JP2005509138A - アフィニティー反応プローブ検出分析チップ、及びそれを用いる検出システムと装置 - Google Patents

アフィニティー反応プローブ検出分析チップ、及びそれを用いる検出システムと装置 Download PDF

Info

Publication number
JP2005509138A
JP2005509138A JP2002587098A JP2002587098A JP2005509138A JP 2005509138 A JP2005509138 A JP 2005509138A JP 2002587098 A JP2002587098 A JP 2002587098A JP 2002587098 A JP2002587098 A JP 2002587098A JP 2005509138 A JP2005509138 A JP 2005509138A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
carrier
probe
detection
hole
analysis chip
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2002587098A
Other languages
English (en)
Inventor
浩 長澤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ebara Corp
Original Assignee
Ebara Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ebara Corp filed Critical Ebara Corp
Publication of JP2005509138A publication Critical patent/JP2005509138A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/50Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
    • G01N33/53Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor
    • G01N33/543Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor with an insoluble carrier for immobilising immunochemicals
    • G01N33/54366Apparatus specially adapted for solid-phase testing
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/0046Sequential or parallel reactions, e.g. for the synthesis of polypeptides or polynucleotides; Apparatus and devices for combinatorial chemistry or for making molecular arrays
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00274Sequential or parallel reactions; Apparatus and devices for combinatorial chemistry or for making arrays; Chemical library technology
    • B01J2219/00277Apparatus
    • B01J2219/00279Features relating to reactor vessels
    • B01J2219/00281Individual reactor vessels
    • B01J2219/00286Reactor vessels with top and bottom openings
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00274Sequential or parallel reactions; Apparatus and devices for combinatorial chemistry or for making arrays; Chemical library technology
    • B01J2219/00277Apparatus
    • B01J2219/00279Features relating to reactor vessels
    • B01J2219/00306Reactor vessels in a multiple arrangement
    • B01J2219/00322Reactor vessels in a multiple arrangement the individual reactor vessels being arranged serially in stacks
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00274Sequential or parallel reactions; Apparatus and devices for combinatorial chemistry or for making arrays; Chemical library technology
    • B01J2219/00277Apparatus
    • B01J2219/00351Means for dispensing and evacuation of reagents
    • B01J2219/00423Means for dispensing and evacuation of reagents using filtration, e.g. through porous frits
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00274Sequential or parallel reactions; Apparatus and devices for combinatorial chemistry or for making arrays; Chemical library technology
    • B01J2219/00277Apparatus
    • B01J2219/00457Dispensing or evacuation of the solid phase support
    • B01J2219/00459Beads
    • B01J2219/00461Beads and reaction vessel together
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00274Sequential or parallel reactions; Apparatus and devices for combinatorial chemistry or for making arrays; Chemical library technology
    • B01J2219/00277Apparatus
    • B01J2219/00497Features relating to the solid phase supports
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00274Sequential or parallel reactions; Apparatus and devices for combinatorial chemistry or for making arrays; Chemical library technology
    • B01J2219/00277Apparatus
    • B01J2219/00497Features relating to the solid phase supports
    • B01J2219/005Beads
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00274Sequential or parallel reactions; Apparatus and devices for combinatorial chemistry or for making arrays; Chemical library technology
    • B01J2219/00277Apparatus
    • B01J2219/00497Features relating to the solid phase supports
    • B01J2219/00527Sheets
    • B01J2219/00536Sheets in the shape of disks
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00274Sequential or parallel reactions; Apparatus and devices for combinatorial chemistry or for making arrays; Chemical library technology
    • B01J2219/00277Apparatus
    • B01J2219/0054Means for coding or tagging the apparatus or the reagents
    • B01J2219/00542Alphanumeric characters
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00274Sequential or parallel reactions; Apparatus and devices for combinatorial chemistry or for making arrays; Chemical library technology
    • B01J2219/00277Apparatus
    • B01J2219/0054Means for coding or tagging the apparatus or the reagents
    • B01J2219/00545Colours
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00274Sequential or parallel reactions; Apparatus and devices for combinatorial chemistry or for making arrays; Chemical library technology
    • B01J2219/00277Apparatus
    • B01J2219/0054Means for coding or tagging the apparatus or the reagents
    • B01J2219/00547Bar codes
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00274Sequential or parallel reactions; Apparatus and devices for combinatorial chemistry or for making arrays; Chemical library technology
    • B01J2219/00277Apparatus
    • B01J2219/0054Means for coding or tagging the apparatus or the reagents
    • B01J2219/00547Bar codes
    • B01J2219/005492-dimensional
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00274Sequential or parallel reactions; Apparatus and devices for combinatorial chemistry or for making arrays; Chemical library technology
    • B01J2219/00277Apparatus
    • B01J2219/0054Means for coding or tagging the apparatus or the reagents
    • B01J2219/00565Electromagnetic means
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00274Sequential or parallel reactions; Apparatus and devices for combinatorial chemistry or for making arrays; Chemical library technology
    • B01J2219/00583Features relative to the processes being carried out
    • B01J2219/00585Parallel processes
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00274Sequential or parallel reactions; Apparatus and devices for combinatorial chemistry or for making arrays; Chemical library technology
    • B01J2219/00583Features relative to the processes being carried out
    • B01J2219/0059Sequential processes
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00274Sequential or parallel reactions; Apparatus and devices for combinatorial chemistry or for making arrays; Chemical library technology
    • B01J2219/00583Features relative to the processes being carried out
    • B01J2219/00596Solid-phase processes
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00274Sequential or parallel reactions; Apparatus and devices for combinatorial chemistry or for making arrays; Chemical library technology
    • B01J2219/0068Means for controlling the apparatus of the process
    • B01J2219/00702Processes involving means for analysing and characterising the products
    • B01J2219/00707Processes involving means for analysing and characterising the products separated from the reactor apparatus
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00274Sequential or parallel reactions; Apparatus and devices for combinatorial chemistry or for making arrays; Chemical library technology
    • B01J2219/00718Type of compounds synthesised
    • B01J2219/0072Organic compounds
    • B01J2219/00722Nucleotides
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07BGENERAL METHODS OF ORGANIC CHEMISTRY; APPARATUS THEREFOR
    • C07B2200/00Indexing scheme relating to specific properties of organic compounds
    • C07B2200/11Compounds covalently bound to a solid support
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C40COMBINATORIAL TECHNOLOGY
    • C40BCOMBINATORIAL CHEMISTRY; LIBRARIES, e.g. CHEMICAL LIBRARIES
    • C40B40/00Libraries per se, e.g. arrays, mixtures
    • C40B40/04Libraries containing only organic compounds
    • C40B40/06Libraries containing nucleotides or polynucleotides, or derivatives thereof
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C40COMBINATORIAL TECHNOLOGY
    • C40BCOMBINATORIAL CHEMISTRY; LIBRARIES, e.g. CHEMICAL LIBRARIES
    • C40B60/00Apparatus specially adapted for use in combinatorial chemistry or with libraries
    • C40B60/14Apparatus specially adapted for use in combinatorial chemistry or with libraries for creating libraries
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C40COMBINATORIAL TECHNOLOGY
    • C40BCOMBINATORIAL CHEMISTRY; LIBRARIES, e.g. CHEMICAL LIBRARIES
    • C40B70/00Tags or labels specially adapted for combinatorial chemistry or libraries, e.g. fluorescent tags or bar codes

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Hematology (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Urology & Nephrology (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Cell Biology (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)

Abstract

個別識別信号を付した保持リングに開けられた貫通穴中に、プローブ分子が固定化された担体が充填保持されたアフィニティー反応プローブ検出分析チップが開示されている。このプローブ分子が固定化された担体は、多孔性の膜若しくは不織布であり、それは穴を塞ぐように張った構造であるのが好ましい。個別識別信号は、バーコードシステム、又は電子認識システムとすることができる。
チップ化したアフィニティー反応プローブ法において、より簡便な検出システムを確立し、DNA多型の検出や各種の生理機能診断に利用出来る反応検出分析チップ、及びそれを用いる検出システムを提供する。

Description

[技術分野]
本発明は、例えば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性分子の認識を可能にするアフィニティー検出分析チップ、当該チップの作製方法、ならびに当該チップを使用する検出システムと検出装置に関する。
[背景技術]
特定の分子と選択的に結合する物質を用い、それに対応する物質を選択的に検出するアフィニティー検出は、大変鋭敏な検出法であり、例えば特定の酵素を用いて特定のタンパクを検出するアフィニティーカラムとして液体クロマトグラフにおいて用いられてきた。しかしながら、この液体クロマトグラフ法におけるアフィニティー法は特定の分子についての情報のみを与えるにすぎず、多数の分子についてその存在情報を同時に与える分析手段にはなっていない。
現在、例えば遺伝子の変異、特に一塩基(配列)の変異による多型の検出は、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、薬剤応答性や副作用を評価するための指針に必要であり、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する。この検出に、アフィニティー法の一種である、いわゆるDNAチップの使用が有効であることが知られている。
従来利用されてきた、短いDNA鎖を固定化したDNAチップ(Affymetrix社から「ジーンチップ(GeneChip)」の名で市販されている)は、通常約1cm角のシリコンもしくはガラス基板上にフォトリソグラフィー技術を用いて1万以上のオリゴDNA断片(DNAプローブ)を作り込んだものである。このDNAチップ上に、たとえば蛍光標識した、調べたいDNA試料を流すと、上記DNAチップ上のプローブと相補的な配列を有するDNA断片はプローブと結合し、その部分だけが蛍光により識別でき、DNA試料中のDNA断片の特定配列を認識・定量することができる。この方法により、既に、ガン遺伝子の突然変異の検出や、遺伝子多型の検出が可能であることが示されている。
また、cDNAをスライドガラス上に配列したマイクロアレーも用いられる。
[発明の開示]
これらのチップ化したアフィニティー反応プローブ法は、多数の分子について同時にその存在情報を与える分析手段として大変有効であるが、幾つかの問題点があった。例えば、フォトリソグラフィーを用いたDNAチップは、一段の合成に最低4枚のフォトマスクを必要とし、かつ4回の光リソグラフィー、カップリング、洗浄を繰り返さなければならない。これを、必要な鎖長分だけ繰り返すため、高コストになることと、パターンを変えるためにはそれぞれフォトマスクを変える必要があり、必要に応じて各種デザインのDNA チップをフレキシブルに作製することができなかった。それに加え、一枚一段ずつ合成されるため、各スポットの品位は保証されず、チップ間の再現性に不安が残る問題は解決されない。
また、これに変わる方法として提案されている、合成したオリゴヌクレオチド溶液を高密度にスポットしたマイクロアレイ(microarray)型DNAチップの場合、フォトリソグラフィーを用いた方法よりはパターンを変え易いが、プローブ分子を一点ずつ固定用ガラス等にスッポティングする操作を経なければならず、フォトリソグラフィーを用いたDNAチップと同様に高コストとなる。
また、これらの反応チップによる検出においては、ハイブリタイズが局在化してしまい、定量性が失われる問題や、ハイブリタイズに専用の装置を用いて且つ長時間反応させる必要があるという問題がある。そのため、骨髄移植をはじめとする各種遺伝情報の検出には多数の手間と時間がかかるばかりではなく、多額の費用もかかっていた。
そこで本発明の目的は、より簡便な検出システムを確立し、DNA多型などを含め、各種の生理機能診断に利用出来る反応検出システムを提供することにある。
本発明者は、前記の課題により、反応工程が長く複雑であり、種々の目的に柔軟に対応することが困難で、大変なコストがかかるフォトリソグラフィー法を使用することなく、またハイブリダイズに専用の装置を用いることもなく、より簡便な検出システムを確立するため種々研究した。
そして、個別の単一反応を示す検出チップを多数積み重ね、それぞれのチップに個別識別信号をつけ、反応が起きたプローブ分子を認証する検出システムにより、上記の問題点を解消できることに着目して、本発明に到達した。
[発明の詳細な説明]
即ち、本発明は、上記の課題を以下の手段により解決した。
(1)個別識別信号がついた保持リングに開けられた貫通穴中に、プローブ分子が固定化された担体が充填保持された構造を持つアフィニティー反応プローブ検出分析チップ。
(2)個別識別信号がついた保持リングに開けられた貫通穴中に、担体が充填保持された構造を持つチップを積み重ねておく工程、あらかじめ合成した、あるいは天然物から抽出したプローブ分子を含む液を前記貫通穴中に通す工程、前記プローブ分子をリンカーを用いて前記担体の表面に固定する工程を含んでなる、アフィニティー反応プローブ検出分析チップの作製方法。
(3)個別識別信号がついた保持リングに開けられた貫通穴中に、担体が充填保持された構造を持つチップを積み重ねておく工程、前記担体の表面にプローブ分子であるオリゴヌクレオチドを合成する工程を含んでなる、アフィニティー反応プローブ検出分析チップの作製方法。
(4)それぞれに異なった特異的な結合反応を起こすプローブ分子を内面に固定した前記(1)記載のアフィニティー反応プローブ検出分析チップを積み重ね、前記貫通穴を連結して分析対象を通過させることのできる通路を有する構造を持つアフィニティー反応プローブ検出分析チップ堆積体。
(5)個別識別信号がついた保持リングに開けられた貫通穴中に、担体が充填保持された構造を持つチップを積み重ね、前記貫通穴中に前記(2)及び(3)に示す様に順次試薬を流すことによりアフィニティー反応プローブ検出分析チップを作製する装置。
[発明の実施の態様]
以下に、本発明の実施の形態を、図面に基づいて詳細に説明する。
図1Aは、貫通穴3(ここに、反応性プローブを固定した担体4が保持されている)を備えた保持リング2の平面図である。図1Bはその縦断面図を示す。貫通穴内の反応場の形は、図2A〜図2Dに示されるように幾つかの形が考えられるが、分析対象物が十分通り抜けられる大きさの貫通穴があり、かつ反応可能なプローブ分子が保持されれば良い。
図3Aは、個別識別記号5としてリング状バーコード9を表面に付した検出分析チップを示したものである。図3Bは、個別識別記号5として点マトリックスバーコード10を表面に付した検出分析チップの平面図である。
図4は、cDNA等のプローブ分子11を、リンカー12を用いて担体4の表面に固定する方法を示している。
図5は、塩基14からプローブ分子であるオリゴヌクレオチド15を合成し、担体4の表面にリンカー12を用いて、表面に固定する方法を示している。
図6は、担体が保持されたチップ1を反応ベッセル16中に積み重ねて、合成試薬17もしくはプローブ分子をこの積み重ねたチップに順次流すことにより、プローブ分子を固定して、同じチップを同時に多数個作製する方法を示している。
図7は、それぞれ異なった特異的な結合反応を起こすプローブ分子を内面に固定したチップをホルダー18中に積み重ねた反応プローブチップ堆積体20にサンプル溶液19を流して検出する手段を示している。
図8は、検出の方法を示したもので、ホルダー18に固定された反応の終了したチップ(1a,1b,1c・・・)を蛍光検出器にかけるために一枚ずつ取り出す検出方法を示す。
図9は、堆積構造になったチップ内に試薬供給機21で、順次反応試薬を流して、パイプ22、切り替えバルブ23、ポンプ24を通してオリゴヌクレオチドを合成するか、もしくはcDNAなどを流して固定するプローブ分子固定作製装置の概念図である。
図10は、反応させたチップを読みとる吸光検出システムに用いる、装置の概念図である。チップは押し出し機構25からチップを一枚ずつ取り出し,励起光源27を検出部26に当て、発光する蛍光を蛍光検出部28において検出し、それによって、個別チップを順次送り込むと共に識別信号を検出部26にて読みとり、データ処理部29により識別信号が処理される。
図11は、図10の概要図である。ハイブリダイズ装置30によりハイブリダイズされた生成物は、光源部32、モジュール格納部33及び観測ユニット34からなる蛍光観測装置31により蛍光検出され、データ処理装置29により検出される。なお、反応プローブ堆積体は、基本的に多数の反応プローブチップからなるが、場合によっては一個だけを用いることもできる。
次に、上記の図面に記載した担体及びその他の構成要素などの材質、寸法及びその他の設計上の要素などについて説明する。
本発明のアフィニティー検出分析チップに使用するプローブとして有用な物質としては、DNA、RNAあるいはPNA(Peptide nucleicacid)及びその断片、任意の塩基配列をもったオリゴヌクレオチド、抗原、抗体あるいはエピトープ、酵素、タンパク質あるいはその機能部位ポリペプチド鎖等が例示される。しかしながら、本発明ではこれら以外の、プローブに有用などのような物質を使用することができる。
本発明でこれらプローブを担持する材料である担体の例としては、多孔質ガラスの粉(図2Dの8で示される)、多孔質の膜(図2Cの6で示される)や不織布(図2Dの7で示される)のような多孔質材料が好ましい。しかしながら、多孔構造であれば、穴の形状はどのような構造のものであっても良い。即ち、反応場である多孔質材料の材質は問わないが、アフィニティー反応プローブ分子を固定化もしくは成長させうる素材であれば良く、多孔質ガラス、ガラス繊維濾紙などが特に好ましい。
なお、多孔質ガラス粉や膜の孔径は0.1〜0.5μmであることが好ましく、不織布や濾紙などの微細間隙は数μm以下であることが好ましいが、余りに微細であると蛍光標識したサンプルのろ過が困難になるので、0.1μm以上であることが必要である。
保持リングは、中央に貫通穴が設けられ、その貫通穴中に、プローブ分子が固定化された担体が充填保持されている。保持リングの特徴の一つは、各リングの特性(例えば、プローブの数及び種類、担体の構造及び構成材料等)を表示する識別信号がその表面上に記載されていることである。
保持リングの大きさは、直径が3mmから10mmが好ましく、より好ましくは5mmから7mmであり、厚さが0.1mmから1mmが好ましく、より好ましくは0.1mmから0.5mmである。
保持リングは、形状安定性であり、必要な物理的強度を有し、さらに材料の溶出や腐食などによる材料の劣化を生じにくい材料であればどのような材料も使用できる。このような材料としては、好ましくは、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)樹脂、ポリプロピレン(PP)、ポリエチレンテレフタレート(PET)などの樹脂が挙げられる。また、ガラス、セラミックも使用でき、さらに、アルミニウムなどの金属でも良い。しかしながら、特にホウケイ酸ガラス、石英ガラス及びPEEKが好ましい。なお、保持リングの形態は機能さえあれば問われず、図1に示すように中央に貫通穴を有する円板である通常のリングであっても良く、また円若しくは方形の貫通穴を有する四角形のカード状であってもよい。
保持リングに開けられた貫通穴の大きさは、一般的に0.1ミクロンから5mm,好ましくは、0.5ミクロンから3mmである。しかしながら、貫通穴は遺伝子などの分析対象が十分通り抜けられる大きさがあればよく、通常0.1ミクロンから10ミクロン、好ましくは0.5ミクロンから5ミクロンであることができる。
個別識別情報は、リング状・点マトリックスなどのバーコードシステム、ICタグなどの電子認識システムなどであることができる。唯一の要件は保持リングに情報が書き込まれていることである。この情報は色別信号でも凹凸信号でも良いが、実用的には積み重ね機構に支障を与えない形であれば良い。しかしながら、積み重ねる必要がない場合は特に形には制約がない。
以下に、本発明のアフィニティー反応プローブ検出分析チップの構造、作製法、反応、検出、システム及び装置について詳しく説明する。
(構造)
本発明のアフィニティー反応プローブ検出分析チップ1は、図1で示されるように、円板状の基板で形成された保持リング2の中央に貫通穴3を開け、そこに反応性プローブを固定された担体4が充填保持された構造である。担体4がある反応場には、図4の11で示されるようなプローブ分子が固定され、保持リング2には個別識別信号5が記載されている。担体4は多孔性膜6(図2C)もしくは不織布7(図2D)などからなってもよい。
貫通穴3内の反応場の形は、図2で示されるように幾つかの形が考えられるが、いずれの場合でも、分析対象の遺伝子などが十分通り抜けられる大きさの貫通穴が有り、かつ反応可能なプローブ分子が保持される機構で有ればよい。図2Aは貫通穴3一杯に担体4が充填されたものであり、図2Bは貫通穴3の半分位に担体4が充填されたものであり、図2Cは貫通穴3の下部に多孔性膜6が貫通穴3を塞ぐように張られたものであり、図2Dは貫通穴3の下部に不織布7が同様に張られ、それに多孔質である多孔質ガラス粉が付着しているものを示す。多孔質ガラス粉は、不織布7の繊維に絡むか或いは結合するような構造となっていることが好ましい。
(作製法)
上記の構造のチップ1は、図6のように複数個積み重ねて、上から貫通穴3に液を順次流すことにより、適当な方法(例えばホスホアミダイト法)を用いて、オリゴヌクレオチドを担体の上で合成し、合成されたアフィニティー反応プローブ分子として用いることができる。この場合、図6に示すように、重ね合わせたチップの貫通穴の一つずつで合成することで、同時に同じ特性を持ったチップをたくさん作ることができる。なお、この場合重ねなくても問題はないが、図6のように重ねた方がより均一な反応が起こりチップの特性が向上する。
また、同じく重ね合わせた孔を利用してcDNAなどを流せば、多層同時に担時できるので、cDNAを固定したチップも容易に作製できる(図6)。
これらのいずれかの方法で作製したチップはどれも同じ特性を持ち、抜き取り試験により容易にその特性を検定することができ、品質管理上有利である。
(反応)
この様にして作製したチップを用いて検出する際は、図7に示したような堆積体20にする。この場合、必要な組み合わせで、それぞれ異なったアフィニティー反応プローブ検出分析チップを重ね合わせて使用するが、何らかのホルダー(容器)18内に重ねた形で固定できるようにするのが好ましい。ただし、反応が充分に進行すれば、重ね合わせは必ずしも必要ではなく、識別信号に支障がなければ、泳がせるような形であっても良い。
堆積体にした場合、蛍光ラベルしたcDNAなどのサンプルは、吸引若しくは圧入によりチップの貫通穴内を通過する。このため、サンプルはプローブ分子近傍を通過させることができるので、容易にハイブリタイズさせることができる。このため、反応が早く且つ均一になり、ハイブリタイズにかかる装置が簡便になる(図7)。
(検出)
反応の終了したチップは一枚ずつ蛍光検出器26にかけられる。そのとき同時に識別信号が読み取られる。読み取り終わったチップは廃棄されるが、場合によっては保存され、抽出操作により特定のDNAを回収する事もできる。
(システム及び装置)
以上に述べた検出分析チップを作製するには、専用の反応装置が必要である。図9は、堆積構造になったチップ内に順次反応試薬を流してオリゴヌクレオチドを合成するが、若しくはcDNAなどを流して固定する装置の概念図である。
検出システムを実行するには、反応させたチップを読み取るある種の吸光検出システムが必要である。図10はそれに用いる装置の概念図であり、個々のチップを順次送り込むと共に識別信号を読み取り、検出を行う。
ハイブリタイズと検出の流れをまとめた概念は図11の様になる。
[実施例]
以下、本発明を実施例によりさらに説明する。但し、本発明はこれらの実施例にのみに限定されるものではない。
[実施例1]
中央に直径2mmの貫通穴が形成された厚さ0.3mm、直径5mmのポリエチレンテレフタレートのリング状基板からなる保持リングを多数枚用意した。なお、保持リングに前記の貫通穴を設ける位置は、前記保持リングを堆積したときに、同じ位置となるように正確なものとした。ガラス繊維濾紙をこの保持リングで挟み、加熱溶着する事により反応チップを作製した。この製造方法で得られる反応チップは、厚さが0.6mmである。リング上には点マトリックス型のバーコードを印刷した。この保持リングを100枚重ね、それぞれの穴の中に順次試薬を通過させることにより、特定の構造のオリゴヌクレオチドを合成した。それぞれ異なった構造のオリゴヌクレオチドを有し、かつ識別信号を付した個々の反応チップ50枚を重ねて、堆積体を構成した。
この反応チップの堆積体をポリプロピレン製の反応セルに入れ、蛍光剤でラベルした検出対象のcDNAを流し込み反応させた。反応・洗浄の後、セルより取り出されたチップは、一枚ずつ蛍光検出器により解析され、同時に識別された。
[実施例2]
中央に直径1mmの貫通穴が形成された石英ガラス基板からなる保持リングを用意した。前記貫通穴の位置は実施例1と同様に正確なものとした。この貫通穴中に細孔径100nmで粒子径10ミクロンの多孔質ガラスの粉を充填し焼き付けた。保持リングの上下面は、研磨により平滑化された。基板上にはエッチングにより、リング状点マトリクスの識別信号が書き込まれた。保持リングは、化学的に洗浄された後、シランカップリング剤を用いて表面アミノ化を行った。この保持リング100枚を重ね、定法により貫通穴に異なった種類のcDNAを固定化した。
この保持リングをポリプロピレン製の反応セルに入れ、蛍光剤でラベルした検出対象のcDNAを流し込み反応させた。反応・洗浄の後、セルより取り出されたチップは蛍光検出器により解析された。
[実施例3]
直径10mm、厚さ1mmで中央に直径0.5mmの貫通穴が形成されたPEEK基板からなる保持リングを用意した。この保持リングの上面に再生セルロースからなる多孔質膜を張り付けた。別に細孔径100nmで粒子径5ミクロンの多孔質ガラスの粉を用意し、この多孔質膜上に再生セルロース(ビスコース)溶液を用いて固定した。これを500枚重ね、下部より通液しながら各種オリゴヌクレオチドを合成した。この保持リングをポリプロピレン製の反応セルに入れ、蛍光剤でラベルした検出対象のcDNAを流し込み反応させた。反応・洗浄の後、セルより取り出されたチップは個別に蛍光検出器により解析された。
[実施例4]
直径5mm、厚さ0.3mmで中央に直径10ミクロンの貫通穴が形成されたPEEK基板からなる保持リングを用意した。このそれぞれの保持リングに上面に再生セルロースからなる多孔質膜を張り付けた。別に細孔径100nmで粒子径3ミクロンの多孔質ガラスの粉を用意し、この多孔質膜上に再生セルロース(ビスコース)溶液を用いて固定した。この保持リングを50枚重ね、下部より通液しながら各種オリゴヌクレオチドを合成した。これらの保持リングの堆積体をポリプロピレン製の反応セルに入れ、蛍光剤でラベルした検出対象のcDNAを流し込み反応させた。反応・洗浄の後、セルより取り出されたチップは個別に蛍光検出器により解析される。
[実施例5]
直径5mm、厚さ0.3mmで中央に直径5ミクロンの貫通穴が形成されたPEEK基板からなる保持リングを使用して、実施例4を繰り返した。50枚のこれら保持リングを実施例4のように処理して、所望のチップを得る。
[産業上の利用可能性]
本発明によれば、フォトリソグラフィー設備等の特別な設備を要することなく、任意の構成を持つタンパク質もしくは任意の塩基配列を持ったオリゴヌクレオチドなどの反応性プローブ物質を用い特定の分子と選択的に結合する物質を用い、それに対応する物質を選択的に検出する手段を容易に提供できる。また、検出手段は多数の分子について同時にその存在情報を与える分析手段であり、かつ無理なく高感度分析ができる検出手段である。
また、各種反応性物質を担持した単位反応チップを準備しておけば、様々な種類の反応性物質プローブを固定化し反応性を保証されたアフィニティー反応プローブ検出分析チップセットを、必要なときに必要な組み合わせでより簡便に供給できる。
本発明はさらに低コストかつ安定性の高い反応検出プローブ分析チップシステムを提供することができる。
従って、各個人の必要に対応したDNAなどの検反応検出プローブ分析チップシステムの構築が可能となり、オーダーメイドの医療に貢献できる。
また、より温度条件等反応条件をコントロールしやすいのでこれまでのいわゆるDNAチップと異なり、タンパク検出など新しい領域の検出手段を与えるものである。
図1Aは、貫通穴(その中に、反応性プローブが固定された担体が保持されている)を有する保持リングの平面図である。
図1Bは,図1Aのリングの縦断面図である。
図2Aは、保持リングの貫通穴内における反応場の4つの例を示す断面図である。
図2Bは、保持リングの貫通穴内における反応場の4つの例を示す断面図である。
図2Cは、保持リングの貫通穴内における反応場の4つの例を示す断面図である。
図2Dは、保持リングの貫通穴内における反応場の4つの例を示す断面図である。
図3Aは、保持リング上に、識別記号として、リング状バーコードを設けた保持リングを示す平面図である。
図3Bは、保持リング上に、識別記号として、点マトリックスバーコードを設けた保持リングを示す平面図である。
図4は、担体表面に、cDNAなどのプローブ分子を、リンカーを用いて固定する方法を示す説明図である。 図5は、担体の表面に、プローブ分子として合成されたオリゴヌクレオチドを、リンカーを用いて表面に固定する方法を示す説明図である。 図6は、担体が保持されたチップを積み重ねて、合成試薬もしくはプローブ分子を順次流すことにより、プローブ分子をチップに固定する方法を示す説明図である。 図7は、それぞれに異なった特異的な結合反応を起こすプローブ分子を固定したチップを積み重ねた反応プローブチップの集合体または堆積体に、サンプル溶液を流して検出する方法を示す説明図である。 図8は、ホルダー内に保持された、反応の終了したチップを一枚ずつ蛍光検出器にかける検出の方法を示した図である。 図9は、堆積構造になったチップ内に、試薬供給機で反応試薬を順次流して、切り替えバルブ、ポンプを通してオリゴヌクレオチドを合成する、もしくはcDNAなどを流して固定する、プローブ分子を固定及び作製する装置の概念図である。 図10は、意図した反応を行ったチップを一枚ずつ取り出し、その識別記号を読みとる吸光検出システムに用いるための装置の概念図である 図11は、ハイブリダイズ装置及び蛍光観測装置の概要図である。

Claims (8)

  1. 個別識別信号が付され、かつ貫通穴が開けられた保持リング;及び
    貫通穴に充填保持された、プローブ分子が固定化された担体;
    を含んでなるアフィニティー反応プローブ検出分析チップ。
  2. 前記プローブ分子が固定化された担体が、多孔構造を有する材料である請求項1に記載の分析チップ。
  3. 前記担体が多孔質ガラス粒子、多孔質ガラス膜、ガラス繊維不織布、又はガラス繊維製濾紙である請求項2に記載の分析チップ。
  4. 前記プローブ分子がリンカーを介して担体に固定化されている請求項1又は2に記載の分析チップ。
  5. 個別識別信号が付され、貫通穴(この中に、担体が充填保持されている)を備えた保持リングを有するチップを複数枚積み重ねる工程、
    あらかじめ合成した、あるいは天然物から抽出したプローブ分子を含む液を、積み重ねられたチップの貫通穴中に通す工程、及び
    前記プローブ分子をリンカーを用いて前記担体の表面に固定する工程、
    を含んでなるアフィニティー反応プローブ検出分析チップの作製方法。
  6. 個別識別信号が付され、貫通穴(この中に、担体が充填保持されている)を備えた保持リングを有するチップを提供する工程、
    このチップを積み重ねる工程、及び
    前記担体の表面にプローブ分子であるオリゴヌクレオチドを合成する工程、
    を含んでなるアフィニティー反応プローブ検出分析チップの作製方法。
  7. 請求項1に記載の複数のアフィニティー反応プローブ検出分析チップの堆積体(ここで、前記担体に固定したプローブ分子は異なった特異的な結合反応を起こし、各チップの貫通穴は連結され、分析対象を通過させることのできる通路を形成する)である、アフィニティー反応プローブ検出分析チップ集合体。
  8. 個別識別信号を付した保持リング(当該保持リングには貫通穴があり、そこに担体が充填保持されている)を備えた複数のチップからなる堆積体、及び
    該堆積されたチップの貫通穴が連結して形成された通路に、順次薬剤を流すための手段、
    を含んでなるアフィニティー反応プローブ検出分析チップの作製装置。
JP2002587098A 2001-05-09 2002-05-09 アフィニティー反応プローブ検出分析チップ、及びそれを用いる検出システムと装置 Pending JP2005509138A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001138855 2001-05-09
PCT/JP2002/004531 WO2002089973A2 (en) 2001-05-09 2002-05-09 Affinity reaction probe detection/analysis chips and detection system and apparatus using the same

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2005509138A true JP2005509138A (ja) 2005-04-07

Family

ID=18985727

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2002587098A Pending JP2005509138A (ja) 2001-05-09 2002-05-09 アフィニティー反応プローブ検出分析チップ、及びそれを用いる検出システムと装置

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20040197787A1 (ja)
JP (1) JP2005509138A (ja)
AU (1) AU2002255333A1 (ja)
WO (1) WO2002089973A2 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007163163A (ja) * 2005-12-09 2007-06-28 Sharp Corp バイオケミカルセンサ及び測定装置

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4693834A (en) * 1986-05-05 1987-09-15 Murex Corporation Transverse flow diagnostic kit
IL84939A (en) * 1987-01-06 1991-05-12 Baylor College Medicine Chemically inert wafer for synthesizing biopolymers
WO1997032284A1 (en) * 1996-02-27 1997-09-04 Richard Sydney Thorp Security identification and information system
GB9608785D0 (en) * 1996-04-27 1996-07-03 Univ Dundee Apparatus for synthesising chemical compounds
US5804384A (en) * 1996-12-06 1998-09-08 Vysis, Inc. Devices and methods for detecting multiple analytes in samples
DE19744549A1 (de) * 1997-10-09 1999-04-15 Roche Diagnostics Gmbh Vorrichtung zur Durchführung einer Festphasensynthese
KR19990064373A (ko) * 1998-06-24 1999-08-05 김필동 Dna를 이용한 제품의 장식방법

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007163163A (ja) * 2005-12-09 2007-06-28 Sharp Corp バイオケミカルセンサ及び測定装置

Also Published As

Publication number Publication date
AU2002255333A1 (en) 2002-11-18
US20040197787A1 (en) 2004-10-07
WO2002089973A2 (en) 2002-11-14
WO2002089973A3 (en) 2003-09-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6361950B1 (en) Multiplex assay for nucleic acids employing transponders
US5545531A (en) Methods for making a device for concurrently processing multiple biological chip assays
US20080207461A1 (en) Devices for Conducting and Analyzing Microarray Experiments
JP2003532123A (ja) マイクロアレーエバネッセント波蛍光検出装置
EP1226871B1 (en) Reactive probe chip and fluorescence detection sytem
US20010031504A1 (en) Biochip and method for fabricating the same
JP3868267B2 (ja) マルチカラム・アフィニティー検出システム
JP3899831B2 (ja) 生化学センサ及びこれを用いた生化学検査装置
WO2003038126A1 (fr) Billes sondes pour reaction d'affinite et systeme de detection
JP2007534936A (ja) 標的分子とプローブ分子の間の相互作用を分析する装置
US20070141576A1 (en) Biological chip and use thereof
JP2003232791A (ja) プローブ固相化反応アレイ
JP2002202305A (ja) アフィニテイー検出分析チップ、その作製方法、それを用いる検出方法及び検出システム
JP2005509138A (ja) アフィニティー反応プローブ検出分析チップ、及びそれを用いる検出システムと装置
WO2003091731A1 (en) System and method for multiparameter analysis of analytes
JP4262512B2 (ja) プローブ固相化反応アレイ
JP4167431B2 (ja) 生化学的検査用の検査基板
JP4110221B2 (ja) 反応検出チップ及びその作製方法
EP2737082A1 (en) Labeled device
WO2023116938A1 (zh) 空间转录组学分析的生物芯片和其制备方法及应用
KR100359820B1 (ko) 생체시료 검출 및 분석장치, 및 이의 이용방법
JP2005517411A (ja) バイオ−セルチップ
WO2021024416A1 (ja) フローセルの調整方法
JP2004170372A (ja) 生体分子検出装置の製造方法
JP2002253233A (ja) 生化学センサ及びこれを用いた生化学検査装置

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20050427

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20080512

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20080916