JP2005315888A - インダクタンス素子およびキャパシタンス素子を用いたバイオ結合検出装置およびその方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 インダクタンス素子およびキャパシタンス素子を用いたバイオ結合検出方法は、少なくとも1つのインダクタンス素子およびキャパシタンス素子とを接続して信号変換部を形成するステップと、基板(substrate)にプローブ(capturing probe)生体分子(biomolecule)が付着されたバイオチップを配するステップと、信号変換部の電気的特性を測定するステップと、バイオチップと分析しようとする試料(DNA、RNA、Protein、Biomolecules)とを結合反応させるステップと、結合反応させた後の信号変換部の電気的特性を測定するステップと、を含む。従って、バイオ結合検出結果を電気的信号として獲得することができ、既存の方式に比べてバイオ結合反応に対する検出力が向上される。
【選択図】 図1A
Description
現に使用されている信号検出方法は、レーザ誘発蛍光検出法、電気化学的検出法、質量検出法、および機械的検出法などがある。レーザ誘発蛍光検出法は、試料に蛍光物質を結合させ、試料とプローブの結合反応後に蛍光検出機器でその結果を判読することによって、光学的にプローブが結合したか否かを区別する方法であり、最も幅広く用いられている。
質量検出方法は、プローブと試料間の相互反応を電気信号化して検出する方法である。その代表的な例として、高周波数で振動する水晶上に固定されたプローブの重さに応じて振動数が変化することを測定する振動水晶秤(electrochemical quartz crystal microbalance:QCM)の検出方法がある。
本発明は前述した問題点を解決するために案出されたもので、本発明の目的は、バイオ結合反応前に別の前処理反応および別の高価装備を要する必要がなく、検出結果を電気的なシグナルで得ることができることにより、結合反応に対する検出力が向上されたバイオ結合方法を提供することにある。
本願第3発明は、第1発明において、前記信号変換部は、周波数共振器、位相変調器、ろ過器のいずれか1つで動作することを特徴とする請求項1に記載のインダクタンス素子およびキャパシタンス素子を用いたバイオ結合検出装置を提供する。
本願第5発明は、第1発明において、前記バイオチップは前記キャパシタンス素子の電極との間、前記キャパシタンス素子の上部のいずれかに位置することを特徴とするインダクタンス素子およびキャパシタンス素子を用いたバイオ結合検出装置を提供する。
本願第7発明は、第1発明において、前記特徴量検出部はRF検出器および電気的装置のいずれか1つで動作することを特徴とするインダクタンス素子およびキャパシタンス素子を用いたバイオ結合検出装置を提供する。
一方、本願第9発明に係るインダクタンス素子およびキャパシタンス素子を用いたバイオ結合検出方法は、少なくとも1つのインダクタンス素子およびキャパシタンス素子とを接続して信号変換部を形成するステップと、基板(substrate)にプローブ(capturing probe)生体分子(biomolecule)が付着されたバイオチップを配するステップと、信号変換部の電気的特性を測定するステップと、バイオチップと分析しようとする試料(DNA、RNA、Protein、Biomolecules)とを結合反応させるステップと、結合反応させた後の信号変換部の電気的特性を測定するステップと、を含む。
本願第11発明は、第9発明において、前記バイオチップと前記試料の結合反応の前後の電気的特性に変化が生じた場合、バイオ結合があると判断するステップをさらに含むことを特徴とするインダクタ素子およびキャパシタンス素子を用いたバイオ結合検出方法を提供する。
本願第13発明は、第9発明において、前記信号変換部は周波数共振器、位相変調器、ろ過器のいずれか1つで動作することを特徴とするインダクタ素子およびキャパシタンス素子を用いたバイオ結合検出方法を提供する。
本願第15発明は、第9発明において、前記バイオチップは前記インダクタンス素子の捲線との間、前記インダクタンス素子の電極との間、前記インダクタンス素子の上部、前記キャパシタンス素子の上部の少なくともいずれかに位置することを特徴とするインダクタンス素子およびキャパシタンス素子を用いたバイオ結合検出方法を提供する。
さらに、本発明によると、蛍光検出法のような結合反応の前に別の前処理反応を要しないだけでなく、機械的な検出法、蛍光検出法といった別の装備を要しないことによって結合反応の検出時間が既存の方式より短縮される効果がある。
同図に示したように、インダクタンス素子110とキャパシタンス素子120を直列に接続して信号変換部170を形成した。信号変換部170はバイオ結合の可否によりその電気的な特性が変化してバイオ結合を検出させる手段である。なお、電気的特性とは、信号変換部170の共振周波数、位相、信号のサイズ、周波数特性などのことを指す。信号変換部170は少なくとも1つのインダクタンス素子110およびキャパシタンス素子120とが直列または並列に接続され、周波数共振器、位相変調器、ろ過器などで具現される。図1Aおよび図1Bには、1つのインダクタンス素子110とキャパシタンス素子120が直列に接続され周波数共振器を形成している。
図2Aおよび図2Bは本発明の一実施の形態に係るインダクタンス素子およびキャパシタンス素子を用いたバイオ結合装置の信号変換部を示した図である。
図3は、本発明の一実施の形態に係るインダクタンス素子およびキャパシタンス素子を用いたバイオ結合の検出方法を示したフローチャートである。
まず、試料に含まれている特徴情報の探索を可能にするプローブの役割を行うことができる物質を基板の表面に付着してバイオチップ130を形成する。インダクタンス素子110およびキャパシタンス素子120を接続して信号変換部170を形成する(S310)。なお、信号変換部170はインダクタンス素子110およびキャパシタンス素子120を直列また並列に接続するか、多数のインダクタンス素子110およびキャパシタンス素子120を用いて共振器、位相変調器、ろ過器などから具現され得る。
次に、バイオチップ130が配された信号変換部170の電気的特性を測定する。つまり、前記バイオチップ130が分析しようとする試料と反応する前にバイオ結合前の信号変換部170の共振周波数、共振周波数における信号サイズ、位相、周波数特性などの電気的な特性を測定する(S330)。これは、バイオ結合後の信号変換部170の電気的特性と比較してバイオ結合の有無および量を検出するためである。
バイオチップ130上の生体分子と一致する形態を有する生体分子が試料に存する場合はバイオ結合される。バイオチップ130上の生体分子と反応する生体分子のうち余りの生体分子とバイオチップ130上の生体分子と反応しない試料140上の生体分子を取除く(S350)。
バイオチップ130が試料と結合反応されると、信号変換部170の電気的特性の変化が生じるので、結合反応前後の信号変換部170の電気的特性における測定値を比較してバイオ結合の有無およびその量を検出する(S370)。信号変換部170が周波数共振器に具現される時には、結合反応前後の共振周波数、共振周波数からの信号サイズの変化などにより結合反応を検出することができ、信号変換部170が位相変調器で具現される時には、結合反応前後の位相の変化により結合反応を検出することができる。さらに、信号変換部170がろ過器として具現する時には、結合反応前後の周波数特性の変化により結合反応を検出することができる。前述した実施形態にように、信号変換部170を周波数共振器として具現する場合には結合反応後の共振周波数が増加したり、共振周波数における信号のサイズが減少するといった結合反応が検出される。
図4Cおよび4Fはバイオ結合反応後を示す図であって、バイオチップ130と結合しない試料140の生体分子、およびバイオチップ130と結合する試料140の生体分子のうち余った生体分子を取除いた後の図である。バイオ結合後に入力ポート150に信号を入力し、信号変換部170の電気的特性を測定する。結合反応は結合反応の前後の出力ポート160からの出力値をそれぞれ比較して検出する。
同図に示したように、インダクタンス素子110の捲線との間およびキャパシタンス素子120の電極との間にバイオチップ130を形成し、捲線との間の誘電率を空気中であると仮定したとき、バイオ結合反応の後にはその誘電率Erが4に変化したことが分かる。これは結合反応の前後の差異が電気的な信号へと変換できることを示す。
信号変換部170を、図2Aおよび図2Bに示したように、周波数共振器として具現した場合、バイオ結合前の共振周波数は7.27GHzであり(1)、結合反応後の共振周波数は6.95GHz(2)であって、共振周波数は減少する。さらに、バイオ結合反応前の信号のサイズY1はー3.16dBであり(1)、結合反応後の信号のサイズY1はー2.61dB(2)であって、信号のサイズは増加する。即ち、結合反応後に共振周波数が減少したり、または信号のサイズが増加した場合、バイオ結合反応が起きたことが分かる。
120 キャパシタンス
130 バイオチップ
140 試料
150 入力ポート
160 出力ポート
170 信号変換部
180 特徴量検出部
Claims (16)
- 少なくとも1つのインダクタンス素子およびキャパシタンス素子とを接続して形成された信号変換部と、
前記信号変換部内に配されるバイオチップと、
前記信号変換部の一端に接続され、前記信号変換部の電気的な特性を測定するための信号が入力される入力ポートと、
前記信号変換部の他面と接続され、前記信号変換部の信号が出力される出力ポートと、
前記出力ポートに接続され、前記信号変換部の電気的な特性を測定する特徴量検出部と、
を含むことを特徴とするインダクタンス素子およびキャパシタンス素子を用いたバイオ結合検出装置。 - 前記信号変換部はRF装置および電気的装置のいずれか1つで動作することを特徴とする請求項1に記載のインダクタンス素子およびキャパシタンス素子を用いたバイオ結合検出装置。
- 前記信号変換部は、周波数共振器、位相変調器、ろ過器のいずれか1つで動作することを特徴とする請求項1に記載のインダクタンス素子およびキャパシタンス素子を用いたバイオ結合検出装置。
- 前記バイオチップは前記インダクタンス素子の捲線との間、前記インダクタンス素子の上部のいずれかに位置することを特徴とする請求項1に記載のインダクタンス素子およびキャパシタンス素子を用いたバイオ結合検出装置。
- 前記バイオチップは前記キャパシタンス素子の電極との間、前記キャパシタンス素子の上部のいずれかに位置することを特徴とする請求項1に記載のインダクタンス素子およびキャパシタンス素子を用いたバイオ結合検出装置。
- 前記電気的特性は前記信号変換部の共振周波数、位相、信号のサイズ、周波数特性のいずれか1つであることを特徴とする請求項1に記載のインダクタンス素子およびキャパシタンス素子を用いたバイオ結合検出装置。
- 前記特徴量検出部はRF検出器および電気的装置のいずれか1つで動作することを特徴とする請求項1に記載のインダクタンス素子およびキャパシタンス素子を用いたバイオ結合検出装置。
- 前記特徴量検出部は、共振周波数、位相検出器、周波数特性検出器のいずれか1つで動作することを特徴とする請求項1に記載のインダクタンス素子およびキャパシタンス素子を用いたバイオ結合検出装置。
- 少なくとも1つのインダクタンス素子およびキャパシタンス素子とを接続して信号変換部を形成するステップと、
基板(substrate)にプローブ(capturing probe)生体分子(biomolecule)が付着されたバイオチップを配するステップと、
前記信号変換部の電気的特性を測定するステップと、
前記バイオチップと分析しようとする試料とを結合反応させるステップと、
前記結合反応させた後の前記信号変換部の電気的特性を測定するステップと、
を含むことを特徴とするインダクタ素子およびキャパシタンス素子を用いたバイオ結合検出方法。 - 前記バイオチップと結合しない試料の生体分子および前記バイオチップと結合する試料の生体分子のうち余る生体分子を取除くステップをさらに含むことを特徴とする請求項9に記載のインダクタ素子およびキャパシタンス素子を用いたバイオ結合検出方法。
- 前記バイオチップと前記試料の結合反応の前後の電気的特性に変化が生じた場合、バイオ結合があると判断するステップをさらに含むことを特徴とする請求項9に記載のインダクタ素子およびキャパシタンス素子を用いたバイオ結合検出方法。
- 前記電気的特性は前記信号変換部の共振周波数、位相、信号のサイズ、周波数特性のいずれか1つであることを特徴とする請求項9に記載のインダクタ素子およびキャパシタンス素子を用いたバイオ結合検出方法。
- 前記信号変換部は周波数共振器、位相変調器、ろ過器のいずれか1つで動作することを特徴とする請求項9に記載のインダクタ素子およびキャパシタンス素子を用いたバイオ結合検出方法。
- 前記信号変換部が周波数共振器である場合に、前記バイオチップと前記試料の結合反応後の前記信号変換部の共振周波数は減少し、前記共振周波数からの信号サイズは増加することを特徴とする請求項13に記載のインダクタンス素子およびキャパシタンス素子を用いたバイオ結合検出方法。
- 前記バイオチップは前記インダクタンス素子の捲線との間、前記インダクタンス素子の電極との間、前記インダクタンス素子の上部、前記キャパシタンス素子の上部の少なくともいずれかに位置することを特徴とする請求項9に記載のインダクタンス素子およびキャパシタンス素子を用いたバイオ結合検出方法。
- 前記特徴量検出部は、共振周波数検出器、位相検出器、周波数特性検出器のいずれか1つで動作することを特徴とする請求項9に記載のインダクタンス素子およびキャパシタンス素子を用いたバイオ結合検出方法。
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