JP2009201402A - Method for detecting target nucleic acid, and substrate body for detecting target nucleic acid - Google Patents

Method for detecting target nucleic acid, and substrate body for detecting target nucleic acid Download PDF

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    • C12Q1/6837Enzymatic or biochemical coupling of nucleic acids to a solid phase using probe arrays or probe chips

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a substrate body for detecting target nucleic acids by which the plurality of target nucleic acids can simultaneously be detected in a small number of detecting sections, and to provide a method for detecting the target nucleic acids using the substrate body. <P>SOLUTION: The method for detecting the target nucleic acids comprises a feeding step of feeding a nucleic acid sample to the substrate body for detecting the target nucleic acids provided with a substrate, a plurality of nucleic acid probes complementary to each of the plurality of mutually different target nucleic acids, and the detecting sections which are provided on the substrate with the plurality of nucleic acid probes immobilized in different amounts of immobilization in the same region, respectively, a hybridization step of hybridizing the nucleic acid sample to the nucleic acid probes, and affording a hybrid chain, a detection step of detecting amounts of signals derived from the hybrid chain from the detecting sections, and a determining step of determining the presence or absence of the target nucleic acids contained in the nucleic acid sample from the amounts of the signals. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、標的核酸の検出方法および標的核酸検出用基体に関する。   The present invention relates to a target nucleic acid detection method and a target nucleic acid detection substrate.

遺伝子工学の飛躍的進歩の中、様々な核酸の検出方法が考案されてきた(例えば、特許文献1参照)。中でも標的核酸検出用基体(例えば、DNAチップ)による核酸の検出は、多種類の標的核酸を同時に検出することができるため、特に優れている。   Amid various advances in genetic engineering, various nucleic acid detection methods have been devised (see, for example, Patent Document 1). Among them, detection of nucleic acids using a target nucleic acid detection substrate (for example, a DNA chip) is particularly excellent because many types of target nucleic acids can be detected simultaneously.

標的核酸検出用基体は、様々な分野、例えば医療、法医学、農業、畜産、漁業および林業などの分野において幅広く使用されている。特に、医療分野において、DNAチップは、遺伝子診断の強力な道具であり、例えば、患者個々人のSNPの解析によって患者個々人についての薬の薬理効果および副作用の予測が可能となる。DNAチップによるSNPの解析によって個々人に最適な治療を提供するテーラーメイド医療が一部実現しつつある。   The target nucleic acid detection substrate is widely used in various fields such as medical, forensic medicine, agriculture, livestock, fishery and forestry. In particular, in the medical field, a DNA chip is a powerful tool for genetic diagnosis. For example, the pharmacological effect and side effects of a drug can be predicted for each patient by analyzing the SNP of each patient. Some tailor-made medical treatments that provide optimal treatment to individuals are being realized by analyzing SNPs using DNA chips.

標的核酸検出用基体は、基板上の異なる複数の検出区画にそれぞれ目的とする標的配列と相補的な配列を有する核酸プローブが1種類ずつ固定されている。検出区画上の核酸プローブに核酸試料がハイブリダイゼーションをした場合、このハイブリダイゼーション鎖に由来するシグナルが発生するため、これを検出することにより核酸試料中の標的核酸の有無が明らかになる。   In the target nucleic acid detection substrate, one type of nucleic acid probe having a sequence complementary to the target sequence is fixed to each of a plurality of different detection sections on the substrate. When the nucleic acid sample is hybridized with the nucleic acid probe on the detection section, a signal derived from the hybridization strand is generated. By detecting this, the presence or absence of the target nucleic acid in the nucleic acid sample becomes clear.

このような標的核酸検出用基体を用いる標的核酸の検出方法には、主に、蛍光による検出と電気化学的な検出がある(例えば、特許文献2参照)。蛍光による検出は、結果を視覚的に認識することができるので、検出結果の判定ミスを防止することができる。一方、電気化学的な検出は、電流値のみによって検査を行うことができるので、装置の小型化、検査費用の低額化、検査時間の短縮化が可能になる。
特開2004−24035号公報 再表2004−011643号公報
The target nucleic acid detection method using such a target nucleic acid detection substrate mainly includes fluorescence detection and electrochemical detection (see, for example, Patent Document 2). Since the detection by fluorescence can visually recognize the result, it is possible to prevent an erroneous determination of the detection result. On the other hand, since the electrochemical detection can be performed only by the current value, the apparatus can be downsized, the inspection cost can be reduced, and the inspection time can be shortened.
JP 2004-24035 A No. 2004-011643

医療分野等における標的核酸検出用基体の役割が増すにつれて、今まで以上に同一基体にて多種類の標的核酸の検出が必要となることが予想される。しかしながら、一定面積の基体に配置可能な検出区画の数には限りがあるため、多種類の標的核酸を検出する場合、複数枚の基体を使用しなければならず、検査が煩雑になる恐れがある。特に、電気化学的な検出の場合、必要な電流値を得るためには、ある一定以上の電極面積が必要となるので、一枚の基体に配置可能な検出区画の数は必然的に制限される。   As the role of target nucleic acid detection substrates in the medical field and the like increases, it is expected that more types of target nucleic acids need to be detected on the same substrate than ever before. However, since the number of detection sections that can be arranged on a substrate having a certain area is limited, when detecting many types of target nucleic acids, a plurality of substrates must be used, and the inspection may be complicated. is there. In particular, in the case of electrochemical detection, in order to obtain a necessary current value, an electrode area larger than a certain value is required, so the number of detection sections that can be arranged on one substrate is necessarily limited. The

従って、多種類の標的核酸の検出を行なわなければならない場合は、複数枚の基体を使用して検出するか、もしくは基体の面積を増加させて検出区画数を増やすしかなく、検査操作が煩雑になったり、あるいは基体の小型化が阻害され利便性に劣るなどの問題が生じる。   Therefore, when multiple types of target nucleic acids must be detected, detection must be performed using a plurality of substrates, or the number of detection sections can be increased by increasing the area of the substrate, which complicates the inspection operation. Or the miniaturization of the substrate is hindered and the convenience is inferior.

本発明は、このような既存の基体の問題を解決しようとするものであり、少ない検出区画数にて多数の標的核酸を同時に検出することができる標的核酸検出用基体および前記基体を使用した標的核酸の検出方法を提供することを目的とする。   The present invention is intended to solve such problems of existing substrates, and a target nucleic acid detection substrate capable of simultaneously detecting a large number of target nucleic acids with a small number of detection sections and a target using the substrate. It aims at providing the detection method of a nucleic acid.

本発明の第1の骨子は、基体の同一検出区画内に2種類以上の核酸プローブを異なる量で固定した標的核酸検出用基体を用いる。この基体を用いて従来と同様、核酸試料とのハイブリダイゼーションを行い、各検出区画からハイブリダイゼーションに由来するシグナル量を測定する。このとき、前記検出区画から得られるシグナル量と各核酸プローブの固定量との間には対応関係がある。従って、検出区画から得られるシグナル量から、どの核酸プローブに核酸試料がハイブリダイゼーションしたかを判定することができる。これにより、検出区画数を増やすことなく一検出区画内で2種類以上の標的核酸を識別することができる。   The first gist of the present invention uses a target nucleic acid detection substrate in which two or more kinds of nucleic acid probes are immobilized in different amounts in the same detection section of the substrate. Using this substrate, hybridization with a nucleic acid sample is performed in the same manner as before, and the amount of signal derived from hybridization is measured from each detection section. At this time, there is a correspondence between the signal amount obtained from the detection section and the fixed amount of each nucleic acid probe. Therefore, it can be determined to which nucleic acid probe the nucleic acid sample has hybridized from the signal amount obtained from the detection section. Thereby, two or more types of target nucleic acids can be identified within one detection section without increasing the number of detection sections.

また、本発明の第2の骨子は、基体の同一検出区画内に異なるTm値を示す2種類以上の核酸プローブを固定した核酸検出用基体を用いる。この基体を用いて、核酸試料と、異なる反応温度にて複数回のハイブリダイゼーションを行ない、各反応温度毎に、前記検出区画からハイブリダイゼーションに由来するシグナル量を測定する。このとき、各核酸プローブのTm値と、各温度毎に前記検出区画から得られたシグナル量とは関係がある。従って、検出区画から得られるシグナル量から、どの核酸プローブに核酸試料がハイブリダイゼーションしたかを判定することができる。これにより、上記と同様、一検出区画内で2種類以上の標的核酸を識別することができる。   In addition, the second gist of the present invention uses a nucleic acid detection substrate in which two or more kinds of nucleic acid probes showing different Tm values are fixed in the same detection section of the substrate. Using this substrate, hybridization with a nucleic acid sample is performed a plurality of times at different reaction temperatures, and the amount of signal derived from hybridization is measured from the detection compartment at each reaction temperature. At this time, there is a relationship between the Tm value of each nucleic acid probe and the amount of signal obtained from the detection section for each temperature. Therefore, it can be determined to which nucleic acid probe the nucleic acid sample has hybridized from the signal amount obtained from the detection section. Thereby, two or more types of target nucleic acids can be identified within one detection section as described above.

即ち、本発明は、基板と、複数の互いに異なる標的核酸にそれぞれ相補的な複数の核酸プローブと、前記基板上に設けられ、同一領域内に前記複数の核酸プローブがそれぞれ異なる固定量で固定された検出区画と、を備える標的核酸検出用基体に、核酸試料を供給する供給工程と、前記核酸試料を前記核酸プローブにハイブリダイズさせ、ハイブリッド鎖を得るハイブリダイゼーション工程と、前記検出区画から前記ハイブリッド鎖に由来するシグナル量を検出する検出工程と、前記シグナル量から前記核酸試料に含まれる標的核酸の有無を判定する判定工程とを行なうことを特徴とする標的核酸の検出方法を提供する。   That is, the present invention provides a substrate, a plurality of nucleic acid probes complementary to a plurality of different target nucleic acids, and the substrate, wherein the plurality of nucleic acid probes are fixed in different amounts in the same region. A supply step of supplying a nucleic acid sample to a target nucleic acid detection substrate comprising: a detection zone; a hybridization step of hybridizing the nucleic acid sample to the nucleic acid probe to obtain a hybrid chain; and the hybrid from the detection zone Provided is a method for detecting a target nucleic acid, comprising performing a detection step for detecting a signal amount derived from a chain and a determination step for determining the presence or absence of a target nucleic acid contained in the nucleic acid sample from the signal amount.

また、本発明は、基板と、異なる標的核酸にそれぞれ相補的であって、互いに異なるTm値を示す複数種類の核酸プローブと、前記基板上に設けられ、同一領域内に前記複数種類の核酸プローブが固定された検出区画と、を備える標的核酸検出用基体に、核酸試料を供給する供給工程と、前記複数種類の核酸プローブのすべての種類の核酸プローブが前記標的核酸とのハイブリッド鎖の形成を維持する温度と、前記複数種類の核酸プローブのうち、各々の核酸プローブが前記標的核酸を解離する各温度とで前記核酸試料と前記標的核酸検出用基体との反応を行う反応工程と、前記複数の温度における各反応工程で得られたシグナル量を検出する検出工程と、前記検出工程で得られたシグナル量から前記核酸試料に含まれる標的核酸の有無を判定する判定工程とを行なうことを特徴とする標的核酸の検出方法を提供する。   The present invention also provides a substrate, a plurality of types of nucleic acid probes that are complementary to different target nucleic acids and exhibit different Tm values, and the plurality of types of nucleic acid probes provided on the substrate, in the same region. A supply step of supplying a nucleic acid sample to a target nucleic acid detection substrate provided with a detection section, wherein all types of nucleic acid probes of the plurality of types of nucleic acid probes form hybrid chains with the target nucleic acid. A reaction step of reacting the nucleic acid sample with the target nucleic acid detection substrate at a temperature to be maintained and each temperature at which each nucleic acid probe dissociates the target nucleic acid among the plurality of types of nucleic acid probes; Detection step for detecting the amount of signal obtained in each reaction step at the temperature of and the presence or absence of the target nucleic acid contained in the nucleic acid sample from the amount of signal obtained in the detection step It provides a method for detecting a target nucleic acid and performing a that determination step.

さらに、本発明は、基板と、複数の互いに異なる標的核酸にそれぞれ相補的な複数の核酸プローブと、前記基板上に設けられ、同一領域内に前記複数の核酸プローブがそれぞれ異なる固定量で固定された検出区画と、を備える標的核酸検出用基体を提供する。   Furthermore, the present invention provides a substrate, a plurality of nucleic acid probes complementary to a plurality of different target nucleic acids, and the substrate, wherein the plurality of nucleic acid probes are fixed in different amounts in the same region. And a target nucleic acid detection substrate comprising a detection compartment.

さらにまた、本発明は、基板と、複数の互いに異なる標的核酸にそれぞれ相補的であり、各々異なるTm値を示す第1および第2の核酸プローブと、前記基板上に設けられ、同一領域内に前記第1および第2の核酸プローブが固定された検出区画と、を備える標的核酸検出用基体を提供する。   Furthermore, the present invention provides a substrate, first and second nucleic acid probes that are complementary to a plurality of different target nucleic acids, each having a different Tm value, and provided on the substrate, in the same region. A target nucleic acid detection substrate comprising: a detection section on which the first and second nucleic acid probes are fixed.

本発明によれば、少ない検出区画数の基体であっても多数の標的核酸を同時に検出することができる。従って、検出基体の小型化が可能となり、あるいは検出操作の簡便化を達成することができるなどの利点を有する。   According to the present invention, a large number of target nucleic acids can be detected simultaneously even with a substrate having a small number of detection sections. Therefore, the detection substrate can be downsized, or the detection operation can be simplified.

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

1.第1の実施形態
(1)標的核酸検出用基体
(基本的構成)
図1は、第1の実施形態における標的核酸検出用基体1の模式図である。標的核酸検出用基体1は、基体2および検出区画3で構成され、1以上の検出区画3が基体2上に整列している。電気化学的な検出の場合、各検出区画3にはそれぞれ1つの電極が配置され、各電極は、電気化学的シグナルを取り出すためのパット4にそれぞれ接続されている。
1. First Embodiment (1) Target Nucleic Acid Detection Substrate (Basic Configuration)
FIG. 1 is a schematic diagram of a target nucleic acid detection substrate 1 in the first embodiment. The target nucleic acid detection substrate 1 includes a substrate 2 and a detection section 3, and one or more detection sections 3 are aligned on the substrate 2. In the case of electrochemical detection, one electrode is arranged in each detection section 3, and each electrode is connected to a pad 4 for taking out an electrochemical signal.

標的核酸検出用基体1は、例えば、核酸試料溶液を注入可能なプラスチック容器内に封入されていてもよい。前記プラスチック容器には核酸試料溶液を注入可能な注入口が設けられており、前記注入口から核酸試料溶液を注入すると、前記プラスチック容器内で標的核酸検出用基体1が核酸試料溶液に浸るような構造となっている。   The target nucleic acid detection substrate 1 may be enclosed in, for example, a plastic container into which a nucleic acid sample solution can be injected. The plastic container is provided with an inlet through which a nucleic acid sample solution can be injected. When the nucleic acid sample solution is injected from the inlet, the target nucleic acid detection substrate 1 is immersed in the nucleic acid sample solution in the plastic container. It has a structure.

基体2には、任意の材料を使用することができるが、好ましくは、シリコン、ガラス、石英ガラス、石英などのシリカ含有基体、ポリアクリルアミド、ポリスチレンおよびポリカーボネートなどのプラスチック基体が使用される。基体2は、板状体または球状体を含む任意の形状とすることができるが、好ましくは、アレイまたはチップとも称される板状体の基体とすることができる。   Any material can be used for the substrate 2, but preferably a silica-containing substrate such as silicon, glass, quartz glass and quartz, and a plastic substrate such as polyacrylamide, polystyrene and polycarbonate are used. The substrate 2 can have any shape including a plate or a sphere, but can preferably be a plate substrate called an array or a chip.

検出区画3は、他の反応系と独立した1つの反応系である。各検出区画から得られるシグナルは互いに干渉し合うことなく完全に独立している。   The detection section 3 is one reaction system independent of other reaction systems. The signals obtained from each detection zone are completely independent without interfering with each other.

蛍光による検出の場合、1つの検出区画3には1種類の蛍光物質が使用され、1回の反応において1種類の蛍光シグナルを得ることができる。電気化学的な検出の場合、1つの検出区画3には1つの電極が配置されており、1回の反応において1つの電流値を得ることができる。検出区画の数、形状および配置パターンは、当業者が必要に応じて自由に設計変更することができる。   In the case of detection by fluorescence, one type of fluorescent substance is used in one detection section 3, and one type of fluorescent signal can be obtained in one reaction. In the case of electrochemical detection, one electrode is arranged in one detection section 3, and one current value can be obtained in one reaction. The number, shape, and arrangement pattern of the detection sections can be freely changed by those skilled in the art as needed.

各検出区画の面積には、特に制限はなく、任意の大きさに設計することができる。電気化学的な検出の場合、上述したように、各検出区画3には1つの電極が配置される。電極の面積が小さくなると得られる電流値が小さくなり、相対的にノイズの影響が大きくなる。このノイズを回避するために、コードをシールドしたり、周辺の電磁波の影響を遮断するための囲いを設けるなどの処置が考えられるが、その分、装置の構成が複雑になるという問題がある。これに対し、第1の実施形態における基体は、単一電極上に2種類以上の標的核酸が固定されているため、電極面積を小さくすることなく、検出可能な標的核酸の種類数を増やすことができる。従って、装置の構成を複雑にすることなく、従来よりも多種類の標的核酸を検出することができる。   There is no restriction | limiting in particular in the area of each detection division, It can design to arbitrary magnitude | sizes. In the case of electrochemical detection, as described above, one electrode is arranged in each detection section 3. When the area of the electrode is reduced, the obtained current value is reduced, and the influence of noise is relatively increased. In order to avoid this noise, measures such as shielding the cord or providing an enclosure for blocking the influence of surrounding electromagnetic waves can be considered, but there is a problem that the configuration of the apparatus becomes complicated accordingly. On the other hand, since the substrate in the first embodiment has two or more types of target nucleic acids immobilized on a single electrode, the number of types of target nucleic acids that can be detected is increased without reducing the electrode area. Can do. Therefore, more types of target nucleic acids can be detected than before without complicating the configuration of the apparatus.

具体的には、例えば、円形電極の場合、直径100μm以上、好ましくは200μm以上、最も好ましくは500μm以上の電極が使用される。ただし、電極面積の下限は、反応系、検出環境などによって大きく変化するため、電極面積が上述した下限値に限定されるわけではない。   Specifically, for example, in the case of a circular electrode, an electrode having a diameter of 100 μm or more, preferably 200 μm or more, and most preferably 500 μm or more is used. However, since the lower limit of the electrode area varies greatly depending on the reaction system, detection environment, etc., the electrode area is not limited to the lower limit described above.

なお、電気化学的な検出の場合、各検出区画内に設置された電極は、特に限定されるものではないが、例えば、グラファイト、グラシーカーボン、パイロリティックグラファイト、カーボンペースト、カーボンファイバーのような炭素電極、白金、白金黒、金、パラジウム、ロジウムのような貴金属電極、酸化チタン、酸化スズ、酸化マンガン、酸化鉛のような酸化物電極、Si、Ge、ZnO、CdS、TiO2、GaAsのような半導体電極、チタンなどによって形成されることができる。これらの電極は、導電性高分子によって被覆しても、単分子膜によって被覆してもよく、所望に応じてその他の表面処理剤を処理してもよい。 In the case of electrochemical detection, the electrodes installed in each detection section are not particularly limited. For example, graphite, glassy carbon, pyrolytic graphite, carbon paste, carbon fiber, etc. Carbon electrode, noble metal electrode such as platinum, platinum black, gold, palladium, rhodium, oxide electrode such as titanium oxide, tin oxide, manganese oxide, lead oxide, Si, Ge, ZnO, CdS, TiO 2 , GaAs Such a semiconductor electrode, titanium or the like can be used. These electrodes may be coated with a conductive polymer or a monomolecular film, and may be treated with other surface treatment agents as desired.

また、対極および/または参照極を設置してもよい。参照極を設置する場合、例えば、銀/塩化銀電極や水銀/塩化水銀電極などの一般的な参照極を使用することができる。   Further, a counter electrode and / or a reference electrode may be provided. When installing the reference electrode, for example, a general reference electrode such as a silver / silver chloride electrode or a mercury / mercury chloride electrode can be used.

検出区画上に固定される核酸プローブの長さは、基体に固定し、ハイブリダイズするのに適切な長さを適宜選択することができ、標的核酸よりも短く設定してもよい。具体的には、例えば約3〜約1000bp、好ましくは約10〜約200bpとすることができる。   The length of the nucleic acid probe immobilized on the detection compartment can be appropriately selected as long as it is immobilized on the substrate and hybridized, and may be set shorter than the target nucleic acid. Specifically, it can be, for example, about 3 to about 1000 bp, preferably about 10 to about 200 bp.

核酸プローブの塩基配列は、標的核酸の塩基配列と相補的な配列を有するように設定する。ここで「相補的」とは、例えば50%〜100%、好ましくは70%〜100%、最も好ましくは80%〜100%の範囲で相補的であることを意味する。   The base sequence of the nucleic acid probe is set so as to have a sequence complementary to the base sequence of the target nucleic acid. Here, “complementary” means complementary in the range of, for example, 50% to 100%, preferably 70% to 100%, and most preferably 80% to 100%.

本明細書中において、「核酸」という用語には、核酸、核酸類似体および核酸誘導体が含まれ、より具体的には、リボ核酸(RNA)、デオキシリボ核酸(DNA)、ペプチド核酸(PNA)、メチルフォスホネート核酸、S−オリゴ、cDNAおよびcRNAなどの任意のオリゴヌクレオチドおよびポリヌクレオチドが含まれる。また、これらの核酸は、天然に存在するものであっても、人工的に合成されたものであってもよい。   As used herein, the term “nucleic acid” includes nucleic acids, nucleic acid analogs and nucleic acid derivatives, and more specifically, ribonucleic acid (RNA), deoxyribonucleic acid (DNA), peptide nucleic acid (PNA), Any oligonucleotide and polynucleotide such as methyl phosphonate nucleic acid, S-oligo, cDNA and cRNA are included. These nucleic acids may be naturally occurring or artificially synthesized.

核酸プローブの固定は、公知の手段によって行えばよい。核酸プローブは検出区画に直接固定してもよいし、あるいは核酸プローブをスペーサーを介して検出区画に固定してもよい。また、予め作製した核酸プローブの溶液を検出区画に添加して固定してもよい。検出区画内の電極上に核酸プローブを固定する場合は、核酸プローブの末端にチオール基を付加することが望ましい。チオール基が検出区画内に配置された電極と共有結合することによって、核酸プローブが検出区画に固定される。   The nucleic acid probe may be fixed by a known means. The nucleic acid probe may be fixed directly to the detection zone, or the nucleic acid probe may be fixed to the detection zone via a spacer. Alternatively, a nucleic acid probe solution prepared in advance may be added to the detection compartment and fixed. When the nucleic acid probe is immobilized on the electrode in the detection compartment, it is desirable to add a thiol group to the end of the nucleic acid probe. The nucleic acid probe is immobilized on the detection compartment by covalently bonding the thiol group to the electrode disposed in the detection compartment.

(具体的構成)
さらに、第1の実施形態における標的核酸検出用基体について説明する。
(Specific configuration)
Furthermore, the target nucleic acid detection substrate in the first embodiment will be described.

図2は、図1の線A−Aに沿った断面図である。2種類以上の核酸プローブが異なる量で同一の検出区画3に固定されている。 FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. Two or more types of nucleic acid probes are immobilized in the same detection section 3 in different amounts.

核酸プローブの種類の数には、特に制限はないが、好ましくは2〜10種類、さらに好ましくは2〜5種類、最も好ましくは2〜3種類である。図2では、説明の便宜上、3種の異なる核酸プローブa、bおよびcが、それぞれ異なる量で検出区画3に固定されている。ここで、「異なる量」とは、核酸プローブa、bおよびcの固定量がそれぞれ異なることを意味する。核酸プローブa、bおよびcの固定量が異なると、各核酸プローブから得られるシグナル量が異なる。すなわち固定量が多くなればシグナル量も多くなり、固定量が少なければ、シグナル量が少なくなる。従って、1検出区画から得られたシグナル量を検出することにより、当該シグナル量が核酸プローブa、bおよびcのいずれに由来するものであるかを識別することができる。結果として、1検出区画において3種類の標的核酸を検出することができる。   The number of types of nucleic acid probes is not particularly limited, but is preferably 2 to 10 types, more preferably 2 to 5 types, and most preferably 2 to 3 types. In FIG. 2, for convenience of explanation, three different nucleic acid probes a, b, and c are fixed to the detection section 3 in different amounts. Here, “different amount” means that the fixed amounts of the nucleic acid probes a, b and c are different. When the amount of nucleic acid probes a, b and c immobilized differs, the amount of signal obtained from each nucleic acid probe differs. That is, the amount of signal increases as the amount of fixation increases, and the amount of signal decreases as the amount of fixation decreases. Therefore, by detecting the signal amount obtained from one detection section, it is possible to identify which of the nucleic acid probes a, b and c the signal amount is derived from. As a result, three types of target nucleic acids can be detected in one detection section.

同様に、他の検出区画においてもそれぞれ3種類の核酸プローブを異なる量で固定すれば、基体全体では、従来と比較して3倍の種類の標的核酸を同時に検出することができる。   Similarly, if the three types of nucleic acid probes are immobilized in different amounts in the other detection sections, the target substrate can detect three times as many types of target nucleic acids as compared to the conventional case.

より具体的には、例えば、検出区画が40個設置された従来の基体では、120種類の標的核酸を検出する場合、少なくとも3つの基体を使用する必要があった。しかし、第1の実施形態における基体、特に、上述した各検出区画ごとに3種類の核酸プローブが固定された基体を使用すれば、検出区画が40個設置された1枚の基体で120種類の標的核酸を同時に検出することができる。   More specifically, for example, in the case of a conventional substrate having 40 detection sections, it is necessary to use at least three substrates when detecting 120 types of target nucleic acids. However, if the substrate in the first embodiment, in particular, the substrate on which three types of nucleic acid probes are fixed for each detection section described above, one substrate with 40 detection sections is arranged with 120 types. The target nucleic acid can be detected simultaneously.

各検出区画内に固定された核酸プローブの固定量の比率には特に制限はないが、得られたシグナル量から各核酸プローブの存在の有無を識別できる必要がある。例えば、各核酸プローブの固定量に1.5倍以上、好ましくは2倍以上、最も好ましくは3倍以上の差をつけることによって、得られたシグナル量から各核酸プローブの存在の有無を正確に識別することができる。また、最も多い固定量の核酸プローブと最も少ない固定量の核酸プローブとの固定量の差を100倍以下、好ましくは20倍以下、最も好ましくは10倍以下に抑制することによって、最も少ない固定量の核酸プローブから得られる最も少ない電流値を確実に識別することができる。   The ratio of the fixed amount of the nucleic acid probe fixed in each detection section is not particularly limited, but it is necessary to be able to identify the presence or absence of each nucleic acid probe from the obtained signal amount. For example, by making a difference of 1.5 times or more, preferably 2 times or more, most preferably 3 times or more to the fixed amount of each nucleic acid probe, the presence or absence of each nucleic acid probe can be accurately determined from the obtained signal amount. Can be identified. Further, by suppressing the difference in the amount of fixation between the largest amount of nucleic acid probe and the smallest amount of nucleic acid probe to 100 times or less, preferably 20 times or less, most preferably 10 times or less, the smallest amount of fixation The smallest current value obtained from each of the nucleic acid probes can be reliably identified.

1検出区画内に含まれる2種類以上の核酸プローブの量を異ならせるためには、各核酸プローブを固定する工程において、各核酸プローブを異なる濃度で含む混合溶液を調製し、これを検出区画上に添加して、核酸プローブを固定する。例えば、図2の結合状態を達成するためには、核酸プローブa、bおよびcを3:2:1の濃度比で含む混合溶液を調製し、これを検出区画内に添加することによって、核酸プローブa、bおよびcを3:2:1の数量比で検出区画内に固定することができる。   In order to vary the amount of two or more types of nucleic acid probes contained in one detection zone, in the step of fixing each nucleic acid probe, mixed solutions containing each nucleic acid probe at different concentrations are prepared, and this is added to the detection zone. To fix the nucleic acid probe. For example, in order to achieve the binding state of FIG. 2, a mixed solution containing nucleic acid probes a, b and c at a concentration ratio of 3: 2: 1 is prepared and added to the detection compartment, thereby Probes a, b and c can be fixed in the detection compartment in a quantity ratio of 3: 2: 1.

(2)第1の実施形態における標的核酸の検出方法
以下、第1の実施形態における標的核酸検出用基体を使用した標的核酸の検出方法について説明する。
(2) Target Nucleic Acid Detection Method in the First Embodiment Hereinafter, a target nucleic acid detection method using the target nucleic acid detection substrate in the first embodiment will be described.

先ず、前記基体上に標的核酸を含む核酸試料溶液を供給する。前記基体上に供給された標的核酸は、各検出区画内に予め固定されている核酸プローブにハイブリダイズし、標的核酸と核酸プローブとのハイブリッド鎖を形成する。このとき、前記ハイブリッド鎖に由来するシグナルが得られる。例えば、蛍光による検出の場合、標的核酸を予め蛍光物質で標識しておく。核酸プローブとハイブリッド鎖を形成した標的核酸は、洗浄後も検出区画内にとどまるため、蛍光発光が得られる(以下、単に核酸プローブからのシグナルなどという)。一方、電気化学的な検出の場合、例えば、電気化学的活性を有する分子をハイブリダイゼーション後に添加することによって、各核酸プローブと標的核酸とのハイブリッド鎖に前記分子が結合し、電位を印加することによって、前記分子に由来する電流が電極に流れる(以下、単に核酸プローブからのシグナルなどという)。さらに、得られたシグナル量から各核酸プローブに対応する標的核酸の存在の有無を識別することができる。   First, a nucleic acid sample solution containing a target nucleic acid is supplied onto the substrate. The target nucleic acid supplied on the substrate is hybridized with a nucleic acid probe immobilized in advance in each detection section, thereby forming a hybrid chain of the target nucleic acid and the nucleic acid probe. At this time, a signal derived from the hybrid chain is obtained. For example, in the case of detection by fluorescence, the target nucleic acid is previously labeled with a fluorescent substance. Since the target nucleic acid that has formed a hybrid chain with the nucleic acid probe remains in the detection compartment even after washing, fluorescence emission is obtained (hereinafter simply referred to as a signal from the nucleic acid probe). On the other hand, in the case of electrochemical detection, for example, by adding a molecule having electrochemical activity after hybridization, the molecule binds to the hybrid strand of each nucleic acid probe and the target nucleic acid, and a potential is applied. Causes a current derived from the molecule to flow to the electrode (hereinafter simply referred to as a signal from a nucleic acid probe). Furthermore, the presence or absence of the target nucleic acid corresponding to each nucleic acid probe can be identified from the obtained signal amount.

核酸試料は、検査対象から採取される。例えば、ヒトの血液を採取し、必要な処理を施して核酸試料溶液を調製する。検体から採取した核酸をそのまま使用してもよいが、採取した核酸に対して必要に応じて、逆転写、伸長、増幅および/または酵素処理などの処理を施し、検出区画上に固定された核酸プローブの量に対して十分な標的核酸の量を確保するとともに、反応に悪影響を与える物質を分解および除去する。増幅は例えばPCR、LAMP、ICANなどの手法が挙げられる。なお、核酸試料溶液中に含まれる各々の標的核酸の量は、核酸プローブの量と比較して十分に多く含まれている必要がある。   The nucleic acid sample is collected from the test subject. For example, human blood is collected and subjected to necessary treatment to prepare a nucleic acid sample solution. The nucleic acid collected from the sample may be used as it is. However, the collected nucleic acid is subjected to treatment such as reverse transcription, extension, amplification and / or enzyme treatment as necessary, and is immobilized on the detection compartment. A sufficient amount of target nucleic acid is ensured relative to the amount of probe, and substances that adversely affect the reaction are decomposed and removed. Examples of the amplification include PCR, LAMP, ICAN and the like. It should be noted that the amount of each target nucleic acid contained in the nucleic acid sample solution needs to be sufficiently larger than the amount of the nucleic acid probe.

このとき、標的核酸の長さは、プライマーを適宜設計することによって任意の長さに設計することができる。具体的には、例えば10〜1000bp程度、好ましくは20〜700bp程度、最も好ましくは30〜500bp程度の長さに設定してもよい。   At this time, the length of the target nucleic acid can be designed to an arbitrary length by appropriately designing the primer. Specifically, for example, the length may be set to about 10 to 1000 bp, preferably about 20 to 700 bp, and most preferably about 30 to 500 bp.

また、標的核酸は、直鎖状構造、ループ構造など任意の構造を有していてもよい。標的核酸の長さや構造を適切に選択することにより、核酸プローブとのハイブリダイゼーションの効率を上昇させることができる。   The target nucleic acid may have an arbitrary structure such as a linear structure or a loop structure. By appropriately selecting the length and structure of the target nucleic acid, the efficiency of hybridization with the nucleic acid probe can be increased.

核酸試料を基体上に供給後、適切なハイブリダイゼーションが可能なように、反応条件を調節する。適切な反応条件は、標的核酸の塩基配列に含まれる塩基の種類、基体に固定された核酸プローブの種類などの諸条件に応じて、当業者であれば適宜選択することができる。   After supplying the nucleic acid sample onto the substrate, the reaction conditions are adjusted so that appropriate hybridization is possible. Appropriate reaction conditions can be appropriately selected by those skilled in the art depending on various conditions such as the type of base contained in the base sequence of the target nucleic acid and the type of nucleic acid probe immobilized on the substrate.

ハイブリダイゼーション反応は、例えば、次のような条件下において行うことができる。ハイブリダイゼーション反応溶液には、イオン強度0.01〜5、pH5〜10の範囲内の緩衝液を使用する。この溶液には、ハイブリダイゼーション促進剤である硫酸デキストラン、ならびに、サケ精子DNA、牛胸腺DNA、EDTAおよび界面活性剤などを添加してもよい。この溶液中に核酸試料溶液を添加し、事前に90℃以上で熱変性させる。核酸の変性直後、あるいは急冷後、この溶液を標的核酸検出用基体に添加する。   The hybridization reaction can be performed, for example, under the following conditions. For the hybridization reaction solution, a buffer solution having an ionic strength of 0.01 to 5 and a pH of 5 to 10 is used. To this solution, dextran sulfate, which is a hybridization accelerator, salmon sperm DNA, bovine thymus DNA, EDTA, and a surfactant may be added. A nucleic acid sample solution is added to this solution and heat-denatured at 90 ° C. or higher in advance. Immediately after denaturation of the nucleic acid or after rapid cooling, this solution is added to the target nucleic acid detection substrate.

ハイブリダイゼーション反応中は、撹拌または振盪などの操作で反応速度を高めてもよい。ハイブリダイゼーション反応温度および反応時間は適宜選択される。第1の実施形態におけるハイブリダイゼーション工程は、洗浄工程を含んでもよい。ハイブリダイゼーション工程後にハイブリダイゼーション溶液を除去し、前記基体を必要に応じて振盪させながら、新たに洗浄溶液を検出区画内に添加して洗浄を行うことによって、その検出精度を向上させることができる。洗浄液は、例えば、イオン強度0.01〜5、pH5〜10の範囲内の緩衝液を使用する。洗浄工程によって不純物が除去され、核酸試料中に存在する標的核酸のみが、対応する核酸プローブとハイブリダイズし、標的核酸と核酸プローブとのハイブリッド鎖の形成を維持する。   During the hybridization reaction, the reaction rate may be increased by an operation such as stirring or shaking. The hybridization reaction temperature and reaction time are appropriately selected. The hybridization step in the first embodiment may include a washing step. The detection accuracy can be improved by removing the hybridization solution after the hybridization step, washing the substrate as necessary, and newly adding a washing solution into the detection compartment for washing. As the washing solution, for example, a buffer solution having an ionic strength of 0.01 to 5 and a pH of 5 to 10 is used. Impurities are removed by the washing step, and only the target nucleic acid present in the nucleic acid sample is hybridized with the corresponding nucleic acid probe, and the formation of a hybrid chain between the target nucleic acid and the nucleic acid probe is maintained.

蛍光による検出の場合、核酸試料を予め蛍光物質で標識しておく。例えば、蛍光物質で標識されたプライマーを使用して標的核酸をPCR増幅する。代わりに、セカンドプローブを使用して標的核酸を検出してもよい。蛍光物質には、公知の任意のものを使用することができ、例えば、FITC、Cy3、Cy5またはローダミンなどが使用される。蛍光物質の発光は、蛍光検出器を用いて検出することができる。得られる蛍光発光量は、各核酸プローブの固定量と相関関係があるので、得られた蛍光発光量から各核酸プローブに対応する標的核酸の存在の有無を識別することができる。   In the case of detection by fluorescence, a nucleic acid sample is previously labeled with a fluorescent substance. For example, a target nucleic acid is PCR amplified using a primer labeled with a fluorescent substance. Alternatively, a second nucleic acid may be used to detect the target nucleic acid. Any known fluorescent material can be used, and for example, FITC, Cy3, Cy5, rhodamine or the like is used. Luminescence of the fluorescent material can be detected using a fluorescence detector. Since the obtained fluorescence emission amount correlates with the fixed amount of each nucleic acid probe, the presence or absence of the target nucleic acid corresponding to each nucleic acid probe can be identified from the obtained fluorescence emission amount.

一方、電気化学的な検出の場合は、例えば、電気化学的活性を有する分子を用いる。電気化学的活性を有する分子とは、ハイブリッド鎖に結合し、電位の印加によって電子を放出する分子を意味する。前記分子には、公知の任意のものを使用することができ、例えば、ヘキスト33258(登録商標)(カルビオケム(CALBIOCHEM)より入手可能)、アクリジンオレンジ、キナクリン、ドウノマイシン、メタロインターカレーター、ビスアクリジン等のビスインターカレーター、トリスインターカレーターおよびポリインターカレーターなどが使用される。特に好ましくは、ヘキスト33258が使用される。ヘキスト33258は、化学物質p-(5-(5-(4-メチルピペラジン-1-イル)ベンズイミダゾール-2-イル)ベンズイミダゾール-2-イル)フェノールによって構成された分子である。さらに、これらのインターカレーターを電気化学的に活性な金属錯体、例えば、フェロセン(ジシクロペンタジエニル鉄)、ビオロゲンなどで修飾してもよい。前記分子の濃度は適宜選択されるが、一般的には1ng/mL〜1000ng/mLの範囲内である。この際、イオン強度0.01〜5、pH5〜10の範囲内の緩衝液を使用することができる。   On the other hand, in the case of electrochemical detection, for example, a molecule having electrochemical activity is used. A molecule having electrochemical activity means a molecule that binds to a hybrid chain and emits electrons when a potential is applied. Any known molecule can be used, for example, Hoechst 33258 (registered trademark) (available from CALBIOCHEM), acridine orange, quinacrine, dounomycin, metallointercalator, bisacridine and the like. A bisintercalator, a tris intercalator, a polyintercalator, etc. are used. Particularly preferably, Hoechst 33258 is used. Hoechst 33258 is a molecule composed of the chemical substance p- (5- (5- (4-methylpiperazin-1-yl) benzimidazol-2-yl) benzimidazol-2-yl) phenol. Furthermore, these intercalators may be modified with an electrochemically active metal complex such as ferrocene (dicyclopentadienyl iron), viologen, or the like. The concentration of the molecule is appropriately selected, but is generally in the range of 1 ng / mL to 1000 ng / mL. At this time, a buffer solution having an ionic strength of 0.01 to 5 and a pH of 5 to 10 can be used.

前記分子は、前記ハイブリッド鎖を認識し、これにインターカレートする。ここで、電極に電位を印加すると、酸化還元反応が起こり、インターカレートした前記分子から電子が放出されて電流が流れる。この際、電位は定速で掃引するか、パルスで印加するか、あるいは定電位を印加してもよい。電位掃引速度は、10〜1000mV/secの範囲内である。測定の際、例えば、ポテンショスタット、デジタルマルチメーターおよびファンクションジェネレーターなどの装置を用いて電流、電圧を制御してもよい。前記分子に由来する電流値は、核酸プローブの固定量と相関関係があるので、得られた電流値から各核酸プローブに対応する標的核酸の存在の有無を識別することができる。   The molecule recognizes and intercalates with the hybrid chain. Here, when a potential is applied to the electrode, an oxidation-reduction reaction occurs, electrons are emitted from the intercalated molecules, and a current flows. At this time, the potential may be swept at a constant speed, applied with a pulse, or a constant potential may be applied. The potential sweep rate is in the range of 10 to 1000 mV / sec. In measurement, for example, the current and voltage may be controlled using a device such as a potentiostat, a digital multimeter, and a function generator. Since the current value derived from the molecule has a correlation with the fixed amount of the nucleic acid probe, the presence or absence of the target nucleic acid corresponding to each nucleic acid probe can be identified from the obtained current value.

図3は、第1の実施形態の基体を用いて場合に得られる核酸プローブからのシグナル量を表わしている。上述したように、得られたシグナル量は、検出区画内に固定された各核酸プローブの固定量に対応し、固定量が増加するにつれて得られるシグナル量も増加する。図3では、説明の便宜上、固定量の最も多い核酸プローブaからのシグナル量を1.0、固定量が2番目に多い核酸プローブbからのシグナル量を0.6、固定量が最も少ない核酸プローブcからのシグナル量を0.3とした。 FIG. 3 shows the amount of signal from the nucleic acid probe obtained when the substrate of the first embodiment is used. As described above, the amount of signal obtained corresponds to the amount of each nucleic acid probe immobilized in the detection compartment, and the amount of signal obtained increases as the amount of immobilization increases. In FIG. 3, for convenience of explanation, the signal amount from the nucleic acid probe a having the largest fixed amount is 1.0, the signal amount from the nucleic acid probe b having the second largest fixed amount is 0.6, and the signal amount from the nucleic acid probe c having the smallest fixed amount is shown. The amount of signal was 0.3.

先ず、試料溶液中に核酸プローブa、b、cにハイブリダイゼーションする核酸が存在しない場合、シグナルは検出されない。   First, when there is no nucleic acid that hybridizes to the nucleic acid probes a, b, and c in the sample solution, no signal is detected.

3種類の標的核酸のうち1種類が存在する場合、それぞれの核酸プローブに対応するシグナル量が検出される。すなわち、標的核酸aが存在する場合、シグナル量は1.0、標的核酸bが存在する場合、シグナル量は0.6、標的核酸cが存在する場合、シグナル量は0.3となる。   When one of the three types of target nucleic acid is present, the signal amount corresponding to each nucleic acid probe is detected. That is, when the target nucleic acid a is present, the signal amount is 1.0, when the target nucleic acid b is present, the signal amount is 0.6, and when the target nucleic acid c is present, the signal amount is 0.3.

核酸試料溶液中に3種類の標的核酸のうち2種類が存在する場合、シグナル量は、上記いずれか1つが存在する場合の数値の和と同程度となる。すなわち、標的核酸aおよびbが存在する場合(a+b)、シグナル量は1.6、標的核酸bおよびcが存在する場合(b+c)、シグナル量は0.9、標的核酸aおよびcが存在する場合(a+c)、シグナル量は1.3となる。   When two of the three types of target nucleic acids are present in the nucleic acid sample solution, the signal amount is approximately the same as the sum of the numerical values when any one of the above is present. That is, when the target nucleic acids a and b are present (a + b), the signal amount is 1.6, when the target nucleic acids b and c are present (b + c), the signal amount is 0.9, and when the target nucleic acids a and c are present (a + c) The signal amount is 1.3.

さらに、核酸試料溶液中に3種類の標的核酸の全てが存在する場合、シグナル量は、上記いずれか1つが存在する場合の数値の和と同程度となる。すなわち、標的核酸a、bおよびcが存在する場合(a+b+c)、シグナル量は1.9となる。   Furthermore, when all three types of target nucleic acids are present in the nucleic acid sample solution, the signal amount is approximately the same as the sum of the numerical values when any one of the above is present. That is, when the target nucleic acids a, b and c are present (a + b + c), the signal amount is 1.9.

実際に、検査対象の核酸試料中に含まれる各標的核酸の存在の有無を判定する場合、予めシグナル標準量を設定しておく必要がある。シグナル標準量の設定には、検出区画内に固定された各核酸プローブに相補的な配列を有する配列既知の核酸配列を使用する。配列既知の核酸配列を標的核酸検出用基体に供給してハイブリダイゼーションを行なった後に前記検出区画から得られたシグナル量を「シグナル標準量」とし、1種類の標的核酸が存在する場合と、複数の標的核酸が存在する場合の全てのシグナル標準量を得る。そして、これらのシグナル標準量と、各シグナル標準量に対応した標的核酸の存在の有無の情報を明記して「標的核酸−シグナル標準対応表」が完成する。   Actually, when determining the presence or absence of each target nucleic acid contained in the nucleic acid sample to be examined, it is necessary to set a signal standard amount in advance. For setting the signal standard amount, a known nucleic acid sequence having a sequence complementary to each nucleic acid probe immobilized in the detection compartment is used. The amount of signal obtained from the detection section after supplying a nucleic acid sequence with a known sequence to the target nucleic acid detection substrate and performing hybridization is referred to as a “signal standard amount”. Obtain all signal standards in the presence of the target nucleic acid. Then, the target nucleic acid-signal standard correspondence table is completed by specifying these signal standard amounts and information on the presence or absence of the target nucleic acid corresponding to each signal standard amount.

検査対象の核酸試料を標的核酸検出用基体に供給してハイブリダイゼーションを行なった後に前記検出区画から得られた第1のシグナル量を、「標的核酸−シグナル標準対応表」に示されたシグナル標準量と比較し、「標的核酸−シグナル標準対応表」に示された各シグナル標準量のうち、第1のシグナル量に最も近似するシグナル標準量を決定することによって、各標的核酸の存在の有無を判定することができる。   The first signal amount obtained from the detection section after the nucleic acid sample to be tested was supplied to the target nucleic acid detection substrate and hybridization was performed, and the signal standard shown in the “target nucleic acid-signal standard correspondence table”. The presence or absence of each target nucleic acid is determined by determining the signal standard amount that most closely approximates the first signal amount from among the signal standard amounts shown in the “target nucleic acid-signal standard correspondence table”. Can be determined.

(3)第1の実施形態の変形例
検査結果の信頼性を高めるために、固定される核酸プローブの種類を、複数の検出区画内で同一にしてもよい。例えば、検出区画に固定される核酸プローブの種類を3種類とし、同一種類の核酸プローブを固定する検出区画を2区画ずつ設けた場合、基体全体では、各標的配列ごとに2重試験を行うことができるので、多数の標的核酸を同時にかつ正確に検出することができる。
(3) Modification of the first embodiment In order to increase the reliability of the test result, the type of the nucleic acid probe to be immobilized may be the same in a plurality of detection sections. For example, if there are three types of nucleic acid probes immobilized on the detection compartment and two detection compartments for immobilizing the same type of nucleic acid probe are provided, the entire substrate should be subjected to a double test for each target sequence. Therefore, a large number of target nucleic acids can be detected simultaneously and accurately.

この場合、判定工程は2重判定試験となる。すなわち、2つの検出区画(以下、第1の検出区画、第2の検出区画という)のそれぞれについて、「標的核酸-シグナル標準対応表」に示されたシグナル標準量との比較を行い、最も近似するシグナル標準量を決定する。第1および第2の検出区画で決定されたシグナル標準量が同じである場合、その結果は極めて信頼性の高いものとして評価することができる。仮に、第1および第2の検出区画で決定されたシグナル標準量が相違する場合、その結果は偽陽性である可能性が高いと判定することができる。   In this case, the determination step is a double determination test. That is, each of the two detection sections (hereinafter referred to as the first detection section and the second detection section) is compared with the signal standard amount shown in the “target nucleic acid-signal standard correspondence table”, and is most approximated. Determine the standard amount of signal to perform. If the signal standard amounts determined in the first and second detection compartments are the same, the results can be evaluated as very reliable. If the signal standard amounts determined in the first and second detection sections are different, it can be determined that the result is likely to be a false positive.

また、2重試験の正確性をさらに増すために、核酸プローブの各量を検出区画毎に異ならせてもよい。例えば、図2の核酸プローブa、bおよびcが固定された検出区画を2つ用意する際、第1の検出区画の固定量比と第2の検出区画の固定量比を異ならせる。例えば、第1の検出区画に固定された核酸プローブa、bおよびcの固定量比を1:3:10に調節し、第2の検出区画に固定された核酸プローブa、bおよびcの固定量比を逆に10:3:1に調節する。   Further, in order to further increase the accuracy of the double test, each amount of the nucleic acid probe may be different for each detection section. For example, when preparing two detection sections to which the nucleic acid probes a, b and c of FIG. 2 are fixed, the fixed amount ratio of the first detection section and the fixed amount ratio of the second detection section are made different. For example, the immobilization ratio of the nucleic acid probes a, b, and c immobilized on the first detection section is adjusted to 1: 3: 10, and the nucleic acid probes a, b, and c immobilized on the second detection section are immobilized. Conversely, the volume ratio is adjusted to 10: 3: 1.

この場合、各シグナル標準量から得られる情報が異なるので、第1の検出区画に対応した第1の「標的核酸-シグナル標準対応表」と、第2の検出区画に対応した第2の「標的核酸-シグナル標準対応表」をそれぞれ別々に作成しておく必要がある。そして、第1および第2の検出区画で得られたシグナル量に最も近似するシグナル標準量を、それぞれ第1および第2の「標的核酸-シグナル標準対応表」を用いて決定し、各検出区画ごとに標的核酸の存在の有無を判定する。判定結果が同一であれば、その結果は極めて信頼性の高いものとして評価することができ、判定結果が異なる場合は、偽陽性である可能性が高いと判定することができる。   In this case, since the information obtained from each signal standard amount is different, the first “target nucleic acid-signal standard correspondence table” corresponding to the first detection section and the second “target” corresponding to the second detection section Each "Nucleic acid-signal standard correspondence table" must be prepared separately. Then, the signal standard amount closest to the signal amount obtained in the first and second detection sections is determined using the first and second “target nucleic acid-signal standard correspondence tables”, respectively, and each detection section is determined. The presence or absence of the target nucleic acid is determined every time. If the determination results are the same, the results can be evaluated as extremely reliable, and if the determination results are different, it can be determined that the possibility of false positive is high.

第1および第2の検出区画の核酸プローブの固定量比が異なる基体は、固定量比が同一である基体と比較して、検査結果の信頼度がさらに増す。従って、検査対象の核酸試料が多くの多型配列を含む場合、検出区画内に固定された各核酸プローブ同士の配列の相同性が高い場合など、偽陽性の結果が得られる可能性が高い検査においても、偽陽性の結果を見過ごすことなく、再試験を行う、核酸プローブの設計を見直す等の処置をとることができ、検査結果の信用性が強く求められる医療現場において極めて優れた効果を発揮する。   Substrates having different immobilization ratios of nucleic acid probes in the first and second detection sections further increase the reliability of test results as compared to substrates having the same immobilization ratio. Therefore, if the nucleic acid sample to be tested contains many polymorphic sequences, or if the sequence homology between each nucleic acid probe immobilized in the detection compartment is high, a test that is highly likely to yield a false positive result In this case, it is possible to take re-tests and review the design of the nucleic acid probe without overlooking the false positive results, and it is extremely effective in the medical field where the reliability of the test results is strongly required. To do.

なお、当然ながら、同一種類の核酸プローブを固定する検出区画を3区画以上設け、例えば、3重試験、4重試験に対応した基体とすることもできる。   Of course, three or more detection sections for fixing the same type of nucleic acid probe are provided, and for example, a substrate corresponding to a triple test or a quadruple test can be used.

その他、第1の実施形態からは外れるが、単にある標的核酸の存在の有無を検出すれば足りる場合は、2種類以上の核酸プローブを同程度の量で同一区画内に固定してもよい。「同程度の量」とは、得られるシグナルから標的核酸を識別することができないことを意味する。この場合であっても、シグナルの有無から、各核酸プローブに対応する標的核酸が少なくとも1種類存在するか否かを判断することは可能である。   In addition, although deviating from the first embodiment, when it is sufficient to simply detect the presence or absence of a certain target nucleic acid, two or more types of nucleic acid probes may be immobilized in the same compartment in the same amount. “Similar amount” means that the target nucleic acid cannot be distinguished from the resulting signal. Even in this case, it is possible to determine whether there is at least one target nucleic acid corresponding to each nucleic acid probe from the presence or absence of a signal.

2.第2の実施形態
(1)標的核酸検出用基体
以下、第2の実施形態における標的核酸検出用基体および前記基体を使用した標的核酸の検出方法について説明する。その基本的構成および作用効果は第1の実施形態における標的核酸検出用基体と同様であり、第1の実施形態と異なる部分のみ説明する。第2の実施形態において使用される各部材、物質、反応溶液などは、以下に特に言及がない限り、第1の実施形態において説明したとおりである。
2. Second Embodiment (1) Target Nucleic Acid Detection Substrate Hereinafter, a target nucleic acid detection substrate in a second embodiment and a target nucleic acid detection method using the substrate will be described. Its basic configuration and operational effects are the same as those of the target nucleic acid detection substrate in the first embodiment, and only the differences from the first embodiment will be described. Each member, substance, reaction solution, and the like used in the second embodiment are as described in the first embodiment unless otherwise specified.

図4は、第2の実施態様における核酸プローブの固定状態を示す模式図であり、図1の線A−Aに沿った断面図である。異なるTm値を示す2種類以上の核酸プローブが検出区画に固定されている。 FIG. 4 is a schematic diagram showing a fixed state of the nucleic acid probe in the second embodiment, and is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. Two or more kinds of nucleic acid probes showing different Tm values are fixed in the detection section.

核酸プローブの種類の数には、特に制限はないが、好ましくは2〜10種類、さらに好ましくは2〜5種類、最も好ましくは2〜3種類である。図4では、説明の便宜上、3種類の核酸プローブa、bおよびcが検出区画3に固定されている。第1の実施形態とは異なり、各核酸プローブの固定量はほぼ等しい。   The number of types of nucleic acid probes is not particularly limited, but is preferably 2 to 10 types, more preferably 2 to 5 types, and most preferably 2 to 3 types. In FIG. 4, for convenience of explanation, three types of nucleic acid probes a, b, and c are fixed to the detection section 3. Unlike the first embodiment, the amount of each nucleic acid probe immobilized is approximately equal.

核酸プローブa、bおよびcは、それぞれ異なるTm値を示す。「異なる」Tm値とは、反応温度の調節によって、各核酸プローブに対する標的核酸のハイブリダイゼーションを区別することができるTm値を意味する。   The nucleic acid probes a, b and c each have a different Tm value. “Different” Tm values mean Tm values that can distinguish the hybridization of a target nucleic acid to each nucleic acid probe by adjusting the reaction temperature.

Tm値は、2本鎖核酸の安定性の指標であり、ある2本鎖核酸の濃度、あるイオン強度において、ハイブリダイズした全2本鎖のうち50%が解離する温度である。Tm値の計算方法は、例えばNearest Neighbor法、Wallace法、GC%法などによって算出される。当業者によれば公知の技術的手段を用いることにより、任意のTm値を有する核酸プローブを自由に設計することができる。なお、Tm値は、ハイブリダイズする核酸配列の長さ、GC含量、反応溶液組成などの諸般の条件に依存して変化する。特に、本発明の核酸プローブが検出区画内に固定されている点は、核酸が溶液中で浮遊状態にあるTm値の算出条件とは大きく相違する。従って、Tm値は解離温度を示すものではなく、異なる複数の2本鎖核酸の相対的な安定性を示す指標にとどまる。   The Tm value is an index of stability of a double-stranded nucleic acid, and is a temperature at which 50% of all hybridized double strands dissociate at a certain double-stranded nucleic acid concentration and a certain ionic strength. The Tm value is calculated by, for example, the Nearest Neighbor method, Wallace method, GC% method, or the like. A person skilled in the art can freely design a nucleic acid probe having an arbitrary Tm value by using known technical means. The Tm value varies depending on various conditions such as the length of the nucleic acid sequence to be hybridized, the GC content, and the reaction solution composition. In particular, the point that the nucleic acid probe of the present invention is immobilized in the detection compartment is greatly different from the calculation condition of the Tm value in which the nucleic acid is in a floating state in a solution. Therefore, the Tm value does not indicate the dissociation temperature, but is only an index indicating the relative stability of a plurality of different double-stranded nucleic acids.

核酸プローブa、bおよびcのTm値がそれぞれ異なるために、異なる反応温度で各核酸プローブと標的核酸とのハイブリダイゼーション反応および/または洗浄を行い、それぞれの反応温度におけるシグナル量を組み合わせることによって、各核酸プローブに対応する標的核酸の存在の有無を識別することができる。第1の実施形態における基体と同様、1検出区画において複数の標的核酸を識別することができるので、基体全体では、従来の基体よりも多くの標的核酸を検出することができる。   Since the Tm values of the nucleic acid probes a, b and c are different from each other, the hybridization reaction and / or washing between each nucleic acid probe and the target nucleic acid is performed at different reaction temperatures, and the signal amount at each reaction temperature is combined, The presence or absence of the target nucleic acid corresponding to each nucleic acid probe can be identified. Similar to the substrate in the first embodiment, since a plurality of target nucleic acids can be identified in one detection section, the entire substrate can detect more target nucleic acids than the conventional substrate.

より具体的には、検出区画が40個設置された従来の基体では、120種類の標的核酸を検出する場合、少なくとも3つの基体を使用する必要があった。しかし、第2の実施形態における基体、特に、上述した各検出区画ごとに3種類の核酸プローブが固定された基体を使用すれば、各核酸プローブのTm値に対応する反応温度で検出反応を3回行うことによって、検出区画が40個設置された1枚の基体で120種類の標的核酸を同時に検出することができる。   More specifically, in the case of a conventional substrate having 40 detection sections, it is necessary to use at least three substrates when detecting 120 types of target nucleic acids. However, if the substrate in the second embodiment, particularly the substrate on which three types of nucleic acid probes are immobilized in each detection section described above, the detection reaction is performed at a reaction temperature corresponding to the Tm value of each nucleic acid probe. By performing the process once, 120 types of target nucleic acids can be detected simultaneously with one substrate having 40 detection sections.

なお、第2の実施形態は、反応温度を変えて複数回の反応を行う必要があるため、1回の反応で標的核酸を検出可能な第1の実施形態と比較して標的核酸の検出に時間を要するが、その検出感度は高く有用である。   In the second embodiment, since it is necessary to perform the reaction multiple times at different reaction temperatures, the target nucleic acid can be detected compared to the first embodiment in which the target nucleic acid can be detected by a single reaction. Although time is required, the detection sensitivity is high and useful.

(2)第2の実施形態における標的核酸の検出方法
以下、第2の実施形態における標的核酸検出用基体を使用した標的核酸の検出方法について説明する。その基本的方法は第1の実施形態における標的核酸検出方法と同様であり、第1の実施形態と異なる部分のみ説明する。
(2) Target Nucleic Acid Detection Method in Second Embodiment Hereinafter, a target nucleic acid detection method using the target nucleic acid detection substrate in the second embodiment will be described. The basic method is the same as the target nucleic acid detection method in the first embodiment, and only the parts different from the first embodiment will be described.

先ず、前記基体に核酸試料を供給する(供給工程)。前記基体に供給された核酸試料中の標的核酸は、第1の温度において各検出区画内に予め固定されている複数種類の核酸プローブにハイブリダイズし、標的核酸と核酸プローブとのハイブリッド鎖を形成する(第1の反応工程)。   First, a nucleic acid sample is supplied to the substrate (supplying step). The target nucleic acid in the nucleic acid sample supplied to the substrate is hybridized to a plurality of types of nucleic acid probes immobilized in advance in each detection zone at a first temperature to form a hybrid chain of the target nucleic acid and the nucleic acid probe. (First reaction step).

ここで、第1の温度とは、前記複数種類の核酸プローブのすべてが前記標的核酸とのハイブリッド鎖の形成を維持し得る温度である。第1の温度は、各核酸プローブのTm値に基づく実験による検証作業を通して決定することができる。Tm値は、上述したように異なる複数の2本鎖核酸の相対的な安定性を示す指標にとどまり、Tm値から一義的に第1の温度を決定することはできない。しかしながら、各核酸プローブのTm値は各核酸プローブの相対的なハイブリダイズ維持能を明確に示しており、当業者であれば、このTm値を指標とし、実験による検証作業を通して第1の温度を容易に決定することができる。   Here, the first temperature is a temperature at which all of the plurality of types of nucleic acid probes can maintain the formation of a hybrid chain with the target nucleic acid. The first temperature can be determined through an experimental verification operation based on the Tm value of each nucleic acid probe. As described above, the Tm value is merely an index indicating the relative stability of a plurality of different double-stranded nucleic acids, and the first temperature cannot be uniquely determined from the Tm value. However, the Tm value of each nucleic acid probe clearly indicates the relative ability to maintain hybridization of each nucleic acid probe, and those skilled in the art will use this Tm value as an index to determine the first temperature through the verification work by experiment. Can be easily determined.

また、第1の反応工程とは、ハイブリダイゼーション工程および/または洗浄工程を意味する。ハイブリダイゼーション工程を行う場合、検出区画内を第1の温度で静置すればよい。   The first reaction step means a hybridization step and / or a washing step. When performing the hybridization step, the detection compartment may be left at the first temperature.

一方、洗浄工程を行う場合、第1の反応工程は、ハイブリダイゼーション工程と洗浄工程から構成される。すなわち、先ず、前記供給工程で添加された核酸試料中に含まれる全ての標的核酸が対応する核酸プローブとハイブリダイズし得る温度(温度T)でハイブリダイゼーション工程を行なう。その後、前記検出区画内のハイブリダイゼーション溶液を除去し、第1の温度において前記基体を必要に応じて振盪させながら、新たに洗浄溶液を前記検出区画内に添加することによって、遊離状態にある不純物を検出区画内から除去する。温度Tと第1の温度はともにすべてのハイブリッド鎖を維持し得る温度ではあるが、ハイブリダイゼーション工程と洗浄工程では反応溶液組成が異なるため、その温度は相違する。 On the other hand, when the washing process is performed, the first reaction process includes a hybridization process and a washing process. That is, first, the hybridization step is performed at a temperature (temperature T 0 ) at which all target nucleic acids contained in the nucleic acid sample added in the supplying step can hybridize with the corresponding nucleic acid probe. Thereafter, the hybridization solution in the detection compartment is removed, and a washing solution is newly added to the detection compartment while shaking the substrate as necessary at a first temperature, thereby free impurities. Is removed from within the detection compartment. Although the temperature T 0 and the first temperature are both temperatures capable of maintaining all the hybrid chains, the reaction solution composition is different between the hybridization step and the washing step, and therefore the temperatures are different.

なお、第1の温度では、全ての標的核酸が核酸プローブに結合しているので、第1の洗浄工程は、主に過剰投与による未結合の標的核酸とそれ以外の不純物を除去するために行なわれる。不純物とは、主に反応に関与しない核酸外物質および核酸の残骸等である。第1の反応工程において洗浄工程を行う場合、反応に関与しない過剰量の標的核酸および不純物をあらかじめ除去できるので、偽結合等を防止し、以降の各検出工程の精度を向上させることができる。   Since all target nucleic acids are bound to the nucleic acid probe at the first temperature, the first washing step is performed mainly to remove unbound target nucleic acid and other impurities due to overdose. It is. Impurities are mainly non-nucleic acid substances and nucleic acid debris that are not involved in the reaction. When the washing step is performed in the first reaction step, an excessive amount of target nucleic acid and impurities that are not involved in the reaction can be removed in advance, so that false binding or the like can be prevented and the accuracy of each subsequent detection step can be improved.

次に、第1の反応工程において得られたシグナル量を検出する(第1の検出工程)。第1の反応工程は、第1の温度で行われるため、各核酸プローブに対応する標的核酸のすべてが各核酸プローブとのハイブリッド鎖を維持することができる。従って、核酸試料中に各核酸プローブに対応する全ての種類の標的核酸が含まれている場合、すべての核酸プローブからシグナルが得られる。これに対し、すべての核酸プローブからシグナルが得られなかった場合、各核酸プローブに対応する標的核酸のうち、少なくとも1種類以上の標的核酸が核酸試料中に含まれていないことが解る。なお、シグナルは、各核酸プローブからのシグナル量の総和として得られるので、第1の検出工程では、核酸試料中に含まれていない標的核酸を特定することはできない。   Next, the amount of signal obtained in the first reaction step is detected (first detection step). Since the first reaction step is performed at the first temperature, all of the target nucleic acids corresponding to each nucleic acid probe can maintain a hybrid chain with each nucleic acid probe. Therefore, when all kinds of target nucleic acids corresponding to each nucleic acid probe are contained in the nucleic acid sample, signals are obtained from all the nucleic acid probes. On the other hand, when signals are not obtained from all the nucleic acid probes, it can be seen that at least one type of target nucleic acid among the target nucleic acids corresponding to each nucleic acid probe is not contained in the nucleic acid sample. Since the signal is obtained as the sum of the signal amounts from the respective nucleic acid probes, the target nucleic acid that is not contained in the nucleic acid sample cannot be specified in the first detection step.

続いて、第2の温度において反応を行う(第2の反応工程)。ここで、第2の温度とは、前記複数種類の核酸プローブのうち、特定の1種類の核酸プローブが標的核酸を解離する温度である。第1の温度と同様、第2の温度もまた、各核酸プローブのTm値に基づく実験による検証作業を通して当業者であれば容易に決定することができる。また、第2の反応工程とは、ハイブリダイゼーション工程および/または洗浄工程を意味する。ハイブリダイゼーション工程を行う場合、検出区画内を第2の温度で静置すればよい。一方、洗浄工程を行う場合、前記検出区画内のハイブリダイゼーション溶液を除去し、第2の温度において前記基体を必要に応じて振盪させながら、新たに洗浄溶液を前記検出区画内に添加することによって、遊離状態にある標的核酸を検出区画内から除去する。洗浄工程では、遊離状態にある標的核酸が検出区画内から除かれ、偽結合の可能性が低下する。   Subsequently, the reaction is performed at the second temperature (second reaction step). Here, the second temperature is a temperature at which one specific type of nucleic acid probe dissociates the target nucleic acid among the plurality of types of nucleic acid probes. Similar to the first temperature, the second temperature can also be easily determined by those skilled in the art through an experimental verification operation based on the Tm value of each nucleic acid probe. The second reaction step means a hybridization step and / or a washing step. When performing the hybridization step, the detection compartment may be left at the second temperature. On the other hand, when performing the washing step, the hybridization solution in the detection compartment is removed, and the washing solution is newly added to the detection compartment while shaking the substrate as necessary at the second temperature. The target nucleic acid in a free state is removed from the detection compartment. In the washing step, the target nucleic acid in a free state is removed from the detection compartment, and the possibility of false binding is reduced.

そして、第2の反応工程において得られたシグナル量を検出する(第2の検出工程)。第2の反応工程は、第2の温度で行われるため、前記複数種類の核酸プローブのうち、特定の1種類の核酸プローブにおいて標的核酸とのハイブリッド鎖を維持することができなくなり、標的核酸が核酸プローブから解離する。その結果、この核酸プローブからはシグナルは検出されない。   Then, the signal amount obtained in the second reaction step is detected (second detection step). Since the second reaction step is performed at the second temperature, it becomes impossible to maintain a hybrid chain with the target nucleic acid in one specific type of nucleic acid probe among the plurality of types of nucleic acid probes. Dissociate from the nucleic acid probe. As a result, no signal is detected from this nucleic acid probe.

各検出区画の一領域内に3種類以上の核酸プローブを固定化している場合、上記第2の反応工程と第2の検出工程を繰り返す(以下、第nの反応工程と第nの検出工程(但し、nは自然数)という)。このとき、第nの反応工程は、第nの温度において反応を行うが、第nの温度は、第(n−1)の温度よりも高温である。なぜなら、第2の温度と同様、第nの温度もまた、前記複数種類の核酸プローブのうち、特定の1種類の核酸プローブが標的核酸を解離する温度ではあるが、その特定の1種類の核酸プローブは、第(n−1)の反応工程でハイブリッド鎖の形成を維持している核酸プローブのうちの1つである必要があるからである。   When three or more types of nucleic acid probes are immobilized in one region of each detection section, the second reaction step and the second detection step are repeated (hereinafter, the nth reaction step and the nth detection step ( Where n is a natural number). At this time, although the nth reaction step performs the reaction at the nth temperature, the nth temperature is higher than the (n-1) th temperature. This is because, like the second temperature, the nth temperature is also a temperature at which one specific type of nucleic acid probe dissociates the target nucleic acid among the plurality of types of nucleic acid probes. This is because the probe needs to be one of the nucleic acid probes that maintain the formation of the hybrid chain in the (n-1) th reaction step.

各検出区画の一領域内にn種類の核酸プローブが固定化されている場合、第1〜第nの反応工程と第1〜第nの検出工程を行なう必要がある。そして、第nの温度における第nの反応工程では、最も高いTm値を示す核酸プローブのみが標的核酸とのハイブリッド鎖の形成を維持することができる。最も高いTm値を示す核酸プローブが標的核酸とのハイブリッド鎖の形成を解除する第n+1の温度における第n+1の反応工程を行う必要はない。但し、第n+1の反応工程と第n+1の検出工程を行い、全ての標的核酸を解離させ、最終的にシグナルが検出されなくなることを確認してもよい。   When n types of nucleic acid probes are immobilized in one region of each detection section, it is necessary to perform the first to nth reaction steps and the first to nth detection steps. In the n-th reaction step at the n-th temperature, only the nucleic acid probe exhibiting the highest Tm value can maintain the formation of a hybrid chain with the target nucleic acid. It is not necessary to perform the (n + 1) th reaction step at the (n + 1) th temperature at which the nucleic acid probe exhibiting the highest Tm value cancels the formation of the hybrid strand with the target nucleic acid. However, the (n + 1) th reaction step and the (n + 1) th detection step may be performed to dissociate all the target nucleic acids and finally confirm that no signal is detected.

反応工程および検出工程が一段階進むごとに、各時点でハイブリッド鎖の形成を維持している核酸プローブのうち、最も低いTm値を示す核酸プローブから、標的核酸が解離していくので、最後に各段階の検出工程で得られたシグナル量を組み合わせることによって、各核酸プローブに対応する標的核酸の存在の有無を判定することができる(判定工程)。   Each time the reaction process and detection process proceed, the target nucleic acid dissociates from the nucleic acid probe that exhibits the lowest Tm value among the nucleic acid probes that maintain the formation of hybrid strands at each time point. The presence or absence of the target nucleic acid corresponding to each nucleic acid probe can be determined by combining the signal amounts obtained in the detection steps at each stage (determination step).

以下、上記第2の実施形態をより明確にするために、図5を用いて説明する。   Hereinafter, in order to clarify the second embodiment, a description will be given with reference to FIG.

図5は、第2の実施形態における各反応温度で得られるシグナル量を表わす。シグナルは、各核酸プローブに対応する標的核酸が存在し、核酸プローブと標的核酸とのハイブリッド鎖が形成された場合に得られる。図5では、説明の便宜上、最も高いTm値を示す核酸プローブを核酸プローブc、2番目に高いTm値を示す核酸プローブを核酸プローブb、最も低いTm値を示す核酸プローブを核酸プローブaとした。 FIG. 5 shows the amount of signal obtained at each reaction temperature in the second embodiment. A signal is obtained when a target nucleic acid corresponding to each nucleic acid probe exists and a hybrid chain between the nucleic acid probe and the target nucleic acid is formed. In FIG. 5, for convenience of explanation, the nucleic acid probe showing the highest Tm value is designated as the nucleic acid probe c, the nucleic acid probe showing the second highest Tm value as the nucleic acid probe b, and the nucleic acid probe showing the lowest Tm value as the nucleic acid probe a. .

核酸プローブaは、Tm値が最も低いので、核酸プローブaに対応する標的核酸は、第1の反応温度よりも高温である第2および第3の反応温度では核酸プローブから解離してしまう。その結果、第1の反応温度においてのみシグナルが検出される(図5のa)。核酸プローブbに対応する標的核酸は、最も高温な第3の反応温度においてのみ核酸プローブから解離するので、第1および第2の反応温度ではシグナルが検出される(図5のb)。Tm値が最も高い核酸プローブcに対応する標的核酸は、第1〜3の全ての反応温度においてハイブリッド鎖の形成を維持することができ、その結果、第1〜3の全ての反応温度においてシグナルが検出される(図5のc)。   Since the nucleic acid probe a has the lowest Tm value, the target nucleic acid corresponding to the nucleic acid probe a is dissociated from the nucleic acid probe at the second and third reaction temperatures that are higher than the first reaction temperature. As a result, a signal is detected only at the first reaction temperature (a in FIG. 5). Since the target nucleic acid corresponding to the nucleic acid probe b is dissociated from the nucleic acid probe only at the highest third reaction temperature, a signal is detected at the first and second reaction temperatures (b in FIG. 5). The target nucleic acid corresponding to the nucleic acid probe c having the highest Tm value can maintain the formation of the hybrid chain at all the first to third reaction temperatures, and as a result, the signal at all the first to third reaction temperatures. Is detected (c in FIG. 5).

3種類の標的核酸のうち2種類が存在する場合、上記各標的核酸のシグナル量の和と同程度となる。例えば、核酸プローブa、bに対応する標的核酸(以下、標的核酸a、標的核酸bなどという)は、第1の反応温度では、標的核酸a、標的核酸bともに核酸プローブとハイブリッド鎖を形成し、各ハイブリッド鎖からシグナルが得られるため、そのシグナル量は、標的核酸aと標的核酸bの総和に近似する。しかし、第2の反応温度では、標的核酸aが核酸プローブaから解離し、標的核酸bのシグナルのみが検出される。そして、第3の反応温度では、標的核酸a、標的核酸bともに核酸プローブから解離し、シグナルは検出されない(図5のa+b)。   When two types of the three types of target nucleic acids are present, it is approximately the same as the sum of the signal amounts of the respective target nucleic acids. For example, target nucleic acids corresponding to the nucleic acid probes a and b (hereinafter referred to as target nucleic acid a and target nucleic acid b) form a hybrid chain with the nucleic acid probe together with the target nucleic acid a and the target nucleic acid b at the first reaction temperature. Since a signal is obtained from each hybrid chain, the signal amount approximates the sum of the target nucleic acid a and the target nucleic acid b. However, at the second reaction temperature, the target nucleic acid a is dissociated from the nucleic acid probe a, and only the signal of the target nucleic acid b is detected. At the third reaction temperature, both the target nucleic acid a and the target nucleic acid b are dissociated from the nucleic acid probe, and no signal is detected (a + b in FIG. 5).

同様に、核酸プローブb、cに対応する標的核酸が存在する場合(図5のb+c)、核酸プローブa、cに対応する標的核酸が存在する場合(図5のa+c)は、図5に示されたようなシグナルが得られる。   Similarly, when target nucleic acids corresponding to the nucleic acid probes b and c are present (b + c in FIG. 5), and when target nucleic acids corresponding to the nucleic acid probes a and c are present (a + c in FIG. 5), they are shown in FIG. Signal is obtained.

最後に、3種類の標的核酸a、b、cが存在する場合、第1の反応温度では、標的核酸a、標的核酸b、標的核酸cともにハイブリッド鎖を形成し、そのシグナル量は、標的核酸a、標的核酸bおよび標的核酸cの総和に近似する。第2の反応温度では、標的核酸aが核酸プローブaから解離し、標的核酸bと標的核酸cの総和に近似したシグナルが得られる。そして、第3の反応温度では、標的核酸bもまた核酸プローブbから解離し、標的核酸cのみが核酸プローブcとのハイブリッド鎖を維持するため、標的核酸cのみのシグナルが得られる(図5のa+b+c)。   Finally, when there are three types of target nucleic acids a, b, and c, at the first reaction temperature, the target nucleic acid a, the target nucleic acid b, and the target nucleic acid c form a hybrid chain, and the signal amount is It approximates the sum of a, target nucleic acid b and target nucleic acid c. At the second reaction temperature, the target nucleic acid a is dissociated from the nucleic acid probe a, and a signal approximate to the sum of the target nucleic acid b and the target nucleic acid c is obtained. At the third reaction temperature, the target nucleic acid b is also dissociated from the nucleic acid probe b, and only the target nucleic acid c maintains a hybrid chain with the nucleic acid probe c, so that a signal of only the target nucleic acid c is obtained (FIG. 5). A + b + c).

実際に、検査対象の核酸試料中に含まれる各標的核酸の存在の有無を判定する場合、予め「標的核酸−シグナル標準対応表」を作成しておく必要がある。第2の実施形態では、異なる反応温度で複数回の検出反応を行なう必要があるので、各反応温度における「標的核酸−シグナル標準対応表」をそれぞれ別個に作成しておく必要がある。「標的核酸−シグナル標準対応表」には、図5のように、各反応温度におけるシグナル標準量と、各シグナル標準量に対応した標的核酸の存在の有無の情報が明記されている。   Actually, when determining the presence or absence of each target nucleic acid contained in the nucleic acid sample to be examined, it is necessary to prepare a “target nucleic acid-signal standard correspondence table” in advance. In the second embodiment, since it is necessary to carry out a plurality of detection reactions at different reaction temperatures, it is necessary to prepare a “target nucleic acid-signal standard correspondence table” at each reaction temperature separately. In the “target nucleic acid-signal standard correspondence table”, as shown in FIG. 5, a signal standard amount at each reaction temperature and information on the presence or absence of a target nucleic acid corresponding to each signal standard amount are specified.

例えば、図5のような「標的核酸−シグナル標準対応表」を用いた場合、第1の反応温度で2.1のシグナル量が得られた場合、最も近似するシグナル標準量2.0から、核酸試料中の標的核酸が、標的核酸a+b、b+cまたはa+cのいずれかであることを判定することができる。次に、第2の反応温度で0.9のシグナル量が得られた場合、最も近似するシグナル標準量1.0と、第1の反応温度における判定結果から、核酸試料中の標的核酸が、標的核酸a+bまたはa+cのいずれかであることを判定することができる。最後に、第3の反応温度で0.8のシグナル量が得られた場合、最も近似するシグナル標準量1.0と、前述の第1および第2の反応温度における判定結果から、核酸試料中の標的核酸が、標的核酸a+cであることを一義的に判定することができる。   For example, when the “target nucleic acid-signal standard correspondence table” as shown in FIG. 5 is used, when a signal amount of 2.1 is obtained at the first reaction temperature, from the closest signal standard amount 2.0, It can be determined that the target nucleic acid is any of the target nucleic acids a + b, b + c or a + c. Next, when a signal amount of 0.9 is obtained at the second reaction temperature, the target nucleic acid in the nucleic acid sample is determined to be the target nucleic acid a + b or the target standard amount 1.0 from the closest signal standard and the determination result at the first reaction temperature. It can be determined that either a + c. Finally, when a signal amount of 0.8 is obtained at the third reaction temperature, the target nucleic acid in the nucleic acid sample is determined from the most approximate signal standard amount 1.0 and the determination results at the first and second reaction temperatures. The target nucleic acid a + c can be uniquely determined.

(3)第2の実施形態の変形例
第1の実施形態と同様、検査結果の信頼性を高めるために、固定される核酸プローブの種類を、複数の検出区画内で同一にしてもよい。また、2重試験の正確性をさらに増すために、核酸プローブの各Tm値を検出区画毎に異ならせてもよい。例えば、図2の核酸プローブa、bおよびcが固定された検出区画を2つ用意する際、第1の検出区画のTm値と第2の検出区画のTm値を異ならせる。例えば、第1の検出区画に固定された核酸プローブa、bおよびcのTm値を、それぞれ60℃、50℃、40℃に調節し、第2の検出区画に固定された核酸プローブa、bおよびcのTm値を逆に40℃、50℃、60℃に調節する。Tm値の異なる第1および第2の検出区画での2重試験によって、検出結果の信頼度がさらに増し、極めて正確な検出結果を得ることができる。
(3) Modified example of the second embodiment As in the first embodiment, in order to increase the reliability of the test result, the type of the nucleic acid probe to be fixed may be the same in a plurality of detection sections. In order to further increase the accuracy of the double test, each Tm value of the nucleic acid probe may be different for each detection section. For example, when preparing two detection sections to which the nucleic acid probes a, b and c in FIG. 2 are fixed, the Tm value of the first detection section and the Tm value of the second detection section are made different. For example, the Tm values of the nucleic acid probes a, b and c immobilized on the first detection compartment are adjusted to 60 ° C., 50 ° C. and 40 ° C., respectively, and the nucleic acid probes a, b immobilized on the second detection compartment The Tm values of c and c are adjusted to 40 ° C, 50 ° C and 60 ° C. The double test in the first and second detection sections having different Tm values further increases the reliability of the detection result, and an extremely accurate detection result can be obtained.

この場合、各シグナル標準量から得られる情報が異なるので、第1の検出区画に対応した第1の「標的核酸−シグナル標準対応表」と、第2の検出区画に対応した第2の「標的核酸−シグナル標準対応表」をそれぞれ別々に作成しておく必要がある。上述したように、第1および第2の「標的核酸−シグナル標準対応表」には、それぞれ各反応温度におけるシグナル標準量と、各シグナル標準量に対応した標的核酸の存在の有無の情報が明記されている。そして、各検出区画ごとに標的核酸の存在の有無を判定し、判定結果が同一であれば、その結果は極めて信頼性の高いものとして評価することができ、判定結果が異なる場合は、偽陽性である可能性が高いと判定することができる。   In this case, since the information obtained from each signal standard amount is different, the first “target nucleic acid-signal standard correspondence table” corresponding to the first detection section and the second “target” corresponding to the second detection section It is necessary to prepare “Nucleic acid-signal standard correspondence table” separately. As described above, the first and second “target nucleic acid-signal standard correspondence tables” clearly indicate the signal standard amount at each reaction temperature and the presence or absence of the target nucleic acid corresponding to each signal standard amount. Has been. Then, the presence or absence of the target nucleic acid is determined for each detection section, and if the determination results are the same, the results can be evaluated as extremely reliable, and if the determination results are different, false positive It is possible to determine that there is a high possibility.

従って、検査対象の核酸試料が多くの多型配列を含む場合、検出区画内に固定された各核酸プローブ同士の配列の相同性が高い場合など、偽陽性の結果が得られる可能性が高い検査においても、偽陽性の結果を見過ごすことなく、再試験を行う、核酸プローブの設計を見直す等の処置をとることができ、検査結果の信用性が強く求められる医療現場において極めて優れた効果を発揮する。   Therefore, if the nucleic acid sample to be tested contains many polymorphic sequences, or if the sequence homology between each nucleic acid probe immobilized in the detection compartment is high, a test that is highly likely to yield a false positive result In this case, it is possible to take re-tests and review the design of the nucleic acid probe without overlooking the false positive results, and it is extremely effective in the medical field where the reliability of the test results is strongly required. To do.

なお、当然ながら、同一種類の核酸プローブを固定する検出区画を3区画以上設け、例えば、3重試験、4重試験に対応した基体とすることもできる。   Of course, three or more detection sections for fixing the same type of nucleic acid probe are provided, and for example, a substrate corresponding to a triple test or a quadruple test can be used.

実施例1(第1の実施形態)
以下、第1の実施形態において3種類の標的核酸を検出した例を示す。なお、標的核酸検出用基体には、各検出区画内に電極が配置された基体を使用し、標的核酸を電気化学的に検出した。
Example 1 (first embodiment)
Hereinafter, an example in which three types of target nucleic acids are detected in the first embodiment will be described. As the target nucleic acid detection substrate, a substrate in which an electrode is arranged in each detection section was used, and the target nucleic acid was detected electrochemically.

<核酸試料>
核酸試料として以下の標的核酸1〜3を用意した。
<Nucleic acid sample>
The following target nucleic acids 1 to 3 were prepared as nucleic acid samples.

標的核酸1(5'→3')
TCTGATGCCCAAATATTCAATAAACCTTATTGGT
標的核酸2(5'→3')
TCCCAATTATTTAATAAACCGTACTGGTTACAA
標的核酸3(5'→3')
TGCCCAGGTACAGGAGACTGTGTAGAAGCA
先ず、核酸試料1〜7をそれぞれ調製した。核酸試料1は標的核酸1を含む核酸試料であり、核酸試料2は標的核酸2を含む核酸試料であり、核酸試料3は標的核酸3を含む核酸試料であり、核酸試料4は標的核酸1および2を含む核酸試料であり、核酸試料5は標的核酸1および3を含む核酸試料であり、核酸試料6は標的核酸2および3を含む核酸試料であり、核酸試料7は標的核酸1、2および3を含む核酸試料である。また、対照として、標的核酸を含まない核酸試料8を調製した。
Target nucleic acid 1 (5 '→ 3')
TCTGATGCCCAAATATTCAATAAACCTTATTGGT
Target nucleic acid 2 (5 '→ 3')
TCCCAATTATTTAATAAACCGTACTGGTTACAA
Target nucleic acid 3 (5 '→ 3')
TGCCCAGGTACAGGAGACTGTGTAGAAGCA
First, nucleic acid samples 1 to 7 were prepared. Nucleic acid sample 1 is a nucleic acid sample containing target nucleic acid 1, nucleic acid sample 2 is a nucleic acid sample containing target nucleic acid 2, nucleic acid sample 3 is a nucleic acid sample containing target nucleic acid 3, nucleic acid sample 4 is a target nucleic acid 1 and 2 is a nucleic acid sample containing target nucleic acids 1 and 3, nucleic acid sample 6 is a nucleic acid sample containing target nucleic acids 2 and 3, and nucleic acid sample 7 is a target nucleic acid 1, 2 and 3 is a nucleic acid sample. As a control, a nucleic acid sample 8 containing no target nucleic acid was prepared.

<核酸プローブ>
核酸プローブとして以下の核酸プローブを用意した。
<Nucleic acid probe>
The following nucleic acid probes were prepared as nucleic acid probes.

核酸プローブ1(5'→3')
ACCAATAAGGTTTATTGAATATTTGGGCATCAGA (Tm値:71.5℃)
核酸プローブ2(5'→3')
TTGTAACCAGTACGGTTTATTAAATAATTGGGA (Tm値:68.0℃)
核酸プローブ3(5'→3')
TGCTTCTACACAGTCTCCTGTACCTGGGCA (Tm値:75.6℃)
核酸プローブ1、2および3は、標的核酸1、2および3に対してそれぞれ相補的な配列を有する。核酸プローブ1、2および3は、Tm値が同程度となるように設定し、反応温度による検出結果への影響を排除した。なお、核酸プローブのTm値は、Nearest Neighbor法によって、50mM Na+濃度(Na+=50×10-3)および0.5μMオリゴヌクレオチド濃度(Ct=0.5×10-6)の値を用いて算出した。
Nucleic acid probe 1 (5 '→ 3')
ACCAATAAGGTTTATTGAATATTTGGGCATCAGA (Tm value: 71.5 ℃)
Nucleic acid probe 2 (5 '→ 3')
TTGTAACCAGTACGGTTTATTAAATAATTGGGA (Tm value: 68.0 ℃)
Nucleic acid probe 3 (5 '→ 3')
TGCTTCTACACAGTCTCCTGTACCTGGGCA (Tm value: 75.6 ℃)
The nucleic acid probes 1, 2 and 3 have complementary sequences to the target nucleic acids 1, 2 and 3, respectively. Nucleic acid probes 1, 2, and 3 were set so that the Tm values were comparable, and the influence of the reaction temperature on the detection result was excluded. The Tm value of the nucleic acid probe was calculated by the Nearest Neighbor method using values of 50 mM Na + concentration (Na + = 50 × 10 −3 ) and 0.5 μM oligonucleotide concentration (Ct = 0.5 × 10 −6 ). .

核酸プローブ1、2および3を、それぞれ1:3:9の比率で配合して核酸プローブ混合溶液を調製した。前記混合溶液を、検出区画内に配置された単一電極内に添加し、核酸プローブ1、2および3が、それぞれ1:3:9の固定量比で固定された1検出区画を作製した。   Nucleic acid probes 1, 2, and 3 were blended at a ratio of 1: 3: 9, respectively, to prepare a nucleic acid probe mixed solution. The mixed solution was added to a single electrode arranged in the detection compartment, thereby producing one detection compartment in which the nucleic acid probes 1, 2 and 3 were fixed at a fixed amount ratio of 1: 3: 9, respectively.

<標的核酸の検出>
前記検出区画内に上記核酸試料をそれぞれ添加し、50℃で20分間にわたってハイブリダイゼーションを行った。その後、30℃で20分間洗浄工程行った。なお、Tm値は相対的な指標であるため、実際の温度条件と相違することは問題ない。
<Detection of target nucleic acid>
Each nucleic acid sample was added to the detection compartment, and hybridization was performed at 50 ° C. for 20 minutes. Thereafter, a washing step was performed at 30 ° C. for 20 minutes. Since the Tm value is a relative index, there is no problem that it differs from the actual temperature condition.

洗浄後、検出区画内にヘキスト33258を添加し、検出区画内に配置された電極に電位を掃引した。ヘキスト33258は、検出区画に固定された核酸プローブと標的核酸とのハイブリッド鎖を認識し、ハイブリッド鎖内に挿入される。電極に電位を掃引すると、ハイブリッド鎖内に挿入されたヘキスト33258の酸化還元反応により電流が流れる。この電流は、電流値(nA)として検出することができる。   After washing, Hoechst 33258 was added to the detection compartment, and the potential was swept to the electrode arranged in the detection compartment. Hoechst 33258 recognizes the hybrid strand of the nucleic acid probe fixed to the detection compartment and the target nucleic acid, and is inserted into the hybrid strand. When the potential is swept across the electrode, a current flows due to the redox reaction of Hoechst 33258 inserted into the hybrid chain. This current can be detected as a current value (nA).

<実験結果>
結果を以下の表1に示す。

Figure 2009201402
<Experimental result>
The results are shown in Table 1 below.
Figure 2009201402

同様に、上記結果を棒グラフにして図6に表わした。   Similarly, the results are shown as a bar graph in FIG.

標的核酸を含まない核酸試料8(Negative control)を添加した場合、電流値は検出されなかった。   When nucleic acid sample 8 (Negative control) containing no target nucleic acid was added, no current value was detected.

標的核酸1、2および3をそれぞれ単独で含む核酸試料1、2および3を添加した場合、それぞれ6.1nA、28.2nA、41.5nAの電流値が検出された。この結果は、単一検出区画内に異なる量で固定された核酸プローブに標的核酸が結合し、その固定量比に依存した電流値が得られ、単一検出区画内において3種類の異なる標的核酸を識別できたことを意味する。同様に、標的核酸1、2または3のうち複数の標的核酸を含む核酸試料4〜7を添加した場合の電流値を検出した。それぞれ、核酸試料4を添加した場合は34.3nA、核酸試料5を添加した場合は45.9nA、核酸試料6を添加した場合は71.7nA、核酸試料7を添加した場合は77.9nAの電流値が得られた。各電流値は、各標的核酸から得られた電流値の和とほぼ同程度の数値となった。この結果は、標的核酸1、2または3のうち複数の標的核酸が存在している場合であっても、それらの識別が可能であることを意味している。   When nucleic acid samples 1, 2, and 3 each containing target nucleic acids 1, 2, and 3 were added, current values of 6.1 nA, 28.2 nA, and 41.5 nA were detected, respectively. As a result, the target nucleic acid binds to the nucleic acid probe immobilized in different amounts in the single detection section, and a current value depending on the fixed amount ratio is obtained. In the single detection section, three types of different target nucleic acids are obtained. Means that it could be identified. Similarly, the electric current value at the time of adding the nucleic acid samples 4-7 containing several target nucleic acids among the target nucleic acids 1, 2, or 3 was detected. A current value of 34.3 nA is obtained when nucleic acid sample 4 is added, 45.9 nA when nucleic acid sample 5 is added, 71.7 nA when nucleic acid sample 6 is added, and 77.9 nA when nucleic acid sample 7 is added. It was. Each current value was a numerical value approximately the same as the sum of the current values obtained from each target nucleic acid. This result means that even when a plurality of target nucleic acids are present among the target nucleic acids 1, 2 or 3, they can be identified.

以上の結果より、同一検出区画内に異なる配列を有する核酸プローブを異なる濃度で固定した基体を用いることにより、複数の標的核酸を同一検出区画内で迅速かつ正確に識別することができた。   From the above results, it was possible to quickly and accurately identify a plurality of target nucleic acids in the same detection section by using a substrate on which nucleic acid probes having different sequences in the same detection section were immobilized at different concentrations.

実施例2(第2の実施形態)
以下、第2の実施形態において2種類の標的核酸を検出した例を示す。なお、標的核酸検出用基体には、各検出区画内に電極が配置された基体を使用し、標的核酸を電気化学的に検出した。
Example 2 (second embodiment)
Hereinafter, an example in which two types of target nucleic acids are detected in the second embodiment will be described. As the target nucleic acid detection substrate, a substrate in which an electrode is arranged in each detection section was used, and the target nucleic acid was detected electrochemically.

<核酸試料>
核酸試料として以下の標的核酸1および2を用意した。
<Nucleic acid sample>
The following target nucleic acids 1 and 2 were prepared as nucleic acid samples.

標的核酸1(5'→3')
TACCACATCATCCATATAACTGAAAGC
標的核酸2(5'→3')
TACCACATCATCTATATAACTGAAAGC
標的核酸1および2は、5'末端側から13番目の塩基のみが異なっており(標的核酸1はC、標的核酸2はT、それぞれ下線部)、それ以外の塩基配列は完全に同一とした。このような標的核酸1および2は、識別が最も困難な組み合わせである。
Target nucleic acid 1 (5 '→ 3')
TACCACATCATC C ATATAACTGAAAGC
Target nucleic acid 2 (5 '→ 3')
TACCACATCATC T ATATAACTGAAAGC
Target nucleic acids 1 and 2 differ only in the 13th base from the 5 ′ end side (target nucleic acid 1 is C, target nucleic acid 2 is T, and underlined), and other base sequences are completely identical. . Such target nucleic acids 1 and 2 are the most difficult combination to distinguish.

標的核酸1を含む核酸試料、標的核酸2を含む核酸試料、標的核酸1および2を含む核酸試料を調製した。また、対照として、標的核酸を含まない核酸試料を調製した。   A nucleic acid sample containing the target nucleic acid 1, a nucleic acid sample containing the target nucleic acid 2, and a nucleic acid sample containing the target nucleic acids 1 and 2 were prepared. As a control, a nucleic acid sample not containing the target nucleic acid was prepared.

<核酸プローブ>
核酸プローブとして以下の核酸プローブを用意した。
<Nucleic acid probe>
The following nucleic acid probes were prepared as nucleic acid probes.

核酸プローブ1(5'→3')
GCTTTCAGTTATATGGATGATGTGGTA (Tm値:64.6℃)
核酸プローブ2(5'→3')
AGTTATATAGATGAT (Tm値:49.0℃)
核酸プローブ1および2は、それぞれ標的核酸1および2に対して相補的である。上記異なる塩基配列に対応する塩基を下線で記した。また、核酸プローブ1および2が互いに異なるTm値を示すように、核酸プローブ2のプローブ長を短く設定し、核酸プローブ2のTm値(49.0℃)を核酸プローブ1のTm値(64.6℃)よりも低く設定した。なお、核酸プローブ1および2のTm値は、Nearest Neighbor法によって、50mM Na+濃度(Na+=50×10-3)および0.5μMオリゴヌクレオチド濃度(Ct=0.5×10-6)の値を用いて算出した。
Nucleic acid probe 1 (5 '→ 3')
GCTTTCAGTTATAT G GATGATGTGGTA (Tm value: 64.6 ℃)
Nucleic acid probe 2 (5 '→ 3')
AGTTATAT A GATGAT (Tm value: 49.0 ℃)
Nucleic acid probes 1 and 2 are complementary to target nucleic acids 1 and 2, respectively. Bases corresponding to the different base sequences are underlined. Also, the probe length of the nucleic acid probe 2 is set to be short so that the nucleic acid probes 1 and 2 show different Tm values, and the Tm value (49.0 ° C.) of the nucleic acid probe 2 is calculated from the Tm value (64.6 ° C.) of the nucleic acid probe 1 Was set too low. The Tm values of the nucleic acid probes 1 and 2 are 50 mM Na + concentration (Na + = 50 × 10 −3 ) and 0.5 μM oligonucleotide concentration (Ct = 0.5 × 10 −6 ) by Nearest Neighbor method. Calculated.

等量の核酸プローブ1および2を含む混合溶液を調製し、前記混合液を、検出区画内に配置された単一電極内に添加することによって、核酸プローブ1および2が固定された1検出区画を作製した。   A detection solution in which nucleic acid probes 1 and 2 are immobilized is prepared by preparing a mixed solution containing equal amounts of nucleic acid probes 1 and 2 and adding the mixed solution to a single electrode disposed in the detection compartment. Was made.

<反応条件1および2における反応>
前記検出区画内に上記核酸試料を添加し、50℃で20分間にわたってハイブリダイゼーションを行った。その後、反応条件1では、洗浄工程を30℃で20分間行い、反応条件2では、洗浄工程を40℃で20分間行った。以下に各反応条件を示す。
<Reaction under reaction conditions 1 and 2>
The nucleic acid sample was added to the detection compartment, and hybridization was performed at 50 ° C. for 20 minutes. Thereafter, under reaction condition 1, the washing step was performed at 30 ° C. for 20 minutes, and under reaction condition 2, the washing step was carried out at 40 ° C. for 20 minutes. Each reaction condition is shown below.

[反応条件1]
ハイブリダイゼーション:50℃で20分間
洗浄 :30℃で20分間
[反応条件2]
ハイブリダイゼーション:50℃で20分間
洗浄 :40℃で20分間
実施例2では、各洗浄工程を反応条件1および2において独立して行っている。洗浄工程を独立して行う場合、第2の洗浄工程もまた、第1の洗浄工程と同様、ハイブリダイゼーション後に行われるので、第2の洗浄工程を行う段階において、反応溶液中には偽結合等をもたらす可能性のある不純物が多量に含まれている。従って、第2の洗浄工程後にも偽結合等の可能性を考慮する必要性がある。これに対し、洗浄工程を連続して行う場合、第2の洗浄工程は、第1の洗浄工程を経た後に行われるので、第2の洗浄工程を行う段階において、すでに偽結合等をもたらす可能性のある不純物が反応溶液中から取り除かれている。従って、洗浄工程を独立して行う場合と比較して、第2の洗浄工程後に偽結合等の可能性を考慮する必要性は低い。逆に言えば、洗浄工程を独立して行う態様が、第2の実施形態の中でも厳しい条件であることが予想される。このような厳しい条件で実施例2を行った理由は、本発明の実施可能性を厳密に評価するためである。すなわち、独立した洗浄工程において、上述した最も判定が困難な組み合わせである標的核酸1および2の存在の有無を識別することができれば、第2の実施形態の実施可能性を十分に証明したことになる。
[Reaction condition 1]
Hybridization: 20 minutes at 50 ° C Washing: 20 minutes at 30 ° C [Reaction condition 2]
Hybridization: 20 minutes at 50 ° C. Washing: 20 minutes at 40 ° C. In Example 2, each washing step is performed independently under reaction conditions 1 and 2. When the washing step is performed independently, the second washing step is also performed after the hybridization as in the first washing step. Therefore, in the step of performing the second washing step, a false bond or the like is included in the reaction solution. Contains a large amount of impurities that may cause Therefore, it is necessary to consider the possibility of false bonding after the second washing step. On the other hand, when the cleaning process is performed continuously, the second cleaning process is performed after the first cleaning process. Therefore, in the stage of performing the second cleaning process, there is a possibility of causing a false bond or the like. Some impurities are removed from the reaction solution. Therefore, compared with the case where the washing process is performed independently, it is less necessary to consider the possibility of false bonding after the second washing process. In other words, it is expected that the mode in which the cleaning process is performed independently is a severe condition in the second embodiment. The reason why Example 2 was performed under such severe conditions is to strictly evaluate the feasibility of the present invention. That is, if the presence or absence of the target nucleic acids 1 and 2 which are the most difficult combinations described above can be identified in an independent washing step, the feasibility of the second embodiment has been sufficiently proved. Become.

なお、ハイブリダイゼーション温度が洗浄温度よりも高いのは、核酸試料溶液の濃度、反応溶液の組成が異なることによるものであり、上記ハイブリダイゼーション温度において、核酸試料中の全ての標的核酸が核酸プローブにハイブリダイズし得る。また、Tm値は相対的な指標であるため、実際の温度条件と相違することは問題ない。   The hybridization temperature is higher than the washing temperature because the concentration of the nucleic acid sample solution and the composition of the reaction solution are different. At the hybridization temperature, all target nucleic acids in the nucleic acid sample are transferred to the nucleic acid probe. It can hybridize. Moreover, since the Tm value is a relative index, there is no problem that it differs from the actual temperature condition.

洗浄後、検出区画内にヘキスト33258を添加し、検出区画内に配置された電極に電位を掃引した。ヘキスト33258は、検出区画に固定された核酸プローブと標的核酸とのハイブリッド鎖を認識し、ハイブリッド鎖内に挿入される。電極に電位を掃引すると、ハイブリッド鎖内に挿入されたヘキスト33258の酸化還元反応により電流が流れる。この電流は、電流値増加量(nA)として検出することができる。   After washing, Hoechst 33258 was added to the detection compartment, and the potential was swept to the electrode arranged in the detection compartment. Hoechst 33258 recognizes the hybrid strand of the nucleic acid probe fixed to the detection compartment and the target nucleic acid, and is inserted into the hybrid strand. When the potential is swept across the electrode, a current flows due to the redox reaction of Hoechst 33258 inserted into the hybrid chain. This current can be detected as a current value increase (nA).

<実験結果>
各標的核酸を反応させたときの電流値増加量を以下の表2に示す。なお、電流値増加量とは、得られた電流値とバックグラウンド電流値との差を意味する。

Figure 2009201402
<Experimental result>
The amount of increase in current value when each target nucleic acid is reacted is shown in Table 2 below. The amount of increase in current value means the difference between the obtained current value and the background current value.
Figure 2009201402

同様に、上記結果を棒グラフにして図7に表わした。   Similarly, the results are shown as a bar graph in FIG.

標的核酸を含まない核酸試料(対照)を添加した場合、反応条件1および2のいずれにおいても電流値増加量は検出されなかった。   When a nucleic acid sample not containing the target nucleic acid (control) was added, no increase in current value was detected in either reaction condition 1 or 2.

標的核酸1を含む核酸試料を添加した場合、反応条件1および2において17.0nAの電流値増加量が検出された。この結果は、いずれの反応条件でもTm値の高い核酸プローブ1と標的核酸1とのハイブリッド鎖が維持されたことを意味する。   When a nucleic acid sample containing the target nucleic acid 1 was added, a current value increase of 17.0 nA was detected under reaction conditions 1 and 2. This result means that the hybrid chain between the nucleic acid probe 1 having a high Tm value and the target nucleic acid 1 was maintained under any reaction conditions.

標的核酸2を含む核酸試料を添加した場合、反応条件1では16.5nAの電流値増加量が検出されたが、反応条件2ではほとんど検出されなかった。この結果は、より高温の反応条件2において、Tm値の低い核酸プローブ2から標的核酸2が解離したことを意味する。   When a nucleic acid sample containing the target nucleic acid 2 was added, an increase in current value of 16.5 nA was detected under reaction condition 1, but was hardly detected under reaction condition 2. This result means that the target nucleic acid 2 was dissociated from the nucleic acid probe 2 having a low Tm value under the higher temperature reaction condition 2.

標的核酸1および2を含む核酸試料を添加した場合、反応条件1では、26.3nAの電流値増加量が検出され、反応条件2では18.8nAの電流値増加量が検出された。この結果は、反応条件1では、標的核酸1および2がいずれも核酸プローブとのハイブリッド鎖を維持し、標的核酸1および2の電流値の総和に近似した電流値が検出されたことを意味する。また、反応条件2では、Tm値が低い核酸プローブ2から標的核酸2が解離し、標的核酸2に由来する電流値がほとんど得られなくなったことを意味する。   When a nucleic acid sample containing target nucleic acids 1 and 2 was added, an increase in current value of 26.3 nA was detected under reaction condition 1, and an increase in current value of 18.8 nA was detected under reaction condition 2. This result means that, under the reaction condition 1, both the target nucleic acids 1 and 2 maintain a hybrid chain with the nucleic acid probe, and a current value close to the sum of the current values of the target nucleic acids 1 and 2 is detected. . Moreover, under the reaction condition 2, it means that the target nucleic acid 2 is dissociated from the nucleic acid probe 2 having a low Tm value, and the current value derived from the target nucleic acid 2 is hardly obtained.

以上の結果より、反応条件1および2の電流値を組み合わせることによって、核酸試料中に存在する標的核酸1および2の存在の有無を迅速かつ正確に識別することができた。   From the above results, the presence / absence of the target nucleic acids 1 and 2 present in the nucleic acid sample could be quickly and accurately identified by combining the current values of the reaction conditions 1 and 2.

第1および第2の実施形態における標的核酸検出用基体。The target nucleic acid detection substrate in the first and second embodiments. 第1の実施形態における図1の線A−Aに沿った断面図。Sectional drawing along line AA of FIG. 1 in 1st Embodiment. 第1の実施形態におけるシグナル量を表わす模式図。The schematic diagram showing the signal amount in 1st Embodiment. 第2の実施形態における図1の線A−Aに沿った断面図。Sectional drawing along line AA of FIG. 1 in 2nd Embodiment. 第2の実施形態におけるシグナル量を表わす模式図。The schematic diagram showing the signal amount in 2nd Embodiment. 第1の実施形態における電流値の結果を示す棒グラフ。The bar graph which shows the result of the electric current value in 1st Embodiment. 第2の実施形態における電流値の結果を示す棒グラフ。The bar graph which shows the result of the electric current value in 2nd Embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

1・・・標的核酸検出用基体、2・・・基体、3・・・検出区画、電極、4・・・パッド、a・・・核酸プローブa、b・・・核酸プローブb、c・・・核酸プローブc。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Base for target nucleic acid detection, 2 ... Base, 3 ... Detection section, electrode, 4 ... Pad, a ... Nucleic acid probe a, b ... Nucleic acid probe b, c ... -Nucleic acid probe c.

Claims (20)

基板と、複数の互いに異なる標的核酸にそれぞれ相補的な複数の核酸プローブと、前記基板上に設けられ、同一領域内に前記複数の核酸プローブがそれぞれ異なる固定量で固定された検出区画と、を備える標的核酸検出用基体に、核酸試料を供給する供給工程と、
前記核酸試料を前記核酸プローブにハイブリダイズさせ、ハイブリッド鎖を得るハイブリダイゼーション工程と、
前記検出区画から前記ハイブリッド鎖に由来するシグナル量を検出する検出工程と、
前記シグナル量から前記核酸試料に含まれる標的核酸の有無を判定する判定工程と
を行なうことを特徴とする標的核酸の検出方法。
A substrate, a plurality of nucleic acid probes complementary to a plurality of different target nucleic acids, and a detection section provided on the substrate, wherein the plurality of nucleic acid probes are fixed in different fixed amounts in the same region, Supplying a nucleic acid sample to a target nucleic acid detection substrate provided;
A hybridization step of hybridizing the nucleic acid sample to the nucleic acid probe to obtain a hybrid chain;
A detection step of detecting a signal amount derived from the hybrid chain from the detection compartment;
And a determination step of determining the presence or absence of the target nucleic acid contained in the nucleic acid sample from the signal amount.
前記判定工程は、前記シグナル量と、前記複数の核酸プローブと相補的な配列を有する既知の核酸試料を前記標的核酸検出用基体に供給してハイブリダイゼーションを行なった後に前記検出区画から得られたシグナル標準量とを比較することによって行なうことを特徴とする請求項1に記載の検出方法。   The determination step was obtained from the detection section after performing hybridization by supplying a known nucleic acid sample having a sequence complementary to the signal amount and the plurality of nucleic acid probes to the target nucleic acid detection substrate. The detection method according to claim 1, wherein the detection method is performed by comparing the signal standard amount. 前記検出工程は、
前記ハイブリッド鎖に電気化学的活性を有する分子を結合させる工程と、
前記検出区画に設けられた電極に電位を印加し、前記分子に由来する電流を検出する工程とを行なうことを特徴とする請求項1に記載の検出方法。
The detection step includes
Attaching a molecule having electrochemical activity to the hybrid chain;
The method according to claim 1, further comprising: applying a potential to an electrode provided in the detection section to detect a current derived from the molecule.
前記標的核酸検出用基体は、前記検出区画を複数具備し、前記複数の検出区画には互いに同一種類の核酸プローブが固定されており、
前記検出工程は、前記複数の検出区画から各々シグナル量を検出し、
前記判定工程は、前記複数の検出区画から得られた複数のシグナル量から判定することを特徴とする請求項1に記載の検出方法。
The target nucleic acid detection substrate comprises a plurality of the detection sections, and the same kind of nucleic acid probes are fixed to the plurality of detection sections,
The detection step detects the signal amount from each of the plurality of detection sections,
The detection method according to claim 1, wherein the determination step determines from a plurality of signal amounts obtained from the plurality of detection sections.
前記複数の検出区画に固定された複数の前記核酸プローブの各固定量が、検出区画毎に異なることを特徴とする請求項4に記載の検出方法。   The detection method according to claim 4, wherein the amount of each of the plurality of nucleic acid probes fixed to the plurality of detection sections is different for each detection section. 基板と、異なる標的核酸にそれぞれ相補的であって、互いに異なるTm値を示す複数種類の核酸プローブと、前記基板上に設けられ、同一領域内に前記複数種類の核酸プローブが固定された検出区画と、を備える標的核酸検出用基体に、核酸試料を供給する供給工程と、
前記複数種類の核酸プローブのすべての種類の核酸プローブが前記標的核酸とのハイブリッド鎖の形成を維持する温度と、前記複数種類の核酸プローブのうち、各々の核酸プローブが前記標的核酸を解離する各温度とで前記核酸試料と前記標的核酸検出用基体との反応を行う反応工程と、
前記複数の温度における各反応工程で得られたシグナル量を検出する検出工程と、
前記検出工程で得られたシグナル量から前記核酸試料に含まれる標的核酸の有無を判定する判定工程と
を行なうことを特徴とする標的核酸の検出方法。
A substrate, a plurality of types of nucleic acid probes that are complementary to different target nucleic acids and exhibit different Tm values, and a detection section provided on the substrate and having the plurality of types of nucleic acid probes fixed in the same region Supplying a nucleic acid sample to a target nucleic acid detection substrate comprising:
A temperature at which all types of nucleic acid probes of the plurality of types of nucleic acid probes maintain hybrid chain formation with the target nucleic acid, and each of the plurality of types of nucleic acid probes dissociates the target nucleic acid. A reaction step of reacting the nucleic acid sample with the target nucleic acid detection substrate at a temperature;
A detection step of detecting a signal amount obtained in each reaction step at the plurality of temperatures;
And a determination step of determining the presence or absence of the target nucleic acid contained in the nucleic acid sample from the signal amount obtained in the detection step.
基板と、第1の標的核酸とハイブリッド鎖を形成可能な第1の核酸プローブと、第2の標的核酸とハイブリッド鎖を形成可能であって、第1の核酸プローブとは異なるTm値を示す第2の核酸プローブと、前記基板上に設けられ、同一領域内に第1および第2の核酸プローブが固定された検出区画とを備える標的核酸検出用基体に、核酸試料を供給する供給工程と、
第1の核酸プローブに第1の標的核酸をハイブリダイズさせ、かつ第2の核酸プローブに第2の標的核酸をハイブリダイズさせる温度Tにおいてハイブリダイゼーションを行なうハイブリダイゼーション工程と、
第1の標的核酸と第1の核酸プローブとのハイブリッド鎖の形成を維持し、かつ第2の標的核酸と第2の核酸プローブとのハイブリッド鎖の形成を維持する第1の温度において前記検出区画を洗浄する第1の洗浄工程と、
第1の洗浄工程後に前記検出区画から得られるシグナル量を検出する第1の検出工程と、
第1の標的核酸と第1の核酸プローブとのハイブリッド鎖の形成を維持し、かつ第2の標的核酸を第2の核酸プローブから解離させる第2の温度において前記検出区画を洗浄する第2の洗浄工程と、
第2の洗浄工程後に前記検出区画から得られるシグナル量を検出する第2の検出工程と
第1の検出工程で得られたシグナル量、第2の検出工程で得られたシグナル量から前記核酸試料に含まれる標的核酸の有無を判定する判定工程と
を行なうことを特徴とする標的核酸の検出方法。
A first nucleic acid probe capable of forming a hybrid strand with a substrate, a first target nucleic acid, a second nucleic acid capable of forming a hybrid strand, and a Tm value different from that of the first nucleic acid probe. A supply step of supplying a nucleic acid sample to a target nucleic acid detection substrate comprising two nucleic acid probes and a detection section provided on the substrate and having the first and second nucleic acid probes fixed in the same region;
A hybridization step of hybridizing at a temperature T 0 to hybridize the first target nucleic acid to the first nucleic acid probe and to hybridize the second target nucleic acid to the second nucleic acid probe;
The detection zone at a first temperature that maintains the formation of a hybrid strand of the first target nucleic acid and the first nucleic acid probe and maintains the formation of a hybrid strand of the second target nucleic acid and the second nucleic acid probe A first cleaning step for cleaning
A first detection step for detecting a signal amount obtained from the detection section after the first washing step;
Washing the detection compartment at a second temperature that maintains the formation of a hybrid strand of the first target nucleic acid and the first nucleic acid probe and dissociates the second target nucleic acid from the second nucleic acid probe; A cleaning process;
From the second detection step for detecting the signal amount obtained from the detection section after the second washing step, the signal amount obtained in the first detection step, and the signal amount obtained in the second detection step, the nucleic acid sample And a determination step of determining the presence or absence of the target nucleic acid contained in the target nucleic acid.
基板と、第1の標的核酸とハイブリッド鎖を形成可能な第1の核酸プローブと、第2の標的核酸とハイブリッド鎖を形成可能であって、第1の核酸プローブとは異なるTm値を示す第2の核酸プローブと、前記基板上に設けられ、同一領域内に第1および第2の核酸プローブが固定された検出区画とを備える標的核酸検出用基体に、核酸試料を供給する供給工程と、
第1の核酸プローブに第1の標的核酸をハイブリダイズさせ、かつ第2の核酸プローブに第2の標的核酸をハイブリダイズさせる第1の温度においてハイブリダイゼーションを行なう第1のハイブリダイゼーション工程と、
第1のハイブリダイゼーション工程後に前記検出区画から得られるシグナル量を検出する第1の検出工程と、
第1の標的核酸と第1の核酸プローブとのハイブリッド鎖の形成を維持し、かつ第2の標的核酸を第2の核酸プローブから解離させる第2の温度においてハイブリダイゼーションを行なう第2のハイブリダイゼーション工程と、
第2のハイブリダイゼーション工程後に前記検出区画から得られるシグナル量を検出する第2の検出工程と、
第1の検出工程で得られたシグナル量、第2の検出工程で得られたシグナル量から前記核酸試料に含まれる標的核酸の有無を判定する判定工程と
を行なうことを特徴とする標的核酸の検出方法。
A first nucleic acid probe capable of forming a hybrid strand with a substrate, a first target nucleic acid, a second nucleic acid capable of forming a hybrid strand, and a Tm value different from that of the first nucleic acid probe. A supply step of supplying a nucleic acid sample to a target nucleic acid detection substrate comprising two nucleic acid probes and a detection section provided on the substrate and having the first and second nucleic acid probes fixed in the same region;
A first hybridization step of hybridizing at a first temperature to hybridize a first target nucleic acid to a first nucleic acid probe and to hybridize a second target nucleic acid to a second nucleic acid probe;
A first detection step of detecting a signal amount obtained from the detection section after the first hybridization step;
Second hybridization for maintaining hybridization at a second temperature that maintains the formation of a hybrid strand between the first target nucleic acid and the first nucleic acid probe and dissociates the second target nucleic acid from the second nucleic acid probe. Process,
A second detection step of detecting a signal amount obtained from the detection section after the second hybridization step;
A determination step of determining the presence or absence of a target nucleic acid contained in the nucleic acid sample from the signal amount obtained in the first detection step and the signal amount obtained in the second detection step. Detection method.
前記判定工程は、前記第1および第2の検出工程において得られた各々のシグナル量と、前記第1および/または第2の核酸プローブと相補的な配列を有する既知の核酸試料を前記標的核酸検出用基体に供給して前記第1および第2の温度でハイブリダイゼーションまたは洗浄を行なった後に前記検出区画から得られたシグナル標準量とを比較することによって行なうことを特徴とする請求項7または8に記載の検出方法。   In the determination step, a known nucleic acid sample having a sequence complementary to each of the signal amounts obtained in the first and second detection steps and the first and / or second nucleic acid probe is used as the target nucleic acid. 8. The method according to claim 7, wherein the detection is performed by comparing the signal standard amount obtained from the detection section after being supplied to the detection substrate and performing hybridization or washing at the first and second temperatures. 9. The detection method according to 8. 前記検出工程は、
前記ハイブリッド鎖に電気化学的活性を有する分子を結合させる工程と、
前記検出区画に設けられた電極に電位を印加し、前記分子に由来する電流を検出する工程とを行なうことを特徴とする請求項6〜8のいずれか1項に記載の検出方法。
The detection step includes
Attaching a molecule having electrochemical activity to the hybrid chain;
The detection method according to any one of claims 6 to 8, wherein a potential is applied to an electrode provided in the detection section and a current derived from the molecule is detected.
前記標的核酸検出用基体は、前記検出区画を複数具備し、前記複数の検出区画には互いに同一種類の核酸プローブが固定されており、
前記検出工程は、前記複数の検出区画から各々シグナル量を検出し、
前記判定工程は、前記複数の検出区画から得られた複数のシグナル量から判定することを特徴とする請求項6〜8のいずれか1項に記載の検出方法。
The target nucleic acid detection substrate comprises a plurality of the detection sections, and the same kind of nucleic acid probes are fixed to the plurality of detection sections,
The detection step detects the signal amount from each of the plurality of detection sections,
The detection method according to any one of claims 6 to 8, wherein the determination step is performed based on a plurality of signal amounts obtained from the plurality of detection sections.
前記検出区画に固定された複数の前記核酸プローブの各Tm値が、検出区画毎に異なることを特徴とする請求項11に記載の検出方法。   The detection method according to claim 11, wherein each Tm value of the plurality of nucleic acid probes fixed to the detection section is different for each detection section. 基板と、複数の互いに異なる標的核酸にそれぞれ相補的な複数の核酸プローブと、前記基板上に設けられ、同一領域内に前記複数の核酸プローブがそれぞれ異なる固定量で固定された検出区画と、を備える標的核酸検出用基体。   A substrate, a plurality of nucleic acid probes complementary to a plurality of different target nucleic acids, and a detection section provided on the substrate, wherein the plurality of nucleic acid probes are fixed in different fixed amounts in the same region, A target nucleic acid detection substrate provided. 前記検出区画は電気化学的検出のための電極を備えることを特徴とする請求項13に記載の基体。   14. A substrate according to claim 13, wherein the detection compartment comprises an electrode for electrochemical detection. 標的核酸検出用基体は、前記検出区画を複数具備し、前記複数の検出区画には互いに同一種類の核酸プローブが固定されていることを特徴とする請求項13に記載の基体。   14. The substrate according to claim 13, wherein the target nucleic acid detection substrate comprises a plurality of the detection sections, and nucleic acid probes of the same type are fixed to the plurality of detection sections. 前記複数の検出区画に固定された複数の前記核酸プローブの各固定量が、検出区画毎に異なることを特徴とする請求項15に記載の基体。   The substrate according to claim 15, wherein the amount of each of the plurality of nucleic acid probes fixed to the plurality of detection sections is different for each detection section. 基板と、複数の互いに異なる標的核酸にそれぞれ相補的であり、各々異なるTm値を示す第1および第2の核酸プローブと、前記基板上に設けられ、同一領域内に前記第1および第2の核酸プローブが固定された検出区画と、を備える標的核酸検出用基体。   A substrate, a first and a second nucleic acid probe that are complementary to each of a plurality of different target nucleic acids and each exhibit a different Tm value; and the first and second nucleic acid probes provided on the substrate and in the same region A target nucleic acid detection substrate comprising: a detection section on which a nucleic acid probe is fixed. 前記検出区画は電気化学的検出のための電極を備えることを特徴とする請求項17に記載の基体。   The substrate of claim 17, wherein the detection compartment comprises an electrode for electrochemical detection. 標的核酸検出用基体は、前記検出区画を複数具備し、前記複数の検出区画に互いに同一種類の核酸プローブが固定されていることを特徴とする請求項17に記載の基体。   18. The substrate according to claim 17, wherein the target nucleic acid detection substrate includes a plurality of the detection sections, and nucleic acid probes of the same type are fixed to the plurality of detection sections. 前記検出区画に固定された複数の前記核酸プローブの各Tm値が、検出区画毎に異なる請求項19に記載の検出方法。 The detection method according to claim 19, wherein Tm values of the plurality of nucleic acid probes fixed to the detection section are different for each detection section.
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