JP2005249429A - Reaction detection chip - Google Patents

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賢朗 中村
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祐士 阿部
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the S/N ratio by increasing stably a signal component, and to improve detection capacity of a DNA chip, by stabilizing the magnitude of the signal component by manufacturing a three-dimensionally arranged probe capable of controlling stably the number of probes and uniformizing specimen supply to the probes in order to improve the detection capacity in a reaction detection chip. <P>SOLUTION: In this reaction detection chip where a spot is formed by gathering and immobilizing on a substrate a plurality of such porous particles that probe molecules are bonded to the surface including pores of each porous particle, the porous particles are transparent to incident light, and the porous particles are immobilized in the monolayer state on the substrate. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、遺伝子診断及び生理機能診断等に使用される多数の機能分子の認識を可能にする反応検出チップに関する。   The present invention relates to a reaction detection chip that enables recognition of a large number of functional molecules used for genetic diagnosis and physiological function diagnosis.

昨今のバイオテクノロジーの著しい進展に伴い、機能分子の認識を可能にする反応検出チップは、ますます重要な役割を担いつつある。反応検出チップの中でも最近注目度の高いDNAチップを例に説明する。   With recent advances in biotechnology, reaction detection chips that enable recognition of functional molecules are playing an increasingly important role. Of the reaction detection chips, a DNA chip that has recently been attracting attention will be described as an example.

遺伝子の変異、特に一塩基多型(塩基配列における一塩基の変異)の検出は、突然変異等に起因する疾患、例えば、ガンの診断等に有効なだけでなく、多因子疾患の病因関連遺伝子の解析や予測医療にも貢献し、個々人の薬剤応答性や副作用の程度を調べる上にも必要である。また、遺伝子の発現状況、すなわち、遺伝子情報がmRNAに読み取られ対応するタンパク質がつくられる状況を調べることは、遺伝子レベルで生命現象や病気を理解し、新薬を開発する上に非常に重要である。この遺伝子変異、あるいは、遺伝子の発現状況を速やかに検出する手段として、DNAチップが有効であることが知られている。   Detection of gene mutations, particularly single nucleotide polymorphisms (single nucleotide mutations in the nucleotide sequence) is not only effective for diseases caused by mutations, such as cancer diagnosis, but also genes related to the etiology of multifactorial diseases It is also necessary for investigating the degree of drug responsiveness and side effects of individuals. In addition, it is very important to investigate the gene expression status, that is, the status where gene information is read by mRNA and the corresponding protein is made, to understand life phenomena and diseases at the gene level and to develop new drugs. . It is known that a DNA chip is effective as a means for quickly detecting this gene mutation or gene expression status.

DNAチップとは、検体である各種DNAとそれぞれ特異的に結合する性質を有する分子をプローブとし、それぞれのプローブごとに、担体の表面上に、それぞれの区画に対応させて配列し固定したものである。このプローブは、一本鎖にした検体DNAに対し相補的な塩基配列を有する一本鎖のDNAあるいはオリゴヌクレオチドであることが一般的である。   A DNA chip is a probe in which molecules having the property of binding specifically to various types of DNA as specimens are used as probes, and each probe is arranged and fixed on the surface of a carrier corresponding to each compartment. is there. This probe is generally a single-stranded DNA or oligonucleotide having a base sequence complementary to a single-stranded sample DNA.

DNAチップのプローブが固定された面に検体DNAを含む検体液を接触させ、検体DNAと対応するプローブ間で結合を起こさせる。この結合は、通常、プローブと検体DNAの対合する塩基間で水素結合する性質、すなわち、ハイブリダイゼーションを利用したものである。そして、このハイブリダイゼーションによる結合を何らかの手段で検出することにより、プローブと結合した検体DNAを同定し、かつ、定量することができる。   The sample solution containing the sample DNA is brought into contact with the surface of the DNA chip on which the probe is fixed, and binding is caused between the sample DNA and the corresponding probe. This binding usually utilizes the property of hydrogen bonding between the paired bases of the probe and the sample DNA, that is, hybridization. Then, by detecting the binding due to the hybridization by some means, the sample DNA bound to the probe can be identified and quantified.

ここでプローブと検体液の接触は、微量な検体液をプローブに有効に作用させる目的から、プローブが固定された担体面の領域に検体液を滴下し、その上にカバーガラス等をかぶせて検体液を均等に行き渡らせる方法、いわゆる“カバーガラス法”にて行うことが一般的である。   Here, the contact between the probe and the sample liquid is performed by dropping the sample liquid onto the region of the carrier surface on which the probe is fixed and covering the sample with a cover glass or the like for the purpose of effectively acting a small amount of sample liquid on the probe. The method is generally carried out by a method in which the liquid is evenly distributed, the so-called “cover glass method”.

また、上記検出手段として現在は、検体DNAに標識として予め蛍光色素分子を付加し、プローブと結合した検体DNAの蛍光色素分子からの蛍光の強度を測定することが一般的である。   Further, as the detection means, at present, it is common to add a fluorescent dye molecule as a label to the sample DNA in advance and measure the intensity of fluorescence from the fluorescent dye molecule of the sample DNA bound to the probe.

特許文献1には、多孔質粒子の細孔内部表面にそれぞれに異なる検出対象と結合可能な反応性物質を担持した多孔質担体粒子を、一体として担持多孔質担体粒子プローブとして、多孔質担体粒子細孔内部表面の反応性を維持したまま、基材に設けた複数の微小区分の1つ以上の区分に配列結合固定させることを特徴とする反応検出チップが開示されている。この多孔質担体粒子プローブは、本発明の一態様において使用される。   Patent Document 1 discloses that porous carrier particles carrying reactive substances capable of binding to different detection targets on porous inner surfaces of the porous particles are integrally used as a porous carrier particle probe as a porous carrier particle. There has been disclosed a reaction detection chip characterized in that it is arrayed and fixed to one or more of a plurality of micro-sections provided on a substrate while maintaining the reactivity of the pore internal surface. This porous carrier particle probe is used in one embodiment of the present invention.

特開2001−281251号公報JP 2001-281251 A

ところで、検出時に測定される蛍光は、プローブとハイブリダイゼーション結合した検体DNAの蛍光色素分子からの蛍光、すなわち“シグナル成分”だけではない。ハイブリダイゼーション以外のメカニズムにより基板およびプローブに結合した検体DNAの蛍光色素分子からの蛍光、基板自体の蛍光、基板に付着したほこりや汚れ、または測定光学系内部の汚れなどから発せられる蛍光、さらには測定光学系が有する暗シグナルといった検出を阻害する蛍光成分(ここでは“ノイズ成分”と呼ぶ。)もある。   By the way, the fluorescence measured at the time of detection is not limited to the fluorescence from the fluorescent dye molecule of the sample DNA hybridized with the probe, that is, the “signal component”. Fluorescence from fluorescent dye molecules of sample DNA bound to the substrate and probe by a mechanism other than hybridization, fluorescence from the substrate itself, dust and dirt adhering to the substrate, or fluorescence inside the measurement optical system, and more There is also a fluorescent component (herein referred to as “noise component”) that hinders detection, such as a dark signal that the measurement optical system has.

このようなノイズ成分の和が各DNAチップの各プローブで一定であるならば、測定蛍光値からその一定値を差し引くことでシグナル成分を出すことができる。しかし実際には、ノイズ成分の和は一定ではなくばらつきをもつ。そして、各プローブにおいてシグナル成分とノイズ成分をそれぞれ正確に分離することは事実上不可能である。よって、測定蛍光値の大小関係がシグナル成分の大小関係と確実に一致するように、ノイズ成分のばらつきの影響が十分小さくなるまで、測定蛍光中のシグナル成分とノイズ成分との比(S/N比)を上げることが必要である。特に一塩基多型の検出では、シグナル成分の小さな差を識別しなければならないので、このS/N比の向上は非常に重要である。   If the sum of such noise components is constant for each probe of each DNA chip, a signal component can be obtained by subtracting the constant value from the measured fluorescence value. However, in practice, the sum of noise components is not constant but varies. It is practically impossible to accurately separate the signal component and the noise component in each probe. Therefore, the ratio of the signal component to the noise component in the measured fluorescence (S / N) until the influence of the variation of the noise component is sufficiently reduced so that the magnitude relationship of the measured fluorescence values is consistent with the magnitude relationship of the signal components. Ratio) is necessary. In particular, in the detection of single nucleotide polymorphisms, since a small difference in signal components must be identified, this improvement in the S / N ratio is very important.

S/N比を向上させる一つの方法は、ノイズ成分を小さくすることである。この目的で、蛍光測定の際、共焦点法が一般に用いられる。共焦点法は、焦点深度が狭いため、プローブ位置と高さが数μm程度以上異なる位置から発せられる蛍光を軽減させる作用を有する。よって、プローブと高さが異なる位置から発生するノイズ成分を大幅にカットすることが可能になる。   One way to improve the S / N ratio is to reduce the noise component. For this purpose, the confocal method is generally used for fluorescence measurements. The confocal method has an effect of reducing fluorescence emitted from a position whose height differs from the probe position by several μm or more because the depth of focus is narrow. Therefore, it is possible to greatly cut a noise component generated from a position having a height different from that of the probe.

しかしながら共焦点法では、厳密に焦点を合わせる必要上、蛍光測定装置は精巧な構造となり高価になる。基板も高い厚さ均一性が要求されるため高価になる。また、プローブと高さが一致する位置から発生するノイズ成分に対しては効果がない。   However, in the confocal method, since it is necessary to focus precisely, the fluorescence measuring apparatus has an elaborate structure and is expensive. The substrate is also expensive because high thickness uniformity is required. In addition, there is no effect on the noise component generated from the position where the height coincides with the probe.

そこで、共焦点法とは異なる、S/N比を向上させる抜本的な手法が待望される。
S/N比を向上させるもう一つの方法は、シグナル成分を大きくすることである。シグナル成分を大きくする最も有力な方法の一つは、従来2次元的に配置されているプローブを、基板に垂直な方向も含めて3次元的に配置し、シグナル発生源を3次元的にして集光することである。この発想は、基板表面に垂直な方向に関して狭い範囲からのみシグナル成分を集光する、蛍光測定において標準的な共焦点法とは相反する。そのような事情から、この発想に基づくDNAチップはまだ十分には開発されておらず、従来の開発品は以下の問題を有していた。
(I)プローブを2次元配置にするのに比し3次元配置にすると、基板に対する投影単位面積当りのプローブの数を安定に制御することが難しくなる。
(II)プローブを2次元配置にするのに比し3次元配置にすると、プローブへの検体の供給を均一にすることがカバーガラス法を用いた場合難しくなる。
Therefore, a radical method for improving the S / N ratio, which is different from the confocal method, is expected.
Another way to improve the S / N ratio is to increase the signal component. One of the most effective ways to increase the signal component is to place the probe that has been placed two-dimensionally in a three-dimensional manner, including the direction perpendicular to the substrate, and make the signal source three-dimensional. It is to collect light. This idea is contrary to the standard confocal method in fluorescence measurement, which collects signal components only from a narrow range in the direction perpendicular to the substrate surface. Under such circumstances, a DNA chip based on this idea has not been sufficiently developed, and the conventional developed product has the following problems.
(I) If the probe is arranged in a three-dimensional arrangement as compared with the two-dimensional arrangement, it is difficult to stably control the number of probes per projection unit area on the substrate.
(II) When the probe is arranged in a three-dimensional arrangement as compared with the two-dimensional arrangement, it is difficult to make the sample supplied uniformly to the probe when the cover glass method is used.

よって、プローブを3次元配置にしてシグナル成分を大きくしたにもかかわらず、シグナル成分のばらつきが大きいため、検出能力が向上しなかった。
したがって検出能力を向上させるには、プローブの数が安定に制御でき、かつ、プローブへの検体の供給が均一になる3次元配置プローブを作製し、シグナル成分の大きさを安定させることが不可欠である。
Therefore, although the signal component is increased by arranging the probes in a three-dimensional arrangement, the detection capability is not improved due to the large variation of the signal component.
Therefore, in order to improve the detection capability, it is indispensable to create a three-dimensionally arranged probe in which the number of probes can be stably controlled and the sample supply to the probe is uniform, and the size of the signal component is stabilized. is there.

このように、シグナル成分を安定に増大させてS/N比を向上させ、DNAチップの検出能力を向上させることが本発明の課題である。   Thus, it is an object of the present invention to stably increase the signal component to improve the S / N ratio and improve the detection ability of the DNA chip.

本発明は、下記の手段により前記の課題を解決した。
(1)プローブ分子を多孔質粒子の細孔を含む表面に結合させた該多孔質粒子を複数個集合させて基板に固定することによりスポットを形成し、該スポットに入射光を照射して該プローブ分子と結合した検体分子を検出する反応検出チップにおいて、該多孔質粒子は該入射光に対し透明であり、かつ、該多孔質粒子は該基板上に単層状態に固定してあることを特徴とする反応検出チップ。
(2)前記検体分子には光学的に検知可能な標識物質、例えば、蛍光色素分子、燐光色素分子、機能性色素分子等、好ましくは蛍光色素分子、が付加されており、該標識物質からの発生する光学シグナルを検出することを特徴とする第1項に記載の反応検出チップ。
(3)前記入射光に対する前記多孔質粒子の線吸収係数が10μm-1以下であることを特徴とする第1項に記載の反応検出チップ。
(4)前記入射光に対する前記基板の線吸収係数が100μm-1以上であることを特徴とする第1項に記載の反応検出チップ。
(5)前記多孔質粒子の粒径は0.1μm以上、200μm以下であることを特徴とする第1項に記載の反応検出チップ。
(6)前記基板上に熱可塑性の有機膜を形成し、該有機膜上に前記多孔質粒子を点着し、該基板を加温して該有機膜を軟化させることにより該多孔質粒子を該有機膜に埋め込んで該多孔質粒子を固定し、固定されない余剰の該多孔質粒子を除去することを特徴とする第1項に記載の反応検出チップ。
(7)前記有機膜の厚さは、前記多孔質粒子の粒径の半分以下であることを特徴とする第6項に記載の反応検出チップ。
(8)前記有機膜は、該有機膜の材料を有機溶媒に溶解しスピンコート法により形成することを特徴とする第6項に記載の反応検出チップ。
(9)前記点着は、前記多孔質粒子を液体に分散させて行われることを特徴とする第6項に記載の反応検出チップ。
(10)前記余剰の多孔質粒子の除去は、超音波洗浄により行われることを特徴とする第6項に記載の反応検出チップ。
(11)前記有機膜は、酢酸ビニル膜であることを特徴とする第6項に記載の反応検出チップ。
(12)前記プローブ分子と前記検体分子は、核酸、蛋白質、糖蛋白質のうちのいずれか一種類であることを特徴とする第1項に記載の反応検出チップ。
The present invention has solved the above problems by the following means.
(1) A plurality of porous particles in which probe molecules are bonded to a surface including pores of a porous particle are assembled and fixed to a substrate to form a spot, and the spot is irradiated with incident light, In a reaction detection chip for detecting an analyte molecule bound to a probe molecule, the porous particles are transparent to the incident light, and the porous particles are fixed in a single layer state on the substrate. Characteristic reaction detection chip.
(2) An optically detectable labeling substance, for example, a fluorescent dye molecule, a phosphorescent dye molecule, a functional dye molecule, etc., preferably a fluorescent dye molecule, is added to the analyte molecule. The reaction detection chip according to item 1, wherein the generated optical signal is detected.
(3) The reaction detection chip according to item (1), wherein a linear absorption coefficient of the porous particles with respect to the incident light is 10 μm −1 or less.
(4) The reaction detection chip according to item 1, wherein a linear absorption coefficient of the substrate with respect to the incident light is 100 μm −1 or more.
(5) The reaction detection chip according to item 1, wherein the porous particles have a particle size of 0.1 μm or more and 200 μm or less.
(6) A thermoplastic organic film is formed on the substrate, the porous particles are spotted on the organic film, and the substrate is heated to soften the organic film. 2. The reaction detection chip according to claim 1, wherein the porous particles are fixed by being embedded in the organic film, and excess porous particles that are not fixed are removed.
(7) The reaction detection chip according to item 6, wherein the thickness of the organic film is not more than half of the particle diameter of the porous particles.
(8) The reaction detection chip according to item 6, wherein the organic film is formed by dissolving the material of the organic film in an organic solvent by a spin coating method.
(9) The reaction detection chip according to item 6, wherein the spotting is performed by dispersing the porous particles in a liquid.
(10) The reaction detection chip according to item 6, wherein the excess porous particles are removed by ultrasonic cleaning.
(11) The reaction detection chip according to item 6, wherein the organic film is a vinyl acetate film.
(12) The reaction detection chip according to item 1, wherein the probe molecule and the analyte molecule are any one of nucleic acid, protein, and glycoprotein.

通常のDNAチップでは平面基板にプローブを直接固定するので、プローブの配置は2次元的である(図7参照)。もし、基板表面に平行な方向のみならず基板表面に垂直な方向にもプローブが分布するようにプローブの配置を3次元的にすることができれば、基板表面に対する投影単位面積当りのプローブ数が格段に増加することになる。したがって、プローブと結合した検体からの基板表面に垂直な方向に関するシグナルを集めることができれば、プローブ配置を3次元的にすることによりシグナル成分を増大させることができる。   In a normal DNA chip, the probe is directly fixed to a flat substrate, so that the arrangement of the probe is two-dimensional (see FIG. 7). If the arrangement of the probes can be made three-dimensional so that the probes are distributed not only in the direction parallel to the substrate surface but also in the direction perpendicular to the substrate surface, the number of probes per projected unit area with respect to the substrate surface is remarkably high. Will increase. Therefore, if signals relating to the direction perpendicular to the substrate surface from the analyte bound to the probe can be collected, the signal component can be increased by making the probe arrangement three-dimensional.

まず、プローブ配置を3次元的にする目的で、特開2001-281251号公報に開示された手段を用いる。すなわち、プローブの担体として多孔質粒子を用い、多孔質粒子の内部の細孔を含む全表面にプローブを結合させる。そして、このプローブ付き多孔質粒子を基板上に固定し、反応検出チップのスポットを形成する(図4参照)。検体は細孔を経由して多孔質粒子の内部に拡散していけるので、多孔質粒子の内部に存在するプローブも検体との結合反応に寄与することが可能である。   First, the means disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-281251 is used for the purpose of three-dimensional probe arrangement. That is, porous particles are used as the probe carrier, and the probes are bonded to the entire surface including the pores inside the porous particles. And this porous particle with a probe is fixed on a board | substrate, and the spot of a reaction detection chip | tip is formed (refer FIG. 4). Since the specimen can diffuse into the porous particles via the pores, the probes existing inside the porous particles can also contribute to the binding reaction with the specimen.

次に、多孔質粒子内部のプローブと結合した検体からのシグナルを集める方法を提示する。このシグナルは、現在のDNAチップにおける標準的な検出法と同様に、予め検体に付加した光学的に検知可能な標識物質、一般的には色素に入射光を照射した時の応答光とする。この色素に蛍光色素を選び、入射光として励起光を照射し、応答光として蛍光を検出することが一般的である。   Next, a method for collecting signals from the analyte bound to the probe inside the porous particle is presented. This signal is a response light when an incident light is irradiated onto an optically detectable labeling substance, generally a dye, previously added to the specimen, as in the standard detection method in the current DNA chip. Generally, a fluorescent dye is selected as the dye, excitation light is irradiated as incident light, and fluorescence is detected as response light.

多孔質粒子内部のプローブと結合した検体の場合、検体に付加された蛍光色素、すなわち蛍光標識を励起するには、多孔質粒子という媒体を通過させて励起光を照射することになる。よって、励起光に対し透明な多孔質粒子を選択すれば、励起光は多孔質内部を減衰することなく透過して蛍光標識を照射する。励起光照射により励起された蛍光の波長は、励起光の波長に対し20nm程度長いだけで励起光の波長との差は小さい。よって、蛍光の多孔質粒子に対する透過度は、励起光の多孔質粒子に対する透過度とほぼ等しく、多孔質粒子が励起光に対して透明であるならば蛍光に対しても透明であると考えてよい。したがって、励起された蛍光も多孔質内部を減衰することなく透過する。このように励起光に対して透明な多孔質粒子を選択することにより、多孔質粒子内部全体にわたる蛍光標識からのシグナルを集めることが可能になり、ひいてはシグナル成分を増大させることが可能になる。   In the case of a specimen bound to a probe inside the porous particle, in order to excite the fluorescent dye added to the specimen, that is, the fluorescent label, the excitation light is irradiated through the medium called the porous particle. Therefore, if porous particles that are transparent to the excitation light are selected, the excitation light passes through the porous interior without being attenuated and irradiates the fluorescent label. The wavelength of the fluorescence excited by the excitation light irradiation is only about 20 nm longer than the wavelength of the excitation light, and the difference from the wavelength of the excitation light is small. Therefore, the permeability of the fluorescence to the porous particles is almost equal to the permeability of the excitation light to the porous particles, and if the porous particles are transparent to the excitation light, it is considered transparent to the fluorescence. Good. Therefore, the excited fluorescence is transmitted through the porous interior without being attenuated. By selecting porous particles that are transparent to excitation light in this way, it becomes possible to collect signals from fluorescent labels throughout the porous particles, and thus increase the signal component.

最後に、3次元的に増大するプローブの数を制御し、かつ、プローブへの検体の供給を均一にすることによりシグナル成分の大きさを安定させる方法を提示する。
プローブの数の制御は、スポット間の厚さばらつきを抑制することにより達成される。基板に対する投影単位面積当りのプローブ数はスポットの厚さに比例するので、シグナル成分の大きさはスポットの厚さに比例するからである。
Finally, a method for stabilizing the size of the signal component by controlling the number of three-dimensionally increasing probes and making the supply of the analyte to the probes uniform is presented.
Control of the number of probes is achieved by suppressing thickness variations between spots. This is because the number of probes per projected unit area with respect to the substrate is proportional to the thickness of the spot, and the magnitude of the signal component is proportional to the thickness of the spot.

プローブへの検体の供給を均一にするには、結合反応時に用いられるカバーガラス法、すなわち、基板のスポット部に滴下した微量な検体液をカバーガラスをかぶせることにより均等に広げる方法に適したスポット形態にすることが必要である。これは結合反応を均一に行うため、スポット上に広がる検体液の層の厚さを均一にすることが必須条件であることによる。   In order to make the supply of the sample to the probe uniform, it is a spot suitable for the cover glass method used at the time of the binding reaction, that is, a method that spreads evenly a small amount of sample liquid dropped on the spot portion of the substrate by covering the cover glass. It needs to be in form. This is because in order to perform the binding reaction uniformly, it is an essential condition that the thickness of the layer of the specimen liquid spreading on the spot is uniform.

プローブ付き多孔質粒子の基板への固定に関しては、例えば、同粒子をゾルやポリマーに分散させたペーストを基板に点着し固定する方法が特開2001-281251号公報に例示されている。ゾルやポリマーには固まった際、検体分子が拡散できる網目構造になるものもあり、この場合、検体分子はプローブに到達することが可能である。更に固まった際、透明になり、かつ自蛍光が小さいゾルやポリマーであれば、蛍光強度測定に支障は生じない。   Regarding the fixing of the probe-attached porous particles to the substrate, for example, JP-A-2001-281251 discloses a method of spotting and fixing a paste in which the particles are dispersed in a sol or polymer to the substrate. Some sols and polymers have a network structure in which analyte molecules can diffuse when solidified. In this case, the analyte molecules can reach the probe. If it is a sol or polymer that becomes transparent when solidified and has a small autofluorescence, there is no problem in measuring the fluorescence intensity.

しかしながらこの方法の問題点は、スポットの厚さ、すなわち、スポットの厚さ方向におけるプローブ付き多孔質粒子の数を制御することができないことである。この方法を行うと、必然的にスポットはプローブ付き多孔質粒子が積み重なって構成されることになるが、このスポットの厚さと断面形状は、たとえペースト中の同粒子の濃度やペーストの点着量を一定にしても、安定に制御することが困難だからである。つまりこの方法だと、スポットの厚さは、スポット間においてもスポット内においても大きくばらついてしまう。   However, the problem with this method is that the thickness of the spot, that is, the number of porous particles with a probe in the direction of the thickness of the spot cannot be controlled. If this method is used, the spot will inevitably consist of a stack of porous particles with a probe, but the thickness and cross-sectional shape of the spot will depend on the concentration of the same particle in the paste and the amount of paste deposited. This is because it is difficult to control stably even if is constant. That is, with this method, the thickness of the spot varies greatly between spots and within spots.

このようにスポットの厚みがばらついているため、カバーガラス法を用いても、カバーガラス下面とスポット上面の間隔が一定にならないため、スポット上に広がる検体液の層の厚さは均一にはならない。よって検体液の浸透の仕方にばらつきが出てしまい、プローブと検体の結合反応は不均一になってしまう。また、検体液がプローブに十分浸透・到達しても、蛍光が通過するプローブ付き多孔質粒子や固定用ペースト層の厚さが位置によって異なるので、光透過の変動を生じ、外から観察される蛍光強度が大幅にばらついてしまう。   Since the thickness of the spot varies in this way, even when the cover glass method is used, the distance between the lower surface of the cover glass and the upper surface of the spot is not constant, and the thickness of the sample liquid layer spreading on the spot is not uniform. . As a result, the way in which the sample liquid permeates varies, and the binding reaction between the probe and the sample becomes non-uniform. In addition, even if the sample liquid sufficiently penetrates and reaches the probe, the thickness of the porous particle with probe through which fluorescence passes and the thickness of the paste layer for fixation vary depending on the position, causing fluctuation in light transmission and being observed from the outside The fluorescence intensity varies greatly.

このような不都合が生じるため、プローブ付き多孔質粒子を積み重ねて固定する方法は、結合反応時に用いられるカバーガラス法に適さない。
そこで、プローブ付き多孔質粒子をスポット厚さが一定になるように一層に並べて基板に固定する方法を採用することが必要になる。そのためには、基板の上に接着層を形成し、この接着層にプローブ付き多孔質粒子を埋没させて固定する方法が最適である。接着層の厚さは、プローブ付き多孔質粒子の粒径の半分以下にして、プローブ付き多孔質粒子の体積の半分以上は接着層の外に露出するようにし、この露出部が検体液に直接接触できるようにする。
Because of such inconvenience, the method of stacking and fixing the probe-attached porous particles is not suitable for the cover glass method used during the binding reaction.
Therefore, it is necessary to adopt a method in which the porous particles with probes are arranged in a single layer and fixed to the substrate so that the spot thickness is constant. For this purpose, an optimum method is to form an adhesive layer on the substrate and bury the probe-attached porous particles in the adhesive layer for fixing. The thickness of the adhesive layer should be less than half of the particle size of the probe-attached porous particle, and more than half of the volume of the probe-attached porous particle should be exposed to the outside of the adhesive layer. Make contact.

具体的な製法例としては、接着層として熱可塑性の有機膜をスピンコート法等により基板の上に形成し、この有機膜の上に液体分散させたプローブ付き多孔質粒子を点着する。そして、基板を加温することにより有機膜を軟化させ、プローブ付き多孔質粒子を埋没させる。基板を冷却して有機膜が硬化した後、固定されたプローブ付き多孔質粒子の上に重なった余剰のプローブ付き多孔質粒子を超音波洗浄等で除去する。   As a specific example of the production method, a thermoplastic organic film is formed as an adhesive layer on a substrate by a spin coat method or the like, and probe-attached porous particles dispersed on the organic film are spotted. Then, the organic film is softened by heating the substrate, and the probe-attached porous particles are buried. After the substrate is cooled and the organic film is cured, excess porous particles with the probe overlaid on the fixed porous particles with the probe are removed by ultrasonic cleaning or the like.

こうしてプローブ付き多孔質粒子が一層分だけ並んで基板に固定されたスポットが形成される。このスポットは厚さばらつきが抑制されるため、基板に対する投影単位面積当りのプローブの数を制御することが可能になり、結合反応時に用いられるカバーガラス法も問題なく使用することが可能になる。   In this way, a spot in which the probe-attached porous particles are arranged in a single layer and fixed to the substrate is formed. Since the thickness variation of the spot is suppressed, the number of probes per projected unit area on the substrate can be controlled, and the cover glass method used at the time of the binding reaction can be used without any problem.

多孔質粒子の透明度は高ければ高いほど良く、励起光に対する線吸収係数が10μm-1以下であることが望ましい。大雑把に言うと、これは励起光が多孔質粒子内部に0.1μm程度以上進入できることに対応する。プローブ分子同士の平均間隔は一般に数10nmなので、これより透明度が低いと励起光進入距離内に存在するプローブ数が数個以下になってしまい、励起光進入方向、すなわち基板表面に垂直な方向におけるシグナルの積算効果は小さくなってしまうからである。 The higher the transparency of the porous particles, the better. It is desirable that the linear absorption coefficient for the excitation light is 10 μm −1 or less. Roughly speaking, this corresponds to the fact that excitation light can enter the interior of the porous particles by about 0.1 μm or more. Since the average interval between probe molecules is generally several tens of nanometers, if the transparency is lower than this, the number of probes existing within the excitation light penetration distance will be several or less, and in the excitation light penetration direction, that is, the direction perpendicular to the substrate surface This is because the signal integration effect is reduced.

本発明では、透明な多孔質粒子内部全体にわたる蛍光標識からのシグナルを積算させるので、蛍光検出を行う際、特に多孔質粒子の粒径が10μmを超える場合は共焦点法を用いることは避けるべきである。共焦点法だと焦点深度が狭いため、基板に垂直な方向に関しては数μm程度の領域からしかシグナルを積算できないからである。   In the present invention, the signal from the fluorescent label throughout the entire transparent porous particle is integrated. Therefore, when performing fluorescence detection, the confocal method should be avoided especially when the particle size of the porous particle exceeds 10 μm. It is. This is because the confocal method has a narrow depth of focus, so that signals can be integrated only from a region of several μm in the direction perpendicular to the substrate.

S/N比の向上を図る観点から、ノイズ成分の一つである基板自体の蛍光を小さくすることも重要である。従来のDNAチップにおいても、基板として自蛍光の小さいスライドガラスが用いられてきた。本発明において注意すべきことは、プローブ付き透明多孔質粒子に対して蛍光を積算することと同じ理由で、透明基板に対しても蛍光を積算するということである。たとえ自蛍光の小さい材質から構成されていても、透明基板ではこの積算の影響でノイズ成分が大きくなる懸念がある。よって基板は、励起光に対し自蛍光が小さいという従来からの要請に加えて不透明であることが要求され、具体的には、線吸収係数が100μm-1以上であることが好ましい。 From the viewpoint of improving the S / N ratio, it is also important to reduce the fluorescence of the substrate itself, which is one of the noise components. In a conventional DNA chip, a slide glass with small autofluorescence has been used as a substrate. In the present invention, it should be noted that the fluorescence is integrated with respect to the transparent substrate for the same reason as that with which the fluorescence is integrated with respect to the transparent porous particles with a probe. Even if it is made of a material having low autofluorescence, there is a concern that the noise component becomes large due to the effect of this integration in the transparent substrate. Therefore, the substrate is required to be opaque in addition to the conventional request that autofluorescence is small with respect to excitation light, and specifically, the linear absorption coefficient is preferably 100 μm −1 or more.

従来のDNAチップではプローブ分子を基板に直接固定するため、結合の容易さから基板の材質はガラスが好まれた。一方本発明では、プローブ分子は多孔質粒子に固定され、この多孔質粒子を接着層を介して固定することが基板の役割なので、基板の材質はガラスに拘る必要はない。また、共焦点法を用いないので、基板の厚さ均一性の高さは要求されない。不透明であるという条件が付いても、基板の選択範囲は、従来のDNAチップより広がることになる。   Since the conventional DNA chip directly fixes the probe molecule to the substrate, glass is preferred as the substrate material for ease of bonding. On the other hand, in the present invention, the probe molecule is fixed to the porous particle, and the role of the substrate is to fix the porous particle via the adhesive layer, so that the material of the substrate does not need to be related to glass. Further, since the confocal method is not used, high thickness uniformity of the substrate is not required. Even with the condition of being opaque, the selection range of the substrate is wider than that of the conventional DNA chip.

多孔質粒子の粒径は、特開2001-281251号公報に開示されているように0.1μm以上200μm以下、好ましくは0.1μm以上100μm以下、更に好ましくは1μm以上10μm以下であることが望ましい。プローブ分子同士の平均間隔は一般に数10nmなので、粒径が0.1μmを下回ると励起光進入距離内に存在するプローブ数が数個以下になってしまい、シグナルの積算効果が小さくなり意味がない。   As disclosed in JP-A-2001-281251, the particle size of the porous particles is preferably 0.1 μm or more and 200 μm or less, preferably 0.1 μm or more and 100 μm or less, more preferably 1 μm or more and 10 μm or less. Since the average interval between probe molecules is generally several tens of nanometers, if the particle size is less than 0.1 μm, the number of probes existing within the excitation light penetration distance will be several or less, and the signal integration effect will be reduced, which is meaningless.

また、粒径が200μmを超えると、プローブと検体の結合反応を起こさせる際、不都合が生じる。この理由を以下に述べる。
DNAプローブとDNA検体の結合反応であるハイブリダイゼーションを行う時は、微量な検体液をプローブに有効に作用させる目的でカバーガラス法を用いるのが一般的である。検体液は入手が難しく貴重であるため、DNAチップ1枚当たりの検体液の使用量は40μl以下の量、通常は10μl程度である。基板スポット部の上に検体液を10μl滴下し、その上に20mm角のカバーガラスをかぶせて検体液を均等に広げるとすると、検体液は基板とカバーガラスの間に厚さ25μmの液層として介在する。この液層の厚さは、検体液量とカバーガラスサイズにより変化するが、通常では高々数十μm程度である。一方、粒径が200μmより大きくなりスポットが基板から200μmを超えて突出すると、カバーガラスをかぶせても検体液は均等に広がらず、スポット間で検体液の接触の仕方に差異が生じてしまう。よって、カバーガラス法への適応性という観点から、粒径は200μm以下であることが望ましい。
On the other hand, when the particle diameter exceeds 200 μm, inconvenience occurs when the binding reaction between the probe and the specimen is caused. The reason for this will be described below.
When performing hybridization, which is a binding reaction between a DNA probe and a DNA sample, a cover glass method is generally used for the purpose of effectively acting a small amount of sample solution on the probe. Since the sample solution is difficult to obtain and valuable, the amount of sample solution used per DNA chip is 40 μl or less, usually about 10 μl. If 10 μl of the sample liquid is dropped on the substrate spot and a 20 mm square cover glass is placed on it to spread the sample liquid evenly, the sample liquid will form a 25 μm thick liquid layer between the substrate and the cover glass. Intervene. The thickness of the liquid layer varies depending on the amount of the sample liquid and the cover glass size, but is usually about several tens of μm at most. On the other hand, if the particle diameter is larger than 200 μm and the spot protrudes beyond 200 μm from the substrate, the specimen liquid does not spread evenly even if it is covered with a cover glass, and the manner in which the specimen liquid comes into contact varies between spots. Therefore, from the viewpoint of adaptability to the cover glass method, the particle size is desirably 200 μm or less.

最初に、検体分子を標識する蛍光色素を決める。そして、この蛍光色素を励起する励起光に対する線吸収係数が10μm-1以下になるような多孔質粒子をプローブの担体として選択する。 First, the fluorescent dye that labels the analyte molecule is determined. Then, a porous particle having a linear absorption coefficient with respect to excitation light for exciting the fluorescent dye is selected to be 10 μm −1 or less is selected as a probe carrier.

この線吸収係数は、多孔質粒子の構成物質固有の光学特性、及び多孔体としての性質を反映しており、多孔質粒子の細孔径、細孔容積等に依存する。
蛍光色素としては、FITC(フルオレセインイソチオシアネート)、Cy3、Cy5などが挙げられる。これらの蛍光色素を励起するのに必要な励起光の波長は450〜650nmの範囲内にある。よって多孔質粒子としては、可視光に対して透明なものが候補になる。プローブの担体としての好適な表面性状と化学的安定性も兼ね備えている観点から、ガラス、あるいは、ポリプロピレン、ポリスチレンのような透明なプラスチックから成る多孔質粒子が最適である。
This linear absorption coefficient reflects the optical characteristics specific to the constituent material of the porous particles and the properties as a porous body, and depends on the pore diameter, pore volume, etc. of the porous particles.
Examples of fluorescent dyes include FITC (fluorescein isothiocyanate), Cy3, and Cy5. The wavelength of excitation light necessary to excite these fluorescent dyes is in the range of 450 to 650 nm. Therefore, as the porous particles, those that are transparent to visible light are candidates. From the viewpoint of having a suitable surface property and chemical stability as a probe carrier, porous particles made of glass or a transparent plastic such as polypropylene or polystyrene are optimal.

この多孔質粒子の粒径は前述のように0.1μm以上200μm以下、好ましくは0.1μm以上100μm以下、より好ましくは1μm以上10μm以下になるようにする。また多孔質粒子の細孔径は経験的に10nm以上200nm以下になるように、より好ましくは50nm以上100nm以下になるようにするのが良い。   As described above, the particle size of the porous particles is 0.1 μm to 200 μm, preferably 0.1 μm to 100 μm, more preferably 1 μm to 10 μm. Further, the pore diameter of the porous particles is empirically adjusted to be 10 nm or more and 200 nm or less, more preferably 50 nm or more and 100 nm or less.

次に、この多孔質粒子にプローブ分子を結合させる。これは、公知の方法に倣い、表面処理によりリンカーを結合させた多孔質粒子を、このリンカーと結合するように末端を修飾したプローブ分子の溶液に浸して行われる。   Next, probe molecules are bound to the porous particles. This is performed by immersing a porous particle, to which a linker is bound by surface treatment, in a solution of a probe molecule whose end is modified so as to bind to the linker following a known method.

または、多孔質粒子表面上にプローブ分子を直接化学合成する手法を用いることもできる。例えばオリゴヌクレオチドプローブ分子の場合は、ホスホアミダイト法のような確立された合成法が存在する。   Alternatively, a technique of directly chemically synthesizing probe molecules on the surface of the porous particles can be used. For example, in the case of oligonucleotide probe molecules, there are established synthetic methods such as the phosphoramidite method.

続いて図1〜5を用いて、プローブ分子を結合させた多孔質粒子を基板に固定する工程を説明する。まず基板1として、励起光に対して不透明であり、大きさ25mm×75mm、厚さ1mm程度の板を用意する。シリコン板、金属板、可視光領域で不透明なプラスチック板などが使用可能である。   Subsequently, a process of fixing the porous particles to which the probe molecules are bonded to the substrate will be described with reference to FIGS. First, as the substrate 1, a plate that is opaque to excitation light and has a size of about 25 mm × 75 mm and a thickness of about 1 mm is prepared. Silicon plates, metal plates, plastic plates that are opaque in the visible light region, and the like can be used.

この基板1の上に、プローブ2を結合させた多孔質粒子3、すなわち、プローブ付き多孔質粒子4を固定するための接着層として、熱可塑性の有機膜5を形成する。形成方法としては、有機膜5の材料を有機溶媒に溶解して適当な粘性にした後、スピンコートを行うことが好適である。有機膜5の材料に要求されることは、自蛍光が小さいこと、基板1との密着性が高いこと、プローブ付き多孔質粒子4に対する接着力が強いこと、ハイブリダイゼーション反応に支障がない程度の耐水性があることであり、具体的には、酢酸ビニル、ポリビニルアルコール、塩化ビニル、合成ゴム等を用いることができる。   A thermoplastic organic film 5 is formed on the substrate 1 as an adhesive layer for fixing the porous particles 3 to which the probes 2 are bonded, that is, the probes-attached porous particles 4. As a forming method, it is preferable to perform spin coating after dissolving the material of the organic film 5 in an organic solvent to obtain an appropriate viscosity. What is required for the material of the organic film 5 is that the autofluorescence is small, the adhesiveness with the substrate 1 is high, the adhesive force to the porous particle 4 with the probe is strong, and the hybridization reaction is not hindered. Specifically, it is water resistant, and specifically, vinyl acetate, polyvinyl alcohol, vinyl chloride, synthetic rubber and the like can be used.

図1に示すように、この有機膜5の上に、水等の液体に分散させたプローブ付き多孔質粒子4を適当なスポッター6によりスポッティングする。この段階では、図2に示すように、プローブ付き多孔質粒子4は積層された集合体になっている。   As shown in FIG. 1, the probe-attached porous particles 4 dispersed in a liquid such as water are spotted on the organic film 5 by an appropriate spotter 6. At this stage, as shown in FIG. 2, the probe-attached porous particles 4 are in a laminated aggregate.

この集合体に含まれる液体が蒸発した後、基板1を水平にして加熱し、図3に示すように、軟化した有機膜5にプローブ付き多孔質粒子4を埋没させる。加熱は恒温機を用いて基板1周囲の大気温度を上げることにより行われる。基板1としてシリコン板や金属板のような熱伝導性の高いものを用いる場合は、ホットプレートにより加熱することも可能である。加熱温度、加熱時間は有機膜5の種類に合わせて決められる。有機膜5が酢酸ビニル膜の時は、加熱温度100℃、加熱時間10分程度が適当である。このような加熱処理により、プローブ付き多孔質粒子4は、軟化した有機膜5の中を自然に沈降し基板面に到達する。   After the liquid contained in the aggregate has evaporated, the substrate 1 is heated horizontally, and the porous particles 4 with the probe are buried in the softened organic film 5 as shown in FIG. Heating is performed by raising the ambient temperature around the substrate 1 using a thermostat. When a substrate 1 having a high thermal conductivity such as a silicon plate or a metal plate is used, it can be heated by a hot plate. The heating temperature and heating time are determined according to the type of the organic film 5. When the organic film 5 is a vinyl acetate film, a heating temperature of 100 ° C. and a heating time of about 10 minutes are appropriate. By such heat treatment, the probe-attached porous particles 4 naturally settle in the softened organic film 5 and reach the substrate surface.

冷却して有機膜5が硬化した段階で、有機膜5に埋め込まれたプローブ付き多孔質粒子4は基板1に固定される。続いて、固定されたプローブ付き多孔質粒子4の上に重なった固定されていないプローブ付き多孔質粒子4を水中での超音波洗浄等により排除し、基板1をエアガン等で乾燥させる。   At the stage where the organic film 5 is cured by cooling, the probe-attached porous particles 4 embedded in the organic film 5 are fixed to the substrate 1. Subsequently, the non-fixed porous particle 4 with the probe overlaid on the fixed porous particle 4 with the probe is removed by ultrasonic cleaning or the like in water, and the substrate 1 is dried with an air gun or the like.

こうしてプローブ付き多孔質粒子4が隙間なく一層に並んで基板1上に固定されたスポット7が完成する。スポット7の断面図を図4に、上面図を図5に示す。多孔質粒子3の細孔8にプローブ2が結合している様子を視覚化する目的で、プローブ付き多孔質粒子4の一部の拡大図も図4に合わせて示す。プローブ付き多孔質粒子4が重なり合わず一層なので、スポット7の厚みが安定し、基板1表面に垂直な方向におけるプローブ2の数を安定に制御することが可能になる。スポット7の直径は、プローブ付き多孔質粒子4の粒径の10倍以上とし、各DNAチップに必要とされるスポット密度に合わせて10〜1000μmの中で決めればよい。スポット7を構成するプローブ付き多孔質粒子4の数は少なくとも約100個以上になるので、プローブ付き多孔質粒子4の粒径に多少のばらつきがあってもスポット7の単位では平均化され、スポット7の間での厚さばらつきは極めて小さいと言える。また、スポット7を構成するプローブ付き多孔質粒子4の数は、ある程度のばらつきが許容される。スポット7の蛍光強度は、スポット7の基板1に対する投影全面積ではなく投影単位面積当たりのプローブ2の数に依存するからである。   In this way, a spot 7 in which the porous particles 4 with probes are arranged in a single layer without any gap and fixed on the substrate 1 is completed. A sectional view of the spot 7 is shown in FIG. 4, and a top view thereof is shown in FIG. For the purpose of visualizing the state in which the probe 2 is bonded to the pores 8 of the porous particle 3, an enlarged view of a part of the probe-attached porous particle 4 is also shown in FIG. 4. Since the porous particles 4 with probes do not overlap each other, the thickness of the spots 7 is stabilized, and the number of probes 2 in the direction perpendicular to the surface of the substrate 1 can be stably controlled. The diameter of the spot 7 should be 10 times or more the particle diameter of the probe-attached porous particle 4 and determined within 10 to 1000 μm according to the spot density required for each DNA chip. Since the number of the porous particles 4 with the probe constituting the spot 7 is at least about 100 or more, even if there is some variation in the particle diameter of the porous particle 4 with the probe, it is averaged in the spot 7 unit. It can be said that the thickness variation between 7 is extremely small. The number of the probe-attached porous particles 4 constituting the spot 7 is allowed to vary to some extent. This is because the fluorescence intensity of the spot 7 depends not on the total projected area of the spot 7 on the substrate 1 but on the number of probes 2 per projected unit area.

固定の際、プローブ付き多孔質粒子4の全体が有機膜5の中に埋もれてしまっては、検体とプローブ2の結合が不可能になる。そこで、基板面に接触させて固定するプローブ付き多孔質粒子4の体積の半分以上が露出するようにするために、有機膜5の厚さはプローブ付き多孔質粒子4の粒径の半分以下にする。十分な固定強度が得られるならば、有機膜5の厚さは、検体のプローブ付き多孔質粒子4への浸入面積を増大させる観点から、また、自蛍光を小さくする観点から薄い方が好ましい。   When the whole of the probe-attached porous particles 4 is buried in the organic film 5 at the time of fixation, it is impossible to bond the specimen and the probe 2. Therefore, in order to expose more than half of the volume of the probe-attached porous particle 4 that is fixed in contact with the substrate surface, the thickness of the organic film 5 is less than half of the particle diameter of the probe-attached porous particle 4. To do. If sufficient fixing strength can be obtained, the thickness of the organic film 5 is preferably thin from the viewpoint of increasing the intrusion area of the specimen into the probe-attached porous particles 4 and from the viewpoint of reducing autofluorescence.

このようにして本発明の反応検出チップが完成される。基板からのスポットの突出量が粒径200μm以下の多孔質粒子一層分なので、この反応検出チップにおいては、微量な検体液をスポット部に均一に広げるために通常行われるカバーガラス法を用いて、均一な結合反応を起こすことが可能である。反応後の洗浄、検出に関しても従来の反応検出チップと全く同様の扱いが可能である。   In this way, the reaction detection chip of the present invention is completed. Since the protruding amount of the spot from the substrate is equivalent to one porous particle having a particle size of 200 μm or less, in this reaction detection chip, using a cover glass method that is usually performed in order to spread a small amount of sample liquid uniformly in the spot part, It is possible to cause a uniform binding reaction. The cleaning and detection after the reaction can be handled in the same manner as a conventional reaction detection chip.

以下、実施例及び比較例により、オリゴヌクレオチドプローブを用いたDNAチップの場合を例にとり、さらに本発明を詳細に説明する。ただし、本発明はこの実施例のみに限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples and comparative examples, using a DNA chip using an oligonucleotide probe as an example. However, the present invention is not limited to this example.

[実施例]
検体の蛍光標識分子としてFITC(フルオレセインイソチオシアネート)を用いる。対応する励起波長は494nmであり、蛍光波長は518nmである。
[Example]
FITC (fluorescein isothiocyanate) is used as a fluorescent labeling molecule for the specimen. The corresponding excitation wavelength is 494 nm and the fluorescence wavelength is 518 nm.

オリゴヌクレオチドプローブの担体として、粒径7μm、細孔径50nm、細孔容積1.3ml/gの多孔質ガラス粒子を選ぶ。この多孔質ガラス粒子に対して吸光度測定を行ったところ、波長494nmにおける線吸収係数は0.1μm-1であった。必要条件である10μm-1以下を満足し、透明度は十分に高い。この多孔質ガラス粒子上にオリゴヌクレオチドプローブを直接合成し担持させるために、特願2002-254558号公報に開示された以下の手法を用いた。 As the oligonucleotide probe carrier, porous glass particles having a particle diameter of 7 μm, a pore diameter of 50 nm, and a pore volume of 1.3 ml / g are selected. When the absorbance of the porous glass particles was measured, the linear absorption coefficient at a wavelength of 494 nm was 0.1 μm −1 . The required condition of 10 μm −1 or less is satisfied, and the transparency is sufficiently high. In order to directly synthesize and carry oligonucleotide probes on the porous glass particles, the following method disclosed in Japanese Patent Application No. 2002-254558 was used.

N-(2-アミノエチル)-3-アミノプロピルトリメトキシシランをトルエンに溶解した溶液に、多孔質ガラス粒子を浸漬する。溶液温度110℃で数時間保つことにより、多孔質ガラス粒子表面にアミノ基を導入する。このアミノ化多孔質ガラス粒子を、オリゴヌクレオチドの最初のヌクレオチドに対応するβ-シアノエチルホスホアミダイトのアセトニトリル溶液に浸漬し、同粒子に最初のヌクレオチドを結合させる。続いて、通常のホスホアミダイト法により、各プローブに対応するオリゴヌクレオチド鎖を合成する。そして、合成オリゴヌクレオチド鎖付き多孔質ガラス粒子をアンモニア水に数十時間浸漬して鎖に残存する保護基を除去し、オリゴヌクレオチドプローブ付き多孔質ガラス粒子を完成させる。   Porous glass particles are immersed in a solution of N- (2-aminoethyl) -3-aminopropyltrimethoxysilane dissolved in toluene. By maintaining the solution temperature at 110 ° C. for several hours, amino groups are introduced onto the surface of the porous glass particles. The aminated porous glass particles are immersed in an acetonitrile solution of β-cyanoethyl phosphoramidite corresponding to the first nucleotide of the oligonucleotide to bind the first nucleotide to the particle. Subsequently, an oligonucleotide chain corresponding to each probe is synthesized by an ordinary phosphoramidite method. Then, the porous glass particles with synthetic oligonucleotide chains are immersed in ammonia water for several tens of hours to remove the protecting groups remaining in the chains, thereby completing the porous glass particles with oligonucleotide probes.

他方、検出を確認する検体として、ガン抑制遺伝子p53のコドン248を含むDNA断片を選び、正常型とコドン248に点変異を起こした2種類の変異型1、変異型2の検体3種類を用意した。それぞれ3’末端にFITC標識が付加されてあり、以下の構造を持つ。   On the other hand, a DNA fragment containing the codon 248 of the tumor suppressor gene p53 is selected as a sample to confirm detection, and two types of samples, a normal type and two types of variants 1 and 2 having a point mutation in codon 248, are prepared. did. Each has a FITC label at the 3 'end and has the following structure.

正常型検体:5’ AT GGG CCT CCG GTT CAT GCC 3’- FITC
変異型1検体:5’ AT GGG CCT CCA GTT CAT GCC 3’- FITC
変異型2検体:5’ AT GGG CCT CTG GTT CAT GCC 3’- FITC
これらの検体に対応させて以下の相補鎖プローブと非相補的な陰性対照プローブを、前述の方法により多孔質ガラス粒子に直接合成し担持させた。
Normal specimen: 5 'AT GGG CCT CCG GTT CAT GCC 3'- FITC
Mutant 1 specimen: 5 'AT GGG CCT CCA GTT CAT GCC 3'- FITC
Two variants: 5 'AT GGG CCT CTG GTT CAT GCC 3'- FITC
Corresponding to these specimens, the following complementary strand probes and non-complementary negative control probes were directly synthesized and supported on the porous glass particles by the method described above.

正常型プローブ:PG -3’ TA CCC GGA GGC CAA GTA CGG 5’
変異型1プローブ:PG -3’ TA CCC GGA GGT CAA GTA CGG 5’
変異型2プローブ:PG -3’ TA CCC GGA GAC CAA GTA CGG 5’
陰性対照プローブ:PG -3’ TT TTT TTT TTT TTT TTT TTT 5’
A、C、G、Tは糖残基に結合する4種類の塩基:アデニン、シトシン、グアニン、チミンを、PGは多孔質ガラス粒子をあらわす。
Normal probe: PG-3 'TA CCC GGA GGC CAA GTA CGG 5'
Mutant 1 probe: PG-3 'TA CCC GGA GGT CAA GTA CGG 5'
Mutant type 2 probe: PG-3 'TA CCC GGA GAC CAA GTA CGG 5'
Negative control probe: PG-3'TT TTT TTT TTT TTT TTT TTT 5 '
A, C, G, and T represent four types of bases that bind to sugar residues: adenine, cytosine, guanine, and thymine, and PG represents porous glass particles.

続いて図1〜5を用いて、オリゴヌクレオチドプローブ分子を結合させた多孔質ガラス粒子を基板に固定する工程を説明する。最初にスライドガラスサイズに対応する大きさ25mm×75mm、厚さ0.73mmの、励起波長494nmに対して完全に不透明なシリコン基板1上に、酢酸ビニルのアセトン溶液をスピンコートすることにより、厚さ約3μmの酢酸ビニル層5を形成しておく。この酢酸ビニル層5は、オリゴヌクレオチドプローブ2を結合させた多孔質ガラス粒子3、すなわち、オリゴヌクレオチドプローブ付き多孔質ガラス粒子4をシリコン基板1に固定する接着層の役割をする。     Then, the process of fixing the porous glass particle which combined the oligonucleotide probe molecule | numerator to a board | substrate is demonstrated using FIGS. First, spin-coating an acetone solution of vinyl acetate onto a silicon substrate 1 having a size of 25 mm × 75 mm corresponding to the size of the slide glass and a thickness of 0.73 mm, which is completely opaque to an excitation wavelength of 494 nm. A vinyl acetate layer 5 of about 3 μm is formed. The vinyl acetate layer 5 serves as an adhesive layer for fixing the porous glass particles 3 to which the oligonucleotide probes 2 are bonded, that is, the porous glass particles 4 with oligonucleotide probes, to the silicon substrate 1.

次に図1に示すように、各種のオリゴヌクレオチドプローブ付き多孔質ガラス粒子4をそれぞれ水に分散させた分散液を、適当なスポッター6を用いて酢酸ビニル層5上にスポッティングする。この時、酢酸ビニル層5は、以降の工程から明らかであるが、完全に乾燥していて良く、これは他の材質の接着層に関しても当てはまる。よって、接着層付き基板は作り貯めが可能であり、量産に有利である。   Next, as shown in FIG. 1, a dispersion in which various porous glass particles 4 with oligonucleotide probes are dispersed in water is spotted on a vinyl acetate layer 5 using an appropriate spotter 6. At this time, the vinyl acetate layer 5 is apparent from the subsequent steps, but may be completely dried, and this is also applicable to the adhesive layers of other materials. Therefore, the substrate with the adhesive layer can be made and stored, which is advantageous for mass production.

スポッティング直後の段階では、図2に示すように、オリゴヌクレオチドプローブ付き多孔質ガラス粒子4は積層された集合体になっている。
この集合体に含まれる水分が蒸発した後、恒温機により、シリコン基板1を水平な状態で100℃、10分間、大気雰囲気にて加熱する。酢酸ビニル層5が軟化し、図3に示すように、酢酸ビニル層5の中にオリゴヌクレオチドプローブ付き多孔質ガラス粒子4が埋め込まれる。冷却し酢酸ビニル層5が硬化した後、シリコン基板1を水中で振動数28kHzで1分間超音波洗浄し、酢酸ビニル層5に固定されなかった余分なオリゴヌクレオチドプローブ付き多孔質ガラス粒子4をシリコン基板1上から除去する。その後、シリコン基板1をエアガンで乾燥させて、オリゴヌクレオチドプローブ付き多孔質ガラス粒子4が一層だけシリコン基板1に固定されたスポット7を完成させる。スポット7の断面図を図4に、上面図を図5に示す。多孔質ガラス粒子3の細孔8にオリゴヌクレオチドプローブ2が結合している様子を視覚化する目的で、オリゴヌクレオチドプローブ付き多孔質ガラス粒子4の一部の拡大図も図4に合わせて示す。酢酸ビニル層5の厚さはオリゴヌクレオチドプローブ付き多孔質ガラス粒子4の粒径の半分以下であるから、同粒子の体積の半分以上は酢酸ビニル層5の外に露出することになり、この露出部は検体液に直接接触することができる。
At the stage immediately after spotting, as shown in FIG. 2, the porous glass particles 4 with oligonucleotide probes are in a laminated assembly.
After the moisture contained in the aggregate has evaporated, the silicon substrate 1 is heated in an air atmosphere at 100 ° C. for 10 minutes in a horizontal state by a thermostat. The vinyl acetate layer 5 is softened, and the porous glass particles 4 with oligonucleotide probes are embedded in the vinyl acetate layer 5 as shown in FIG. After cooling and the vinyl acetate layer 5 is cured, the silicon substrate 1 is ultrasonically washed in water at a frequency of 28 kHz for 1 minute, and the porous glass particles 4 with an extra oligonucleotide probe not fixed to the vinyl acetate layer 5 are made into silicon. Remove from the substrate 1. Thereafter, the silicon substrate 1 is dried with an air gun to complete a spot 7 in which only one porous glass particle 4 with an oligonucleotide probe is fixed to the silicon substrate 1. A sectional view of the spot 7 is shown in FIG. 4, and a top view thereof is shown in FIG. For the purpose of visualizing the state in which the oligonucleotide probe 2 is bound to the pores 8 of the porous glass particle 3, an enlarged view of a part of the porous glass particle 4 with the oligonucleotide probe is also shown in FIG. Since the thickness of the vinyl acetate layer 5 is less than half of the particle diameter of the porous glass particles 4 with oligonucleotide probes, more than half of the volume of the particles is exposed outside the vinyl acetate layer 5. The part can be in direct contact with the sample liquid.

スポット7のサイズは約1000μmである。上記の正常型プローブに対応するスポット71、変異型1プローブに対応するスポット72、変異型2プローブに対応するスポット73、陰性対照プローブに対応するスポット74の4種類をそれぞれ5つずつ、図6に示すように、間隔2000μmの正方格子状にして酢酸ビニル層5上に配置する。   The size of the spot 7 is about 1000 μm. The spot 71 corresponding to the normal probe, the spot 72 corresponding to the mutant type 1 probe, the spot 73 corresponding to the mutant type 2 probe, and the spot 74 corresponding to the negative control probe, each of five types, five each, FIG. As shown in FIG. 4, the layers are arranged on the vinyl acetate layer 5 in a square lattice pattern with an interval of 2000 μm.

このようにして作製したDNAチップは、通常のDNAチップと同様の扱いが可能である。
まず、上記の検体3種類をハイブリダイゼーションバッファー液でそれぞれ希釈した検体液3種類をDNAチップ3枚のスポット部にそれぞれ1種類ずつ10μl滴下し、その上に20mm角のカバーガラスをかぶせて検体液を均等に行き渡らせる。
The DNA chip thus produced can be handled in the same manner as a normal DNA chip.
First, 10 μl of each of the three types of the sample diluted with the hybridization buffer solution is dropped on the spot part of the three DNA chips, and each sample solution is covered with a 20 mm square cover glass. Spread evenly.

続いて、基板をハイブリダイゼーションチャンバーの中に収納し、恒温機中で45℃、12時間保持しインキュベーションを行う。
その後、チャンバーから基板を取り出し、2×SSC溶液にSDSを0.01%溶解させた1次洗浄液に浸し、カバーガラスをはずす。引き続き、1次洗浄液中で基板を揺動させながら5分間洗浄を行う。
Subsequently, the substrate is placed in a hybridization chamber and incubated in a thermostat at 45 ° C. for 12 hours.
Thereafter, the substrate is taken out of the chamber, immersed in a primary cleaning solution in which 0.01% of SDS is dissolved in 2 × SSC solution, and the cover glass is removed. Subsequently, cleaning is performed for 5 minutes while swinging the substrate in the primary cleaning solution.

次に、0.2×SSC溶液にSDSを0.01%溶解させた2次洗浄液に基板を浸し、揺動させながら5分間洗浄を行う。
それから、SDSを除去する目的で、0.2×SSC溶液に基板を浸し、揺動させながら1分間すすぎを行う。
Next, the substrate is immersed in a secondary cleaning solution in which 0.01% of SDS is dissolved in a 0.2 × SSC solution, and cleaning is performed for 5 minutes while rocking.
Then, in order to remove SDS, the substrate is immersed in a 0.2 × SSC solution and rinsed for 1 minute while rocking.

すすぎ後、基板をエアガンにより乾燥させる。
このようにしてハイブリダイゼーションが終了した基板のスポットを通常の蛍光顕微鏡にて観察し、各スポットの蛍光強度を測定した。
After rinsing, the substrate is dried with an air gun.
Thus, the spot of the board | substrate which completed hybridization was observed with the normal fluorescence microscope, and the fluorescence intensity of each spot was measured.

デジタル化したスポット画像のピクセルの明るさを平均して各スポットの蛍光強度を算出した。同一種類のプローブからなる5つのスポットの値を平均して、各検体に対する各プローブの蛍光強度をまとめた結果を表1に示す。   The fluorescence intensity of each spot was calculated by averaging the brightness of the pixels of the digitized spot image. Table 1 shows the results obtained by averaging the values of five spots composed of the same type of probe and summarizing the fluorescence intensity of each probe for each specimen.

各検体に対し、パーフェクトマッチングの蛍光強度とミスマッチングの蛍光強度の比、すなわち識別比を括弧の中に記述してある。正常型検体に対しては、正常型プローブがパーフェクトマッチングであり、変異型1プローブと変異型2プローブがミスマッチングである。変異型1検体に対しては、変異型1プローブがパーフェクトマッチングであり、正常型プローブと変異型2プローブがミスマッチングである。変異型2検体に対しては、変異型2プローブがパーフェクトマッチングであり、正常型プローブと変異型1プローブがミスマッチングである。パーフェクトマッチングに相当する枠内は網掛けを施してある。各検体において、パーフェクトマッチングの方がミスマッチングより、ハイブリダイゼーション結合の強度が大きいので、蛍光強度が大きくなるはずである。よって識別比は1より大きくなり、この値が大きいほど検出能力が高いことを意味する。   For each specimen, the ratio between the fluorescence intensity of perfect matching and the fluorescence intensity of mismatching, that is, the discrimination ratio is described in parentheses. For normal specimens, the normal probe is perfect matching, and the mutant 1 probe and the mutant 2 probe are mismatched. For the mutant type 1 specimen, the mutant type 1 probe is perfect matching, and the normal type probe and the mutant type 2 probe are mismatched. For the two variants, the variant 2 probe is perfect matching, and the normal probe and the variant 1 probe are mismatched. The frame corresponding to perfect matching is shaded. For each specimen, the intensity of hybridization binding is greater in perfect matching than in mismatching, so the fluorescence intensity should increase. Therefore, the discrimination ratio is greater than 1, and the larger this value, the higher the detection capability.

表1を見ると6つの識別比がすべて1を超えており、点変異の識別が可能であることがわかる。
また、網掛け枠のパーフェクトマッチングにおいては、いずれの組合せも150以上の蛍光強度を示しているのに対し、網掛け枠以外のミスマッチングにおいては、最大でも127とパーフェクトマッチングに比し有意に低くなっている。この結果、点変異の識別が十分可能になっている。
Table 1 shows that all six discrimination ratios exceed 1, indicating that point mutations can be identified.
Moreover, in perfect matching of the shaded frame, all the combinations showed a fluorescence intensity of 150 or more, whereas in mismatches other than the shaded frame, the maximum is 127, which is significantly lower than the perfect matching. It has become. As a result, it is possible to identify point mutations sufficiently.

陰性対照プローブのスポット蛍光強度は、ハイブリダイゼーションによるシグナル成分が含まれないため、ノイズ成分のみから成るとみなせる。ノイズを生じる主な原因としては、正規なハイブリダイゼーション以外の検体分子のいわゆる非特異的吸着機構が考えられる。これは主として洗浄操作の不足などによって検体分子がプローブ分子自体に機械的に付着している場合や、多孔質粒子に直接付着している場合を含むと考えられる。   Since the spot fluorescence intensity of the negative control probe does not include a signal component due to hybridization, it can be regarded as consisting of only a noise component. The main cause of noise may be a so-called non-specific adsorption mechanism of analyte molecules other than normal hybridization. This is considered to include the case where the analyte molecule is mechanically attached to the probe molecule itself or the case where it is attached directly to the porous particles mainly due to lack of washing operation.

表1に示すように、ノイズ成分は、検体3種類の陰性対照プローブのスポット蛍光強度を平均して、37.6と見積られる。検体3種類のパーフェクトマッチングにおけるスポット蛍光強度を平均すると171.3となるので、シグナル成分は133.7(=171.3−37.6)と求められる。したがってS/N比は3.56(=133.7/37.6)と求められる。また、同一種類スポットのシグナル成分のばらつきはノイズ成分を一定として求めると、相対標準偏差で5.5%であった。   As shown in Table 1, the noise component is estimated to be 37.6 by averaging spot fluorescence intensities of three types of negative control probes. Since the average spot fluorescence intensity in perfect matching of three types of specimens is 171.3, the signal component is obtained as 133.7 (= 171.3-37.6). Therefore, the S / N ratio is determined to be 3.56 (= 133.7 / 37.6). In addition, the variation of the signal component of the same kind of spot was 5.5% as a relative standard deviation when the noise component was determined to be constant.

[比較例1]
本発明をプローブ配置が2次元のDNAチップと対比させる目的で、図7に示すような、スライドガラス9の表面上にプローブ2を直接固定する方式での2次元DNAチップを作製した。通常のスポッティング法を用いて、活性エステル処理したスライドガラス上に、末端をアミノ化修飾した上記の合成プローブ分子を共有結合により固定した。スポット径、スポット配置は、本実施例と共通である。
[Comparative Example 1]
For the purpose of comparing the present invention with a DNA chip having a two-dimensional probe arrangement, a two-dimensional DNA chip in a system in which the probe 2 is directly fixed on the surface of the slide glass 9 as shown in FIG. Using the usual spotting method, the above synthetic probe molecule whose terminal was aminated was immobilized on a glass slide treated with an active ester by a covalent bond. The spot diameter and spot arrangement are the same as in this embodiment.

本発明と同様のハイブリダイゼーションを行い、各スポットの蛍光強度の数値化を行った。その結果を表2に示す。   Hybridization similar to the present invention was performed, and the fluorescence intensity of each spot was digitized. The results are shown in Table 2.

表2のパーフェクトマッチングに対応する網掛け枠内の蛍光強度は、それ以外のミスマッチングに対応する蛍光強度との有意差が見られない。
6つの識別比はいずれも1を超えてはいるが、本発明に比し1との差は小さく識別は不可能となっている。また、本発明と同様に求めたシグナル成分が5.3であるのに対し、ノイズ成分は30.7とシグナル成分よりはるかに大きいという不都合を生じている。
The fluorescence intensity in the shaded frame corresponding to perfect matching in Table 2 shows no significant difference from the fluorescence intensity corresponding to other mismatches.
Although the six discrimination ratios all exceed 1, the difference from 1 is small compared to the present invention, and discrimination is impossible. Further, the signal component obtained in the same manner as in the present invention is 5.3, whereas the noise component is 30.7, which is much larger than the signal component.

[比較例2]
続いて、本発明をプローブ配置が3次元ではあるがシグナル成分の制御がなされていない従来の製法によるDNAチップと対比させる目的で、オリゴヌクレオチドプローブ付き多孔質ガラス粒子が一層ではなく、積み重なって厚さが制御されていないスポットから成るDNAチップを作製した。具体的には、オリゴヌクレオチドプローブ付き多孔質ガラス粒子4をシリカゾル10に分散させてシリコン基板1の上に点着固定し、図8に示す断面形状を有するスポット7を形成した。スポット7の断面形状は不規則な凸型になり、厚い部分はオリゴヌクレオチドプローブ付き多孔質ガラス粒子4が約3層から約6層とスポット7の間でばらつく。本発明と同様のスポットサイズ、スポット配置とし、本発明と同様のハイブリダイゼーションを行い、スポット蛍光強度を測定した。その結果を表3に示す。
[Comparative Example 2]
Subsequently, for the purpose of contrasting the present invention with a DNA chip produced by a conventional method in which the probe arrangement is three-dimensional but the signal component is not controlled, the porous glass particles with oligonucleotide probes are not stacked but thick. A DNA chip consisting of uncontrolled spots was prepared. Specifically, porous glass particles 4 with oligonucleotide probes were dispersed in silica sol 10 and spot-fixed on silicon substrate 1 to form spots 7 having the cross-sectional shape shown in FIG. The cross-sectional shape of the spot 7 becomes an irregular convex shape, and the porous glass particles 4 with oligonucleotide probes vary between about 3 to about 6 layers and the spot 7 in the thick part. The spot size and spot arrangement were the same as in the present invention, hybridization was performed in the same manner as in the present invention, and the spot fluorescence intensity was measured. The results are shown in Table 3.

6つの識別比はいずれも1を超えてはいるが、本発明に比し1との差は小さく識別は2次元配置プローブと同様にほとんど不可能となっている。また、本発明と同様に求めたシグナル成分は182.3、ノイズ成分は57.8、S/N比は3.15となるが、同一種類スポットのシグナル成分のばらつきは25.6%と非常に大きいという弊害がある。   Although the six discrimination ratios all exceed 1, the difference from 1 is small compared to the present invention, and discrimination is almost impossible as with the two-dimensionally arranged probe. Further, the signal component obtained in the same manner as in the present invention is 182.3, the noise component is 57.8, and the S / N ratio is 3.15. However, there is an adverse effect that the variation of the signal component of the same kind of spot is as large as 25.6%.

[まとめ]
以上比較を行ってきた、プローブ配置が3次元でスポット厚さが制御されている本発明のDNAチップ、プローブ配置が2次元である比較例1のDNAチップ、プローブ配置が3次元ではあるがスポット厚さが制御されていない比較例2のDNAチップにおける検出能力を表4にまとめる。上述した不都合な問題点に関わる箇所には×印が付してある。
[Summary]
The DNA chip of the present invention in which the probe arrangement is three-dimensional and the spot thickness is controlled, the DNA chip of Comparative Example 1 in which the probe arrangement is two-dimensional, and the probe arrangement is three-dimensional, but has been compared. Table 4 summarizes the detection ability of the DNA chip of Comparative Example 2 in which the thickness is not controlled. The portions related to the above-mentioned inconvenient problems are marked with x.

このように本発明のDNAチップの検出能力が向上するのは、次の2つの理由によることがわかる。
・本発明は、プローブ配置が2次元のDNAチップに比し、シグナル成分が格段に増大することに対しノイズ成分があまり増大しないためS/N比が格段に増大する。
・本発明は、プローブ配置が3次元ではあるがスポット厚さが制御されていないDNAチップに比し、シグナル成分のばらつきが小さい。
Thus, it can be seen that the detection ability of the DNA chip of the present invention is improved for the following two reasons.
In the present invention, the S / N ratio is remarkably increased because the noise component is not so much increased while the signal component is remarkably increased as compared to a two-dimensional DNA chip.
In the present invention, the variation in signal components is small compared to a DNA chip in which the probe arrangement is three-dimensional but the spot thickness is not controlled.

本発明におけるシグナル成分の格段の増大は、多孔質粒子の内部にプローブが3次元的に配置され、基板への投影単位面積当りのプローブ数が2次元配置に比し格段に増大することにより、かつ、励起光に対し透明な多孔質粒子を用いるため、多孔質粒子の内部のプローブにも励起光が減衰することなく照射されることに起因する。ここで、多孔質粒子の励起光に対する線吸収係数が10μm-1を超えて大きくなると、多孔質粒子内での励起光の減衰が大きくなるため、蛍光強度が著しく低下し2次元配置プローブDNAチップとほとんど変わらなくなってしまうことが確認されている。したがって、励起光に対する線吸収係数が10μm-1以下の多孔質粒子を用いることが必須である。 In the present invention, the signal component is markedly increased in that the probes are arranged three-dimensionally inside the porous particles, and the number of probes per unit area projected onto the substrate is significantly increased compared to the two-dimensional arrangement. In addition, since porous particles that are transparent to the excitation light are used, the probe light inside the porous particles is irradiated without being attenuated. Here, when the linear absorption coefficient of the porous particles with respect to the excitation light increases beyond 10 μm −1 , the attenuation of the excitation light in the porous particles increases, so that the fluorescence intensity decreases remarkably and the two-dimensionally arranged probe DNA chip. It has been confirmed that it will be almost the same. Accordingly, it is essential to use porous particles having a linear absorption coefficient for excitation light of 10 μm −1 or less.

一方、ノイズ成分の増大が小さいのは、プローブ配置を3次元にすることにより増加すると懸念される非特異的吸着が十分抑制されていることに起因する。これは、プローブ分子および多孔質粒子表面における非特異的吸着サイトがプローブ合成時に十分にキャッピングされたことと、ハイブリダイゼーション反応後の洗浄が適切に行われたことによると考えられる。   On the other hand, the increase in the noise component is small because nonspecific adsorption, which is feared to increase when the probe arrangement is made three-dimensional, is sufficiently suppressed. This is considered to be due to the fact that nonspecific adsorption sites on the surface of the probe molecules and the porous particles were sufficiently capped during the probe synthesis and that the washing after the hybridization reaction was appropriately performed.

また、本発明におけるシグナル成分のばらつきの減少は、プローブ付き多孔質粒子を基板に固定してスポットを形成する際、一層に並べてスポットの厚さばらつきを抑制したため、プローブ数が安定に制御され、かつ、カバーガラスを用いたハイブリダイゼーション反応が均一に行えることに起因する。   In addition, the decrease in the variation of the signal component in the present invention is that when the probe-attached porous particles are fixed to the substrate to form the spot, the thickness of the spot is suppressed by arranging in one layer, so the number of probes is stably controlled, And it originates in that the hybridization reaction using a cover glass can be performed uniformly.

このように本発明のDNAチップは、3次元配置によりプローブの数を増大させたことに加えて、増大させたプローブからのシグナル成分を安定に制御できるスポット形態にしたことにより、高い検出能力を得ることが可能になった。   Thus, in addition to increasing the number of probes by three-dimensional arrangement, the DNA chip of the present invention has a high detection capability by adopting a spot configuration that can stably control the signal component from the increased probe. It became possible to get.

以上述べてきた結果と考察により、本発明のDNAチップを用いれば、小さなシグナル差を識別する必要がある一塩基多型解析等を高い検出能力で行うことが可能になる。   Based on the results and considerations described above, the use of the DNA chip of the present invention enables single nucleotide polymorphism analysis and the like that need to identify small signal differences to be performed with high detection capability.

DNAチップ等の反応検出チップにおいて、励起光に対して透明な多孔質粒子の内部にプローブを配置させることにより、3次元的に数が増大したプローブに励起光が減衰することなく照射されるので、蛍光色素標識検体の検出におけるシグナルが格段に増大する。また、プローブ付き多孔質粒子を基板に固定してスポットを形成する際、同粒子を一層に並べるため、スポットの厚さばらつきに起因するシグナルばらつきを抑制できる。よってS/N比が安定して増大するため、反応検出チップの検出能力が向上する。   In a reaction detection chip such as a DNA chip, by arranging a probe inside a porous particle that is transparent to excitation light, the excitation light is irradiated to the probe whose number increases three-dimensionally without attenuation. The signal in the detection of the fluorescent dye-labeled specimen is greatly increased. Further, when forming the spots by fixing the probe-attached porous particles to the substrate, the particles are arranged in a single layer, so that signal variations due to spot thickness variations can be suppressed. Therefore, since the S / N ratio increases stably, the detection capability of the reaction detection chip is improved.

プローブ付き多孔質粒子を基板に固定する工程を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the process of fixing the porous particle with a probe to a board | substrate. 図1に続く工程を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the process following FIG. 図2に続く工程を説明する断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a process following the process in FIG. 2. 図3に続く工程を説明する断面図、及び多孔質粒子に固定されたプローブを示す説明図である。It is sectional drawing explaining the process following FIG. 3, and explanatory drawing which shows the probe fixed to the porous particle. プローブ付き多孔質粒子から構成されるスポットである。It is a spot composed of porous particles with a probe. 本実施例のDNAチップにおけるスポットの配置図である。It is the arrangement | positioning figure of the spot in the DNA chip of a present Example. 2次元配置プローブから成るDNAチップの断面図である。It is sectional drawing of the DNA chip which consists of a two-dimensional arrangement | positioning probe. オリゴヌクレオチドプローブ付き多孔質ガラス粒子が積み重なって固定されるスポットの断面図である。It is sectional drawing of the spot where the porous glass particle with an oligonucleotide probe is piled up and fixed.

符号の説明Explanation of symbols

1 基板、シリコン基板
2 プローブ、オリゴヌクレオチドプローブ
3 多孔質粒子、多孔質ガラス粒子
4 プローブ付き多孔質粒子、オリゴヌクレオチドプローブ付き多孔質ガラス粒子
5 有機膜、酢酸ビニル層
6 スポッター
7 スポット
8 細孔
9 スライドガラス
10 シリカゾル
71 正常型プローブに対応するスポット
72 変異型1プローブに対応するスポット
73 変異型2プローブに対応するスポット
74 陰性対照プローブに対応するスポット
1 substrate, silicon substrate 2 probe, oligonucleotide probe 3 porous particle, porous glass particle 4 porous particle with probe, porous glass particle with oligonucleotide probe 5 organic film, vinyl acetate layer 6 spotter 7 spot 8 pore 9 Glass slide 10 Silica sol 71 Spot 72 corresponding to normal probe Spot 73 corresponding to variant 1 probe Spot 74 corresponding to variant 2 probe Spot corresponding to negative control probe

Claims (15)

プローブ分子を多孔質粒子の細孔を含む表面に結合させた該多孔質粒子を複数個集合させて基板に固定することによりスポットを形成した反応検出チップにおいて、該多孔質粒子は検出のための入射光に対し透明であり、かつ、該多孔質粒子は該基板上に単層状態に固定してあることを特徴とする反応検出チップ。   In a reaction detection chip in which spots are formed by assembling a plurality of the porous particles obtained by binding probe molecules to the surface including the pores of the porous particles and fixing them to the substrate, the porous particles are used for detection. A reaction detection chip, which is transparent to incident light, and wherein the porous particles are fixed in a single layer state on the substrate. 前記スポットに前記入射光を照射して、前記プローブ分子と結合した検体分子を検出するための請求項1に記載の反応検出チップ。   The reaction detection chip according to claim 1, wherein the spot is irradiated with the incident light to detect an analyte molecule bound to the probe molecule. 前記検体分子には光学的に検知可能な分子が付加されており、該分子を検出することを特徴とする請求項1又は2に記載の反応検出チップ。   The reaction detection chip according to claim 1 or 2, wherein an optically detectable molecule is added to the analyte molecule, and the molecule is detected. 前記検体分子には蛍光色素分子が付加されており、該蛍光色素分子から発生する蛍光を検出することを特徴とする請求項3に記載の反応検出チップ。   The reaction detection chip according to claim 3, wherein a fluorescent dye molecule is added to the sample molecule, and fluorescence generated from the fluorescent dye molecule is detected. 前記入射光に対する前記多孔質粒子の線吸収係数が10μm-1以下であることを特徴とする請求項1に記載の反応検出チップ。 The reaction detection chip according to claim 1, wherein a linear absorption coefficient of the porous particles with respect to the incident light is 10 μm −1 or less. 前記入射光に対する前記基板の線吸収係数が100μm-1以上であることを特徴とする請求項1又は5に記載の反応検出チップ。 The reaction detection chip according to claim 1, wherein a linear absorption coefficient of the substrate with respect to the incident light is 100 μm −1 or more. 前記多孔質粒子の粒径は0.1μm以上、200μm以下であることを特徴とする請求項1に記載の反応検出チップ。   The reaction detection chip according to claim 1, wherein the porous particles have a particle size of 0.1 μm or more and 200 μm or less. 前記基板上に熱可塑性の有機膜を形成し、該有機膜上に前記多孔質粒子を点着し、該基板を加温して該有機膜を軟化させることにより該多孔質粒子を該有機膜に埋め込んで該多孔質粒子を固定し、固定されない余剰の該多孔質粒子を除去することを特徴とする請求項1に記載の反応検出チップ。   A thermoplastic organic film is formed on the substrate, the porous particles are spotted on the organic film, and the organic film is softened by heating the substrate to thereby form the porous particles on the organic film. The reaction detection chip according to claim 1, wherein the porous particles are fixed by being embedded in the substrate, and excess porous particles that are not fixed are removed. 前記有機膜の厚さは、前記多孔質粒子の粒径の半分より小さいことを特徴とする請求項8に記載の反応検出チップ。   The reaction detection chip according to claim 8, wherein the thickness of the organic film is smaller than half of the particle diameter of the porous particles. 前記有機膜は、該有機膜の材料を有機溶媒に溶解しスピンコート法により形成することを特徴とする請求項8に記載の反応検出チップ。   The reaction detection chip according to claim 8, wherein the organic film is formed by dissolving a material of the organic film in an organic solvent by a spin coating method. 前記点着は、前記多孔質粒子を液体に分散させて行われることを特徴とする請求項8に記 載の反応検出チップ。   The reaction detection chip according to claim 8, wherein the spotting is performed by dispersing the porous particles in a liquid. 前記余剰の多孔質粒子の除去は、超音波洗浄により行われることを特徴とする請求項8に記載の反応検出チップ。   The reaction detection chip according to claim 8, wherein the excess porous particles are removed by ultrasonic cleaning. 前記有機膜は、酢酸ビニル膜であることを特徴とする請求項8に記載の反応検出チップ。   The reaction detection chip according to claim 8, wherein the organic film is a vinyl acetate film. 前記プローブ分子は、核酸、蛋白質、糖蛋白質のいずれか一種類であることを特徴とする請求項1に記載の反応検出チップ。   The reaction detection chip according to claim 1, wherein the probe molecule is any one of a nucleic acid, a protein, and a glycoprotein. プローブ分子を多孔質粒子の細孔を含む表面に結合させて多孔質粒子を形成し、基板上に熱可塑性の有機膜を形成し、該有機膜上に前記多孔質粒子を点着し、該基板を加温して該有機膜を軟化させることにより該多孔質粒子を該有機膜に埋め込んで該多孔質粒子を基板上に固定し、固定されない余剰の該多孔質粒子を除去する、各工程を含む反応検出チップの製造方法。   Probe molecules are bonded to the surface of the porous particles containing pores to form porous particles, a thermoplastic organic film is formed on the substrate, the porous particles are spotted on the organic film, Each step of heating the substrate to soften the organic film, embedding the porous particles in the organic film, fixing the porous particles on the substrate, and removing excess porous particles that are not fixed A method for producing a reaction detection chip comprising:
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JP (1) JP2005249429A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007322265A (en) * 2006-06-01 2007-12-13 Kawamura Inst Of Chem Res Porous body fixing method

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