JP2004132720A - Hybridization detection part, sensor chip and hybridization method - Google Patents

Hybridization detection part, sensor chip and hybridization method Download PDF

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    • G01N27/3276Sensing specific biomolecules, e.g. nucleic acid strands, based on an electrode surface reaction being a hybridisation with immobilised receptors

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve hybridization efficiency by devising so that a detection nucleotide chain in the elongated state is immobilized on the entire reaction area. <P>SOLUTION: This hybridization detection part 1a is equipped with the reaction area R which is a place for hybridization between the detection nucleotide chain X and a target nucleotide chain having a base sequence which is complementary to the detection nucleotide chain, counter electrodes A, B disposed on the reaction area R, and a floating electrode C arranged in the scattered state between the counter electrodes A, B. This sensor chip where the detection part 1a is formed and this hybridization method performed on the detection part 1a are also provided. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、DNAチップ等のセンサーチップに好適に利用できるハイブリダイゼーション検出部に係わる技術に関する。より詳細には、ハイブリダイゼーションの場を提供する反応領域において、伸長状態の検出用ヌクレオチド鎖を走査電極間に整列固定させることによって、ハイブリダイゼーション効率の向上を図る技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
まず、本発明の一般的な従来技術を以下説明する。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。)と呼ばれるバイオアッセイ用の集積基板が、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。
【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(complementary 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。
【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。
【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、特許文献1参照。)。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。
【0006】
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、特許文献2参照。)。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。
【0007】
続いて、非特許文献1には、対向電極間に配列された浮遊電極(floating potential electrodes)に形成される電界の作用によって、DNAを電極表面に固定する技術(DNA immobilization methods)が開示されている。
【0008】
【特許文献1】
特表平4−505763号公報
【特許文献2】
特表平10−503841号公報
【非特許文献1】
IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRY APPLICATIONS,VOL.31,No.3 MAY/JUNE 1995、P451
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
まず、上記した従来の一般的なDNAチップ技術では、検出表面部位(スポット部位)に固定化されたDNAプローブ等の検出用ヌクレオチド鎖は、ブラウン運動の作用でランダムコイル状に絡まったり、丸まったり等しており、また、検出表面においてその集積密度に偏りがあった。このため、標的ヌクレオチド鎖とのハイブリダイゼーションの際には立体障害が発生するので、ハイブリダイゼーションの効率が悪く、反応にも長時間を要し、更には、擬陽性又は偽陰性を示してしまう可能性もあるという基本的な技術的課題があった。
【0010】
このため、ハイブリダイゼーションの効率を向上させるために、既存のDNAチップの検出表面領域(スポット領域)に対して、DNAを、立体障害が起き難いと予測される直鎖状構造で固定することを実現するべく、前記非特許文献1に開示されたDNA固定技術を応用し、DNAチップの検出表面領域に、対向電極と該対向電極間に浮遊電極を配列しておき、試料溶液に電界をかけて浮遊電極表面にDNAを固定することが考えられる。しかし、前記DNA固定技術では、対向電極の間に該対向電極と同長の浮遊電極を単に配置した構成であるので、浮遊電極表面に形成される不均一電界の量や密度が低く、固定されるDNAの量が充分でないため、ハイブリダイゼーション効率の向上が充分に図れないことが予測された。
【0011】
そこで、本発明は、ハイブリダイゼーションの場を提供する反応領域に、伸長状態の検出用ヌクレオチド鎖を均密に固定できるように工夫することによって、検出用ヌクレオチド鎖と標的ヌクレオチド鎖との間のハイブリダイゼーション効率の向上を図ることを主な目的とする。
【0012】
【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、検出用ヌクレオチド鎖と該検出用ヌクレオチド鎖と相補性のある塩基配列を有する標的ヌクレオチド鎖との間のハイブリダイゼーションの場となる反応領域と、前記反応領域に配置された対向電極と、前記対向電極間に点在するように配設された複数の浮遊電極と、を備えるハイブリダイゼーション検出部を提供する。
【0013】
前記対向電極の配置構成は特に限定しないが、反応領域に平行に配置された構成を採用することによって、対向電極に挟まれた反応領域全体に、電界を均一かつ高密度に形成することができ、これにより反応領域に存在する各ヌクレオチド鎖を電気力線に沿って平行に伸長させることができる。
【0014】
ヌクレオチド鎖の伸長は、1MV/m程度の高周波電界を印加すると、ヌクレオチド鎖(リン酸イオン等を備えるヌクレオチド鎖の陰電荷とイオン化した水素原子の陽電荷で構成される多数の分極ベクトルからなるヌクレオチド鎖)に誘電分極が生じ、その結果、ヌクレオチド分子が電界と平行に直線状に引き伸ばされるという原理に基づいている。
【0015】
伸長されたヌクレオチド鎖は、塩基同士が重層することが無くなる結果、反応時の立体障害がなくなって、相補性のある塩基配列同士の会合(水素結合)の確率をより高めることができ、近在するヌクレオチド鎖とのハイブリダイゼーション反応が円滑に行われるようになる。
【0016】
本発明において、上記浮遊電極は、電気力線が一部に集中する箇所を反応領域内に多数形成する役割を果たし、当該箇所に検出用ヌクレチド鎖(の末端)を固定する役割を果たす。この浮遊電極を前記対向電極間の反応領域に点在するように配設する構成を採用することによって、電気力線が集中する箇所を、前記反応領域内に均一かつ高密度で設けることができる。また、浮遊電極を反応領域に点在させる構成によって、反応領域中のヌクレオチド鎖が自由に移動できるという利点がある。
【0017】
浮遊電極の形態は特に限定しないが、電界(電気力線)が集中し易く、かつヌクレオチド鎖が固定し易い形態であるという観点から、円弧状又は多角形状の表面形状を備える浮遊電極、即ち不均一電界を形成できる形状を備える浮遊電極を採用することができる。また、浮遊電極の電極表面は、前記対向電極の電極表面よりも狭小に形成することによって、浮遊電極の電極表面に電界が集中し易くなり、不均一電界が形成されやすくなるので好適である。更には、浮遊電極の表面を、前記検出用ヌクレオチド鎖を固定できる表面処理を施こしておくことによって、前記検出用ヌクレオチド鎖の固定作業を、確実に行うことができる。
【0018】
次に、本願では、上記ハイブリダイゼーション検出部を少なくとも備えるセンサーチップを提供する。より具体的には、検出用ヌクレオチド鎖と該検出用ヌクレオチド鎖と相補性のある塩基配列を備える標的ヌクレオチド鎖との間のハイブリダイゼーションの場となる反応領域と、前記反応領域に配設された対向電極と、前記対向電極間に配置された複数の浮遊電極と、を備え、前記対向電極に電圧を印加することにより前記反応領域に存在する前記検出用ヌクレオチド鎖を伸長状態にし、この伸長状態の検出用ヌクレオチド鎖を前記対向電極及び前記浮遊電極の局所的な表面部位に生じる不均一電界で誘電泳動させて、前記対向電極及び前記浮遊電極の前記表面部位に固定させることが可能なセンサーチップを提供する。
【0019】
このセンサーチップによれば、反応領域に滴下されて分散し、ブラウン運動によってランダムコイル状に絡み合った形態となっている(ハイブリダイゼーションには適さない形態の)検出用ヌクレオチド鎖を、伸長させてハイブリダイゼーションし易い直鎖状の形態に調整し、更に、この検出用ヌクレオチド鎖を、伸長状態のままで浮遊電極の表面部位に固定させていくことが可能となる。
【0020】
そして、更に前記対向電極に電圧を印加することによって、前記反応領域に存在する前記標的ヌクレオチド鎖を伸長状態にして、前記対向電極及び前記浮遊電極の前記表面部位に固定させた前記検出用ヌクレオチド鎖とハイブリダイゼーションさせることが可能となる。なお、本発明に係るセンサーチップにおける前記対向電極によって形成される電界は、特に交流を採用することができる。
【0021】
更に、本願では、以下のハイブリダイゼーション方法を提供する。本方法は、検出用ヌクレオチド鎖と該検出用ヌクレオチド鎖と相補性のある塩基配列を備える標的ヌクレオチド鎖との間のハイブリダイゼーションの場となる反応領域と、前記反応領域に配置された対向電極と、前記対向電極間に配設された複数の浮遊電極と、を備えた検出表面を用いる方法である。
【0022】
そして、前記対向電極に電圧を印加することにより前記反応領域に存在する前記検出用ヌクレオチド鎖を伸長状態とし、この伸長状態の検出用ヌクレオチド鎖を前記対向電極及び前記浮遊電極の局所的な表面部位に生じる不均一電界で誘電泳動して、前記浮遊電極の前記表面部位に固定させる手順(第1手順)と、前記対向電極に電圧を印加することにより前記反応領域に存在する前記標的ヌクレオチド鎖を伸長状態にして、前記浮遊電極の前記表面部位に固定された伸長状態の前記検出用ヌクレオチド鎖とハイブリダイゼーションさせる手順(第2手順)と、を備える。
【0023】
この方法では、対向電極に電圧を印加することによって反応領域中に電界を形成することによって、該反応領域中に配設された浮遊電極の表面部位及び対向電極の表面部位に不均一電界を形成し、この不均一電界による誘電泳動の作用に基づいて、最初に、前記電極の表面部位に検出用ヌクレオチド鎖を伸長させながら固定する。
【0024】
続いて、前記同様の誘電泳動の作用に基づいて、前記反応領域に後添加されてきた標的ヌクレオチド鎖を伸長させながら、前記表面部位に固定されている伸長状態の検出用ヌクレオチド鎖に接近させ、直鎖状同士のヌクレオチド鎖同士で、より効率の良いハイブリダイゼーションを進行させることができる。
【0025】
以上の本発明は、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おいて必須となるハイブリダイゼーションの検出を、効率良く実施できるハイブリダイゼーション検出部及び該検出部を備えるDNAチップ等のセンサーチップを、創薬、臨床診断、薬理ジェノミクス、法医学その他の関連産業界に提供するという技術的意義を有している。
【0026】
ここで、本願における主な技術用語の定義付けを行う。本願において「ヌクレオチド鎖」とは、プリンまたはピリミジン塩基と糖がグリコシド結合したヌクレオシドのリン酸エステルの重合体を意味し、DNAプローブを含むオリゴヌクレオチド、ポリヌクレオチド、プリンヌクレオチドとピリミジンヌクレオチオドが重合したDNA(全長あるいはその断片)、逆転写により得られるcDNA(cDNAプローブ)、RNA、ポリアミドヌクレオチド誘導体(PNA)等を広く含む。
【0027】
「検出用ヌクレオチド鎖」は、前記対向電極や前記浮遊電極の直接的に又は間接的に固定化されるヌクレオチド鎖であり、「標的ヌクレオチド鎖」は、前記検出用ヌクレオチド鎖と相補的な塩基配列を備えるヌクレオチド鎖であって、場合によっては、蛍光物質等により標識されるものである。
【0028】
「ハイブリダイゼーション」は、相補的な塩基配列構造を備えるヌクレオチド鎖間の相補鎖(二重鎖)形成反応を意味する。
【0029】
「反応領域」は、液相中でのハイブリダイゼーション反応の場を提供できる領域である。この反応領域では、一本鎖ヌクレオチド間の相互反応、即ちハイブリダイゼーションに加え、検出用ヌクレオチド鎖から所望の二本鎖ヌクレオチドを形成し、該二本鎖ヌクレオチドとペプチド(又はタンパク質)の相互反応、酵素応答反応その他の分子間相互反応も行わせることができる。例えば、前記二本鎖ヌクレオチドを用いる場合は、転写因子であるホルモンレセプター等のレセプター分子と応答配列DNA部分の結合等を分析することができる。
【0030】
「対向電極」は、反応領域内に少なくとも一対の相対向する電極であって、電圧が印加されたときに、反応領域に電界を形成する役割を発揮するものである。
【0031】
「浮遊電極」は、導電性を備え、外部電源に接続されていない孤立した電極を意味する。
【0032】
「立体障害(steric hindrance)」は、分子内の反応中心等の近傍に嵩高い置換基の存在や反応分子の姿勢や立体構造(高次構造)によって、反応相手の分子の接近が困難になることによって、所望の反応(本願では、ハイブリダイゼーション)が起こりにくくなる現象を意味する。
【0033】
「誘電泳動」は、電界が一様でない場において、分子が電界の強い方へ駆動する現象であり、交流電圧をかけた場合も、かけた電圧の極性の反転につれて分極の極性も反転するので、直流の場合と同様に駆動効果が得られる(監修・林 輝、「マイクロマシンと材料技術(シーエムシー発行)」、P37〜P46・第5章・細胞およびDNAのマニピュレーション参照)。
【0034】
「センサーチップ」は、石英ガラスや合成樹脂等で形成された基板に物質間の相互反応作用を検出できる反応領域と該反応領域に設けられる対向電極に対する電圧印加手段を少なくとも備えるものを意味し、代表例としてDNAチップを挙げることができる。
【0035】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に基づいて、本発明の好適な実施形態について説明する。まず、図1は、本発明に係るハイブリダイゼーション検出部(以下、「検出部」と略称する。)及びセンサーチップの第1実施形態(符号1a)の要部構成を表す図である。
【0036】
検出部1aには、まず、反応領域Rが設けられている。この反応領域Rは、図1中において符号Xで示された検出用ヌクレオチド鎖と図示しない標的ヌクレオチド鎖を含む試料溶液が添加される貯留領域であって、ハイブリダイゼーションの反応の場を提供する領域又は空間である。
【0037】
この反応領域Rには、対向電極A、Bがその端面が平行になるよう配置されており、図示された電源Vに、スイッチSを介して接続可能な状態に構成されている。また、対向電極A、B間には、複数の浮遊電極Cが電源Vには接続されない状態で、縦横方向に整列されて点在するように配設されている(図1参照)。なお、ここでは、各浮遊電極Cを円形状としたが、この形状に特に限定ものではなく、多角形、楕円等、不均一電界を形成させる任意の形状とすることができる。
【0038】
また、各浮遊電極Cの電極表面を、前記対向電極A,Bの電極表面よりも狭小に形成することによって、浮遊電極Cの電極表面に電界が集中し易くなり、不均一電界が形成され易くなるので好適である。
【0039】
なお、図1は、スイッチSがオンされ、対向電極A−B間に電圧が印加されている状態を示しており、また、反応領域R中に示された符号Xは未だランダムコイル状に丸まっている状態の検出用ヌクレオチド鎖を表し、符号X’は、直鎖状に伸長されで、電極表面に固定された検出用ヌクレオチド鎖を表している。
【0040】
なお、検出部1aは、特に図示しないが、石英ガラスやシリコン、ポリカーボネート、ポリスチレン等の合成樹脂で形成された基板の間の狭小な間隙に設けられている。検出部1aでは、対向電極A、B等の厚みと反応領域Rの深さ(又は幅)が一致し、場合によっては、誘電体によって各電極A、B等を挟持させた構成を採用し、これにより基板の間隔を広げ、反応領域Rの容量を増やすようにしてもよい(後述する第2実施形態でも同様)。
【0041】
ここで、図2は、前記検出部1aにおいて、図示されたスイッチSをオンにし、電源Vによって対向電極A−B間に高周波電圧を印加することによって、反応領域Rに電界Lが形成された状態を、電気力線を示すことで表している。電極A−B間に高周波電圧が印加されると前記反応領域Rには、符号Lで示された不均一電界が形成される。
【0042】
即ち、対向電極A、Bの電圧を印加すると、電極A,B及び各浮遊電極Cの表面部位に電界が局所的に集中する不均一電界Lが形成されることになる(図2参照)。この不均一電界Lの作用によって、前記反応領域R中にランダムに分散して存在している検出用ヌクレオチド鎖Xを、前記不均一電界Lに沿った方向に伸長させながら駆動させることができる。
【0043】
更に、前記検出用ヌクレオチド鎖Xは、誘電泳動の作用によって駆動されて、電界強度の強い電極A、B、Cの各表面部位に対して、伸長した状態でその一端が固定される。図1,図2は、各電極A、B、Cの表面部位に伸長状態の検出用ヌクレオチド鎖X’が固定されている状態を示されている。
【0044】
なお、対向電極A、B間に印加される電界の条件は、約1×10v/m、約1MHzが好適である(Masao Washizu and Osamu Kurosawa:”Electrostatic Manipulation of DNA in Microfabricated Structures”,IEEE Transaction on Industrial Application Vol.26,No.26,p.1165−1172(1990)参照)。
【0045】
続いて、反応領域Rに後添加されてきた標的ヌクレオチド鎖は、対向電極A、Bにより形成された不均一電界Lの作用を受けて、上記検出用ヌクレオチド鎖X’と同様に伸長され、電界強度の強い電極A、B、Cの各表面部位に対して誘電泳動により引き寄せられる。
【0046】
前記各表面部位に引き寄せられた標的ヌクレオチド鎖は、同表面部位に既に固定された伸長状態の検出用ヌクレオチド鎖X’との間で、立体障害の影響を受けずに、効率の良いハイブリダイゼーションが進行する。
【0047】
なお、対向電極A,B並びに各浮遊電極Cの表面あるいは端部を、検出用ヌクレオチド鎖X’の末端部位がカップリング反応等の反応によって固定されるように表面処理しても良い。一例を挙げれば、ストレプトアビジンによって表面処理された電極表面の場合には、ビオチン化されたヌクレオチド鎖末端の固定に適している。
【0048】
次に、図3に基づいて、本発明に係る検出部及びセンサーチップの第2実施形態(符号1b)の構成を説明する。
【0049】
まず、検出部1bには、上記した検出部1a同様に、反応領域Rと、該反応領域Rに対向電極A、Bが平行に配置され、電源Vにより接続可能な状態となっている。そして、対向電極A−B間には、電源Vには接続されていない複数の浮遊電極D群が配置されている。
【0050】
この第2実施形態の浮遊電極D群と上記第1実施形態の浮遊電極C群は、反応領域Rに点在するように配置されている点で共通しているが、検出部1aにおいては浮遊電極Cが縦横方向ともに整列されて配置されているのに対して(図1、図2参照)、検出部1bの浮遊電極Dは、互い違いに配置されている点で異なる(図3参照)。なお、図3においては、各浮遊電極Dを円形状としたが、この形状に特に限定ものではなく、多角形、楕円等、不均一電界を形成させる任意の形状とすることができる。
【0051】
以上説明した第1,第2実施形態では、浮遊電極C群又はD群を反応領域R内に間隔を置いて、いわばマトリックス状に点在させた結果、反応領域R内に電気力線が集中する箇所を多数形成することができ、反応領域R内に形成される電界の不均一性を強めることができるという利点がある。
【0052】
更に、浮遊電極Cが反応領域Rに点在するように配設されたことで、ヌクレチド鎖の自由な移動を確保しながら、反応領域R全域にわたってハイブリダイゼーションを進行させることができる。この結果、ハイブリダイゼーションを検出できる範囲が反応領域R全体に広がるので、検出感度が向上する。
【0053】
各浮遊電極C群又はD群の各電極の配置間隔は、特に限定するものではないが、伸長状態である検出用ヌクレオチド鎖X’の分子長の2倍以上とすることによって、隣接する電極C−C間あるいはD−D間において、検出用ヌクレオチド鎖X’の自由な移動を確保し、固定された検出用ヌクレオチドX’同士の干渉や立体障害を防ぐことができる。
【0054】
一方、各浮遊電極Cの配置間隔を伸長状態の検出用ヌクレオチド鎖X’よりも短い間隔とすることによって、前記検出用ヌクレオチド鎖X’を浮遊電極C−C間に架橋するように固定することが可能となる。
【0055】
以下、添付した図4に基づいて本発明に係る「ハイブリダイゼーション方法」の実施例について説明する。図4は、同方法の手順を簡潔に示すフロー図である。
【0056】
まず、図4(A)は、反応領域Rに滴下された直後において、検出用ヌクレオチド鎖Xが丸まった状態で存在している段階を示している。この段階では、浮遊電極C(D)には、まだ検出用ヌクレオチド鎖は固定されていない。
【0057】
図4(B)、(C)は、本発明に係るハイブリダイゼーション方法の第1手順Pを示している。まず、図4(B)は、図1〜図3に図示された対向電極A−B間に電圧を印加し、浮遊電極C(D)の表面部位に電気力線が集中する不均一電界Lを形成し、検出用ヌクレオチド鎖Xを電気力線に沿って伸長させ、浮遊電極C(D)に引き寄せている段階を示している。図4(C)は、この段階を経て、浮遊電極C(D)に対して、伸長された状態の検出用ヌクレオチド鎖X’の一端が固定された段階を示している。
【0058】
続いて、図4(D)は、反応領域Rに標的ヌクレオチド鎖Yが添加されてきた段階を示している。この段階では、対向電極A−Bに対する電圧印加は停止され、標的ヌクレオチド鎖Yは丸まった状態にある。なお、反応領域Rに標的ヌクレオチド鎖Yを添加する段階においても、対向電極A−Bに対する電圧印加を継続させておいてもよい。
【0059】
次に、図4(E)、(F)は、本発明に係るハイブリダイゼーション方法の第2手順Pを示している。まず、図4(E)は、再び対向電極A−B間に電圧を印加して、浮遊電極C(D)の表面部位に電気力線が集中する不均一電界Lを形成することにより、前記標的ヌクレオチド鎖Yを電気力線に沿って伸長させ、検出用ヌクレオチド鎖X’に引き寄せている段階である。
【0060】
図4(F)は、電圧印加がオフされた状態で、ともに伸長状態にある検出用ヌクレオチド鎖X’と標的ヌクレオチド鎖Y’が、ブラウン運動に委ねられてハイブリダイゼーションした段階を示している。
【0061】
本発明に係るハイブリダイゼーション方法では、対向電極A−B間に対する電圧印加は、図4(B)〜(E)の段階にわたって、スイッチSをオンし続ける操作例やスイッチSのオン/オフを断続的に行う操作例のいずれも採用できる。
【0062】
電圧のオン/オフを所望の回数だけ繰り返し、断続的に電圧を印加することによって、検出用ヌクレオチド鎖X’の電極固定のタイミングを調整したり、あるいは既に固定された状態の検出用ヌクレオチド鎖X’に対して、反応領域R中の標的ヌクレオチド鎖を段階的に接近させたり、または標的ヌクレオチド鎖を前後に移動させたり、更には、反応のタイミングを調整したりすることが可能となる。
【0063】
また、電圧印加の際(特に図4(F)の段階)に、電圧オフとなる時間を確保することによって、直鎖状とされた標的ヌクレオチド鎖と直鎖状の検出用ヌクレオチド鎖X’との間の相補鎖形成反応、即ちハイブリダイゼーションを、専らブラウン運動に委ねて進行させることができる。
【0064】
以上の方法により、直鎖状に伸長されて電極に固定された状態の検出用ヌクレオチド鎖X’と該検出用ヌクレオチド鎖X’と同様に直鎖状に伸長された標的ヌクレオチド鎖との相補性のある塩基間の水素結合の形成、即ちハイブリダイゼーションが、立体障害の問題もなく、効率良く進行し、反応時間が短縮されるとともに、擬陽性又は偽陰性を示す確率も減少するという好ましい結果が得られる。
【0065】
なお、ハイブリダイゼーションの検出は、慣用の方法によって実施でき、例えば、標的ヌクレオチド鎖Yに標識された蛍光色素や二重鎖ヌクレオチドの塩基間に特異的に結合するPOPO−1やTOTO−3等の蛍光インターカレータに励起光を照射し、得られる蛍光を慣用のディテクタを用いて検出できる。
【0066】
より具体的には、レーザー光(例えば、青色レーザー光)を照射して反応領域Rを励起し、蛍光強度の大きさを検出器(図示せず。)によって検出し、検出用ヌクレオチド鎖X’と標的ヌクレオチド鎖との間のハイブリダイゼーションの状態を判断する。最後に、各反応領域Rに対する蛍光強度をA/D変換し、結合反応割合をコンピュータCの画面に分布表示することによって、視覚化することができる。なお、本発明において、ハイブリダイゼーションの検出方法は、特に限定されることはない。
【0067】
【発明の効果】
本発明は、DNA等のセンサーチップ表面部位においてハイブリダイゼーションの場を提供する反応領域全体に、伸長状態に調整された検出用ヌクレオチド鎖を固定させることによって、ハイブリダイゼーション効率の向上、反応時間の短縮、検出感度の向上、偽陽性又は偽陰性の発生防止等を確実に達成できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るハイブリダイゼーション検出部及びセンサーチップの第1実施形態(1a)の要部構成を表す図
【図2】同検出部に不均一電界(L)が形成された様子を示す図
【図3】本発明に係るハイブリダイゼーション検出部及びセンサーチップの第2実施形態(1b)の要部構成を表す図
【図4】本発明に係るハイブリダイゼーション方法の実施例手順を簡潔に示すフロー図
【符号の説明】
1a,1b ハイブリダイゼーション検出部
A,B 対向電極
C,D 浮遊電極(群)
R 反応領域
S スイッチ
V 電源
 第1手順
 第2手順
X 検出用ヌクレオチド鎖
X’ 伸長状態とされた検出用ヌクレオチド鎖
Y 標的ヌクレオチド鎖
Y’ 伸長状態とされた標的ヌクレオチド鎖
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a technique relating to a hybridization detection unit that can be suitably used for a sensor chip such as a DNA chip. More specifically, the present invention relates to a technique for improving hybridization efficiency by aligning and fixing nucleotide chains for detection of an extended state between scanning electrodes in a reaction region providing a hybridization field.
[0002]
[Prior art]
First, a general prior art of the present invention will be described below. At present, an integrated substrate for a bioassay called a DNA chip or a DNA microarray (hereinafter, collectively referred to as “DNA chip”) in which predetermined DNAs are finely arranged by microarray technology is used for gene mutation analysis, SNPs (single nucleotide). (Polymorphism) analysis, gene expression frequency analysis, etc., and have begun to be widely used in drug discovery, clinical diagnosis, pharmacogenomics, forensic medicine and other fields.
[0003]
This DNA chip has a large number of DNA oligo chains and cDNA (complementary DNA) integrated on a glass substrate or a silicon substrate, so that comprehensive analysis of intermolecular reactions such as hybridization can be performed. It is characterized by points.
[0004]
Briefly describing an example of an analysis method using a DNA chip, a DNA probe immobilized on a glass substrate or a silicon substrate is subjected to reverse transcription PCR reaction of mRNA extracted from cells, tissues, and the like to a fluorescent probe dNTP. This is a technique in which PCR amplification is carried out while the DNA is incorporated, hybridization is performed on the substrate, and fluorescence measurement is performed using a predetermined detector.
[0005]
Here, DNA chips can be classified into two types. The first type is one in which oligonucleotides are synthesized directly on a predetermined substrate by using a photolithography technique to which a semiconductor exposure technique is applied, and is typically obtained by Affymetrix (Affymetrix). (For example, refer to Patent Document 1). This type of chip has a high degree of integration, but has a limit in DNA synthesis on a substrate, and is about several tens of bases long.
[0006]
The second type is also referred to as a “Stanford method”, and is produced by dispensing and solidifying DNA prepared in advance on a substrate using a split pin ( For example, see Patent Document 2.) This type of chip has a lower degree of integration than the former, but has the advantage that a DNA fragment of about 1 kb can be immobilized.
[0007]
Subsequently, Non-Patent Document 1 discloses a technique (DNA immobilization methods) for fixing DNA to an electrode surface by the action of an electric field formed on floating electrodes arranged between opposed electrodes. I have.
[0008]
[Patent Document 1]
JP-T4-5055763
[Patent Document 2]
Japanese Patent Publication No. Hei 10-503841
[Non-patent document 1]
IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRY APPLICATIONS, VOL. 31, No. 3 MAY / JUNE 1995, P451
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
First, in the conventional general DNA chip technology described above, a nucleotide chain for detection such as a DNA probe immobilized on a detection surface portion (spot portion) is entangled or rounded in a random coil shape due to Brownian motion. And the integration density was uneven on the detection surface. For this reason, steric hindrance occurs at the time of hybridization with the target nucleotide chain, so that the efficiency of hybridization is low, the reaction requires a long time, and furthermore, there is a possibility that false positive or false negative is shown. There was a basic technical problem that there was also.
[0010]
Therefore, in order to improve the efficiency of hybridization, it is necessary to fix DNA to a detection surface area (spot area) of an existing DNA chip with a linear structure that is expected to cause no steric hindrance. To achieve this, the DNA fixing technique disclosed in Non-Patent Document 1 is applied, a counter electrode and a floating electrode are arranged between the counter electrodes in the detection surface area of the DNA chip, and an electric field is applied to the sample solution. Immobilizing DNA on the surface of the floating electrode. However, in the DNA immobilization technique, since the floating electrode having the same length as the counter electrode is simply arranged between the counter electrodes, the amount and density of the non-uniform electric field formed on the surface of the floating electrode are low, and the DNA is immobilized. It was predicted that the hybridization efficiency would not be sufficiently improved because the amount of DNA used was not sufficient.
[0011]
Therefore, the present invention provides a hybrid between a detection nucleotide chain and a target nucleotide chain by devising an extended detection nucleotide chain in a reaction region providing a hybridization field so that the detection nucleotide chain can be fixed densely. The main purpose is to improve the hybridization efficiency.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above technical problems, first, in the present application, a reaction region serving as a place of hybridization between a nucleotide chain for detection and a target nucleotide chain having a base sequence complementary to the nucleotide chain for detection. A hybrid detection unit comprising: a counter electrode disposed in the reaction region; and a plurality of floating electrodes disposed so as to be interspersed between the counter electrodes.
[0013]
The arrangement configuration of the counter electrode is not particularly limited, but by adopting a configuration arranged in parallel with the reaction region, an electric field can be uniformly and densely formed over the entire reaction region sandwiched between the counter electrodes. Thereby, each nucleotide chain present in the reaction region can be extended in parallel along the line of electric force.
[0014]
When a high-frequency electric field of about 1 MV / m is applied to a nucleotide chain, the nucleotide chain is composed of a nucleotide chain consisting of a large number of polarization vectors composed of a negative charge of a nucleotide chain including phosphate ions and a positive charge of ionized hydrogen atoms. (Strand), which results in dielectric polarization, which results in the nucleotide molecules being stretched linearly parallel to the electric field.
[0015]
In the extended nucleotide chain, the bases do not overlap each other, so that the steric hindrance during the reaction is eliminated, and the probability of association (hydrogen bonding) between the complementary base sequences can be further increased. The hybridization reaction with the nucleotide chain to be performed is smoothly performed.
[0016]
In the present invention, the floating electrode plays a role of forming a large number of places in the reaction region where the lines of electric force are concentrated, and plays a role of fixing (terminals of) the nucleotide chain for detection to the places. By adopting a configuration in which the floating electrodes are arranged so as to be scattered in the reaction region between the opposed electrodes, a portion where the electric flux lines are concentrated can be uniformly and densely provided in the reaction region. . Further, the configuration in which the floating electrodes are scattered in the reaction region has an advantage that the nucleotide chain in the reaction region can move freely.
[0017]
Although the form of the floating electrode is not particularly limited, a floating electrode having an arc-shaped or polygonal surface shape, that is, a non-conductive electrode is preferred from the viewpoint that the electric field (lines of electric force) is easily concentrated and the nucleotide chain is easily fixed. A floating electrode having a shape capable of forming a uniform electric field can be employed. Further, it is preferable that the electrode surface of the floating electrode is formed to be narrower than the electrode surface of the counter electrode, since an electric field is easily concentrated on the electrode surface of the floating electrode, and an uneven electric field is easily formed. Furthermore, the surface of the floating electrode is subjected to a surface treatment capable of fixing the nucleotide chain for detection, whereby the operation of fixing the nucleotide chain for detection can be reliably performed.
[0018]
Next, the present application provides a sensor chip including at least the above-described hybridization detection unit. More specifically, a reaction region serving as a place of hybridization between a nucleotide chain for detection and a target nucleotide chain having a base sequence complementary to the nucleotide chain for detection, and a reaction region, which is disposed in the reaction region A counter electrode, and a plurality of floating electrodes disposed between the counter electrodes, and applying a voltage to the counter electrode to bring the detection nucleotide chain present in the reaction region into an extended state; A sensor chip capable of causing the detection nucleotide chain to undergo dielectrophoresis by a non-uniform electric field generated at a local surface portion of the counter electrode and the floating electrode, and to be fixed to the surface portion of the counter electrode and the floating electrode. I will provide a.
[0019]
According to this sensor chip, the detection nucleotide chain (in a form not suitable for hybridization), which is dropped and dispersed in the reaction region and entangled in a random coil shape by Brownian motion, is extended to form a high It is possible to adjust to a linear form which is easy to hybridize, and further, it is possible to fix the nucleotide chain for detection on the surface of the floating electrode in an extended state.
[0020]
Then, by further applying a voltage to the counter electrode, the target nucleotide chain present in the reaction region is extended, and the detection nucleotide chain immobilized on the surface portion of the counter electrode and the floating electrode. And hybridization. The electric field formed by the counter electrode in the sensor chip according to the present invention may be an alternating current.
[0021]
Further, the present application provides the following hybridization method. The method includes a reaction region serving as a place for hybridization between a nucleotide chain for detection and a target nucleotide chain having a base sequence complementary to the nucleotide chain for detection, and a counter electrode arranged in the reaction region. And a plurality of floating electrodes disposed between the opposed electrodes.
[0022]
Then, by applying a voltage to the counter electrode, the detection nucleotide chain present in the reaction region is set in an extended state, and the detection nucleotide chain in the extended state is formed on a local surface site of the counter electrode and the floating electrode. (1) performing dielectrophoresis with a non-uniform electric field generated at the surface of the floating electrode, and fixing the target nucleotide chain present in the reaction region by applying a voltage to the counter electrode. A step (second procedure) of bringing the nucleic acid into an extended state and hybridizing with the detection nucleotide chain in the extended state fixed to the surface portion of the floating electrode.
[0023]
In this method, an electric field is formed in the reaction region by applying a voltage to the counter electrode, thereby forming a non-uniform electric field on the surface of the floating electrode and the surface of the counter electrode disposed in the reaction region. Then, based on the effect of dielectrophoresis caused by the non-uniform electric field, first, a detection nucleotide chain is fixed to the surface portion of the electrode while extending.
[0024]
Subsequently, based on the same dielectrophoretic action as described above, while extending the target nucleotide chain that has been subsequently added to the reaction region, approached to the extended detection nucleotide chain fixed to the surface site, Hybridization can proceed more efficiently between linear nucleotide chains.
[0025]
The present invention described above provides a hybridization detection unit capable of efficiently detecting hybridization essential for gene mutation analysis, SNPs (single nucleotide polymorphism) analysis, gene expression frequency analysis, and the like, and a DNA including the detection unit. It has the technical significance of providing sensor chips such as chips to drug discovery, clinical diagnosis, pharmacogenomics, forensic medicine and other related industries.
[0026]
Here, the main technical terms in the present application are defined. In the present application, the term "nucleotide chain" means a polymer of a phosphate ester of a nucleoside in which a purine or pyrimidine base and a sugar are glycoside-linked, and an oligonucleotide including a DNA probe, a polynucleotide, a purine nucleotide and a pyrimidine nucleotide are polymerized. It widely includes DNA (full length or a fragment thereof), cDNA (cDNA probe) obtained by reverse transcription, RNA, polyamide nucleotide derivative (PNA), and the like.
[0027]
The “detection nucleotide chain” is a nucleotide chain directly or indirectly immobilized on the counter electrode or the floating electrode, and the “target nucleotide chain” is a base sequence complementary to the detection nucleotide chain. And may be labeled with a fluorescent substance or the like in some cases.
[0028]
“Hybridization” means a reaction of forming a complementary strand (duplex) between nucleotide chains having a complementary base sequence structure.
[0029]
The “reaction region” is a region that can provide a place for a hybridization reaction in a liquid phase. In this reaction region, in addition to the interaction between single-stranded nucleotides, that is, hybridization, a desired double-stranded nucleotide is formed from the nucleotide chain for detection, and the interaction between the double-stranded nucleotide and the peptide (or protein), Enzyme response reactions and other intermolecular interactions can also be performed. For example, when the double-stranded nucleotide is used, binding between a receptor molecule such as a hormone receptor as a transcription factor and a response element DNA portion can be analyzed.
[0030]
The “counter electrode” is at least a pair of electrodes facing each other in the reaction region, and plays a role of forming an electric field in the reaction region when a voltage is applied.
[0031]
“Floating electrode” means an isolated electrode that is conductive and is not connected to an external power supply.
[0032]
"Steric hindrance" means that the presence of a bulky substituent in the vicinity of a reaction center or the like in a molecule or the posture or steric structure (higher-order structure) of a reactive molecule makes it difficult to approach a molecule of a reaction partner. This means a phenomenon in which a desired reaction (in the present application, hybridization) hardly occurs.
[0033]
"Dielectrophoresis" is a phenomenon in which molecules are driven in a direction where the electric field is strong in a field where the electric field is not uniform, and even when an AC voltage is applied, the polarity of the polarization is reversed as the polarity of the applied voltage is reversed. A driving effect can be obtained in the same way as in the case of direct current (supervised by Teru Hayashi, "Micromachine and Material Technology (published by CMC)", pp. 37-46, Chapter 5, Cell and DNA manipulation).
[0034]
`` Sensor chip '' means at least a reaction region capable of detecting an interaction between substances on a substrate formed of quartz glass, a synthetic resin, or the like, and a device including at least a voltage applying unit for a counter electrode provided in the reaction region, A typical example is a DNA chip.
[0035]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. First, FIG. 1 is a diagram illustrating a main configuration of a hybridization detection unit (hereinafter, simply referred to as a “detection unit”) and a sensor chip according to a first embodiment (reference numeral 1a) of the present invention.
[0036]
First, a reaction region R is provided in the detection unit 1a. The reaction region R is a storage region to which a sample solution containing a detection nucleotide chain indicated by a symbol X in FIG. 1 and a target nucleotide chain (not shown) is added, and which provides a hybridization reaction field. Or space.
[0037]
In the reaction region R, opposed electrodes A and B are arranged such that their end faces are parallel to each other, and are configured to be connectable to a power supply V shown in FIG. A plurality of floating electrodes C are arranged between the counter electrodes A and B so as to be scattered in the vertical and horizontal directions without being connected to the power supply V (see FIG. 1). Here, each floating electrode C has a circular shape. However, the shape is not particularly limited, and may be any shape such as a polygon or an ellipse that forms a non-uniform electric field.
[0038]
Further, by forming the electrode surface of each floating electrode C smaller than the electrode surfaces of the counter electrodes A and B, an electric field is easily concentrated on the electrode surface of the floating electrode C, and an uneven electric field is easily formed. Is preferred.
[0039]
FIG. 1 shows a state in which the switch S is turned on and a voltage is applied between the counter electrodes A and B, and the symbol X shown in the reaction region R is still rounded into a random coil shape. The symbol X ′ represents a detection nucleotide chain that is linearly extended and fixed to the electrode surface.
[0040]
Although not particularly shown, the detection unit 1a is provided in a narrow gap between substrates formed of synthetic resin such as quartz glass, silicon, polycarbonate, and polystyrene. In the detection unit 1a, a configuration is adopted in which the thickness of the opposing electrodes A and B and the depth (or width) of the reaction region R match, and in some cases, the electrodes A and B are sandwiched by a dielectric, This may increase the distance between the substrates and increase the capacity of the reaction region R (the same applies to a second embodiment described later).
[0041]
Here, FIG. 2 shows that the electric field L is formed in the reaction region R by turning on the illustrated switch S and applying a high-frequency voltage between the counter electrodes AB by the power source V in the detection unit 1a. The state is represented by showing lines of electric force. When a high-frequency voltage is applied between the electrodes A and B, a non-uniform electric field indicated by a reference numeral L is formed in the reaction region R.
[0042]
That is, when the voltages of the counter electrodes A and B are applied, a non-uniform electric field L in which the electric field is locally concentrated on the surface portions of the electrodes A and B and the floating electrodes C is formed (see FIG. 2). By the action of the non-uniform electric field L, it is possible to drive the detection nucleotide chains X, which are randomly dispersed in the reaction region R, while extending them in a direction along the non-uniform electric field L.
[0043]
Further, the detection nucleotide chain X is driven by the action of dielectrophoresis, and one end thereof is fixed to each of the surface portions of the electrodes A, B, and C having a strong electric field in an extended state. FIG. 1 and FIG. 2 show a state in which a detection-use nucleotide chain X ′ in an extended state is fixed to a surface portion of each of the electrodes A, B, and C.
[0044]
The condition of the electric field applied between the counter electrodes A and B is about 1 × 10 6 v / m, about 1 MHz is suitable (Masao Washiz and Osamu Kurosawa: "Electrostatic Manipulation of DNA in Microfabricated Structures, No. 26, Act. .
[0045]
Subsequently, the target nucleotide chain that has been added later to the reaction region R is extended by the action of the non-uniform electric field L formed by the counter electrodes A and B in the same manner as the detection nucleotide chain X ′, It is attracted by dielectrophoresis to each surface portion of the strong electrodes A, B and C.
[0046]
The target nucleotide chain attracted to each surface site is not affected by steric hindrance between the target nucleotide chain X ′ in the extended state already immobilized on the surface site, and efficient hybridization is performed. proceed.
[0047]
The surfaces or ends of the counter electrodes A and B and each of the floating electrodes C may be subjected to a surface treatment so that the terminal portion of the nucleotide chain X ′ for detection is fixed by a reaction such as a coupling reaction. For example, in the case of an electrode surface that has been surface-treated with streptavidin, the electrode surface is suitable for fixing a terminal of a biotinylated nucleotide chain.
[0048]
Next, a configuration of a detection unit and a sensor chip according to a second embodiment (reference numeral 1b) according to the present invention will be described with reference to FIG.
[0049]
First, in the detecting section 1b, similarly to the above-described detecting section 1a, a reaction region R and opposing electrodes A and B are arranged in parallel with the reaction region R, and can be connected to a power supply V. A plurality of floating electrodes D that are not connected to the power supply V are arranged between the counter electrodes AB.
[0050]
The floating electrode group D of the second embodiment and the floating electrode group C of the first embodiment are common in that they are arranged so as to be scattered in the reaction region R. While the electrodes C are arranged in both the vertical and horizontal directions (see FIGS. 1 and 2), the floating electrodes D of the detection unit 1b differ in that they are arranged alternately (see FIG. 3). In FIG. 3, each floating electrode D has a circular shape. However, the shape is not particularly limited. The floating electrode D may have any shape such as a polygon, an ellipse, or the like that forms a non-uniform electric field.
[0051]
In the first and second embodiments described above, the groups of floating electrodes C or D are spaced apart in the reaction region R, that is, are scattered in a matrix, so that the lines of electric force concentrate in the reaction region R. There is an advantage that a large number of locations can be formed, and the non-uniformity of the electric field formed in the reaction region R can be enhanced.
[0052]
Further, since the floating electrodes C are arranged so as to be scattered in the reaction region R, hybridization can proceed over the entire reaction region R while ensuring free movement of the nucleotide chain. As a result, the range in which hybridization can be detected is widened over the entire reaction region R, and the detection sensitivity is improved.
[0053]
The arrangement interval of each floating electrode C group or each electrode of the D group is not particularly limited, but by setting the molecular length of the nucleotide chain X ′ for detection in an extended state to twice or more, the adjacent electrode C Free movement of the detection nucleotide chain X ′ can be secured between −C or D−D, and interference or steric hindrance between the fixed detection nucleotides X ′ can be prevented.
[0054]
On the other hand, by setting the arrangement interval of each floating electrode C to be shorter than the nucleotide chain X ′ for detection in the extended state, the nucleotide chain X ′ for detection is fixed so as to be cross-linked between the floating electrodes CC. Becomes possible.
[0055]
Hereinafter, an example of the “hybridization method” according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a flowchart schematically showing the procedure of the method.
[0056]
First, FIG. 4 (A) shows a stage in which the detection nucleotide chain X is present in a rounded state immediately after being dropped onto the reaction region R. At this stage, the nucleotide chain for detection has not yet been immobilized on the floating electrode C (D).
[0057]
FIGS. 4B and 4C show the first procedure P of the hybridization method according to the present invention. 1 Is shown. First, FIG. 4B shows a non-uniform electric field L in which a voltage is applied between the counter electrodes AB shown in FIGS. 1 to 3 and the lines of electric force concentrate on the surface of the floating electrode C (D). Are formed, the detection nucleotide chain X is extended along the lines of electric force, and is drawn to the floating electrode C (D). FIG. 4 (C) shows a stage in which one end of the extended detection nucleotide chain X ′ is fixed to the floating electrode C (D) after this stage.
[0058]
Subsequently, FIG. 4 (D) shows a stage where the target nucleotide chain Y has been added to the reaction region R. At this stage, voltage application to the counter electrodes AB is stopped, and the target nucleotide chain Y is in a rounded state. In addition, even at the stage of adding the target nucleotide chain Y to the reaction region R, the voltage application to the counter electrode AB may be continued.
[0059]
Next, FIGS. 4E and 4F show the second procedure P of the hybridization method according to the present invention. 2 Is shown. First, FIG. 4 (E) shows that the voltage is again applied between the opposing electrodes AB to form a non-uniform electric field L in which the lines of electric force are concentrated on the surface of the floating electrode C (D). This is a stage in which the target nucleotide chain Y is extended along the line of electric force and is drawn to the nucleotide chain X ′ for detection.
[0060]
FIG. 4 (F) shows a stage in which the detection nucleotide chain X ′ and the target nucleotide chain Y ′ both in an extended state and hybridized are subjected to Brownian motion in a state where the voltage application is turned off.
[0061]
In the hybridization method according to the present invention, the voltage application between the opposing electrodes AB is performed in the operation example in which the switch S is kept on or the switch S is turned on / off intermittently in the stages shown in FIGS. Any of the operation examples to be performed dynamically can be adopted.
[0062]
The voltage is repeatedly turned on / off a desired number of times, and the voltage is intermittently applied to adjust the timing of fixing the electrode of the detection nucleotide chain X ′ or to detect the detection nucleotide chain X already fixed. With respect to ', the target nucleotide chain in the reaction region R can be made to approach stepwise, or the target nucleotide chain can be moved back and forth, and further, the timing of the reaction can be adjusted.
[0063]
Further, at the time of applying a voltage (particularly at the stage of FIG. 4 (F)), by securing a time during which the voltage is turned off, a linear target nucleotide chain and a linear detection nucleotide chain X ′ are formed. The reaction of forming a complementary strand, ie, hybridization, can be allowed to proceed exclusively to Brownian motion.
[0064]
By the above method, the complementarity between the detection nucleotide chain X ′ extended linearly and fixed to the electrode and the target nucleotide chain linearly extended similarly to the detection nucleotide chain X ′ The preferred result is that the formation of hydrogen bonds between certain bases, that is, hybridization, proceeds efficiently without the problem of steric hindrance, shortens the reaction time, and reduces the probability of showing false positives or false negatives. Can be
[0065]
The hybridization can be detected by a conventional method, for example, such as a fluorescent dye labeled on the target nucleotide chain Y or POPO-1 or TOTO-3, which specifically binds between bases of a double-stranded nucleotide. The fluorescence intercalator is irradiated with excitation light, and the resulting fluorescence can be detected using a conventional detector.
[0066]
More specifically, the reaction region R is excited by irradiating a laser beam (for example, a blue laser beam), the magnitude of the fluorescence intensity is detected by a detector (not shown), and the nucleotide chain X ′ for detection is detected. Of the hybridization between the nucleic acid and the target nucleotide chain. Finally, A / D conversion is performed on the fluorescence intensity for each reaction region R, and the binding reaction ratio can be visualized by distributing and displaying it on the screen of the computer C. In the present invention, the method for detecting hybridization is not particularly limited.
[0067]
【The invention's effect】
The present invention improves the hybridization efficiency and shortens the reaction time by immobilizing the nucleotide chain for detection, which has been adjusted to an extended state, over the entire reaction region that provides a hybridization site on the surface of the sensor chip such as DNA. In addition, it is possible to reliably improve the detection sensitivity and prevent the occurrence of false positive or false negative.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a main configuration of a first embodiment (1a) of a hybridization detection unit and a sensor chip according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a state where a non-uniform electric field (L) is formed in the detection unit.
FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a main part of a second embodiment (1b) of a hybridization detection unit and a sensor chip according to the present invention.
FIG. 4 is a flowchart schematically showing the procedure of an embodiment of the hybridization method according to the present invention.
[Explanation of symbols]
1a, 1b Hybridization detector
A, B Counter electrode
C, D floating electrode (group)
R reaction area
S switch
V power supply
P 1 First procedure
P 2 2nd procedure
X nucleotide chain for detection
X 'nucleotide chain for detection in extended state
Y Target nucleotide chain
Target nucleotide chain in Y 'extended state

Claims (8)

検出用ヌクレオチド鎖と該検出用ヌクレオチド鎖と相補性のある塩基配列を有する標的ヌクレオチド鎖との間のハイブリダイゼーションの場となる反応領域と、
前記反応領域に配置された対向電極と、
前記対向電極間に点在するように配設された浮遊電極と、を備えるハイブリダイゼーション検出部。
A reaction region serving as a place for hybridization between the nucleotide chain for detection and a target nucleotide chain having a base sequence complementary to the nucleotide chain for detection,
A counter electrode disposed in the reaction region,
A floating electrode disposed so as to be interspersed between the opposed electrodes.
前記浮遊電極は、不均一電界を形成できる形状を備えることを特徴とする請求項1記載のハイブリダイゼーション検出部。The hybridization detecting unit according to claim 1, wherein the floating electrode has a shape capable of forming a non-uniform electric field. 前記浮遊電極の電極表面は、前記対向電極の電極表面よりも狭小に形成されていることを特徴とする請求項1記載のハイブリダイゼーション検出部。The hybridization detection unit according to claim 1, wherein an electrode surface of the floating electrode is formed narrower than an electrode surface of the counter electrode. 前記浮遊電極の表面が、前記検出用ヌクレオチド鎖を固定できる表面処理が施されていることを特徴とする請求項1記載のハイブリダイゼーション検出部。The hybridization detection unit according to claim 1, wherein the surface of the floating electrode is subjected to a surface treatment capable of fixing the nucleotide chain for detection. 前記対向電極が、平行に配置されていることを特徴とする請求項1記載のハイブリダイゼーション検出部。The hybridization detection unit according to claim 1, wherein the counter electrodes are arranged in parallel. 請求項1記載のハイブリダイゼーション検出部を少なくとも備えることを特徴とするセンサーチップ。A sensor chip comprising at least the hybridization detection unit according to claim 1. 前記対向電極によって形成される電界が、交流であることを特徴とする請求項6記載のセンサーチップ。The sensor chip according to claim 6, wherein the electric field formed by the counter electrode is an alternating current. 検出用ヌクレオチド鎖と該検出用ヌクレオチド鎖と相補性のある塩基配列を備える標的ヌクレオチド鎖との間のハイブリダイゼーションの場となる反応領域と、前記反応領域に配置された対向電極と、前記対向電極間に配設された複数の浮遊電極と、を備えた検出部を用いて、
前記対向電極に電圧を印加することにより前記反応領域に存在する前記検出用ヌクレオチド鎖を伸長状態とし、この伸長状態の検出用ヌクレオチド鎖を前記対向電極及び前記浮遊電極の局所的な表面部位に生じる不均一電界で誘電泳動して、前記浮遊電極の前記表面部位に固定させる手順と、
前記対向電極に電圧を印加することにより前記反応領域に存在する前記標的ヌクレオチド鎖を伸長状態にして、前記浮遊電極の前記表面部位に固定された伸長状態の前記検出用ヌクレオチド鎖とハイブリダイゼーションさせる手順と、
を備えるハイブリダイゼーション方法。
A reaction region serving as a place for hybridization between a nucleotide chain for detection and a target nucleotide chain having a nucleotide sequence complementary to the nucleotide chain for detection, a counter electrode disposed in the reaction region, and the counter electrode Using a plurality of floating electrodes disposed therebetween, and a detection unit including
By applying a voltage to the counter electrode, the detection nucleotide chain present in the reaction region is extended, and the detection nucleotide chain in the extended state is generated at a local surface site of the counter electrode and the floating electrode. Dielectrophoresis in a non-uniform electric field, a procedure of fixing to the surface portion of the floating electrode,
A procedure in which the target nucleotide chain present in the reaction region is extended by applying a voltage to the counter electrode, and hybridized with the detection nucleotide chain in the extended state fixed to the surface portion of the floating electrode. When,
A hybridization method comprising:
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