JP2007322439A - Method for using dna microarray - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、正常なDNAの判別方法、正常なプローブDNAだけを使用するDNAマイクロアレイの使用方法に関する。 The present invention relates to a method for distinguishing normal DNA and a method for using a DNA microarray that uses only normal probe DNA.
DNAマイクロアレイはスライドグラスなどの基板上に、数千個のDNAプローブを固定したもので、蛍光分子等で標識した試料(ターゲット)を流し、DNAプローブとハイブリタイズさせて、ハイブリッド形成による蛍光発光の強弱を測定して、試料に含まれる遺伝子の発現量を推定するものである。
これによって、多数の遺伝子の発現を同時に網羅的に分析できることから、生命科学や薬学、農学の分野の研究開発に基盤的な標準的機器として普及している。たとえば、ある薬剤に反応するガン組織と反応しないガン組織からmRNA(メッセンジャRNA)を抽出して、両者の発現量の差を全ヒト遺伝子の載ったDNAマイクロアレイによって推定すれば、そのガン組織と薬剤に特異的な遺伝子発現が判明する。これを用いてその遺伝子をターゲットに発症機序の解明や創薬研究を効率的に実施することができる。
ポストゲノムシーケンスの時代に入って、遺伝子発現の網羅的計測の必要性は、いわゆるテーラメード医療や医学分野における臨床検査はもちろん、食品検査や生産品質管理などのニューバイオ産業に広がり、今後いわゆるDNAマイクロアレイ市場はきわめて大きな拡大が予想されている。
A DNA microarray has thousands of DNA probes immobilized on a substrate such as a slide glass. A sample (target) labeled with a fluorescent molecule or the like is allowed to flow and hybridize with a DNA probe to generate fluorescence emission by hybridization. By measuring the strength, the expression level of the gene contained in the sample is estimated.
As a result, the expression of a large number of genes can be analyzed comprehensively at the same time, so that it is widely used as a standard instrument for research and development in the fields of life science, pharmacy, and agriculture. For example, if mRNA (messenger RNA) is extracted from a cancer tissue that reacts to a certain drug and a cancer tissue that does not react, and the difference in the expression level between them is estimated by a DNA microarray carrying all human genes, the cancer tissue and the drug Specific gene expression is revealed. This can be used to efficiently elucidate the onset mechanism and conduct drug discovery targeting the gene.
In the age of post-genomic sequencing, the need for comprehensive measurement of gene expression has spread to the new bioindustry such as food testing and production quality control as well as clinical testing in so-called tailored medicine and medical fields. The market is expected to expand significantly.
主流となっている型式には、光リソグラフィ技術と固相法DNA合成技術によりシリコン基板上にオリゴヌクレオチドを垂直に積み上げたアフィメトリックス型と、スライドグラス上にDNAを貼り付けるいわゆるスタンフォード型の2つがある。前者はあらかじめ遺伝子を選択して発注設計製造依頼しなければならず高価であるが、後者は利用者が使用環境でスポットする遺伝子を自由に選べる利点がある。本発明において、プローブDNA(試料とハイブリダイゼイション後はDNAスポットと呼ぶ)とは、前記したアフィメトリックス型と、スタンフォード型、あるいはその他の形式のプローブDNAを意味するものである。 Two mainstream types are the Affymetrix type, in which oligonucleotides are stacked vertically on a silicon substrate by optical lithography and solid-phase DNA synthesis technology, and the so-called Stanford type, which attaches DNA on a slide glass. is there. The former is expensive because a gene must be selected in advance and an order design and manufacturing request must be made. The latter is advantageous in that the user can freely select a gene to be spotted in the usage environment. In the present invention, probe DNA (referred to as a DNA spot after hybridization with a sample) means the above-mentioned Affymetrix type, Stanford type, or other types of probe DNA.
現在のDNAマイクロアレイは、図11に示すように、ガラス基板110上に、2次元格子状に配列されているDNAスポット列111を、レーザ走査ないし映像計測手段によって蛍光を測定し画像化して読み取っている。2自由度の計測が必要で装置が複雑になり、また後処理として蛍光信号の補正や雑音軽減のための計算機画像解析処理が必要である。スライドグラスの代わりにビーズを使ったものや、多孔性の媒質を用いた装置もあるが、扱える遺伝子数がせいぜい数100種類程度で網羅性にかける。
しかしながら、DNAマイクロアレイを解析するためのスポッター、ハイブリダイゼイション、およびスキャナーからなるシステムは、定量性と感度の点において課題の多いものである。
As shown in FIG. 11, the current DNA microarray reads a
However, a system comprising a spotter, a hybridization, and a scanner for analyzing a DNA microarray has many problems in terms of quantification and sensitivity.
現在の課題を箇条書にすると、
1.蛍光測定の感度が悪い
2.読み取りに時間がかかる
3.2次元走査による画像化が必要
4.操作性が悪い
5.1枚のガラス基板に配置するDNAスポット数が十分でない(高々1万スポット)
6.試料の性質や実験条件を同時に記録することが困難で、試料に番号を付加し、データシートを別々に用いていた。
If you list current issues,
1. 1.
6). It was difficult to record the properties of the samples and the experimental conditions at the same time, and numbers were added to the samples and data sheets were used separately.
本発明の目的は正常なDNAの判別方法、正常なプローブDNAだけを使用するDNAマイクロアレイの使用方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a method for distinguishing normal DNA and a method for using a DNA microarray that uses only normal probe DNA.
本発明は下記の発明に係る。
1.基板上に作製されたプローブDNAを、レーザビームにより走査し、正常に動作するプローブDNAと、前記基板上に作製されたプローブDNAの、両者の反射率及び/又は色を比較することにより正常なDNAを判別することを特徴とするDNAの判別方法(国際公開公報第28頁第3−7行に根拠を有する)。
2.マイクロアレイの基板上に同じ種類のプローブDNAを複数個作製しておき、前記プローブDNAをレーザビームにより走査し、正常に動作するプローブDNAと、前記プローブDNAの、両者の反射率及び/又は色を比較することにより正常なプローブDNAを判別し、正常なプローブDNAを管理データにより区別し、前記正常とされたプローブDNAを前記管理データにより判別し、正常なプローブDNAだけを使用するDNAマイクロアレイの使用方法(国際公開公報第28頁第8−11行に根拠を有する)。
3.マイクロアレイの基板上に作製されたDNAを検査し、正常とされたDNAの存在するアドレスを選択し、DNAが載せられた基板上の記録可能部分に、前記選択したアドレス情報を記録し、前記選択されたアドレスの格納部に存在するDNAだけを使用することを特徴とするDNAマイクロアレイの使用方法(国際公開公報第28頁第11−15行に根拠を有する)。
4.マイクロアレイの基板上に作成されたプローブDNAとハイブリダイゼイション反応を生起させた後、生成されたDNAスポットに含まれる蛍光を検出する際、前記蛍光を検出するための読取レーザビームを高周波で変調することを特徴とするDNAマイクロアレイの使用方法(国際公開公報第29頁第3−7行に根拠を有する)。
The present invention relates to the following inventions.
1. The probe DNA produced on the substrate is scanned with a laser beam, and the normal and normal probe DNA produced on the substrate is compared with the reflectance and / or color of the probe DNA produced on the substrate. A method for discriminating DNA, characterized by discriminating DNA (based on International Publication No. 28, line 3-7).
2. A plurality of probe DNAs of the same type are prepared on a microarray substrate, the probe DNA is scanned with a laser beam, and the reflectivity and / or color of the probe DNA that operates normally and the probe DNA are determined. Use of a DNA microarray that discriminates normal probe DNA by comparison, discriminates normal probe DNA from management data, discriminates normal probe DNA from the management data, and uses only normal probe DNA Method (based on International Publication No. 28, lines 8-11).
3. Inspect the DNA prepared on the microarray substrate, select the address where the normal DNA exists, record the selected address information on the recordable part on the substrate on which the DNA is placed, and select A method of using a DNA microarray, characterized in that only DNA existing in the address storage section is used (based on International Publication No. 28, lines 11-15).
4). After generating a hybridization reaction with the probe DNA prepared on the microarray substrate, when detecting the fluorescence contained in the generated DNA spot, the reading laser beam for detecting the fluorescence is modulated at a high frequency. And a method for using the DNA microarray (based on International Publication No. 29, line 3-7).
5.マイクロアレイの基板上に作成されたDNAが以下の方法により作成されたものである上記2〜4のいずれかに記載のDNAマイクロアレイの使用方法:
光ビームをトラッキング可能にした基板上のトラックに格納部と前記格納部を特定するアドレスとを設け、少なくとも複数の前記格納部に保護基を有するヌクレオチドを配置し、あらかじめ決められた前記格納部を、前記格納部を示すアドレスを光ビームにより読み取ることにより特定し、格納された前記保護基を有するヌクレオチドを前記光ビームにより照射し、前記特定の格納部に格納された前記保護基を有するヌクレオチドの保護基を除去する工程を含むマイクロアレイの作成方法(国際公開公報第24頁第12行〜第25頁第13行に根拠を有する)。
6.マイクロディスク上に作製した複数の同一種類のプローブDNA又は蛋白の良否を判定し、少なくとも良品と判定されたプローブDNA又は蛋白のアドレス情報を保管することを特徴とするマイクロディスク(国際公開公報第5頁第8−10行に根拠を有する)。
5). The method for using the DNA microarray according to any one of 2 to 4 above, wherein the DNA prepared on the substrate of the microarray is prepared by the following method:
A track on a substrate capable of tracking a light beam is provided with a storage unit and an address for specifying the storage unit, nucleotides having a protecting group are arranged in at least a plurality of the storage units, and the predetermined storage unit is provided. The address indicating the storage unit is identified by reading with a light beam, and the stored nucleotide having the protective group is irradiated with the light beam, and the nucleotide having the protective group stored in the specific storage unit A method for producing a microarray including a step of removing a protecting group (founded in International Publication No. 24,
6). A microdisk (International Publication No. 5) characterized by determining the quality of a plurality of probe DNAs or proteins of the same type produced on a microdisk and storing at least address information of the probe DNAs or proteins determined to be non-defective (Found on pages 8-10 lines).
本発明によれば、基板上に作製された正常なDNAを判別することができる。
本発明によれば、マイクロアレイの基板上に作製されたDNAを検査し、正常とされたDNAの存在するアドレスを選択し、前記選択されたアドレスの格納部に存在するDNAだけを使用することができる。
本発明によれば、マイクロアレイの基板上に作成されたプローブDNAとハイブリダイゼイション反応を生起させた後、生成されたDNAスポットに含まれる蛍光を検出するための読取レーザビームを高周波で変調することにより、蛍光体の退色を防止することができる。
According to the present invention, normal DNA prepared on a substrate can be discriminated.
According to the present invention, DNA prepared on a microarray substrate is inspected, an address where the normal DNA is present is selected, and only the DNA existing in the storage section of the selected address is used. it can.
According to the present invention, after causing a hybridization reaction with the probe DNA prepared on the substrate of the microarray, the reading laser beam for detecting the fluorescence contained in the generated DNA spot is modulated at a high frequency. Thus, fading of the phosphor can be prevented.
本発明においては現在2次元格子状に配列されているDNAマイクロアレイのスポットを同心円状あるいはスパイラル状の1次元に配列させ、同時にガラス板を円盤形状に変更し、スポット位置を特定できる指標を設ける。具体的には、ガラスディスク上のプリグルーブおよび、あるいは指標を設けた場所に正確にスポッティングを行い、1次元方向に走査し、歪無くDNAスポットを読み取ることができる。DNAマイクロディスクと、前記DNAマイクロディスクにプローブDNAをスポッティングするための装置である。
さらに、DNAマイクロディスク上に記録可能なゾーンを設け、作成条件と測定結果、プリグルーブにより位置決めされスポッティングされたスポットの位置を示すアドレス情報とスポッティング液名との対応関係を、スポッティングしたDNAマイクロディスク上に記録する。これによって、従来ガラス板と作成時のデータが別に保管されていたのを一体的に保存でき、”操作性、信頼性”とセキュリティが向上する。このための具体的制作方法を提供するためのものである。
In the present invention, DNA microarray spots that are currently arranged in a two-dimensional lattice are arranged in a one-dimensional concentric or spiral shape, and at the same time, the glass plate is changed to a disk shape to provide an index for identifying the spot position. Specifically, spotting can be performed accurately on a pre-groove on a glass disk and / or a place where an index is provided, and a DNA spot can be read without distortion by scanning in a one-dimensional direction. A DNA microdisk and an apparatus for spotting probe DNA on the DNA microdisk.
In addition, a recordable zone is provided on the DNA microdisk, and the correspondence between the creation conditions, the measurement results, the address information indicating the positions of the spots spotted by the pregroove and the spotting liquid names is spotted. Record above. As a result, the conventional glass plate and the data stored at the time of creation can be stored together, and "operability and reliability" and security are improved. This is to provide a specific production method for this purpose.
以下本発明の実施をするための最良の形態を具体的に示した実施例について図面とともに記載する。
以下、図1、図2、図3を用いて本発明における第1の実施例の概略構成を図示する。尚、蛋白等を用いることもできるが、以下、主にDNAを用いた説明を行う。
Embodiments that specifically show the best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.
The schematic configuration of the first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1, 2, and 3. FIG. In addition, although protein etc. can also be used, hereafter, it demonstrates mainly using DNA.
図1は、図2に示したDNAマイクロディスクにプローブDNAをスポッティングするための装置の構成を示すブロック図、図2はDNAマイクロディスクを示す図面である。
図1において、1はDNAマイクロディスクで、23のプリグルーブを有している。そして14のディスクモータにより、回転制御される。8は前記基板にプローブDNAを吐出するための吐出装置で、実施例ではインクジェットを用いている。インクジェットの代わりにマイクロピペットあるいはペン先のようなツールを用いることも可能である。前記インクジェットの位置を検出するためインクジェット吐出口に対して一定の位置に置かれた光検出器10(10a、10bの受光素子を有する)が設けられている。なお、スポッティングされてプリグルーブ上に固定されるDNAスポットの形状に関し、接線方向と直角の幅方向の大きさの比は、接線方向が大きく、2倍以上になることが実験により確かめられている。
プローブDNAの液(スポッティング液)はインクジェットに設けられたタンクから、あるいは、11のスポッティング液供給チューブにより供給される。スポッティング液はプローブDNA、蛋白などを水、その他の媒体(アルコールなど)に溶解した液である。このスポッティング液はプリグルーブの凸部または凹部の両方あるいはいずれか一方に配置することができる。2はレーザであり、出射したレーザビームは3のエキスパンダあるいはコリメータレンズにより平行光に変換され、5のビームスプリッタを経て4の対物レンズにより1のDNAマイクロディスク上のプリグルーブ23に焦点を結ぶ。前記プリグルーブ23から反射した光は4の対物レンズ、5のビームスプリッタを経て、6のレンズにより、7a,7bの2分割セルを有する光検出器7に前記プリグルーブのファーフィールド像が形成され、7a,7bの光検出器の差動信号により、4の対物レンズから出射したビームスポットと、23のプリグルーブの相対位置が検出できる。
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of an apparatus for spotting probe DNA onto the DNA microdisk shown in FIG. 2, and FIG. 2 is a drawing showing the DNA microdisk.
In FIG. 1,
The probe DNA solution (spotting solution) is supplied from a tank provided in the ink jet or by an 11 spotting solution supply tube. The spotting solution is a solution obtained by dissolving probe DNA, protein, etc. in water or other medium (alcohol, etc.). This spotting liquid can be disposed on either or both of the convex and concave portions of the pregroove.
また23のプリグルーブの透過光は10a,10bの2つの光検出器からなる光検出器10に入射する。そして、光検出器10a,10bの差動信号は、9のインクジェット吐出口とプリグルーブの相対位置を示す。12はトラバースユニットAであり、インクジェット8、光検出器10、および、2のレーザ、3のビームエキスパンダ、4の対物レンズ、4a,4bのアクチュエータ、5のビームスプリッタ、6のレンズ、7の光検出器から構成される光学測定部および機構部は、トラバースユニットAとして一体に構成され、13のトラバースモータAにより1のDNAマイクロディスクの半径方向に可動制御される。
4の対物レンズをDNAマイクロディスクの半径方向に位置を移動制御し、23のプリグルーブに対物レンズから出射したレーザビームを追従させるための制御部をトラッキングサーボと呼び、8のインクジェットの位置を10の光検出器により検出し、プリグルーブ23上にインクジェットから吐出される液を配置する制御部を、トラバースサーボと呼ぶ。
The light transmitted through the 23 pre-grooves is incident on the
The control unit for moving the position of the objective lens 4 in the radial direction of the DNA microdisk and causing the laser beam emitted from the objective lens to follow the 23 pregroove is called a tracking servo. A control unit that detects the light detected by the photo detector and arranges the liquid ejected from the ink jet on the pre-groove 23 is called a traverse servo.
図2において、DNAマイクロディスク1には、ディスクモータにより回転させるための中心穴22と、凹凸状のプリグルーブ23が設けられている。プリグルーブを作成する方法としては、ガラス基板を選択的にエッチングし作成することができる。また、プリグルーブの凸部を印刷により設けることもでき、印刷により作成した場合は、印刷のインクが付着しない基板上に、DNAスポットを配置する。もちろん樹脂を用い、CD等の光ディスクと同様な方法を用い、インジェクションモールドにより作成することも可能である。またプリグルーブを接線方向に切断して、プリピットとし、プリグルーブの代わりに用いることもできる。
In FIG. 2, the
プローブDNAをスポッティングする表面上に、必要により例えばSiO2あるいは金などの、レーザビームを照射したときに蛍光を発しない薄膜を設ける。さらにSiO2あるいは金などの薄膜上にプローブDNAと接着性が良好な薄膜を形成する。この後者の薄膜はスポッティングするプローブDNAとの密着を促進し、プローブDNAの液滴がその表面張力、及び/又は凹部にスポッティングされた場合は凹溝の壁の存在によりプリグループ上に存在し、時間の経過によりプローブDNAを溶解している液体が蒸発して最終的にプローブDNAはプリグループ上に固定される。このような薄膜の例としては例えば、ポリ−L−リシン(Poly−L−lysine:PLLと略記)水溶液で処理することで形成される薄膜などを代表例として挙げることができるが、これに限定されるものではなく3−アミノプロピルトリエトキシシラン(APSと略記)水溶液等を挙げることができる。あるいは、末端をビオチン化したDNAをプローブDNAに用いることができ、この場合 には基板表面にアビジンを固定しておくことでアビジン−ビオチン間の特異的結合形成能によってDNAを基板に固定することができる。また、基板の表面だけに薄膜を設けると、温度湿度環境の変化により基板が反ることがあるので、基板の両面に対称に薄膜を設けた方が好ましい。このときも、基板面から入射したレーザビームが基板を透過するように薄膜を設けるのが好ましい。
プリグルーブの位置を示すためのアドレス情報をプリグルーブに附加している。図2においてプリグルーブを同心円状あるいはスパイラル状に作成し、27に示すように同心円のプリグルーブの一部分を切断し、プリグルーブのある部分とない部分を設け、プリグルーブの位置を示すアドレス情報とした。またDNAマイクロディスクの最外周部、あるいは内周部に26のVマークと称する回転位置を示すマークを設けた。図2-aは図2の一部を拡大して示したアドレス情報とVマーク拡大図である。実際のプリグルーブは円周に沿っているため、扇型になるが、ここでは簡単のため直線として示した。なお図2との対応関係は同じ番号を与え、示している。
このように構成したDNAマイクロディスク上に、次に述べるスポッティングによるDNAスポットを設けたものもDNAマイクロディスクと呼ぶ。
If necessary, a thin film that does not emit fluorescence when irradiated with a laser beam, such as SiO 2 or gold, is provided on the surface on which the probe DNA is spotted. Further, a thin film having good adhesion to the probe DNA is formed on a thin film such as SiO 2 or gold. This latter thin film promotes close contact with the probe DNA to be spotted and is present on the pregroup due to the surface tension of the probe DNA and / or the presence of a groove wall when spotted in the recess, The liquid in which the probe DNA is dissolved evaporates over time, and the probe DNA is finally fixed on the pregroup. As an example of such a thin film, for example, a thin film formed by treatment with an aqueous solution of poly-L-lysine (abbreviated as PLL) can be given as a representative example. However, an aqueous solution of 3-aminopropyltriethoxysilane (abbreviated as APS) can be used. Alternatively, DNA with biotinylated ends can be used as the probe DNA. In this case, avidin is immobilized on the surface of the substrate, so that the DNA is immobilized on the substrate by the ability to form a specific bond between avidin and biotin. Can do. Further, if a thin film is provided only on the surface of the substrate, the substrate may be warped due to changes in the temperature and humidity environment, so it is preferable to provide the thin film symmetrically on both sides of the substrate. Also at this time, it is preferable to provide a thin film so that the laser beam incident from the substrate surface is transmitted through the substrate.
Address information for indicating the position of the pregroove is added to the pregroove. In FIG. 2, the pregroove is formed concentrically or spirally, and as shown in 27, a part of the concentric pregroove is cut to provide a part with and without the pregroove, and address information indicating the position of the pregroove did. In addition, a mark indicating a rotational position called 26 V mark was provided on the outermost peripheral portion or the inner peripheral portion of the DNA microdisk. FIG. 2A is an enlarged view of the address information and the V mark showing a part of FIG. 2 in an enlarged manner. Since the actual pregroove is along the circumference, it has a fan shape, but here it is shown as a straight line for simplicity. The correspondence with FIG. 2 is given the same number.
A structure in which a DNA spot by spotting described below is provided on the thus configured DNA microdisk is also called a DNA microdisk.
次に、Vマークの構成を詳細に述べる。図2-aにおいて、このVマーク26は、プリグルーブの回転方向の角度を示しており、本実施例では、Vマーク26の間の回転方向の角度にプリグルーブのアドレス情報を示すプリピット列(26a、26b…)を設けた。このようにVマークを設けることにより、アドレス情報のディスク円周上の位置を検出することが容易になる。例えば26aを起点0度とすると、26bは円周上の0.5度の位置を示す指標となるわけである。
このように、Vマークがディスク上の回転角度を表す絶対番地を構成することになるわけである。例えば半径方向に4ビットを表すプリピット列(26a、26b…)を構成し、それらを用いて、角度を番地に対応させた。なお図2-aの28の矢印はDNAマイクロディスクの半径方向を、矢印29は接線方向を示している。27のプリグルーブのアドレス情報は半径方向に複数本配置されるプリグルーブの半径方向の位置を示すアドレス情報を示している。(例えば最外周を1番目のプリグルーブとし、内周方向に2,3,4となる4ビットの番地を与える)アドレス情報、角度情報を記録する時には、よく知られた変調方法、例えばFM変調、位相変調、を用いる。Vマークの示す角度情報は、図6に示すVマーク検出器15により読み取られ、プリグルーブの位置情報は、プリグルーブを走査する対物レンズ4の出射光ビームにより読み取られる。この間の時間軸上での時間ズレが存在する時には、もちろんスポッティング装置のCPU36により補正される。
Next, the configuration of the V mark will be described in detail. In FIG. 2A, the
In this way, the V mark constitutes an absolute address representing the rotation angle on the disc. For example, pre-pit trains (26a, 26b,...) Representing 4 bits in the radial direction are formed, and the angles are associated with the addresses using them. In FIG. 2-a, the
また図2において、24の第1のデータ記録部はスポッティング時に、あるいはスポッティング終了時に、スポッティング液をデータ記録に用いるために濃淡マークが生成できるインク等にする。そしてこのインク等により作製されたスポットの位置、大きさ、位相などを変化させ情報を記録するためのものである。そして、DNAスポットを作成する時の条件などの情報を、DNAスポットを基板上に設けるときに、情報により変調された記録スポットの列を作成し記録する。
特に、スポッティングする位置を示すアドレス情報と、スポッティング液に名称との対応関係を記録することが、有効である。
このときに用いることのできる変調方法としては、記録スポットを2値信号からなる情報信号に応じて、記録スポットの位置を変化させる方法、あるいは情報信号に応じて、記録スポットの周期を変化させる方法などを用いることが可能である。また記録スポットを構成する材料としては、有機材料あるいは、無機材料などから作られたインク等を使用できる。
また、言うまでもないが、スポッティングする位置を示すDNAマイクロアレイ基板上のアドレス情報と、スポッティング液の名称の対応関係は、別のメモリーに記録し、DNAマイクロアレイ基板に付属させることもできる。この時にはDNAマイクロアレイ基板にバーコードなどにより、識別情報を設け、メモリーとの関係付けをメモリーに記録すればよい。
この第1の記録部分とは別に第2の記録可能部25を基板上に設け、DNAスポットの読取を行った後に、読み取られたDNAスポットの有する情報データを追記することも可能にした。
記録可能部分には、従来から記録可能光ディスクに用いられている色素あるいは、金属薄膜を基板上に蒸着あるいはスパッタ手段により形成することができる。第2のデータ記録部はプリグルーブ上に設け、かつ前記プリグルーブに番地情報を設け、他の部分と識別を容易にすることが望ましい。このデータ記録部に、スポッティングする位置を示すアドレス情報と、スポッティング液に名称との対応関係を記録することももちろん可能であり、そのときには、スポッティング中に取得された情報を、一時的に別のメモリーに記憶させ、スポッティングが終了後にまとめて記録することも可能である。
In FIG. 2, the first
In particular, it is effective to record the correspondence between the address information indicating the spotting position and the name in the spotting liquid.
As a modulation method that can be used at this time, a method of changing the position of the recording spot according to an information signal composed of a binary signal, or a method of changing the period of the recording spot according to the information signal Etc. can be used. As a material constituting the recording spot, an ink made of an organic material or an inorganic material can be used.
Needless to say, the correspondence between the address information on the DNA microarray substrate indicating the spotting position and the name of the spotting solution can be recorded in another memory and attached to the DNA microarray substrate. At this time, identification information may be provided on the DNA microarray substrate by a barcode or the like, and the relationship with the memory may be recorded in the memory.
In addition to the first recording portion, a
In the recordable portion, a dye or a metal thin film conventionally used for a recordable optical disk can be formed on the substrate by vapor deposition or sputtering. It is desirable that the second data recording unit is provided on the pregroove and that the pregroove is provided with address information so that it can be easily distinguished from other parts. Of course, it is also possible to record the address information indicating the spotting position in this data recording section and the correspondence between the names in the spotting liquid. In that case, the information acquired during spotting is temporarily stored in another data. It is also possible to store them in a memory and record them together after spotting.
次に動作について、図2のDNAマイクロディスク、図3のスポッティング装置制御部ブロック図、および図4のスポッティング時の反射光量分布変化を示すグラフを用いて説明する。 Next, the operation will be described with reference to the DNA microdisk in FIG. 2, the block diagram of the spotting device control unit in FIG. 3, and the graph showing the change in the amount of reflected light distribution during spotting in FIG.
図1、図3において、4の対物レンズから出射したレーザビームは、4aのトラッキングアクチュエータにより1のDNAマイクロディスク上のプリグルーブ23を追従する。このため、7の光検出器を二分割した7a、7bの光検出器の出力差は30の差動増幅器1の出力として得られ、31の位相補償器1によりトラッキングサーボ部の応答を適正化し、32の駆動増幅器1により4aのトラッキングアクチュエータを位置制御する。また4の対物レンズからの出射する光の一部は、1のDNAマイクロディスクを透過し、10aの光検出器、10bからなる光検出器10により検出され、その差は33の差動増幅器2により出力される。33の出力は34の位相補償器2によりトラバースサーボ部の応答を適正化し、35の駆動増幅器1により、13のトラバースモータAを駆動制御し、13のトラバースユニットAを位置制御する。この結果、9のインクジェット吐出口の位置は常に23のプリグルーブと対向する位置に追従するように制御され、インクジェットから吐出する液は23のプリグルーブ上に吐出し配置される。
インクジェットから吐出されプリグルーブ上に付着した液滴を4の対物レンズから出射されたビームスポットにより照射する。そしてプリグルーブおよび付着した液滴により反射され、7の光検出器により検出される。図4はこのときの様子を示すグラフである。図4のグラフの横軸はDNAマイクロディスクの回転位置を示し、縦軸は光検出器7により検出される反射光量を示す。
1 and 3, the laser beam emitted from the objective lens 4 follows the
A droplet ejected from the ink jet and adhered onto the pre-groove is irradiated with a beam spot emitted from the four objective lenses. Then, the light is reflected by the pregroove and the adhered droplets and detected by the seven photodetectors. FIG. 4 is a graph showing the situation at this time. The horizontal axis of the graph in FIG. 4 indicates the rotational position of the DNA microdisk, and the vertical axis indicates the amount of reflected light detected by the
図4は液滴がプリグルーブ上に付着した時に、液滴により反射光量が著しく低下することを示している。これは図4における45の矢印(反射光量低下部を示す)により示される。
液滴が吐出され、プリグルーブ上に付着した時点を光検出器7により検出可能である。実施例では、光検出器7の出力を37の加算器により検出し、その加算器出力38はCPU36に供給され、液滴が付着したかどうか、また付着した位置を7の光検出器の出力により測定できる。インクジェットの吐出位置精度は±30μm程度であるので、プリグルーブの半径方向のピッチ(トラックピッチと呼ぶ)を30μmとした時には、前記した光検出器7の出力を測定することにより13のトラバースユニットAの位置を制御し、液滴がプリグルーブ上に配置されるように制御可能である。またプリグルーブの接線方向の位置精度に関しては、インクジェットの取り付け位置を調整することにより最適位置に調整できる。
FIG. 4 shows that the amount of reflected light is significantly reduced by the droplet when the droplet adheres to the pre-groove. This is indicated by the
The point in time when the droplets are ejected and deposited on the pregroove can be detected by the
次にインクジェットの取り付け位置調整方法に関し、図1と図3を用い具体的に説明する。図1においてレーザから出射したレーザ光は、対物レンズを経て23のプリグルーブ上に焦点を結ぶ。このとき9のインクジェット噴射口からスポッティング液を吐出する。
このときの様子を図4に示す。図4において、1のDNAマイクロディスクを回転させ8のインクジェットからスポッティング液滴を43、44に示すスポッティング液吐出時点において、吐出させ、プリグルーブ23から反射し対物レンズを経由して7の光検出器に戻る光量を、反射光量をグラフの縦軸42にプロットした。横軸は時間経過をDNAマイクロディスク回転時間経過41として示す。
液滴がプリグルーブ上に付着すると、図4において、45の反射光量低下期間に示すように、プリグルーブから反射し対物レンズを経由して7の光検出器に戻る光量が約1/10となることがわかる。7の光検出器により23のプリグルーブから反射した光量分布を測定し、23のプリグルーブの中心に吐出した液滴が配置されるように、8のインクジェットの位置を調整する。調整はインクジェットからの吐出を何回か繰り返して行い、最適の位置に調整する。
7の光検出器の出力は30の差動増幅器により光量分布を測定し、37の加算器の出力を、36のCPUに供給することにより光量を測定し、13のトラバースユニットAの位置を制御しながら行う。
なお14のディスクモータは1のDNAマイクロディスクを回転駆動する。
尚、4の対物レンズは、4bの対物レンズアクチュエータにより、DNAマイクロディスクに対して垂直方向に可動させることができ、1のDNAマイクロディスクと4の対物レンズの距離を検出し、一定に制御するフォーカス制御部(図示せず)を構成することも可能である。このときには、4の対物レンズと1のDNAマイクロディスクの相対位置を検出し、検出した位置が一定となるように4の対物レンズの位置(DNAマイクロディスクに対して垂直方向)を4bのフォーカシングアクチュエータにより駆動制御する。
Next, a method for adjusting the attachment position of the ink jet will be specifically described with reference to FIGS. In FIG. 1, a laser beam emitted from a laser is focused on 23 pregrooves through an objective lens. At this time, the spotting liquid is discharged from the 9 ink jet nozzles.
The state at this time is shown in FIG. In FIG. 4, by rotating 1 DNA microdisk, spotting droplets are ejected from 8 inkjets at the spotting liquid ejection time indicated by 43, 44, reflected from the
When the droplets adhere on the pregroove, as shown in the reflected light amount decrease period of 45 in FIG. 4, the light amount reflected from the pregroove and returned to the
The output of the
The 14 disk motors rotate one DNA microdisk.
The 4 objective lens can be moved in the vertical direction with respect to the DNA microdisk by the 4b objective lens actuator, and the distance between the 1 DNA microdisk and the 4 objective lens is detected and controlled to be constant. It is also possible to configure a focus control unit (not shown). At this time, the relative position of the 4 objective lens and the 1 DNA microdisk is detected, and the position of the 4 objective lens (perpendicular to the DNA microdisk) is set to 4b so that the detected position is constant. The drive is controlled by
次に図5を用い、インクジェットとスポッティング液を保有したタンク(インクジェットに含む)を、複数収納したインクジェットユニット53を12−1のトラバースユニットBに載置し、複数種類のプローブDNAの液滴を順次インクジェット51から吐出し、DNAマイクロディスク上のプリグルーブに配置する方法を説明する。
ここで、インクジェットを複数個設けたインクジェットユニット53を図5に示す12−1のトラバースユニットBに載置し、インクジェットユニットはトラバースユニットBに対して55の移送ギアにより移動可能にした。この時、51のインクジェットを複数個設け、各々のインクジェットに各々異なる成分を有するプローブDNAの液が吐出できるようにしている。そして各インクジェットからプローブDNAを含む液をスポッティング可能に構成した。そして10の光検出器とインクジェットユニットに設けられたインクジェットの吐出口52は常に同じ位置関係を保つように、12−1のトラバースユニットBに対してインクジェットユニット53を54のインクジェットユニット移動方向に示す方向に移動制御する。
Next, referring to FIG. 5, a tank (including ink jet) holding an ink jet and spotting liquid is placed on the traverse unit B of 12-1, and a plurality of types of probe DNA droplets are placed on the traverse unit B. A method of sequentially ejecting from the ink-
Here, the
図6,7はスポッティング装置の別の一実施例を示す構成図である。図6は側面からみた構成図、図7は上面からみた構成図である。図6において、図1との共通点が多いため、図1において使用した番号はそのまま同じものを使用している。
最初に大まかな動作について述べる。1のDNAマイクロディスクのプリグルーブ23上にプローブDNAの液滴をインクジェットから吐出して、液滴をプリグルーブ状に配置するため、DNAマイクロディスクを回転させる。同時にインクジェットが複数個取り付けられたロータリーテーブルを回転させ、所望のインクジェットがプリグルーブ上の指定した位置になるように、DNAマイクロディスクの位置を62の移送方向に変位させる。プリグルーブ上の指定した位置にインクジェットが来た時、インクジェットから液滴が吐出され、プリグルーブ上に配置される。
6 and 7 are configuration diagrams showing another embodiment of the spotting apparatus. FIG. 6 is a configuration diagram viewed from the side, and FIG. 7 is a configuration diagram viewed from the top. 6, since there are many common points with FIG. 1, the same numbers are used as they are in FIG.
First, a rough operation will be described. A droplet of probe DNA is ejected from the ink jet onto the
次に詳細な動作について説明する。
図6において60以上の番号を有するものは、図1の構成に対して新たに附加したものである。
61はディスクモータ14を62の移送方向に移送するディスクモータ移送装置である。もちろん14のディスクモータにクランプされている1のDNAマイクロディスクは、14のディスクモータと一体に移送される。
4の対物レンズから出射したレーザビームは23のプリグルーブにより回折され、その反射光のファーフィールドパターンが7の光検出器により受光される。7a、7bの光検出器の差動信号は、前記したレーザビームが1のDNAマイクロディスク上に形成するスポットとプリグルーブの相対位置を示すので、差動信号が0になるように4aのトラッキングアクチュエータと13−2のトラバースモータCを制御し、前記ビームスポットが23のプリグルーブを追従するように動作する。12−2のトラバースユニットCは図5に示した12−1のトラバースユニットBとは異なり、インクジェットと光検出器10が71のマルチインクジェットロータリーテーブルに取り付けられている。
4の対物レンズから出射したレーザビームは23のプリグルーブにより回折され、そのファーフィールドパターンが10の光検出器により受光される。
10a,10bの光検出器の差動信号は、前記したレーザビームが1のDNAマイクロディスク上に形成するスポットと、プリグルーブの相対位置を示すので、61のディスクモータ移送装置を制御し、インクジェット9の吐出口が23のプリグルーブ上に位置するように追従制御する。
Next, a detailed operation will be described.
In FIG. 6, those having a number of 60 or more are newly added to the configuration of FIG.
A disk
The laser beam emitted from the objective lens 4 is diffracted by the 23 pregrooves, and the far field pattern of the reflected light is received by the
The laser beam emitted from the objective lens 4 is diffracted by 23 pregrooves, and the far field pattern is received by 10 photodetectors.
The differential signals of the
つまり対物レンズを出射したレーザビームスポットは、4aのトラッキングアクチュエータおよび13−2のトラバースモータCによりプリグルーブを追従し、DNAマイクロディスクの位置は、インクジェットの吐出口の位置に追従するわけである。インクジェットからスポッティング液を吐出するタイミングは14のVマーク検出器の出力およびプリグルーブに設けたプリグルーブの場所を特定するアドレス情報27を、7の光検出器の出力から読み取って行う。Vマーク検出器15としては、例えばフォトカップラー、レーザビームをVマークピット列に沿って半径方向に走査する光ヘッド等を用いることができる。フォトカップラーを用いた時には、光を基板の一方から照射し、基板を透過した光をもう一方の光検出器により受光し、Vマークを読み取る。
That is, the laser beam spot emitted from the objective lens follows the pregroove by the tracking
走査光ヘッドを用いた時には、光ヘッドからレーザビームをVマークに走査しながら照射し、基板を透過した光を別の光検出器により受光し、Vマークを読み取る。なお、走査方向は図2の28に示す半径方向である。走査方法は、レーザビームを照射するためのレンズの位置を変位させることにより行う。Vマークを走査し位置を検出すれば、DNAマイクロディスクとレーザ光の相対速度が0に近くなってもプリグルーブの位置情報を読み取ることが可能となる。 When the scanning optical head is used, the laser beam is irradiated from the optical head while scanning the V mark, the light transmitted through the substrate is received by another photodetector, and the V mark is read. The scanning direction is the radial direction indicated by 28 in FIG. The scanning method is performed by displacing the position of a lens for irradiating a laser beam. If the position is detected by scanning the V mark, the position information of the pregroove can be read even if the relative speed between the DNA microdisk and the laser beam is close to zero.
このように制御した上で、図7における71のマルチインクジェットロータリーテーブルに載置されたインクジェット8が、1のDNAマイクロディスク上のプリグルーブに正確に液滴を、吐出し、配置する。71のマルチインクジェットロータリーテーブルの回転は図8のロータリーテーブル回転制御装置83により回転制御される。なお図示していないが、インクジェットから液滴を吐出するための制御信号は、図8のCPU36が、前記したVマーク検出器15の出力およびプリグルーブに設けたプリグルーブの場所を特定するアドレス情報を、7の光検出器により受け取り、インクジェットの吐出タイミングを制御する。また13−2のトラバースモータCは、31の位相補償器1の出力を81の位相補償器、82の駆動増幅器3を経由した駆動信号により制御される。
図9に図7のマルチスポッティング装置を用いるインクジェットの構造を示した。91はスポッティング液としてプローブDNAを貯蔵するタンク、90はインクジェットAであり、接続孔93により、91のタンクに挿入し、接続される。
なお92は接続シール、94は吐出口、95は96の加圧デバイスの圧力を受け、94の吐出口からスポッティング液を吐出するための加圧室である。
インクジェットのタンクにはタンクに有するスポッティング液の種類を表示するバーコード等の液名表示部97が設けてある。
Under such control, the inkjet 8 placed on the multi-inkjet rotary table 71 in FIG. 7 accurately ejects and arranges droplets on the pregroove on one DNA microdisk. The rotation of the multi-inkjet rotary table 71 is controlled by the rotary table
FIG. 9 shows an ink jet structure using the multi-spotting apparatus of FIG.
In addition, 92 is a connection seal, 94 is a discharge port, 95 is a pressure chamber for receiving the pressure of 96 pressure devices and discharging spotting liquid from the 94 discharge ports.
The ink jet tank is provided with a liquid
プリグルーブ上の規定の位置にスポッティングする時には、必ず前記バーコード97を読み取り、プリグルーブ上のアドレス情報とともに表示部97が表示した情報をメモリーに記録する。プリグルーブのアドレス情報は、図3の38の加算器出力を用いて読み取ることもできる。もちろん、図6のVマーク検出器の出力からDNAマイクロディスク上のスポッティング位置を検出することも可能としている。このメモリーの内容は最終的には、DNAマイクロディスク上の記録領域(図2の領域24あるいは25)に転記し、スポッティングが終了したDNAマイクロディスク上のどの位置に、どのようなスポッティング液が配置されているかを、知ることができるようにしてある。
以上のごとく構成することにより、基板上のプリグルーブの位置を検出し、スポッティング液としてプローブDNAをプリグルーブ上にスポッティングすることが可能となり、基板上の予め決められたアドレス情報をもつ位置にプローブDNAを設けることが出来、かつプリグルーブによりプローブDNAが基板上に広がることを規制できるため、プローブDNAを高密度で配置することが可能になった。図1ではプリグルーブの凸の部分にスポッティング液を配置しているが、プリグルーブの凹の部分に配置してもよい。この場合には、スポッティングされたスポッティング液はプリグルーブの凹の部分に沿って配置される。
また、プリグルーブには予め番地情報27を附加させることができるため、プローブDNAを正確に示すことができる。
When spotting to a predetermined position on the pregroove, the
By configuring as described above, it becomes possible to detect the position of the pregroove on the substrate and spot the probe DNA on the pregroove as a spotting solution, and to probe at a position having predetermined address information on the substrate. Since the DNA can be provided and the pregroove can restrict the probe DNA from spreading on the substrate, the probe DNA can be arranged at a high density. In FIG. 1, the spotting liquid is disposed on the convex portion of the pregroove, but it may be disposed on the concave portion of the pregroove. In this case, the spotted spotting liquid is disposed along the concave portion of the pregroove.
Further, since the
なお以上の実施例においては、プローブDNAをスポッティングする時には、基板上のプリグルーブの位置を検出するため基板側から例えば波長780nmのレーザビームを2のレーザより照射し、透過したレーザビームを用いて、基板上のプリグルーブ23の位置を検出し、前記したごとく位置決めを行う。基板に薄膜を設けたときには、基板側から照射したレーザビームが基板を透過する波長をもつレーザを選択し、使用する。
基板上のDNAプローブに試験試料であるcDNAを塗布し、プローブDNAとハイブリダイゼイション反応が生じた後、生成されたDNAスポットに含まれる蛍光を検出する時には、例えば波長約650nm,約530nm,約400nmのレーザビームを基板上より照射し、その反射光を用いる。このため、基板上にはSiO2、金などの層を設けている。実施例においては基板上に金の層を設けその上にSiO2層を作製している。金の代わりにPtなど、またSiO2の代わりに同等な性質をもった無機材料、有機材料を使用することも可能である。
In the above embodiment, when spotting the probe DNA, a laser beam having a wavelength of, for example, 780 nm is irradiated from the
When applying a cDNA as a test sample to a DNA probe on a substrate and a hybridization reaction with the probe DNA occurs, when detecting fluorescence contained in the generated DNA spot, for example, wavelengths of about 650 nm, about 530 nm, A laser beam of about 400 nm is irradiated from above the substrate and the reflected light is used. For this reason, layers such as SiO 2 and gold are provided on the substrate. In the embodiment, a gold layer is provided on a substrate and a SiO 2 layer is formed thereon. It is also possible to use an inorganic material or an organic material having equivalent properties in place of gold instead of Pt or SiO 2 .
基板上に設けた金、SiO2の薄膜の機能について説明する。図10において、横軸100はSiO2膜の膜厚[nm]を示し、縦軸101は基板表面上の電場強度のポリカーボネート基板のみの場合に対する比を示し、金、SiO2の薄膜を設けたときと、何も設けなかったときの比較値をあらわした。102は波長563nmのレーザ光を、103は波長652nm、104は波長532nmのレーザ光を用いた時の特性である。
図10では、金の薄膜の上にSiO2の薄膜を配置した。金の膜厚を50nmとした時SiO2膜上にできる電場強度比を、SiO2膜の厚さを変化させて計算した結果を図10の縦軸に示したものである。
この結果、例えばSiO2の膜厚70nmにおいて、縦軸の強度比が5倍になっている事がわかる。これは前記した膜構造にしたとき、膜の形成した面から532nmの波長の光を照射したときの反射光量が5倍になることを示すわけである。
The function of the gold and SiO 2 thin film provided on the substrate will be described. In FIG. 10, the
In FIG. 10, a SiO 2 thin film is disposed on a gold thin film. The electric field intensity ratio that can be formed on the SiO 2 film when the thickness of the gold film is 50 nm is calculated by changing the thickness of the SiO 2 film.
As a result, it can be seen that the intensity ratio of the vertical axis is 5 times, for example, when the film thickness of SiO 2 is 70 nm. This indicates that, when the film structure described above is used, the amount of reflected light is five times greater when light having a wavelength of 532 nm is irradiated from the surface on which the film is formed.
図10のグラフにおいては、金の薄膜の厚さを50nmとした時、SiO2膜厚を70nmとすることにより、SiO2表面の電場が薄膜の無い時に比べ約5倍になることがわかる。このように基板表面に薄膜を設け、レーザ光を照射したときに、電場を大きくするように構成することにより、蛍光体を含んだDNAスポットにレーザビームを照射しその反射光を観測すれば、光量が増加し、反射光のS/Nが向上する効果が得られる。
基板にスポッティングする場合においては、スポッティングする基板表面に微小な油脂成分等の汚れを取り除くことが重要である。そのため、スポッティングする直前にプリグルーブを照射するレーザビームの出力を増大させることにより、基板表面の温度を上昇させ、汚れ成分を取り除くことができる。
このために、位置検出用のレーザビームを用いることが可能であるが、別のレーザを準備し、スポッティングに先立って基板表面の温度を一時的に上昇させた後、スポッティングを行うこともできる。
基板としては円盤状とした実施例を用いて説明したが、円盤状ではなく、長方形などの形状でも適用可能である。もちろんプリグルーブを円周状ではなく、直線状の線分を集合させた形状でも利用可能である。
またインクジェットの位置を検出するために、インクジェットに直接光検出器を取り付けることもできる。もちろん光を用いた位置検出方法以外の方法、例えば磁気検出を用いることも可能である。スポッティング液としては、cDNAなどのプローブDNAを用いた実施例により説明したが、スポッティング液としては、蛋白など、液状のものであれば、何にでも適用できる。
In the graph of FIG. 10, when the thickness of the gold thin film is 50 nm, it can be seen that by setting the SiO 2 film thickness to 70 nm, the electric field on the SiO 2 surface is about five times that without the thin film. By providing a thin film on the surface of the substrate and irradiating laser light, the electric field is increased so that the DNA spot containing the phosphor is irradiated with the laser beam and the reflected light is observed. The effect of increasing the amount of light and improving the S / N of the reflected light is obtained.
When spotting on a substrate, it is important to remove dirt such as fine oil and fat components on the surface of the substrate to be spotted. Therefore, by increasing the output of the laser beam that irradiates the pre-groove immediately before spotting, the temperature of the substrate surface can be raised and the dirt component can be removed.
For this purpose, it is possible to use a laser beam for position detection. However, spotting can be performed after another laser is prepared and the temperature of the substrate surface is temporarily increased prior to spotting.
Although the description has been made using the embodiment in which the substrate is a disc shape, the substrate is not limited to a disc shape but may be applicable to a shape such as a rectangle. Of course, the pregroove can be used not only in a circumferential shape but also in a shape in which straight line segments are assembled.
In addition, in order to detect the position of the inkjet, a photodetector can be directly attached to the inkjet. Of course, a method other than the position detection method using light, for example, magnetic detection can be used. The spotting solution has been described in the embodiment using probe DNA such as cDNA, but the spotting solution can be applied to any liquid as long as it is a protein such as protein.
また本発明の基板は、プローブDNAとして、オリゴDNAを光化学反応を用いて作製するときの基板としても使用することができる。
ここで簡単に本発明の基板を用いて、光化学反応により用いて作製するプローブDNAの説明を行う。
周知のように、DNAはデオキシリボヌクレオチド(ヌクレオチドという)の重合体である。このヌクレオチドはデオキシリボースにリン酸、及び、アデニン(A)、グアニン(G)、シトシン(C)、チミン(T)、の4種類の塩基の中の1つが結合した化合物である。たとえば2つのヌクレオチド、今これらの一つを[X]、もう一つを[Y]とし、[X]の中のデオキシリボースの5'炭素原子と[Y]の中のデオキシリボースの3'炭素原子が、間にリン酸をはさんでエステル結合を形成することでつながることができる。
ヌクレオチドは、2つの末端を持っているが、この1つの端を5'炭素、もう1つの端を3'炭素と結ばれており、ヌクレオチド間の結合は5'炭素と3'炭素の間だけでつくられ、5'炭素間、あるいは3'炭素間では結合が起きない。
そして結合をくりかえすことで、理論的には無限の数のヌクレオチドを直鎖状に結合することができる。そして、各ヌクレオチドにはA,G,C,Tの4種類の塩基のうち1つが含まれるため、DNAの中ではこの塩基の並ぶ順番を指定することが出来、これがDNAの塩基配列となる。ここでは簡単のためこれらを、A,G,C,Tと呼ぶ。このDNAを基板上に作成したものをプローブDNAと呼ぶ。
プローブDNAを図2のDNAマイクロディスク上に生成するに際し、DNAマイクロディスク上に記録可能なゾーンを設け、作成条件と測定結果、プリグルーブあるいはプリピットにより位置決めされプローブDNAの格納位置を示すアドレス情報と、プローブDNAとの対応関係を、DNAマイクロディスク上に記録する。これによって、従来ガラス板と作成時のデータが別に保管されていたのを一体的に保存でき、操作性、信頼性とセキュリティが向上する。このための具体的作成方法を提供するためのものである。
The substrate of the present invention can also be used as a probe DNA when preparing an oligo DNA using a photochemical reaction.
Here, a probe DNA prepared by using a photochemical reaction using the substrate of the present invention will be briefly described.
As is well known, DNA is a polymer of deoxyribonucleotides (referred to as nucleotides). This nucleotide is a compound in which phosphoric acid and one of four types of bases of adenine (A), guanine (G), cytosine (C), and thymine (T) are bound to deoxyribose. For example, two nucleotides, now one of these is [X], the other is [Y], the 5 ′ carbon atom of deoxyribose in [X] and the 3 ′ carbon of deoxyribose in [Y] Atoms can be connected by forming an ester bond with phosphoric acid in between.
Nucleotides have two ends, but one end is connected to the 5 'carbon and the other end is connected to the 3' carbon, and the bond between the nucleotides is only between the 5 'and 3' carbons. Bonding does not occur between 5 'carbons or 3' carbons.
By repeating the bond, theoretically, an infinite number of nucleotides can be bound in a straight chain. Since each nucleotide contains one of four types of bases A, G, C, and T, the order in which the bases are arranged in the DNA can be specified, and this is the DNA base sequence. Here, for simplicity, these are called A, G, C, and T. The DNA prepared on the substrate is called probe DNA.
When the probe DNA is generated on the DNA microdisk of FIG. 2, a recordable zone is provided on the DNA microdisk, the preparation conditions and measurement results, address information indicating the storage position of the probe DNA positioned by the pregroove or prepit, and The correspondence relationship with the probe DNA is recorded on the DNA microdisk. As a result, the conventional glass plate and the data at the time of creation can be stored together, and operability, reliability and security are improved. This is to provide a specific creation method for this purpose.
以下本発明の実施をするための最良の形態を具体的に示した1実施例について図面とともに記載する。
以下、図12,図13を用いて、本発明における第1の実施例の概略構成を図示する。図11はDNAマイクロディスクのプリグルーブとその位置を示すアドレスの部分を拡大して示した図面である。また、図13はプローブDNAを作成ための装置の構成を示すブロック図である。
ここでは図12に示したDNAマイクロディスク118上のアドレス1(113)を有するプリグルーブ112にA−C−G−Tという塩基配列の4つのヌクレオチドから出来たオリゴヌクレオチドを、生成する。そして、115のアドレス2が示すプリグルーブ114にG−A−T−Cの配列を持つオリゴヌクレオチドをDNAマイクロディスク上につくる場合を例にとり説明する。
Hereinafter, an embodiment that specifically shows the best mode for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.
The schematic configuration of the first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. FIG. 11 is an enlarged view of a pregroove of a DNA microdisk and an address portion indicating its position. FIG. 13 is a block diagram showing the configuration of an apparatus for creating probe DNA.
Here, an oligonucleotide made of four nucleotides of the base sequence A-C-G-T is generated in the
すでに説明したように、Aが3'末端側で、Tが5'末端側だとする。DNAの化学合成では3'末端側から始めて、その5'末端に順次ヌクレオチドを一つずつ付加していき、その際に付加するヌクレオチドの種類をコントロールすることで目的の塩基配列のDNAを合成する。例えばAから開始する場合を説明する。このヌクレオチドの5'末端には別の化学基を結合させて他のヌクレオチドの3'末端と反応できないようにしておく。このような化学基をここでは保護基と呼ぶ。この最初のAのヌクレオチドをその3'末端で、基板上の樹脂に共有結合させておく。なお、3'末端をビオチン化したDNAをプローブDNAに用いることができ、この場合にはDNAマイクロディスク111の表面にアビジンを固定しておくことでアビジン−ビオチン間の特異的結合形成能によってDNAを基板に固定することもできる。
この最初のAのヌクレオチドをその3'末端で固定する方法としては、次の方法もある。まずこのDNAマイクロディスクの表面に光化学的に活性化する物質を設ける。
あるいは、このDNAマイクロディスクの表面にレーザ光を照射したときに発生する電場を大きくするため、例えば金の層、SiO2の層を設けその上に前記した光化学的に活性化する物質を設けることもできる。
As described above, it is assumed that A is on the 3 ′ end side and T is on the 5 ′ end side. In the chemical synthesis of DNA, starting from the 3 'end, nucleotides are added one by one to the 5' end, and the DNA of the desired base sequence is synthesized by controlling the type of nucleotide added. . For example, the case of starting from A will be described. Another chemical group is bonded to the 5 ′ end of this nucleotide so that it cannot react with the 3 ′ end of another nucleotide. Such chemical groups are referred to herein as protecting groups. This first A nucleotide is covalently bonded at its 3 ′ end to the resin on the substrate. In addition, DNA having a 3 ′ end biotinylated can be used as a probe DNA. In this case, by fixing avidin on the surface of the
As a method for fixing the first A nucleotide at its 3 ′ end, there is the following method. First, a photochemically activated substance is provided on the surface of the DNA microdisk.
Alternatively, in order to increase the electric field generated when the surface of the DNA microdisk is irradiated with laser light, for example, a gold layer or SiO 2 layer is provided, and the above-mentioned photochemically activated substance is provided thereon. You can also.
まずこのDNAマイクロディスク基板の表面に光化学的に活性化する物質、光照射によって乖離し、その後にOH−基が残存する性質を持つ保護基によって端末されたモノマー(モノヌクレオチド)を設け、これを重合させて一端を基板表面に固定した状態のオリゴヌクレオチド(鎖長の短いポリマー)を合成する。次に基板表面に選択的にレーザ光を照射して保護基を外してOH−基を生成した後、モノヌクレオチド溶液を、例えばスピンコートにより塗布すると化学反応が起こり、ポリヌクレオチド(DNA)が光をあてた部分に結合する。モノマーとしては、感光性保護基で5'ヒドロキシルを光保護された3'−O−活性化ホスホルアミダイトヌクレオチドを例示することができる。光保護されたモノヌクレオチドおよびその合成法については、WO1997/039151(特開2000−508542)に詳述されている。また、感光性保護基としては、オルトニトロベンジル基を例示することができる。
つまり、基板表面に選択的にレーザ光を照射後、ヌクレオチド溶液を加えると化学反応が起こり、ヌクレオチドが光をあてた部分に結合する活性化層をもつように構成する。たとえば、光を照射した部分にOH−基が生成されるようにし、その後スピンコートにより塗布したモノマーと結合するようにする。
First, a photochemically active substance on the surface of the DNA microdisk substrate, a monomer (mononucleotide) terminated by a protecting group having the property of leaving an OH-group after dissociation by light irradiation, is provided. An oligonucleotide (polymer having a short chain length) is synthesized in a state where one end is fixed to the substrate surface by polymerization. Next, after selectively irradiating the surface of the substrate with laser light to remove the protecting group to form an OH-group, when a mononucleotide solution is applied by, for example, spin coating, a chemical reaction occurs, and the polynucleotide (DNA) is irradiated with light. Join the part where Examples of the monomer include 3′-O-activated phosphoramidite nucleotides in which 5 ′ hydroxyl is photoprotected with a photosensitive protecting group. The photoprotected mononucleotide and its synthesis method are described in detail in WO1997 / 039151 (Japanese Patent Laid-Open No. 2000-508542). An example of the photosensitive protecting group is an ortho nitrobenzyl group.
That is, when a nucleotide solution is added after selectively irradiating the surface of the substrate with a laser beam, a chemical reaction occurs, so that the nucleotide has an activation layer that binds to the lighted portion. For example, an OH group is generated in a portion irradiated with light and then bonded to a monomer applied by spin coating.
本発明では、基板上に、プリグルーブあるいはプリピットにより構成したアドレス情報により特定可能な格納部を設け指定した格納部において光化学反応を行う。そのため、前記アドレス情報を読み取り格納部にレーザ光を選択的に照射するわけである。
この格納部は、プリグルーブの凹部、あるいは凸部、あるいはプリピットにより特定可能な領域なら平面でもサッカースタジアムのような形状をした凹ピット、凸ピットなどの形状などを用いる。またその寸法は幅が1μm以上、長さが1μm以上とすることがレーザビームスポットの大きさとの関係で好ましいが、これに限定するものではなく、プローブDNAが格納できる寸法に設定している。
このようにアドレス情報を読み取りレーザビームスポットを格納部であるプリグルーブなどにトラッキングした後、DNAマイクロディスク表面の任意の格納部に選択的に光を照射する。そこでまず、アドレス1にレーザ光をあててからAヌクレオチドを加える。このAヌクレオチドの末端は保護基で保護している。Aヌクレオチドの溶液をスピンコートにより基板上に塗布する。ただし、その保護基は光化学的に不安定なものを使う。つまりレーザ光をあてると脱保護の反応が起きるというものである。このAヌクレオチドがアドレス1のプリグルーブ112の表面に結合したら、洗浄液を基板にスピンコートにより塗布し、未反応のAヌクレオチドを取り除く。
In the present invention, a photochemical reaction is carried out in a designated storage section provided on the substrate with a storage section that can be specified by address information constituted by pregrooves or prepits. Therefore, the address information is read, and the storage unit is selectively irradiated with laser light.
The storage portion uses a concave or convex portion of the pregroove, or a concave pit or convex pit shape that is shaped like a soccer stadium even if it is a plane that can be specified by the prepit. The dimensions are preferably 1 μm or more in width and 1 μm or more in length in relation to the size of the laser beam spot, but are not limited to this and are set to dimensions that can store the probe DNA.
After reading the address information and tracking the laser beam spot to a pregroove or the like as a storage unit, light is selectively irradiated to an arbitrary storage unit on the surface of the DNA microdisk. Therefore, first, a laser beam is applied to address 1 and then an A nucleotide is added. The end of this A nucleotide is protected with a protecting group. A solution of A nucleotide is applied onto the substrate by spin coating. However, the protecting group is a photochemically unstable one. In other words, a deprotection reaction occurs when a laser beam is applied. When this A nucleotide binds to the surface of the
つぎにアドレス2のプリグルーブ114に光を照射してここを活性化し、末端に保護基をもったGヌクレオチドを反応させこれをそこに配置する。ここまででアドレス1のプリグルーブ112にAが、アドレス2のプリグルーブ114にGが結合したDNAマイクロディスクができたわけである。つぎに、アドレス1のプリグルーブ112にレーザ光を照射するとAヌクレオチドの保護基がとれるためその後、Cヌクレオチドを付加する。アドレス2のプリグルーブ114にレーザ光を照射しGヌクレオチドの脱保護をしてAヌクレオチドを付加する。その後は同じことを繰り返せば、アドレス1のプリグルーブ112にA−C−G−T、アドレス2のプリグルーブ114にG−A−T−CのオリゴDNAを有するDNAマイクロディスクが完成する。なお118のDNAマイクロディスクは便宜上直線的に書かれているが、実際は円盤状であり、プリグルーブは、117の接線方向に同心円あるいはスパイラル状に作製してある。そしてこの同心円あるいはスパイラル状のプリグルーブは半径方向に複数本(例えばトラックピッチ2μmから20μm程度で数1000本以上)ディスク上に整列している。
Next, the
この特定のプリグルーブにレーザ光を照射する方法を図13のブロック図を用いて説明する。
図13はプローブDNA作製装置のブロック図である。118はDNAマイクロディスクで、アドレス1のプリグルーブ112、アドレス2のプリグルーブ114が設けられている。このプローブDNA作製装置においては、プローブDNAの格納部としてプリグルーブを用いている。
118のDNAマイクロディスクは131のモータに132のターンテーブルを介して乗せられており、ディスクモータ131により回転制御される。120はレーザであり、121のビームエキスパンダにより平行光に変換され、122のビームスプリッタを経て、123の対物レンズにより焦点を113のアドレス1のプリグルーブ112上に結ぶ。このため、対物レンズ123は125のフォーカシングアクチュエータ、124のトラッキングアクチュエータ、および130のトラバースモータにより制御され、113のアドレス1を有するプリグルーブ112上に焦点を結ぶように制御される。制御のために、対物レンズは113のアドレス1を対物レンズが集光した118のDNAマイクロディスクからの反射光を126のレンズをへて128の光検出器により検出し、113のアドレス1が読み取られ、位置制御される。最初レーザビームのパワーは保護基を照射した時も影響を与えないよう低パワーに調整され、ビームスポットが112のアドレス1のプリグルーブを追従する。そして、アドレス1のプリグルーブ112が検出されたときに保護基を除去するため、レーザパワーを高出力にする。つまり、レーザビームがアドレス1のプリグルーブ112を走査する期間のみ、レーザパワーを高出力に設定する。
A method of irradiating this specific pre-groove with laser light will be described with reference to the block diagram of FIG.
FIG. 13 is a block diagram of a probe DNA production apparatus.
118 DNA microdisks are placed on 131 motors via 132 turntables, and the rotation is controlled by the
図14はプローブDNA作製装置のブロック図である。120のレーザは146のレーザパワー変調器によりレーザパワーが変調される。128の光検出器の出力は140のプリアンプにより光出力が電流に変換され、プリグルーブ112のアドレス1の情報が検出され、デコーダ141により復調され、142のCPU(コントローラ)に送られる。プリグルーブ112の位置が読み取られた後、前記プリグルーブ上において行う光化学反応に適合したレーザパワーが、CPU142により演算され、143の照射パルス制御部により出力される。そして、146のレーザパワー変調器を経由して、120のレーザの出力レーザパワー、出力パルス幅、等が制御され、レーザの光出力がプリグルーブ112を照射する。120のレーザから出力されるレーザパワーは、光化学反応に適した値になるようにパルス幅、パルスピーク値が制御されるが、DNAマイクロディスクとレーザビームスポットとの相対速度により、パワーを変える必要があるため、147のサーボ部より131のディスクモータの回転数情報が、CPU142に入力され、パワー制御のための情報として使用される。例えば光化学反応に大きなレーザパワーが必要なときは、相対速度を低下させ、対象のプリグルーブ上に大きな光エネルギー(プリグルーブ上に与えられた光エネルギーの積分値)を与えることができる。147のサーボ部は123の対物レンズの出射光ビームをDNAマイクロディスクのプリグルーブ上に、フォーカシング、トラッキングするため動作も行う。
なお145のPCはプローブDNA作製装置をコントロールするためのパソコンであり、インターフェース(I/F)144を介して、プローブDNA作製装置全体の動作をコントロールする。例えば、DNAマイクロディスク上のアドレス情報により特定できるプリグルーブの総数は、100万カ所以上とすることが可能であり、プローブDNA作製装置内部のCPU142だけではどのアドレスにどのようなDNAを生成するかをコントロール出来ないため、外部のパソコンによる制御が必要になる。
FIG. 14 is a block diagram of a probe DNA production apparatus. The laser power of 120 lasers is modulated by a
A
図15に動作波形図を示す。141は読み取られたアドレス情報の1例を示す。120のレーザの光出力は、再生光パワー148によりアドレス情報を読み取り、特定のアドレスを有するプリグルーブに、149のピークパワーを持つレーザ光を照射する。
特にプリグルーブ上において光化学反応を生じさせるときには、光エネルギーの積分値が重要であり、照射レーザパワーのはじめのパルス幅を大きくし、その後パルス幅をちいさくすることにより、プリグルーブ上に設けた光保護基に対する適切な反応エネルギーを与えることができる。
このように、DNAマイクロディスク表面の任意の微小な部位(プリグルーブ)に光を当てるトラッキングサーボ技術と、光の照射で脱保護反応が起きる保護基を持ったヌクレオチドを用いたDNA合成反応により、「オリゴDNAマイクロディスク」の作製が可能になる。レーザ波長については、350nm程度が脱保護基のためには好適であることが分かっている。また複数のレーザ波長を選択して用いることにより、光化学反応にたいする働きを変えることも可能である。例えば、光保護基やモノマーの性質を波長依存性の強いものにすることにより、モノマーの反応を波長を変えることにより選択的に行うことができる。最終的に作製されたプローブDNAはレーザビームを走査することにより、プローブDNAが正常に作製されたものかどうか判別できる。判別する方法としては、プローブDNAを走査し、正常に動作するプローブDNAと反射率、色、等を比較し、行うことが可能である。
そして、同じ種類のプローブDNAを複数個作製しておき、正常なものを判別し、管理することができる。そして最終的にはカスタマーはその最終的に正常とされたプローブDNAを管理データより知り、そのアドレス情報を持つプローブDNAだけを使用することができるわけである。管理する方法としては、正常に作製できたプローブDNAの存在するアドレス情報をDNAマイクロディスク上に保管することにより可能としている。これは記録できるゾーンをDNAマイクロディスクに備えているので、その箇所に情報を保管する。
FIG. 15 shows an operation waveform diagram.
Especially when a photochemical reaction is caused on the pregroove, the integrated value of the light energy is important. By increasing the initial pulse width of the irradiation laser power and then reducing the pulse width, the light provided on the pregroove is reduced. Appropriate reaction energy for the protecting group can be provided.
In this way, by a tracking servo technology that irradiates light on an arbitrary minute part (pre-groove) on the surface of the DNA microdisk and a DNA synthesis reaction using a nucleotide having a protecting group that undergoes a deprotection reaction upon irradiation with light, An “oligo DNA microdisk” can be produced. As for the laser wavelength, about 350 nm has been found to be suitable for deprotection groups. It is also possible to change the action for the photochemical reaction by selecting and using a plurality of laser wavelengths. For example, the monomer reaction can be selectively performed by changing the wavelength by making the properties of the photoprotective group and the monomer highly wavelength dependent. The probe DNA finally produced can be discriminated whether or not the probe DNA has been produced normally by scanning the laser beam. As a determination method, it is possible to perform scanning by scanning the probe DNA and comparing the reflectance DNA, the color, etc. with the probe DNA operating normally.
A plurality of probe DNAs of the same type can be prepared, and normal ones can be discriminated and managed. Finally, the customer knows the probe DNA that is finally normal from the management data, and can use only the probe DNA having the address information. As a management method, address information in which probe DNAs that have been successfully prepared are present can be stored on a DNA microdisk. This is because the DNA microdisk is provided with a recordable zone, and information is stored there.
最後に以上のように作製した基板上のプローブDNAを用い、mRNAの解析を行うときの方法については、公知のDNAチップと同じプロセスにより、検査対象試料とハイブリダイゼイションさせ、塩基結合させた後、プローブDNAに検査用レーザビームを照射し、蛍光を観測しておこなう。この時、本発明のDNAマイクロディスクを用いたときには、DNAスポットを1次元に走査可能であるので、高速に検査を行うことができる。プリグルーブ上にプローブDNAを配置したので、塩基結合したプローブDNA(DNAスポットと呼ぶ)の検出S/Nを向上させることが出来、そのための光学測定部と、サーボ部を備えることにより、塩基結合計測の高速化と操作性の向上および低価格化を実現する。そして制御部を構成する光学測定部をDNAスポットの読取光学測定部と独立に設け、サーボ誤差を検出するためのビームスポットがDNAスポットに含まれる蛍光体を劣化させないようにできた。また、DNAマイクロアレイの読み取りビーム光の位置制御を、サーボ機構を用いて精度良く行い、フォーカス、トラッキング方向の誤差を無くし、正確に走査することが実現できた。
また、読取レーザビームによる蛍光体の退色を防止し、DNAスポットの読取S/Nを向上させるため、読取レーザ光を高周波(例えば100−500MHz)で振幅変調することも可能である。このように変調することにより、基板上において、照射エネルギーの蓄積が少なくなることが分かっており、退色を防止できる。
Finally, using the probe DNA on the substrate prepared as described above, mRNA was analyzed by the same process as that of a known DNA chip, which was hybridized with the sample to be examined and base-bonded. Thereafter, the probe DNA is irradiated with an inspection laser beam and fluorescence is observed. At this time, when the DNA microdisk of the present invention is used, the DNA spot can be scanned one-dimensionally, so that inspection can be performed at high speed. Since the probe DNA is arranged on the pre-groove, the detection S / N of the base-bonded probe DNA (referred to as DNA spot) can be improved. By providing an optical measurement section and a servo section for this purpose, base binding Realization of high-speed measurement, improved operability and low price. The optical measurement unit constituting the control unit is provided independently of the DNA spot reading optical measurement unit, so that the beam spot for detecting the servo error does not deteriorate the phosphor contained in the DNA spot. In addition, the position of the reading light beam of the DNA microarray was accurately controlled by using a servo mechanism, and errors in the focus and tracking directions were eliminated, thereby realizing accurate scanning.
In addition, the reading laser beam can be amplitude-modulated at a high frequency (for example, 100 to 500 MHz) in order to prevent the phosphor from fading due to the reading laser beam and to improve the reading S / N of the DNA spot. By modulating in this way, it has been found that the accumulation of irradiation energy is reduced on the substrate, and fading can be prevented.
以下本発明のDNAマイクロディスクを計測するための最良の形態を具体的に示した実施例について、図面とともに記載する。
以下、図16,図2を用いて、本発明における計測の実施例の概略構成を図示する。
図16は、図2に示したDNAマイクロディスクを読み取る装置の構成を示すブロック図、図2はDNAマイクロディスクである。
図16において、1はDNAマイクロディスクで、152のディスクモータにより、回転制御される。153は対物レンズで、DNAマイクロディスク上に形成されたDNAスポットにレーザビームを集光し、反射した光を集める。153の対物レンズは、154の対物レンズアクチュエータ、フォーカス素子154aトラッキング素子154b、により、DNAマイクロディスクの基板に対して垂直方向(153bのZ方向)と、DNAスポット列にレーザビーム先を追従させるトラッキング方向(153aのX方向)、に可動させることができる。
155は蛍光励起用光源(出力光波長λ1)で、この場合、650nmの波長のレーザを用いている。156はコリメータレンズ1で、155のレーザの出力光を平行光、あるいは規定の角度をもった発散光に変換し、159のハーフミラー、160のビームスプリッタ1を経由して、153の対物レンズにより、1のDNAマイクロディスク上に焦点を結ぶ。規定の角度をもった発散光に変換する理由は、焦点を結んだ時のビームスポットの大きさを、DNAスポットの大きさと同程度にするためである。またこのとき波長λ1の光源から出射する光束は対物レンズに入射する前に開口制限が設け、対物レンズのNAを実質的に小さくなるようにしてもいい。
この開口制限は、図14において、156のコリメータレンズの出射側に設けることができる。例えば対物レンズのNAとして0.6のものを用いた時でも、波長λ1の光に対しては、NAが0.5で、波長λ3のサーボ用の光に対しては、0.6となるようにした。このようにすることにより、サーボ誤差検出感度を高くでき、かつDNAスポット読取ビーム径を大きくできる。
Hereinafter, examples specifically showing the best mode for measuring the DNA microdisk of the present invention will be described with reference to the drawings.
Hereinafter, the schematic configuration of an embodiment of the measurement according to the present invention will be illustrated with reference to FIGS.
FIG. 16 is a block diagram showing the configuration of an apparatus for reading the DNA microdisk shown in FIG. 2, and FIG. 2 is a DNA microdisk.
In FIG. 16,
This aperture restriction can be provided on the exit side of the 156 collimator lens in FIG. For example, even when an objective lens having an NA of 0.6 is used, the NA is 0.5 for the light of wavelength λ1 and 0.6 for the servo light of wavelength λ3. I did it. By doing so, the servo error detection sensitivity can be increased and the DNA spot reading beam diameter can be increased.
157はサーボ用光源(出力光波長λ3)であり、158のコリメータレンズ2,159のハーフミラーを経て、160のビームスプリッタ1を経由して、153の対物レンズにより1のDNAマイクロディスク上に焦点を結ぶ。DNAマイクロディスクで反射された反射光は、153の対物レンズ、160のビームスプリッタ1を経て、164のビームスプリッタ2により、165の集光レンズ2を経て、166のサーボ誤差検出器上に導かれる。
一方、153の対物レンズにより、1のDNAマイクロディスク上に集光した155の蛍光励起用光源(出力光波長λ1)の出力光は、1のDNAマイクロディスク上のDNAスポットに含まれる蛍光体を励起し、励起された波長λ2の光は153の対物レンズにより集められ、160,164のビームスプリッタを経て、161の集光レンズ1で集光された後、162の光学フィルタにより、励起された光の波長λ2だけが選択されて163の蛍光読取検出器に導かれる。この時、160,164のビームスプリッタ1,2は波長λ1のレーザで励起されたDNAスポット中の蛍光体の発光波長λ2を通過させ、14のビームスプリッタはサーボ用光源の出力波長λ3の光を反射し、162の光学フィルタは波長λ2だけを透過させるように構成している。167のサーボ用光源の出力光は168のコリメータレンズ2により平行光に変換される。
そしてこのスポットの形状は、167のシリンドリカルレンズにより、153の対物レンズで集光された時に、焦点前後において、集光したスポットの形状が変化する。すなわち、166のサーボ誤差検出器上において、真円から楕円に変化する。この変化を166の光検出器を4分割したサーボ誤差検出器により、測定する。検出器の中央にほぼ真円の状態にDNAマイクロディスクから反射したビームが投影された時に、153の対物レンズが合焦点になったことを示す。同時に、サーボ用光源の出力光は、168の回折格子により、1のDNAマイクロディスク上のDNAスポットあるいはプリグループ上に図17に示すように、対物レンズ153を出射した光ビームS1,S2,S3が形成される。このうちS1,S3で示した光ビームは、166のサーボ誤差検出器のD1,D2により受光し、その出力の差がトラッキング誤差となる。
On the other hand, the output light of the light source for fluorescence excitation 155 (output light wavelength λ1) condensed on one DNA microdisk by the
The spot shape changes when the light is focused by the
図17はDNAマイクロディスクと読取レーザビームおよびサーボ用レーザビームが形成するビームスポットの相対関係を示す原理図である。
図17において、171はプリグループでP1,P2,P3で示している。プリグループの巾は1〜100μm、高さは0.1〜10μmの凸または凹、プリグループの間隔は1〜150μm程度に設定する。171のプリグルーブ上に173のDNAスポットが形成されている。172はサーボ用ビームであり、171のプリグルーブP2を照射した状態を示している。
サーボビームS1が図14に示すサーボ誤差検出器D1に、S2はD3に、S3はD2に照射する。
170はDNAスポット読取ビーム(波長λ1)であり、173のDNAスポットを照射し、173のDNAスポットに含まれる蛍光体を励起し、波長λ1による波長λ2の励起光は、図16の蛍光読取検出器163により読み取られる。サーボ用光源(波長λ3)から形成されるサーボビームはDNAスポットを照射するが、DNAスポットの蛍光体を励起できる波長にならないよう設定している(例えば780nm)ので、DNAスポットを退色させることはない。
FIG. 17 is a principle diagram showing the relative relationship between the DNA microdisk, the beam spot formed by the reading laser beam and the servo laser beam.
In FIG. 17,
The servo beam S1 is applied to the servo error detector D1 shown in FIG. 14, S2 is applied to D3, and S3 is applied to D2.
以上のように構成した本発明は、次に述べる効果を奏することができる。
DNAマイクロディスク上のプリグルーブにプローブDNAを正確にスポッティングしたDNAマイクロディスクを使用した場合は、読取ビームを1次元方向に走査すればよいので、読取速度を早くできる。そのため、DNAスポットを1回だけ走査すれば読取が完了し、従来の2次元走査による画像化を不要にした。
さらに、基板にプリグルーブを設けたDNAマイクロディスクを用いたため、基板上に従来より多くのDNAスポットを設けることができ、例えば10万スポット以上のDNAスポットを有するDNAマイクロディスクを作ることができる。基板上に金などの薄膜を設け、その上にSiO2などの薄膜を設けたため、基板上にレーザを照射したとき、その反射光量が大きくなり、DNAマイクロディスク上のDNAスポットを検出する時のS/Nが大きくとれる。
また基板材料として樹脂を用いることが出来、全体システムを安価に構成できる。樹脂を基板材料に用いた時でも、基板の両面に対称に薄膜を設けたため、ハイブリダイゼイション時にも基板の反りが最小に抑圧できる。
The present invention configured as described above can achieve the following effects.
When a DNA microdisk in which probe DNA is accurately spotted is used as a pregroove on the DNA microdisk, the reading speed can be increased because the reading beam only needs to be scanned in a one-dimensional direction. For this reason, if the DNA spot is scanned only once, the reading is completed, and imaging by the conventional two-dimensional scanning becomes unnecessary.
Furthermore, since a DNA microdisk having a pre-groove provided on the substrate is used, more DNA spots can be provided on the substrate than before, and for example, a DNA microdisk having 100,000 or more DNA spots can be produced. Since a thin film such as gold is provided on the substrate and a thin film such as SiO 2 is provided thereon, the amount of reflected light increases when a laser is irradiated on the substrate, and a DNA spot on the DNA microdisk is detected. S / N can be increased.
Resin can be used as the substrate material, and the entire system can be constructed at low cost. Even when resin is used as the substrate material, the thin film is provided symmetrically on both sides of the substrate, so that the warpage of the substrate can be suppressed to a minimum even during hybridization.
スポッティング時に、スポッティング液を1種類ずつ別のタンクに収納し、前記タンクにスポッティング液の種類、名前等を表示する表示部を設けたので、スポッティング時に間違った液をスポッティングすることがない。
高速でスポッティングするため、1枚のDNAマイクロディスクにロータリーテーブルを複数個組み合わせて、スポッティングできるため、1つ当たりのスポッティング時間が節約でき、スポッティングの時間が減少した。
DNAマイクロディスク上のプリグルーブにおいて、プローブDNAを光化学反応により合成する際には、レーザビームスポットを指定したアドレスを有するプリグルーブにレーザビームを照射することにより、合成を行うことが出来、この時、レーザ光の制御のみにより可能であるので、従来のようなマスクを使用する必要がない。また、レーザビームを制御することにより、毎回異なるプローブDNAを作製でき、カスタムDNAチップを簡単に作製できる。
When spotting, spotting liquids are stored in separate tanks one by one, and the tank is provided with a display for displaying the type and name of the spotting liquid, so that no wrong liquid is spotted during spotting.
Since spotting can be performed by combining a plurality of rotary tables on a single DNA microdisk for spotting at high speed, spotting time per spot can be saved and spotting time is reduced.
When the probe DNA is synthesized by photochemical reaction in the pregroove on the DNA microdisk, the synthesis can be performed by irradiating the pregroove having the address designated with the laser beam spot with the laser beam. Since it is possible only by controlling the laser beam, it is not necessary to use a conventional mask. Also, by controlling the laser beam, a different probe DNA can be produced each time, and a custom DNA chip can be produced easily.
なお本発明では、基板上に、アドレス情報により特定が出来るプリグルーブを設けた実施例により説明したが、プリグルーブの代わりにアドレス情報により特定が出来る格納部であれば平面部、あるいは凹面部、凸面部を用いることも可能である。つまり、アドレス情報を有するプリピットにより特定可能な格納部を設け、指定した格納部において光化学反応を行う。そのため、前記アドレス情報を読み取り格納部にレーザ光を選択的に照射するわけである。
この格納部は、プリグルーブの凹部、あるいは凸部、あるいはプリピットにより特定可能な領域なら平面でもサッカースタジアムのような形状をした凹ピット、凸ピットなどの形状なども用いることができる。またその寸法は幅が1μm以上、長さが1μm以上とすることが現在のレーザビームスポットの大きさとの関係で好ましいが、これに限定するものではなく、プローブDNAが格納できる寸法に設定できればどのような寸法に設定しても良い。
DNAマイクロディスクあるいはDNAマイクロアレイのDNAスポットを照射するレーザビームを、サーボ用のレーザビームと読取用のレーザビームの両方をもたせることにより、DNAスポット上に正確に読取用レーザビームを位置決めでき、DNAスポットの蛍光体を効率よく励起でき、蛍光測定の感度を向上させた。もちろん、DNAマイクロスポットを配置する基板のそりなど変形、またDNAスポットの配置位置のずれがあってもサーボにより、スポットの正確な位置が検出でき、読取ビームが正確にスポットを照射するようにできた。また、読取ビームを高周波で変調することにより、蛍光体の退色を防止し、従来よりも大きな読取レーザピークパワーを照射できるようになった。
特に、マイクロディスク基板を使用した場合は、読取ビームを1次元方向に走査すればよいので、読取速度を早くできる。そのため、DNAスポットを1回だけ走査すれば読取が完了し、従来の2次元走査による画像化を不要にした。
In the present invention, the pregroove that can be specified by the address information is described on the substrate. However, the storage portion can be specified by the address information instead of the pregroove. It is also possible to use a convex part. That is, a storage unit that can be specified by a pre-pit having address information is provided, and a photochemical reaction is performed in the specified storage unit. Therefore, the address information is read, and the storage unit is selectively irradiated with laser light.
The storage portion may be a concave or convex portion of the pregroove, or a concave pit or a convex pit having a shape like a soccer stadium even if it is a plane as long as it can be specified by the prepit. The dimensions are preferably 1 μm or more in width and 1 μm or more in terms of the current laser beam spot size. However, the present invention is not limited to this, and any dimensions can be set as long as the probe DNA can be stored. You may set to such a dimension.
By providing both a servo laser beam and a reading laser beam as a laser beam for irradiating a DNA spot on a DNA microdisk or DNA microarray, the reading laser beam can be accurately positioned on the DNA spot. The phosphor can be excited efficiently and the sensitivity of fluorescence measurement is improved. Of course, even if there are deformations such as warping of the substrate on which the DNA microspot is placed, or if the placement of the DNA spot is misaligned, the servo can detect the exact position of the spot and the reading beam can accurately irradiate the spot. It was. Further, by modulating the reading beam at a high frequency, fading of the phosphor can be prevented, and a reading laser peak power larger than the conventional one can be irradiated.
In particular, when a microdisk substrate is used, the reading speed can be increased because the reading beam only needs to be scanned in a one-dimensional direction. For this reason, if the DNA spot is scanned only once, the reading is completed, and imaging by the conventional two-dimensional scanning becomes unnecessary.
1 DNAマイクロディスク
2 レーザ
3 ビームエキスパンダ
4 対物レンズ
4a トラッキングアクチュエータ
4b フォーカシングアクチュエータ
5 ビームスプリッタ
6 レンズ
7 光検出器
7a 光検出器A
7b 光検出器B
8 インクジェット
9 インクジェット吐出口
10 光検出器
10a 光検出器A
10b 光検出器B
1
7b Photodetector B
8
10b Photodetector B
11 スポッティング液供給チューブ
12 トラバースユニットA
12−1 トラバースユニットB
12−2 トラバースユニットC
13 トラバースモータA
13−1 トラバースモータB
13−2 トラバースモータC
14 ディスクモータ
15 Vマーク検出器
11 Spotting
12-1 Traverse unit B
12-2 Traverse unit C
13 Traverse motor A
13-1 Traverse Motor B
13-2 Traverse motor C
14 Disc motor 15 V mark detector
22 中心穴
23 プリグルーブ
24 第1のデータ記録部
25 第2のデータ記録部
26 Vマーク
26a Vマークピット a列
26b Vマークピット b列
27 プリグルーブのアドレス情報
28 半径方向矢印
29 接線方向矢印
30 差動増幅器1
31 位相補償器1
32 駆動増幅器1
33 差動増幅器2
34 位相補償器2
35 駆動増幅器2
36 CPU
37 加算器
22
31
32
33
34
35
36 CPU
37 Adder
38 加算器出力
39 ディスクモータ制御器
41 図4グラフ横軸 DNAマイクロディスク回転時間経過
42 反射光量(図4グラフ縦軸)
43 スポッティング液吐出時点
44 スポッティング液吐出時点
45 反射光量低下期間
51 インクジェット
52 インクジェット吐出口
53 インクジェットユニット
54 インクジェットユニット移動方向
55 移送ギア
61 ディスクモータ移送装置
62 移送方向
71 マルチインクジェットロータリーテーブル
81 ロータリーテーブル回転制御装置
82 位相補償器3
83 駆動増幅器3
38
43 Spotting liquid
83
90 インクジェットA
91 タンク
92 接続シール
93 接続孔
94 吐出口
95 加圧室
96 加圧デバイス
97 液名表示部
100 図10 横軸:SiO2膜の膜厚[nm]
101 図10 縦軸:基板表面上の電場強度
102 波長563nmの特性
103 波長652nmの特性
104 波長532nmの特性
110 ガラス基板
111 DNAスポット列
112 アドレス1のプリグルーブ
113 アドレス1
114 アドレス2のプリグルーブ
90 Inkjet A
91
101 FIG. 10 Vertical axis: electric field intensity on
114
115 アドレス2
116 半径方向を示す矢印
117 接線方向を示す矢印
118 DNAマイクロディスク
120 レーザ
121 ビームエキスパンダ
122 ビームスプリッタ
123 対物レンズ
124 トラッキングアクチュエータ
125 フォーカシングアクチュエータ
126 レンズ
128 光検出器
129 トラバースユニット
130 トラバースモータ
131 ディスクモータ
132 ターンテーブル
140 プリアンプ
141 デコーダ
142 CPU
143 照射パルス制御部
144 I/Fインターフェース
145 PC パーソナルコンピュータ
115
116
143 Irradiation Pulse Control Unit 144 I /
146 レーザパワー変調器
147 サーボ部
148 再生光パワー
149 ピークパワー
152 ディスクモータ
153 対物レンズ
153a X方向
153b Z方向
154 対物レンズアクチュエータ
154a トラッキング素子
154b フォーカシング素子
155 蛍光励起用光源(出力光波長λ1)
156 コリメータレンズ1
157 サーボ用光源(出力光波長λ3)
158 コリメータレンズ2
159 ハーフミラー
146
156
157 Light source for servo (output light wavelength λ3)
158
159 half mirror
160 ビームスプリッタ1
161 集光レンズ1
162 光学フィルタ
163 蛍光読取検出器
164 ビームスプリッタ2
165 集光レンズ2
166 サーボ誤差検出器
167 シリンドリカルレンズ
168 回折格子
170 DNAスポット読取ビーム
171 プリグルーブまたはDNAスポット列
172 サーボ用ビーム
173 DNAスポット
174 X方向を示す矢印
161
162
165
166
Claims (5)
光ビームをトラッキング可能にした基板上のトラックに格納部と前記格納部を特定するアドレスとを設け、少なくとも複数の前記格納部に保護基を有するヌクレオチドを配置し、あらかじめ決められた前記格納部を、前記格納部を示すアドレスを光ビームにより読み取ることにより特定し、格納された前記保護基を有するヌクレオチドを前記光ビームにより照射し、前記特定の格納部に格納された前記保護基を有するヌクレオチドの保護基を除去する工程を含むマイクロアレイの作成方法。 The method for using a DNA microarray according to any one of claims 2 to 4, wherein the DNA prepared on the substrate of the microarray is prepared by the following method:
A track on a substrate capable of tracking a light beam is provided with a storage unit and an address for specifying the storage unit, nucleotides having a protecting group are arranged in at least a plurality of the storage units, and the predetermined storage unit is provided. The address indicating the storage unit is identified by reading with a light beam, and the stored nucleotide having the protective group is irradiated with the light beam, and the nucleotide having the protective group stored in the specific storage unit A method for producing a microarray comprising a step of removing a protecting group.
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2007
- 2007-08-02 JP JP2007201767A patent/JP2007322439A/en active Pending
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