【0035】図4は表示部3に表示される測定結果の一
例を示す図である。RTO0は、相補プローブ電極12
1について検出された電荷量に基づき得られるハイブリ
ダイゼーション率、RTO1,RTO2,RTO3は、準
相補プローブ電極122について検出された電荷量に基
づき得られるハイブリダイゼーション率である。RTO
1は第1準相補プローブ(1)1221のハイブリダイ
ゼーション率、RTO2は第1準相補プローブ(2)1
222のハイブリダイゼーション率、RTO3は第1準
相補プローブ(3)1223のハイブリダイゼーション
率である。
FIG. 4 is a diagram showing an example of measurement results displayed on the display unit 3. RTO 0 is the complementary probe electrode 12
Hybridization rates obtained based on the amount of charges detected for 1 and RTO 1 , RTO 2 , and RTO 3 are hybridization rates obtained based on the amount of charges detected for the quasi-complementary probe electrode 122. RTO
1 is the hybridization rate of the first quasi-complementary probe (1) 1221, RTO 2 is the first quasi-complementary probe (2) 1
222 is the hybridization rate, RTO 3 is the hybridization rate of the first quasi-complementary probe (3) 1223.

【0036】図4(a)と図4(b)は異なるハイブリ
ダイゼーション反応条件による測定結果である。異なる
ハイブリダイゼーション反応条件とは、例えば反応温
度、反応させる準相補プローブの塩基配列、被験液のイ
オン強度やpH、ハイブリダイゼーション促進剤の種別
やその諸条件、攪拌、振とうなどの条件、反応時間、挿
入剤の種別、濃度、挿入剤の緩衝液のイオン強度、pH
やその諸条件などである。
FIG. 4 (a) and FIG. 4 (b) show measurement results under different hybridization reaction conditions. The different hybridization reaction conditions include, for example, the reaction temperature, the base sequence of the quasi-complementary probe to be reacted, the ionic strength and pH of the test solution, the type and conditions of the hybridization promoter, the conditions such as stirring and shaking, and the reaction time. , Type of intercalating agent, concentration, ionic strength of intercalating agent buffer, pH
And its various conditions.

【0037】図4(a)に示すように、標的塩基配列の
相補的な塩基配列と不一致の塩基数に従ってハイブリダ
イゼーション率が減少している。従って、ハイブリダイ
ゼーション反応は正常に行われていることが分かる。一
方、図4(b)も、図4(a)と同様に、標的塩基配列
の相補的な塩基配列と不一致の塩基数(非相補塩基数)
に従ってハイブリダイゼーション率が減少している。従
って、ハイブリダイゼーション反応は正常に行われてい
ることが分かる。
As shown in FIG. 4 (a), the hybridization rate decreases with the number of bases that do not match the complementary base sequence of the target base sequence. Therefore, it can be seen that the hybridization reaction is normally performed. On the other hand, also in FIG. 4B, the number of bases that do not match the complementary base sequence of the target base sequence (the number of non-complementary bases) as in FIG. 4A.
Accordingly, the hybridization rate is decreasing. Therefore, it can be seen that the hybridization reaction is normally performed.

【0038】図4(a)と図4(b)を比較すると、図
4(a)の場合の不一致の塩基数(非相補塩基数)の増
加に伴うハイブリダイゼーション率の減少率は図4
(b)の測定結果に比較して小さくなっている。従っ
て、図4(b)のハイブリダイゼーション反応の方が、
図4(a)のハイブリダイゼーション反応よりも最適化
されているのが分かる。
Comparing FIG. 4 (a) and FIG. 4 (b), the decrease rate of the hybridization rate with the increase in the number of mismatched bases (the number of non-complementary bases) in FIG. 4 (a) is shown in FIG.
It is smaller than the measurement result of (b). Therefore, the hybridization reaction of FIG.
It can be seen that it is more optimized than the hybridization reaction of FIG.

【0039】また、図4(a)や図4(b)の場合とは
さらに異なるハイブリダイゼーション反応条件の下で得
られた測定結果の例を図5(a)及び(b)に示す。図
5(a)及び(b)のいずれの場合も、RTO0>>R
TO1>RTO2>RTO3の関係が不成立であり、標的
塩基配列の相補的な塩基配列と不一致の塩基数(非相補
塩基数)とハイブリダイゼーション率との因果関係が見
られない。RTO0の値が、正常なハイブリダイゼーシ
ョン反応が起こっていることを示す場合のハイブリダイ
ゼーション率である。従って、これよりもRTO1、R
TO2、RTO3の値を大きい場合、少なくとも異常ハイ
ブリダイゼーション反応が生じていることが分かる。異
常ハイブリダイゼーション反応の原因は、不純物の混入
や、ハイブリダイゼーション反応温度が低すぎる等のの
ハイブリダイゼーション条件が不適であるという問題が
考えられる。
5 (a) and 5 (b) show examples of measurement results obtained under hybridization reaction conditions different from those shown in FIGS. 4 (a) and 4 (b). In both cases of FIG. 5A and FIG. 5B, RTO 0 >> R
The relationship of TO 1 > RTO 2 > RTO 3 is not established, and there is no causal relationship between the number of bases that do not match the complementary base sequence of the target base sequence (the number of non-complementary bases) and the hybridization rate. The value of RTO 0 is the hybridization rate when it indicates that a normal hybridization reaction is occurring. Therefore, RTO 1 , R
When the values of TO 2 and RTO 3 are large, it can be seen that at least an abnormal hybridization reaction has occurred. The cause of the abnormal hybridization reaction is considered to be the problem that the hybridization conditions such as contamination of impurities and the temperature of the hybridization reaction are too low.

【0040】また、図4や図5の場合とさらに異なるハ
イブリダイゼーション反応条件の下で得られた測定結果
の例を図6(a)及び(b)に示す。図6(a)の場
合、RTO0≒RTO1>>RTO2>RTO3の関係が成
立している。図6(b)の場合、RTO0≒RTO1≒R
TO2≒RTO3の関係が成立している。いずれの場合
も、図4(a)や図4(b)の場合のように、ハイブリ
ダイゼーション率と不一致塩基数(非相補塩基数)との
因果関係が無いか、あるいはあまり見られないため、異
常ハイブリダイゼーション反応が生じていることが分か
る。図5(a)や図5(b)の場合と同様に、異常ハイ
ブリダイゼーション反応の原因は、不純物の混入や、ハ
イブリダイゼーション反応温度が低すぎる等のハイブリ
ダイゼーション条件が不適であるという問題が考えられ
る。
6 (a) and 6 (b) show examples of measurement results obtained under hybridization reaction conditions different from those in FIGS. 4 and 5. In the case of FIG. 6A, the relationship of RTO 0 ≈RTO 1 >>> RTO 2 > RTO 3 is established. In the case of FIG. 6B, RTO 0 ≈RTO 1 ≈R
The relationship of TO 2 ≈ RTO 3 is established. In either case, there is no causal relationship between the hybridization rate and the number of mismatched bases (the number of non-complementary bases) as in the case of FIG. 4A or FIG. It can be seen that an abnormal hybridization reaction has occurred. As in the case of FIG. 5 (a) and FIG. 5 (b), the cause of the abnormal hybridization reaction may be the problem that the hybridization conditions such as contamination of impurities and the temperature of the hybridization reaction are too low. To be

【0041】次に、ハイブリダイゼーション状態モニタ
リングの第2の手法を説明する。用いられる装置や、第
1の手法と共通する部分についての詳細な説明は省略す
る。
Next, the second technique for monitoring the hybridization state will be described. Detailed description of the devices used and parts common to the first method is omitted.

【0042】ハイブリダイゼーション状態モニタリング
の第1の手法と異なるのは、この第2の手法は不一致塩
基数(非相補塩基数)の異なる複数の第1準相補プロー
ブを用いたハイブリダイゼーション率の測定において、
非相補塩基数に応じたハイブリダイゼーション率を温度
条件と関連づけて解析する点である。
The difference from the first method for monitoring the hybridization state is that this second method is used for measuring the hybridization rate using a plurality of first quasi-complementary probes having different mismatched base numbers (non-complementary base numbers). ,
This is a point of analysis in which the hybridization rate according to the number of non-complementary bases is associated with temperature conditions.

【0043】まず、検体塩基配列を含む被験液をDNA
チップ1内の各電極121,122に注入する。次に、
注入した被験液に含まれる標的核酸鎖と相補プローブ1
21a、準相補プローブ122aとでハイブリダイゼー
ション反応を生じさせる。ここでは、説明の便宜のた
め、検体塩基配列が標的塩基配列と同一の塩基配列を有
するとして説明する。反応溶液は、所定のpHの緩衝液
などが用いられる。また、反応は被験液を例えば1分以
上行う。また、このハイブリダイゼーション反応の際、
電極制御部4によりプローブ電極121,122に所定
の電圧を印加する。また、他の測定条件を同一にし、温
度条件を変化させた複数の反応を生じさせる。
First, a test solution containing a sample base sequence is treated with DNA.
It is injected into each electrode 121, 122 in the chip 1. next,
Target nucleic acid chain and complementary probe 1 contained in injected test solution
21a and the quasi-complementary probe 122a cause a hybridization reaction. Here, for convenience of explanation, it is assumed that the sample base sequence has the same base sequence as the target base sequence. As the reaction solution, a buffer solution having a predetermined pH is used. In addition, the reaction is performed with a test solution for, for example, 1 minute or more. Also, during this hybridization reaction,
A predetermined voltage is applied to the probe electrodes 121 and 122 by the electrode control unit 4. Further, the other measurement conditions are made the same, and a plurality of reactions with different temperature conditions are caused.

【0044】ハイブリダイゼーション反応が終了する
と、プローブ電極121,122を所定の緩衝液で洗浄
し、電極表面に形成された二本鎖部分(相補プローブ1
21a,122aと検体塩基配列)に選択的に結合する
挿入剤を作用させる。そして、挿入剤が作用したプロー
ブ電極121,122に所定の電圧を印加し、挿入剤に
由来する各電極121,122の電荷量を信号処理部2
で測定する。得られた測定結果はハイブリダイゼーショ
ン率として表示部3に表示される。この第2の手法で
は、他の測定条件を同一にし、温度条件を変化させた複
数の反応を生じさせているため、異なる温度条件で反応
した複数の測定結果が得られる。
Upon completion of the hybridization reaction, the probe electrodes 121 and 122 are washed with a predetermined buffer solution to form a double-stranded portion (complementary probe 1) formed on the electrode surface.
21a, 122a and the sample base sequence) are caused to act on the intercalating agent. Then, a predetermined voltage is applied to the probe electrodes 121 and 122 on which the intercalating agent acts, and the charge amount of each of the electrodes 121 and 122 derived from the intercalating agent is determined by the signal processing unit 2.
To measure. The obtained measurement result is displayed on the display unit 3 as the hybridization rate. In the second method, the other measurement conditions are made the same and a plurality of reactions with different temperature conditions are caused to occur, so that a plurality of measurement results of reaction under different temperature conditions can be obtained.

【0045】図7は表示部3に表示される測定結果の一
例を示す図である。RTO0は、相補プローブ電極12
1について検出された電荷量に基づき得られるハイブリ
ダイゼーション率、RTO1,RTO2,RTO3は、準
相補プローブ電極122について検出された電荷量に基
づき得られるハイブリダイゼーション率であり、RTO
1は第1準相補プローブ(1)1221のハイブリダイ
ゼーション率、RTO2は第1準相補プローブ(2)1
222のハイブリダイゼーション率、RTO3は第1準
相補プローブ(3)1223のハイブリダイゼーション
率である。図7(a)と図7(b)は異なる温度条件で
ハイブリダイゼーション反応を生じさせた測定結果であ
る。具体的には、図7(b)の方が図7(a)よりも低
い温度でハイブリダイゼーション反応を生じさせた場合
に対応している。
FIG. 7 is a diagram showing an example of measurement results displayed on the display unit 3. RTO 0 is the complementary probe electrode 12
The hybridization ratios RTO 1 , RTO 2 , and RTO 3 obtained based on the amount of charges detected for 1 are the hybridization ratios obtained based on the amount of charges detected for the quasi-complementary probe electrode 122, and RTO.
1 is the hybridization rate of the first quasi-complementary probe (1) 1221, RTO 2 is the first quasi-complementary probe (2) 1
222 is the hybridization rate, RTO 3 is the hybridization rate of the first quasi-complementary probe (3) 1223. FIG. 7 (a) and FIG. 7 (b) are measurement results obtained by causing a hybridization reaction under different temperature conditions. Specifically, FIG. 7B corresponds to the case where the hybridization reaction is caused to occur at a temperature lower than that in FIG. 7A.

【0046】図7(a)に示すように、標的塩基配列の
相補的な塩基配列と不一致の塩基数(非相補塩基数)に
従ってハイブリダイゼーション率が減少している。従っ
て、ハイブリダイゼーション反応は正常に行われている
ことが分かる。一方、図7(b)は、図7(a)と同様
に、標的塩基配列の相補的な塩基配列と不一致の塩基数
(非相補塩基数)に従ってハイブリダイゼーション率が
減少している。従って、ハイブリダイゼーション反応は
正常に行われていることが分かる。図7(a)と図7
(b)を比較すると、図7(b)の場合の不一致の塩基
数(非相補塩基数)の増加に伴うハイブリダイゼーショ
ン率の減少率は図7(a)の測定結果に比較して小さく
なっている。従って、図7(b)のハイブリダイゼーシ
ョン反応の方が、図7(a)のハイブリダイゼーション
反応よりも最適化されているのが分かる。これら図7
(a)及び(b)の測定結果により、ハイブリダイゼー
ション反応温度を下げることで、ハイブリダイゼーショ
ン反応を最適化できることがわかる。
As shown in FIG. 7 (a), the hybridization rate decreases according to the number of bases that do not match the complementary base sequence of the target base sequence (the number of non-complementary bases). Therefore, it can be seen that the hybridization reaction is normally performed. On the other hand, in FIG. 7B, the hybridization rate decreases according to the number of bases that do not match the complementary base sequence of the target base sequence (the number of non-complementary bases), as in FIG. 7A. Therefore, it can be seen that the hybridization reaction is normally performed. 7 (a) and 7
Comparing (b), the decrease rate of the hybridization rate with the increase in the number of mismatched bases (the number of non-complementary bases) in the case of FIG. 7 (b) is smaller than that in the measurement result of FIG. 7 (a). ing. Therefore, it can be seen that the hybridization reaction of FIG. 7 (b) is more optimized than the hybridization reaction of FIG. 7 (a). These Figure 7
From the measurement results of (a) and (b), it is understood that the hybridization reaction can be optimized by lowering the hybridization reaction temperature.

【0047】また、図7(a)や図7(b)の場合とさ
らに異なるハイブリダイゼーション反応条件の下で得ら
れた測定結果の例を図8(a)及び(b)に示す。図8
(a)及び(b)のいずれの場合も、RTO0>>RT
1>RTO2>RTO3の関係が不成立であり、標的塩
基配列の相補的な塩基配列と不一致の塩基数とハイブリ
ダイゼーション率との因果関係が見られない。RTO0
の値が、正常なハイブリダイゼーション反応が起こって
いることを示す場合のハイブリダイゼーション率であ
る。従って、これよりもRTO1、RTO2、RTO3
値を大きい場合、少なくとも異常ハイブリダイゼーショ
ン反応が生じていることが分かる。異常ハイブリダイゼ
ーション反応の原因は、ハイブリダイゼーション反応温
度が低すぎる等の問題が考えられるので、ハイブリダイ
ゼーション反応温度を高める対応などが考えられる。
8 (a) and 8 (b) show examples of measurement results obtained under hybridization reaction conditions different from those in FIGS. 7 (a) and 7 (b). Figure 8
In both cases (a) and (b), RTO 0 >> RT
The relationship of O 1 > RTO 2 > RTO 3 is not established, and there is no causal relationship between the number of bases mismatching with the complementary base sequence of the target base sequence and the hybridization rate. RTO 0
The value of is the hybridization rate when it indicates that a normal hybridization reaction is occurring. Therefore, when the values of RTO 1 , RTO 2 , and RTO 3 are larger than this, it can be seen that at least an abnormal hybridization reaction occurs. The cause of the abnormal hybridization reaction may be a problem such as the temperature of the hybridization reaction being too low. Therefore, it is possible to take measures such as increasing the temperature of the hybridization reaction.

【0048】また、図7や図8の場合とさらに異なるハ
イブリダイゼーション反応条件の下で得られた測定結果
の例を図9(a)及び(b)に示す。図9(a)の場
合、RTO0≒RTO1>>RTO2>RTO3の関係が成
立している。図9(b)の場合、RTO0≒RTO1≒R
TO2≒RTO3の関係が成立している。いずれの場合
も、図7(a)や図7(b)の場合のように、ハイブリ
ダイゼーション率と不一致塩基数(非相補塩基数)との
因果関係が無いか、あるいはあまり見られないため、異
常ハイブリダイゼーション反応が生じていることが分か
る。図8(a)や図8(b)の場合と同様に、異常ハイ
ブリダイゼーション反応の原因は、ハイブリダイゼーシ
ョン反応温度が低すぎる等の問題が考えられるので、ハ
イブリダイゼーション反応温度を高める対応などが考え
られる。
9 (a) and 9 (b) show examples of measurement results obtained under hybridization reaction conditions different from those in FIGS. 7 and 8. In the case of FIG. 9A, the relationship of RTO 0 ≈RTO 1 >> RTO 2 > RTO 3 is established. In the case of FIG. 9B, RTO 0 ≈RTO 1 ≈R
The relationship of TO 2 ≈ RTO 3 is established. In either case, as in the case of FIG. 7 (a) or FIG. 7 (b), there is no causal relationship between the hybridization rate and the number of non-matching bases (the number of non-complementary bases), or it is not so often observed. It can be seen that an abnormal hybridization reaction has occurred. As in the case of FIGS. 8A and 8B, the cause of the abnormal hybridization reaction may be a problem such as the hybridization reaction temperature being too low. Therefore, it may be necessary to increase the hybridization reaction temperature. To be

【0049】次に、ハイブリダイゼーション状態モニタ
リングの第3の手法を説明する。
Next, a third method for monitoring the hybridization state will be described.

【0050】第3の手法では、まず、検体塩基配列を含
む被験液をDNAチップ1内の各電極121,122に
注入して、検体塩基配列とプローブとを接触させる。次
に、注入した被験液に含まれる検体塩基配列と相補プロ
ーブ121a、準相補プローブ122aとでハイブリダ
イゼーション反応を生じさせる。ここでは、説明の便宜
のため、検体塩基配列が標的塩基配列と同一の塩基配列
を有するとして説明する。反応溶液は、所定のpHの緩
衝液などが用いられる。また、反応は被験液を所定の温
度で例えば1分以上行う。また、このハイブリダイゼー
ション反応の際、電極制御部4によりプローブ電極12
1,122に所定の電圧を印加することにより、従来数
時間から数日必要であった反応を数分程度に短縮するこ
とができる。
In the third method, first, a test solution containing a sample base sequence is injected into each of the electrodes 121 and 122 in the DNA chip 1 to bring the sample base sequence into contact with the probe. Next, a hybridization reaction occurs between the sample base sequence contained in the injected test solution and the complementary probe 121a and the quasi-complementary probe 122a. Here, for convenience of explanation, it is assumed that the sample base sequence has the same base sequence as the target base sequence. As the reaction solution, a buffer solution having a predetermined pH is used. In addition, the reaction is carried out with the test liquid at a predetermined temperature, for example, for 1 minute or longer. During the hybridization reaction, the electrode control unit 4 causes the probe electrode 12
By applying a predetermined voltage to 1,122, it is possible to shorten the reaction that was conventionally required from several hours to several days to about several minutes.

【0051】ハイブリダイゼーション反応が終了する
と、プローブ電極121,122を所定の緩衝液で洗浄
し、電極表面に形成された二本鎖部分に選択的に結合す
る挿入剤を作用させる。そして、挿入剤が作用したプロ
ーブ電極121,122に所定の電圧を印加する。挿入
剤に由来する各電極121,122の電荷量を変化する
各温度において信号処理部2で測定する。得られた測定
結果はハイブリダイゼーション率として表示部3に表示
される。
Upon completion of the hybridization reaction, the probe electrodes 121 and 122 are washed with a predetermined buffer solution, and an intercalating agent that selectively binds to the double-stranded portion formed on the electrode surface is made to act. Then, a predetermined voltage is applied to the probe electrodes 121 and 122 acted by the intercalating agent. The signal processing unit 2 measures the charge amount of each of the electrodes 121 and 122 derived from the intercalating agent at each temperature at which the charge changes. The obtained measurement result is displayed on the display unit 3 as the hybridization rate.

【0052】図10は得られた第3の手法のハイブリダ
イゼーション状態モニタリングの概念と測定結果を示す
図である。図10(a)は第3の手法のハイブリダイゼ
ーション状態モニタリングの概念図、図10(b)〜
(e)は測定結果である。
FIG. 10 is a diagram showing the concept of the hybridization state monitoring of the obtained third method and the measurement results. FIG. 10 (a) is a conceptual diagram of the hybridization state monitoring of the third method, FIG. 10 (b)-
(E) is a measurement result.

【0053】図10(a)の最上段、上から2段、上か
ら3段、最下段にいくにつれて、温度が低くなっていっ
た場合の反応の概念図を示している。また、左端は相補
プローブ121aと検体塩基配列のハイブリダイゼーシ
ョン反応の模式図、左端から2番目が第1準相補プロー
ブ(1)1221と検体塩基配列のハイブリダイゼーシ
ョン反応の模式図、左端から3番目が第1準相補プロー
ブ(2)1222と検体塩基配列のハイブリダイゼーシ
ョン反応の模式図、右端が第1準相補プローブ(3)1
223と検体塩基配列のハイブリダイゼーション反応の
模式図である。この図10(a)より、温度が高い場合
に比較して温度が低い場合の方が挿入剤の作用により相
補プローブ121aあるいは準相補プローブ122aと
のハイブリダイゼーション反応が生じやすくなっている
のが分かる。また、標的塩基配列の塩基配列と相補的な
塩基配列に対して不一致塩基数(非相補塩基数)の多い
プローブほどハイブリダイゼーション反応が生じにく
く、不一致塩基数(非相補塩基数)の少ないプローブほ
どハイブリダイゼーション反応が生じやすくなっている
のが分かる。
FIG. 10 (a) is a conceptual diagram of the reaction when the temperature becomes lower as going to the uppermost stage, the uppermost stage 2, the uppermost stage 3, the uppermost stage, and the lowermost stage. Further, the left end is a schematic diagram of the hybridization reaction between the complementary probe 121a and the sample base sequence, the second from the left end is a schematic diagram of the hybridization reaction between the first quasi-complementary probe (1) 1221 and the sample base sequence, and the third from the left end is Schematic diagram of the hybridization reaction between the first quasi-complementary probe (2) 1222 and the sample base sequence, the right end being the first quasi-complementary probe (3) 1
FIG. 3 is a schematic diagram of a hybridization reaction between 223 and a sample base sequence. From FIG. 10A, it can be seen that the hybridization reaction with the complementary probe 121a or the quasi-complementary probe 122a is more likely to occur due to the action of the intercalating agent when the temperature is lower than when the temperature is high. . Further, a probe having a large number of mismatched bases (the number of non-complementary bases) with respect to the base sequence complementary to the target base sequence is less likely to cause a hybridization reaction, and a probe having a smaller number of the mismatched bases (the number of non-complementary bases) is It can be seen that the hybridization reaction is likely to occur.

【0054】これら図10(a)で示す各測定条件で得
られた測定結果は図10(b)〜(d)に示される。
The measurement results obtained under the respective measurement conditions shown in FIG. 10 (a) are shown in FIGS. 10 (b)-(d).

【0055】図10(b)〜(d)に示すように、温度
が最も高い最上段の測定結果(図10(b))では、全
体的にハイブリダイゼーション率が低く、各プローブ同
士のハイブリダイゼーション率の比較が困難で、また標
的塩基配列と相補的な塩基配列との不一致塩基数(非相
補塩基数)とハイブリダイゼーション率との因果関係は
見られない。
As shown in FIGS. 10 (b) to 10 (d), in the measurement result of the highest temperature (FIG. 10 (b)) with the highest temperature, the hybridization rate was low overall, and the hybridization between the probes was carried out. It is difficult to compare the ratios, and there is no causal relationship between the number of mismatched bases (the number of non-complementary bases) in the target base sequence and the complementary base sequence and the hybridization rate.

【0056】次に温度が高い時の図10(a)の上から
2段目の測定結果(図10(c))では、相補プローブ
121aのハイブリダイゼーション率が最も高く、標的
塩基配列と相補的な塩基配列との不一致塩基数(非相補
塩基数)が増加するに従ってハイブリダイゼーション率
が大きく減少しており、またハイブリダイゼーション率
の減少率は、不一致塩基数(非相補塩基数)の増大に伴
い減少している。これより、不一致塩基数(非相補塩基
数)とハイブリダイゼーション率との因果関係が極めて
明確に現れている。
In the second highest measurement result from FIG. 10 (a) (FIG. 10 (c)) at the next highest temperature, the complementary probe 121a has the highest hybridization rate and is complementary to the target base sequence. The hybridization rate decreases significantly as the number of mismatched bases (number of non-complementary bases) with different base sequences increases, and the decrease rate of hybridization rate increases with the increase of the number of mismatched bases (number of non-complementary bases). is decreasing. From this, a causal relationship between the number of mismatched bases (the number of non-complementary bases) and the hybridization rate is extremely clear.

【0057】次に温度が高い時の図10(a)の上から
3段目の測定結果(図10(d))では、相補プローブ
121aのハイブリダイゼーション率が最も高く、標的
塩基配列と相補的な塩基配列との不一致塩基数(非相補
塩基数)が増加するに従ってハイブリダイゼーション率
が大きく減少している点は、2番目に温度が高い図10
(a)の上から2段目の測定結果と同じである。2番目
に温度が高い測定結果と異なるのは、不一致塩基数(非
相補塩基数)の増大に伴ってハイブリダイゼーション率
の減少率はあまり変わらない点である。2段目の測定結
果と比較すると、2段目の方がハイブリダイゼーション
率と不一致塩基数(非相補塩基数)との因果関係が明確
に現れているといえる。
When the temperature is next high, in the measurement result of the third stage from the top in FIG. 10 (a) (FIG. 10 (d)), the complementary probe 121a has the highest hybridization rate and is complementary to the target base sequence. As the number of non-complementary bases (number of non-complementary bases) with such a base sequence increases, the hybridization rate greatly decreases.
It is the same as the measurement result of the second stage from the top of (a). The difference from the measurement result of the second highest temperature is that the decrease rate of the hybridization rate does not change much with the increase of the number of mismatched bases (the number of non-complementary bases). It can be said that a causal relationship between the hybridization rate and the number of mismatched bases (the number of non-complementary bases) is clearly shown in the second stage as compared with the measurement result in the second stage.

【0058】最も温度が低い時の図10(a)の最下段
の測定結果(図10(e))では、不一致塩基数(非相
補塩基数)とハイブリダイゼーション率との因果関係は
見られず、相補プローブ121aのハイブリダイゼーシ
ョン率よりも準相補プローブ122aのハイブリダイゼ
ーション率の方が高くなっている場合も見受けられる。
In the measurement result at the bottom of FIG. 10 (a) at the lowest temperature (FIG. 10 (e)), there is no causal relationship between the number of mismatched bases (the number of non-complementary bases) and the hybridization rate. In some cases, the hybridization rate of the quasi-complementary probe 122a is higher than that of the complementary probe 121a.

【0059】得られた測定結果のうち、RTO0>>R
TO1>RTO2>RTO3の関係が成立する温度は、上
から2段目の温度の場合である。従って、上から2段目
の場合の測定結果が得られた温度条件をハイブリダイゼ
ーション最適温度として検出する。
Of the obtained measurement results, RTO 0 >> R
The temperature at which the relationship of TO 1 > RTO 2 > RTO 3 holds is the case of the temperature at the second stage from the top. Therefore, the temperature condition at which the measurement result of the second stage from the top is obtained is detected as the optimum hybridization temperature.

【0060】本実施形態のハイブリダイゼーション状態
モニタリングを実現するためのDNAチップ1の詳細な
構造を図11に示す。図11に示すように、基板11上
には、複数のスポットブロック91がマトリクス状に配
置されている。スポットブロックとは、1種のプローブ
を固定するプローブ電極を少なくとも備え、さらには参
照電極、対向電極の少なくとも一つを備える電極セット
を備えた領域でかつ各ブロックの領域が互いに重なり領
域を有しない領域であって、検体塩基配列と挿入剤を含
む混合剤を各電極に滴下するためのスポッティング装置
が1点として処理する単位に対応している。従って、ス
ポットブロックは、スポッティング装置の最小分解能に
応じて各ブロック間の距離などが定められており、ある
スポットブロックにはスポッティング装置によりある1
点検体塩基配列と挿入剤を含む混合剤が滴下され、他の
スポットブロックにはスポッティング装置により他の1
点検体塩基配列と挿入剤を含む混合剤が滴下される。ス
ポッティング装置の最小分解能とは、スポッティング装
置の1回の溶剤の滴下により溶剤が基板上に広がる領域
であって、かつ溶剤の他の滴下により溶剤が基板上に広
がる他の領域と重なり部分を持たず、溶剤の各滴下位置
の距離を最小とする領域を指し、例えば100μm角以
下の領域や直径100μm径以下の領域である。
FIG. 11 shows a detailed structure of the DNA chip 1 for realizing the hybridization state monitoring of this embodiment. As shown in FIG. 11, a plurality of spot blocks 91 are arranged in a matrix on the substrate 11. A spot block is a region that includes at least a probe electrode that fixes one type of probe, and further that includes an electrode set that includes at least one of a reference electrode and a counter electrode, and the regions of each block do not have overlapping regions. The region corresponds to the unit processed by the spotting device for dropping the mixture containing the sample base sequence and the intercalating agent to each electrode as one point. Therefore, in the spot block, the distance between the blocks is determined according to the minimum resolution of the spotting device, and a spot block has a spotting device.
The mixture containing the nucleotide sequence of the inspection body and the intercalating agent was dropped, and another spot block was covered with another spotting device.
A mixture containing the base sequence of the inspection body and the intercalating agent is dropped. The minimum resolution of the spotting device is a region where the solvent spreads on the substrate by one drop of the solvent of the spotting device, and has a portion which overlaps with another region where the solvent spreads on the substrate by another dropping of the solvent. In other words, it refers to a region in which the distance between the respective solvent dropping positions is minimized, and is, for example, a region of 100 μm square or less or a region of 100 μm diameter or less.

【0061】この最小分解能に対応してスポットブロッ
クを配置することにより、あるスポットブロックに対す
る混合剤の滴下により、他のスポットブロックに対して
は混合剤が滴下されない。すなわち、混合剤が互いに混
合しないように、各スポットブロック毎に独立した滴下
操作を行うことができる。
By arranging the spot blocks corresponding to this minimum resolution, the mixture is dropped onto a certain spot block, and the mixture is not dropped onto another spot block. That is, an independent dropping operation can be performed for each spot block so that the admixtures do not mix with each other.

【0062】各スポットブロック91には、同一種のプ
ローブを固定化する固定化電極のみ、あるいは固定化電
極と参照電極の組み合わせ、あるいは固定化電極、参照
電極及び対向電極の組み合わせのいずれかの電極セット
が配置される。固定化電極とは、相補プローブ121a
や準相補プローブ122aを固定化させ、検体塩基配列
とハイブリダイズさせるための電極である。対向電極と
は、固定化電極との間で電極制御部4を用いて所定の電
圧を与えることにより酸化還元反応などを生じさせるた
めに配置された電極である。参照電極とは、固定化電極
と対向電極の基準となる電極であり、例えばこの参照電
極を基準とすることにより、参照電極に対する固定化電
極の電位や対向電極の電位が測定される。
In each spot block 91, either the fixed electrode only for fixing the same type of probe, the combination of the fixed electrode and the reference electrode, or the combination of the fixed electrode, the reference electrode and the counter electrode is used. The set is placed. The immobilized electrode is a complementary probe 121a.
And an electrode for immobilizing the quasi-complementary probe 122a and hybridizing with the sample base sequence. The counter electrode is an electrode arranged to cause a redox reaction or the like by applying a predetermined voltage between the fixed electrode and the fixed electrode by using the electrode control unit 4. The reference electrode is an electrode serving as a reference for the fixed electrode and the counter electrode. For example, by using the reference electrode as a reference, the potential of the fixed electrode with respect to the reference electrode and the potential of the counter electrode are measured.

【0063】図11(a)では、複数の固定化電極91
1からなる電極セット921が複数のスポットブロック
91のうちのいくつかのブロックにp×q個マトリクス
状に配置されている。この複数の固定化電極911は、
前述した通りスポッティング装置のスポッティング機能
の最小分解能に対応しているため、一回のスポッティン
グによりこの1つのスポットブロック91内のすべての
固定化電極911に混合液が滴下される。
In FIG. 11A, a plurality of fixed electrodes 91 are provided.
The electrode set 921 composed of 1 is arranged in a matrix of p × q in some blocks of the plurality of spot blocks 91. The plurality of fixed electrodes 911 are
Since it corresponds to the minimum resolution of the spotting function of the spotting device as described above, the mixed solution is dropped onto all the fixed electrodes 911 in this one spot block 91 by one spotting.

【0064】図11(a)の例の場合、電極セット92
1が配置されたスポットブロック91にスポッティング
装置により混合剤を滴下すると、p×q個の固定化電極
911に一括して混合剤が供給される。
In the case of the example of FIG. 11A, the electrode set 92
When the mixed material is dropped on the spot block 91 in which 1 is arranged by the spotting device, the mixed material is collectively supplied to the p × q fixed electrodes 911.

【0065】また、この固定化電極911のみならなる
電極セット921が配置されたスポットブロック91以
外のブロックは、固定化電極911と参照電極912の
組み合わせからなる電極セット922が配置されたブロ
ックや、固定化電極911、参照電極912及び対向電
極913の組み合わせからなる電極セット923が配置
されたブロックである。電極セット922は、DNAチ
ップ1上の複数のスポットブロック91のうち、最も外
側の領域に配置されたブロック(例えば図11(a)で
はマトリクス状のスポットブロックの最右列)に配置さ
れている。
The blocks other than the spot block 91 in which the electrode set 921 consisting of only the fixed electrode 911 is arranged are the blocks in which the electrode set 922 including the combination of the fixed electrode 911 and the reference electrode 912 is arranged, This is a block in which an electrode set 923 including a combination of a fixed electrode 911, a reference electrode 912, and a counter electrode 913 is arranged. The electrode set 922 is arranged in a block arranged in the outermost region of the plurality of spot blocks 91 on the DNA chip 1 (for example, the rightmost column of the matrix-shaped spot blocks in FIG. 11A). .

【0066】電極セット923は、DNAチップ1上の
複数のスポットブロック91のうち、最も内側の領域に
配置されたブロックに配置されている。電極セット92
1は、電極セット922及び電極セット923が配置さ
れた以外のブロックに配置されている。
The electrode set 923 is arranged in the innermost block of the plurality of spot blocks 91 on the DNA chip 1. Electrode set 92
1 is arranged in a block other than the electrode set 922 and the electrode set 923.

【0067】なお、図11(a)の電極セット922が
配置されるスポットブロック91を参照電極912のみ
からなる電極セットに置換し、電極セット923が配置
されるスポットブロック91を対向電極913のみから
なる電極セットに置換してもよい。
Note that the spot block 91 in which the electrode set 922 of FIG. 11A is arranged is replaced with an electrode set including only the reference electrode 912, and the spot block 91 in which the electrode set 923 is arranged is formed from only the counter electrode 913. The electrode set may be replaced.

【0068】図11(b)は、電極セットの別の配置例
を示したものである。すべてのスポットブロック91内
には固定化電極911、参照電極912及び対向電極9
13からなる同一の電極セット923がそれぞれ配置さ
れている。各スポットブロック91内には、ブロック内
の最も内側の領域に対向電極913が配置されている。
また、この対向電極913を取り囲むように参照電極9
12が配置されている。そして、最も外側の領域に固定
化電極911が配置されている。
FIG. 11B shows another arrangement example of the electrode set. The fixed electrode 911, the reference electrode 912, and the counter electrode 9 are provided in all the spot blocks 91.
The same electrode set 923 consisting of 13 is arranged respectively. In each spot block 91, a counter electrode 913 is arranged in the innermost area in the block.
In addition, the reference electrode 9 surrounds the counter electrode 913.
12 are arranged. Then, the fixed electrode 911 is arranged in the outermost region.

【0069】これら図11(a)及び(b)に示すよう
に、スポッティング装置の最小分解能に対応してそれぞ
れスポットブロックを配置し、そのスポットブロック内
に複数の電極からなる電極セットを配置することによ
り、各スポッティング領域に複数種の塩基配列プローブ
を配置することができる。従って、塩基配列プローブを
スポッターの分解能以上の密度で実装し、DNAチップ
を小型化する。なお、上記実施形態において、検体核酸
鎖と挿入剤は混合剤の形でDNAチップ1上に供給され
ているが、これらは別々の溶剤で供給されてももちろん
構わない。
As shown in FIGS. 11A and 11B, spot blocks are arranged in correspondence with the minimum resolution of the spotting device, and an electrode set consisting of a plurality of electrodes is arranged in the spot block. Thus, plural kinds of base sequence probes can be arranged in each spotting region. Therefore, the base sequence probes are mounted at a density higher than the resolution of the spotter to downsize the DNA chip. In the above embodiment, the sample nucleic acid chain and the intercalating agent are supplied on the DNA chip 1 in the form of a mixed agent, but they may be supplied by different solvents.

【0070】なお、図11(a)及び(b)に示した電
極セットの配置はあくまで一例である。例えば、対向電
極913を基板11上の周辺領域に配置した上で、電極
セット921からなるスポットブロック91を対向電極
913に囲まれた領域内にマトリクス状に配置してもよ
い。また、電極セット913を配置するスポットブロッ
ク91aと電極セット911を配置するスポットブロッ
ク91bを列毎に交互に配置した構成としてもよい。そ
の他、電極セットの配置を種々変更することができる。
The arrangement of the electrode sets shown in FIGS. 11A and 11B is merely an example. For example, the counter electrodes 913 may be arranged in the peripheral region on the substrate 11, and then the spot blocks 91 composed of the electrode set 921 may be arranged in a matrix in the region surrounded by the counter electrodes 913. Further, the spot blocks 91a for arranging the electrode sets 913 and the spot blocks 91b for arranging the electrode sets 911 may be alternately arranged for each column. In addition, the arrangement of the electrode set can be variously changed.

【0071】以上に示されたスポットブロック91のう
ち、固定化電極911と対向電極913の間に電圧を印
加し、その電圧の印加により生じた電気分解などの反応
により、ハイブリダイゼーション反応が生じたプローブ
と反応が生じないプローブとで異なる大きさの電流がこ
れら電極間に流れる。信号処理部2は、その電流を電気
信号に変換し、表示部3に表示することにより、ハイブ
リダイゼーション率を確認することができる。ハイブリ
ダイゼーション率を算出するために必要な信号を取得す
るためには、酸化還元電流変化、酸化還元電位変化、電
気容量変化、コンダクタンスの変化、電気化学発光変化
を指標にすることができる。例えばコンダクタンスの変
化を得るためには、固定化電極911と対向電極913
の間に一定電圧を印加して得られる電流量を測定し、あ
るいは一定電流を流して得られる電圧を測定することに
より得られる。
In the spot block 91 shown above, a voltage is applied between the fixed electrode 911 and the counter electrode 913, and a reaction such as electrolysis caused by the application of the voltage causes a hybridization reaction. Different magnitudes of current flow between these electrodes between the probe and the non-reactive probe. The signal processing unit 2 can confirm the hybridization rate by converting the current into an electric signal and displaying the electric signal on the display unit 3. In order to obtain the signal necessary for calculating the hybridization rate, changes in redox current, changes in redox potential, changes in capacitance, changes in conductance, and changes in electrochemiluminescence can be used as indexes. For example, in order to obtain a change in conductance, the fixed electrode 911 and the counter electrode 913 are used.
It is obtained by measuring the amount of current obtained by applying a constant voltage during the period, or by measuring the voltage obtained by passing a constant current.

【0072】そして、得られたハイブリダイゼーション
率のうち、標的相補塩基配列に対する不一致の塩基数
(非相補塩基数)との因果関係が明らかな測定結果とし
て得られたハイブリダイゼーション反応条件における相
補プローブ121aのハイブリダイゼーション率を信頼
できる測定結果として利用することができる。
Among the obtained hybridization rates, the complementary probe 121a under the hybridization reaction condition obtained as a result of the measurement has a clear causal relationship with the number of mismatched bases (the number of non-complementary bases) with respect to the target complementary base sequence. Can be used as a reliable measurement result.

【0073】以上のハイブリダイゼーション率の測定を
統計処理を用いて測定精度を向上させる手法の一例を以
下説明する。
An example of a method for improving the measurement accuracy of the above hybridization rate measurement by using statistical processing will be described below.

【0074】統計処理を用いたモニタリングシステムを
図12に示す。基本的な構成は図1のモニタリングシス
テムと同様であるが、信号処理部2と統計処理部5が接
続されており、この統計処理部5に表示部3が接続され
ている。信号処理部2での信号処理により得られたハイ
ブリダイゼーション率は、統計処理部5に出力される。
統計処理部5は、得られたハイブリダイゼーション率に
基づき統計処理を行い検定結果を導出し、その結果を表
示部3に表示させる。また、統計処理部5には、統計処
理部5で算出された統計処理結果を格納する記憶手段5
aを有する。
A monitoring system using statistical processing is shown in FIG. Although the basic configuration is the same as that of the monitoring system of FIG. 1, the signal processing unit 2 and the statistical processing unit 5 are connected, and the statistical processing unit 5 is connected to the display unit 3. The hybridization rate obtained by the signal processing in the signal processing unit 2 is output to the statistical processing unit 5.
The statistical processing unit 5 performs statistical processing based on the obtained hybridization rate, derives a test result, and displays the result on the display unit 3. Further, the statistical processing unit 5 stores in the storage unit 5 the statistical processing result calculated by the statistical processing unit 5.
a.

【0075】統計処理を用いた手法では、まず、標的塩
基配列と相補性の無い塩基をi個有する第1準相補プロ
ーブRTi(iは1〜nの自然数)からなる第1準相補
プローブ群の各プローブを固定化した電極と、第2準相
補プローブ群の各第2準相補プローブを固定化した電極
とをDNAチップ1に配置する。
In the method using statistical processing, first, a first quasi-complementary probe group consisting of a first quasi-complementary probe RT i (i is a natural number of 1 to n) having i bases which are not complementary to the target base sequence. The electrodes on which the respective probes are immobilized and the electrodes on which the second quasi-complementary probes of the second quasi-complementary probe group are immobilized are arranged on the DNA chip 1.

【0076】第2準相補プローブ群を構成する複数の第
2準相補プローブは、標的塩基配列に対して相補性の低
い準相補塩基配列を有する。さらに、その塩基配列は標
的塩基配列と相補性の無い塩基の数(非相補塩基数)が
前記第1準相補プローブの少なくとも1種と同一であ
る。また、第2準相補プローブ群を構成する複数種の第
2準相補プローブは、それぞれその塩基配列が異なって
いる。
The plurality of second quasi-complementary probes forming the second quasi-complementary probe group have a quasi-complementary base sequence having low complementarity to the target base sequence. Further, the number of bases having no complementarity with the target base sequence (the number of non-complementary bases) in the base sequence is the same as that of at least one of the first quasi-complementary probes. In addition, the plurality of types of second quasi-complementary probes forming the second quasi-complementary probe group have different base sequences.

【0077】ここでは、第1準相補プローブRTi(i
は1〜nの自然数)n種と、各第1準相補プローブRT
iと非相補塩基数が同じで塩基配列の異なる第2準相補
プローブを、塩基配列の異なる種類が第1準相補プロー
ブとあわせてm種ずつ、合計m×n種の準相補プローブ
を固定化した電極をDNAチップ1に配置した。また、
標的塩基配列と相補性のある塩基配列(標的相補塩基配
列)を有する相補プローブも固定化されている。
Here, the first quasi-complementary probe RT i (i
Is a natural number of 1 to n) n species and each first quasi-complementary probe RT
The second quasi-complementary probe having the same number of non-complementary bases as i and a different base sequence is immobilized on m types including the first quasi-complementary probe having a different base sequence for a total of m × n quasi-complementary probes The prepared electrode was placed on the DNA chip 1. Also,
A complementary probe having a base sequence complementary to the target base sequence (target complementary base sequence) is also immobilized.

【0078】次に、これらm×n種の準相補プローブ
と、相補プローブとが配置されたDNAチップ1に対し
上述した検体塩基配列の供給、ハイブリダイゼーション
反応、挿入剤の滴下、信号処理部2での信号検出を行
う。ここでは、説明の便宜のため、検体塩基配列と標的
塩基配列は同一とする。
Next, supply of the above-mentioned sample base sequence, hybridization reaction, dropping of intercalating agent, signal processing unit 2 to the DNA chip 1 on which these m × n quasi-complementary probes and the complementary probe are arranged. Signal is detected. Here, for convenience of explanation, the sample base sequence and the target base sequence are the same.

【0079】得られた信号処理結果はハイブリダイゼー
ション率として統計処理部5に出力される。以下、標的
塩基配列と相補性の無い塩基をi個有するm個のプロー
ブのうちのj番目のプローブRTijのハイブリダイゼー
ション率をRTOijとする。
The obtained signal processing result is output to the statistical processing section 5 as the hybridization rate. Hereinafter, the hybridization rate of the j-th probe RT ij out of the m probes having i bases that are not complementary to the target base sequence is RTO ij .

【0080】具体的には、標的塩基配列と相補性の無い
塩基を0個有する相補プローブRT 0jのハイブリダイゼ
ーション率は、RTO00、標的塩基配列と相補性の無い
部分を1個有する準相補プローブRT1jのハイブリダイ
ゼーション率は、RTO11〜RTO1m、標的塩基配列と
相補性の無い部分をn個有する準相補プローブRTnj
ハイブリダイゼーション率は、RTOn1〜RTOnmで与
えられる。
Specifically, there is no complementarity with the target base sequence.
Complementary probe RT having 0 bases 0jThe hybridise
The solution rate is RTO00, No complementarity with target base sequence
Quasi-complementary probe RT having one part1jHybridi
The zation rate is RTO11~ RTO1m, The target base sequence
Quasi-complementary probe RT having n non-complementary portionsnjof
Hybridization rate is RTOn1~ RTOnmGiven by
available.

【0081】統計処理部5は、得られたハイブリダイゼ
ーション率RTOijに基づき以下の統計処理手法(1)
〜(4)の少なくとも一つを行う。
The statistical processing unit 5 performs the following statistical processing method (1) based on the obtained hybridization rate RTO ij.
At least one of (4) is performed.

【0082】統計処理手法(1)では、不一致の塩基数
が等しいハイブリダイゼーション率RTOij(RTOi1
〜RTOim)の平均値を算出する。そして、この平均値
から、予め定められたしきい値φ以上外れたハイブリダ
イゼーション率RTOijを除外し、しきい値φの範囲内
のハイブリダイゼーション率RTOijのみを抽出する。
しきい値φは、不一致の塩基数に応じて定められていて
もよいし、すべての不一致の塩基数に対して共通して与
えられていてもよい。そして、抽出されたハイブリダイ
ゼーション率RTOijのみを表示部3に表示させてモニ
タリングを行う。
In the statistical processing method (1), the hybridization rate RTO ij (RTO i1
~ RTO im ) is calculated. Then, the hybridization rate RTO ij deviated from the average value by a predetermined threshold value φ or more is excluded, and only the hybridization rate RTO ij within the range of the threshold value φ is extracted.
The threshold value φ may be set according to the number of mismatched bases, or may be commonly given to all the numbers of mismatched bases. Then, only the extracted hybridization rate RTO ij is displayed on the display unit 3 for monitoring.

【0083】これにより、異常ハイブリダイゼーション
反応を除外することができ、チップ出力値の信頼性を向
上させることができる。
As a result, the abnormal hybridization reaction can be excluded, and the reliability of the chip output value can be improved.

【0084】統計処理手法(2)では、不一致の塩基数
が等しいハイブリダイゼーション率RTOi1〜RTOim
をそれぞれ加算し、不一致の塩基数が等しいハイブリダ
イゼーション率の合計値S S=RTOi1+RTOi2+…+RTOim を算出する。そして、得られた合計値Sをその不一致の
塩基数に対するハイブリダイゼーション率の代表値とし
てモニタリングを行う。これにより、各ハイブリダイゼ
ーション率が微小な場合であっても信頼性の高いモニタ
リングが可能となる。
In the statistical processing method (2), the hybridization rates RTO i1 to RTO im with the same number of mismatched bases are used.
Are added to calculate the total value S S = RTO i1 + RTO i2 + ... + RTO im of the hybridization rates with the same number of mismatched bases. Then, the obtained total value S is monitored as a representative value of the hybridization rate for the number of mismatched bases. As a result, highly reliable monitoring is possible even when each hybridization rate is minute.

【0085】統計処理手法(3)では、不一致の塩基数
が等しいハイブリダイゼーション率RTOij(RTOi1
〜RTOim)の平均値を算出する。そして、この平均値
から予め定められたしきい値φ以上外れたハイブリダイ
ゼーション率RTOijを除外し、しきい値φの範囲内の
ハイブリダイゼーション率RTOijのみを抽出する。し
きい値φは、不一致の塩基数(非相補塩基数)に応じて
定められていてもよいし、すべての不一致の塩基数(非
相補塩基数)に対して共通して与えられていてもよい。
そして、抽出されたハイブリダイゼーション率RT
ij’のうち、不一致の塩基数(非相補塩基数)が等し
いハイブリダイゼーション率(RTOi0’〜RT
im’)の平均値(抽出平均値)を算出する。そして、
得られた抽出平均値を不一致の塩基数(非相補塩基数)
に対するハイブリダイゼーション率の代表値としてモニ
タリングを行う。これにより、不一致の塩基数(非相補
塩基数)が等しいハイブリダイゼーション率を平均化す
ることができ、信頼性の高いモニタリングが可能とな
る。
In the statistical processing method (3), the hybridization rate RTO ij (RTO i1
~ RTO im ) is calculated. Then, the hybridization rate RTO ij deviating from the average value by a predetermined threshold value φ or more is excluded, and only the hybridization rate RTO ij within the range of the threshold value φ is extracted. The threshold value φ may be determined according to the number of non-matching bases (the number of non-complementary bases), or may be commonly given to all the number of non-matching bases (the number of non-complementary bases). Good.
Then, the extracted hybridization rate RT
Among the O ij ′, hybridization rates (RTO i0 ′ -RT) with the same number of non-matching bases (the number of non-complementary bases)
The average value (extracted average value) of O im ') is calculated. And
The extracted average value is the number of mismatched bases (the number of non-complementary bases)
Is monitored as a representative value of the hybridization rate for This makes it possible to average hybridization rates with the same number of non-matching bases (the number of non-complementary bases), which enables highly reliable monitoring.

【0086】統計処理手法(4)では、不一致の塩基数
が等しいハイブリダイゼーション率RTOij(RTOi1
〜RTOim)の平均値を算出する。そして、予め定めら
れたしきい値φ以上外れたハイブリダイゼーション率R
TOijを除外し、しきい値φの範囲内のハイブリダイゼ
ーション率RTOijのみを抽出する。しきい値φは、不
一致の塩基数に応じて定められていてもよいし、すべて
の不一致の塩基数(非相補塩基数)に対して共通して与
えられていてもよい。そして、抽出されたハイブリダイ
ゼーション率RTOij’のうち、不一致の塩基数(非相
補塩基数)が等しいハイブリダイゼーション率(RTO
i1’〜RTOim’)の平均値(抽出平均値)を算出す
る。そして、得られた抽出平均値を用いて不一致の塩基
数(非相補塩基数)が等しいハイブリダイゼーション率
の分散値siを算出する。分散値siは以下の式により算
出される。
In the statistical processing method (4), the hybridization rate RTO ij (RTO i1
~ RTO im ) is calculated. Then, a hybridization rate R deviating by more than a predetermined threshold value φ
TO ij is excluded and only the hybridization rate RTO ij within the range of the threshold value φ is extracted. The threshold value φ may be set according to the number of mismatched bases, or may be commonly given to all the numbers of mismatched bases (the number of non-complementary bases). Then, among the extracted hybridization rates RTO ij ′, the hybridization rates (RTO ij ) in which the number of mismatched bases (the number of non-complementary bases) is equal.
Calculate the average value (extracted average value) of i1 'to RTO im '). Then, using the obtained extraction average value, the variance value s i of the hybridization rate in which the number of mismatched bases (the number of non-complementary bases) is equal is calculated. The variance value s i is calculated by the following formula.

【0087】なお、RTOi_’は、予め定められたし
きい値φ以上外れたハイブリダイゼーション率を除外し
た後に算出され、不一致の塩基数(非相補塩基数)iが
等しいハイブリダイゼーション率RTOij’(RT
i1’〜RTOim’)の抽出平均値であり、RTO
i_’=(RTOi1’+RTOi2’+…+RTOim’)
/mで示される。
The RTO i _'is calculated after excluding hybridization rates that deviate by more than a predetermined threshold value φ, and the hybridization rates RTO ij are equal in the number of mismatched bases (the number of non-complementary bases) i. '(RT
O i1 '-RTO im ')
i _ '= (RTO i1 ' + RTO i2 '+ ... + RTO im ')
/ M.

【0088】si={(RTOi1’−RTOi_’)2
(RTOi2’−RTOi_’)2+…+(RTOim’−R
TOi_’)2}/(m−1) そして、抽出された分散値siの検定を行い、得られた
各ハイブリダイゼーション率が一定範囲に収まっている
か否かを判定する。一定範囲に収まっていると判定され
る場合には、そのハイブリダイゼーション反応条件が採
用可能であることを示し、一定範囲に収まっていないと
判定される場合には、そのハイブリダイゼーション反応
条件が採用できないことを示している。
S i = {(RTO i1 '-RTO i _') 2 +
(RTO i2 '-RTO i _') 2 + ... + (RTO im '-R
TO i — ') 2 } / (m−1) Then, the extracted variance value s i is tested to determine whether or not each of the obtained hybridization rates is within a certain range. If it is determined that the hybridization reaction conditions are within the certain range, it means that the hybridization reaction conditions can be adopted. If it is determined that the hybridization reaction conditions are not within the certain range, the hybridization reaction conditions cannot be adopted. It is shown that.

【0089】なお、統計処理手法(1)〜(4)は本発
明にそれぞれ別個適用してもよいし、それぞれを複数組
み合わせて適用してもよい。また、統計処理手法(1)
〜(4)では、相補プローブは1種のみを用い、その1
種のプローブのハイブリダイゼーション率RTO00を用
いて統計処理を行う場合を示したが、これに限定される
ものではない。例えば、標的塩基配列と相補性の無い塩
基を0個有するが、異なる種類の相補プローブを第2準
相補プローブと同様にm個準備して統計処理を行っても
よい。上記統計処理手法(1)〜(4)では、標的塩基
配列と相補性の無い塩基数を示すiの値を1〜nとして
計算したが、m個の種類の相補プローブを用いた場合、
iの値を0〜nとして計算すればよい。
The statistical processing methods (1) to (4) may be separately applied to the present invention, or a plurality of them may be applied in combination. In addition, statistical processing method (1)
In (4), only one complementary probe was used, and
Although the case where the statistical processing is performed using the hybridization rate RTO 00 of the species probe is shown, the present invention is not limited to this. For example, although there are 0 bases that are not complementary to the target base sequence, m complementary probes of different types may be prepared in the same manner as the second quasi-complementary probe, and statistical processing may be performed. In the above statistical processing methods (1) to (4), the value of i indicating the number of bases that are not complementary to the target base sequence was calculated as 1 to n, but when using m kinds of complementary probes,
The value of i may be calculated as 0 to n.

【0090】以上説明したように本実施形態によれば、
ハイブリダイゼーション反応時に、少なくとも一つのハ
イブリダイゼーション反応条件をリアルタイムで変更し
つつ、誤ったハイブリダイゼーション反応の発生率を、
変更するハイブリダイゼーション反応条件と関連づけて
定量的にモニタリングできるため、少ないハイブリダイ
ゼーション実験により最適なハイブリダイゼーション反
応条件を容易に求めることができる。その結果、DNA
チップの開発コストを低減できる。
As described above, according to this embodiment,
At the time of hybridization reaction, while changing at least one hybridization reaction condition in real time,
Since it can be quantitatively monitored in association with changing hybridization reaction conditions, the optimum hybridization reaction conditions can be easily determined by a small number of hybridization experiments. As a result, DNA
Chip development costs can be reduced.

【0091】なお、上記実施形態では、固定化電極91
1と対向電極913の間の電圧や、固定化電極911に
流れる電荷量、電流などに基づいてハイブリダイゼーシ
ョン率を検出する例を示したが、これに限定されるもの
ではない。例えば、図12に示すモニタリングシステム
と信号処理部2を直接接続せず、別途撮像手段6を信号
処理部2に接続する構成としてもよい。撮像手段を用い
てハイブリダイゼーション状態を検出するには、検体塩
基配列に蛍光物質等で標識を付したものを使用し、ハイ
ブリダイゼーションが生じたプローブに蛍光が生じるよ
うにする。ハイブリダイゼーション状態モニタリングシ
ステムの一例を図13に示す。
In the above embodiment, the fixed electrode 91 is used.
An example has been shown in which the hybridization rate is detected based on the voltage between the counter electrode 913 and the counter electrode 913, the amount of charge flowing in the fixed electrode 911, the current, etc., but the invention is not limited to this. For example, the monitoring system shown in FIG. 12 and the signal processing unit 2 may not be directly connected, but the imaging unit 6 may be separately connected to the signal processing unit 2. In order to detect the hybridization state using the imaging means, a sample base sequence labeled with a fluorescent substance or the like is used so that the probe in which hybridization has occurred emits fluorescence. An example of the hybridization state monitoring system is shown in FIG.

【0092】図13に示すように、撮像手段6により撮
像されたDNAチップ1の各プローブ121aや122
aのハイブリダイゼーション反応により生じる蛍光の明
度を示す信号、あるいは蛍光の明度を撮像した画像デー
タを信号処理部2に出力する。そして、信号処理部2
は、受信した信号や画像データを信号処理することによ
り、各プローブ121aや122a毎にハイブリダイゼ
ーション率を算出することができる。もちろん、図1に
示すモニタリングシステムにもこの撮像手段6を適用す
ることができる。
As shown in FIG. 13, the probes 121a and 122 of the DNA chip 1 imaged by the imaging means 6 are taken.
A signal indicating the brightness of fluorescence generated by the hybridization reaction of a or image data obtained by imaging the brightness of fluorescence is output to the signal processing unit 2. Then, the signal processing unit 2
The signal processing of the received signal or image data makes it possible to calculate the hybridization rate for each probe 121a or 122a. Of course, this imaging means 6 can also be applied to the monitoring system shown in FIG.

【0093】また、準相補プローブの構成は図3に示し
たものに限定されない。第1準相補プローブの変形例を
図14に示す。図14に示すように、第1準相補プロー
ブ(1)1221の塩基配列は図3と同様である。
The structure of the quasi-complementary probe is not limited to that shown in FIG. A modification of the first quasi-complementary probe is shown in FIG. As shown in FIG. 14, the base sequence of the first quasi-complementary probe (1) 1221 is the same as that in FIG.

【0094】第1準相補プローブ(2’)1222’の
塩基配列は、第1準相補プローブ(1)1221のうち
の標的相補塩基配列とは異なる塩基と隣接しない塩基
が、標的相補塩基配列とは異なる塩基となるような塩基
配列を有する。従って、相補プローブ121a中の標的
相補塩基配列のうちの2つの塩基を他の塩基に置換した
塩基配列を第1準相補プローブ(2’)1222’が有
し、かつそれら2つの塩基は互いに隣接していない。
The base sequence of the first quasi-complementary probe (2 ′) 1222 ′ is different from the target complementary base sequence of the first quasi-complementary probe (1) 1221 and is not adjacent to the target complementary base sequence. Have a base sequence that results in different bases. Therefore, the first quasi-complementary probe (2 ′) 1222 ′ has a base sequence in which two bases of the target complementary base sequence in the complementary probe 121a are replaced with another base, and these two bases are adjacent to each other. I haven't.

【0095】第1準相補プローブ(3’)1223’の
塩基配列は、第1準相補プローブ(2’)1222’の
うちの標的相補塩基配列とは異なる2つの塩基と隣接し
ない1つの塩基が、標的相補塩基配列とは異なる塩基と
なるような塩基配列を有する。従って、相補プローブ1
21a中の標的相補塩基配列のうちの3つの塩基を他の
塩基に置換した塩基配列を第1準相補プローブ(3’)
1223’が有し、かつその3つの塩基はそれぞれ互い
に隣接していない。
The base sequence of the first quasi-complementary probe (3 ′) 1223 ′ has two bases different from the target complementary base sequence of the first quasi-complementary probe (2 ′) 1222 ′ and one base which is not adjacent. , Has a base sequence that makes a base different from the target complementary base sequence. Therefore, complementary probe 1
The base sequence in which three bases of the target complementary base sequence in 21a are replaced with other bases is the first quasi-complementary probe (3 ′).
1223 'has and its three bases are not adjacent to each other.

【0096】このように、第1準相補プローブ(i’)
122iは、第1準相補プローブ((i+1)’)12
2(i+1)と標的相補塩基配列に対する不一致の塩基
数が一つ異なり、かつその不一致の塩基はそれぞれ塩基
配列中で互いに隣接していなくてもよい。
Thus, the first quasi-complementary probe (i ')
122i is the first quasi-complementary probe ((i + 1) ′) 12
The number of mismatched bases for 2 (i + 1) and the target complementary base sequence differs by one, and the mismatched bases may not be adjacent to each other in the base sequence.

【0097】(第2実施形態)本実施形態は第1実施形
態の変形例に関わる。第1実施形態では、一塩基多型
(SNP:Single Nucleotide Polymorphism)を考慮し
ない例を示したが、本実施形態は、標的塩基配列が一塩
基多型を有する場合の実施形態に関する。第1実施形態
と共通する部分の説明は省略する。
(Second Embodiment) This embodiment relates to a modification of the first embodiment. In the first embodiment, an example in which single nucleotide polymorphism (SNP: Single Nucleotide Polymorphism) is not taken into consideration is shown, but the present embodiment relates to an embodiment in which the target nucleotide sequence has a single nucleotide polymorphism. Descriptions of parts common to the first embodiment will be omitted.

【0098】図15は本実施形態のDNAチップ1の詳
細な構成を示す図である。図15に示すように、基板1
1に複数のプローブ電極201,202が設けられてい
る。プローブ電極201は相補プローブ電極であり、4
種類の相補プローブ2011a〜2011dが各相補プ
ローブ電極201a〜201dにそれぞれ固定される。
プローブ電極202は準相補プローブ電極であり、準相
補プローブ202aが固定される。相補プローブ電極2
01a〜201dは、塩基A検出用相補プローブ電極2
01a、塩基T検出用相補プローブ電極201b、塩基
C検出用相補プローブ電極201c、塩基G検出用相補
プローブ電極201dである。
FIG. 15 is a diagram showing a detailed structure of the DNA chip 1 of this embodiment. As shown in FIG. 15, the substrate 1
1 is provided with a plurality of probe electrodes 201 and 202. The probe electrode 201 is a complementary probe electrode, and
Types of complementary probes 2011a to 2011d are fixed to the complementary probe electrodes 201a to 201d, respectively.
The probe electrode 202 is a quasi-complementary probe electrode, and the quasi-complementary probe 202a is fixed. Complementary probe electrode 2
01a to 201d are complementary probe electrodes 2 for detecting base A
01a, a complementary probe electrode 201b for detecting base T, a complementary probe electrode 201c for detecting base C, and a complementary probe electrode 201d for detecting base G.

【0099】塩基A検出用相補プローブ電極201aに
は塩基A検出用相補プローブ2011aが固定され、塩
基T検出用相補プローブ電極201bには塩基T検出用
相補プローブ2011bが固定され、塩基C検出用相補
プローブ電極201cには塩基C検出用相補プローブ2
011cが固定され、塩基G検出用相補プローブ201
dには塩基G検出用相補プローブ2011dが固定され
る。
The base A detecting complementary probe 2011a is fixed to the base A detecting complementary probe electrode 201a, and the base T detecting complementary probe 2011b is fixed to the base T detecting complementary probe electrode 201b. The probe electrode 201c has a complementary probe 2 for detecting base C.
011c is fixed and complementary probe 201 for detecting base G
A complementary probe 2011d for detecting a base G is fixed to d.

【0100】図16は本実施形態の相補プローブ201
1a〜2011d、準相補プローブ202a及び標的塩
基配列200の塩基配列の概念図である。標的塩基配列
200は、SNPs塩基2001を有している。
FIG. 16 shows the complementary probe 201 of this embodiment.
1a to 2011d, a quasi-complementary probe 202a, and a target base sequence 200 are nucleotide sequences. The target base sequence 200 has SNPs bases 2001.

【0101】塩基A検出用相補プローブ2011aは、
標的塩基配列200のSNPs塩基2001をAとした
場合の標的塩基配列とは相補的な塩基配列(標的相補塩
基配列:G−T−C−A−A−G−T)を有する。塩基
T検出用相補プローブ2011bは、標的塩基配列のS
NPs塩基2001をTとした場合の標的塩基配列とは
相補的な塩基配列(標的相補塩基配列:G−T−C−T
−A−G−T)を有する。塩基C検出用相補プローブ2
011cは、標的塩基配列のSNPs塩基2001をC
とした場合の標的塩基配列とは相補的な塩基配列(標的
相補塩基配列:G−T−C−C−A−G−T)を有す
る。塩基G検出用相補プローブ2011dは、標的塩基
配列のSNPs塩基2001をGとした場合の標的塩基
配列とは相補的な塩基配列(標的相補塩基配列:G−T
−C−G−A−G−T)を有する。
The complementary probe 2011a for detecting base A is
When the SNPs base 2001 of the target base sequence 200 is A, it has a complementary base sequence (target complementary base sequence: GTC-A-A-G-T). The complementary probe 2011b for detecting base T is S of the target base sequence.
A base sequence complementary to the target base sequence when the NPs base 2001 is T (target complementary base sequence: GT-CT)
-A-G-T). Complementary probe 2 for detecting base C
011c is the SNPs base 2001 of the target base sequence C
Has a base sequence complementary to the target base sequence (target complementary base sequence: GTC-C-A-G-T). The complementary probe 2011d for detecting the base G is a base sequence complementary to the target base sequence when the SNPs base 2001 of the target base sequence is G (target complementary base sequence: GT).
-C-G-A-G-T).

【0102】準相補プローブ202aは、標的塩基配列
200のうち、SNPs塩基2001をTとした場合の
標的相補塩基配列のうち、1つの塩基を他の塩基に置換
した塩基配列(G−T−C−T−T−G−T)を有する
第1準相補プローブ(1)2021,2つの塩基を他の
塩基に置換した塩基配列(G−T−C−T−T−C−
T)を有する第1準相補プローブ(2)2022,3つ
の塩基を他の塩基に置換した塩基配列(G−T−C−T
−T−C−A)を有する第1準相補プローブ(3)20
23というように、塩基がi個異なる塩基配列を有する
第1準相補プローブ(i)202iを有する。
The quasi-complementary probe 202a is a base sequence (GT-C) in which one base is replaced with another base in the target complementary base sequence when the SNPs base 2001 is T in the target base sequence 200. -T-T-G-T) having a first quasi-complementary probe (1) 2021, a base sequence in which two bases are replaced with another base (G-T-C-T-T-C-
First quasi-complementary probe (2) 2022 having T), a base sequence in which three bases are replaced with another base (GTCT)
-T-C-A) first quasi-complementary probe (3) 20
23 has a first quasi-complementary probe (i) 202i having a base sequence in which bases differ by i.

【0103】以上に示したプローブ、プローブ電極を有
するDNAチップを用いて第1実施形態と同様の処理を
行う。検体塩基配列が標的塩基配列のSNPがTである
配列であったとすると、本実施形態の場合、塩基T検出
用相補プローブ2011bのハイブリダイゼーション率
が最大となった場合において、塩基T検出用相補プロー
ブ2011bのハイブリダイゼーション率をTO、準相
補プローブ202iのハイブリダイゼーション率をRT
iとした場合、TOとRTOiの関係を測定することに
より、ハイブリダイゼーション反応の異常や適切なハイ
ブリダイゼーション反応温度の指標を得ることができ
る。
The same processing as in the first embodiment is performed using the DNA chip having the probe and the probe electrode described above. Assuming that the sample base sequence is a sequence in which the SNP of the target base sequence is T, in the case of the present embodiment, when the hybridization rate of the base T detection complementary probe 2011b is maximum, the base T detection complementary probe is obtained. The hybridization rate of 2011b is TO and the hybridization rate of the quasi-complementary probe 202i is RT.
In the case of O i , by measuring the relationship between TO and RTO i , it is possible to obtain an indicator of abnormality in the hybridization reaction or an appropriate hybridization reaction temperature.

【0104】このように本実施形態によれば、標的塩基
配列にSNPs塩基を有する場合であっても、第1実施
形態と同様にハイブリダイゼーション反応のモニタリン
グを行うことができる。
As described above, according to the present embodiment, even when the target base sequence has SNPs bases, the hybridization reaction can be monitored as in the first embodiment.

【0105】なお、準相補プローブ202aは、標的塩
基配列200のSNPs塩基2001に対応する塩基が
Tとした場合について説明したが、他の塩基A,C,G
に置換された場合には別途同様に設定する。また、標的
塩基配列200のSNPs塩基2001に対応する塩基
をT,A,C,Gの4種類設定し、それぞれについて準
相補プローブ202a〜202dを準相補プローブ電極
202に固定してモニタリングを行ってもよい。
The quasi-complementary probe 202a has been described in the case where the base corresponding to the SNPs base 2001 of the target base sequence 200 is T, but the other bases A, C, G.
If replaced with, set separately. In addition, four types of bases T, A, C, and G corresponding to the SNPs base 2001 of the target base sequence 200 are set, and the quasi-complementary probes 202a to 202d are fixed to the quasi-complementary probe electrode 202 and monitored for each. Good.

【0106】本発明は上記実施形態に限定されるもので
はない。
The present invention is not limited to the above embodiment.

【0107】上記実施形態では、検体塩基配列としてD
NAの塩基配列を検出することにより、ハイブリダイゼ
ーション反応の最適化を図る例を示したが、DNA以外
にも他のRNAなどの塩基配列に広く適用可能である。
In the above embodiment, the sample base sequence D
Although an example has been shown in which the hybridization reaction is optimized by detecting the base sequence of NA, the present invention can be widely applied to base sequences of RNA other than DNA.

【0108】また、出力手段の一例として表示部3によ
り測定結果を表示する例を示したが、これに限定される
ことなく、最適なハイブリダイゼーション反応条件を音
声により知らせてもよい。
Further, although an example in which the measurement result is displayed on the display unit 3 is shown as an example of the output means, the present invention is not limited to this, and the optimum hybridization reaction condition may be notified by voice.

【0109】また、ハイブリダイゼーション反応の発生
率の検出は、電荷量算出やコンダクタンス算出、蛍光撮
像などにより行う例を示したが、これらに限定されな
い。
Further, the detection of the occurrence rate of the hybridization reaction is performed by calculating the charge amount, the conductance, the fluorescence imaging, etc., but the invention is not limited thereto.

【0110】また、図11に示すDNAチップ1の詳細
な構成例では、固定化電極911、参照電極912、対
向電極913の3種の電極を基板11上に配置する例を
示したが、参照電極912や対向電極913は測定手法
などに応じて適宜省略し、固定化電極911のみを配置
しても本発明を適用できることはもちろんである。参照
電極912や対向電極913を省略した場合、固定化電
極911が配置された基板とは異なる基板上にこれら参
照電極912や対向電極913を配置してもよい。
In the detailed configuration example of the DNA chip 1 shown in FIG. 11, an example in which three kinds of electrodes of the fixed electrode 911, the reference electrode 912, and the counter electrode 913 are arranged on the substrate 11 is shown. It is needless to say that the present invention can be applied even if the electrodes 912 and the counter electrode 913 are appropriately omitted depending on the measurement method and only the fixed electrode 911 is arranged. When the reference electrode 912 and the counter electrode 913 are omitted, the reference electrode 912 and the counter electrode 913 may be arranged on a substrate different from the substrate on which the fixed electrode 911 is arranged.

【0111】相補プローブ、準相補プローブ、また検体
塩基配列の構成材料は特に限定されるものではないが、
DNA、RNA、PNA、メチルホスホネート骨格等の
核酸、その他核酸類似体を用いることが可能である。
The constituent material of the complementary probe, the quasi-complementary probe, and the sample base sequence is not particularly limited,
Nucleic acids such as DNA, RNA, PNA, and methylphosphonate skeleton, and other nucleic acid analogs can be used.

【0112】[0112]

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、ハ
イブリダイゼーション条件を最適化することができる。
As described in detail above, according to the present invention, hybridization conditions can be optimized.

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

【図1】本発明の第1実施形態に係るハイブリダイゼー
ション状態モニタリングシステムの全体構成を示す図。
FIG. 1 is a diagram showing an overall configuration of a hybridization state monitoring system according to a first embodiment of the present invention.

【図2】同実施形態に係るDNAチップの詳細な構成を
示す図。
FIG. 2 is a view showing a detailed configuration of the DNA chip according to the same embodiment.

【図3】同実施形態に係る準相補プローブと標的塩基配
列の概念図を示す図。
FIG. 3 is a view showing a conceptual diagram of a quasi-complementary probe and a target base sequence according to the same embodiment.

【図4】同実施形態に係る測定結果の一例を示す図。FIG. 4 is a view showing an example of a measurement result according to the same embodiment.

【図5】同実施形態に係る測定結果の一例を示す図。FIG. 5 is a view showing an example of a measurement result according to the same embodiment.

【図6】同実施形態に係る測定結果の一例を示す図。FIG. 6 is a view showing an example of a measurement result according to the same embodiment.

【図7】同実施形態に係る測定結果の一例を示す図。FIG. 7 is a view showing an example of a measurement result according to the same embodiment.

【図8】同実施形態に係る測定結果の一例を示す図。FIG. 8 is a view showing an example of a measurement result according to the same embodiment.

【図9】同実施形態に係る測定結果の一例を示す図。FIG. 9 is a view showing an example of a measurement result according to the same embodiment.

【図10】同実施形態に係るハイブリダイゼーション状
態モニタリングの概念と測定結果を示す図。
FIG. 10 is a view showing the concept of hybridization state monitoring and measurement results according to the embodiment.

【図11】同実施形態に係るDNAチップの詳細な構造
を示す図。
FIG. 11 is a view showing a detailed structure of the DNA chip according to the same embodiment.

【図12】同実施形態に係る統計処理を用いたモニタリ
ングシステムの一例を示す図。
FIG. 12 is a diagram showing an example of a monitoring system using statistical processing according to the same embodiment.

【図13】同実施形態に係る統計処理を用いたモニタリ
ングシステムの変形例を示す図。
FIG. 13 is a view showing a modified example of the monitoring system using the statistical processing according to the same embodiment.

【図14】同実施形態に係る準相補プローブの変形例を
示す図。
FIG. 14 is a view showing a modified example of the quasi-complementary probe according to the same embodiment.

【図15】本発明の第2実施形態のDNAチップの詳細
な構成を示す図。
FIG. 15 is a diagram showing a detailed configuration of a DNA chip according to a second embodiment of the present invention.

【図16】同実施形態に係る相補プローブ、準相補プロ
ーブ202a及び標的核酸鎖の塩基配列の概念図
FIG. 16 is a conceptual diagram of base sequences of a complementary probe, a quasi-complementary probe 202a, and a target nucleic acid chain according to the same embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…DNAチップ 2…信号処理部 3…表示部 4…電極制御部 91…スポットブロック 120…標的塩基配列 121…相補プローブ電極 121a…相補プローブ 122…準相補プローブ電極 122a…準相補プローブ 921〜923…電極セット 1221…第1準相補プローブ(1) 1222…第1準相補プローブ(2) 1223…第1準相補プローブ(3) 1 ... DNA chip 2 ... Signal processing unit 3 ... Display 4 ... Electrode control unit 91 ... Spot block 120 ... Target base sequence 121 ... Complementary probe electrode 121a ... Complementary probe 122 ... Quasi-complementary probe electrode 122a ... Quasi-complementary probe 921-923 ... Electrode set 1221 ... First quasi-complementary probe (1) 1222 ... First quasi-complementary probe (2) 1223 ... First quasi-complementary probe (3)

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) G01N 27/416 G01N 37/00 102 27/42 27/46 301M 37/00 102 341M // C12N 15/09 27/30 351 27/46 336M 386G C12N 15/00 F Fターム(参考) 2G060 AA06 AC10 AD06 AE40 AF03 AF10 BA09 FA01 HA02 HC07 HC10 HC18 HD01 HD03 HE03 KA05 4B024 AA11 CA04 HA19 4B029 AA07 AA23 FA12 4B063 QA01 QA12 QA13 QQ42 QR32 QR55 QS34 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI theme code (reference) G01N 27/416 G01N 37/00 102 27/42 27/46 301M 37/00 102 341M // C12N 15/09 27/30 351 27/46 336M 386G C12N 15/00 FF Term (reference) 2G060 AA06 AC10 AD06 AE40 AF03 AF10 BA09 FA01 HA02 HC07 HC10 HC18 HD01 HD03 HE03 KA05 4B024 AA11 CA04 HA19 4B029 AA07 AA23 FA13 QA42AQ4Q06QA QAQA QR55 QS34

Claims (12)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板と、 前記基板上に固定化され、検出の目的とする標的塩基配
列と相補性のある標的相補塩基配列よりも前記標的塩基
配列に対して相補性の低い準相補塩基配列を有する複数
種の第1準相補プローブを有し、前記複数種の第1準相
補プローブは、前記標的塩基配列と相補性の無い非相補
塩基数が互いに異なっている第1準相補プローブ群とを
具備する塩基配列検出用チップ。
1. A substrate, and a quasi-complementary base sequence immobilized on the substrate and having a lower complementarity to the target base sequence than the target complementary base sequence complementary to the target base sequence to be detected. A plurality of types of first quasi-complementary probes having a plurality of types of first quasi-complementary probes, and the plurality of types of first quasi-complementary probes differ from each other in the number of non-complementary bases that are not complementary to the target base sequence. A base sequence detection chip comprising:
【請求項2】 基板と、 前記基板上に固定化され、検出の目的とする標的塩基配
列と相補性のある標的相補塩基配列よりも前記標的塩基
配列に対して相補性の低い準相補塩基配列を有する複数
種の第1準相補プローブを有し、前記複数種の第1準相
補プローブは、前記標的塩基配列と相補性の無い非相補
塩基数が互いに異なっている第1準相補プローブ群とを
備えた塩基配列検出用チップと、 前記塩基配列検出用チップにおける各々の第1準相補プ
ローブと検体塩基配列とのハイブリダイゼーション反応
の発生率を検出する検出手段と、 前記検出手段により検出された前記反応発生率を出力す
る出力手段とを具備するハイブリダイゼーションモニタ
リングシステム。
2. A substrate, and a quasi-complementary base sequence immobilized on the substrate and having a lower complementarity to the target base sequence than the target complementary base sequence complementary to the target base sequence to be detected. A plurality of types of first quasi-complementary probes having a plurality of types of first quasi-complementary probes, and the plurality of types of first quasi-complementary probes differ from each other in the number of non-complementary bases that are not complementary to the target base sequence. A base sequence detection chip comprising: a detection means for detecting an incidence of a hybridization reaction between each first quasi-complementary probe and a sample base sequence in the base sequence detection chip; A hybridization monitoring system, comprising: an output unit that outputs the reaction occurrence rate.
【請求項3】 前記検出手段により検出されたハイブリ
ダイゼーション反応の発生率を、該ハイブリダイゼーシ
ョン反応条件に関連づけて格納する記憶手段をさらに備
える請求項2に記載のハイブリダイゼーションモニタリ
ングシステム。
3. The hybridization monitoring system according to claim 2, further comprising a storage unit that stores the occurrence rate of the hybridization reaction detected by the detection unit in association with the hybridization reaction condition.
【請求項4】 さらに、前記基板上に固定化され、標的
塩基配列と相補性のある標的相補塩基配列よりも前記標
的塩基配列に対して相補性の低い準相補塩基配列を有す
る複数種の第2準相補プローブを有し、前記複数の第2
準相補プローブは、前記非相補塩基数が同一でかつ互い
に塩基配列の異なる第2準相補プローブ群を具備する請
求項2に記載のハイブリダイゼーションモニタリングシ
ステム。
4. A plurality of types of first groups having a quasi-complementary base sequence immobilized on the substrate and having a lower complementarity to the target base sequence than the target complementary base sequence complementary to the target base sequence. A second quasi-complementary probe,
3. The hybridization monitoring system according to claim 2, wherein the quasi-complementary probes include a second quasi-complementary probe group having the same number of non-complementary bases and different base sequences.
【請求項5】 前記基板上に、スポッティング装置の1
回の溶剤の滴下により溶剤が前記基板上に広がる領域で
あって、溶剤の他の滴下により溶剤が前記基板上に広が
る他の領域と重なり部分を持たず、溶剤の各滴下位置の
距離を最小とする領域を複数有し、前記領域のそれぞれ
に、前記準相補プローブが複数種形成されている請求項
2に記載のハイブリダイゼーションモニタリングシステ
ム。
5. A spotting device 1 is provided on the substrate.
This is a region where the solvent spreads on the substrate by one drop of the solvent and does not overlap with another region where the solvent spreads on the substrate by another drop of the solvent. The hybridization monitoring system according to claim 2, wherein the hybridization monitoring system has a plurality of regions, and a plurality of types of the quasi-complementary probes are formed in each of the regions.
【請求項6】 前記検出手段により検出された発生率に
基づき、第1及び第2の準相補プローブ群のうち、前記
非相補塩基数が同一でかつ互いに塩基配列の異なる複数
の準相補プローブにおけるハイブリダイゼーション反応
の発生率の平均値を算出し、該平均値から所定のしきい
値φ以上外れた前記反応発生率を除外する第1の統計処
理、前記非相補塩基数が同一でかつ互いに塩基配列の異
なる複数の準相補プローブにおけるハイブリダイゼーシ
ョン反応の発生率を加算して代表値を算出する第2の統
計処理、第1の統計処理により除外された結果得られる
前記反応発生率の平均値を算出する第3の統計処理、第
1の統計処理により除外された結果得られる前記反応発
生率の分散値を算出する第4の統計処理の少なくとも一
つを実行する統計処理手段をさらに備えることを特徴と
する請求項4に記載のハイブリダイゼーションモニタリ
ングシステム。
6. A plurality of quasi-complementary probes having the same number of non-complementary bases and different base sequences from each other among the first and second quasi-complementary probe groups based on the occurrence rate detected by said detecting means. A first statistical process of calculating an average value of occurrence rates of hybridization reactions and excluding the reaction occurrence rates that deviate from the average value by a predetermined threshold value φ or more, the number of non-complementary bases is the same, and bases are mutually bases. A second statistical process of adding the occurrence rates of hybridization reactions in a plurality of quasi-complementary probes having different sequences to calculate a representative value, and an average value of the reaction occurrence rates obtained as a result of being excluded by the first statistical process. A statistical process for executing at least one of a third statistical process for calculating and a fourth statistical process for calculating a variance value of the reaction occurrence rate obtained as a result of being excluded by the first statistical process. Hybridization monitoring system of claim 4 further comprising a means.
【請求項7】 前記基板上に配置され、前記第1準相補
プローブ又は第2準相補プローブを固定化する固定化電
極と、対向電極とをさらに備え、 前記検出手段は、前記固定化電極から流れる電荷量に基
づきハイブリダイゼーション反応の発生率を算出するこ
とを特徴とする請求項2又は4に記載のハイブリダイゼ
ーションモニタリングシステム。
7. An immobilization electrode, which is disposed on the substrate and immobilizes the first quasi-complementary probe or the second quasi-complementary probe, and a counter electrode, further comprising: The hybridization monitoring system according to claim 2 or 4, wherein the generation rate of the hybridization reaction is calculated based on the amount of flowing charges.
【請求項8】 前記基板上に配置され、前記第1又は第
2準相補プローブを固定化する固定化電極と、対向電極
とをさらに備え、 前記検出手段は、前記固定化電極と前記対向電極間の電
圧あるいは電流に基づき得られるコンダクタンスに基づ
きハイブリダイゼーション反応の発生率を算出すること
を特徴とする請求項2又は4に記載のハイブリダイゼー
ションモニタリングシステム。
8. An immobilization electrode disposed on the substrate for immobilizing the first or second quasi-complementary probe, and a counter electrode, further comprising: the detection means, the immobilization electrode and the counter electrode. The hybridization monitoring system according to claim 2 or 4, wherein the occurrence rate of the hybridization reaction is calculated based on the conductance obtained based on the voltage or the current between them.
【請求項9】 ハイブリダイゼーション反応後の前記塩
基配列検出用チップの第1又は第2準相補プローブを撮
像する撮像手段をさらに備え、前記検出手段は、前記撮
像手段により撮像される蛍光の明度に基づいてハイブリ
ダイゼーション反応の発生率を算出することを特徴とす
る請求項2又は4に記載のハイブリダイゼーションモニ
タリングシステム。
9. An image pickup means for picking up an image of the first or second quasi-complementary probe of the base sequence detection chip after the hybridization reaction is further provided, and the detection means has a brightness of fluorescence imaged by the image pickup means. The hybridization monitoring system according to claim 2, wherein the incidence of the hybridization reaction is calculated based on the above.
【請求項10】 基板と、前記基板上に固定化され、検
出の目的とする標的塩基配列と相補性のある標的相補塩
基配列よりも前記標的塩基配列に対して相補性の低い準
相補塩基配列を有する複数種の第1準相補プローブを有
し、前記複数種の第1準相補プローブは、前記標的塩基
配列と相補性の無い非相補塩基数が互いに異なっている
第1準相補プローブ群と、前記基板上に配置され、前記
第1準相補プローブを固定化する固定化電極とを具備す
る塩基配列検出用チップを検体塩基配列を含む被験液に
接触させることにより、前記準相補塩基配列と前記検体
塩基配列とをハイブリダイゼーション反応させ、 前記各々の第1準相補プローブと前記検体塩基配列との
ハイブリダイゼーション反応の発生率を検出し、 前記検出されたハイブリダイゼーション反応の発生率を
出力することを特徴とするハイブリダイゼーション反応
モニタリング方法。
10. A substrate and a quasi-complementary base sequence that is immobilized on the substrate and has lower complementarity to the target base sequence than the target complementary base sequence that is complementary to the target base sequence to be detected. A plurality of types of first quasi-complementary probes having a plurality of types of first quasi-complementary probes, and the plurality of types of first quasi-complementary probes differ from each other in the number of non-complementary bases that are not complementary to the target base sequence , A quasi-complementary base sequence by contacting a base sequence detection chip, which is disposed on the substrate and has an immobilized electrode for immobilizing the first quasi-complementary probe, with a test solution containing a sample base sequence. A hybridization reaction is performed with the sample base sequence, the occurrence rate of the hybridization reaction between each of the first quasi-complementary probes and the sample base sequence is detected, and the detected hybridisase is detected. Hybridization reaction monitoring method and outputting the incidence of Deployment reaction.
【請求項11】 前記ハイブリダイゼーション反応は、
少なくとも複数の反応条件で行い、前記発生率は、前記
反応条件に関連づけて出力することを特徴とする請求項
10に記載のハイブリダイゼーション反応モニタリング
方法。
11. The hybridization reaction comprises:
The hybridization reaction monitoring method according to claim 10, wherein the method is performed under at least a plurality of reaction conditions, and the generation rate is output in association with the reaction conditions.
【請求項12】 前記複数の反応条件は、前記塩基配列
検出用チップの温度を変化させることにより与えられる
温度条件であることを特徴とする請求項11に記載のハ
イブリダイゼーション反応モニタリング方法。
12. The hybridization reaction monitoring method according to claim 11, wherein the plurality of reaction conditions are temperature conditions provided by changing the temperature of the base sequence detection chip.
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