JP2007171134A - 生体関連物質検出装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 印刷によって絶縁体上に形成された、少なくともいずれか一方が炭素を主成分とする少なくとも1対の電極と、前記電極間に溶液を接触保持させる機構と、(A)前記電極間に電圧を印加する電圧印加手段および前記電極の電流を検出する電流検出手段、または、(B)前記電極間の電圧を検出する電圧検出手段と、を備え、前記少なくとも1対の電極の少なくとも一方に、一本鎖標識核酸を固定化してなり、印加電圧または電流が交流を含む信号である。
【選択図】図1
Description
また、電極表面上に這うような形態でハイブリダイズ後の二本鎖DNAが散在するとも考えられ、等価回路に合致させるには、高密度の固定化DNAが必要であって廉価普及可能DNAチップや生体関連物質検出装置を提供する目的には合致しないといわざるを得ない。また、交流インピーダンス実測結果でも、従来より一般的に知られているインピーダンス曲線となり、またインターカレータを有する場合と比べても、顕著な曲線の変化が少なく特性曲線は相似的であり実用化においては自動測定における判定方法や測定確度に課題があると推測される。
尚、非特許文献5〜6に参照されるスキャナは、先願特許の特許文献4に従来より用いられるDNAチップ用スキャナとして参考図を記載したものである。
上記の構成によれば、微細パターンや廉価性、生体関連物質固定の容易さ等が必要でない場合、一方の電極を金属で作成し共通電極としたりフレキシブルな生体関連物質検出装置の設計ができる。
上記の構成によれば、同一種類の一本鎖核酸プローブで複数の測定を行い、測定値の偏差を求めることができ、いくつかのミスマッチ結合があったとしても確度の高い測定結果を得ることができる。
本発明の生体関連物質検出装置は、炭素印刷電極、炭素印刷電極に固定化された生体関連物質、もうひとつの電極、電極間に溶液を保持する機構、電極間に電圧を印加し電流を検出する電流検出手段とを備え、電極間に印可する電圧が交流成分を有し電圧と電流から交流インピーダンスを測定し周波数に対して等価容量を演算してその曲線の形状を判断する構成を有している。
図1は、本発明の一実施の形態に係る生体関連物質検出装置の基本的な概略構成を示す説明図である。本実施の形態の生体関連物質検出装置は、絶縁体基板2上に、印刷形成された炭素印刷電極4と、同様に対向する電極5とが形成されている。電極5は、炭素印刷電極であっても、より導電性の高い金属電極であってもかまわない。炭素印刷電極4および電極5は、それぞれ、電極導通パターン10、11に電気的に接続されている。この電極導通パターン10、11が、それぞれ炭素印刷電極4、電極5と同じ連続した材料のパターンとして提供されても良いことは言うまでもない。
炭素印刷電極4と電極5との間に、溶液7を保持するために、溶液保持側壁8、9が設けられ各電極を取り囲み容器状になっている。溶液7を保持する構造は、電極間に電流の媒体として存在し、容易に溢失しなければ、後述する壺状構造であってもかまわない。図2は、図1の下側面の炭素印刷電極4を含む絶縁体基板2部分のみを取り出した説明図である。ここで、炭素印刷電極4には、一本鎖標識核酸(DNA)6が固定化されている。
本実施の形態では、炭素電極上へのオリゴDNAの固定化を以下のように行う。まず、炭素電極を0.5 M酢酸緩衝液(pH 5)に浸漬し、銀/塩化銀電極を対極として1.5V、1分間電圧を印加し、炭素電極を活性化する。オリゴDNA(レジオネラDNA、レジオネラ菌の16S rRNAの遺伝子配列より作製) 10ppmを含む0.2 M燐酸緩衝液(pH7)に炭素電極を浸漬し、銀/塩化銀電極を対極として0.5V、3分間電圧を印加し、オリゴDNAを炭素電極上に固定化する。固定化に用いたオリゴDNA(本実施の形態では、レジオネラDNA)の塩基配列は以下の通りである。
オリゴDNA(レジオネラDNA)=TTGGACATCCCTGCCAGT
次に、オリゴDNAプローブとオリゴDNA結合炭素電極とのハイブリダイゼーション処理およびインピーダンス測定を説明する。前記オリゴDNAを図2に示した電極導通パターン10上に固定化された一本鎖標識核酸6とした図10の簡易な生体関連物質検出装置として構成する。前述の通りレジオネラDNAが固定化されている炭素印刷電極4を用い、銀/塩化銀電極を一方の対向電極5とし、両電極を40 ppmオリゴDNAプローブ、すなわち前記レジオネラDNAと相補的な配列を有するDNA、を含む0.02 M燐酸(pH7)-0.3M NaCl緩衝液中に浸漬する。次いで、両電極間に42℃、10分間0.5Vの電圧を印加することにより、ハイブリダイゼーション処理を行う。オリゴDNAプローブの塩基配列(前記レジオネラDNAと相補的な配列である。)は以下の通りである。
オリゴDNAプローブ=AACCTGTAGGGACGGTCA
前記ハイブリダイゼーション処理をした後に、10mM Tris-HCl pH 7.0でハイブリダイゼーション処理後の炭素印刷電極4および電極5を2回洗浄し、周波数を100 HZから15 MHZまで自動掃引しながらインピーダンスを測定した。交流インピーダンス測定装置にはヒューレットパッカード社製の4914Aインピーダンス/ゲインアナライザーを用いた。
図19(c)は、標識DNA43a、43bのいずれにもハイブリダイズされ、ハイブリダイズ後のDNA44a、44bとなった状態を示す模式図である。同図は、ハイブリダイズによって付加された静電容量47が、標識DNA43aに相当する静電容量46にさらに並列接続された等価回路を示している。ここで等価回路は、一組のDNAのハイブリダイズを模擬したもので実際に全体の等価回路は、電極面でこの等価回路が並列に接続されさらに対向する電極へ向かう溶液抵抗や溶液静電容量が直列接続される。
2 絶縁体基板(絶縁体,第一の絶縁体)
3 絶縁体基板(絶縁体,第二の絶縁体)
4 炭素印刷電極
5 電極
6 一本鎖標識核酸(DNA)
7 溶液
8 溶液保持側壁
9 溶液保持側壁
10 電極導通パターン
11 電極導通パターン
12 コネクタ接触金属
13 コネクタ接触金属
14 コネクタ母材
15 切替スイッチ
16 検出回路
17 測定装置
18a 静電容量
18b 静電容量
18c 静電容量
19a 静電容量
19b 静電容量
19c 静電容量
20a 静電容量
20b 静電容量
20c 静電容量
21 静電容量
22 溶液全体の抵抗成分
23,23’ 家庭や事務所・小規模医療機関の領域
24 取引窓口
25 バイオ関連解析(バイオ診断情報)
26 医療・研究機関、検査機関
27 インターネット
28 パーソンナルコンピュータ
29 家庭用プリンタ
30 電気回路
31 検体
32 メモリーリーダライター
33 バイオセンシング電極機構
34a、34b 電圧検出端子
35 炭素印刷電極によるDNAセンサー部分
36a、36b スイッチ
37 直流電源
38 電流検出器
39 増幅器またはゲイン調節器
40 発振器
41 信号処理・検出測定部
42 検体DNA
43a、43b 電極に固定化された標識DNA
44a、44b ハイブリダイズした後のDNA
45 静電容量
46 静電容量
47 静電容量の増分
Claims (11)
- 印刷によって絶縁体上に形成された、少なくともいずれか一方が炭素を主成分とする少なくとも1対の電極と、前記電極間に溶液を接触保持させる機構と、(A)前記電極間に電圧を印加する電圧印加手段および前記電極の電流を検出する電流検出手段、または、(B)前記電極間の電圧を検出する電圧検出手段と、を備え、前記少なくとも1対の電極の少なくとも一方に、一本鎖標識核酸を固定化してなり、印加電圧または電流が交流を含む信号であることを特徴とする生体関連物質検出装置。
- 前記少なくとも1対の電極の一方が、炭素含有量が50質量%未満である電極材料からなることを特徴とする請求項1記載の生体関連物質検出装置。
- 絶縁体上に少なくとも2個以上の壺状構造体を配置し、前記壺状構造体の内面に前記少なくとも1対の電極を備えてなることを特徴とする請求項1または2記載の生体関連物質検出装置。
- 第一の絶縁体上に、前記壺状構造体を配置し、前記壺状構造体の内面にいずれか一方の電極をそれぞれ備え、前記壺状構造体の上面を密着被覆してなる第二の絶縁体を備え、前記第二絶縁体上に前記いずれか一方の電極に対向する他方の電極を備えてなり、かつ、前記各他方の電極の少なくとも先端部が、前記壺状構造体中に貯留された溶液中に浸漬されてなり、前記第一の絶縁体または前記第二の絶縁体に一体化して電子回路および該電子回路と電極との接続手段を内包してなることを特徴とする請求項3記載の生体関連物質検出装置。
- 各他方の電極は、溶液に接触した状態で前記壺状構造体上面を密着被覆してなる平板にて構成されてなる請求項4記載の生体関連物質検出装置。
- 壺状構造体とその一部に形成された少なくとも1対の電極とからなる構造を少なくとも2組以上備え、少なくとも2種類以上の一本鎖標識核酸を該電極に固定化し、生体関連物質を前記壺状構造体に貯溜された溶液に含有させてなり、これらの電極に直流電圧または電流あるいは低周波電圧または電流を印加する手段、前記直流信号または低周波信号と交流信号を時間的に個別に印加する手段、および直流信号または低周波信号と交流信号を混合して印加する手段を備え、前記電極と電圧または電流の印加手段とを切り替える機能を備えてなることを特徴とする請求項3〜5のいずれか1項記載の生体関連物質検出装置。
- 印加電圧または電流と、検出した電流値または電圧値とからインピーダンスの虚軸成分および実軸成分を演算する軸成分演算手段と、周波数を可変する周波数可変手段とを備えたことを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項記載の生体関連物質検出装置。
- 直流信号または低周波信号を印加する第一の信号印加手段と、前記直流信号または低周波信号と交流信号とを時間的に個別に印加する第二の信号印加手段と、前記直流信号または低周波信号と交流信号とを混合して印加する混合印加手段と、を備えたことを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項記載の生体関連物質検出装置。
- ランダム信号を発生するランダム信号発生手段と、該ランダム信号によって交流信号を変調する交流信号変調手段と、該ランダム信号によって変調された信号を復調する信号復調手段と、を備えたことを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項記載の生体関連物質検出装置。
- 電極から取り出された導電経路が櫛形状に配列され、電気的コネクタに嵌合可能な形態に母材とともに形成されてなることを特徴とする請求項1〜9のいずれか1項記載の生体関連物質検出装置。
- 周波数を可変させ、周波数に対するインピーダンスに角周波数を乗じ、逆数をとった特性のピーク値およびピーク値の位置する周波数を演算する演算手段を備えてなることを特徴とする請求項1〜10のいずれか1項記載の生体関連物質検出装置。
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