JP2003302373A - Biochemical analysis method using beads - Google Patents

Biochemical analysis method using beads

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JP2003302373A JP2002110503A JP2002110503A JP2003302373A JP 2003302373 A JP2003302373 A JP 2003302373A JP 2002110503 A JP2002110503 A JP 2002110503A JP 2002110503 A JP2002110503 A JP 2002110503A JP 2003302373 A JP2003302373 A JP 2003302373A
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啓 由尾
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a biochemical analysis method that is useful for the all- inclusive analysis of genes and the analysis of interaction between substances. <P>SOLUTION: The biochemical analysis method is provided, which includes a reaction procedure for performing the mutual reaction of a target substance 3 in a liquid phase to a substance 2 for detection that is immobilized to the surface of beads 1 that can be optically or electrically identified (1), and a beads-fractionating procedure for fractionating the beads 1 (1a, 1b, 1c) that are obtained through the reaction procedure in an electrolyte channel 4 filled with electrolyte R (2). <P>COPYRIGHT: (C)2004,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、遺伝子の変異解
析、遺伝子発現解析、多型解析、分子間相互反応のカイ
ネティクス等に有用な生化学的分析方法に関する。詳し
くは、ヌクレオチド等の物質を固定するための担体とし
て機能するビーズの表面において、ハイブリダイゼーシ
ョン反応等の相互反応を行った後に、電気泳動に基づき
アクティブな反応を示したビーズを分別する手法を含む
生化学的分析方法に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a biochemical analysis method useful for gene mutation analysis, gene expression analysis, polymorphism analysis, kinetics of intermolecular interaction and the like. Specifically, it includes a method of separating beads that show an active reaction based on electrophoresis after performing mutual reaction such as hybridization reaction on the surface of beads that function as a carrier for immobilizing substances such as nucleotides. Biochemical analysis method.

【0002】[0002]

【従来の技術】現在、マイクロアレイ技術によって所定
のDNAが微細配列された、いわゆるDNAチップ又は
DNAマイクロアレイ(以下、「DNAチップ」と総称
する。)と称されるバイオアッセイ用の分子集積基板
が、遺伝子の変異解析、SNPs(一塩基多型)分析、
遺伝子発現頻度解析等に利用されており、創薬、臨床診
断、薬理ジェノミクス、法医学その他の分野において広
範囲に活用され始めている。
2. Description of the Related Art At present, a molecular integrated substrate for a bioassay called a so-called DNA chip or a DNA microarray (hereinafter, collectively referred to as "DNA chip"), in which predetermined DNAs are finely arrayed by a microarray technology, is available. Mutation analysis of genes, SNPs (single nucleotide polymorphism) analysis,
It has been used for gene expression frequency analysis, etc., and has begun to be widely used in the fields of drug discovery, clinical diagnosis, pharmacogenomics, forensic medicine and others.

【0003】このDNAチップは、ガラス基板やシリコ
ン基板上に多種・多数のDNAオリゴ鎖やcDNA(co
mplementary DNA)等が集積されていることから、ハイ
ブリダイゼーション等の分子間相互反応の網羅的解析が
可能となる点が特徴とされている。
This DNA chip has various types and many kinds of DNA oligo chains and cDNA (co
It is characterized by the fact that it is possible to comprehensively analyze intermolecular interactions such as hybridization because of the accumulation of complementary DNA).

【0004】DNAチップによる解析手法の一例を簡潔
に説明すれば、ガラス基板やシリコン基板上に固相化さ
れたDNAプローブに対して、細胞、組織等から抽出し
たmRNAを逆転写PCR反応等によって蛍光プローブ
dNTPを組み込みながらPCR増幅し、前記基板上に
おいてハイブリダイゼーションを行い、所定の検出器で
蛍光測定を行うという手法である。
Briefly explaining an example of an analysis method using a DNA chip, mRNA extracted from cells, tissues or the like is subjected to reverse transcription PCR reaction or the like with respect to a DNA probe immobilized on a glass substrate or a silicon substrate. This is a method of performing PCR amplification while incorporating a fluorescent probe dNTP, performing hybridization on the substrate, and performing fluorescence measurement with a predetermined detector.

【0005】ここで、DNAチップは二つのタイプに分
類できる。第1のタイプは、半導体露光技術を応用した
フォトリソグラフィーの技術を用いて、所定の基板上に
直接オリゴヌクレオチドを合成していくものであり、ア
フィメトリクス社(Affymetrix社)によるも
のが代表的である(例えば、特表平4−505760号
公報参照)。この種のチップは、集積度は高いが、基板
上でのDNA合成には限界があって、数十塩基程度の長
さである。第2のタイプは、「スタンフォード方式」と
も称されるもので、先割れピンを用いて、予め用意され
たDNAを基板上に分注・固相化していくことによって
作製されるものである(例えば、特許3272365号
公報参照)。この種のチップは、集積度は前者に比べて
低いが、1kb程度のDNA断片を固相化できるという
利点がある。
Here, DNA chips can be classified into two types. The first type is a method of directly synthesizing an oligonucleotide on a predetermined substrate by using a photolithography technique to which a semiconductor exposure technique is applied, and is typically produced by Affymetrix. (For example, refer to Japanese Patent Publication No. 4-505760). Although this type of chip has a high degree of integration, it has a limit in DNA synthesis on a substrate and has a length of about several tens of bases. The second type is also called the "Stanford method", and is prepared by dispensing and immobilizing DNA prepared in advance on a substrate using a tip pin ( See, for example, Japanese Patent No. 3272365). Although this type of chip has a lower degree of integration than the former, it has the advantage that it can immobilize a DNA fragment of about 1 kb.

【0006】また、現在、プロテインチップを含むバイ
オセンサーチップと称される、薄い平板上に設けられた
微小な検出表面部位に所定の検出用物質を固相化し、こ
の検出用物質に対して、標的物質を含む溶液を微容量通
水し、両物質の相互反応を表面プラズモン共鳴原理や水
晶発振子等の原理を用いて観察・分析するバイオセンサ
ー技術が進展しており、抗体抗原反応やホルモン応答反
応等の物質間相互反応の分析における有用な技術となっ
ている。
[0006] At present, a predetermined detection substance is immobilized on a minute detection surface portion provided on a thin flat plate, which is called a biosensor chip including a protein chip, and the detection substance is A biosensor technology is in progress to observe and analyze the mutual reaction of both substances by using the surface plasmon resonance principle and the principle of a crystal oscillator, etc., by passing a small amount of a solution containing the target substance, antibody-antigen reaction and hormone. It has become a useful technique in the analysis of interaction reactions between substances such as response reactions.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来のDNAチップ技術は、二次元である基板の狭小
なスポット部位においてDNAプローブ等のヌクレオチ
ドを固相化(固定化)し、ハイブリダイゼーション反応
を行う技術であるため、空間的にヌクレオチド分子の自
由度が制限される。また、ハイブリダイゼーション反応
の際に立体障害が発生する可能性がある。これらの理由
から、従来のDNAチップ技術では、ハイブリダイゼー
ション反応の効率が悪く、反応時間が長い傾向があると
いう技術的課題があった。
However, in the above-mentioned conventional DNA chip technology, a nucleotide such as a DNA probe is solid-phased (immobilized) at a narrow spot site of a two-dimensional substrate to carry out a hybridization reaction. Since this technique is performed, the degree of freedom of nucleotide molecules is spatially limited. In addition, steric hindrance may occur during the hybridization reaction. For these reasons, the conventional DNA chip technology has a technical problem that the efficiency of the hybridization reaction is poor and the reaction time tends to be long.

【0008】また、既述したバイオセンサー技術におい
ては、ナノリッターレベルの極微量溶液の取り扱いが難
しく、ハイスル−プット化する際には、高度な熟練技術
が必要となる等の技術的課題があり、加えて、当該技術
を実施するための装置又はシステムが非常に高価であっ
た。
Further, in the above-mentioned biosensor technology, there is a technical problem that it is difficult to handle an extremely small amount of solution on a nanoliter level, and a highly skilled technology is required for high throughput. In addition, the devices or systems for implementing the technology were very expensive.

【0009】そこで、本発明の主な目的は、光学的又は
電気的に識別可能なビーズ表面で、ハイブリダイゼーシ
ョン等の物質間相互反応を行う技術と、電気泳動による
ビーズ分別技術等を駆使することによって、反応効率を
向上させるとともに、全体の手順が簡易な生化学的分析
方法を提供することにある。
Therefore, the main object of the present invention is to make full use of a technique of performing a mutual reaction between substances such as hybridization on a bead surface which is optically or electrically distinguishable, and a technique of separating beads by electrophoresis. Therefore, it is intended to improve the reaction efficiency and provide a biochemical analysis method in which the whole procedure is simple.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】上記技術的課題を解決す
るために、まず、本願においては、(1)複数の階調に
色分けされて、光学的又は電気的に識別可能とされたビ
ーズ表面に固定された検出用物質に対して、標的物質を
液相中で相互反応させる反応手順、(2)前記反応手順
を経て得られる前記ビーズを、電解液流路中において電
気泳動させて分別するビーズ分別手順、これら(1)、
(2)の手順を少なくとも含む生化学的分析方法を提供
する。
In order to solve the above technical problems, first, in the present application, (1) a bead surface that is color-coded into a plurality of gradations and is optically or electrically distinguishable. A reaction procedure in which a target substance is allowed to interact in a liquid phase with respect to the detection substance immobilized on (2) the beads obtained through the reaction process are electrophoresed and separated in an electrolyte flow path. Bead sorting procedure, these (1),
Provided is a biochemical analysis method including at least the procedure of (2).

【0011】ここで、本発明に係る生化学的分析方法で
は、微小なビーズを検出用物質及び反応物質(検出用物
質と標的物質が結合した物質)の担体並びにカウンター
ウエイトとして機能させることによって、該ビーズ群を
所定の電解液流路中に投入し、ビーズに保持された物質
の電荷を駆動力として電気泳動を行い、分別を行うとい
うことを特徴としている。即ち、このビーズの分別は、
ビーズ表面に結合している物質の電荷総量に応じてクー
ロン力の大小が発生すると、このクーロン力の差異が電
気泳動の速度の差になって現出するという原理に基づい
ている。
Here, in the biochemical analysis method according to the present invention, the minute beads are caused to function as a carrier and a counterweight for the detection substance and the reaction substance (the substance in which the detection substance and the target substance are bound), and It is characterized in that the bead group is put into a predetermined electrolyte flow path, and electrophoresis is performed by using the charge of the substance held by the beads as a driving force to perform separation. That is, the classification of these beads is
It is based on the principle that when the magnitude of the Coulomb force occurs depending on the total amount of charges of the substance bound to the bead surface, the difference in the Coulomb force appears as a difference in the speed of electrophoresis.

【0012】より具体的には、ビーズに固相化された検
出用物質とサンプル溶液中の標的物質がアクティブな反
応を示した場合には、当該ビーズに保持された反応物質
のクーロン力が歴然として大きくなる。その結果、該ビ
ーズは、DC(Direct current)電界がかけられた電解液
流路中を、反応物質の電荷とは逆の電極側に引きつけら
れてより早く移動し、短時間の内に電極領域に集まって
くる。例えば、反応物質がDNAである場合では、該反
応物資は負電極を帯びているので、正電極側に移動す
る。一方、アクティブな反応を示さなかった場合には、
当該ビーズは泳動することなく留まるか、電解液流路中
をゆっくり移動することになる。
More specifically, when the detection substance immobilized on the bead and the target substance in the sample solution show an active reaction, the Coulomb force of the reaction substance retained on the bead is obvious. As it grows. As a result, the beads are attracted to the electrode side opposite to the charge of the reactant in the electrolytic solution flow path to which a DC (Direct current) electric field is applied, and move faster, and the electrode region is moved within a short time. Come to. For example, when the reactant is DNA, the reactant moves to the positive electrode side because it has a negative electrode. On the other hand, if no active reaction is shown,
The beads either stay without migrating or move slowly in the electrolyte flow path.

【0013】ここで、本発明において使用することがで
きるビーズには、手段を問わず、光学的又は電気的に識
別可能な構成とされた微小なビーズである。また、各ビ
ーズに固定された検出用物質の種類は予め記録しておく
ことも必要である。本発明では、光学的又は電気的に識
別可能とされたビーズ自体を検出すればよいので、従来
は必須であった反応物質の傾向標識やRI標識は不要と
なる。
Here, the beads that can be used in the present invention are minute beads having a structure capable of being optically or electrically distinguished by any means. It is also necessary to record in advance the type of detection substance immobilized on each bead. In the present invention, since it is sufficient to detect the beads themselves which are optically or electrically distinguishable, the tendency labeling and RI labeling of the reaction substances, which have been essential in the past, are unnecessary.

【0014】ビーズの光学的識別方法としては、ビーズ
の色調を変える方法を採用でき、例えば、2色のシアニ
ン色素Cy3,Cy5を混合して染色を施し、各蛍光色
素の含有割合によって色の階調が施されたビーズ群や、
複数の蛍光色素を混合することなく組み合わせ、色分け
したビーズ群等を採用することができる。なお、ビーズ
は輪郭がはっきりしているので、光学的に高解像度で読
み取ることができ、低価格の光学システムを採用できる
という利点がある。
As a method of optically identifying the beads, a method of changing the color tone of the beads can be adopted. For example, two colors of cyanine dyes Cy3 and Cy5 are mixed and dyed, and the level of the color is determined by the content ratio of each fluorescent dye. A group of beads with a tone,
It is possible to combine a plurality of fluorescent dyes without mixing them and to adopt a color-coded bead group or the like. Since the bead has a clear contour, it has an advantage that it can be optically read with high resolution and a low-cost optical system can be adopted.

【0015】ビーズの電気的識別方法としては、例え
ば、磁気ビーズを用い、電磁誘導によって発生する電流
を検出することによって電気的に識別することができ
る。
As a method of electrically identifying the beads, for example, magnetic beads can be used to electrically identify the beads by detecting a current generated by electromagnetic induction.

【0016】これにより、光学的又は電気的にビーズを
識別できる所定の読み取りセンサーを用いて、どの種の
ビーズが、正電極側に迅速に移動し、又はゆっくりと移
動し、又は移動しなかったのか、を的確に把握すること
ができるので、標的物質と検出用物質の相互反応の有
無、反応強度、親和性、塩基配列の相補性等を容易に追
跡することができる。即ち、本発明に係る生化学的分析
方法は、遺伝子の変異解析、遺伝子発現解析、多型解
析、分子間相互反応のカイネティクスの解析、抗原抗体
反応やホルモン応答反応等の解析に利用できる。
Thus, using a predetermined read sensor capable of optically or electrically identifying the beads, which kind of beads rapidly moved to the positive electrode side, slowly moved, or did not move. Since it can be accurately grasped, it is possible to easily trace the presence or absence of the mutual reaction between the target substance and the detection substance, the reaction strength, the affinity, the complementarity of the base sequence, and the like. That is, the biochemical analysis method according to the present invention can be used for gene mutation analysis, gene expression analysis, polymorphism analysis, kinetics analysis of intermolecular interaction, analysis of antigen-antibody reaction, hormone response reaction and the like.

【0017】なお、ビーズ表面には、各種検出用物質を
固定できるように、検出用物質との結合部位を備える物
質をコーティングする。そして、前記コーティング処理
後のビーズ表面には、一本鎖又は二本鎖の全長又は断片
のヌクレオチド、ペプチド、タンパク質、脂質、低分子
化合物、糖、リポソームその他の生体物質等の検出用物
質を固相化しておく。光学的又は電気的に同一種として
識別されるビーズ毎に、異なる前記検出用物質をそれぞ
れ固定しておくこともできる。
The surface of the beads is coated with a substance having a binding site for the detection substance so that various detection substances can be immobilized. The surface of the beads after the coating treatment is fixed with a detection substance such as a single-stranded or double-stranded full-length or fragment nucleotide, peptide, protein, lipid, low-molecular compound, sugar, liposome or other biological substance. Phase it. It is also possible to immobilize different detection substances for each bead that is optically or electrically identified as the same species.

【0018】次に、本発明では、所定の検出用物質が固
定されたビーズ群を所定のバッファー溶液中に投入し、
標的物質との間でのハイブリダイゼーション等の相互反
応を所定時間進行させる。
Next, in the present invention, a bead group on which a predetermined substance for detection is immobilized is put into a predetermined buffer solution,
A mutual reaction such as hybridization with the target substance is allowed to proceed for a predetermined time.

【0019】この方法によれば、検出用物質並びに標的
物質はバッファー溶液中をブラウン運動等により拡散で
きるので、物質相互の接触頻度が高まるという利点があ
る。また、ビーズ表面は、従来のDNAチップの基板上
のスポット部位やセンサーチップの薄板上の検出表面部
位に比して、表面積が大きく、また反応空間も広いの
で、物質の自由度が大きく、相互反応の際の立体障害も
大きな問題にならない。このため、ハイブリダイゼーシ
ョンその他の相互反応を効率良く進行させ、反応を短時
間で完了させることができる。
According to this method, the substance for detection and the target substance can be diffused in the buffer solution by Brownian motion or the like, which has the advantage of increasing the frequency of contact between the substances. Further, the bead surface has a large surface area and a large reaction space as compared with the conventional spot portion on the substrate of the DNA chip and the detection surface portion on the thin plate of the sensor chip. Steric hindrance during the reaction is not a big problem. Therefore, hybridization and other mutual reactions can proceed efficiently and the reaction can be completed in a short time.

【0020】なお、本願においてハイブリダイゼーショ
ンなる用語は、デオキシリボ核酸(DNA)、リボ核酸
(RNA)、ポリヌクレオチド及びオリゴヌクレオチド
を包含する全ての天然又は合成の核酸並びに核酸誘導体
の間における全ての相補鎖形成反応を包含する。
In the present application, the term "hybridization" refers to deoxyribonucleic acid (DNA), ribonucleic acid (RNA), all natural or synthetic nucleic acids including polynucleotides and oligonucleotides, and all complementary strands between nucleic acid derivatives. The formation reaction is included.

【0021】本発明では、検出用物質がヌクレオチド場
合、ヌクレオチドのTm(meltingTemperature)又はG
C含有率によってビーズをグルーピングし、グループ毎
に反応場を区別することにより、最適なバッファー溶液
の組成又は温度条件の下で、ハイブリダイゼーション反
応を行わせるように工夫することができる。この工夫に
よれば、一律の反応条件でハイブリダイゼーションを行
わなければならない既存のDNAチップに比して、ハイ
ブリダイゼーション反応を高精度に行うことができる。
In the present invention, when the substance for detection is a nucleotide, the Tm (melting Temperature) of the nucleotide or G
By grouping the beads according to the C content and distinguishing the reaction field for each group, it is possible to devise to carry out the hybridization reaction under the optimal composition or temperature condition of the buffer solution. According to this device, it is possible to carry out the hybridization reaction with high accuracy as compared with the existing DNA chip which has to carry out the hybridization under a uniform reaction condition.

【0022】続いて、前記洗浄手順を経た前記ビーズ群
を所定の電解液流路中に投入し、既述した原理に基づい
て電気泳動を行うことによって、ビーズ群の「分別手
順」を行う。ここで、前記ビーズとして磁気ビーズを用
いるように工夫し、かつ泳動開始地点となる負電極側に
磁石を配置しておくことにより、電解液流路中に投入さ
れたビーズ群を一旦負電極側に留めおくことが可能とな
る。これにより、電気泳動開始前のビーズ群の自由拡散
を防止することができるので、正確な電気泳動測定を行
うことができる。なお、電気泳動開始と同時に、前記磁
石の磁力が磁気ビーズに及ばないように工夫する。
Next, the "sorting procedure" of the bead group is performed by introducing the bead group that has undergone the washing procedure into a predetermined electrolyte solution flow path and performing electrophoresis based on the principle described above. Here, by devising the use of magnetic beads as the beads, and by arranging a magnet on the negative electrode side that is the migration start point, the beads that have been introduced into the electrolyte solution flow path are once placed on the negative electrode side. It is possible to keep it. As a result, free diffusion of the bead group before the start of electrophoresis can be prevented, and accurate electrophoresis measurement can be performed. At the same time as the start of electrophoresis, a device is devised so that the magnetic force of the magnet does not reach the magnetic beads.

【0023】前記分別手順の際には、ビーズ表面に保持
されている物質に対して、電気的な振動を加えることに
よって、ビーズ表面に固定された検出用物質に、例え
ば、ミスハイブリした状態で結合している標的物質を解
離させる手順を行うこともできる。
In the separation procedure, the substance retained on the bead surface is electrically vibrated to detect the substance immobilized on the bead surface, for example, in the form of mishybridization. A procedure for dissociating the bound target substance can also be performed.

【0024】具体的には、電解液に低・中周波数のAC
(Alternating current)電界を、泳動分別用のDC電
界をかける前又は同時にかけて、ビーズ表面に不充分な
結合状態(ミスハイブリ)で留まっている標的物質に振
動を加え、物理的に検出用物質から脱離させる。
Specifically, the electrolytic solution contains AC of low and medium frequencies.
(Alternating current) An electric field is applied before or at the same time as a DC electric field for electrophoretic separation, and vibration is applied to the target substance remaining in an insufficiently bound state (mishybridization) on the bead surface so that the target substance is physically removed from the detection substance. Detach.

【0025】この解離手順によれば、反応手順を経たビ
ーズ群を、「アクティブな反応を示した物質を保持する
ビーズ」と「検出用物質のみが固定された未反応状態の
ビーズ」に大別することができる。この結果、電解液流
路中においてビーズ群を負電極側と正電極側に二分する
ことができる。
According to this dissociation procedure, beads that have undergone the reaction procedure are roughly classified into "beads that retain a substance that exhibits an active reaction" and "beads in an unreacted state in which only a substance for detection is immobilized". can do. As a result, the bead group can be divided into the negative electrode side and the positive electrode side in the electrolytic solution flow path.

【0026】また、前記解離手順を採用することによっ
て、既存のDNAチップ、プロテインチップその他のバ
イオセンサーチップにおいて必須とされる洗浄、乾燥手
順が全く不要となるという利点がある。即ち、洗浄液の
組成や洗浄条件の選定に関する余計な配慮が不要とな
り、また、洗浄、乾燥手順自体も不要であるので、分析
作業全体を簡略化できる。
Further, by adopting the above-mentioned dissociation procedure, there is an advantage that the washing and drying procedures which are indispensable in the existing DNA chip, protein chip and other biosensor chips are completely unnecessary. That is, it is possible to simplify the entire analysis work, since extra consideration regarding the selection of the composition of the cleaning liquid and the cleaning conditions is unnecessary, and the cleaning and drying procedure itself is unnecessary.

【0027】次に、本発明では、検出用物質と標的物質
が、共に一本鎖ヌクレオチドであって、即ち記反応手順
がハイブリダイゼーション反応である場合には、上記分
別手順後に、電解液流路中の正電極側に移動したビーズ
を回収し、電解液流路中を正極側に泳動してきた前記ビ
ーズを回収し、該ビーズに結合している二本鎖ヌクレオ
チドの標的ヌクレオチド鎖をPCR増幅処理し、シーク
エンシングすることによって、該標的ヌクレオチド鎖の
塩基配列を容易に知ることができる。なお、前記回収作
業を容易化する目的で、使用する電解液流路には、正電
極側に集まってきたビーズを槽外に簡易に排出・回収で
きる構造を付設してもよい。
Next, in the present invention, when the detection substance and the target substance are both single-stranded nucleotides, that is, when the reaction procedure is a hybridization reaction, an electrolyte solution flow path is provided after the fractionation procedure. The beads that have moved to the positive electrode side of the inside are collected, the beads that have migrated to the positive electrode side in the electrolyte flow path are collected, and the target nucleotide chain of the double-stranded nucleotide bound to the beads is subjected to PCR amplification treatment. Then, the base sequence of the target nucleotide chain can be easily known by sequencing. In addition, for the purpose of facilitating the recovery operation, the electrolyte solution flow path to be used may be provided with a structure capable of easily discharging and recovering the beads collected on the positive electrode side to the outside of the tank.

【0028】以上のように、本発明は、基板上の狭小な
スポット部位においてハイブリダイゼーション行う構成
であるDNAチップとは全く異なる構成の網羅的遺伝子
解析手段並びに薄板状のセンサーチップの狭小な検出表
面で物質間の相互反応を進行させるバイオセンサーチッ
プとは全く異質な構成の網羅的相互反応解析手段を提供
するという技術的意義を有している。
As described above, according to the present invention, an exhaustive gene analysis means having a completely different structure from that of a DNA chip, which is a structure for performing hybridization at a narrow spot portion on a substrate, and a narrow detection surface of a thin plate-shaped sensor chip. It has the technical significance of providing an exhaustive mutual reaction analysis means having a completely different structure from the biosensor chip that promotes mutual reaction between substances.

【0029】[0029]

【発明の実施の形態】以下、添付図面に基づき、本発明
の好適な実施形態について説明する。まず、図1は、本
発明に係る生化学的分析方法で用いられるビーズの一実
施形態を表す図、図2は、同ビーズのコーティング処理
について説明する図、である。
Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. First, FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of beads used in the biochemical analysis method according to the present invention, and FIG. 2 is a diagram illustrating coating treatment of the beads.

【0030】図1,図2中の符号1は、本発明に係る生
化学的分析方法に好適な球形のポリスチレン製ビーズで
ある。該ビーズ1は、2種類の蛍光色素Cy3(蛍光波
長570nm、励起波長543nm)、Cy5(蛍光波
長670nm、励起波長633nm)の含有割合を段階
的に変えることによって染色が施され、本実施形態で
は、10×10=100階調のビーズ1群が作製されて
いる。なお、ビーズ1の階調数は、必要に応じて適宜決
定でき、100階調に限定されない。
Reference numeral 1 in FIGS. 1 and 2 denotes spherical polystyrene beads suitable for the biochemical analysis method according to the present invention. The beads 1 are dyed by gradually changing the content ratios of the two types of fluorescent dyes Cy3 (fluorescence wavelength 570 nm, excitation wavelength 543 nm) and Cy5 (fluorescence wavelength 670 nm, excitation wavelength 633 nm). A group of beads having 10 × 10 = 100 gradations is manufactured. The number of gradations of the beads 1 can be appropriately determined as necessary and is not limited to 100 gradations.

【0031】これらのビーズ1は、2波長(657n
m、720nm)のレーザー光を出射する構成の光学セ
ンサーによって色調が読み取られ、識別可能とされる。
なお、ビーズ1は光学的に識別可能な構成であれば採用
可能である。なお、本発明では、光学的に識別できるビ
ーズ1に換えて、磁気ビーズを用い、電磁誘導によって
発生する電流を検出することによって識別方法を使用す
ることも可能である。
These beads 1 have two wavelengths (657n
The color tone is read and identifiable by an optical sensor configured to emit laser light of m, 720 nm).
Note that the beads 1 can be adopted as long as they are optically distinguishable. In the present invention, it is possible to use an identification method by using magnetic beads instead of the beads 1 that can be optically identified, and detecting a current generated by electromagnetic induction.

【0032】次に、図2に示すように、ビーズ1は、様
々な検出用物質を固定するために適したコーティング処
理が施される。例えば、アミノ基、カルボキシル基、チ
オール基、アルデヒド基、ストレプトアビジン、NTA
(ニトリロ三酢酸)等によってコーティング処理を行
い、更にリンカーやキャプチャーを結合させる等して、
ビーズ1の表層膜101を形成する。なお、アミノ基、
カルボキシル基、チオール基、アルデヒド基は、これら
の官能基との結合部位を備える分子の固相化に適してお
り、ストレプトアビジンはビオチン化したDNA断片や
ビオチン化リガンドの固定に適しており、NTAは、H
is−Tagタンパク質の固定に適している。
Next, as shown in FIG. 2, the beads 1 are subjected to a coating treatment suitable for fixing various substances for detection. For example, amino group, carboxyl group, thiol group, aldehyde group, streptavidin, NTA
(Nitrilotriacetic acid), etc. are coated, and then a linker or capture is attached.
The surface layer film 101 of the beads 1 is formed. In addition, an amino group,
Carboxyl groups, thiol groups, and aldehyde groups are suitable for immobilizing molecules having binding sites for these functional groups, streptavidin is suitable for immobilizing biotinylated DNA fragments and biotinylated ligands, and NTA Is H
It is suitable for immobilization of is-Tag protein.

【0033】次に、ビーズ1には、所定のバッファー溶
液中において検出用物質を固定する。検出用物質は、一
本鎖又は二本鎖のヌクレオチド(全長又は断片、DNA
とRNAの双方を含む。)、アミノ酸、ペプチド、タン
パク質、脂質、低分子化合物、リポソームその他の生体
物質のいずれかを分析目的に合わせて選択する。
Next, the detection substance is fixed to the beads 1 in a predetermined buffer solution. The substance for detection is a single-stranded or double-stranded nucleotide (full length or fragment, DNA
And both RNA. ), Amino acids, peptides, proteins, lipids, low molecular weight compounds, liposomes and other biological substances are selected according to the purpose of analysis.

【0034】検出用物質が一本鎖ヌクレオチドの場合
は、標的ヌクレオチドとのハイブリダイゼーション反応
の分析に利用でき、二本鎖ヌクレオチドの場合は、該ヌ
クレオチドの所定配列部位とレセプター分子との間の特
異的結合等から構成されるホルモン応答反応等の分析に
利用できる。なお、前記ホルモン応答反応は、内分泌攪
乱物質の分析等に有用である。
When the substance to be detected is a single-stranded nucleotide, it can be used for analysis of hybridization reaction with a target nucleotide, and when it is a double-stranded nucleotide, the specificity between the predetermined sequence site of the nucleotide and the receptor molecule can be used. It can be used for analysis of hormone-responsive reactions composed of dynamic binding. The hormone response reaction is useful for analysis of endocrine disrupting substances and the like.

【0035】図3(A)には、ビーズ1に検出用物質2
として機能する一本鎖ヌクレオチドが固定された状態の
ビーズを模式的に示されている。なお、ビーズ1の表面
には実際は多数の一本鎖ヌクレオチドが固定されること
になるが、図3では、説明の便宜上省略して示してい
る。このように検出用物質2が固定されたビーズは、プ
ローブビーズと称することも可能であろう。
In FIG. 3A, the beads 1 and the detection substance 2 are attached.
The beads in which the single-stranded nucleotides functioning as are immobilized are schematically shown. Although many single-stranded nucleotides are actually immobilized on the surface of the bead 1, they are omitted in FIG. 3 for convenience of explanation. The beads to which the substance 2 for detection is thus immobilized may be called probe beads.

【0036】図3(B)は、検出用物質2として機能す
る一本鎖ヌクレオチドに対して、標的物質3である一本
鎖ヌクレオチドがアクティブにハイブリダイゼーション
した状態を模式的に示している。
FIG. 3B schematically shows a state in which the single-stranded nucleotide which is the target substance 3 is actively hybridized with the single-stranded nucleotide which functions as the substance for detection 2.

【0037】この図3(B)に示す例では、検出用物質
2と標的物質3がアクティブに相互反応を示した場合
は、当該ビーズ1が保持する負電荷量が増加するので、
該ビーズ1は、DC電界がかけられた電解液流路中を迅
速に正電極側に移動することになる。
In the example shown in FIG. 3B, when the detection substance 2 and the target substance 3 actively interact with each other, the amount of negative charges held by the beads 1 increases,
The beads 1 rapidly move to the positive electrode side in the electrolytic solution flow path to which the DC electric field is applied.

【0038】図4は、電解液流路中におけるビーズ1の
移動の様子を模式的に示した図である。
FIG. 4 is a diagram schematically showing the movement of the beads 1 in the electrolytic solution flow path.

【0039】符号4で示す電解液流路は、槽状に形成し
てもよく、基板上に細長のキャピラリー状に形成する構
成でも採用可能であり、またマルチチャンネル化しても
良いのであって、流路の形態は狭く限定されない。光学
的(又は電気的に)同一種に識別されるビーズ毎に、異
なる検出用物質を固定する場合は、それぞれ独立の電解
液流路で電気泳動を行うようにする。電解液流路4に
は、一端には負電極41、他端部には正電極42が形成
され、導通可能となっている。なお、電気泳動する物質
の電荷によって、正負電極の配置は適宜決定する。
The electrolytic solution flow path indicated by reference numeral 4 may be formed in a tank shape, may be adopted in a structure in which it is formed in an elongated capillary shape on the substrate, and may be formed in multiple channels. The shape of the flow channel is not limited to a narrow one. When different detection substances are immobilized on beads that are optically (or electrically) identified as the same species, electrophoresis is performed in independent electrolytic solution channels. A negative electrode 41 is formed at one end and a positive electrode 42 is formed at the other end of the electrolyte flow path 4 so that they can be conducted. The arrangement of the positive and negative electrodes is appropriately determined according to the charge of the substance to be electrophoresed.

【0040】電解液流路4には低融点アガロースゲル等
の電解液Rが充填されている。負電極41の近傍には、
ハイブリダイゼーション等の反応手順が完了したビーズ
1群が含有されているサンプル溶液Sを添加する。この
サンプル溶液Sは、電解液流路4に設けられた、開閉可
能な開口部44から注入できるように工夫できる。電解
液流路4中に添加されてきたサンプル溶液S中のビーズ
1群は、負電極41近傍の移動開始領域43に一次滞留
させておくようにする。
The electrolytic solution flow path 4 is filled with an electrolytic solution R such as low melting point agarose gel. In the vicinity of the negative electrode 41,
A sample solution S containing a group of beads for which a reaction procedure such as hybridization has been completed is added. This sample solution S can be devised so that it can be injected from an opening / closing opening 44 provided in the electrolyte solution flow path 4. The group of beads 1 in the sample solution S that has been added to the electrolytic solution channel 4 is primarily retained in the movement start region 43 near the negative electrode 41.

【0041】なお、ビーズ1として磁気ビーズを採用す
ることも可能である。この場合には、前記移動開始領域
43に磁石Mを配置し、この磁石Nの磁力によって磁気
ビーズ群を移動開始領域43内に確実に留めておくこと
ができるようになる。そして、電解液RにDC電界Eを
かける際には、前記磁力を解除し、電気泳動を行うよう
にすることができる。この結果、電気泳動開始前に、拡
散やブラウン運動等によってビーズ1群が移動してしま
うのを防止できるので、DC電界Eのみの作用によって
生ずる移動を観察し易くなる。
It is also possible to employ magnetic beads as the beads 1. In this case, the magnet M is arranged in the movement start region 43, and the magnetic bead group can surely keep the magnetic bead group in the movement start region 43 by the magnetic force of the magnet N. Then, when the DC electric field E is applied to the electrolytic solution R, the magnetic force can be released and the electrophoresis can be performed. As a result, it is possible to prevent the beads 1 group from moving due to diffusion, Brownian motion, etc. before the start of electrophoresis, and thus it becomes easy to observe the movement caused by the action of the DC electric field E alone.

【0042】ここで、上記電解液RにDC電界Eをかけ
ると、ビーズ1群は、ビーズ1に保持された物質の電荷
量(クーロン力)に応じた速度で、正電極42側に移動
することになる。図4中に示す符号1aは、アクティブ
な反応を示したビーズ群を模式的に示し、符号1bは、
アクティブな反応を全く示さなかったビーズ群、符号1
cは、反応が不充分であったビーズ群を示している。
When a DC electric field E is applied to the electrolytic solution R, the group of beads 1 moves to the positive electrode 42 side at a speed according to the charge amount (Coulomb force) of the substance held by the beads 1. It will be. Reference numeral 1a shown in FIG. 4 schematically shows a bead group showing an active reaction, and reference numeral 1b is
Bead group that showed no active reaction, code 1
c shows a bead group in which the reaction was insufficient.

【0043】ビーズ1a群は、短時間の内に迅速に正電
極42に引き寄せられて移動し、一方のビーズ1b群
は、ゆっくりと移動する。即ち、ビーズ1aとビーズ1
b、1cでは、保持されている物質の電荷量に応じて、
電気泳動の速度に歴然とした違いが生じ、その速度差に
応じてビーズ1の色調に基づくバンドが電解液流路4に
形成される。どの種のビーズが速く移動して正電極部4
2側に集まり、どの種のビーズがゆっくり移動するかを
確認することによって、検出用物質2と標的物質3との
反応状況を確認できる。
The bead 1a group is quickly attracted to and moved by the positive electrode 42 in a short time, and the one bead 1b group is slowly moved. That is, beads 1a and beads 1
b, 1c, depending on the amount of charge of the substance held,
A remarkable difference occurs in the speed of electrophoresis, and a band based on the color tone of the beads 1 is formed in the electrolyte flow path 4 according to the difference in speed. Which kind of beads move fast and positive electrode part 4
The reaction status of the detection substance 2 and the target substance 3 can be confirmed by confirming which kind of beads gather slowly on the second side and move slowly.

【0044】ここで、電解液RにDC電界Eをかける前
又は同時に、低・中周波数のAC電界をかけることによ
って、ビーズ1群に保持されている物質を電気的に振動
させ、アクティブな反応を示さなかった標的物質3を、
検出用物質2から解離させるように工夫してもよい。
Here, before or at the same time as the DC electric field E is applied to the electrolytic solution R, an AC electric field of low / medium frequency is applied to electrically vibrate the substance retained in the group of beads 1 to activate the active reaction. Target substance 3 which did not show
You may devise so that it may dissociate from the detection substance 2.

【0045】この解離手順によって、反応不充分(ミス
ハイブリダイゼーション等)であったビーズ1b群から
標的物質3を解離させることができるため、電解液R中
のビーズ1群を、アクティブな反応を示したビーズ1a
群と、アクティブな反応を全く示さなかったビーズ1c
群に二分することが可能となる。この結果、既存のDN
Aチップやバイオセンサーチップ等のような面倒な洗浄
・乾燥手順を行う必要がなくなるので、作業効率が非常
によい。
By this dissociation procedure, it is possible to dissociate the target substance 3 from the beads 1b that have undergone insufficient reaction (mishybridization, etc.), so that the beads 1 in the electrolytic solution R show an active reaction. Beads 1a
Group and beads 1c that showed no active reaction
It becomes possible to divide into two groups. As a result, existing DN
Since it is not necessary to perform troublesome washing and drying procedures such as A chip and biosensor chip, work efficiency is very good.

【0046】次に、正電極部42側に移動したビーズ1
a群を回収し、読み取り装置によってビーズ1aの色調
を解析することによって、どの種の検出用物質と標的物
質がアクティブな反応を示したかを容易に把握できる。
Next, the beads 1 moved to the positive electrode part 42 side.
By collecting the group a and analyzing the color tone of the beads 1a by the reading device, it is possible to easily grasp which kind of the detection substance and the target substance showed an active reaction.

【0047】なお、電解液流路4からのビーズ1群の回
収は、正電極部42側の好適位置に設けた開閉可能な開
口部45から自動的に取り出すことができるようにして
もよい。
The bead 1 group may be recovered from the electrolytic solution flow path 4 automatically through an openable / closable opening 45 provided at a suitable position on the positive electrode portion 42 side.

【0048】ここで、本発明に係る生化学的分析方法で
は、検出用物質2と標的物質3が、共に一本鎖ヌクレオ
チドであって、即ち上記反応手順がハイブリダイゼーシ
ョン反応である場合では、電気泳動による上記分別手順
の後に、電解液流路4中の正電極41側に移動したビー
ズ1a群を回収し、該ビーズ1a群に保持された二本鎖
ヌクレオチドの標的ヌクレオチド鎖をPCR増幅処理
し、シークエンシングすることによって、該標的ヌクレ
オチド鎖の塩基配列を容易に知ることができる。
Here, in the biochemical analysis method according to the present invention, when the detection substance 2 and the target substance 3 are both single-stranded nucleotides, that is, when the above reaction procedure is a hybridization reaction, an electric reaction is performed. After the above-described fractionation procedure by electrophoresis, the beads 1a group that has moved to the positive electrode 41 side in the electrolytic solution flow path 4 is collected, and the target nucleotide chain of the double-stranded nucleotide retained in the beads 1a group is subjected to PCR amplification treatment. , The base sequence of the target nucleotide chain can be easily known by sequencing.

【0049】[0049]

【実施例】本発明に係る生化学的分析方法の有効性を検
証すべく、ビーズに一本鎖の25塩基のDNAプローブ
を固定してプローブビーズを作製した。このプローブビ
ーズのcDNAプローブと所定のmRNAをハイブリダ
イゼーションさせたビーズとハイブリダイゼーションさ
せなかったビーズの両方を、同条件の電解液中に添加し
て電気泳動させ、その移動速度の差を調べた。両ビーズ
の移動速度の差異が観察できれば、本発明方法の有効性
が実証されることになる。
EXAMPLE In order to verify the effectiveness of the biochemical analysis method according to the present invention, a single-stranded 25-base DNA probe was immobilized on beads to prepare probe beads. Both the cDNA probe of this probe bead, the beads hybridized with a predetermined mRNA and the beads not hybridized were added to an electrolytic solution under the same conditions and electrophoresed, and the difference in the migration speed was examined. If the difference in the moving speed of both beads can be observed, the effectiveness of the method of the present invention will be demonstrated.

【0050】<ビーズの前処理>まず、ダイナル(DY
NAL)社のmRNADirectKit(製品番号:
No.610.11と610.12)のDynabea
ds Oligo dt25の1mL入りチューブ
(「チューブ」と称する。)を軽く振って、底に沈ん
でいたビーズ群(比重1.6、直径2.8μm)を均一
に懸濁させた。次に、1.5μLのマイクロセントリフ
ュージチューブ(「チューブ」と称する。)をダイナ
ル(Dynal)社のMPCマグネットスタンドに立
て、前記チューブから10μLの懸濁液を採取し分注
した。30秒経過後、ビーズがマグネットに引きつけら
れて懸濁液が清澄になったら、液体をピペットで吸い取
って捨てる。チューブをMPCマグネットスタンドか
ら取り出して、容量10μLのLysis/Bindi
ngバッファー液を注入し、該チューブを再び軽く振っ
て再懸濁させ、保管した。
<Pretreatment of Beads> First, the dynal (DY
NAL's mRNA DirectKit (product number:
No. Dynabea (610.11 and 610.12)
A 1 mL tube of ds Oligo dt25 (referred to as “tube”) was shaken lightly to uniformly suspend the beads (specific gravity 1.6, diameter 2.8 μm) that had sunk at the bottom. Next, a 1.5 μL microcentrifuge tube (referred to as “tube”) was placed on an MPC magnet stand manufactured by Dynal, and 10 μL of the suspension was collected from the tube and dispensed. After 30 seconds, when the beads have been attracted to the magnet and the suspension is clear, the liquid is pipetted off and discarded. Remove the tube from the MPC magnet stand and place a 10 μL volume of Lysis / Bindi.
The ng buffer solution was injected, and the tube was gently shaken again to be resuspended and stored.

【0051】<mRNAの抽出>凍結保存されていたマ
ウスの脳組織の保存液を10μL採取して、1.5mL
のマイクロセントリフュージチューブに分注し、20μ
Lのクロロフォルムを添加し、30秒ボルテックスミキ
サーにて攪拌した。続いて、該チューブを遠心機にセッ
トして、1万rpm条件で30秒遠心した。遠心終了
後、チューブ上側の水層のみを注意深くピペットで吸い
取り、RNaseフリーのマイクロセントリフュージに
分注し、更にLysis/Bindingバッファー液
を20μL添加した。次に、チューブを回転式ミキサー
に取り付け、2分間回転させて細胞壁を溶解させた。次
に、遠心機にかけ、1万rpmで1分間回転し、異物を
沈降させ、上清を別のチューブに取り出した。
<Extraction of mRNA> 10 μL of a cryopreserved mouse brain tissue preservation solution was sampled to obtain 1.5 mL.
Dispense into microcentrifuge tube of
L chloroform was added, and the mixture was stirred for 30 seconds with a vortex mixer. Then, the tube was set in a centrifuge and centrifuged at 10,000 rpm for 30 seconds. After completion of the centrifugation, only the water layer on the upper side of the tube was carefully sucked with a pipette, dispensed into an RNase-free microcentrifuge, and 20 μL of Lysis / Binding buffer solution was further added. Next, the tube was attached to a rotary mixer and rotated for 2 minutes to dissolve the cell wall. Next, it was centrifuged and spun at 10,000 rpm for 1 minute to settle foreign matters, and the supernatant was taken out into another tube.

【0052】<反応手順(ハイブリダイゼーション)>
段落0049で準備したビーズと、段落0050の手順
で準備したmRNAの抽出液を混合し、常温で3〜5分
反応させた。そして、ダイナル(Dynal)社のMP
Cマグネットスタンドに設置し、30秒清澄するのを待
った。次に上清を全て捨て、チューブを前記スタンドか
ら外し、mRNA抽出液を10μl分注した。チューブ
をローテーター又は揺動機に載置して、室温下3〜5分
間インキュベートした。続いて、チューブを前記スタン
ドに再び設置し、1分間待機し、上清をピペットで吸引
除去した。上記キットの洗浄バッファー液Aを20μl
加え、軽く振って前記スタンドに立てて、上清を除く作
業を2回繰り返してから、上記キットの洗浄バッファー
液Bを20μl加え、同様の作業で1回洗浄した。この
サンプル溶液を氷温保存した。
<Reaction Procedure (Hybridization)>
The beads prepared in paragraph 0049 and the mRNA extract prepared in the procedure of paragraph 0050 were mixed and reacted at room temperature for 3 to 5 minutes. And MP of Dynal
It was set on the C magnet stand and waited for 30 seconds to clarify. Next, all the supernatant was discarded, the tube was removed from the stand, and 10 μl of the mRNA extract was dispensed. The tube was placed on a rotator or a rocker and incubated at room temperature for 3 to 5 minutes. Subsequently, the tube was placed again on the stand, waited for 1 minute, and the supernatant was removed by suction with a pipette. 20 μl of washing buffer solution A from the above kit
In addition, the operation of gently shaking and standing on the stand and removing the supernatant was repeated twice, and then 20 μl of the washing buffer solution B of the above kit was added, followed by washing once by the same operation. This sample solution was stored on ice.

【0053】<電気泳動による分別手順>段落0043
で得たサンプル溶液および段落番号0049の手順で準
備したビーズ、即ちハイブリダイゼーションさせなかっ
たビーズを別々にアガロースゲル溶液に加え、これらを
別々のスライドガラスにセットし、電界をかけながら各
々顕微鏡で調べた。具体的には、前記サンプル溶液に5
0μlの2%低融点アガロースゲルのTAE溶液を加え
て軽く振って懸濁させた。懸濁液を10μl採取し、ス
ライドガラスの中央に滴下し、懸濁液に泡が入り込まな
いようにカバーガラスを慎重に被せ、周囲を高融点1%
アガロースゲルで閉塞した。そして、スライドガラスを
顕微鏡に設置し、DC電界を20v/cm、10mAの
条件でかけ、×200倍率でビーズ群の移動速度を観察
した。
<Separation Procedure by Electrophoresis> Paragraph 0043
The sample solution obtained in 1. and the beads prepared in the procedure of Paragraph No. 0049, that is, the beads that have not been hybridized, are separately added to the agarose gel solution, and these are set on separate slide glasses, and examined under a microscope while applying an electric field. It was Specifically, 5
0 μl of a 2% low melting point agarose gel TAE solution was added and gently shaken to suspend. Take 10 μl of the suspension, drop it onto the center of the slide glass, carefully cover the cover glass to prevent bubbles from entering the suspension, and set the surroundings to a high melting point of 1%.
Blocked with agarose gel. Then, the slide glass was placed on a microscope, a DC electric field was applied under the conditions of 20 v / cm and 10 mA, and the moving speed of the bead group was observed at × 200 magnification.

【0054】<結果>上記実験の結果、アクティブなハ
イブリダーゼーションを示したビーズは、正電極側に速
やかに移動した。一方、アクティブなハイブリダイゼー
ションを示さなかったビーズの電気泳動速度は、歴然と
して遅く、電界を30v/cmに上げても速やかな電気
泳動は観察できなかった。このことから、本発明に係る
生化学的分析方法の有効性が実証できた。
<Results> As a result of the above experiment, the beads showing active hybridization rapidly moved to the positive electrode side. On the other hand, the electrophoresis speed of the beads which did not show active hybridization was obviously slow, and rapid electrophoresis could not be observed even when the electric field was raised to 30 v / cm. From this, the effectiveness of the biochemical analysis method according to the present invention was verified.

【0055】以上、本発明の実施形態並びに実施例は、
ビーズ上においてハイブリダイゼーションを行う反応系
を代表例として説明してきたが、本発明に係る生化学的
分析方法は、ハイブリダイゼーションに限定されること
なく、低・高分子間の相互反応の解析に有用な方法であ
って、ビーズに保持された物質の電荷量(クーロン力)
の差異に基づいて電気泳動して、光学的又は電気的に識
別可能なビーズを分別する技術的思想を備えるものを広
く包含する。
The embodiments and examples of the present invention are as described above.
Although a reaction system in which hybridization is performed on beads has been described as a typical example, the biochemical analysis method according to the present invention is not limited to hybridization and is useful for analysis of interaction between low and high molecules. Method, the amount of electric charge (Coulomb force) of the substance retained by the beads
Those which have a technical idea of separating beads that are optically or electrically distinguishable from each other by electrophoresis based on the difference of are widely included.

【0056】[0056]

【発明の効果】本発明に係る生化学的分析方法によれ
ば、光学的又は電気的に識別できる構成のビーズ表面で
物質間の相互反応を行わせ、このビーズを電気泳動で分
別し、所定の読み取りセンサーを用いて、どの種のビー
ズが、正電極側に迅速に移動し、又はゆっくりと移動
し、又は移動しないか、を的確に把握することが可能と
なるので、標的物質と検出用物質の相互反応の有無、反
応強度、親和性、塩基配列の相補性等を容易に追跡する
ことができる。また、ビーズは輪郭がはっきりしている
ので、光学的に高解像度で容易に読み取ることができる
ため、低価格の光学システムを使えるという利点もあ
る。
EFFECTS OF THE INVENTION According to the biochemical analysis method of the present invention, a mutual reaction between substances is caused to occur on the surface of beads having a structure capable of being optically or electrically discriminated, and the beads are separated by electrophoresis to obtain a predetermined amount. It is possible to accurately grasp which kind of beads moves rapidly to the positive electrode side, slowly moves, or does not move by using the reading sensor of. Presence / absence of mutual reaction of substances, reaction intensity, affinity, complementarity of base sequences, etc. can be easily traced. Also, because the beads have a well-defined contour, they can be easily read optically at high resolution, which also has the advantage of using a low-cost optical system.

【0057】従って、本発明に係る生化学的分析方法
は、遺伝子の変異解析、遺伝子発現解析、多型解析、分
子間相互反応のカイネティクスの解析、抗原抗体反応や
酵素応答反応等の解析に利用できる。
Therefore, the biochemical analysis method according to the present invention can be applied to gene mutation analysis, gene expression analysis, polymorphism analysis, kinetics analysis of intermolecular interaction, analysis of antigen-antibody reaction, enzyme response reaction and the like. Available.

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

【図1】本発明に係る生化学的分析方法で用いられるビ
ーズ(1)の一実施形態を表す図
FIG. 1 is a view showing an embodiment of beads (1) used in the biochemical analysis method according to the present invention.

【図2】同ビーズ(1)のコーティング処理について説
明する図
FIG. 2 is a view explaining a coating treatment of the beads (1).

【図3】(A)検出用物質(2)として機能する一本鎖
ヌクレオチドが固定された状態のビーズ(1)を模式的
に示す図 (B)同一本鎖ヌクレオチドに対して、標的物質(3)
である一本鎖ヌクレオチドがアクティブにハイブリダイ
ゼーションした状態を模式的に示す図
FIG. 3 (A) is a diagram schematically showing a bead (1) on which single-stranded nucleotides functioning as a substance for detection (2) are immobilized, (B) a target substance ( 3)
A diagram schematically showing a state in which single-stranded nucleotides that are actively hybridized

【図4】電解液流路(4)中におけるビーズ(1)の移
動の様子を模式的に示した図
FIG. 4 is a diagram schematically showing the movement of beads (1) in an electrolyte flow path (4).

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ビーズ 2 検出用物質 3 標的物質 4 電解液流路 41 負電極 42 正電極 R 電解液 1 beads 2 substances for detection 3 Target substance 4 Electrolyte flow path 41 Negative electrode 42 Positive electrode R electrolyte

フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) G01N 33/543 541 G01N 33/566 33/566 33/66 Z 33/66 33/68 33/68 33/92 Z 33/92 27/26 315Z 301A Fターム(参考) 2G045 BB10 BB14 BB51 DA13 DA36 DA60 DA80 FB02 FB05 GC20 JA01 4B063 QA01 QA12 QA13 QQ43 QR32 QR55 QS34 Front page continuation (51) Int.Cl. 7 Identification code FI theme code (reference) G01N 33/543 541 G01N 33/566 33/566 33/66 Z 33/66 33/68 33/68 33/92 Z 33 / 92 27/26 315Z 301A F term (reference) 2G045 BB10 BB14 BB51 DA13 DA36 DA60 DA80 FB02 FB05 GC20 JA01 4B063 QA01 QA12 QA13 QQ43 QR32 QR55 QS34

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 少なくとも次の(1)、(2)の手順が
含まれる生化学的分析方法。 (1)光学的又は電気的に識別可能とされたビーズ表面
に固定された検出用物質に対して、標的物質を液相中で
相互反応させる反応手順。 (2)前記反応手順を経て得られる前記ビーズを、電解
液流路中において電気泳動させて分別するビーズ分別手
順。
1. A biochemical analysis method including at least the following steps (1) and (2). (1) A reaction procedure in which a target substance is allowed to interact with each other in a liquid phase with respect to a detection substance immobilized on the surface of beads that is optically or electrically distinguishable. (2) A bead fractionation procedure in which the beads obtained through the reaction procedure are electrophoresed in an electrolyte channel to be fractionated.
【請求項2】 前記検出用物質は、一本鎖又は二本鎖の
ヌクレオチド、アミノ酸、ペプチド、タンパク質、脂
質、低分子化合物、糖、リポソームその他の生体物質の
いずれかであって、電解液中で電荷を有し、電気泳動可
能な物質であることを特徴とする請求項1に記載の生化
学的分析方法。
2. The detection substance is any one of single-stranded or double-stranded nucleotides, amino acids, peptides, proteins, lipids, low molecular weight compounds, sugars, liposomes and other biological substances, The biochemical analysis method according to claim 1, wherein the biochemical analysis method is a substance that has an electric charge and is electrophoretic.
【請求項3】 光学的又は電気的に同一種に識別される
ビーズ毎に、異なる前記検出用物質を固定することを特
徴とする請求項1に記載の生化学的分析方法。
3. The biochemical analysis method according to claim 1, wherein different detection substances are immobilized for each bead that is optically or electrically identified as the same species.
【請求項4】 異なる前記検出用物質毎に、それぞれ独
立の電解液流路で電気泳動を行うことを特徴とする請求
項3記載の生化学的分析方法。
4. The biochemical analysis method according to claim 3, wherein electrophoresis is performed for each of the different substances for detection in independent electrolyte flow paths.
【請求項5】 ビーズ表面に結合している反応物質を電
気的に振動させることによって、検出用物質から反応不
充分な標的物質を解離させる手順を含む請求項1に記載
の生化学的分析方法。
5. The biochemical analysis method according to claim 1, further comprising a step of dissociating the insufficiently reacted target substance from the detection substance by electrically vibrating the reaction substance bound to the bead surface. .
【請求項6】 前記ビーズは、磁気ビーズであることを
特徴とする請求項1に記載の生化学的分析方法。
6. The biochemical analysis method according to claim 1, wherein the beads are magnetic beads.
【請求項7】 前記磁気ビーズを、電磁誘導によって発
生する電流を検出することによって電気的に識別するこ
とを特徴とする請求項6記載の生化学的分析方法。
7. The biochemical analysis method according to claim 6, wherein the magnetic beads are electrically identified by detecting a current generated by electromagnetic induction.
【請求項8】 検出用物と標的物質が共に一本鎖ヌクレ
オチドであって、前記反応手順がハイブリダイゼーショ
ン反応である場合に、 前記(2)の手順後に、電解液流路中を正極側に泳動し
てきた前記ビーズを回収し、該ビーズに結合している二
本鎖ヌクレオチドの標的ヌクレオチド鎖をPCR増幅し
て、該標的ヌクレオチド鎖の塩基配列を決定する請求項
1記載の生化学的分析方法。
8. When both the substance to be detected and the target substance are single-stranded nucleotides and the reaction procedure is a hybridization reaction, after the step (2), the inside of the electrolytic solution flow path is moved to the positive electrode side. The biochemical analysis method according to claim 1, wherein the electrophoresed beads are collected, and the target nucleotide chain of the double-stranded nucleotide bound to the beads is amplified by PCR to determine the base sequence of the target nucleotide chain. .
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