JP2008283870A - Real-time pcr device - Google Patents

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Toshiki Moriwaki
俊貴 森脇
Tasuku Setoriyama
翼 世取山
Yuji Segawa
雄司 瀬川
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a real-time PCR device which enables comprehensive analyses and can detect fluorescent light obtained by reaction, with high accuracy. <P>SOLUTION: This real time PCR device 1 for detecting a gene expression quantity comprises at least a plurality of reaction zones A1; heating portions 16, disposed for the reaction zones A1 and used for heating the reaction zones with heat sources equipped with temperature-controlling mechanisms, respectively; an optical means of irradiating all of the reaction zones with exciting lights L1, L2 having specific wavelengths; and fluorescent light-detecting portions 15, having fluorescent light detection mechanisms for converting the quantities of received fluorescent lights L3 into electrical signals and detect the fluorescent lights L3. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、リアルタイムPCR装置に関する。より詳細には遺伝子発現等を解析するリアルタイムPCR装置に関する。   The present invention relates to a real-time PCR apparatus. More specifically, the present invention relates to a real-time PCR apparatus that analyzes gene expression and the like.

近年、DNAチップやDNAマイクロアレイをはじめとするハイブリダイゼーション検出技術の実用化が進んでいる。DNAチップは、多種・多様のDNAプローブを基板表面に集積して固定したものである。このDNAチップを用いて、DNAチップ基板表面のハイブリダイゼーションを検出することにより、細胞・組織等における遺伝子発現等を網羅的に解析することができる。   In recent years, hybridization detection techniques such as DNA chips and DNA microarrays have been put into practical use. A DNA chip is obtained by collecting and fixing various and various DNA probes on a substrate surface. By using this DNA chip to detect hybridization on the surface of the DNA chip substrate, gene expression in cells / tissues can be comprehensively analyzed.

そして、このマイクロアレイにより得られたデータを、PCR法(polymerase chain reaction;ポリメラーゼ連鎖反応)を用いて検証することが微量核酸の定量分析の標準的手法となっている。   In addition, verification of data obtained by the microarray using a PCR method (polymerase chain reaction) is a standard technique for quantitative analysis of a small amount of nucleic acid.

リアルタイムPCR法は、「熱変性→プライマーとのアニーリング→ポリメラーゼ伸長反応」という増幅サイクルを連続的に行うことで、DNA等を数十万倍にも増幅させることができる。このようにして得られるPCR増幅産物をリアルタイムでモニタリングして前記微量各酸の定量分析を行う方法である。   In the real-time PCR method, DNA and the like can be amplified several hundred thousand times by continuously performing an amplification cycle of “thermal denaturation → annealing with a primer → polymerase extension reaction”. In this method, the PCR amplification product thus obtained is monitored in real time to quantitatively analyze each trace amount of acid.

そして、リアルタイムPCR法では、サーマルサイクラーと分光蛍光光度計を一体化した専用の装置等を用いて前記PCR増幅産物をリアルタイムでモニタリングすることができる。このような装置として、リアルタイムPCR装置がある。   In the real-time PCR method, the PCR amplification product can be monitored in real time using a dedicated device or the like in which a thermal cycler and a spectrofluorometer are integrated. As such an apparatus, there is a real-time PCR apparatus.

リアルタイムPCR装置は、試料にて増幅反応が進行する際に励起光を照射することで蛍光信号をリアルタイムにて検出することができる反応処理装置であり、化学反応を含め、医療現場や遺伝子解析の研究に用いられるゲノムDNAの観測を行なう検出器等として使用することができる。   A real-time PCR device is a reaction processing device that can detect fluorescence signals in real time by irradiating excitation light when an amplification reaction proceeds in a sample. It can be used as a detector for observing genomic DNA used for research.

例えば、DNAを増幅するPCR法において、二本鎖DNAを特性する際に用いられる蛍光色素を標識した場合、その二本鎖DNAを加熱することで蛍光色素の変化を観察することができるが、リアルタイムPCRには幾つかの検出方法がある。   For example, in a PCR method for amplifying DNA, when a fluorescent dye used for characterizing double-stranded DNA is labeled, changes in the fluorescent dye can be observed by heating the double-stranded DNA. There are several detection methods for real-time PCR.

例えば、特異性の高いプライマーにより目的のターゲットのみを増幅可能の場合には、SYBR(登録商標) GREEN Iを用いるインターカレーター法が用いられる。   For example, when only the target of interest can be amplified with a highly specific primer, an intercalator method using SYBR (registered trademark) GREEN I is used.

二本鎖DNAにに結合することで蛍光を発するインターカレーターは、PCR反応によって合成された二本鎖DNAに結合し、励起光の照射により蛍光を発する。この蛍光強度を検出することにより、増幅産物の生成量をモニターすることができる。ターゲットに特異的な蛍光標識プローブを設計・合成する必要がなく、簡便にさまざまなターゲットの測定に利用できる。   An intercalator that emits fluorescence by binding to double-stranded DNA binds to double-stranded DNA synthesized by a PCR reaction and emits fluorescence when irradiated with excitation light. By detecting this fluorescence intensity, the amount of amplification product generated can be monitored. There is no need to design and synthesize fluorescently labeled probes specific to the target, and it can be easily used for measuring various targets.

また、よく似た配列を区別して検出する必要や、SNPsのタイピングのようにマルチプレックス検出が必要な場合には、プローブ法を用いる。その一つに5´末端を蛍光物質で、3´末端をクエンチャー物質で修飾したオリゴヌクレオチドをプローブとして用いるTaqMan(登録商標)プローブ法がある。   In addition, the probe method is used when it is necessary to distinguish and detect similar sequences or when multiplex detection is required, such as typing of SNPs. One of them is the TaqMan (registered trademark) probe method in which an oligonucleotide whose 5 ′ end is modified with a fluorescent substance and whose 3 ′ end is modified with a quencher substance is used as a probe.

TaqManプローブは、アニーリングステップで鋳型DNAに特異的にハイブリダイズするが、プローブ上にクエンチャーが存在するため、励起光を照射しても蛍光発光は抑制される。伸長反応ステップでは、TaqDNAポリメラーゼのもつ5´→3´エキソヌクレアーゼ活性により、鋳型にハイブリダイズしたTawManプローブが分解されると、蛍光色素がプローブから遊離し、クエンチャーによる抑制が解除されて蛍光が発光される。この蛍光強度を測定することで、増幅産物の生成量をモニターすることができる。   The TaqMan probe specifically hybridizes to the template DNA in the annealing step. However, since a quencher is present on the probe, fluorescence emission is suppressed even when irradiated with excitation light. In the extension reaction step, when the TawMan probe hybridized to the template is decomposed by the 5 ′ → 3 ′ exonuclease activity of Taq DNA polymerase, the fluorescent dye is released from the probe, and the suppression by the quencher is released and fluorescence is released. Emits light. By measuring the fluorescence intensity, the amount of amplification product generated can be monitored.

このような方法によって、遺伝子発現量をリアルタイムPCRで定量する原理を以下に述べる。まず、段階希釈した濃度既知の標準サンプルを鋳型として使用してPCRを行なう。そして、一定の増幅産物量に達するサイクル数(threshold cycle;Ct値)を求める。このCt値を横軸に、初発のDNA量を縦軸にプロットして、検量線を作成する。   The principle of quantifying gene expression level by real-time PCR by such a method will be described below. First, PCR is carried out using serially diluted standard samples with known concentrations as templates. Then, the number of cycles (threshold cycle; Ct value) reaching a certain amount of amplification product is obtained. A calibration curve is created by plotting the Ct value on the horizontal axis and the initial DNA amount on the vertical axis.

未知濃度のサンプルについても、同じ条件下でPCR反応を行ってCt値を求める。この値と前述した検量線とから、サンプル中の目的のDNA量が測定できることになる。   For a sample of unknown concentration, a Ct value is obtained by performing a PCR reaction under the same conditions. From this value and the calibration curve described above, the target DNA amount in the sample can be measured.

そして、これらに関する技術として、特許文献1や特許文献2には増幅反応時の温度制御等に関する技術が開示されている。
特開2003−298068号公報。 特開2004−025426号公報。
As techniques related to these, Patent Documents 1 and 2 disclose techniques related to temperature control during amplification reaction.
JP2003-298068A. Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-025426.

このようなPCR装置は、遺伝子発現量の検出において定量性に優れているといった特徴を有する。しかし、以下の問題点がある。まず、一度に解析できるサンプル数が少なく、網羅的な解析ができない。また、励起光照射や蛍光検出の際には、反射鏡を用いた反射型光学系構造等が用いられているが、このような場合、検出される蛍光等は微弱になるため、信号増幅器等を別途用いる必要がある。そのため、検出器の構造が複雑化したり、高価になったりするという問題がある。   Such a PCR apparatus has a feature that it is excellent in quantitativeness in detecting the gene expression level. However, there are the following problems. First, the number of samples that can be analyzed at one time is small, and exhaustive analysis is not possible. In addition, in the case of excitation light irradiation or fluorescence detection, a reflection type optical system structure using a reflecting mirror is used. In such a case, the detected fluorescence becomes weak, so a signal amplifier etc. Must be used separately. For this reason, there is a problem that the structure of the detector becomes complicated or expensive.

そこで、本発明は、網羅的な解析が可能であり、反応により得られる蛍光を高精度に検出できるリアルタイムPCR装置を提供することを主目的とする。   Thus, the main object of the present invention is to provide a real-time PCR apparatus that can perform comprehensive analysis and can detect fluorescence obtained by the reaction with high accuracy.

本発明は、遺伝子発現量を検出するリアルタイムPCR装置であって、複数の反応領域と、前記反応領域ごとに設けられ、温度制御機構を備えた熱源により前記反応領域を加熱する加熱部と、前記複数の反応領域全てに特定波長の励起光を照射可能な光学手段と、前記反応領域ごとに設けられ、受光した蛍光の光量を電気的信号に変換して検出する蛍光検出機構を有する蛍光検出部と、を少なくとも備えたリアルタイムPCR装置を提供する。
蛍光検出部を反応領域ごとに設け、かつ蛍光の光量を電気的信号に変換して検出する蛍光検出機構を備えることで、高精度かつリアルタイムに蛍光検出することができる。そして、各反応領域について個別に温度制御と検出制御を行なうこと等によって高精度の解析を行なうことができる。
そして、本発明は、前記蛍光検出部は、前記蛍光検出機構により検出された電気的信号を、あらかじめ記憶された電気的信号と遺伝子発現量の相関関係に基づいて演算処理する手段を備えたリアルタイムPCR装置を提供する。かかる相関関係に基づいて蛍光検出機構により検出された電気的信号を演算処理することで、反応領域ごとに高精度の蛍光検出を行うことができる。
続いて、本発明は、前記温度制御機構の制御媒体と、前記蛍光検出機構の検出媒体とは、同一画素内に設けたリアルタイムPCR装置を提供する。温度制御機構の制御媒体と、蛍光検出機構の検出媒体とを同一画素内に設けることで、各反応領域に対応した高精度の反応制御と蛍光検出を行なうことができるとともにデバイスとしての小型化をより容易にすることができる。
また、本発明は、前記受光部の蛍光検出機構にEL素子(Electro Luminescence)を用いたリアルタイムPCR装置を提供する。EL素子を蛍光検出機構に用いることで、前記電気的信号に早く応答できるため、より高精度の蛍光検出を行なうことができる。
さらに、本発明は、前記温度制御機構の制御媒体として温度制御用薄膜トランジスタ(TFT:Thin Film Transistor)を用い、前記蛍光検出機構の検出媒体として蛍光検出用薄膜トランジスタを用いるリアルタイムPCR装置を提供する。
また、本発明は、前記温度制御機構の制御媒体として温度制御用EL素子を用い、前記蛍光検出機構の検出媒体として蛍光検出用薄膜トランジスタを用いるリアルタイムPCR装置を提供する。
The present invention is a real-time PCR device for detecting gene expression level, a plurality of reaction regions, a heating unit that is provided for each reaction region and heats the reaction region with a heat source having a temperature control mechanism, An optical means capable of irradiating excitation light of a specific wavelength to all of the plurality of reaction regions, and a fluorescence detection unit provided for each of the reaction regions and having a fluorescence detection mechanism for detecting the amount of received fluorescence by converting it into an electrical signal And at least a real-time PCR apparatus.
By providing a fluorescence detection unit for each reaction region and providing a fluorescence detection mechanism that detects the amount of fluorescence converted into an electrical signal, fluorescence can be detected with high accuracy and in real time. Then, highly accurate analysis can be performed by individually performing temperature control and detection control for each reaction region.
In the present invention, the fluorescence detection unit is provided with means for processing the electrical signal detected by the fluorescence detection mechanism based on the correlation between the electrical signal stored in advance and the gene expression level. A PCR device is provided. By performing an arithmetic process on the electrical signal detected by the fluorescence detection mechanism based on the correlation, highly accurate fluorescence detection can be performed for each reaction region.
Subsequently, the present invention provides a real-time PCR apparatus in which the control medium of the temperature control mechanism and the detection medium of the fluorescence detection mechanism are provided in the same pixel. By providing the control medium of the temperature control mechanism and the detection medium of the fluorescence detection mechanism in the same pixel, it is possible to perform highly accurate reaction control and fluorescence detection corresponding to each reaction region and to reduce the size of the device. It can be made easier.
The present invention also provides a real-time PCR apparatus using an EL element (Electro Luminescence) as a fluorescence detection mechanism of the light receiving unit. By using an EL element for a fluorescence detection mechanism, it is possible to respond quickly to the electrical signal, so that more accurate fluorescence detection can be performed.
Furthermore, the present invention provides a real-time PCR apparatus using a temperature control thin film transistor (TFT) as a control medium of the temperature control mechanism and using a fluorescence detection thin film transistor as a detection medium of the fluorescence detection mechanism.
The present invention also provides a real-time PCR apparatus using a temperature control EL element as a control medium of the temperature control mechanism and using a fluorescence detection thin film transistor as a detection medium of the fluorescence detection mechanism.

本発明に係るリアルタイムPCR装置によれば、本発明は、網羅的な解析が可能であり、反応により得られる蛍光を高精度に検出できる。   According to the real-time PCR apparatus according to the present invention, the present invention enables comprehensive analysis and can detect fluorescence obtained by the reaction with high accuracy.

以下、本発明に係る方法の実施形態例について、添付図面を参照にしながら説明する。なお、図面に示された実施形態等は、本発明の好適な実施形態を例示したものであり、これにより本発明が狭く解釈されることはない。   Embodiments of the method according to the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. It should be noted that the embodiments and the like shown in the drawings illustrate preferred embodiments of the present invention, and the present invention is not construed narrowly.

図1は、本発明に係るリアルタイムPCR装置の第1実施形態を側面視した概念図である。図2は、同実施形態において温度制御機構の制御媒体と蛍光検出用機構の検出媒体とを同一回路内に形成した一例の概念図である。図3は、同実施形態において温度制御機構の制御媒体と蛍光検出用機構の検出媒体とを同一回路内に形成した回路図の一例である。なお、以下に使用する図面では、説明の便宜上、装置の構成等については簡素化して示している。   FIG. 1 is a conceptual view of a first embodiment of a real-time PCR apparatus according to the present invention as viewed from the side. FIG. 2 is a conceptual diagram of an example in which the control medium of the temperature control mechanism and the detection medium of the fluorescence detection mechanism are formed in the same circuit in the same embodiment. FIG. 3 is an example of a circuit diagram in which the control medium of the temperature control mechanism and the detection medium of the fluorescence detection mechanism are formed in the same circuit in the same embodiment. In the drawings used below, for the convenience of explanation, the configuration of the apparatus is shown in a simplified manner.

図1中の符号1は、本発明に係るリアルタイムPCR装置を示している。このリアルタイムPCR装置1のサイズや層構造は、目的に応じて適宜選定可能であり、リアルタイムPCR装置1の形態構成についても本発明の目的に沿う範囲で設計又は変更可能である。   Reference numeral 1 in FIG. 1 indicates a real-time PCR apparatus according to the present invention. The size and layer structure of the real-time PCR device 1 can be selected as appropriate according to the purpose, and the configuration of the real-time PCR device 1 can be designed or changed within the scope of the object of the present invention.

リアルタイムPCR装置1は、複数の反応領域A1を有するウェル基板11と、光源12と、該光源12より発せられた励起光L1,L2を導く励起光走査板13とを備えている。そして、フィルター14と、蛍光L3を検出する蛍光検出部15と、前記反応領域A1を加熱する加熱部16と、が測定基板17に設けられている。   The real-time PCR apparatus 1 includes a well substrate 11 having a plurality of reaction regions A1, a light source 12, and an excitation light scanning plate 13 that guides excitation lights L1 and L2 emitted from the light source 12. A filter 14, a fluorescence detection unit 15 that detects fluorescence L 3, and a heating unit 16 that heats the reaction region A 1 are provided on the measurement substrate 17.

リアルタイムPCR装置1では、光源12より発せられた励起光L1が、励起光走査板13を経て、励起光L2として各反応領域A1に照射される。そして、反応領域A1内から発光する蛍光L3を蛍光検出部15により検出・測定される。この蛍光検出部15は、蛍光L3を電気的信号に変換して検出する蛍光検出機構を少なくとも備えている。   In the real-time PCR apparatus 1, the excitation light L1 emitted from the light source 12 passes through the excitation light scanning plate 13 and is irradiated to each reaction region A1 as the excitation light L2. Then, the fluorescence L3 emitted from the reaction region A1 is detected and measured by the fluorescence detector 15. The fluorescence detection unit 15 includes at least a fluorescence detection mechanism that detects the fluorescence L3 by converting it into an electrical signal.

蛍光検出部15を反応領域A1ごとに設け、かつ蛍光L3の光量を電気的信号に変換して検出する蛍光検出機構を備えることで、各反応領域A1の蛍光L3を個別かつ高精度にリアルタイムで解析することができる。   By providing the fluorescence detection unit 15 for each reaction region A1 and including a fluorescence detection mechanism that detects the amount of fluorescence L3 converted into an electrical signal, the fluorescence L3 in each reaction region A1 can be individually and accurately detected in real time. Can be analyzed.

そして、後述するが、本発明では前記蛍光検出部15の蛍光検出機構の検出媒体と、前記加熱部16の温度制御機構の媒体を同一画素内に設けることができる。これにより、デバイスとしての小型化が可能となる。以下、リアルタイムPCR装置1の各構成について詳細に説明する。   As will be described later, in the present invention, the detection medium of the fluorescence detection mechanism of the fluorescence detection unit 15 and the medium of the temperature control mechanism of the heating unit 16 can be provided in the same pixel. Thereby, miniaturization as a device becomes possible. Hereinafter, each component of the real-time PCR apparatus 1 will be described in detail.

ウェル基板11は、複数の反応領域(ウェル)A1を基板内に備えている。この反応領域A1で所定の反応を行う。また、低蛍光発光プラスチック材料やガラスで形成され、例えば人の遺伝子数に匹敵する数をマトリクス状に配置することができる。   The well substrate 11 includes a plurality of reaction regions (wells) A1 in the substrate. A predetermined reaction is performed in the reaction region A1. Further, it is formed of a low fluorescent light emitting plastic material or glass, and for example, a number comparable to the number of human genes can be arranged in a matrix.

本発明では、PCR反応のための反応領域(ウェル)はマイクロ空間であることが望ましい。例えば、ウエルを300μm×300μm×300μm(約30nL容量)とし、約4万個のウエルを並べるとすると、約6cm角の面積を有するデバイスとなる。   In the present invention, the reaction region (well) for the PCR reaction is preferably a microspace. For example, if the wells are 300 μm × 300 μm × 300 μm (capacity of about 30 nL) and about 40,000 wells are arranged, a device having an area of about 6 cm square is obtained.

ここで、個々の反応領域A1の形状は特に限定されず、前記直方体に限らず、反応溶液を保持できる形状であれば、どのような形状でもよい。励起光L1,L2を照射する光路や、蛍光L3を検出する光路等を考慮して適宜好適な形状を選択することができる。例えば、リアルタイムPCR装置2では、反応領域A1内で前記蛍光L3を反射させるため、反応領域A1は曲面部分を有している。   Here, the shape of each reaction region A1 is not particularly limited, and is not limited to the rectangular parallelepiped, and may be any shape as long as the reaction solution can be held. A suitable shape can be appropriately selected in consideration of an optical path for irradiating the excitation lights L1 and L2, an optical path for detecting the fluorescence L3, and the like. For example, in the real-time PCR device 2, the reaction region A1 has a curved surface portion in order to reflect the fluorescence L3 in the reaction region A1.

また、光散乱の影響および外光の影響による、検出感度の低下を抑制するために、反応領域A1は、遮光する材質(例えば、ダイヤモンドライクカーボン等)にてコーティングされていることが望ましい。   Moreover, in order to suppress a decrease in detection sensitivity due to the influence of light scattering and the influence of external light, the reaction region A1 is preferably coated with a light shielding material (for example, diamond-like carbon).

本発明では、前記複数の反応領域A1全てに特定波長の励起光L1,L2を照射可能な光学手段として、光源12や、励起光L1,L2を各反応領域A1に導入するための励起光走査板13などを用いることができる。   In the present invention, as an optical means capable of irradiating the plurality of reaction regions A1 with excitation light L1 and L2 having a specific wavelength, the light source 12 and excitation light scanning for introducing the excitation light L1 and L2 into each reaction region A1. A plate 13 or the like can be used.

光源12は、特定波長の光を発光するものであればよく、その種類は特に限定されないが、好適には、白色もしくは単色の発光ダイオード(LED)を用いることが望ましい。発光ダイオードを用いることで、不要な紫外線や赤外線を含まない光を簡便に得ることができる。   The light source 12 is not particularly limited as long as it emits light of a specific wavelength, and it is preferable to use a white or monochromatic light emitting diode (LED). By using a light emitting diode, light that does not contain unnecessary ultraviolet rays and infrared rays can be easily obtained.

本発明では、光源12の設置場所や光源数については特に限定されない。図示はしないが、各反応領域A1に対応するように光源12を複数設け、各光源12が対応する各反応領域A1に向かって励起光を直接照射する構造としてもよい。   In the present invention, the installation location of the light source 12 and the number of light sources are not particularly limited. Although not shown, a plurality of light sources 12 may be provided so as to correspond to each reaction region A1, and each light source 12 may directly irradiate excitation light toward each corresponding reaction region A1.

この場合、各反応領域A1を光源12で直接照射できるため、励起光L1,L2の光量をより多くとることができるとともに、全ての反応領域A1に均一な励起照射を行うことができる。さらには、各反応領域A1に照射される励起光L1,L2の励起波長や光量を個別制御することができる。励起波長を個別制御するには、例えば、波長の異なる発光素子等を光源12として複数使用することができる。   In this case, since each reaction region A1 can be directly irradiated with the light source 12, more light can be obtained from the excitation lights L1 and L2, and uniform excitation irradiation can be performed on all the reaction regions A1. Furthermore, it is possible to individually control the excitation wavelengths and the light amounts of the excitation light L1 and L2 irradiated to each reaction region A1. In order to individually control the excitation wavelength, for example, a plurality of light emitting elements having different wavelengths can be used as the light source 12.

励起光走査板13は、光源12から発光する励起光L1をウェル基板11内の各反応領域A1に導くものである。前記励起光走査板13内部のスペーサ151に光源12から発せられる励起光L1が導入される。そして、前記励起光走査板13の底部には反射膜131が設けられており、ウェル基板11へ励起光L2を導入することができる。これにより、各反応領域A1内の反応液中の蛍光物質を均一な光量で励起させることができる。前記反射膜131の材料等については特に限定されないが、好適には、ダイクロックミラーを用いることが望ましい。   The excitation light scanning plate 13 guides the excitation light L1 emitted from the light source 12 to each reaction region A1 in the well substrate 11. Excitation light L 1 emitted from the light source 12 is introduced into the spacer 151 inside the excitation light scanning plate 13. A reflection film 131 is provided on the bottom of the excitation light scanning plate 13 so that the excitation light L <b> 2 can be introduced into the well substrate 11. Thereby, the fluorescent substance in the reaction solution in each reaction region A1 can be excited with a uniform amount of light. The material of the reflective film 131 is not particularly limited, but it is preferable to use a dichroic mirror.

また、本発明では、励起光走査板13の上部に、前記励起光L1,L2の波長光のみを透過するフィルター133を設けることが望ましい。これにより、光源12から発せられる光から励起光L2を効率よく取り出し、反応領域A1へ導くことができる。このフィルター133としては、例えば偏光フィルターなどを用いることができる。   In the present invention, it is desirable to provide a filter 133 that transmits only the wavelength light of the excitation light L1 and L2 above the excitation light scanning plate 13. Thereby, the excitation light L2 can be efficiently extracted from the light emitted from the light source 12 and guided to the reaction region A1. As this filter 133, a polarizing filter etc. can be used, for example.

反応領域A1に照射された励起光L2は、反応領域A1内の反応液中のプローブの蛍光物質等に照射されることで蛍光L3を発する。この蛍光L3は反応領域A1内の壁面で反射して、反応領域A1の下方に設けられた蛍光検出部15で検出・測定される。   The excitation light L2 irradiated to the reaction region A1 emits fluorescence L3 when irradiated to the fluorescent substance of the probe in the reaction solution in the reaction region A1. The fluorescence L3 is reflected by the wall surface in the reaction region A1, and is detected and measured by the fluorescence detection unit 15 provided below the reaction region A1.

また、本発明では、特定波長の光(蛍光L3等)を取り出すことができるように、反応領域A1と蛍光検出部15との間にもフィルター14を配置することができる。前記フィルター14は特定波長の光を取り出すことができればよく、その材料は限定されないが、例えば、ダイクロイックミラーを用いることができる。   In the present invention, the filter 14 can also be disposed between the reaction region A1 and the fluorescence detection unit 15 so that light of a specific wavelength (fluorescence L3 or the like) can be extracted. The filter 14 only needs to be able to extract light of a specific wavelength, and the material thereof is not limited. For example, a dichroic mirror can be used.

蛍光検出部15は、反応領域A1に照射された励起光L2に応答して、インターカレートしたプローブ中の蛍光色素が励起することで発せられる蛍光を検出・測定する。   The fluorescence detection unit 15 detects and measures the fluorescence emitted by the excitation of the fluorescent dye in the intercalated probe in response to the excitation light L2 irradiated to the reaction region A1.

そして、本発明では、蛍光検出部15は、受光した蛍光L3の光量を電気的信号に変換して検出する蛍光検出機構を備える。この蛍光検出機構によって、受光した蛍光L3の光量を電気的信号に変換することができ、この電気的信号に基づいて蛍光L3の光量を高精度で測定・検出することができる。また、この電気的信号を測定し続けることで、リアルタイムに蛍光L3の光量を検出することができるため、リアルタイムに遺伝子の発現量を測定できる。   And in this invention, the fluorescence detection part 15 is equipped with the fluorescence detection mechanism which converts and detects the light quantity of the received fluorescence L3 to an electrical signal. With this fluorescence detection mechanism, the received light quantity of the fluorescence L3 can be converted into an electrical signal, and the light quantity of the fluorescence L3 can be measured and detected with high accuracy based on this electrical signal. Further, by continuing to measure this electrical signal, the amount of fluorescence L3 can be detected in real time, so that the gene expression level can be measured in real time.

また、本発明で検出する電気的信号の種類は特に限定されず、例えば電流値でもよいし、電圧値でもよい。さらに、本発明では、蛍光検出部15の蛍光検出機構の検出媒体については、特に限定されないが、フォトダイオード等のフォトセンサーを用いることが望ましく、より好適にはEL素子や薄膜トランジスタ等を用いることが望ましい。   In addition, the type of electrical signal detected by the present invention is not particularly limited, and may be a current value or a voltage value, for example. Furthermore, in the present invention, the detection medium of the fluorescence detection mechanism of the fluorescence detection unit 15 is not particularly limited, but it is desirable to use a photosensor such as a photodiode, and more preferably an EL element, a thin film transistor, or the like. desirable.

フォトダイオードは、受光した光量と発生する電流量の比が安定しているため、高精度の受光素子として、リアルタイムPCR装置1に好適に使用することができる。さらに、EL素子を用いることで、応答速度が速く、蛍光受光による電流発生現象をすぐに感度検出できるため、リアルタイムで遺伝子発現量を高精度で分析できる。   Since the ratio between the amount of received light and the amount of current generated is stable, the photodiode can be suitably used for the real-time PCR device 1 as a highly accurate light receiving element. Furthermore, by using an EL element, the response speed is high, and the current generation phenomenon due to fluorescence reception can be immediately detected, so that the gene expression level can be analyzed with high accuracy in real time.

さらに、本発明では、蛍光検出部15の蛍光検出機構により検出された電気的信号を、予め記憶した遺伝子発現量と電気的信号との相関関係に基づいて演算処理する手段を設けることが望ましい。   Furthermore, in the present invention, it is desirable to provide means for performing an arithmetic processing on the electrical signal detected by the fluorescence detection mechanism of the fluorescence detection unit 15 based on the correlation between the gene expression level stored in advance and the electrical signal.

前記演算処理手段としては、例えば、蛍光検出機構で受光した蛍光の光量を電気的信号(電流値や電圧値等)に変換し、その物理量と遺伝子増幅信号との相関をもった対応テーブル(対応表)を比較算出すること等が挙げられる。このように、各反応領域A1における電気的信号とそれに対応する遺伝子増幅信号との相関関係を予め求めておき、この相関関係情報に基づいて実際の測定時に得た電気的信号量について演算処理することで、各反応領域A1に即した高精度の解析を行うことができる。   As the arithmetic processing means, for example, a correspondence table (corresponding to the correlation between the physical quantity and the gene amplification signal) by converting the amount of fluorescence received by the fluorescence detection mechanism into an electrical signal (current value, voltage value, etc.) Table) and the like. Thus, the correlation between the electrical signal in each reaction region A1 and the corresponding gene amplification signal is obtained in advance, and the electrical signal amount obtained at the time of actual measurement is calculated based on this correlation information. Thus, it is possible to perform a highly accurate analysis in accordance with each reaction region A1.

また、あらかじめ記憶した前記電気的信号と遺伝子発現量の相関関係に基づいて演算処理する手段としては、特に限定されないが、例えば、リアルタイムPCR装置1の内部(例えば、蛍光検出部15や加熱部16など)に記録媒体を組み込んでおき、この記録媒体に前記相関関係を記録しておく手法などを用いることができる。   The means for performing the arithmetic processing based on the correlation between the electrical signal stored in advance and the gene expression level is not particularly limited. For example, the inside of the real-time PCR apparatus 1 (for example, the fluorescence detection unit 15 or the heating unit 16). Etc.), and a method of recording the correlation on the recording medium can be used.

そして、リアルタイムPCR装置1では、加熱部16を各反応領域A1にそれぞれ設けている。前記加熱部16は温度制御機構を備えており、これにより前記加熱部16により反応領域A1の温度制御を行うことができる。これにより、例えば、PCRサイクルを行う場合、熱変性→アニーリング→伸長反応のステップについてより高精度の温度制御を行うことができる。   And in the real-time PCR apparatus 1, the heating part 16 is provided in each reaction area | region A1, respectively. The heating unit 16 includes a temperature control mechanism, whereby the temperature of the reaction region A1 can be controlled by the heating unit 16. Thereby, for example, when performing a PCR cycle, more accurate temperature control can be performed for the steps of thermal denaturation → annealing → extension reaction.

さらに、本発明によれば、前記反応領域A1の加熱時間についても、前記反応領域A1に対応する加熱部16により個別に制御できることができる。前記加熱部16により、前記反応領域A1ごとに加熱温度と加熱時間を個別に制御することで、前記反応領域A1内の増幅反応等をより高精度で制御できる。   Furthermore, according to the present invention, the heating time of the reaction region A1 can be individually controlled by the heating unit 16 corresponding to the reaction region A1. By controlling the heating temperature and the heating time for each reaction region A1 by the heating unit 16, the amplification reaction and the like in the reaction region A1 can be controlled with higher accuracy.

従来のリアルタイムPCR法に用いられるサーマルサイクラー等による温度制御はグラディエント機構が付加されている場合もあるが、各サンプルの温度制御が個別にできないという問題等がある。これに対して、本発明では、各反応領域A1にそれぞれ加熱部16を設けることで、各反応領域A1を個別に温度制御することができる。   Although temperature control by a thermal cycler or the like used in the conventional real-time PCR method may be added with a gradient mechanism, there is a problem that temperature control of each sample cannot be performed individually. On the other hand, in this invention, each reaction area | region A1 can be temperature-controlled separately by providing the heating part 16 in each reaction area | region A1.

更に、加熱部16において、温度制御機構を備えた熱源を用いて各反応領域A1を加熱することで、各反応領域A1をより高精度に温度制御することができる。かかる温度制御機構としては、例えば、熱源の温度をスイッチング素子等を用いて制御する手段等が挙げられ、好適には、温度制御機構の制御媒体として薄膜トランジスタを用いることが望ましい。   Furthermore, in the heating unit 16, each reaction region A1 can be temperature-controlled with higher accuracy by heating each reaction region A1 using a heat source having a temperature control mechanism. Examples of such a temperature control mechanism include means for controlling the temperature of the heat source using a switching element or the like, and it is preferable to use a thin film transistor as a control medium of the temperature control mechanism.

即ち、薄膜トランジスタ等が有するスイッチング機能を利用して、各反応領域A1に対応する熱源についての温度制御を個別に行うことができる。本発明において用いる前記薄膜トランジスタの種類については、特に限定されず、例えば、ポリ珪素や、α−珪素等のタイプを適宜使用できる。   That is, the temperature control for the heat source corresponding to each reaction region A1 can be individually performed using the switching function of the thin film transistor or the like. The type of the thin film transistor used in the present invention is not particularly limited, and for example, a type such as polysilicon or α-silicon can be used as appropriate.

また、加熱部16で使用する熱源としては発熱抵抗体を用いることができ、例えば、白金(Pt)、モリブデン(Mo)、タンタル(Ta)、タングステン(W)、炭化珪素、モリブデンシリサイド、ニッケル−クロム合金、鉄−クロム−アルミニウム合金等を用いることができる。   Further, a heating resistor can be used as a heat source used in the heating unit 16, for example, platinum (Pt), molybdenum (Mo), tantalum (Ta), tungsten (W), silicon carbide, molybdenum silicide, nickel- A chromium alloy, an iron-chromium-aluminum alloy, or the like can be used.

熱源に流れる電流値や電圧値等の電気的信号を制御することで、高精度の温度制御が可能となる。例えば、薄膜トランジスタに印加する電圧をコントロールしてソース(S)−ドレイン(D)間の電流値を可変とすることや、ソース(S)−ドレイン(D)間の電流を定電流電源としてコントロールすること等によって、熱源の温度制御を行なうことができる。   By controlling electric signals such as a current value and a voltage value flowing through the heat source, temperature control with high accuracy becomes possible. For example, the voltage applied to the thin film transistor is controlled to make the current value between the source (S) and the drain (D) variable, or the current between the source (S) and the drain (D) is controlled as a constant current power source. Thus, the temperature control of the heat source can be performed.

蛍光検出部15は、加熱部16と同じ基板上に形成されており、蛍光検出部15の蛍光検出機構と制御媒体と、加熱部の温度制御機構の制御媒体とが、同一画素内に形成されている。同一画素内に形成される形態については、平面的に形成されている状態だけでなく、蛍光検出部15と加熱部16とが積層された状態の場合であってもよい。このように同一画素内に蛍光検出部15の蛍光検出機構の検出媒体と、加熱部16の温度制御機構の制御媒体とを設けることで、デバイスとしての小型化を可能とすることができる。   The fluorescence detection unit 15 is formed on the same substrate as the heating unit 16, and the fluorescence detection mechanism and control medium of the fluorescence detection unit 15 and the control medium of the temperature control mechanism of the heating unit are formed in the same pixel. ing. About the form formed in the same pixel, the case where the fluorescence detection part 15 and the heating part 16 are laminated | stacked may be sufficient as well as the state currently formed planarly. Thus, by providing the detection medium of the fluorescence detection mechanism of the fluorescence detection unit 15 and the control medium of the temperature control mechanism of the heating unit 16 in the same pixel, it is possible to reduce the size of the device.

即ち、本発明では、加熱部16の温度制御機構の制御媒体を、蛍光検出部15の検出媒体と同一の画素回路内に設けることが望ましい。かかる構造とすることで、同じ画素レイヤで温度制御と蛍光検出を行うことができる。これによりデバイス作製上の複雑な工程を行う必要等を省略できるため、デバイスとしての小型化を可能とできるとともに、リアルタイムの検出が更に簡便かつ容易に行うことができる。   That is, in the present invention, it is desirable to provide the control medium of the temperature control mechanism of the heating unit 16 in the same pixel circuit as the detection medium of the fluorescence detection unit 15. With such a structure, temperature control and fluorescence detection can be performed in the same pixel layer. As a result, it is possible to omit the necessity of performing complicated steps in device fabrication, so that the device can be miniaturized, and real-time detection can be performed more simply and easily.

図2は、本発明に係るリアルタイムPCR装置1において温度制御機構の制御媒体と蛍光検出用機構の検出媒体とを同一回路内に形成した一例の概念図である。即ち、前記温度制御機構の制御媒体である温度制御用媒体Tと、前記蛍光検出機構の検出媒体である蛍光検出用媒体Lを同一画素内に作り込まれている。そして、検出される前記電気的信号が比較回路にフィードバックされることによって、加熱制御される構造を有している。図2では、熱源Hが温度制御用媒体Tにより温度制御されており、その同一画素内に蛍光検出用媒体Lが設けられている。   FIG. 2 is a conceptual diagram of an example in which the control medium of the temperature control mechanism and the detection medium of the fluorescence detection mechanism are formed in the same circuit in the real-time PCR apparatus 1 according to the present invention. That is, the temperature control medium T that is a control medium of the temperature control mechanism and the fluorescence detection medium L that is a detection medium of the fluorescence detection mechanism are formed in the same pixel. The detected electric signal is fed back to the comparison circuit, whereby the heating is controlled. In FIG. 2, the temperature of the heat source H is controlled by the temperature control medium T, and the fluorescence detection medium L is provided in the same pixel.

このように前記熱制御用媒体Tと蛍光検出用媒体Lを同一画素内に設けることで、同じ画素レイヤで、熱制御と蛍光検出が可能になり、各反応領域A1に対応した高精度の反応制御と蛍光検出を行なうことができるとともに、デバイス作成において積層構造等のような複雑な構造は不要となり、デバイスとしての小型化を更に容易にすることができる。   Thus, by providing the thermal control medium T and the fluorescence detection medium L in the same pixel, thermal control and fluorescence detection can be performed in the same pixel layer, and a highly accurate reaction corresponding to each reaction region A1. Control and fluorescence detection can be performed, and a complicated structure such as a laminated structure is not required for device fabrication, and the device can be further reduced in size.

この温度制御用媒体Tと蛍光検出用媒体Lからなる画素は、反応領域A1に対応しており、この画素をゲート線(例えば、X方向)とデータ線(例えば、Y方向)に沿ってマトリクス状に複数配置させることもできる。即ち、各反応領域A1(図1参照)に対応する画素を、測定基板17(図1参照)にマトリクス状に配置することができる。   The pixel composed of the temperature control medium T and the fluorescence detection medium L corresponds to the reaction region A1, and the pixel is arranged in a matrix along the gate line (for example, the X direction) and the data line (for example, the Y direction). It is also possible to arrange a plurality of shapes. That is, the pixels corresponding to each reaction region A1 (see FIG. 1) can be arranged in a matrix on the measurement substrate 17 (see FIG. 1).

また、温度制御用媒体Tと蛍光検出用媒体Lとを保護層を解した2段構造として同一画素内に格納することもできる。   Further, the temperature control medium T and the fluorescence detection medium L can be stored in the same pixel as a two-stage structure with a protective layer removed.

図3は、同実施形態において温度制御機構の制御媒体と蛍光検出用機構の検出媒体とを同一回路内に形成した回路図の一例である。即ち、温度制御用媒体Tと蛍光検出用媒体Lとを同一回路内に形成した回路図の一例である。これにより、各画素において温度制御と蛍光検出を直接反応部近傍にて反応検出、および一括制御することができる。   FIG. 3 is an example of a circuit diagram in which the control medium of the temperature control mechanism and the detection medium of the fluorescence detection mechanism are formed in the same circuit in the same embodiment. That is, it is an example of a circuit diagram in which the temperature control medium T and the fluorescence detection medium L are formed in the same circuit. Thereby, in each pixel, the temperature control and the fluorescence detection can be directly detected and collectively controlled in the vicinity of the reaction part.

本発明では、前記温度制御機構の制御媒体として温度制御用薄膜トランジスタを用い、かつ蛍光検出機構の検出媒体として蛍光検出用薄膜トランジスタを用いることが望ましい。各反応領域A1について、温度制御用と蛍光検出用のそれぞれの薄膜トランジスタを同一画素内に設けることで、ウェルに密接に設置している熱制御と同時に蛍光検出を同一構成制御実現できることで、その反応検出手段を別途に、例えば検出基板などの別構成手段を設ける必要性が無くなる。同一構成上に検出手段を有することで、反応検出をより密接に直接検出することで検出精度が向上できる。さらに、熱制御配線および蛍光検出配線マトリクス構成を同一画素構成することで、現状、検出手段として別手段として必要しているデバイスよりも更にリアルタイムに検出信号を検出し、さらには小型化を実現することを可能にすることができる。   In the present invention, it is desirable to use a temperature control thin film transistor as a control medium of the temperature control mechanism and to use a fluorescence detection thin film transistor as a detection medium of the fluorescence detection mechanism. For each reaction region A1, by providing the thin film transistors for temperature control and fluorescence detection in the same pixel, it is possible to realize fluorescence detection and the same configuration control simultaneously with thermal control closely placed in the well. There is no need to provide a separate detection means such as a detection substrate separately from the detection means. By having the detection means on the same configuration, detection accuracy can be improved by detecting reaction detection more closely and directly. Furthermore, by configuring the thermal control wiring and the fluorescence detection wiring matrix configuration as the same pixel, the detection signal is detected in real time more than a device that is currently required as a separate means as a detection means, and further miniaturization is realized. Can make it possible.

あるいは、本発明では、前記温度制御機構の制御媒体として温度制御用薄膜トランジスタを用い、かつ蛍光検出機構の検出媒体として蛍光検出用EL素子を用いることが望ましい。これにより、ウェルに密接に設置している熱制御と同時に蛍光検出を同一構成制御実現できることで、その反応検出手段を別途に、例えば検出基板などの別構成手段を設ける必要性が無くなる。同一構成上に検出手段を有することで、反応検出をより密接に直接検出することで検出精度が向上できる。さらに、熱制御配線および蛍光検出配線マトリクス構成を同一画素構成することで、現状、検出手段として別手段として必要しているデバイスよりも更にリアルタイムに検出信号を検出し、さらには、より小型化の実現を可能とすることができる。   Alternatively, in the present invention, it is desirable to use a temperature control thin film transistor as the control medium of the temperature control mechanism and use a fluorescence detection EL element as the detection medium of the fluorescence detection mechanism. As a result, it is possible to realize the same configuration control of the fluorescence detection simultaneously with the thermal control that is closely installed in the well, thereby eliminating the need for providing the reaction detection unit separately, for example, another configuration unit such as a detection substrate. By having the detection means on the same configuration, detection accuracy can be improved by detecting reaction detection more closely and directly. Furthermore, by configuring the thermal control wiring and the fluorescence detection wiring matrix configuration as the same pixel, it is possible to detect detection signals in real time more than devices currently required as separate means as detection means, and further miniaturization. Realization can be possible.

このように前記熱制御媒体である薄膜トランジスタ素子Tの画素回路内に、受光専用のEL素子Lの画素回路を設けることで、同じ画素レイヤで、熱制御と蛍光検出が可能になり、リアルタイムの検出を高精度で行なうことができる。また、デバイス作成において積層構造等のような複雑な構造は不要となり、デバイスとしての小型化を更に容易にすることができる。   Thus, by providing the pixel circuit of the EL element L dedicated to light reception in the pixel circuit of the thin film transistor element T which is the thermal control medium, thermal control and fluorescence detection can be performed in the same pixel layer, and real-time detection is performed. Can be performed with high accuracy. In addition, a complicated structure such as a laminated structure is not necessary for device creation, and the device can be further reduced in size.

本発明では、反応領域A1の温度制御を行なうためにペルチェ素子18を備えることが望ましい。PCRサイクルは、「熱変性→アニーリング(プライマーのハイブリダイゼーション)→伸長反応」のステップに応じて温度制御を行なう必要があるが、ペルチェ素子18を設けることで、定温制御がより容易であり、高精度の温度制御を行なうことができる。例えば、予め、反応領域A1内の温度をPCRサイクルの最低温度(例えば、55℃)に維持しておくことができる。   In the present invention, it is desirable to provide the Peltier element 18 in order to control the temperature of the reaction region A1. In the PCR cycle, it is necessary to control the temperature in accordance with the steps of “thermal denaturation → annealing (primer hybridization) → extension reaction”, but by providing the Peltier element 18, constant temperature control is easier, Accurate temperature control can be performed. For example, the temperature in the reaction region A1 can be maintained in advance at the lowest temperature of the PCR cycle (for example, 55 ° C.).

本発明に係るリアルタイムPCR装置1では、通常用いられているPCR法を行なうことができる。具体的には、(1)増幅させたい目標DNA、(2)目標DNAと特異的に結合する少なくとも2種のオリゴヌクレオチドプライマ−、(3)緩衝液、(4)酵素、(5)dATP,dCTP,dGTP,dTTPのようなデオキシリボヌクレオチド三リン酸、等を用い、「熱変性→アニーリング(プライマーのハイブリダイゼーション)→伸長反応」のサイクルを繰り返すことで、前記目標DNAを所望する量まで増幅させること等ができる。   In the real-time PCR apparatus 1 according to the present invention, a commonly used PCR method can be performed. Specifically, (1) target DNA to be amplified, (2) at least two oligonucleotide primers that specifically bind to the target DNA, (3) buffer, (4) enzyme, (5) dATP, By using a deoxyribonucleotide triphosphate such as dCTP, dGTP, dTTP, etc., the cycle of “thermal denaturation → annealing (primer hybridization) → extension reaction” is repeated to amplify the target DNA to a desired amount. Can do so.

以下、本発明に係るリアルタイムPCR装置1を用いた測定手順の一例について説明する。   Hereinafter, an example of a measurement procedure using the real-time PCR apparatus 1 according to the present invention will be described.

各反応領域A1には、予め設計された異なる遺伝子配列を有するプライマーを投入する。投入方法については、特に限定されず、例えば、インクジェット等を用いる方法によることができる。このように各反応領域A1に各プライマーを含む溶液を滴下して乾燥させる。   Primers having different gene sequences designed in advance are introduced into each reaction region A1. The charging method is not particularly limited, and can be, for example, a method using an inkjet or the like. In this manner, a solution containing each primer is dropped into each reaction region A1 and dried.

続いて、検体から抽出したTotal RNAを逆転写(reverse transcription)法によりcDNAに転写して、各反応領域A1に投入する。これと併せて、増幅に必要となる各塩基の原材料となるデオキシヌクレオチド三リン酸(dNTP)、インターカレータ(「SYBR(登録商標)GREEN I」)、DNA伸長増幅反応に必要な酵素DNAポリメラーゼ等を投入する。   Subsequently, the total RNA extracted from the specimen is transcribed into cDNA by the reverse transcription method and put into each reaction region A1. In addition to this, deoxynucleotide triphosphate (dNTP), intercalator (“SYBR (registered trademark) GREEN I”), an enzyme DNA polymerase necessary for DNA extension amplification reaction, etc., which are raw materials of each base necessary for amplification .

熱変性ステップでは、反応領域A1内が95℃となるように加熱部16等により設定し、二本鎖のDNAを変性させ一本鎖DNAにする。続くアニーリングステップでは、反応領域A1内が55℃となるように設定することで、プライマーが前記一本鎖DNA相補的な塩基配列と結合させる。次のDNA伸長ステップでは、反応領域A1内が72℃となるように設定することで、プライマーをDNA合成の開始点として、ポリメラーゼ反応を進行させてcDNAを伸長させる。   In the heat denaturation step, the reaction zone A1 is set by the heating unit 16 or the like so as to be 95 ° C., and the double-stranded DNA is denatured to form a single-stranded DNA. In the subsequent annealing step, the primer is bound to the single-stranded DNA-complementary base sequence by setting the reaction region A1 to be 55 ° C. In the next DNA extension step, the reaction region A1 is set to be 72 ° C., and the primer is used as a starting point for DNA synthesis to advance the polymerase reaction to extend the cDNA.

このような「95℃(熱変性)→55℃(プライマーのハイブリダイゼーション)→72℃(DNA伸長)」の温度サイクル毎に、各反応領域A1内のcDNAは2倍量に増幅されていく。そして、各反応領域A1にそれぞれ設置された加熱部16によって、各反応領域A1内の温度を設計したプライマー反応の最適値に制御できる。また、プライマーのハイブリダイゼーション時間やポリメラーゼ反応時間も制御できるため、不要な反応副産物の生成も制御できる。その結果、各反応領域A1内の遺伝子(cDNA)の増幅率を一定に揃えることができるため、精度のよいPCR反応を行なうことができる。   For each temperature cycle of “95 ° C. (thermal denaturation) → 55 ° C. (primer hybridization) → 72 ° C. (DNA extension)”, the cDNA in each reaction region A1 is amplified by a double amount. And the temperature in each reaction area | region A1 can be controlled to the optimal value of the designed primer reaction by the heating part 16 each installed in each reaction area | region A1. In addition, since the primer hybridization time and the polymerase reaction time can be controlled, generation of unnecessary reaction byproducts can also be controlled. As a result, since the amplification rate of the gene (cDNA) in each reaction region A1 can be made constant, a highly accurate PCR reaction can be performed.

DNAの複製反応時に生成されたds−DNAには、SYBR GREEN Iがインターカレートする。このSYBR GREEN Iは、ds−DNAにインターカレートし、その後に励起光L2を照射することで励起して蛍光を発光する物質である(励起光波長:497nm、発光波長:520nm)。   SYBR GREEN I intercalates into ds-DNA produced during the DNA replication reaction. This SYBR GREEN I is a substance that intercalates into ds-DNA and then emits fluorescence when irradiated with excitation light L2 (excitation light wavelength: 497 nm, emission wavelength: 520 nm).

これにより、DNAポリメラーゼによるDNA複製時に、光源12からの光L1が励起光走査板13を経由して励起光L2として、インターカレートしたSYBR GREEN Iを励起させて蛍光L3を発光させる。この蛍光L3の発光量を前記温度サイクル毎に蛍光検出部11で測定し、定量化する。そして、温度サイクル数とこれに対応する発光量との相関関係に基づいて、遺伝子発現量として初期cDNA量を求めることができる。   Thereby, at the time of DNA replication by the DNA polymerase, the light L1 from the light source 12 is excited as the excitation light L2 via the excitation light scanning plate 13 to excite the intercalated SYBR GREEN I to emit the fluorescence L3. The light emission amount of the fluorescence L3 is measured by the fluorescence detection unit 11 for each temperature cycle and quantified. Then, based on the correlation between the number of temperature cycles and the amount of luminescence corresponding thereto, the initial cDNA amount can be obtained as the gene expression amount.

図4は、本発明に係るリアルタイムPCR装置の第2実施形態を側面視した概念図である。以下、第1実施形態との相違点を中心に説明し、共通する部分についてはその説明を割愛する。   FIG. 4 is a conceptual view of the second embodiment of the real-time PCR device according to the present invention as viewed from the side. Hereinafter, the difference from the first embodiment will be mainly described, and the description of the common parts will be omitted.

このリアルタイムPCR装置2は、反応領域(ウェル)A2ごとに蛍光検出部25や加熱部26や備えている点では、第1の実施形態と共通する。しかし、励起光L2をウェル基板21の上方から照射して、反応領域A2内を透過した蛍光L3を検出する点等で相違する。   This real-time PCR device 2 is common to the first embodiment in that it includes a fluorescence detection unit 25 and a heating unit 26 for each reaction region (well) A2. However, the difference is that, for example, the fluorescence L3 transmitted through the reaction region A2 is detected by irradiating the excitation light L2 from above the well substrate 21.

リアルタイムPCR装置2では、光源22から発せられる励起光L1が、励起光走査板23によって反応領域A2に導かれる。励起光走査板23では、スペーサ231を励起光L1が通過し、反射膜232とフィルター233によりウェル基板21に励起光L2が導入される。   In the real-time PCR device 2, the excitation light L <b> 1 emitted from the light source 22 is guided to the reaction region A <b> 2 by the excitation light scanning plate 23. In the excitation light scanning plate 23, the excitation light L 1 passes through the spacer 231, and the excitation light L 2 is introduced into the well substrate 21 by the reflective film 232 and the filter 233.

そして、該励起光L2は、反応領域A2内の反応液中のプローブの蛍光物質等に照射されることで蛍光L3を発する。この蛍光L3は、反応領域A2の下方に設けられた蛍光検出部25で検出・測定される。   And this excitation light L2 emits fluorescence L3 by irradiating the fluorescent substance etc. of the probe in the reaction liquid in reaction region A2. This fluorescence L3 is detected and measured by a fluorescence detection unit 25 provided below the reaction region A2.

また、温度制御は、反応領域A1下方に設けられた加熱部26により行われ、ペルチェ素子28などによって定温制御することができる。また、蛍光検出部25と加熱部26は測定基板27に設けられる。   Further, the temperature control is performed by the heating unit 26 provided below the reaction region A1, and can be controlled at a constant temperature by the Peltier element 28 or the like. Further, the fluorescence detection unit 25 and the heating unit 26 are provided on the measurement substrate 27.

本発明によれば、個別温度制御と個別蛍光検出を行なうことで、網羅的に遺伝子の発現量を短時間で解析することができる。   According to the present invention, gene expression levels can be comprehensively analyzed in a short time by performing individual temperature control and individual fluorescence detection.

一般的なリアルタイムPCR装置では、「熱変性→アニーリング→伸長反応」からなるサイクルを30サイクル程度行なうために25〜30分の反応時間を要する。その際、約2℃/秒の温度制御を行っている。これに対して、本発明に係るリアルタイムPCR装置では、20℃以上/秒の温度制御が可能であるため、1サイクルあたり40秒程度の時間短縮が可能となり、30サイクル全体ではおよそ25分以下の反応時間が達成できる。   In a general real-time PCR apparatus, a reaction time of 25 to 30 minutes is required to perform about 30 cycles consisting of “thermal denaturation → annealing → extension reaction”. At that time, the temperature is controlled at about 2 ° C./second. On the other hand, the real-time PCR apparatus according to the present invention can control the temperature at 20 ° C. or more / second, so that the time can be shortened by about 40 seconds per cycle, and the total of 30 cycles is about 25 minutes or less. Reaction time can be achieved.

また、プライマーの設計に応じて、アニーリング時間、伸長反応時間を高精度でコントロールすることができるため、増幅率を一定倍率(例えば2倍等)に揃えることができるため、遺伝子発現量の検出精度を向上させることができる。   In addition, the annealing time and extension reaction time can be controlled with high accuracy according to the design of the primer, so that the amplification rate can be adjusted to a constant magnification (for example, 2 times, etc.), so that the detection accuracy of the gene expression level can be adjusted. Can be improved.

本発明に係るリアルタイムPCR装置の第1実施形態を側面視した概念図である。It is the conceptual diagram which looked at 1st Embodiment of the real-time PCR apparatus which concerns on this invention from the side. 本発明に係るリアルタイムPCR装置1において温度制御機構の制御媒体と蛍光検出用機構の検出媒体とを同一回路内に形成した一例の概念図である。It is a conceptual diagram of an example in which the control medium of the temperature control mechanism and the detection medium of the fluorescence detection mechanism are formed in the same circuit in the real-time PCR apparatus 1 according to the present invention. 同実施形態において温度制御機構の制御媒体と蛍光検出用機構の検出媒体とを同一回路内に形成した回路図の一例である。FIG. 3 is an example of a circuit diagram in which a control medium of a temperature control mechanism and a detection medium of a fluorescence detection mechanism are formed in the same circuit in the same embodiment. 本発明に係るリアルタイムPCR装置の第2実施形態を側面視した概念図である。It is the conceptual diagram which looked at 2nd Embodiment of the real-time PCR apparatus which concerns on this invention side.

符号の説明Explanation of symbols

1,2 リアルタイムPCR装置
11,21 ウェル基板
12,22 光源
13,23 励起光走査板
14,24 フィルター
15,25 蛍光検出部
16,26 加熱部
17,27 測定基板
18,28 ペルチェ素子
1, 2 Real-time PCR device 11, 21 Well substrate 12, 22 Light source 13, 23 Excitation light scanning plate 14, 24 Filter 15, 25 Fluorescence detection unit 16, 26 Heating unit 17, 27 Measurement substrate 18, 28 Peltier element

Claims (6)

遺伝子発現量を検出するリアルタイムPCR装置であって、
複数の反応領域と、
前記反応領域ごとに設けられ、温度制御機構を備えた熱源により前記反応領域を加熱する加熱部と、
前記複数の反応領域全てに特定波長の励起光を照射可能な光学手段と、
前記反応領域ごとに設けられ、受光した蛍光の光量を電気的信号に変換して検出する蛍光検出機構を備える蛍光検出部と、
を少なくとも備えたリアルタイムPCR装置。
A real-time PCR device for detecting gene expression level,
Multiple reaction zones;
A heating unit that is provided for each reaction region and heats the reaction region by a heat source having a temperature control mechanism;
Optical means capable of irradiating excitation light of a specific wavelength to all of the plurality of reaction regions;
A fluorescence detection unit that is provided for each reaction region and includes a fluorescence detection mechanism that detects the amount of received fluorescence by converting it into an electrical signal;
A real-time PCR apparatus comprising at least
前記蛍光検出部は、前記蛍光検出機構により検出された電気的信号を、あらかじめ記憶された電気的信号と遺伝子発現量の相関関係に基づいて演算処理する手段を備えることを特徴とする請求項1記載のリアルタイムPCR装置。   The said fluorescence detection part is provided with a means to process the electrical signal detected by the said fluorescence detection mechanism based on the correlation of the electrical signal and gene expression level which were stored beforehand. The real-time PCR apparatus described. 前記温度制御機構の制御媒体と、前記蛍光検出機構の検出媒体とは、同一画素内に設けられていることを特徴とする請求項1記載のリアルタイムPCR装置。   The real-time PCR apparatus according to claim 1, wherein the control medium of the temperature control mechanism and the detection medium of the fluorescence detection mechanism are provided in the same pixel. 前記受光部の蛍光検出機構は、EL素子を用いることを特徴とする請求項1記載のリアルタイムPCR装置。   2. The real-time PCR apparatus according to claim 1, wherein an EL element is used for the fluorescence detection mechanism of the light receiving unit. 前記温度制御機構の制御媒体は、温度制御用薄膜トランジスタであり、
前記蛍光検出機構の検出媒体は、蛍光検出用薄膜トランジスタであることを特徴とする請求項3記載のリアルタイムPCR装置。
The control medium of the temperature control mechanism is a temperature control thin film transistor,
The real-time PCR apparatus according to claim 3, wherein the detection medium of the fluorescence detection mechanism is a thin film transistor for fluorescence detection.
前記温度制御機構の制御媒体は、温度制御用EL素子であり、
前記蛍光検出機構の検出媒体は、蛍光検出用薄膜トランジスタであることを特徴とする請求項3記載のリアルタイムPCR装置。
The control medium of the temperature control mechanism is a temperature control EL element,
The real-time PCR apparatus according to claim 3, wherein the detection medium of the fluorescence detection mechanism is a thin film transistor for fluorescence detection.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102174386A (en) * 2011-02-18 2011-09-07 张家林 Temperature control unit of narrow and long thermal cycle block and thermal cycler

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