JP2010117250A - Method for stirring analyte solution and method for analyzing analyte - Google Patents

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Toshihiko Kuroda
俊彦 黒田
Hitoshi Nobumasa
均 信正
Takao Sano
▲高▼男 佐野
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for stirring an analyte solution capable of uniform reaction and improvement in the reaction efficiency by vigorously moving an analysis target substance by effectively stirring the analyte solution in an analysis of the analyte solution using an analyte chip, and quantitative analysis in a short time, and a method for analyzing an analyte. <P>SOLUTION: An analysis chip to which an analyte solution containing a target substance is applied is set in a reaction device provided with a piezoelectric element as a vibration source. The piezoelectric element is operated and its vibration is propagated to the analyte solution so that the analyte solution is effectively stirred well. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、被検物質を含む検体溶液をアプライした分析用チップを、振動源として圧電素子を具備した反応装置に設置し、その圧電素子を作動させることにより、検体溶液に振動を伝播させ該検体溶液を攪拌する検体溶液の攪拌方法と検体の分析方法に関するものである。   In the present invention, an analysis chip to which a sample solution containing a test substance is applied is installed in a reaction apparatus equipped with a piezoelectric element as a vibration source, and the piezoelectric element is operated to transmit vibration to the sample solution. The present invention relates to a sample solution stirring method and a sample analysis method for stirring a sample solution.

分析用チップは、遺伝子、タンパク質、脂質および糖などの選択結合性物質が固定化された基板を有し、この基板上の選択結合性物質と被検物質を通常溶液として反応させて、反応結果から被検物質の存在の有無、状態または量などを分析するために用いられる。この基板としては、一般にガラス製、金属製および樹脂製の基板が用いられる。   The analysis chip has a substrate on which selective binding substances such as genes, proteins, lipids and sugars are immobilized, and the selective binding substance on the substrate and the test substance are reacted as a normal solution, and the reaction results It is used to analyze the presence / absence, state or amount of the test substance. As this substrate, glass, metal and resin substrates are generally used.

分析用チップの一態様として、数百〜数万という多数の遺伝子発現を同時に測定することを目的として、基板上にDNAなどの分子を高密度に配置した、マイクロアレイと呼ばれる分析用チップがある。マイクロアレイを使用することによって、各種疾患動物モデルや細胞生物学現象における体系的かつ網羅的な遺伝子発現解析を行うことができる。具体的には、遺伝子の機能、すなわち遺伝子がコードするタンパク質を明らかにするとともに、タンパク質が発現する時期や作用する場所を特定することが可能になる。生物の細胞または組織レベルでの遺伝子発現の変動をマイクロアレイによって解析し、これを生理学的、細胞生物学的および生化学的事象データと組み合わせて遺伝子発現プロファイルデータベースを構築することによって、疾患遺伝子および治療関連遺伝子の検索や治療方法の探索が可能になると考えられている。   As an embodiment of the analysis chip, there is an analysis chip called a microarray in which molecules such as DNA are arranged on a substrate at a high density for the purpose of simultaneously measuring hundreds to tens of thousands of gene expressions. By using a microarray, systematic and comprehensive gene expression analysis in animal models of various diseases and cell biology phenomena can be performed. Specifically, it becomes possible to clarify the function of the gene, that is, the protein encoded by the gene, and to specify the time when the protein is expressed and the place where it acts. Disease genes and therapies by analyzing changes in gene expression at the cellular or tissue level of an organism by microarrays and combining this with physiological, cell biological and biochemical event data to build a gene expression profile database It is considered possible to search for related genes and therapeutic methods.

現在、分析チップを用いた反応における課題として、分析チップに固定化した選択結合性物質に検体溶液中の被検物質を結合させる反応が十分に進行しないことや、反応ムラが生じることが挙げられる。このような状態では、被検物質の濃度等を定量的に比較することができず、マイクロアレイの性能を十分に発揮することができない。これらの原因として、分析チップに固定化した選択結合性物質と被検物質の反応において、検体溶液中の被検物質の運動性が不十分であることが考えられる。   Currently, problems in the reaction using the analysis chip include that the reaction for binding the test substance in the sample solution to the selective binding substance immobilized on the analysis chip does not proceed sufficiently, and uneven reaction occurs. . In such a state, the concentration of the test substance cannot be compared quantitatively, and the performance of the microarray cannot be fully exhibited. As these causes, it is conceivable that the mobility of the test substance in the sample solution is insufficient in the reaction between the test substance and the selective binding substance immobilized on the analysis chip.

そこで、反応効率の向上や、反応の均一化を図るための反応方法が提案されている。具体的に、核酸のハイブリダイゼーション方法および装置に関して、選択結合性物質と被検物質との結合を効率よく行うために、ポンプを用いて検体溶液を循環させる方法、装置について提案がなされている(特許文献1参照)。しかしながら、この提案の方法と装置を用いる場合、微小な液体を送液するためのポンプや、液体を加温するためのヒーターが必要となり、装置が非常に煩雑となる。   Therefore, a reaction method has been proposed for improving the reaction efficiency and making the reaction uniform. Specifically, with regard to a nucleic acid hybridization method and apparatus, a method and apparatus for circulating a sample solution using a pump has been proposed in order to efficiently combine a selective binding substance and a test substance ( Patent Document 1). However, when using the proposed method and apparatus, a pump for feeding a minute liquid and a heater for heating the liquid are required, and the apparatus becomes very complicated.

また、検体溶液に向けて音波を放出し、検体溶液に局部的な流れを発生させて検体液体を攪拌するデバイスが提案されている(特許文献2参照)。しかしながら、この提案のデバイスは、開放系において液体を攪拌するものであり、分析チップへの応用は難しいと考えられる。   There has also been proposed a device that emits sound waves toward a sample solution and generates a localized flow in the sample solution to stir the sample liquid (see Patent Document 2). However, this proposed device stirs a liquid in an open system and is considered difficult to apply to an analysis chip.

また、微少液滴内の分子運動を促して攪拌する方法およびそれに用いる装置が開示されている(特許文献3参照)。しかしながら、この提案の攪拌方法および装置は、極微少量の液滴内を攪拌するものであり、分析チップのようなある程度容量のある液体を攪拌する技術とはいえない。したがって、いずれの方法も、上記の課題を解決する手段としては必ずしも満足するものではなかった。
特開2007−209236 特開2005−257406 特開2001−327846
Also disclosed is a method of stirring by facilitating molecular motion in a fine droplet and an apparatus used therefor (see Patent Document 3). However, the proposed stirring method and apparatus stir the inside of a very small amount of droplets, and cannot be said to be a technique for stirring a liquid having a certain volume such as an analysis chip. Therefore, none of the methods is always satisfactory as a means for solving the above problems.
JP2007-209236 JP-A-2005-257406 JP 2001-327846 A

本発明の目的は、上記に鑑みてなされたものであり、分析チップを用いた検体溶液の分析を行う際に、検体溶液中を効率的に撹拌することで被検物質を激しく動かして、反応の均一化ならびに反応効率の向上を図り、短時間で定量的な分析を可能にする検体溶液の攪拌方法と検体の分析方法を提供することにある。   The object of the present invention has been made in view of the above, and when analyzing a sample solution using an analysis chip, the sample substance is vigorously moved by efficiently stirring the sample solution to react. It is an object of the present invention to provide a sample solution agitation method and a sample analysis method that enable uniform analysis and improvement in reaction efficiency and enable quantitative analysis in a short time.

上記課題に鑑みて、本発明者らは鋭意検討した結果、分析チップを用いて検体溶液の分析を行う際に、検体溶液をアプライした分析チップを振動源として圧電素子が具備された装置に設置し、検体溶液に振動を伝播させて検体溶液を撹拌することにより、検体溶液中の被検物質と分析チップに固定された選択結合性物質との反応を迅速かつ均一に行えることを見出し、さらに検体溶液中の被検物質を定量的に検出できることを見出し、本発明を完成させた。   In view of the above-mentioned problems, the present inventors have conducted intensive studies. As a result, when analyzing a sample solution using an analysis chip, the analysis chip to which the sample solution is applied is used as a vibration source and installed in a device equipped with a piezoelectric element. Then, it is found that the reaction between the test substance in the sample solution and the selective binding substance fixed to the analysis chip can be performed quickly and uniformly by propagating vibration to the sample solution and stirring the sample solution. The inventors have found that a test substance in a sample solution can be quantitatively detected, and have completed the present invention.

すなわち、本発明の検体溶液の攪拌方法は、被検物質を含む検体溶液をアプライした分析用チップを、振動源として圧電素子が具備された反応装置に設置し、その圧電素子を作動させることにより、検体溶液に振動を伝播させて検体溶液を攪拌する方法である。   That is, the sample solution agitation method of the present invention is configured by installing an analysis chip to which a sample solution containing a test substance is applied in a reaction apparatus equipped with a piezoelectric element as a vibration source and operating the piezoelectric element. In this method, the sample solution is stirred by propagating vibration to the sample solution.

また、本発明の検体の分析方法は、選択結合性物質が固定された分析用チップに被検物質を含む検体溶液をアプライする工程と、検体溶液をアプライした分析用チップを振動源として圧電素子が具備された反応装置に設置する工程と、振動発生機構である振動源の圧電素子を作動させることにより検体溶液に振動を伝播させて検体溶液を撹拌し、分析用チップに固定された選択結合性物質と検体溶液中の被検物質を反応させ結合させる工程と、選択結合性物質に結合した被検物質を検出する工程からなる方法である。   The sample analysis method of the present invention includes a step of applying a sample solution containing a test substance to an analysis chip to which a selective binding substance is fixed, and a piezoelectric element using the analysis chip to which the sample solution is applied as a vibration source. And a selective coupling fixed to the analysis chip by agitating the sample solution by causing the vibration to propagate to the sample solution by operating the piezoelectric element of the vibration source which is a vibration generating mechanism. The method includes a step of reacting and binding a test substance in a sample solution to a test substance, and a step of detecting a test substance bound to the selective binding substance.

また、本発明の検体の分析装置は、被検物質を含む検体溶液をアプライするための基板を備えた分析用チップと、該分析用チップを内部に設置して用いる反応装置からなり、該反応装置は分析用チップを振動させ検体溶液に振動を伝播させて検体溶液を撹拌する振動源としての圧電素子を具備している装置である。   The sample analyzer of the present invention comprises an analysis chip provided with a substrate for applying a sample solution containing a test substance, and a reaction device in which the analysis chip is installed and used. The apparatus is an apparatus including a piezoelectric element as a vibration source that vibrates the analysis chip and propagates the vibration to the sample solution to stir the sample solution.

本発明の検体の分析装置の好ましい態様によれば、前記の分析用チップは、基板およびその基板の一部に密着可能なカバー部材を備え、該カバー部材と基板の間に空隙部を有し、カバー部材に該空隙部と連通する貫通孔が少なくとも一つ備えられていることである。   According to a preferred aspect of the sample analyzer of the present invention, the analysis chip includes a substrate and a cover member that can be in close contact with a part of the substrate, and has a gap between the cover member and the substrate. The cover member is provided with at least one through hole communicating with the gap.

本発明の検体の分析装置の好ましい態様によれば、前記の分析用チップの空隙にビーズが封入されていることである。   According to a preferred aspect of the sample analyzer of the present invention, beads are enclosed in the gap of the analysis chip.

本発明の検体溶液の撹拌方法により、分析チップを用いて検体溶液中の被検物質を分析することにより、従来の撹拌方法と比べて検体溶液中の被検物質の分子運動を大幅に促進できる。その結果、従来の分析方法と比較して反応効率が大幅に向上し、さらに反応ムラが著しく低減される。したがって、本発明の検体溶液の撹拌方法で検体溶液の撹拌を実施することにより、短時間で目的の反応を完了させることができ、かつS/N比および検出感度を大幅に改善し、定量的な評価が可能となる。   By analyzing the test substance in the sample solution using the analysis chip according to the method for stirring the sample solution of the present invention, the molecular motion of the test substance in the sample solution can be greatly accelerated compared to the conventional stirring method. . As a result, the reaction efficiency is greatly improved as compared with the conventional analysis method, and the reaction unevenness is remarkably reduced. Therefore, by agitating the sample solution by the sample solution agitation method of the present invention, the target reaction can be completed in a short time, and the S / N ratio and detection sensitivity are greatly improved, and quantitative Evaluation is possible.

以下、本発明の検体溶液の攪拌方法と検体の分析方法について、さらに具体的に説明する。   Hereinafter, the method for stirring the sample solution and the method for analyzing the sample of the present invention will be described more specifically.

本発明でいう分析チップとは、ガラス、セラミックスおよびシリコンなどの無機材料、ステンレスや金(めっき)などの金属類、あるいはポリメチルメタクリレート(PMMA)、ポリエチレンテレフタレート、酢酸セルロース、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリジメチルシロキサンおよびシリコンゴムなどの高分子材料からなる基板に、被検物質となるタンパク質、核酸、糖、脂質、細胞および低分子化合物等に対する選択結合性物質を、数百〜数万固定したものである。選択結合性物質が固定された分析チップに被検物質を含む検体溶液をアプライし、被検物質を選択結合性物質と結合させ、被検物質の量や性状を測定することができる。   The analysis chip referred to in the present invention is an inorganic material such as glass, ceramics and silicon, metals such as stainless steel and gold (plating), or polymethyl methacrylate (PMMA), polyethylene terephthalate, cellulose acetate, polycarbonate, polystyrene, polydimethyl. Hundreds to tens of thousands of selective binding substances for proteins, nucleic acids, sugars, lipids, cells, low-molecular compounds, etc., which are test substances, are fixed to a substrate made of a polymer material such as siloxane and silicon rubber. . The sample solution containing the test substance is applied to the analysis chip on which the selective binding substance is fixed, the test substance is bound to the selective binding substance, and the amount and property of the test substance can be measured.

本発明で用いられる選択結合性物質は、被検物質と直接的または間接的に、選択的に結合しうる物質をいう。そのような選択結合性物質の例として、核酸、タンパク質、糖類および他の抗原性化合物が挙げられる。核酸には、デオキシリボ核酸(DNA)、リボ核酸(RNA)、ペプチド核酸(PNA)、相補的DNA(cDNA)および相補的RNA(cRNA)などが含まれる。タンパク質には、抗体およびその断片、抗原および酵素基質が含まれる。糖類には、オリゴ糖や多糖類が含まれる。他の抗原性化合物には、ペプチドおよび低分子化合物が含まれる。特に好ましい選択結合性物質は、核酸およびタンパク質(特に抗体、抗原など)である。この点で、本発明で特に好ましく用いられる分析チップの例は、DNAマイクロアレイ(DNAチップともいう)またはタンパク質分析チップである。また、このような選択結合性物質は、市販のものでもよいし、あるいは、合成するか、生体組織または細胞などの天然源から調製したものであってもよい。   The selective binding substance used in the present invention refers to a substance that can selectively bind to a test substance directly or indirectly. Examples of such selectively binding substances include nucleic acids, proteins, saccharides and other antigenic compounds. The nucleic acid includes deoxyribonucleic acid (DNA), ribonucleic acid (RNA), peptide nucleic acid (PNA), complementary DNA (cDNA), complementary RNA (cRNA) and the like. Proteins include antibodies and fragments thereof, antigens and enzyme substrates. Sugars include oligosaccharides and polysaccharides. Other antigenic compounds include peptides and small molecule compounds. Particularly preferred selective binding substances are nucleic acids and proteins (particularly antibodies, antigens, etc.). In this respect, examples of the analysis chip particularly preferably used in the present invention are a DNA microarray (also referred to as a DNA chip) or a protein analysis chip. Such a selective binding substance may be commercially available, or may be synthesized or prepared from a natural source such as a living tissue or a cell.

本発明でいう検体溶液とは、分析対象となる被検物質を含む溶液のことをいう。ここで、被検物質としては、抗体、抗原およびペプチドアプタマー等のタンパク質、DNA、RNAおよび核酸アプタマー等の核酸、単純脂質や複合脂質等の脂質類、多糖、オリゴ糖等の糖類、細胞、低分子化合物およびそれらの複合体から選ばれる少なくとも一つが挙げられる。被検物質は、分析用チップにアプライする前に、蛍光化合物や放射化合物等により標識しておくことが好ましい。また、被検物質を予めビオチン化しておき、分析用チップにアプライして選択結合性物質と結合したものに対して、蛍光標識したアビジンまたはストレプトアビジンを結合させる方法で検出する方法も好ましく用いられる。   The sample solution referred to in the present invention refers to a solution containing a test substance to be analyzed. Here, the test substance includes proteins such as antibodies, antigens and peptide aptamers, nucleic acids such as DNA, RNA and nucleic acid aptamers, lipids such as simple lipids and complex lipids, saccharides such as polysaccharides and oligosaccharides, cells, low Examples thereof include at least one selected from molecular compounds and complexes thereof. The test substance is preferably labeled with a fluorescent compound or a radioactive compound before being applied to the analysis chip. In addition, a method in which a test substance is biotinylated in advance, applied to an analysis chip and bound to a selective binding substance, and detected by a method of binding fluorescently labeled avidin or streptavidin is also preferably used. .

本発明でいうアプライとは、検体溶液を分析チップの反応部に垂らして、被検物質を選択結合性物質に接触させることをいう。検体溶液中の被検物質を分析チップの選択結合性物質に結合させることで、どのような被検物質がどの程度検体溶液中に含まれているかを判定することができる。アプライは、使用する分析チップの形状に応じて任意の方法で行うことができる。   “Apply” as used in the present invention refers to bringing a sample solution into contact with a selective binding substance by hanging a sample solution on a reaction part of an analysis chip. By binding the test substance in the sample solution to the selective binding substance of the analysis chip, it is possible to determine what kind of test substance is contained in the sample solution. The application can be performed by an arbitrary method depending on the shape of the analysis chip to be used.

分析チップに検体溶液をアプライした後、検体溶液をアプライした分析チップを反応装置に設置する。本発明で用いられる反応装置とは、分析チップにアプライした検体溶液中の被検物質を、分析チップの選択結合性物質と結合させる際に使用するものを指し、振動源を具備している。振動源は、振動を検体溶液に伝播させることができ、振動周波数や振幅、加速度を比較的容易に制御できるもので、本発明では圧電素子が用いられる。さらに、反応装置には、分析チップを所定の温度に加温・冷却する機構や、旋回回転、往復回転、八の字回転および重力回転等により、分析チップを揺動させる機構が備わっていることが好ましい。   After the sample solution is applied to the analysis chip, the analysis chip to which the sample solution is applied is installed in the reaction apparatus. The reaction apparatus used in the present invention refers to an apparatus used when a test substance in a sample solution applied to an analysis chip is combined with a selective binding substance of the analysis chip, and includes a vibration source. The vibration source is capable of propagating vibration to the specimen solution and can control vibration frequency, amplitude, and acceleration relatively easily. In the present invention, a piezoelectric element is used. Furthermore, the reaction apparatus is equipped with a mechanism for heating and cooling the analysis chip to a predetermined temperature, and a mechanism for swinging the analysis chip by swiveling rotation, reciprocating rotation, figure-eight rotation, gravity rotation, etc. Is preferred.

本発明で用いられる圧電素子とは、強誘電体の一種で、振動や圧力などの力が加わると電圧が発生し、また逆に電圧が加えられると伸縮する素子のことを指す。圧電素子は、電圧の制御によって微妙に伸縮変化させることが可能であり、攪拌の程度を調節することができる。圧電素子を分析チップにアプライした検体溶液に接触させた状態で、圧電素子に電圧を印加することにより、検体溶液に振動を伝播させて攪拌する方法や、圧電素子に振動板を接触させた状態で、振動板と検体溶液をアプライした分析チップとを接触させ、圧電素子に電圧を印加することで、振動板を介して振動を分析チップに伝播させ、検体溶液を攪拌する方法が好ましく用いられる。検体溶液に圧電素子を接触させて撹拌する場合、使用毎に洗浄を要することを勘案すれば、振動板を用いた方法の方が好ましい。   The piezoelectric element used in the present invention is a kind of ferroelectric, and refers to an element that generates a voltage when a force such as vibration or pressure is applied, and expands or contracts when a voltage is applied. The piezoelectric element can be slightly expanded and contracted by controlling the voltage, and the degree of stirring can be adjusted. A method in which vibration is propagated to the sample solution by applying a voltage to the piezoelectric element while the piezoelectric element is in contact with the sample solution applied to the analysis chip, or a vibration plate is in contact with the piezoelectric element Thus, a method is preferably used in which the vibration plate is brought into contact with the analysis chip to which the sample solution is applied and a voltage is applied to the piezoelectric element so that the vibration is propagated to the analysis chip through the vibration plate and the sample solution is stirred. . In the case of stirring by bringing the piezoelectric element into contact with the sample solution, the method using the vibration plate is preferable in consideration of the necessity of cleaning for each use.

本発明で用いられる圧電素子の種類としては、例えば、チタン酸バリウム系セラミックスやジルコン酸鉛とチタン酸塩の固溶体セラミックス等のセラミックス類、リン酸二水素アンモニウム、リン酸二水素カリウム、水晶、ロッシェル塩、ポリフッ化ビニリデン、ポリ塩化ビニルおよびナイロン11等の有機高分子化合物が挙げられる。   Examples of the piezoelectric element used in the present invention include ceramics such as barium titanate ceramics and solid solution ceramics of lead zirconate and titanate, ammonium dihydrogen phosphate, potassium dihydrogen phosphate, crystal, and Rochelle. Examples thereof include organic polymer compounds such as salts, polyvinylidene fluoride, polyvinyl chloride, and nylon 11.

上記の撹拌方法により、分析チップを用いて被検物質を含む検体溶液を分析することができる。このとき、分析チップの形状は平板構造でもよいし、凹凸構造を有していてもよい。   By the above stirring method, the sample solution containing the test substance can be analyzed using the analysis chip. At this time, the shape of the analysis chip may be a flat plate structure or an uneven structure.

次に、図面に基づいて、本発明で用いられる分析用チップについて説明する。   Next, the analysis chip used in the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は、本発明で使用する分析用チップを構成する基板の一例を概略的に示す斜視図であり、図2は、本発明で使用する分析用チップの一例を概略的に示す縦断面図であり、図3は、本発明で使用する分析用チップの一例の概略的に示す斜視図であり、そして。図4は、本発明で使用する分析用チップを構成するカバー部材の一例を示す部分断面図である。   FIG. 1 is a perspective view schematically showing an example of a substrate constituting an analysis chip used in the present invention, and FIG. 2 is a longitudinal sectional view schematically showing an example of an analysis chip used in the present invention. FIG. 3 is a perspective view schematically showing an example of an analysis chip used in the present invention, and FIG. FIG. 4 is a partial cross-sectional view showing an example of a cover member constituting the analysis chip used in the present invention.

図1と図2において、基板1の少なくとも一部分は凹凸構造を有している。凹凸構造の凹部および凸部の形状としては、特に凸部は角柱、円柱および円錐台などの柱状形状の構造であることが好ましい。また、凸部の上面の形状は、円形または三〜八角形などの角形であることが好ましい。凹部または凸部は、完全にまたは実質的に同一の構造を有しており、また交互に規則的に配列していることが好ましい。このような規則的な配列の場合、凸部の形状に応じて凹部の形状が決まる。凹凸構造を有する分析チップの場合、凸部の上面に選択結合性物質2が固定される。   1 and 2, at least a part of the substrate 1 has an uneven structure. As the shape of the concave and convex portions of the concavo-convex structure, the convex portion is particularly preferably a columnar structure such as a prism, a cylinder, and a truncated cone. Moreover, it is preferable that the shape of the upper surface of a convex part is circular or square, such as a tri-octagon. The concave portions or the convex portions have completely or substantially the same structure, and are preferably alternately arranged regularly. In the case of such a regular arrangement, the shape of the concave portion is determined according to the shape of the convex portion. In the case of an analysis chip having a concavo-convex structure, the selective binding substance 2 is fixed on the upper surface of the convex portion.

さらに、分析チップにおいては、図2に示すように、基板1の凹部と凸部を覆うカバー部材3を接着部材4で接着することも好ましい態様である。このとき、基板1の凸部の上面とカバー部材3との間には、選択結合性物質と被検物質とが結合しうるための空間部を設ける必要がある。そのような空間部のサイズは、例えば、高さ方向で好適には1〜500μmである。空間部サイズが1μmより小さいと、固定された選択結合性物質に被検物質が接触する機会が極端に少なくなり、ハイブリダイゼーション後のシグナルが著しく小さくなる。一方、空間部サイズが500μmを超えると、多くの液量が必要となり、微量な検体を分析する場合、検体溶液の濃度が薄くなってハイブリダイゼーションの反応性が低下し、検出時のシグナルが弱くなる。ここで、ハイブリダイゼーションとは、相補的な配列を有する核酸分子同士が複合体を形成することをいい、本発明においては、分析用チップに固定された選択結合性物質と相補的な配列を持つ被検物質とが特異的に結合する性質を利用して、各被検物質の検出、定量を行うことができる。   Furthermore, in the analysis chip, as shown in FIG. 2, it is also a preferable aspect that the cover member 3 that covers the concave portion and the convex portion of the substrate 1 is bonded with an adhesive member 4. At this time, it is necessary to provide a space between the upper surface of the convex portion of the substrate 1 and the cover member 3 so that the selective binding substance and the test substance can be combined. The size of such a space portion is preferably 1 to 500 μm in the height direction, for example. When the size of the space is smaller than 1 μm, the chance that the test substance comes into contact with the fixed selective binding substance is extremely reduced, and the signal after hybridization is significantly reduced. On the other hand, if the size of the space exceeds 500 μm, a large amount of liquid is required, and when analyzing a small amount of sample, the concentration of the sample solution becomes thin, the hybridization reactivity decreases, and the signal at the time of detection is weak. Become. Here, hybridization means that nucleic acid molecules having complementary sequences form a complex, and in the present invention, it has a sequence complementary to a selective binding substance immobilized on an analysis chip. Detection and quantification of each test substance can be performed using the property of specifically binding to the test substance.

さらに、ハイブリダイゼーション後に、そのシグナル(蛍光)を測定することを考慮すると、カバー部材3はハイブリダイゼーション後に脱離可能であることが好ましいことから、固定手段として両面テープやPDMS(ポリジメチルシロキサン)等の接着部材4が好適に用いられる。   Furthermore, in consideration of measuring the signal (fluorescence) after hybridization, the cover member 3 is preferably removable after hybridization, so that double-sided tape, PDMS (polydimethylsiloxane) or the like is used as a fixing means. The adhesive member 4 is preferably used.

また、カバー部材3には、図2〜図4に示されるように、上記の空間部に連通する1つ以上の貫通孔5を備えていることが好ましい。この貫通孔5は、検体溶液や結合用バッファーなどの液体を注入するためのものであり、また同時に、基板1内部の圧力を大気圧に保持するためのものでもある。貫通孔5は、一つの空隙に対して複数あることが好ましく、中でも3〜6個とすることにより、検体溶液の充填が容易となる。カバー部材が複数の貫通孔を有する場合、それらの孔径は、同一でも異なっていてもよいが、複数の貫通孔のうちの一つをアプライ口とし、他の貫通孔を空気の抜け口として機能させる場合、検体溶液のアプライの容易さおよび該検体溶液の密閉保持性の点から、アプライ口のみをアプライに必要な広い孔径とし、その他の貫通孔をより狭い孔径とすることが好ましい。具体的には、検体溶液をアプライするための貫通孔5のサイズは直径0.01mmから2.0mmの範囲内とし、その他の貫通孔5の直径は0.01mm〜1.0mmとすることが好ましい。   Moreover, as shown in FIGS. 2 to 4, the cover member 3 is preferably provided with one or more through holes 5 communicating with the space portion. The through-hole 5 is for injecting a liquid such as a sample solution or a binding buffer, and at the same time, for maintaining the pressure inside the substrate 1 at atmospheric pressure. It is preferable that there are a plurality of through holes 5 with respect to one gap, and among these, the number of the through holes 5 is 3 to 6, so that the sample solution can be easily filled. When the cover member has a plurality of through holes, the diameters thereof may be the same or different, but one of the plurality of through holes functions as an apply port and the other through hole functions as an air outlet. In this case, from the viewpoint of easy application of the sample solution and hermetic retention of the sample solution, it is preferable that only the apply port has a wide hole diameter necessary for the application and other through holes have a narrower hole diameter. Specifically, the size of the through-hole 5 for applying the specimen solution is in the range of 0.01 mm to 2.0 mm in diameter, and the diameter of the other through-hole 5 is preferably 0.01 mm to 1.0 mm. preferable.

また、このカバー部材には、好ましくは貫通孔5と連通する液面駐止用チャンバー7を設けることができる。液面駐止用チャンバー7を設けることにより、貫通孔5からアプライされ空間部に充填された検体溶液の液面の上昇を抑え、貫通孔5を封止部材により封止するのを容易かつ確実に行うことが可能となるとともに、検体溶液の中への空気の流入や検体溶液の流出を防ぐことができる。液面駐止用チャンバー7のサイズは、直径1.0mmから10mmの範囲内が好ましい。   Further, the cover member can be provided with a liquid level holding chamber 7 that preferably communicates with the through hole 5. By providing the liquid level chamber 7, it is possible to suppress the rise of the liquid level of the sample solution applied from the through hole 5 and filled in the space, and to easily and reliably seal the through hole 5 with the sealing member. It is possible to prevent the inflow of air into the sample solution and the outflow of the sample solution. The size of the liquid level holding chamber 7 is preferably in the range of 1.0 mm to 10 mm in diameter.

上記のようなカバー部材3は、例えば、樹脂の場合は射出成形法、ホットエンボス法等および削り出し等の方法、ガラスやセラミックの場合はサンドブラスト法、そしてシリコンの場合は半導体プロセスで使用される方法等で好ましく製造される。   The cover member 3 as described above is used in, for example, an injection molding method, a hot embossing method, and a cutting method in the case of resin, a sand blast method in the case of glass or ceramic, and a semiconductor process in the case of silicon. It is preferably produced by a method or the like.

さらに、図2に示されるように、基板1とカバー部材3の間の空間部に微粒子(ビーズ)6を封入することができる。空間部に検体溶液をアプライして、検体溶液に振動を伝播させると、微粒子6が検体溶液中で激しく動き回り、攪拌効率が著しく高くなる。その結果、ハイブリダイゼーションの反応促進効果がもたらされる。ここで、微粒子6の材質としては、例えば、ガラス、セラミックス(例えば、イットリア安定化ジルコニア)、ステンレス等の金属類、ナイロンやポリスチレン等のポリマー、および磁性体などが好適に用いられる。中でも、物理的および化学的に安定であり、かつ比重が大きいことから、セラミックの微粒子が特に好ましく用いられる。微粒子6のサイズは、前記基板1のような凹凸構造を有する基板においては、微粒子6の直径が凸部上面とカバー部材との間隔の最短距離より大きいことが好ましい。   Furthermore, as shown in FIG. 2, fine particles (beads) 6 can be enclosed in the space between the substrate 1 and the cover member 3. When the sample solution is applied to the space and the vibration is propagated to the sample solution, the fine particles 6 move violently in the sample solution, and the stirring efficiency is remarkably increased. As a result, hybridization promoting effect is brought about. Here, as the material of the fine particles 6, for example, glass, ceramics (for example, yttria-stabilized zirconia), metals such as stainless steel, polymers such as nylon and polystyrene, and magnetic materials are preferably used. Among these, ceramic fine particles are particularly preferably used because they are physically and chemically stable and have a large specific gravity. The size of the fine particles 6 is preferably such that the diameter of the fine particles 6 is larger than the shortest distance between the upper surface of the convex portion and the cover member in a substrate having an uneven structure such as the substrate 1.

さらに、本発明では、基板1を回転させて重力方向に微粒子6を落下させる方法、基板を振盪させる方法、および磁性微粒子を用いて磁力により微粒子6を移動させる方法などを併用することで、より一層攪拌効率を向上させることができる。   Furthermore, in the present invention, by combining the method of rotating the substrate 1 to drop the fine particles 6 in the direction of gravity, the method of shaking the substrate, the method of moving the fine particles 6 by magnetic force using magnetic fine particles, and the like, The stirring efficiency can be further improved.

次に、本発明で用いられる反応装置について説明する。図5と図6は、いずれも本発明で用いられる反応装置に分析用チップを設置した状態の検体の分析装置を概略的に示す断面図である。   Next, the reaction apparatus used in the present invention will be described. 5 and 6 are cross-sectional views schematically showing a sample analyzer in a state where an analysis chip is installed in the reaction apparatus used in the present invention.

カバー部材3を有する基板1のハイブリダイゼーション反応を実施する場合、図5で示されるような反応装置を好適に利用することができる。すなわち、カバー部材3を接着した基板1を反応装置8aにセットし、カバー部材3の上に振動板11を密着させた状態で、スイッチ13aを入れて振動板11に設置した圧電素子10aに電源12aから電圧をかけることにより、圧電素子10aを振動させ、振動板11を介してカバー部材3と基板1の空間部に充填された検体溶液に振動を伝播させることにより、検体溶液を攪拌できる。反応の際には、温度調節機構14aを利用して、所望の温度にて反応させることができる。   When the hybridization reaction of the substrate 1 having the cover member 3 is performed, a reaction apparatus as shown in FIG. 5 can be preferably used. That is, the substrate 1 to which the cover member 3 is bonded is set in the reaction device 8 a, and the switch 11 a is inserted into the piezoelectric element 10 a installed on the diaphragm 11 with the diaphragm 11 in close contact with the cover member 3. By applying a voltage from 12a, the piezoelectric element 10a is vibrated, and the specimen solution can be agitated by propagating the vibration to the specimen solution filled in the space portion of the cover member 3 and the substrate 1 via the diaphragm 11. In the reaction, the reaction can be performed at a desired temperature by using the temperature adjusting mechanism 14a.

また、基板1がカバー部材3を有さない場合には、図6で示されるような反応装置により、ハイブリダイゼーション反応を行うことができる。すなわち、検体溶液をアプライした基板1を反応装置8aにセットし、圧電素子10bを備えたギャップカバーガラス9を基板1に密着させて検体溶液を密閉した状態として、スイッチ13bを入れて圧電素子10bに電源12bから電圧をかけることにより、圧電素子10bを振動させて、ギャップカバーガラス9と基板1の空間部に密閉された検体溶液に振動を伝播させ、検体溶液を攪拌できる。反応の際には、温度調節機構14bを利用して、所望の温度にて反応させることができる。   When the substrate 1 does not have the cover member 3, a hybridization reaction can be performed by a reaction apparatus as shown in FIG. That is, the substrate 1 to which the sample solution is applied is set in the reaction device 8a, and the gap cover glass 9 provided with the piezoelectric element 10b is brought into close contact with the substrate 1 so that the sample solution is sealed. By applying a voltage from the power source 12b to the piezoelectric element 10b, the piezoelectric element 10b is vibrated, and the vibration is propagated to the specimen solution sealed in the space portion of the gap cover glass 9 and the substrate 1, thereby stirring the specimen solution. In the reaction, the reaction can be performed at a desired temperature using the temperature control mechanism 14b.

次に、本発明を実施例によってさらに詳細に説明する。もっとも、本発明は下記実施例に限定されるものではない。   Next, the present invention will be described in further detail with reference to examples. However, the present invention is not limited to the following examples.

(実施例1)
(分析用チップの基板の作製)
基板として、外形が縦76mm、横26mm、厚み1mmであり、基板の中央部に縦39.4mm、横19.0mm、深さ0.15mmの凹部を設け、この凹部の中に、直径0.1mm、高さ0.15mmの凸部を9248箇所設けたポリメチルメタクリレート(PMMA)樹脂製基板(以下「基板A」とする)を用いた。この基板Aにおいて、凸部上面と平坦部上面との高さの差(凸部は高さの平均値)は、3μm以下であった。また、凸部上面の高さのばらつき(最も高い凸部上面の高さと最も低い凸部上面との高さの差)は、3μm以下であった。また、凸部のピッチ(凸部中央部から隣接した凸部中央部までの距離)を0.5mmとした。
Example 1
(Preparation of analysis chip substrate)
As the substrate, the outer shape is 76 mm in length, 26 mm in width, and 1 mm in thickness, and a recess having a length of 39.4 mm, width of 19.0 mm, and depth of 0.15 mm is provided in the central portion of the substrate. A polymethyl methacrylate (PMMA) resin substrate (hereinafter referred to as “substrate A”) provided with 9248 convex portions having a height of 1 mm and a height of 0.15 mm was used. In this substrate A, the difference in height between the upper surface of the convex portion and the upper surface of the flat portion (the convex portion has an average height value) was 3 μm or less. Further, the variation in the height of the upper surface of the convex portion (the difference between the height of the upper surface of the highest convex portion and the height of the upper surface of the lowest convex portion) was 3 μm or less. Further, the pitch of the convex portions (the distance from the central portion of the convex portion to the central portion of the adjacent convex portion) was set to 0.5 mm.

上記の基板Aを、10Nの水酸化ナトリウム水溶液に70℃の温度で12時間浸漬した。この基板Aを、純水、0.1NのHCl水溶液、純水の順で洗浄し、基板表面にカルボキシル基を生成させた。   The substrate A was immersed in a 10N aqueous sodium hydroxide solution at a temperature of 70 ° C. for 12 hours. This substrate A was washed with pure water, 0.1N HCl aqueous solution and pure water in this order to generate carboxyl groups on the substrate surface.

(選択結合性物質の固定化)
上記のようにして準備した基板Aに対し、次の条件で、選択結合性物質(プローブDNA)としてオリゴヌクレオチドを固定化した。オリゴヌクレオチドとして、オペロン社製DNAマイクロアレイ用オリゴヌクレオチドセット“Homo sapiens(Human)AROS V4.0(各60塩基)”を用いた。このオリゴヌクレオチドを、純水に0.3nmol/μLの濃度となるよう溶解させて、ストック溶液とした。このストック溶液を基板にスポット(点着)する際は、PBS(8gのNaCl、2.9gのNa2HPO・12HO、0.2gのKCl、および0.2gのKHPOを合わせて純水に溶かし、1Lにメスアップしたものに、塩酸を加えてpH5.5に調製したもの)で10倍希釈して、プローブDNAの終濃度を0.03nmol/μLとし、かつ、PMMA製基板表面に生成させたカルボキシル基とプローブDNAの末端アミノ基とを縮合させるため、1−エチル−3−(3−ジメチルアミノプロピル)カルボジイミド(EDC)を加え、この終濃度を50mg/mLとした。この溶液を、アレイヤー(スポッター)(日本レーザー電子製;Gene Stamp−II)を用いて、基板Aの全ての凸部上面にスポットした。次いで、溶液をスポットした基板を、密閉したプラスチック容器に入れて、温度37℃、湿度100%の条件で20時間程度インキュベートした。最後に、純水で基板を洗浄し、スピンドライヤーで遠心して乾燥した。
(Immobilization of selective binding substances)
On the substrate A prepared as described above, an oligonucleotide was immobilized as a selective binding substance (probe DNA) under the following conditions. As an oligonucleotide, an oligonucleotide set for DNA microarray “Homo sapiens (Human) AROS V4.0 (60 bases each)” manufactured by Operon was used. This oligonucleotide was dissolved in pure water to a concentration of 0.3 nmol / μL to obtain a stock solution. When spotting this stock solution onto the substrate, PBS (8 g NaCl, 2.9 g Na 2 HPO 4 · 12H 2 O, 0.2 g KCl, and 0.2 g KH 2 PO 4 were combined. A solution made up to 1 L by dissolving in pure water and adding hydrochloric acid to adjust the pH to 5.5) diluted 10-fold to a final concentration of probe DNA of 0.03 nmol / μL, and a substrate made of PMMA In order to condense the carboxyl group generated on the surface with the terminal amino group of the probe DNA, 1-ethyl-3- (3-dimethylaminopropyl) carbodiimide (EDC) was added to make this final concentration 50 mg / mL. This solution was spotted on the upper surfaces of all the convex portions of the substrate A using an arrayer (spotter) (manufactured by Nippon Laser Electronics; Gene Stamp-II). Next, the substrate on which the solution was spotted was placed in a sealed plastic container and incubated for about 20 hours under the conditions of a temperature of 37 ° C. and a humidity of 100%. Finally, the substrate was washed with pure water and centrifuged by a spin dryer and dried.

(分析用チップ基板へのカバー部材貼付)
選択結合性物質を固定化した上記の基板Aに対し、次のようにカバー部材を貼付した。カバー部材としては、縦41.4mm、横21mm、厚さ1mmのPMMA平板を切削加工により作製してカバー部材とした。作製したカバー部材には、図4のように貫通孔5および液面駐止用チャンバー7を設けた。貫通孔5の直径は0.8mmとし、液面駐止用チャンバーの直径は2.0mmとし、カバー部材の四隅に設置した。
そして接着部材として縦41.4mm、横21mm、幅1mm、厚さ25μmの両面テープをカバー部材を縁取るようなサイズにカットし、厚さ(クリアランス)が50μmとなるように積層させて貼り付けた後、そのカバー部材を基板Aに貼付した。
(Attaching the cover member to the chip substrate for analysis)
A cover member was attached to the substrate A on which the selective binding substance was immobilized as follows. As the cover member, a PMMA flat plate having a length of 41.4 mm, a width of 21 mm, and a thickness of 1 mm was produced by cutting to obtain a cover member. The produced cover member was provided with a through hole 5 and a liquid level holding chamber 7 as shown in FIG. The diameter of the through hole 5 was 0.8 mm, the diameter of the liquid level holding chamber was 2.0 mm, and it was installed at the four corners of the cover member.
Then, a double-sided tape with a length of 41.4 mm, a width of 21 mm, a width of 1 mm, and a thickness of 25 μm is cut into a size that borders the cover member, and laminated and pasted so that the thickness (clearance) is 50 μm. After that, the cover member was attached to the substrate A.

(分析用チップへの微粒子封入)
上記のようにしてカバー部材を貼付した基板Aに、直径180μmのジルコニア製微粒子120mgを、基板Aとカバー部材とで形成される空間部(基板A表面の凹凸構造の凹部)に封入した。微粒子の封入は、カバー部材の貫通孔(図2または図4に例示される貫通孔5)から行った。以上のようにして得られた分析用チップを、「分析用チップ1」とした。
(Fine particle encapsulation in analysis chip)
120 mg of zirconia fine particles having a diameter of 180 μm were enclosed in a space formed by the substrate A and the cover member (concave portion of the concavo-convex structure on the surface of the substrate A) on the substrate A to which the cover member was attached as described above. The fine particles were sealed from the through hole (through hole 5 illustrated in FIG. 2 or 4) of the cover member. The analysis chip obtained as described above was designated as “Analysis chip 1”.

(被検物質の調製)
被検物質として、マイクロアレイの被検物質として一般的なaRNA(antisense RNA)を用いた。市販のヒト培養細胞由来total RNA(CLONTECH社製Human Reference RNA)5μgから、Ambion社製aRNA調製キットを使用して、5μgのCy3標識aRNAを得た。この実施例1、および下記の実施例2と比較例1において、ハイブリダイゼーションの際の被験物質溶液は、特に断りのない限り、上記で調製したCy3標識aRNAを、1重量%BSA、5×SSC、0.01重量%サケ精子DNA、0.1重量%SDSの溶液(各濃度はいずれも終濃度)で希釈したものを用いた。
(Preparation of test substance)
As a test substance, general aRNA (antisense RNA) was used as a test substance of a microarray. 5 μg of Cy3-labeled aRNA was obtained from 5 μg of commercial human cell-derived total RNA (Human Reference RNA manufactured by CLONTECH) using an aRNA preparation kit manufactured by Ambion. In this Example 1, and the following Example 2 and Comparative Example 1, unless otherwise specified, the test substance solution at the time of hybridization was 1% by weight of BSA, 5 × SSC, unless otherwise specified. , 0.01 wt% salmon sperm DNA, 0.1 wt% SDS diluted with each solution (each concentration is the final concentration) was used.

(ハイブリダイゼーション)
上記の方法で調製した被検物質(Cy3標識aRNA)を、上記のように溶液(1重量%BSA、5×SSC、0.01重量%サケ精子DNA、0.1重量%SDSの溶液(各濃度はいずれも終濃度))に溶解させて、Cy3標識aRNA200ngを含む170μLの検体溶液を調製した。マイクロピペットを用いて、分析用チップAのオリゴヌクレオチドがスポットされた面(基板Aとカバー部材の空間部)にアプライした。カバー部材に備えられた4箇所の貫通孔をカプトンテープで塞いでから、分析用チップ1を、図5のように圧電素子および振動板を備えた反応装置Aに、分析用チップ1と振動版を接触させる形でセットした。反応装置の設定温度を37℃とし、振動源の圧電素子の電源を入れることにより圧電素子を振動させ、振動板を介して検体溶液に振動を伝播させて撹拌し、4時間反応させた。
(Hybridization)
The test substance (Cy3-labeled aRNA) prepared by the above method was mixed with a solution (1 wt% BSA, 5 × SSC, 0.01 wt% salmon sperm DNA, 0.1 wt% SDS as described above (each All the concentrations were dissolved in a final concentration)) to prepare 170 μL of a sample solution containing 200 ng of Cy3-labeled aRNA. Using a micropipette, the surface of the analysis chip A on which oligonucleotides were spotted (the substrate A and the space between the cover members) was applied. After the four through-holes provided in the cover member are closed with Kapton tape, the analysis chip 1 is connected to the reaction apparatus A having a piezoelectric element and a diaphragm as shown in FIG. Was set in contact with each other. The set temperature of the reaction apparatus was 37 ° C., the piezoelectric element was vibrated by turning on the power of the vibration source piezoelectric element, the vibration was propagated to the sample solution through the vibration plate, and the reaction was performed for 4 hours.

(蛍光シグナル値の測定)
分析用チップ1のカバー部材および両面テープを脱離した後、基板Aを洗浄し乾燥した。DNAチップ用のスキャナー(Axon Instruments社製 GenePix 4000B)に、上記処理後の基板Aをセットし、レーザー出力33%、フォトマルチプライヤーの電圧設定を500にした状態において、ハイブリダイゼーション反応した被験物質の標識体シグナル値(蛍光強度)、バックグラウンドノイズを測定した。全9248個のスポットのうち、32個をバックグラウンド蛍光値測定用のネガティブコントロールスポットとし、個々のシグナル値からバックグラウンドシグナル値を差し引いて各スポットの真のシグナル値を算出した。
(Measurement of fluorescence signal value)
After removing the cover member and the double-sided tape of the analysis chip 1, the substrate A was washed and dried. The substrate A after the above treatment was set on a DNA chip scanner (GenePix 4000B, manufactured by Axon Instruments), and the test substance that had undergone the hybridization reaction was set with a laser output of 33% and a photomultiplier voltage setting of 500. The label signal value (fluorescence intensity) and background noise were measured. Of the 9248 spots, 32 were used as negative control spots for background fluorescence measurement, and the true signal value of each spot was calculated by subtracting the background signal value from each signal value.

蛍光シグナル値の総和、ポジティブコントロールの平均値、およびポジティブコントロールのCV値を表1に示す。シグナル強度は強く、一方CV値は小さかったことから、定量的評価を行うのに十分満足できるレベルであった。   Table 1 shows the sum of the fluorescence signal values, the average value of the positive control, and the CV value of the positive control. Since the signal intensity was strong, while the CV value was small, the level was sufficiently satisfactory for quantitative evaluation.

(実施例2)
(基板への選択結合性物質の固定化)
基板Bとして、DNAマイクロアレイ用コートスライドガラス(松浪硝子)を用いた。この基板Bに次の条件で、選択結合性物質(プローブDNA)としてオリゴヌクレオチドを固定化した。オリゴヌクレオチドとしては、オペロン社製DNAマイクロアレイ用オリゴヌクレオチドセット“Homo sapiens(Human)AROS V4.0(各60塩基)”を用いた。このオリゴヌクレオチドを、終濃度が0.03nmol/μLとなるように、DNAマイクロアレイ用Spotting Solution(松浪硝子)に溶解した。この溶液を、アレイヤー(スポッター)(日本レーザー電子製;Gene Stamp−II)を用いて、計9248点(短軸方向に68スポット、長軸方向に136スポット)スポットした。以上のようにして得られた分析用チップを、「分析用チップ2」とした。
(Example 2)
(Immobilization of selective binding substance to substrate)
As the substrate B, a coated slide glass for DNA microarray (Matsunami Glass) was used. On this substrate B, an oligonucleotide was immobilized as a selective binding substance (probe DNA) under the following conditions. As the oligonucleotide, the oligonucleotide set “Homo sapiens (Human) AROS V4.0 (60 bases each)” for DNA microarray manufactured by Operon was used. This oligonucleotide was dissolved in a spotting solution for DNA microarray (Matsunami Glass) so that the final concentration was 0.03 nmol / μL. A total of 9248 spots (68 spots in the minor axis direction and 136 spots in the major axis direction) were spotted on this solution using an arrayer (spotter) (manufactured by Nippon Laser Electronics; Gene Stamp-II). The analysis chip obtained as described above was referred to as “analysis chip 2”.

(ハイブリダイゼーション)
実施例1で記載した方法と同様にして調製した被検物質(Cy3標識aRNA)を上記溶液に溶解させて、Cy3標識aRNA200ngを含む60μLの検体溶液を調製し、マイクロピペットを用いて分析用チップ2のオリゴヌクレオチドがスポットされた面にアプライした。分析用チップ2を、図6のように圧電素子を備えた反応装置Bにセットし、反応装置に接続された圧電素子を内側に貼り付けたギャップカバーガラス(松浪硝子)を検体溶液がアプライされた面に載せて、圧電素子と検体溶液を接触させた。反応装置の設定温度を37℃とし、振動源の圧電素子の電源を入れることにより圧電素子を振動させ、検体溶液に振動を伝播させて撹拌し、4時間反応させた。
(Hybridization)
A test substance (Cy3-labeled aRNA) prepared in the same manner as described in Example 1 was dissolved in the above solution to prepare a 60 μL sample solution containing 200 ng of Cy3-labeled aRNA, and an analysis chip using a micropipette. Two oligonucleotides were applied to the spotted surface. As shown in FIG. 6, the analysis chip 2 is set in a reaction device B having a piezoelectric element, and a sample solution is applied to a gap cover glass (Matsunami Glass) with a piezoelectric element connected to the reaction device attached inside. The piezoelectric element and the specimen solution were brought into contact with each other. The set temperature of the reaction apparatus was 37 ° C., the piezoelectric element was vibrated by turning on the power of the piezoelectric element of the vibration source, the vibration was propagated to the sample solution, and the reaction was performed for 4 hours.

(蛍光シグナル値の測定)
分析用チップ2を、洗浄し乾燥した。DNAチップ用のスキャナー(Axon Instruments社製 GenePix 4000B)に、上記処理後の基板Bをセットし、レーザー出力33%、フォトマルチプライヤーの電圧設定を500にした状態において、ハイブリダイゼーション反応した被験物質の標識体シグナル値(蛍光強度)、バックグラウンドノイズを測定した。全9248個のスポットのうち、32個をバックグラウンド蛍光値測定用のネガティブコントロールスポットとし、個々のシグナル値からバックグラウンドシグナル値を差し引いて、各スポットの真のシグナル値を算出した。
(Measurement of fluorescence signal value)
The analysis chip 2 was washed and dried. In the state where the substrate B after the above treatment is set on a DNA chip scanner (GenePix 4000B manufactured by Axon Instruments), the laser output is 33%, and the voltage setting of the photomultiplier is 500, The label signal value (fluorescence intensity) and background noise were measured. Of the 9248 spots, 32 were used as negative control spots for background fluorescence measurement, and the background signal value was subtracted from each signal value to calculate the true signal value of each spot.

蛍光シグナル値の総和、ポジティブコントロールの平均値、およびポジティブコントロールのCV値を表1に示す。シグナル強度およびCV値共に、定量的評価を行うのに十分であった。   Table 1 shows the sum of the fluorescence signal values, the average value of the positive control, and the CV value of the positive control. Both signal intensity and CV values were sufficient to make a quantitative assessment.

(比較例1)
分析用チップとして実施例2で用いた「分析用チップ2」を使用し、ハイブリダイゼーションの際に反応装置Bを用いる代わりに、ハイブリダイゼーションインキュベーター(タイテック)を使用して37℃の温度で静置して反応させたこと以外は、実施例2と同様の操作を行った。
(Comparative Example 1)
As the analysis chip, the “analysis chip 2” used in Example 2 was used, and instead of using the reaction apparatus B at the time of hybridization, it was allowed to stand at a temperature of 37 ° C. using a hybridization incubator (Tytec). Then, the same operation as in Example 2 was performed except that the reaction was performed.

蛍光シグナル値の総和、ポジティブコントロールの平均値、およびポジティブコントロールのCV値を表1に示す。実施例1、実施例2と比較して、比較例1におけるシグナル強度はかなり低く、一方CV値は高かったことから、反応効率がかなり悪く、反応ムラが大きいことが示された。   Table 1 shows the sum of the fluorescence signal values, the average value of the positive control, and the CV value of the positive control. Compared with Example 1 and Example 2, the signal intensity in Comparative Example 1 was considerably low, while the CV value was high, indicating that the reaction efficiency was considerably poor and the reaction unevenness was large.

(比較例2)
分析用チップとして実施例2で用いた「分析用チップ2」を使用し、ハイブリダイゼーションの際に反応装置Bを用いる代わりに、レシプロシェーカー(タイテック)を設置したハイブリダイゼーションオーブンを使用して、37℃の温度で往復運動により反応させたこと以外は、実施例2と同様の操作を行った。蛍光シグナル値の総和、ポジティブコントロールの平均値、およびポジティブコントロールのCV値を表1に示す。実施例1、実施例2と比較して、比較例2におけるシグナル強度は低く、一方CV値はかなり高かったことから、反応効率が悪く、反応ムラが非常に大きいことが示された。
(Comparative Example 2)
The “analysis chip 2” used in Example 2 was used as the analysis chip, and instead of using the reaction apparatus B at the time of hybridization, a hybridization oven equipped with a reciprocating shaker (Tytec) was used. The same operation as in Example 2 was performed except that the reaction was performed by reciprocating motion at a temperature of ° C. Table 1 shows the sum of the fluorescence signal values, the average value of the positive control, and the CV value of the positive control. Compared with Example 1 and Example 2, the signal intensity in Comparative Example 2 was low, while the CV value was quite high, indicating that the reaction efficiency was poor and the reaction unevenness was very large.

Figure 2010117250
Figure 2010117250

本発明の検体溶液の攪拌方法により、分析用チップにアプライした検体溶液を撹拌することにより、分析チップに固定化した選択結合性物質と検体溶液中の被検物質との反応効率を高めることができ、さらに反応ムラの発生を抑制できることから、被検物質の迅速かつ定量的な検出が可能となる。特に、凹凸構造をもつ基板を特徴とするマイクロアレイにおいては、測定値のばらつきを改善し、信頼性の高い測定を可能にする本発明の検体溶液の撹拌方法によって、当該マイクロアレイが本来的にもつ良好なS/N比および高検出感度などの特性をさらに生かすことができる。このように、本発明の検体溶液の撹拌方法と検体の分析方法は、特に生物学、医学および微生物学などの分野で多用されているマイクロアレイの精度を向上できることから、産業上非常に有用である。   By stirring the sample solution applied to the analysis chip by the sample solution stirring method of the present invention, the reaction efficiency between the selective binding substance immobilized on the analysis chip and the test substance in the sample solution can be increased. In addition, since the occurrence of uneven reaction can be suppressed, the test substance can be detected quickly and quantitatively. In particular, in a microarray characterized by a substrate having a concavo-convex structure, the microarray inherently has good characteristics by the method for stirring a sample solution according to the present invention that improves measurement value variation and enables highly reliable measurement. It is possible to further utilize characteristics such as a high S / N ratio and high detection sensitivity. As described above, the sample solution agitation method and sample analysis method of the present invention are very useful industrially because they can improve the precision of microarrays that are frequently used in fields such as biology, medicine, and microbiology. .

図1は、本発明で使用する分析用チップを構成する基板の一例を概略的に示す斜視図である。FIG. 1 is a perspective view schematically showing an example of a substrate constituting an analysis chip used in the present invention. 図2は、本発明で使用する分析用チップの一例を概略的に示す縦断面図である。FIG. 2 is a longitudinal sectional view schematically showing an example of the analysis chip used in the present invention. 図3は、本発明で使用する分析用チップの一例の概略的に示す斜視図である。FIG. 3 is a perspective view schematically showing an example of the analysis chip used in the present invention. 図4は、本発明で使用する分析用チップを構成するカバー部材の一例を示す部分断面図である。FIG. 4 is a partial cross-sectional view showing an example of a cover member constituting the analysis chip used in the present invention. 図5は、本発明で用いられる反応装置に分析用チップを設置した状態の検体の分析装置を概略的に示す断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view schematically showing a sample analyzer in a state where an analysis chip is installed in the reaction apparatus used in the present invention. 図6は、本発明で用いられる反応装置に分析用チップを設置した状態の他の検体の分析装置を概略的に示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view schematically showing another sample analyzer in a state where an analysis chip is installed in the reaction apparatus used in the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 基板
2 選択結合性物質
3 カバー部材
4 接着部剤
5 貫通孔
6 微粒子(ビーズ)
7 液面駐止用チャンバー
8a、8b 反応装置
9 ギャップカバーガラス
10a、10b 圧電素子
11 振動板
12a、12b 電源
13a、13b スイッチ
14a、14b 温度調節機構
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Substrate 2 Selective binding substance 3 Cover member 4 Adhesive agent 5 Through hole 6 Fine particles (beads)
7 Liquid level holding chambers 8a and 8b Reactor 9 Gap cover glass 10a and 10b Piezoelectric element 11 Vibration plates 12a and 12b Power supplies 13a and 13b Switches 14a and 14b Temperature control mechanism

Claims (5)

被検物質を含む検体溶液をアプライした分析用チップを、振動源として圧電素子を具備した反応装置に設置し、該圧電素子を作動させることにより該検体溶液に振動を伝播させて検体溶液を攪拌する検体溶液の攪拌方法。   An analysis chip to which a sample solution containing a test substance is applied is placed in a reaction apparatus equipped with a piezoelectric element as a vibration source, and the piezoelectric element is operated to vibrate the sample solution and stir the sample solution. To stir the sample solution. 分析用チップが、基板および該基板の一部に密着可能なカバー部材を備え、該カバー部材と基板の間に空隙部を有し、カバー部材に該空隙部と連通する貫通孔が少なくとも一つ備えられている請求項1記載の検体溶液の攪拌方法。   The analysis chip includes a substrate and a cover member that can be in close contact with a part of the substrate, and has a gap portion between the cover member and the substrate, and the cover member has at least one through-hole communicating with the gap portion. The method for stirring a sample solution according to claim 1, which is provided. 分析用チップの空隙にビーズが封入されている請求項2記載の検体溶液の攪拌方法。   The method for stirring a sample solution according to claim 2, wherein beads are enclosed in the voids of the analysis chip. 選択結合性物質が固定された分析用チップに被検物質を含む検体溶液をアプライする工程と、検体溶液をアプライした分析用チップを振動源として圧電素子が具備された反応装置に設置する工程と、振動源の圧電素子を作動させることにより検体溶液に振動を伝播させて検体溶液を撹拌し、分析用チップに固定された選択結合性物質と検体溶液中の被検物質を反応させる工程と、選択結合性物質に結合した被検物質を検出する工程を少なくとも含む工程からなる検体の分析方法。   A step of applying a sample solution containing a test substance to an analysis chip to which a selective binding substance is fixed; a step of installing the analysis chip to which the sample solution is applied as a vibration source in a reaction apparatus equipped with a piezoelectric element; A step of causing vibration to propagate to the sample solution by actuating the piezoelectric element of the vibration source, stirring the sample solution, and reacting the selective binding substance fixed on the analysis chip with the test substance in the sample solution; A method for analyzing a sample, the method comprising at least a step of detecting a test substance bound to a selective binding substance. 被検物質を含む検体溶液をアプライするための基板を備えた分析用チップと、該分析用チップを内部に設置して用いる反応装置からなり、該反応装置は分析用チップを振動させ検体溶液に振動を伝播させて検体溶液を撹拌する振動源としての圧電素子を具備している検体の分析装置。   An analysis chip including a substrate for applying a sample solution containing a test substance, and a reaction device installed and used inside the analysis chip, the reaction device vibrates the analysis chip into a sample solution. A specimen analyzer comprising a piezoelectric element as a vibration source for agitating a specimen solution by propagating vibration.
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