JP2012098252A - Measuring device used for specific detection of specimen using photocurrent and measuring method employing the same - Google Patents

Measuring device used for specific detection of specimen using photocurrent and measuring method employing the same Download PDF

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Makoto Totsugi
允 戸次
Junya Narita
純也 成田
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Toto Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a measuring device which is used for specific detection of a specimen using a photocurrent, having a light radiation mechanism and a light radiation method, capable of solving the problems that the number of light sources is decreased as further as possible, an integrated spot can be detected, an overall shape of the apparatus is reduced as further as possible, and a plurality of spots can be accurately detected in a short time as further as possible.SOLUTION: A measuring device is used for the specific detection of a specimen using a photocurrent generated by optical excitation of sensitized pigments by mounting an active electrode which is obtained by carrying a probe material that can be coupled with a specimen, while being divided for each of a plurality of spots separated from one another. The measuring device includes a plurality of light sources which irradiate the spots with light, and an ammeter which measures a photocurrent generated by the optical excitation of the sensitized pigments. The light sources are provided on an extension of a centerline corresponding to the spots at least as many as the number of columns or rows, and a light source moving mechanism is provided for moving the light sources toward the extension of the centerline.

Description

本発明は、光電流を用いて、DNAの検出を高精度かつ簡便に行なうための測定装置、およびそれを用いた測定方法に関する。   The present invention relates to a measuring apparatus for detecting DNA with high accuracy and simplicity using a photocurrent, and a measuring method using the measuring apparatus.

生体試料中のDNAを検出及び解析する遺伝子診断法が、各種病気の新たな予防および診断法として、有望視されている。このようなDNAの検出を簡便かつ正確に行う技術として、以下のものが提案されている。   Genetic diagnostic methods for detecting and analyzing DNA in biological samples are promising as new preventive and diagnostic methods for various diseases. The following have been proposed as techniques for easily and accurately detecting such DNA.

被検体DNAを、これと相補的な塩基配列を有し、かつ蛍光物質を標識されたDNAプローブとハイブリダイズさせ、その際の蛍光シグナルを検出する、DNAの分析方法が知られている(例えば、特開平7−107999号公報(特許文献1)および特開平11−315095号公報(特許文献2)参照)。この方法にあっては、ハイブリダイゼーションによる二本鎖DNAの形成を色素の蛍光により検出する。蛍光検出においては、プローブDNAを固定化した複数の検出スポットを同一の基板に形成させることができるため、複数のプローブDNAに対する特異性を一度の検出により解明することができるという長所がある。しかし、蛍光検出に必要な受光器などを含む検出装置は大型で高価であるため、DNAの検出を簡便に行なうことができない。   There is known a DNA analysis method in which a sample DNA is hybridized with a DNA probe having a base sequence complementary thereto and a fluorescent substance labeled, and a fluorescent signal at that time is detected (for example, JP, 7-107999, A (patent documents 1) and JP, 11-315095, A (patent documents 2)). In this method, the formation of double-stranded DNA by hybridization is detected by fluorescence of the dye. In fluorescence detection, since a plurality of detection spots on which probe DNA is immobilized can be formed on the same substrate, the specificity to a plurality of probe DNAs can be elucidated by one detection. However, since a detection apparatus including a light receiver necessary for fluorescence detection is large and expensive, DNA cannot be easily detected.

また、被検体DNAを、これと相補的な塩基配列を有し、かつ酵素を標識されたDNAプローブとハイブリダイズさせ、酵素の活性作用を受けて気質に生ずる光学的に検知可能な変化量を測定する自動測定装置及びその検出方法が知られている(特開平6−225752号公報(特許文献3)参照)。この特開平6−225752号公報に記載の装置を用いれば、二本鎖DNAの一本鎖化、ハイブリダイゼーション、洗浄、DNAの特異的検出を行なう測光工程を全自動で行うことができるが、測光用の光学機器が必要で、検出装置が大型、高価となってしまう。   In addition, the analyte DNA has a base sequence complementary to this, and the enzyme is hybridized with a labeled DNA probe, and an optically detectable change amount generated in the temperament due to the activity of the enzyme is obtained. An automatic measuring device for measuring and a detecting method thereof are known (see Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-225752 (Patent Document 3)). By using the apparatus described in JP-A-6-225752, a photometric process for single-stranded double-stranded DNA, hybridization, washing, and specific detection of DNA can be performed automatically. Optical equipment for photometry is required, and the detection device becomes large and expensive.

更に、一本鎖に変性された遺伝子サンプルを、これに相補性を有する一本鎖の核酸プローブとハイブリダイゼーションさせた後、二本鎖認識体であるインターカレータを添加して電気化学的に検出する方法が知られている(特開平5−199898号公報(特許文献4)参照)。この方法に記載の電気化学的検出方法を用いると、蛍光検出や、測光法のような光学機器が不要となるため、小型で安価な検出装置となる。しかし、複数種のプローブDNAに対する検出DNAの特異性を確認するためには、1つの電極上に1種のプローブDNAを固定化する必要があるため、複数の電極を設ける必要がある。また、複数の電極を同一基板上に設けたとしても、各電極ごとに電圧を印加するために各電極を導通させるための配線が必要で、二本鎖DNAの検出を簡便に行なうことができない。   Furthermore, after hybridization to a single-stranded nucleic acid probe complementary to a single-stranded denatured gene sample, an intercalator that is a double-stranded recognizer is added to perform electrochemical detection. There is a known method (see JP-A-5-199898 (Patent Document 4)). When the electrochemical detection method described in this method is used, an optical instrument such as fluorescence detection or photometry is not required, so that the detection device is small and inexpensive. However, in order to confirm the specificity of the detection DNA with respect to a plurality of types of probe DNA, it is necessary to immobilize one type of probe DNA on one electrode, so it is necessary to provide a plurality of electrodes. Even if a plurality of electrodes are provided on the same substrate, a wiring for connecting each electrode is necessary to apply a voltage to each electrode, and it is not possible to easily detect double-stranded DNA. .

ところで、増感色素を用いて光から電気エネルギーを発生させる太陽電池が知られている(例えば、特開平1−220380号公報(特許文献5)参照)。この太陽電池は、多結晶の金属酸化物半導体を有し、かつその表面積に広範囲にわたり増感色素の層が形成されてなるものである。   By the way, a solar cell that generates electric energy from light using a sensitizing dye is known (for example, see JP-A-1-220380 (Patent Document 5)). This solar cell has a polycrystalline metal oxide semiconductor and has a sensitizing dye layer formed over its surface area over a wide range.

そして、このような太陽電池の特性を生物化学的な分析に応用しようとする試みとして、色素の光励起により生じる光電流を被検物質(DNA、蛋白などの生体分子)の検出に利用する提案がなされている(例えば、中村他「光電変換による新しいDNA二本鎖検出法」(日本化学会講演予稿集 Vol.81ST NO.2(2002)第947頁(非特許文献1)及び特開2006―119128号公報(特許文献6)参照。しかし、これら提案では主にDNAをハイブリダイゼーションさせた後のチップの検出方法に関する内容で、検出時の詳細な装置構成に関する記載はなされていない。   As an attempt to apply the characteristics of such a solar cell to biochemical analysis, there is a proposal to use a photocurrent generated by photoexcitation of a dye for detection of a test substance (biomolecules such as DNA and protein). (For example, Nakamura et al. “New DNA Double-Strand Detection Method by Photoelectric Conversion” (The Chemical Society of Japan, Proceedings Vol.81ST NO.2 (2002), page 947 (Non-patent Document 1)) and JP-A-2006- See 119128 (Patent Document 6) However, these proposals mainly relate to a method for detecting a chip after hybridization of DNA, and do not describe a detailed apparatus configuration at the time of detection.

また被検物質の特異的検出に色素の光励起により生じる光電流を利用する際、半導体電極基板全体と対電極は、電流計に直接接続すればよく(検出スポットごとの配線が不要)、各スポットへの光照射により、電流を検出する提案がなされている(WO07/037341(特許文献7)参照) 。この提案においては、各スポットへの光照射においては、半導体電極上に形成された複数の検出スポットに順次照射していくこととなるが、本検出方法においては、半導体電極基板全体と電流計を接続しているため、各検出スポットにて発生する電流値を精度良く検出するために、隣接する検出スポットに光が照射されないように光照射機構を設計する必要がある。そのため、光照射機構に用いる光源には指向性の高いLaserまたは、指向性が低いLEDなどを使用する際は集光レンズなどを使用することとなる。本検出方法が可能な装置を設計する際には光照射機構は各検出スポットごとに光源を設置する、光源に光源が移動可能なXY移動機構を連結させて、検出スポットに順次光源を移動させる、といった方法が考えられる。しかし前者の方法では、高価なLaserや集光レンズを複数用意する必要があり、検出スポット間隔を狭めた集積化電極の検出には対応しにくい。また後者の方法ではXY移動機構が装置の全体形状を大きくしてしまうため、装置の小型化には不向きであった。さらに前者の方法では、各スポットごとに光源を点灯していくことになり、各検出スポットの精度良い電流検出を行うには、それぞれのスポットにおいて、光源の光強度が安定するまで待機する必要があり、検出終了まで時間がかかるという課題があった。   When using the photocurrent generated by photoexcitation of the dye for specific detection of the test substance, the entire semiconductor electrode substrate and the counter electrode may be directly connected to an ammeter (no wiring for each detection spot is required), and each spot The proposal which detects an electric current by light irradiation to is made (refer to WO07 / 037341 (patent document 7)). In this proposal, in the light irradiation to each spot, a plurality of detection spots formed on the semiconductor electrode are sequentially irradiated. In this detection method, the entire semiconductor electrode substrate and an ammeter are connected. Since they are connected, in order to accurately detect the current value generated at each detection spot, it is necessary to design a light irradiation mechanism so that light is not irradiated to adjacent detection spots. Therefore, when using a laser with high directivity or an LED with low directivity as the light source used for the light irradiation mechanism, a condensing lens or the like is used. When designing a device capable of this detection method, the light irradiation mechanism installs a light source for each detection spot, connects the light source to an XY movement mechanism that can move the light source, and sequentially moves the light source to the detection spot. , Etc. can be considered. However, in the former method, it is necessary to prepare a plurality of expensive lasers and condenser lenses, and it is difficult to cope with detection of an integrated electrode with a narrow detection spot interval. In the latter method, the XY moving mechanism increases the overall shape of the apparatus, and is not suitable for downsizing the apparatus. Furthermore, in the former method, the light source is turned on for each spot, and it is necessary to wait until the light intensity of the light source becomes stable in each spot in order to perform accurate current detection of each detection spot. There is a problem that it takes time to complete the detection.

特開平7−107999号公報JP-A-7-107999 特開平11−315095号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-315095 特開平6−225752号公報JP-A-6-225752 特開平5−199898号公報JP-A-5-199898 特開平1−220380号公報Japanese Patent Laid-Open No. 1-220380 特開2006―119128号公報JP 2006-119128 A WO07/037341WO07 / 037341

中村他「光電変換による新しいDNA二本鎖検出法」(日本化学会講演予稿集 Vol.81ST No.2(2002)第947頁Nakamura et al. “New DNA double-strand detection method by photoelectric conversion” (Proceedings of the Chemical Society of Japan Vol. 81ST No. 2 (2002), p. 947)

本発明者らは、今般、増感色素の光励起により生じる光電流を用いた検出において、増感色素の光励起により生じる光電流を用いた二本鎖DNAの特異的検出を、複数のスポットで精度良く短時間で行う知見を得た。 In the detection using the photocurrent generated by photoexcitation of the sensitizing dye, the present inventors have now accurately performed detection of double-stranded DNA using the photocurrent generated by photoexcitation of the sensitizing dye with a plurality of spots. We have gained knowledge to do well in a short time.

したがって、本発明は、大型の装置を用いることなく、複数のスポットを精度良く短時間で検出するという課題を解決することができる、光電流を用いた被検物質の特異的検出に用いられる測定装置の提供をその目的としている。   Therefore, the present invention can solve the problem of accurately detecting a plurality of spots in a short time without using a large apparatus, and is used for specific detection of a test substance using photocurrent. Its purpose is to provide a device.

すなわち、本発明によれば、被検物質と結合可能なプローブ物質が互いに分離された複数のスポット毎に区分されて坦持されてなる作用電極を取り付け、増感色素の光励起により生じる光電流を用いた被検物質の特異的検出に用いられる測定装置であって、
前記スポットへ光を照射する複数の光源と、
増感色素の光励起により生じる光電流電流を測定する電流計と、を備え、
前記光源は前記スポットに対応する中心線の延長線上に、少なくとも各列または各行の個数設けられており、
前記光源を前記中心線の延長線方向へ移動させる光源移動機構を備えていることを特徴とする測定装置が提供される。
これにより、光源を一軸方向にのみ移動させることによって二次元的に配置された各スポットに光を照射することが可能となり、装置を簡略化し小型化することが可能となる。また、光源を点灯させたまま移動させることにより、短時間で精度よい検出が可能となる。
That is, according to the present invention, a working electrode in which a probe substance capable of binding to a test substance is separated and supported by a plurality of spots separated from each other is attached, and a photocurrent generated by photoexcitation of a sensitizing dye is detected. A measuring device used for specific detection of a test substance used,
A plurality of light sources for irradiating the spot with light;
An ammeter for measuring a photocurrent generated by photoexcitation of a sensitizing dye, and
The light source is provided on at least the number of columns or rows on an extension of the center line corresponding to the spot,
There is provided a measuring apparatus comprising a light source moving mechanism for moving the light source in an extension line direction of the center line.
Thereby, it becomes possible to irradiate each spot arranged two-dimensionally by moving the light source only in one axis direction, and the apparatus can be simplified and miniaturized. In addition, by moving the light source while it is lit, accurate detection can be performed in a short time.

また、本発明によれば前記光源は前記光源移動機構によって、前記光源からの光が前記スポットへ照射されない位置へ移動可能な測定装置が提供される。
スポットへ光が照射されない位置まで光源が移動可能となることによって、この位置で光源を点灯させ光強度を安定させることが可能となる。
In addition, according to the present invention, there is provided a measuring apparatus in which the light source can be moved to a position where the light from the light source is not irradiated to the spot by the light source moving mechanism.
Since the light source can be moved to a position where no light is irradiated to the spot, the light source can be turned on at this position to stabilize the light intensity.

また、本発明によれば、前記光源は、ピグテールレーザーである測定装置が提供される。
光源としてピグテールレーザーを利用することにより、指向性の高い光を照射することが可能となり、近隣のスポットへの意図しない光照射を低減することができる。これにより、ノイズ電流を低減することが可能となる。
In addition, according to the present invention, there is provided a measuring apparatus in which the light source is a pigtail laser.
By using a pigtail laser as a light source, it becomes possible to irradiate light with high directivity, and unintentional light irradiation to neighboring spots can be reduced. Thereby, the noise current can be reduced.

また、本発明によれば、前記作用電極の前記スポットが形成された面とは反対側に、前記センサセルを互いに密着させるために押さえる押さえ部材を設け、該押さえ部材が、光励起のための光を通すための開口部または透光部を複数個備えてなる測定装置が提供される。
これにより、センサセルを密着させながら、光源から各スポットへ光を照射することが可能となる。各スポットへ照射される光が安定することにより、発生する光電流も安定して検出することが可能となる。
Further, according to the present invention, a pressing member is provided on the side of the working electrode opposite to the surface on which the spot is formed to hold the sensor cells in close contact with each other, and the pressing member emits light for photoexcitation. There is provided a measuring apparatus including a plurality of openings or light-transmitting portions for passing through.
Thereby, it is possible to irradiate each spot with light from the light source while keeping the sensor cell in close contact. By stabilizing the light applied to each spot, the generated photocurrent can be detected stably.

また、本発明によれば、前記押さえ部材が、前記開口部および前記透光部を除いて遮光性を有する測定装置が提供される。
これにより、スポットへ光を照射する場合に、近隣のスポットへ光が漏れてしまい、想定外の光電流が発生することを抑制することができる。また、光源が移動中に複数のスポットに光が照射され、不必要な光電流が発生することも抑制できる。
In addition, according to the present invention, there is provided a measuring apparatus in which the pressing member has light shielding properties except for the opening and the light transmitting portion.
Thereby, when irradiating light to a spot, it can suppress that light leaks to a nearby spot and an unexpected photocurrent is generated. In addition, it is possible to prevent unnecessary light current from being generated by irradiating a plurality of spots with light while the light source is moving.

また、本発明によれば、増感色素の光励起により生じる光電流を用いた被検物質の特異的検出を行う測定方法であって、
前記光源のうち第一の光源を点灯し、前記中心線の延長線上を第一の方向へ移動しながら対応する位置の前記スポットへ光を照射する第一の光照射工程と、
前記光源のうち第二の光源を点灯し、前記中心線の延長線上を第ニの方向へ移動しながら対応する位置の前記スポットへ光を照射する第二の光照射工程と、
を少なくとも含む測定方法が提供される。
これにより、第一の方向と逆方向の第二の方向に移動させながら光を照射することによって、一度の往復移動によって、二つの異なる中心線の延長線上に存在するスポットへの光照射が可能となり、測定時間が短縮できる。
Further, according to the present invention, there is provided a measurement method for performing specific detection of a test substance using a photocurrent generated by photoexcitation of a sensitizing dye,
A first light irradiation step of turning on the first light source among the light sources and irradiating light to the spot at the corresponding position while moving in the first direction on an extension of the center line,
A second light irradiation step of illuminating the spot at the corresponding position while turning on the second light source among the light sources and moving in the second direction on the extension of the center line;
Is provided.
This makes it possible to irradiate a spot on the extension line of two different center lines by reciprocating once by irradiating light while moving in the second direction opposite to the first direction. Thus, the measurement time can be shortened.

また、本発明によれば、前記光照射工程において、前記スポットへ光が照射されない位置で前記光源を点灯させる測定方法が提供される。
これにより、スポットへ光が照射されない位置で光源を点灯させることにより光強度を安定させ各スポットへ安定した光を照射することが可能となり、発生する光電流も安定して検出することが可能となる。
Further, according to the present invention, there is provided a measurement method in which, in the light irradiation step, the light source is turned on at a position where the spot is not irradiated with light.
This makes it possible to stabilize the light intensity by illuminating the light source at a position where no light is irradiated to the spot, and to irradiate each spot with stable light, and to stably detect the generated photocurrent. Become.

本発明によれば、同一面に被検物質と直接または間接的に特異的に結合可能なプローブ物質を複数固定した各作用電極上への光照射を列又は行ごとにそれぞれの光源を点灯させ、各光源の光強度を安定させる回数を減らして連続して行うため、検出時間を大幅に短縮することが可能となる。
また複数の光源の数を列又は行の数に減らすことができ、1軸の移動機構で全検出スポットに光を照射することが可能であるため、装置の全体形状も小さくすることができる。
According to the present invention, light irradiation is performed on each working electrode in which a plurality of probe substances capable of specifically binding directly or indirectly to a test substance on the same surface are fixed. Since the number of times of stabilizing the light intensity of each light source is continuously reduced, the detection time can be greatly shortened.
In addition, the number of light sources can be reduced to the number of columns or rows, and light can be irradiated to all detection spots with a single-axis moving mechanism, so that the overall shape of the apparatus can be reduced.

本発明の測定装置の一例を示す上面図である。It is a top view which shows an example of the measuring apparatus of this invention. 本発明に使用する配管図を示す図であり、(a)はセンサセル1内へ被検物質を直接注入する場合を、(b)はセンサセル1の上流側で被検物質を含むサンプルを注入する場合を示す図である。It is a figure which shows the piping diagram used for this invention, (a) injects the test substance directly into the sensor cell 1, (b) injects the sample containing the test substance in the upstream of the sensor cell 1. It is a figure which shows a case. 本発明における移動型光源3とセンサセル1を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the movable light source 3 and the sensor cell 1 in this invention. 本発明における移動型光源3の各部材のタイムチャートである。It is a time chart of each member of the movable light source 3 in this invention. 本発明における移動型光源3の移動の様子を模式的に示した図であり、(a)はa軸のスポットへの光照射開始前を、(b)はa軸のスポットへの光照射の様子を、(c)a軸のスポットへの光照射終了後を、それぞれ示す図である。It is the figure which showed the mode of the movement of the movable light source 3 in this invention typically, (a) is before the light irradiation start to the a-axis spot, (b) is the light irradiation to the a-axis spot. It is a figure which shows a state, respectively after (c) light irradiation completion | finish to the spot of an a axis | shaft. 本発明に使用するセンサセル1の一例を示す図であり、図6(a)は作用電極の構成図、図6(b)は作用電極取付前、図6(c)は作用電極を取り付ける際の状態図、図6(d)は作用電極取付後の状態図、図6(e)は作用電極と対電極とを固定して流路が形成されたセンサセルの構成図、図6(f)は図6(d)の側面図をそれぞれ示す。It is a figure which shows an example of the sensor cell 1 used for this invention, Fig.6 (a) is a block diagram of a working electrode, FIG.6 (b) is before a working electrode attachment, FIG.6 (c) is when a working electrode is attached. FIG. 6D is a state diagram after the working electrode is attached, FIG. 6E is a configuration diagram of a sensor cell in which the working electrode and the counter electrode are fixed and a flow path is formed, and FIG. The side views of FIG. 本発明に使用するセンサセル1内の流体の流れ方を示す図であり、図7(a)は光源側から見たセンサセル1の断面図、図7(b)は側面図である。It is a figure which shows how to flow the fluid in the sensor cell 1 used for this invention, Fig.7 (a) is sectional drawing of the sensor cell 1 seen from the light source side, FIG.7 (b) is a side view. 本発明に使用する温度調整機構の別態様の一例を示す上面図および断面図である。It is the top view and sectional drawing which show an example of another aspect of the temperature control mechanism used for this invention. 流体誘導機能をもつセンサセル基材であるスペーサーの一例を示す断面図であり、(a)は、センサセル1内へ被検物質を直接注入する場合を、(b)はセンサセルの上流側で被検物質を含むサンプルを注入する場合を示す図である。It is sectional drawing which shows an example of the spacer which is a sensor cell base material which has a fluid guidance | induction function, (a) is a case where a test substance is directly inject | poured into the sensor cell 1, (b) is a test in the upstream of a sensor cell. It is a figure which shows the case where the sample containing a substance is inject | poured. 本発明に使用するセンサセル1の第二態様の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the 2nd aspect of the sensor cell 1 used for this invention. 被検物質が一本鎖の核酸であり、プローブ物質が前記核酸に対して相補性を有する一本鎖の核酸である場合における、被検物質のプローブ物質への固定化工程を示す図であり、(a)は被検物質が予め増感色素で標識されてなる場合を、(b)は二本鎖の核酸にインターカレーション可能な増感色素を添加した場合をそれぞれ示す。FIG. 4 is a diagram showing a process of immobilizing a test substance on a probe substance when the test substance is a single-stranded nucleic acid and the probe substance is a single-stranded nucleic acid complementary to the nucleic acid. (A) shows the case where the test substance is previously labeled with a sensitizing dye, and (b) shows the case where a sensitizing dye capable of intercalation is added to a double-stranded nucleic acid. 被検物質がリガンドであり、媒介物質が受容体蛋白質分子であり、プローブ物質が二本鎖の核酸である場合における、被検物質のプローブ物質への固定化工程を示す図である。It is a figure which shows the immobilization process to the probe substance of a test substance in case a test substance is a ligand, a mediator is a receptor protein molecule, and a probe substance is a double-stranded nucleic acid.

測定装置
本発明による装置および検出方法の基本的な特徴をまず図面を用いて説明する。被検物質の特異的検出に、色素の光励起により生じる光電流を利用した測定装置は、基本構成として、図1に示すように、センサセル1と、センサセル1へ流体を供給するための流体供給手段2と、センサセル1内に設けた作用電極の電子受容層上に設けたプローブ物質を担持しているスポット323へと光を照射するための移動型光源3と、光励起によって生じた電流を検出するための電流計4と、被検物質と作用電極上に設けた特異的に結合するプローブ物質とを反応させるためのハイブリダイゼーション反応や結合反応後光励起によって生じる光電流を検出するために使用する電解液等を保持する溶液保持部5と、センサセル1内に設けた反応および検出時の温度調整機能を制御する温度調整制御部6と、電源7と、装置内の温度上昇を防止するファン8とを備えてなる。図の装置にあっては、流体供給手段2としてシリンジポンプ20を使用しており、スウィッチングバルブ21が連結されている。センサセル1や流体供給手段2、移動型光源3、電流計4、温度調整制御部6、電源7等は端子41にそれぞれ接続されている。センサセル1は、後記するように電子受容層上に被検物質と結合可能なプローブ物質が互いに分離された複数のスポット323毎に区分されて坦持されている。。複数のスポット323を形成することによって、複数の測定を同時に行うことが可能となる。
Measuring Device The basic features of the device and detection method according to the present invention will first be described with reference to the drawings. As shown in FIG. 1, a measurement device that uses a photocurrent generated by photoexcitation of a dye for specific detection of a test substance has a basic configuration, as shown in FIG. 1, and a fluid supply means for supplying fluid to the sensor cell 1. 2, a movable light source 3 for irradiating light to a spot 323 carrying a probe substance provided on an electron accepting layer of a working electrode provided in the sensor cell 1, and a current generated by photoexcitation are detected Used to detect a photocurrent generated by photoexcitation after a hybridization reaction or a binding reaction for reacting a test substance with a probe substance that specifically binds on the working electrode. A solution holding unit 5 for holding a liquid, a temperature adjustment control unit 6 for controlling a temperature adjustment function at the time of reaction and detection provided in the sensor cell 1, a power source 7, and a temperature rise in the apparatus Comprising a fan 8 to prevent. In the illustrated apparatus, a syringe pump 20 is used as the fluid supply means 2 and a switching valve 21 is connected. The sensor cell 1, fluid supply means 2, moving light source 3, ammeter 4, temperature adjustment control unit 6, power source 7, etc. are connected to a terminal 41. As will be described later, the sensor cell 1 is supported by being divided into a plurality of spots 323 in which probe substances capable of binding to the test substance are separated from each other on the electron accepting layer. . By forming a plurality of spots 323, a plurality of measurements can be performed simultaneously.

図2は流体供給手段を基にした流路構成の配管図を示す図である。図2(a)はセンサセル1内へ被検物質を含むサンプルを直接注入する場合を、(b)はセンサセル1の上流側で被検物質を含むサンプルを注入する場合を示す図である。   FIG. 2 is a diagram showing a piping diagram of the flow path configuration based on the fluid supply means. 2A shows a case where a sample containing a test substance is directly injected into the sensor cell 1, and FIG. 2B shows a case where a sample containing the test substance is injected upstream of the sensor cell 1. FIG.

図2(a)には、流体供給手段として、シリンジポンプ20に連通したスウィッチングバルブ21は、ハイブリダイゼーション反応溶液タンク51と、その後の洗浄に使用する反応後洗浄溶液タンク52と、電流検出に使用するための電解液タンク53と、電流測定後のセンサセル1内や各配管を洗浄するための測定後洗浄溶液タンク54と、流体として空気を使用する場合の大気への開放口に連結するエア供給口22と、被検物質を含むサンプルを注入する注入口101を設けたセンサセル1と、そして廃液タンク56と配管でそれぞれ接続されている。また、廃液タンク56は、センサセル1に設けた流体排出口14とも配管で接続されている。   In FIG. 2A, as a fluid supply means, a switching valve 21 communicated with the syringe pump 20 includes a hybridization reaction solution tank 51, a post-reaction washing solution tank 52 used for subsequent washing, and a current detection. An electrolyte tank 53 for use, a post-measurement cleaning solution tank 54 for cleaning the sensor cell 1 and each pipe after current measurement, and air connected to an opening to the atmosphere when air is used as a fluid The supply port 22, the sensor cell 1 provided with the injection port 101 for injecting the sample containing the test substance, and the waste liquid tank 56 are connected by piping. The waste liquid tank 56 is also connected to the fluid discharge port 14 provided in the sensor cell 1 by piping.

被検物質を含むサンプルをセンサセル上流側で注入する態様の配管を図2(b)に示す。この構成にあっては、流体供給手段としてのシリンジポンプ20に連通したスウィッチングバルブ21は、ハイブリダイゼーション後の洗浄に使用する反応後洗浄溶液タンク52と、電流検出に使用するための電解液タンク53と、電流測定後のセンサセル1内や各配管を洗浄するための測定後洗浄溶液タンク54と、被検物質を含むサンプルを注入する注入口23と、流体として空気を使用する場合の大気への開放口に連結するエア供給口22と、センサセル1に設けた流体供給口15と、そして廃液タンク56と配管でそれぞれ接続されている。また、廃液タンク56は、センサセル1に設けた流体排出口14とも配管で接続されている。   FIG. 2B shows piping in a mode in which a sample containing a test substance is injected on the upstream side of the sensor cell. In this configuration, the switching valve 21 communicated with the syringe pump 20 as a fluid supply means includes a post-reaction cleaning solution tank 52 used for cleaning after hybridization, and an electrolyte solution tank used for current detection. 53, a post-measurement cleaning solution tank 54 for cleaning the sensor cell 1 and each pipe after current measurement, an inlet 23 for injecting a sample containing a test substance, and the atmosphere when air is used as a fluid Are connected to the air supply port 22 connected to the open port, the fluid supply port 15 provided in the sensor cell 1, and the waste liquid tank 56 by piping. The waste liquid tank 56 is also connected to the fluid discharge port 14 provided in the sensor cell 1 by piping.

そして、図2(a)および(b)の構成にあってはともに、スイッチングバルブ21を各配管へ切り替えることよって、センサセルへの各流体の供給、排出を行う。また、ハイブリダイゼーション反応溶液タンク51やその後の洗浄に使用する反応後洗浄溶液タンク52、検出のための電解液タンク53のそれぞれは、設定温度に保持されるよう温度調整機構を有することがより好ましい。電流測定後のセンサセル1内洗浄のための測定後洗浄溶液タンク54には、洗浄溶液としてアルコールや水等が準備される。洗浄性能や廃液処理等を考慮すると、エタノールと水の複数のタンクを設けることが好ましい。   2A and 2B, the fluid is supplied to and discharged from the sensor cell by switching the switching valve 21 to each pipe. Further, it is more preferable that the hybridization reaction solution tank 51, the post-reaction washing solution tank 52 used for the subsequent washing, and the electrolytic solution tank 53 for detection have a temperature adjusting mechanism so as to be maintained at a set temperature. . In the post-measurement cleaning solution tank 54 for cleaning the sensor cell 1 after the current measurement, alcohol, water, or the like is prepared as a cleaning solution. In consideration of cleaning performance and waste liquid treatment, it is preferable to provide a plurality of tanks of ethanol and water.

図1および図2(a)の装置構成において、被検物質のハイブリダイゼーション反応および検出を説明する。まず、ハイブリダイゼーション反応溶液タンク51から反応溶液が、センサセル1内に供給される。次に、センサセル1に設けたサンプル供給口101から、ハイブリダイゼーション反応させるための被検物質を供給し、設定温度に温度調整されたセンサセル1内で、作用電極上に設けた被検物質と直接または間接的に特異的に結合可能なプローブ物質とハイブリダイゼーション反応を行う。その後、未結合の物質を洗浄するための洗浄溶液が洗浄溶液タンク52から供給される。   In the apparatus configuration of FIGS. 1 and 2A, the hybridization reaction and detection of the test substance will be described. First, a reaction solution is supplied from the hybridization reaction solution tank 51 into the sensor cell 1. Next, a test substance for hybridization reaction is supplied from the sample supply port 101 provided in the sensor cell 1 and directly with the test substance provided on the working electrode in the sensor cell 1 adjusted to the set temperature. Alternatively, a hybridization reaction is performed with a probe substance that can specifically bind indirectly. Thereafter, a cleaning solution for cleaning unbound substances is supplied from the cleaning solution tank 52.

このときの洗浄は、プローブ物質に結合した被検物質は結合したままで、未結合物質のみを取り除く必要がある。そこで、洗浄溶液には界面活性剤を配合させることが好ましい。ただし、センサセル1内の作用電極上で反応、検出を行うために作用電極上に設けたプローブ上に洗浄流体の供給、排出に伴って発生する気泡が残存すると作用電極表面での反応ムラが発生する可能性があるため気泡の発生および残存には留意が必要である。洗浄効率を勘案すると、ハイブリダイゼーション後に使用する洗浄溶液として、界面活性剤を0.001%以上10%以下の洗浄溶液を使用することが好ましい。   In this washing, it is necessary to remove only the unbound substance while the test substance bound to the probe substance remains bound. Therefore, it is preferable to add a surfactant to the cleaning solution. However, reaction bubbles on the surface of the working electrode are generated when bubbles generated by supplying and discharging the cleaning fluid remain on the probe provided on the working electrode in order to perform reaction and detection on the working electrode in the sensor cell 1. Therefore, attention must be paid to the generation and remaining of bubbles. In consideration of the washing efficiency, it is preferable to use a washing solution containing 0.001% or more and 10% or less of a surfactant as a washing solution used after hybridization.

洗浄後、センサセル1内から排出口102より洗浄溶液を排出し、次に電解液が電解液タンク53から供給され、ハイブリダイゼーション溶液より低い温度で調整されたセンサセル1内に移動型光源3から光が照射され、光励起に伴う電流値の測定がなされる。   After cleaning, the cleaning solution is discharged from the sensor cell 1 through the discharge port 102, and then the electrolyte is supplied from the electrolyte tank 53, and the light from the movable light source 3 enters the sensor cell 1 adjusted at a temperature lower than that of the hybridization solution. Is measured, and the current value accompanying photoexcitation is measured.

図3に移動型光源3の模式図を示す。移動型光源3は、ピグテールレーザーを発する光源801、802、803を先端に備えたレーザー取付アーム810と、そのレーザー取付アーム810を1軸方向に移動させるための光源移動機構820とから構成されている。このとき光源801は、図中にa軸として示されるスポット323と対応する中心線の延長線上に位置する。同様に、光源802、803はそれぞれ、スポット323と対応するb軸、c軸上に位置している。
光源は光励起可能な波長の光を照射できるものであればよく、ピグテールレーザー以外にも様々なものが利用できる。なお、光源として利用するものは、照射する光が指向性を有するものであることが好ましい。また、光励起の為に用いられる特定の波長のみを照射できることが好ましい。
FIG. 3 shows a schematic diagram of the movable light source 3. The movable light source 3 includes a laser mounting arm 810 having light sources 801, 802, and 803 for emitting a pigtail laser at the tip, and a light source moving mechanism 820 for moving the laser mounting arm 810 in one axial direction. Yes. At this time, the light source 801 is located on the extension of the center line corresponding to the spot 323 shown as the a-axis in the drawing. Similarly, the light sources 802 and 803 are located on the b-axis and the c-axis corresponding to the spot 323, respectively.
The light source may be any light source that can irradiate light having a wavelength that can be photoexcited, and various light sources other than the pigtail laser can be used. In addition, it is preferable that what is used as a light source has the directivity of the light to irradiate. Moreover, it is preferable that only a specific wavelength used for photoexcitation can be irradiated.

レーザー取付アーム810が、一軸方向に移動することにより、作用電極320上に設けられたスポット323に順次、光が照射され、電流値を検出することが出来る。このとき、作用電極320上にスポット323が行と列を成すように略矩形状に集合して設けられていることが好ましい。このようにスポット323を設けることによって、移動型光源3の移動を効率よく行うことができる。   When the laser mounting arm 810 moves in the uniaxial direction, the spot 323 provided on the working electrode 320 is sequentially irradiated with light, and the current value can be detected. At this time, the spots 323 are preferably provided on the working electrode 320 in a substantially rectangular shape so as to form rows and columns. By providing the spot 323 in this manner, the movable light source 3 can be moved efficiently.

以下に光の照射について詳細に説明する。図4に各部材のタイムチャートを、図5に各動作時における移動型光源3とセンサセル1の模式図を示す。
まず、図5(a)に示すように、光源801、802、803から照射されるレーザーが作用電極320上であってスポットが設けられていないAの位置に照射される位置まで、光源移動機構820によってレーザー取り付けアーム810を移動させる。この状態は図4のタイムチャート中、aで示したタイミングである。このタイミングで、光源801を点灯し、光強度を安定させる。
光強度が安定後、図5(b)に示すように光源移動機構820を一定時間動作させ、光源801から照射されるレーザーが作用電極320上のスポット位置B−aの地点まで来るように、レーザー取付アーム810を移動させる。これにより光源801からのレーザー光はスポットB−aに照射される。同様にして、光源移動機構820を一定時間ずつ動作させて、B−aからE−aまでレーザー取付アーム810を図中に矢印で示したように右方向へ順次移動させ、a軸上に存在する各スポットにレーザー光を照射する。
The light irradiation will be described in detail below. FIG. 4 shows a time chart of each member, and FIG. 5 shows a schematic diagram of the movable light source 3 and the sensor cell 1 during each operation.
First, as shown in FIG. 5 (a), the light source moving mechanism moves to a position where the laser irradiated from the light sources 801, 802, and 803 is irradiated onto the position A on the working electrode 320 where no spot is provided. The laser mounting arm 810 is moved by 820. This state is the timing indicated by a in the time chart of FIG. At this timing, the light source 801 is turned on to stabilize the light intensity.
After the light intensity is stabilized, as shown in FIG. 5B, the light source moving mechanism 820 is operated for a certain period of time so that the laser emitted from the light source 801 reaches the spot position Ba on the working electrode 320. The laser mounting arm 810 is moved. Thereby, the laser beam from the light source 801 is irradiated to the spot Ba. Similarly, the light source moving mechanism 820 is operated for a certain period of time, and the laser mounting arm 810 is sequentially moved in the right direction as indicated by the arrow in the drawing from Ba to Ea, and exists on the a axis. Irradiate each spot with laser light.

その後、図5(c)に示すようにレーザー取付アーム810を光源801、802、803から照射されるレーザーが作用電極320上であってスポットが設けられていないFの位置に照射される位置まで移動する。ここで、図4のタイムチャート中、bで示すように光源801を消灯するとともに、光源802を点灯し光強度を安定させる。   After that, as shown in FIG. 5C, the laser mounting arm 810 is moved to the position where the laser irradiated from the light sources 801, 802, 803 is irradiated to the position F on the working electrode 320 where no spot is provided. Moving. Here, as indicated by b in the time chart of FIG. 4, the light source 801 is turned off and the light source 802 is turned on to stabilize the light intensity.

光強度安定後、光源移動機構820を逆方向に動作させて、レーザー取付アーム810を図中左方向へ移動させることによって、光源802からのレーザー光をスポットF−bからB−bまで順次照射する。その後、レーザー取付アーム810を光源801、802、803から照射されるレーザーが作用電極320上であってスポットが設けられていないAの位置に照射される位置まで移動する。ここで図4のタイムチャート中cで示すように、光源802を消灯するとともに、光源803を点灯し、光強度を安定させる。光強度が安定後、光源移動機構820を正方向に動作させることによりレーザー取付アーム810を図中右方向へ移動させることによって、光源803からのレーザー光をc−Bからc−Eまでの各スポットに照射する。   After the light intensity is stabilized, the light source moving mechanism 820 is operated in the reverse direction, and the laser mounting arm 810 is moved in the left direction in the figure, whereby the laser light from the light source 802 is sequentially irradiated from the spots Fb to Bb. To do. Thereafter, the laser mounting arm 810 is moved to a position where the laser irradiated from the light sources 801, 802, 803 is irradiated on the working electrode 320 to the position A where no spot is provided. Here, as indicated by c in the time chart of FIG. 4, the light source 802 is turned off and the light source 803 is turned on to stabilize the light intensity. After the light intensity is stabilized, by moving the light source moving mechanism 820 in the forward direction to move the laser mounting arm 810 in the right direction in the figure, the laser light from the light source 803 is changed from cB to cE. Irradiate the spot.

以上の手順により、光源を一軸方向にのみ移動させることによって、作用電極上に二次元的に複数設けられたスポットに対して光を照射させることが可能となる。また、各検出スポットにおける光照射の際のレーザーが連続して点灯したまま電流測定を行えるため、検出スポットごとに点灯する装置と比較して安定した検出が可能となる。
なお、ここではスポットが3行4列に配置された例を示したが、スポットの数はこれに限られるものではない。例えば、3行5列や3行6列などスポットの数を増やすことも可能である。この場合、それぞれの列もしくは行に対応する数だけ、光源を用意すればよい。
By moving the light source only in one axial direction by the above procedure, it is possible to irradiate light to a plurality of spots provided two-dimensionally on the working electrode. In addition, since current measurement can be performed while the laser at the time of light irradiation at each detection spot is continuously lit, stable detection is possible as compared with a device that is lit at each detection spot.
Although an example in which spots are arranged in 3 rows and 4 columns is shown here, the number of spots is not limited to this. For example, the number of spots such as 3 rows and 5 columns and 3 rows and 6 columns can be increased. In this case, it is only necessary to prepare as many light sources as the number corresponding to each column or row.

測定終了後、センサセル1内の電解液は、シリンジポンプによって廃液タンク56に排出される。センサセル1内に残存する電解液を洗浄するために、洗浄溶液タンク54から、洗浄溶液が複数回供給され、対電極表面を含めたセンサセル1内を洗浄する。測定終了後にセンサセル1内を洗浄することにより、対電極は交換せずに作用電極の交換のみで連続して次の反応と検出を行うことができる。この構成にあっては、直接被検物質を含むサンプルをセンサセル1内に注入することによって他の配管内にサンプルが接触しないため、複数回の反応、検出を行う装置構成において、コンタミネーションの発生を防止でき安定した検出を行うことができる。   After completion of the measurement, the electrolytic solution in the sensor cell 1 is discharged to the waste liquid tank 56 by a syringe pump. In order to clean the electrolyte remaining in the sensor cell 1, the cleaning solution is supplied from the cleaning solution tank 54 a plurality of times to clean the inside of the sensor cell 1 including the counter electrode surface. By washing the inside of the sensor cell 1 after the measurement is completed, the next reaction and detection can be performed continuously by replacing the working electrode without replacing the counter electrode. In this configuration, since the sample does not come into contact with other piping by directly injecting the sample containing the test substance into the sensor cell 1, the occurrence of contamination in the device configuration in which the reaction and detection are performed multiple times. Can be prevented and stable detection can be performed.

次に、図2(b)の構成において、被検物質のハイブリダイゼーション反応と検出を説明する。まず、被検物質はハイブリダイゼーション用の溶液と装置注入前にサンプルチューブ内で混合する。その後、注入口23に被検物質を含むハイブリダイゼーション溶液を注入し、シリンジポンプによってセンサセル1内に流入する。その後、図2(a)と同様の処理を行うことができる。この構成にあっては、装置にハイブリダイゼーション反応溶液タンク51を設けずにすむため、装置がコンパクトになる。   Next, hybridization reaction and detection of a test substance in the configuration of FIG. First, a test substance is mixed with a hybridization solution in a sample tube before injection of the apparatus. Thereafter, a hybridization solution containing a test substance is injected into the injection port 23 and flows into the sensor cell 1 by a syringe pump. Thereafter, the same processing as in FIG. 2A can be performed. In this configuration, the apparatus does not have to be provided with the hybridization reaction solution tank 51, so that the apparatus becomes compact.

本発明におけるセンサセル1の構成を、図6A、B、C、D、E、およびFに示す。図6Aは作用電極ケースの構成図、図6Bは作用電極ケース取付前、図6Cは作用電極ケースを取り付ける際の状態図、図6Dは作用電極ケース取付後の状態図、図6Eは作用電極ケースと対電極とを固定して流路が形成されたセンサセルの構成図、および図6Fは図6Dの上面図をそれぞれ示す。   The structure of the sensor cell 1 in the present invention is shown in FIGS. 6A, B, C, D, E, and F. FIG. 6A is a configuration diagram of the working electrode case, FIG. 6B is a state diagram before attaching the working electrode case, FIG. 6C is a state diagram when the working electrode case is attached, FIG. 6D is a state diagram after the working electrode case is attached, and FIG. And FIG. 6F shows a top view of FIG. 6D, respectively.

本発明において用いられる作用電極320は、図6Aに示すように、導電性基材321と、その上に増感色素が光励起に応じて放出する電子を受容可能な電子受容層322とを備えた電極であり、電子受容層側が流路に露出するように配置される。この電子受容層322は、被検物質と直接または間接的に特異的に結合可能なプローブ物質を担持したスポット323を備えている。そして、作用電極は光励起のための光を容易に電子受容層に照射できるように透光性を有していることが好ましい。その作用電極の流路側にセンサセル基材としてスペーサー330が配置され、作用電極受け部材324aと作用電極蓋部材324bからなる作用電極ケース324に収納されている。スペーサー330は、作用電極上で発生する電流をとりだすためのコンタクトプローブ用の開口部331を両端部に有している。作用電極受け部材324aは、光を透過させるための空間325と作用電極ケース位置決めピン穴326を有している。作用電極蓋部材324bは、対電極とスペーサーとを面接させるための空間327とコンタクトプローブ用の開口部305とを有している。そして、作用電極受け部材324aと作用電極蓋部材324bの両部材は、作用電極受け部材324aに設けたビス受け329の位置に固定用ビス328にて固定され、作用電極ケース324を形成する。   As shown in FIG. 6A, the working electrode 320 used in the present invention includes a conductive substrate 321 and an electron accepting layer 322 that can accept electrons emitted from the sensitizing dye in response to photoexcitation thereon. It is an electrode and is arranged so that the electron-accepting layer side is exposed to the flow path. The electron accepting layer 322 includes a spot 323 carrying a probe substance capable of specifically binding directly or indirectly to a test substance. The working electrode preferably has translucency so that the electron-accepting layer can be easily irradiated with light for photoexcitation. A spacer 330 is disposed as a sensor cell base material on the flow path side of the working electrode, and is accommodated in a working electrode case 324 including a working electrode receiving member 324a and a working electrode lid member 324b. The spacer 330 has contact probe openings 331 at both ends for taking out a current generated on the working electrode. The working electrode receiving member 324a has a space 325 for transmitting light and a working electrode case positioning pin hole 326. The working electrode lid member 324b has a space 327 for bringing the counter electrode and the spacer into contact with each other and an opening 305 for a contact probe. Then, both the working electrode receiving member 324a and the working electrode lid member 324b are fixed by a fixing screw 328 at a position of a screw receiving 329 provided on the working electrode receiving member 324a to form a working electrode case 324.

センサセル1の形成を、図6B、C、DおよびFを用いて以下に説明する。まず、作用電極320の電子受容層が形成された面とは反対側に、作用電極320とスペーサー330と対電極350とを、互いに密着させるための押さえ部材が設けられる。この押さえ部材は、作用電極に接して設けられる押さえ部材カバー310と、温度調整機構として設けた作用電極ヒータ312を備えていることが好ましい。押さえ部材カバー310は、光励起のための光を通すための透光部311を複数個備えており、かつ両側面に設けた作用電極ヒータ312の熱が全面にわたって均一になるよう、熱伝導性の高い部材からなることが好ましい。透光部311の代わりに、開口部を設けてもよい。具体的には、アルミ、S45C等が使用でき、強度、耐久性等を考慮するとアルミが好ましい。そして、この押さえ部材は、装置本体に設けられたセンサセル台座301に固定されて設けられた、押さえ部材ステージ302によって装置に固定される。また、押さえ部材ステージ302は、押さえ部材カバーの熱が外部に逃げないような材質からなることが好ましい。このような構成とすることによって、押さえ部材カバー全面に熱が均等に伝わり、作用電極上での反応、検出が設定温度に維持され、精度のよい測定が可能となる。   The formation of the sensor cell 1 will be described below with reference to FIGS. 6B, C, D and F. First, a pressing member for bringing the working electrode 320, the spacer 330, and the counter electrode 350 into close contact with each other is provided on the side opposite to the surface on which the electron accepting layer is formed. The pressing member preferably includes a pressing member cover 310 provided in contact with the working electrode and a working electrode heater 312 provided as a temperature adjustment mechanism. The holding member cover 310 includes a plurality of light-transmitting portions 311 for allowing light for light excitation to pass therethrough, and is thermally conductive so that the heat of the working electrode heater 312 provided on both side surfaces is uniform over the entire surface. It is preferable to consist of a high member. An opening portion may be provided instead of the light transmitting portion 311. Specifically, aluminum, S45C or the like can be used, and aluminum is preferable in consideration of strength, durability, and the like. The pressing member is fixed to the apparatus by a pressing member stage 302 that is fixed to the sensor cell base 301 provided in the apparatus main body. The pressing member stage 302 is preferably made of a material that does not allow the heat of the pressing member cover to escape to the outside. By adopting such a configuration, heat is uniformly transmitted to the entire surface of the pressing member cover, the reaction and detection on the working electrode are maintained at the set temperature, and accurate measurement is possible.

次に、作用電極を装置に取り付ける状態を図6Cに示す。作用電極320は、スペーサー330とともに作用電極ケース324に内包されたまま、作用電極ガイド部材306に沿って押さえ部材固定ステージ302側に移動する。そして、作用電極ケース位置決めピン303に従って位置決めされ、仮固定される。仮固定後の状態を図6Dに示す。   Next, the state which attaches a working electrode to an apparatus is shown to FIG. 6C. The working electrode 320 moves to the holding member fixing stage 302 side along the working electrode guide member 306 while being included in the working electrode case 324 together with the spacer 330. And it positions according to the working electrode case positioning pin 303, and is temporarily fixed. The state after temporary fixing is shown in FIG. 6D.

次に、図6Eに示されるように、センサセル形成時に、対極側ステージ307をシャフト313に沿って移動させ、作用電極ケースに接合させ、対極ステージ307に設けたスナップ錠308と押さえ部材ステージ302のスナップ錠受け具309とを固定して、センサセル1が完成する。   Next, as shown in FIG. 6E, when forming the sensor cell, the counter electrode side stage 307 is moved along the shaft 313, joined to the working electrode case, and the snap lock 308 and the pressing member stage 302 provided on the counter electrode stage 307 are connected. The sensor cell 1 is completed by fixing the snap lock receiver 309.

センサセル1には、作用電極320と対電極350とが、開口部を有したスペーサー330を介して対向して設けられており、その結果流路が形成されている。そして、作用電極320、対電極350、スペーサー330の少なくとも一つに、当該流路に連通する流体の供給口103を備え、その供給口103とは異なる位置に排出口104と、光励起によって生じた電流を取り出すためのコンタクトプローブ304とを供えている。ここで、流路とは、センサセル1内で被検物質が作用電極上に設けたプローブ物質と特異的に結合するハイブリダイゼーションを行うための溶液や洗浄液、温度調整用流体、更に光電流を検出する際に使用する電解質含有溶液等の流体を流し、かつ収容できるための空間である。   The sensor cell 1 is provided with a working electrode 320 and a counter electrode 350 facing each other through a spacer 330 having an opening, and as a result, a flow path is formed. Then, at least one of the working electrode 320, the counter electrode 350, and the spacer 330 is provided with a fluid supply port 103 communicating with the flow path, and the discharge port 104 is generated at a position different from the supply port 103 and generated by photoexcitation. A contact probe 304 for taking out current is provided. Here, the flow path is a solution or cleaning liquid for performing a hybridization in which a test substance specifically binds to a probe substance provided on the working electrode in the sensor cell 1, a temperature adjusting fluid, and a photocurrent. It is a space for allowing fluid such as an electrolyte-containing solution to be used and flowing.

対電極350には、流路を形成する面とは反対の面に接するように第二の温度調整機構として、対電極ヒーター351が設けられている。流路内の流体を短時間で温度調整するには、対電極350と作用電極320の両方に温度調整機構を設けることが好ましい。センサセル1内を作用電極320及び対電極350の双方から温度調整することによって、センサセル1内を素早く、かつムラなく均一に温度調整することが可能となり、作用電極320側に設けたプローブへ特異的に結合した増感色素の光電効率が向上する。   The counter electrode 350 is provided with a counter electrode heater 351 as a second temperature adjusting mechanism so as to be in contact with the surface opposite to the surface forming the flow path. In order to adjust the temperature of the fluid in the flow channel in a short time, it is preferable to provide a temperature adjusting mechanism for both the counter electrode 350 and the working electrode 320. By adjusting the temperature in the sensor cell 1 from both the working electrode 320 and the counter electrode 350, the temperature in the sensor cell 1 can be quickly and uniformly adjusted, and is specific to the probe provided on the working electrode 320 side. The photoelectric efficiency of the sensitizing dye bonded to is improved.

図6Fに示すように、作用電極ヒーター312は、光源からスポット323へ照射される光を遮らないように、押さえ部材の両端に設けられ、中央に開口部を有するように配置される。ここでいう開口部とは光が透過するための領域であり、作用電極ヒータ312の一部がくりぬかれた形でもよく、図6Fに示したような複数の作用電極ヒーターが離間した領域も含む意味に用いる。作用電極ヒーター312の配置は光源からスポット323へ照射される光を遮らない位置であれば、これ以外の場所に配置してもよい。また、開口部を設ける他に、透光部を設けることによって、光照射を行えるように構成してもよい。ここでいう透光部とは、光を透過する部材で構成された部分を指す。更に、作用電極温度センサ314は、光源からスポット323へ照射される光を遮らないように、スポット間に配置している。   As shown in FIG. 6F, the working electrode heater 312 is provided at both ends of the pressing member so as not to block the light irradiated from the light source to the spot 323, and is arranged to have an opening at the center. Here, the opening is a region through which light passes, and a part of the working electrode heater 312 may be hollowed out, and includes a region where a plurality of working electrode heaters are separated as shown in FIG. 6F. Use for meaning. The working electrode heater 312 may be disposed at any other location as long as it does not block the light irradiated from the light source to the spot 323. In addition to providing the opening, a light transmitting portion may be provided so that light irradiation can be performed. The term “translucent portion” as used herein refers to a portion made of a member that transmits light. Furthermore, the working electrode temperature sensor 314 is disposed between the spots so as not to block the light emitted from the light source to the spots 323.

この温度調整機構は、ハイブリダイゼーションと検出時の双方において温度調整を行うものであり、温度設定を室温より高く設定する場合には、少なくとも加温することができる機構が必要である。具体的には、加温用のヒーターとしてはセラミックヒーター等が利用でき、測温抵抗体、温調器等を用いて温度調整する機構とする。また、本発明の好ましい態様によれば、設定温度への上昇時間の短縮、温度制御精度を考慮して、加温用のヒーター及び、温度検出が可能な測温抵抗体いずれも、前記対電極及び作用電極に直接接触させる、又は熱伝導性が高い部材を介して、接触させることが好ましい。更に、センサセル1内すなわちプローブDNAが固定化された作用電極表面の温度と、測温抵抗体が示す温度を予め確認し、温度データを補正することにより、センサセル1内すなわちプローブDNAが固定化された作用電極表面の温度制御精度をさらに向上させることが好ましい。   This temperature adjustment mechanism adjusts the temperature in both hybridization and detection. When the temperature is set higher than room temperature, a mechanism capable of at least heating is required. Specifically, a ceramic heater or the like can be used as a heater for heating, and the temperature is adjusted using a resistance temperature detector, a temperature controller, or the like. In addition, according to a preferred aspect of the present invention, in consideration of shortening of the rise time to the set temperature and temperature control accuracy, both the heater for heating and the resistance temperature detector capable of detecting temperature are provided with the counter electrode. In addition, it is preferable to directly contact with the working electrode or through a member having high thermal conductivity. Further, the temperature inside the sensor cell 1, that is, the surface of the working electrode on which the probe DNA is immobilized, and the temperature indicated by the resistance temperature detector are checked in advance, and the temperature data is corrected so that the probe cell is immobilized in the sensor cell 1. It is preferable to further improve the temperature control accuracy of the working electrode surface.

そして、また、本発明にあっては、被検物質を含むサンプルを直接供給口101よりセンサセル1内に供給し、サンプル供給後は、栓102を用いてサンプル供給口101を閉鎖する。   In the present invention, the sample containing the test substance is directly supplied into the sensor cell 1 from the supply port 101. After the sample is supplied, the sample supply port 101 is closed using the stopper 102.

図7に本発明のセンサセル1内の流体の流れ方を示す。図7(a)は光源側から見たセンサセルの断面図、図7(b)は側面図である。ハイブリダイゼーション溶液、その後の洗浄流体、および電流検出のための電解液等の流体は、各流体に連通した配管からセンサセル流路の底部に設けた流体供給口103より導入される。その後、流体は底部よりセンサセル1内部へと満たされ、各反応や洗浄、検出完了後上部の流体排出口104より配管へと導出され排出される。この構成にあっては、流体は、底部より導入され上部へと排出されるため、作用電極320に設けた、被検物質と直接または間接的に特異的に結合可能なプローブ物質が担持されたスポット323と確実に接触する。これにより、反応ムラや検出時の電解液接触不良による電流検出エラー等が防止できる。   FIG. 7 shows how the fluid flows in the sensor cell 1 of the present invention. FIG. 7A is a cross-sectional view of the sensor cell viewed from the light source side, and FIG. 7B is a side view. A hybridization solution, a subsequent cleaning fluid, and a fluid such as an electrolyte for current detection are introduced from a fluid supply port 103 provided at the bottom of the sensor cell channel from a pipe communicating with each fluid. Thereafter, the fluid is filled into the sensor cell 1 from the bottom, and after completion of each reaction, washing, and detection, the fluid is led out to the pipe from the upper fluid discharge port 104 and discharged. In this configuration, since the fluid is introduced from the bottom and discharged to the top, the probe material provided on the working electrode 320 and capable of specifically binding directly or indirectly to the test substance is supported. Contact with the spot 323 surely. As a result, it is possible to prevent current detection errors and the like due to uneven reaction and poor electrolyte contact at the time of detection.

図8に本発明の別の態様の温度調整機構の構成を示す。この態様の温度調整機構は、対電極を構成する際に、対電極基材501上に熱電対502を成膜し、その上に導電性薄膜503をスパッタ等により成膜してなる構成を有する。熱電対には、熱電対と対電極基材との接点504において接続された導線505が接続され、設定温度になるよう、温度調整機によって制御がなされる。このとき、対電極基材501はセンサセルとして、作用電極(図示せず)、スペーサー506、流体供給口507、流体排出口508、および押さえ部材(図示せず)によって流路を構成する必要がある。このため、対電極基材501は、押さえ部材による応力変形のない材質よりなる必要があり、例えばガラスやSUS、耐熱性に優れる樹脂(PEEK、ポリカーボネート)等が利用できる。さらに、対電極全体に温度ムラが商事ないよう、熱伝導性の高い材料を選択することがより望ましく、例えばSUSの利用が好ましい。導電性薄膜としては、Ptやカーボン等が利用され、対電極基材と同様の理由によりPtが好ましい。   FIG. 8 shows a configuration of a temperature adjustment mechanism according to another aspect of the present invention. The temperature adjustment mechanism of this aspect has a configuration in which when a counter electrode is formed, a thermocouple 502 is formed on the counter electrode substrate 501 and a conductive thin film 503 is formed thereon by sputtering or the like. . The thermocouple is connected to a conducting wire 505 connected at a contact 504 between the thermocouple and the counter electrode base material, and is controlled by a temperature adjuster so as to reach a set temperature. At this time, the counter electrode substrate 501 needs to form a flow path as a sensor cell by a working electrode (not shown), a spacer 506, a fluid supply port 507, a fluid discharge port 508, and a pressing member (not shown). . For this reason, the counter electrode base material 501 needs to be made of a material that is not stress-deformed by the pressing member, and for example, glass, SUS, resin having excellent heat resistance (PEEK, polycarbonate), or the like can be used. Furthermore, it is more desirable to select a material having high thermal conductivity so that the temperature of the entire counter electrode is not uneven. For example, the use of SUS is preferable. As the conductive thin film, Pt, carbon or the like is used, and Pt is preferable for the same reason as the counter electrode base material.

また、本発明による、センサセルの別の態様の構成を図9に示す。このセンサセルは、押さえ部材と、作用電極701と、スペーサー702と、対極703とからなり、対極には流体供給口705と流体排出口706とが設けられてなる。そして、当該押さえ部材として、作用電極上に設けたプローブ物質に対応するスポット323ごとに光を照射できるようそれぞれスポット323に対応した開口部を有する、金属板709、蓋部材712、および金属板709に接続して温度調整部材としてヒーター707を内部に有している。金属板709と蓋部材712との間にはバネダンパー710が設置され、金属板709と蓋部材712との間に断熱するための空間708を形成している。この押さえ部材を、対電極側のベース715に固定部材713によって固定することにより、作用電極701とスペーサー702と対極703とが接続され、流路を形成するよう構成される。対極の流路側と反対面には、プローブ物質固定化部分の投影面に対応する部分に温度調整部材としてのヒーター707が面接して設けられている。このヒーター707は流体供給と排出のための流路を設けたベース715に内包されており、かつ押さえ部材に設けられたヒーターと同様に、外部との熱を断熱するための空間708が形成されている。蓋部材を貫通するコンタクトプローブ704は、押さえ部材を固定することによって作用電極に接続され、光電流の取り出しを行うよう構成されている。熱伝導効率の高い金属板とヒーターとを当接し、設定温度が全面均一となった金属板と作用電極とを面接して設けることにより、ハイブリダイゼーション時と検出時の設定温度が異なる温度設定においても作用電極上のプローブ固定化部分近傍の温度調整が短時間でより正確に行うことができる。   FIG. 9 shows a configuration of another aspect of the sensor cell according to the present invention. The sensor cell includes a pressing member, a working electrode 701, a spacer 702, and a counter electrode 703, and a fluid supply port 705 and a fluid discharge port 706 are provided on the counter electrode. As the pressing member, a metal plate 709, a lid member 712, and a metal plate 709 each having an opening corresponding to the spot 323 so that light can be emitted to each spot 323 corresponding to the probe substance provided on the working electrode. And a heater 707 as a temperature adjusting member. A spring damper 710 is installed between the metal plate 709 and the lid member 712, and a space 708 for heat insulation is formed between the metal plate 709 and the lid member 712. By fixing the pressing member to the base 715 on the counter electrode side by the fixing member 713, the working electrode 701, the spacer 702, and the counter electrode 703 are connected to form a flow path. A heater 707 serving as a temperature adjusting member is provided in contact with a portion corresponding to the projection surface of the probe substance immobilization portion on the surface opposite to the flow path side of the counter electrode. The heater 707 is included in a base 715 provided with a flow path for supplying and discharging fluid, and a space 708 for insulating heat from the outside is formed in the same manner as the heater provided in the pressing member. ing. The contact probe 704 that penetrates the lid member is connected to the working electrode by fixing the pressing member, and is configured to take out a photocurrent. By contacting a metal plate with high heat conduction efficiency and a heater, and setting the working plate with a metal plate that has a uniform set temperature across the entire surface, the set temperature at the time of hybridization differs from that at the time of detection. In addition, the temperature adjustment in the vicinity of the probe-immobilized portion on the working electrode can be performed more accurately in a short time.

本発明の好ましい態様によれば、ハイブリダイゼーション後の光電流を検出するに際し、検出のための電解質を含有する検出溶液の送液前に、温度調整用流体を供給することが好ましい。センサセル1内の作用電極上に設けたプローブ物質に結合した増感色素を利用する光電流検出方式においては、検出時のセンサセル1内の温度を均一とすることで、光電効率や導電性基材の抵抗が電流値へ与える影響を抑えることができる。また、光電流を検出する際に、センサセル1内が調整された温度調整用流体で満たされることで、センサセル1内を均一に温度調整することができ、安定した光電流検出を行うことが可能となる。   According to a preferred aspect of the present invention, when detecting the photocurrent after hybridization, it is preferable to supply a temperature adjusting fluid before feeding a detection solution containing an electrolyte for detection. In the photocurrent detection method using a sensitizing dye bonded to a probe substance provided on the working electrode in the sensor cell 1, the photoelectric efficiency and the conductive base material are obtained by making the temperature in the sensor cell 1 uniform during detection. The influence of the resistance of the current on the current value can be suppressed. Further, when the photocurrent is detected, the inside of the sensor cell 1 is filled with the adjusted temperature adjusting fluid, so that the temperature inside the sensor cell 1 can be uniformly adjusted and stable photocurrent detection can be performed. It becomes.

上記態様において、温度調整用流体として空気を利用する場合には、室温より高温に設定されたセンサセル1内に、流体供給用ポンプを用いて空気を供給する。また、温度調整用流体として、ハイブリダイゼーション後の未結合の被検物質を洗浄するための洗浄用試薬や光電流を検出する際に利用する電解液を利用してもよい。   In the above aspect, when air is used as the temperature adjusting fluid, air is supplied into the sensor cell 1 set to a temperature higher than room temperature using a fluid supply pump. Further, as the temperature adjusting fluid, a washing reagent for washing unbound test substance after hybridization or an electrolytic solution used for detecting photocurrent may be used.

本発明の好ましい様態によれば、ハイブリダイゼーション後の光電流を検出するに際し、ハイブリダイゼーション工程よりも低い温度で光電流を検出することが好ましい。これにより、増感色素の光電効率と作用電極の導電性基板の電子効率が上昇する。通常、ハイブリダイゼーションは、室温よりも高い温度での反応が主である。ハイブリダイゼーション後、センサセル1内の温度を低くする場合には、自然放冷となるよう加温機能を停止したり、センサセル1内に温度調整用流体を供給したり、また強制的に冷却する機能を有する機構を設けてもよく、またそれらを組み合わせてもよい。自然放冷となるよう加温機能を停止する場合には、それ以外に更にセンサセル1内へ温度調整用流体を供給することが短時間でかつセンサセル1内の温度が一定となるため好ましい。   According to a preferred embodiment of the present invention, when detecting the photocurrent after hybridization, it is preferable to detect the photocurrent at a temperature lower than that in the hybridization step. This increases the photoelectric efficiency of the sensitizing dye and the electronic efficiency of the conductive substrate of the working electrode. Usually, hybridization is mainly performed at a temperature higher than room temperature. When the temperature in the sensor cell 1 is lowered after hybridization, the heating function is stopped so as to naturally cool, the temperature adjusting fluid is supplied into the sensor cell 1, or the function is forcibly cooled. A mechanism having the above may be provided, or a combination thereof may be provided. When the heating function is stopped so as to naturally cool, it is preferable to supply the temperature adjusting fluid to the sensor cell 1 in addition to that because the temperature in the sensor cell 1 becomes constant in a short time.

本発明の好ましい様態によれば、ハイブリダイゼーション工程の前にも、温度調整用流体を供給することが好ましい。これにより、ハイブリダイゼーション工程の効率を上昇させることができる。このとき、温度調整用流体としては、空気、被検物質を含むサンプル溶液、ハイブリダイゼーション反応溶液などを利用することができる。   According to a preferred embodiment of the present invention, it is preferable to supply a temperature adjusting fluid before the hybridization step. Thereby, the efficiency of a hybridization process can be raised. At this time, as the temperature adjusting fluid, air, a sample solution containing a test substance, a hybridization reaction solution, or the like can be used.

本発明の好ましい様態によれば、光電流検出工程において、センサセル1内の温度を一定に保持することが好ましい。これにより、光電効率や導電性基材の抵抗が電流値へ与える影響を抑えることができ、安定した電流測定を行うことができる。   According to a preferred aspect of the present invention, it is preferable to keep the temperature in the sensor cell 1 constant in the photocurrent detection step. Thereby, the influence which photoelectric efficiency and the resistance of an electroconductive base material have on an electric current value can be suppressed, and the stable electric current measurement can be performed.

本発明の好ましい態様によれば、センサセル基材は、流体を確実にセンサセル1内から排出するための流体誘導機能を設けた構成を有する。図8に、本発明の流体誘導機能をもつセンサセル基材であるスペーサー330の断面図を示し、(a)は、センサセル1内へ被検物質を直接注入する場合であって、注入口101が設けられた態様のスペーサーを、(b)はセンサセルの上流において被検物質を含むサンプルを注入する場合に用いられるスペーサー330を示す図である。このような構成とすることによって、センサセル1内に供給された流体に対する強制的な流路ができ、センサセル1内の流体の交換がより効率よく確実に行うことができる。具体的には、流路を形成するスペーサー330の開口部の下流側に向かうにつれ、流路断面積を絞った構成であることが好ましい。より好ましくは、センサセル1内に設けた流体供給口103から作用電極上に設けたプローブを固定化したスポット323部分までは流路断面積を大きくし、スポット323部分より下流側には流路断面積を小さくする。この構成により、センサセル1内に供給する流体として空気と溶液を使用する場合において、センサセル1内での流体交換時に特に空気がセンサセル1内に残っても、スポット323部分には確実に次の流体が満たされて置換される。そのため、温度ムラがなくなり、電流検出時の測定値のばらつきによる影響が低減される。   According to a preferred aspect of the present invention, the sensor cell substrate has a configuration in which a fluid guiding function is provided for reliably discharging the fluid from the sensor cell 1. FIG. 8 shows a cross-sectional view of a spacer 330 which is a sensor cell substrate having a fluid guiding function according to the present invention. FIG. 8A shows a case where a test substance is directly injected into the sensor cell 1 and the injection port 101 (B) is a diagram showing a spacer 330 used when injecting a sample containing a test substance upstream of a sensor cell. By setting it as such a structure, the forced flow path with respect to the fluid supplied in the sensor cell 1 can be made, and replacement | exchange of the fluid in the sensor cell 1 can be performed more efficiently and reliably. Specifically, it is preferable that the cross-sectional area of the flow path is narrowed toward the downstream side of the opening of the spacer 330 forming the flow path. More preferably, the cross-sectional area of the flow path is increased from the fluid supply port 103 provided in the sensor cell 1 to the spot 323 portion where the probe provided on the working electrode is fixed, and the flow passage is cut downstream from the spot 323 portion. Reduce the area. With this configuration, when air and a solution are used as fluids to be supplied into the sensor cell 1, even if air remains in the sensor cell 1 at the time of fluid exchange in the sensor cell 1, the next fluid is surely placed in the spot 323 portion. Is satisfied and replaced. For this reason, temperature unevenness is eliminated, and the influence of variations in measured values at the time of current detection is reduced.

本発明の好ましい様態によれば、作用電極、対電極、および/またはセンサセル基材を互いに密着させるように押さえる押さえ部材を備え、温度調整機構がこの押さえ部材に設けられていることが好ましい。このような構成にあっては、センサセルの各構成部材を押さえつけて密着させてあるため、電解液等の液の漏れを効果的に防止することができる。それと同時に、温度調整機構とセンサセルも密着させることが可能となり、効率的に温度調整を行うことが可能となる。   According to a preferred aspect of the present invention, it is preferable that a pressing member that presses the working electrode, the counter electrode, and / or the sensor cell base material is brought into close contact with each other, and the temperature adjusting mechanism is provided on the pressing member. In such a configuration, since the constituent members of the sensor cell are pressed and brought into close contact with each other, leakage of a liquid such as an electrolytic solution can be effectively prevented. At the same time, the temperature adjustment mechanism and the sensor cell can be brought into close contact with each other, and temperature adjustment can be performed efficiently.

本発明の好ましい態様によれば、押さえ部材が、作用電極より熱伝導率の高い材質で構成される。この構成により、作用電極への熱の伝達が早くなり、温度調整機構による温度調整を早く均一に行うことが可能となる。   According to a preferred aspect of the present invention, the pressing member is made of a material having a higher thermal conductivity than the working electrode. With this configuration, heat transfer to the working electrode is accelerated, and temperature adjustment by the temperature adjustment mechanism can be performed quickly and uniformly.

本発明の好ましい態様によれば、押さえ部材が、ねじ、ばね、および磁石からなる群から選択される少なくとも一種の固定手段を更に備えてなり、固定手段を介して押さえ部材、作用電極、対電極、および/またはセンサセル基材に着脱可能に固定されてなる。この結合手段を用いることにより、セルの各構成部材をより強力に密着させることが可能となり、センサセル1内の溶液を確実に保持することができる。加えて、上記結合手段は容易に各部材を容易に取り外すことができるため、作用電極等の交換やメンテナンス等を簡単に行うことができる。   According to a preferred aspect of the present invention, the pressing member further includes at least one fixing means selected from the group consisting of a screw, a spring, and a magnet, and the pressing member, the working electrode, and the counter electrode via the fixing means. And / or detachably fixed to the sensor cell substrate. By using this coupling means, the constituent members of the cell can be more closely attached, and the solution in the sensor cell 1 can be reliably held. In addition, since the coupling means can easily remove each member, the working electrode and the like can be easily replaced and maintained.

本発明の好ましい態様によれば、押さえ部材は、開口部および透光部以外の部分を遮光するものであることが好ましい。この構成により、開口部および透光部に光源からの光が照射された際に他の開口部および透光部への光の漏洩による照射対象以外の被検物質に起因する光電流の発生を確実に防止でき、被検物質固有の正確な光電流値の検出が可能となる。   According to a preferable aspect of the present invention, it is preferable that the pressing member shields a portion other than the opening and the light transmitting portion. With this configuration, when light from the light source is irradiated to the opening and the light transmitting part, generation of a photocurrent due to a test substance other than the irradiation target due to light leakage to the other opening and light transmitting part is prevented. It can be surely prevented, and an accurate photocurrent value specific to the test substance can be detected.

本発明の好ましい態様によれば、前記押さえ部材の開口部または透光部の外側に光源を備えてなることが好ましい。この構成により、ハイブリダイゼーション反応後のセンサセルを検出のために移動することなく光電流を検出することが可能となる。   According to a preferred aspect of the present invention, it is preferable that a light source is provided outside the opening of the pressing member or the translucent part. With this configuration, the photocurrent can be detected without moving the sensor cell after the hybridization reaction for detection.

本発明の好ましい態様によれば、前記押さえ部材が、前記開口部または透光部を複数個有し、かつ前記開口部および透光部を除いて遮光性を有するものであり、前記複数個の開口部または透光部の各々に対して前記複数個の光源が個別に設けられるの。この構成によれば、作用電極上に設けた被検物質の結合した複数のプローブ固定化部に対応した位置に複数個の光源が設けられているため、先の光源移動する態様と比較して、駆動手段を持たずに、電解質含有溶液等複数の流体を供給する接続部や流体保持部を備えたセンサセルは固定したまま検出を行うことができる。   According to a preferred aspect of the present invention, the pressing member has a plurality of the opening portions or the light transmitting portions, and has a light shielding property except for the opening portions and the light transmitting portions. The plurality of light sources are individually provided for each of the opening and the light transmitting portion. According to this configuration, since the plurality of light sources are provided at positions corresponding to the plurality of probe immobilization units to which the test substance is provided provided on the working electrode, as compared with the aspect in which the light source is moved earlier. Without the driving means, detection can be performed while the sensor cell including the connection part and the fluid holding part for supplying a plurality of fluids such as the electrolyte-containing solution is fixed.

本発明の好ましい態様によれば、前記作用電極と前記対電極との間隔は0.1〜3mmであることが好ましい。センサセル容量は、ハイブリダイゼーション反応を行う際には被検物質量が少量で行うことが好ましいが、作用電極上に設けたプローブ物質への固体表面に対する溶液の拡散効率を考慮すると溶液量は一定量以上必要となる。この構成によれば、同一センサセル1内で、短時間でハイブリダイゼーション反応を完了させることができ、確実に光電流検出が可能となる。   According to a preferred aspect of the present invention, the distance between the working electrode and the counter electrode is preferably 0.1 to 3 mm. The volume of the sensor cell is preferably a small amount of the test substance when performing the hybridization reaction, but the amount of the solution is constant in consideration of the diffusion efficiency of the solution with respect to the solid surface to the probe substance provided on the working electrode. This is necessary. According to this configuration, the hybridization reaction can be completed in the same sensor cell 1 in a short time, and the photocurrent can be reliably detected.

本発明の好ましい態様によれば、増感色素の光励起により生じる光電流を用いた被検物質の特異的検出が、前記被検物質と直接または間接的に特異的に結合可能なプローブ物質を表面に固定した作用電極と対極とが絶縁スペーサーを介して流路を形成したセンサセル1内に増感色素の結合した被検物質を含む試料液を供給する工程と、前記試料液を前記作用電極に接触させて、前記プローブ物質に前記被検物質を直接または間接的に温度調整下で特異的に結合させ、該結合により前記増感色素を前記作用電極に固定させるハイブリダイゼーション工程と、前記センサセル1内を洗浄する工程と、前記センサセル1内に電解液を供給する工程と、前記作用電極に光を照射して先の特異的に結合させる工程とは異なる温度で前記増感色素を光励起させる工程と、光励起された増感色素から前記作用電極への電子移動に起因して前記作用電極と前記対電極との間に流れる光電流を検出する工程とからなる測定方法であることが好ましい。この測定方法を用いることによって、ハイブリダイゼーション工程に適した温度で制御されたセンサセル1内の温度を検出に適した温度へと変化させることができるため、被検物質の特異的検出における検出精度を向上させることが可能となる。また、ハイブリダイゼーション工程と光電流検出工程とを同一センサセル1内で行えるために、作業性を大幅に向上させることが可能となる。   According to a preferred embodiment of the present invention, the specific detection of a test substance using a photocurrent generated by photoexcitation of a sensitizing dye is performed on the surface of a probe substance capable of specifically binding directly or indirectly to the test substance. Supplying a sample solution containing a test substance combined with a sensitizing dye into a sensor cell 1 in which a working electrode and a counter electrode fixed to each other form a flow path via an insulating spacer; and supplying the sample solution to the working electrode A hybridization step in which the test substance is specifically bound to the probe substance directly or indirectly under temperature adjustment, and the sensitizing dye is fixed to the working electrode by the binding; and the sensor cell 1 Photoexcitation of the sensitizing dye at a temperature different from the step of cleaning the inside, the step of supplying an electrolyte solution into the sensor cell 1, and the step of irradiating the working electrode with light to specifically bind to the former. And a step of detecting a photocurrent flowing between the working electrode and the counter electrode due to electron transfer from the photoexcited sensitizing dye to the working electrode. . By using this measurement method, the temperature in the sensor cell 1 controlled at a temperature suitable for the hybridization step can be changed to a temperature suitable for detection, so that the detection accuracy in the specific detection of the test substance can be improved. It becomes possible to improve. Moreover, since the hybridization step and the photocurrent detection step can be performed in the same sensor cell 1, workability can be greatly improved.

本発明の好ましい態様によれば、光電流検出工程をハイブリダイゼーション工程より低い温度で行う。より好ましくは、光電流検出工程は、ハイブリダイゼーション工程よりも3℃以上低い温度で行うことが好ましく、20℃以上70℃いかで行うことが好ましい。この温度設定は、光電流検出に必要な光電効率と導電性基材の電子伝達に関連する抵抗値とを考慮して最適な温度から決定される。このような温度範囲とすることにより、測定精度の高い検出を行うことができる。   According to a preferred embodiment of the present invention, the photocurrent detection step is performed at a lower temperature than the hybridization step. More preferably, the photocurrent detection step is preferably performed at a temperature lower by 3 ° C. or more than the hybridization step, and is preferably performed at 20 ° C. or more and 70 ° C. or so. This temperature setting is determined from the optimum temperature in consideration of the photoelectric efficiency necessary for photocurrent detection and the resistance value related to the electron transfer of the conductive substrate. By setting such a temperature range, detection with high measurement accuracy can be performed.

電解質含有溶液
本発明において用いられる電解質含有溶液は、電解質と、非プロトン性溶媒およびプロトン性溶媒から選択される少なくとも一種の溶媒と、所望により添加物とを含んでなることが好ましい。電解質は、含水性基材中を自由に移動して増感色素、作用電極、および対電極との間で電子の授受に関与できるものであれば限定されず、幅広い種類の電解質が使用可能である。好ましい電解質は、光照射により励起された色素に電子を供与するための還元剤(電子供与剤)として機能できる物質であり、そのような物質の例としては、ヨウ化ナトリウム(NaI)、ヨウ化カリウム(KI)、ヨウ化カルシウム(CaI)、ヨウ化リチウム(LiI)、ヨウ化アンモニウム(NHI)、テトラプロピルアンモニウムヨージド(NPrI)、チオ硫酸ナトリウム(Na)、亜硫酸ナトリウム(NaSO)、ヒドロキノン、K[Fe(CN)]・3HO、フェロセン−1,1’−ジカルボン酸、フェロセンカルボン酸、水素化ホウ素ナトリウム(NaBH)、トリエチルアミン、チオシアネートアンモニウム、ヒドラジン(N)、アセトアルデヒド(CHCHO)、N,N,N’,N’−テトラメチル−p−フェニレンジアミン二塩酸塩(TMPD)、L−アスコルビン酸、亜テルル酸ナトリウム(NaTeO)、塩化鉄(II)四水和物(FeCl・4HO)、EDTA、システイン、トリエタノールアミン、トリプロピルアミン、ヨウ素を含むヨウ化リチウム(I/LiI)、トリス(2-クロロエチル)リン酸塩(TCEP)、ジチオスレイトール(DTT)、2−メルカプトエタノール、2−メルカプトエタノールアミン、二酸化チオ尿素、(COOH)、HCHO、およびこれらの組合せが挙げられ、より好ましくは、NaI、KI、CaI、LiI、NHI、テトラプロピルアンモニウムヨージド(NPrI)、チオ硫酸ナトリウム(Na)、および亜硫酸ナトリウム(NaSO)、およびこれらの混合物であり、さらに好ましくは、テトラプロピルアンモニウムヨージド(NPrI)である。溶媒は、非プロトン性溶媒、プロトン性溶媒、またはそれらの混合物である。すなわち、水を主体に緩衝液成分を混合した極性溶媒系のもの、および非プロトン性の極性溶媒を用いることができる。非プロトン性の極性溶媒としては、アセトニトリルなどのニトリル類、炭酸プロピレンや炭酸エチレンなどのカーボネート類、1,3−ジメチルイミダゾリノンや3−メチルオキサゾリノン、ジアルキルイミダゾリウム塩などの複素環化合物やジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、スルホランなどを用いることができる。電解質媒体に含まれる溶媒は、複数の種類を混合して用いることができ、実使用上、検出対象に応じて溶媒組成を適宜変更可能である。
Electrolyte-containing solution The electrolyte-containing solution used in the present invention preferably comprises an electrolyte, at least one solvent selected from an aprotic solvent and a protic solvent, and optionally an additive. The electrolyte is not limited as long as it can move freely in the water-containing substrate and participate in the exchange of electrons between the sensitizing dye, the working electrode, and the counter electrode, and a wide variety of electrolytes can be used. is there. A preferable electrolyte is a substance that can function as a reducing agent (electron donor) for donating an electron to a dye excited by light irradiation. Examples of such a substance include sodium iodide (NaI), iodide Potassium (KI), calcium iodide (CaI 2 ), lithium iodide (LiI), ammonium iodide (NH 4 I), tetrapropylammonium iodide (NPr 4 I), sodium thiosulfate (Na 2 S 2 O 3) ), sodium sulfite (Na 2 SO 3), hydroquinone, K 4 [Fe (CN) 6] · 3H 2 O, ferrocene-1,1'-dicarboxylic acid, ferrocene carboxylic acid, hydrogen sodium borohydride (NaBH 4), Triethylamine, ammonium thiocyanate, hydrazine (N 2 H 4 ), acetaldehyde (CH 3 CHO ), N, N, N ′, N′-tetramethyl-p-phenylenediamine dihydrochloride (TMPD), L-ascorbic acid, sodium tellurite (Na 2 TeO 3 ), iron (II) chloride tetrahydrate Product (FeCl 2 .4H 2 O), EDTA, cysteine, triethanolamine, tripropylamine, iodine-containing lithium iodide (I / LiI), tris (2-chloroethyl) phosphate (TCEP), dithiothreitol (DTT), 2-mercaptoethanol, 2-mercaptoethanol amine, thiourea dioxide, (COOH) 2, HCHO, and include those combinations, more preferably, NaI, KI, CaI 2, LiI, NH 4 I , Tetrapropylammonium iodide (NPr 4 I), sodium thiosulfate (Na 2 S 2 O 3 ), and sodium sulfite Thorium (Na 2 SO 3 ), and a mixture thereof, more preferably tetrapropylammonium iodide (NPr 4 I). The solvent is an aprotic solvent, a protic solvent, or a mixture thereof. That is, a polar solvent system in which buffer components are mainly mixed with water and an aprotic polar solvent can be used. Examples of aprotic polar solvents include nitriles such as acetonitrile, carbonates such as propylene carbonate and ethylene carbonate, heterocyclic compounds such as 1,3-dimethylimidazolinone, 3-methyloxazolinone, and dialkylimidazolium salts. Dimethylformamide, dimethyl sulfoxide, sulfolane and the like can be used. A plurality of types of solvents contained in the electrolyte medium can be mixed and used, and in actual use, the solvent composition can be appropriately changed according to the detection target.

洗浄溶液
本発明の好ましい様態によれば、ハイブリダイゼーション工程後に、未結合の物質を洗浄するために洗浄溶液が複数回供給され、スポット323を洗浄することが好ましい。これにより、未結合物質を取り除き、スポット323上のプローブ物質に結合した被検物質のみを残存させることが可能となる。
Washing Solution According to a preferred embodiment of the present invention, it is preferred that after the hybridization step, the spot 323 is washed by supplying a washing solution a plurality of times in order to wash unbound substances. As a result, the unbound substance can be removed, and only the test substance bound to the probe substance on the spot 323 can be left.

本発明の好ましい様態によれば、ハイブリダイゼーション後用いられる洗浄溶液には、界面活性剤を配合させることが好ましく、より好ましくは界面活性剤を0.001%以上10%以下配合させる。界面活性剤を0.001%以上配合することにより、洗浄効率を上昇させることができるようになる。界面活性剤を10%以下とすることで、センサセル1内の作用電極上で反応、検出を行うために作用電極上に設けたプローブ上に洗浄流体の供給、排出に伴って発生する気泡の残存を抑制でき、作用電極表面での反応ムラを抑制することができるようになる。   According to a preferred embodiment of the present invention, a surfactant is preferably added to the washing solution used after hybridization, and more preferably 0.001% to 10% of the surfactant is added. By incorporating the surfactant in an amount of 0.001% or more, the cleaning efficiency can be increased. By setting the surfactant to 10% or less, the remaining of bubbles generated by supplying and discharging the cleaning fluid on the probe provided on the working electrode for performing the reaction and detection on the working electrode in the sensor cell 1 Can be suppressed, and uneven reaction on the surface of the working electrode can be suppressed.

本発明の好ましい様態によれば、光電流検出工程後にも、洗浄溶液が複数回供給され対電極表面を含めたセンサセル1内を洗浄することが好ましい。測定終了後にセンサセル1内を洗浄することができるため、対電極は交換せずに作用電極の交換のみで連続して次の反応と検出を行うことができる。   According to a preferred aspect of the present invention, it is preferable to wash the inside of the sensor cell 1 including the counter electrode surface by supplying the washing solution a plurality of times even after the photocurrent detection step. Since the inside of the sensor cell 1 can be cleaned after the measurement is completed, the next reaction and detection can be performed continuously only by replacing the working electrode without replacing the counter electrode.

光源
本発明において、用いられる光源としては、標識色素を光励起できる波長の光を照射できるものであれば限定されず、好ましい例としては、蛍光灯、ブラックライト、殺菌ランプ、白熱電球、低圧水銀ランプ、高圧水銀ランプ、キセノンランプ、水銀−キセノンランプ、ハロゲンランプ、メタルハライドランプ、LED(白色、青、緑、赤)、レーザー(CO2レーザー、色素レーザー、半導体レーザー)、太陽光を用いることができ、より好ましくは、蛍光灯、白熱電球、キセノンランプ、ハロゲンランプ、メタルハライドランプ、LED(白色、青、緑、赤)、太陽光等を挙げることができる。また、必要に応じて、分光器やバンドパスフィルタを用いて特定波長領域の光のみを照射してもよい。
Light source In the present invention, the light source used is not limited as long as it can irradiate light having a wavelength capable of photoexciting the labeling dye. Preferred examples include fluorescent lamps, black lights, sterilizing lamps, and incandescent lamps. , Low-pressure mercury lamp, high-pressure mercury lamp, xenon lamp, mercury-xenon lamp, halogen lamp, metal halide lamp, LED (white, blue, green, red), laser (CO2 laser, dye laser, semiconductor laser), using sunlight More preferable examples include fluorescent lamps, incandescent lamps, xenon lamps, halogen lamps, metal halide lamps, LEDs (white, blue, green, red), and sunlight. Moreover, you may irradiate only the light of a specific wavelength range using a spectroscope and a band pass filter as needed.

本発明の好ましい態様によれば、互いに異なる光波長で励起可能な二種以上の増感色素を用いて複数種類の被検物質を個別に検出する場合、光源から波長選択手段を介して特定波長の光を照射することにより、複数の色素を個別に励起することが可能である。波長選択手段の例としては、分光器、色ガラスフィルター、干渉フィルタ、バンドパスフィルタ等が挙げられる。また、増感色素の種類に応じて異なる波長の光を照射可能な複数の光源を用いてもよく、この場合の好ましい光源の例としては、特定波長の光が照射されるレーザー光やLEDを用いてもよい。また、作用極に光を効率よく照射するため、石英、ガラス、液体ライトガイドを用いて導光してもよい。   According to a preferred aspect of the present invention, when two or more kinds of test substances are individually detected using two or more sensitizing dyes that can be excited at different light wavelengths, a specific wavelength is detected from the light source via the wavelength selection means. It is possible to excite a plurality of dyes individually by irradiating the light. Examples of wavelength selection means include a spectroscope, a colored glass filter, an interference filter, a bandpass filter, and the like. In addition, a plurality of light sources capable of irradiating light of different wavelengths depending on the type of sensitizing dye may be used. Examples of preferable light sources in this case include laser light and LED irradiated with light of a specific wavelength. It may be used. Further, in order to efficiently irradiate the working electrode with light, light may be guided using quartz, glass, or a liquid light guide.

被検物質およびプローブ物質
本発明における被検物質としては、特異的な結合性を有する物質であれば限定されず、種々の物質であってよい。このような被検物質であれば、被検物質と直接または間接的に特異的に結合可能なプローブ物質を作用電極表面に担持させておくことにより、被検物質をプローブ物質に直接または間接的に特異的に結合させて検出することが可能となる。
Test substance and probe substance The test substance in the present invention is not limited as long as it has a specific binding property, and may be various substances. In such a test substance, the test substance is directly or indirectly attached to the probe substance by supporting on the surface of the working electrode a probe substance that can specifically or directly bind to the test substance. It becomes possible to detect it by specifically binding to.

すなわち、本発明にあっては、被検物質およびプローブ物質として互いに特異的に結合可能なものを選択することができる。すなわち、本発明の好ましい態様によれば、特異的な結合性を有する物質を被検物質とし、被検物質と特異的に結合する物質をプローブ物質として作用電極に担持させるのが好ましい。これにより、作用電極上に被検物質を直接、特異的に結合させて検出することができる。この態様における、被検物質およびプローブ物質の組合せの好ましい例としては、一本鎖の核酸および核酸に対して相補性を有する一本鎖の核酸の組合せ、ならびに抗原および抗体の組合せが挙げられる。   That is, in the present invention, substances that can specifically bind to each other can be selected as the test substance and the probe substance. That is, according to a preferred embodiment of the present invention, it is preferable that a substance having specific binding properties be a test substance and a substance that specifically binds to the test substance be carried on the working electrode as a probe substance. As a result, the test substance can be directly bound and detected on the working electrode. Preferable examples of the combination of the test substance and the probe substance in this embodiment include a single-stranded nucleic acid and a combination of single-stranded nucleic acids having complementarity to the nucleic acid, and a combination of antigen and antibody.

本発明のより好ましい態様によれば、被検物質を一本鎖の核酸とし、プローブ物質を核酸に対して相補性を有する一本鎖の核酸とするのが好ましい。この態様における被検物質の作用電極への特異的結合の工程を図8図11(a)および(b)に示す。これらの図に示されるように、被検物質としての一本鎖の核酸1は、作用電極63上に担持されたプローブ物質としての相補性を有する一本鎖の核酸64とハイブリダイズされて、二本鎖の核酸67を形成する。   According to a more preferred embodiment of the present invention, it is preferable that the test substance is a single-stranded nucleic acid and the probe substance is a single-stranded nucleic acid having complementarity to the nucleic acid. The specific binding process of the test substance to the working electrode in this embodiment is shown in FIGS. 8 (a) and 11 (b). As shown in these figures, a single-stranded nucleic acid 1 as a test substance is hybridized with a single-stranded nucleic acid 64 having complementarity as a probe substance carried on the working electrode 63, and A double-stranded nucleic acid 67 is formed.

一本鎖の核酸を被検物質とする場合、プローブ物質である核酸と相補性部分を有していればよく、被検物質を構成する塩基対の長さは限定されないが、プローブ物質が核酸に対して10bp以上の相補性部分を有するのが好ましい。本発明の方法によれば、200bp、500bp、1000bpの塩基対を有する比較的鎖長の長い核酸であっても、高感度にプローブ物質と被検物質の核酸同士の特異的結合形成を光電流として検出することができる。   When a single-stranded nucleic acid is used as a test substance, it only needs to have a portion complementary to the nucleic acid that is the probe substance, and the length of the base pairs constituting the test substance is not limited. It preferably has a complementary portion of 10 bp or more. According to the method of the present invention, even when a nucleic acid having a base length of 200 bp, 500 bp, and 1000 bp is relatively long, a specific binding formation between the nucleic acid of the probe substance and the test substance can be performed with high sensitivity. Can be detected as

被検物質としての一本鎖の核酸を含む試料液は、末梢静脈血のような血液、白血球、血清、尿、糞便、精液、唾液、培養細胞、各種臓器細胞のような組織細胞等の、核酸を含有する各種検体試料から、公知の方法により核酸を抽出して作製することができる。このとき、検体試料中の細胞の破壊は、例えば、振とう、超音波等の物理的作用を外部から加えて担体を振動させることにより行なうことができる。また、核酸抽出溶液を用いて、細胞から核酸を遊離させることもできる。核酸溶出溶液の例としては、SDS、Triton-X、Tween-20のような界面活性剤、サポニン、EDTA、プロテア−ゼ等を含む溶液が挙げられる。これらの溶液を用いて核酸を溶出する場合、37℃以上の温度でインキュベ−トすることにより、反応を促進することができる。   Sample liquids containing single-stranded nucleic acids as test substances are blood such as peripheral venous blood, white blood cells, serum, urine, feces, semen, saliva, cultured cells, tissue cells such as various organ cells, etc. Nucleic acids can be extracted from various specimen samples containing nucleic acids by a known method. At this time, destruction of the cells in the specimen sample can be performed, for example, by applying a physical action such as shaking or ultrasonic waves from the outside and vibrating the carrier. In addition, nucleic acid can be released from cells using a nucleic acid extraction solution. Examples of the nucleic acid elution solution include a solution containing a surfactant such as SDS, Triton-X, Tween-20, saponin, EDTA, protease, and the like. When nucleic acids are eluted using these solutions, the reaction can be accelerated by incubating at a temperature of 37 ° C. or higher.

本発明のより好ましい態様によれば、被検物質とする遺伝子の含有量が微量である場合には、公知の方法により遺伝子を増幅した後検出を行なうのが好ましい。遺伝子を増幅する方法としては、ポリメラ−ゼチェインリアクション(PCR)等の酵素を用いる方法が代表的であろう。ここで、遺伝子増幅法に用いられる酵素の例としては、DNAポリメラ−ゼ、Taqポリメラ−ゼのようなDNA依存型DNAポリメラ−ゼ、RNAポリメラ−ゼIのようなDNA依存型RNAポリメラ−ゼ、Qβレプリカ−ゼのようなRNA依存型RNAポリメラ−ゼが挙げられ、好ましくは温度を調節するだけで連続して増幅を繰り返すことができる点で、Taqポリメラ−ゼを用いるPCR法である。   According to a more preferred embodiment of the present invention, when the content of a gene as a test substance is very small, detection is preferably performed after the gene is amplified by a known method. A typical method for amplifying a gene would be a method using an enzyme such as polymerase chain reaction (PCR). Examples of enzymes used in the gene amplification method include DNA polymerases, DNA-dependent DNA polymerases such as Taq polymerase, and DNA-dependent RNA polymerases such as RNA polymerase I. And RNA-dependent RNA polymerases such as Qβ replicase, and the PCR method using Taq polymerase is preferred in that amplification can be repeated continuously only by adjusting the temperature.

本発明の好ましい態様によれば、上記増幅時に特異的に核酸を増感色素で標識することが出来る。一般的には、5’末端側を増感色素標識したPCRプライマーを用いて遺伝子増幅することで、増感色素が標識された被検物質が得られる。他に、増感色素で標識されたdUTPやアミノアリル修飾dUTPを取り込ませることにより、核酸を増感色素で標識することができる。アミノアリル修飾dUTPを取り込ませた場合、次のカップリング段階において、N−ヒドロキシサクシンイミド(N-hydroxysuccinimide)により活性化された増感色素が修飾dUTPと特異的に反応し、均一に増感色素で標識された被検物質が得られる。   According to a preferred embodiment of the present invention, the nucleic acid can be specifically labeled with a sensitizing dye during the amplification. In general, a test substance labeled with a sensitizing dye is obtained by gene amplification using a PCR primer labeled with a sensitizing dye at the 5 'end. In addition, a nucleic acid can be labeled with a sensitizing dye by incorporating dUTP labeled with a sensitizing dye or aminoallyl-modified dUTP. When aminoallyl-modified dUTP is incorporated, the sensitizing dye activated by N-hydroxysuccinimide reacts specifically with the modified dUTP in the next coupling step, and is uniformly sensitized dye. A labeled test substance is obtained.

本発明の好ましい態様によれば、上記のようにして得られた核酸の粗抽出液あるいは精製した核酸溶液をまず90〜98℃、好ましくは95℃以上の温度で熱変性を施し、一本鎖核酸を調製することができる。また、アルカリ変性を行わせて、一本鎖核酸を調整することができる。   According to a preferred embodiment of the present invention, the nucleic acid crude extract solution or purified nucleic acid solution obtained as described above is first subjected to heat denaturation at a temperature of 90 to 98 ° C., preferably 95 ° C. or higher, to obtain a single strand. Nucleic acids can be prepared. Moreover, alkali denaturation can be performed to prepare single-stranded nucleic acids.

本発明にあっては、被検物質とプローブ物質が間接的に特異的に結合するものであってもよい。すなわち、本発明の別の好ましい態様によれば、特異的な結合性を有する物質を被検物質とし、この被検物質と特異的に結合する物質を媒介物質として共存させ、この媒介物質と特異的に結合可能な物質をプローブ物質として作用電極に担持させるのが好ましい。これにより、プローブ物質に特異的に結合できない物質であっても、媒介物質を介して作用電極上に間接的に特異的に結合させて検出することができる。この態様における、被検物質、媒介物質、およびプローブ物質の組合せの好ましい例としては、リガンド、このリガンドを受容可能な受容体蛋白質分子、およびこの受容体蛋白質分子と特異的に結合可能な二本鎖の核酸の組合せが挙げられる。リガンドの好ましい例としては、外因性内分泌攪乱物質(環境ホルモン)が挙げられる。外因性内分泌撹乱物質とは、受容体蛋白質分子を介してDNAに結合し、その遺伝子発現に影響して毒性を生じる物質であるが、本発明の方法によれば、被検物質によりもたらされる受容体等のタンパク質のDNAに対する結合性を簡便にモニタリングすることができる。この態様における被検物質の作用電極への特異的結合の工程を図12に示す。図12に示されるように、被検物質としてのリガンド100は、まず、媒介物質である受容体蛋白質分子101に特異的に結合する。そして、リガンドが結合された受容体蛋白質分子103が、プローブ物質としての二本鎖の核酸104に特異的に結合する。   In the present invention, the test substance and the probe substance may indirectly bind specifically. That is, according to another preferred embodiment of the present invention, a substance having specific binding properties is used as a test substance, a substance that specifically binds to the test substance is used as a mediator, and It is preferable to carry a substance capable of binding to the working electrode as a probe substance. Thereby, even a substance that cannot specifically bind to the probe substance can be detected by specifically binding indirectly to the working electrode via the mediator substance. In this embodiment, preferred examples of the combination of the test substance, the mediator, and the probe substance include a ligand, a receptor protein molecule that can accept the ligand, and two molecules that can specifically bind to the receptor protein molecule. A combination of nucleic acids in a strand is mentioned. Preferable examples of the ligand include exogenous endocrine disrupting substances (environmental hormones). An exogenous endocrine disrupting substance is a substance that binds to DNA via a receptor protein molecule and produces toxicity by affecting its gene expression. According to the method of the present invention, the receptor produced by a test substance is used. It is possible to easily monitor the binding of a protein such as a body to DNA. The process of specific binding of the test substance to the working electrode in this embodiment is shown in FIG. As shown in FIG. 12, a ligand 100 as a test substance first specifically binds to a receptor protein molecule 101 that is a mediator. The receptor protein molecule 103 to which the ligand is bound specifically binds to the double-stranded nucleic acid 104 as the probe substance.

本発明によれば、1つのプローブ物質に対し、異なる入手経路に由来する複数の同一被検物質を同時に反応させ、サンプルの由来による被検物質量の差異を判断することにより、目的とする入手経路に由来する被検物質を定量することも可能である。具体的な適用例としては、マイクロアレイ上での競合的ハイブリダイゼーションによる発現プロフィール解析が挙げられる。これは、細胞間での特定遺伝子の発現パターンの差異を解析するため、別々の蛍光色素で標識された被検物質を、同一プローブ物質に対して競合的にハイブリダイゼーションを行わせるものである。本発明においては、このような手法を用いることにより、細胞間での発現差異解析が電気化学的に行えるという、従来に無い利点が得られる。   According to the present invention, a target substance can be obtained by simultaneously reacting a single probe substance with a plurality of identical test substances derived from different acquisition routes and determining the difference in the amount of the test substance depending on the origin of the sample. It is also possible to quantify the test substance derived from the route. Specific application examples include expression profile analysis by competitive hybridization on a microarray. In this method, in order to analyze the difference in expression pattern of a specific gene among cells, a test substance labeled with different fluorescent dyes is competitively hybridized with the same probe substance. In the present invention, by using such a technique, an advantage that has not been obtained in the past can be obtained, in which an expression difference analysis between cells can be performed electrochemically.

増感色素
本発明にあっては、被検物質の存在を光電流で検出するために、増感色素の共存下、プローブ物質に被検物質を直接または間接的に特異的に結合させて、該結合により増感色素を作用電極に固定させる。そのために、本発明にあっては、図11(a)および図12に示されるように被検物質91あるいは媒介物質101に予め増感色素92で標識しておくことができる。また、図11(b)に示されるように被検物質およびプローブ物質の結合体96(例えばハイブリダイゼーション後の二本鎖核酸)にインターカレーション可能な増感色素98を用いる場合には、試料液に増感色素を添加することにより、プローブ物質に増感色素を固定させることができる。
Sensitizing dye In the present invention, in order to detect the presence of a test substance with a photocurrent, the test substance is directly or indirectly specific to the probe substance in the presence of the sensitizing dye. The sensitizing dye is fixed to the working electrode by the binding. Therefore, in the present invention, the test substance 91 or the mediating substance 101 can be labeled with a sensitizing dye 92 in advance as shown in FIGS. In addition, as shown in FIG. 11B, when using a sensitizing dye 98 that can be intercalated with a conjugate 96 (for example, a double-stranded nucleic acid after hybridization) of a test substance and a probe substance, By adding a sensitizing dye to the solution, the sensitizing dye can be fixed to the probe substance.

本発明の好ましい態様によれば、被検物質が一本鎖の核酸の場合、被検物質1分子につき増感色素を一つ標識するのが好ましい。一本鎖の核酸における標識位置は、容易に被検物質とプローブ物質の特異的な結合を形成させる観点から、一本鎖の核酸の5’’末端または3’末端のいずれかの位置とするのが好ましく、標識工程をさらに簡便にする観点から被検物質の5’末端とするのがさらに好ましい。   According to a preferred embodiment of the present invention, when the test substance is a single-stranded nucleic acid, it is preferable to label one sensitizing dye per molecule of the test substance. The labeling position in the single-stranded nucleic acid is either the 5 ′ end or the 3 ′ end of the single-stranded nucleic acid from the viewpoint of easily forming a specific bond between the test substance and the probe substance. From the viewpoint of further simplifying the labeling step, the 5 ′ end of the test substance is more preferable.

また、本発明の別の好ましい態様によれば、被検物質1分子あたりの増感色素担持量を高める為、被検物質1分子につき増感色素を2つ以上標識するのが好ましい。これにより、電子受容物質の形成された作用電極における単位比表面積あたりの色素担持量をより多くすることができ、より高感度に光電流応答を観測することができる。   According to another preferred embodiment of the present invention, it is preferable to label two or more sensitizing dyes per molecule of the test substance in order to increase the carrying amount of the sensitizing dye per molecule of the test substance. As a result, the amount of dye supported per unit specific surface area of the working electrode on which the electron accepting material is formed can be increased, and the photocurrent response can be observed with higher sensitivity.

本発明に用いる増感色素は、光励起に応じて作用電極に電子を放出可能な物質であり、光源の照射による光励起状態への遷移が可能であり、かつ励起状態から作用電極に電子注入できる電子状態を採りうるものであればよい。したがって、用いる増感色素は、作用電極、特に電子受容層との間において上記電子状態をとることができるものであればよいことから、多種の増感色素が使用可能であり、高価な色素を使用する必要がない。   The sensitizing dye used in the present invention is a substance that can emit electrons to the working electrode in response to photoexcitation, can be changed to the photoexcited state by irradiation with a light source, and can be injected into the working electrode from the excited state. Anything that can take a state may be used. Therefore, any sensitizing dye can be used as long as it can take the above-described electronic state with the working electrode, particularly the electron accepting layer. Therefore, various sensitizing dyes can be used, and expensive dyes can be used. There is no need to use it.

複数の被検物質の個別検出を行う態様にあっては、各々の被検物質に標識する増感色素は、それぞれ異なる波長の光で励起できるものであればよく、例えば、照射光の波長を選択することにより各被検物質を個別に励起できればよい。例えば、複数の被検物質に対応する複数の増感色素を用い、各増感色素毎に異なる励起波長の光を照射すると、複数のプローブが同一スポット323上であっても個別に信号を検出することが可能となる。本発明において、被検物質の数は限定されないが、光源から照射される光の波長と増感色素の吸収特性を考慮すると、1〜5種類が適当であろう。この態様において使用可能な増感色素は、照射光の波長領域内において光励起しさえすればよく、必ずしもその吸収極大が該波長領域にある必要はない。なお、特定波長における増感色素の光吸収反応の有無は、紫外可視スペクトロフォトメーター(例えば、島津製作所社製、UV−3150)を用いて測定することができる。   In the embodiment in which individual detection of a plurality of test substances is performed, the sensitizing dye that labels each test substance may be any one that can be excited by different wavelengths of light. It is only necessary that each test substance can be excited individually by selecting. For example, when a plurality of sensitizing dyes corresponding to a plurality of test substances are used and light of different excitation wavelengths is irradiated for each sensitizing dye, signals are detected individually even if the plurality of probes are on the same spot 323. It becomes possible to do. In the present invention, the number of test substances is not limited, but considering the wavelength of light emitted from the light source and the absorption characteristics of the sensitizing dye, 1 to 5 types may be appropriate. The sensitizing dye that can be used in this embodiment only needs to be photoexcited in the wavelength region of the irradiation light, and the absorption maximum is not necessarily in the wavelength region. In addition, the presence or absence of the light absorption reaction of the sensitizing dye at a specific wavelength can be measured using an ultraviolet-visible spectrophotometer (for example, UV-3150 manufactured by Shimadzu Corporation).

増感色素の具体例としては、金属錯体や有機色素が挙げられる。金属錯体の好ましい例としては、銅フタロシアニン、チタニルフタロシアニン等の金属フタロシアニン;クロロフィルまたはその誘導体;ヘミン、特開平1−220380号公報や特表平5−504023 号公報に記載のルテニウム、オスミウム、鉄及び亜鉛の錯体(例えばシス−ジシアネート−ビス(2、2’−ビピリジル−4、4’−ジカルボキシレート)ルテニウム(II))、ユーロピウム錯体があげられる。有機色素の好ましい例としては、メタルフリーフタロシアニン、9−フェニルキサンテン系色素、シアニン系色素、メタロシアニン系色素、カルボシアニン系色素、キサンテン系色素、トリフェニルメタン系色素、アクリジン系色素、オキサジン系色素、クマリン系色素、メロシアニン系色素、ロダシアニン系色素、ポリメチン系色素、インジゴ系色素等が挙げられる。また、増感色素の別の好ましい例としては、GEヘルスケアライフサイエンス社製のCy3、Cy3.5、Cy5、Cy5.5、Cy7、Cy7.5、Cy9;モルキュラープローブ社製のAlexaFluor355、AlexaFluor405、AlexaFluor430、AlexaFluor488、AlexaFluor532、AlexaFluor546、AlexaFluor555、AlexaFluor568、AlexaFluor594、AlexaFluor633、AlexaFluor647、AlexaFluor660、AlexaFluor680、AlexaFluor700、AlexaFluor750;Dyomics社製のDY−610、DY−615、DY−630、DY−631、DY−633、DY−635、DY−636、EVOblue10、EVOblue30、DY−647、DY−650、DY−651、DYQ−660、DYQ−661が挙げられる。   Specific examples of the sensitizing dye include metal complexes and organic dyes. Preferred examples of the metal complex include metal phthalocyanines such as copper phthalocyanine and titanyl phthalocyanine; chlorophyll or derivatives thereof; hemin, ruthenium, osmium, iron described in JP-A-1-220380 and JP-A-5-504023, and Zinc complexes (for example, cis-dicyanate-bis (2,2′-bipyridyl-4,4′-dicarboxylate) ruthenium (II)) and europium complexes are exemplified. Preferred examples of organic dyes include metal-free phthalocyanine, 9-phenylxanthene dyes, cyanine dyes, metalocyanine dyes, carbocyanine dyes, xanthene dyes, triphenylmethane dyes, acridine dyes, and oxazine dyes. , Coumarin dyes, merocyanine dyes, rhodacyanine dyes, polymethine dyes, indigo dyes, and the like. As another preferred example of the sensitizing dye, Cy3, Cy3.5, Cy5, Cy5.5, Cy7, Cy7.5, Cy9 manufactured by GE Healthcare Life Sciences; AlexaFluor 355, AlexaFluor 405 manufactured by Molecular Probes, Inc. , AlexaFluor430, AlexaFluor488, AlexaFluor532, AlexaFluor546, AlexaFluor555, AlexaFluor568, AlexaFluor594, AlexaFluor633, AlexaFluor647, AlexaFluor660, AlexaFluor680, AlexaFluor700, AlexaFluor750; Dyomics manufactured by DY-610, DY-615, DY-630, DY-631, Y-633, DY-635, DY-636, EVOblue10, EVOblue30, DY-647, DY-650, DY-651, DYQ-660, DYQ-661 and the like.

二本鎖核酸にインターカレーション可能な増感色素の好ましい例としては、アクリジンオレンジ、エチジウムブロマイドが挙げられる。このような増感色素を用いる場合、核酸のハイブリダイゼーション後に試料液に添加するだけで増感色素で標識された二本鎖核酸が形成されるので、予め一本鎖の核酸を標識する必要が無い。   Preferable examples of the sensitizing dye capable of intercalating with a double-stranded nucleic acid include acridine orange and ethidium bromide. When such a sensitizing dye is used, a double-stranded nucleic acid labeled with a sensitizing dye is formed simply by adding to the sample solution after hybridization of the nucleic acid. Therefore, it is necessary to label the single-stranded nucleic acid in advance. No.

作用電極およびその製造
本発明に用いられる作用電極は、上記プローブ物質を表面に備えた電極であり、プローブ物質を介して固定された増感色素が光励起に応じて放出する電子を受容可能な電極である。したがって、作用電極の構成および材料は、使用される増感色素との間で上記電子移動が生じるものであれば限定されず、種々の構成および材料であってよい。
Working electrode and production thereof The working electrode used in the present invention is an electrode having the probe substance on its surface, and the sensitizing dye immobilized via the probe substance emits electrons emitted in response to photoexcitation. It is an acceptable electrode. Accordingly, the configuration and material of the working electrode are not limited as long as the above-described electron transfer occurs with the sensitizing dye to be used, and may be various configurations and materials.

本発明の好ましい態様によれば、作用電極が増感色素が光励起に応じて放出する電子を受容可能な電子受容物質を含んでなる電子受容層を有し、この電子受容層の表面にプローブ物質が備えられてなるのが好ましい。また、本発明のより好ましい態様によれば、作用電極が導電性基材をさらに含んでなり、この導電性基材上に電子受容層が形成されてなるのが好ましい。この態様の電極は図11および図12に示される。図11および図12に示される作用電極93は、導電性基材95と、この導電性基材95上に形成され、電子受容物質を含んで成る電子受容層96とを備えてなる。そして、電子受容層96の表面にプローブ物質94が担持される。   According to a preferred embodiment of the present invention, the working electrode has an electron accepting layer containing an electron accepting material capable of accepting electrons emitted by the sensitizing dye in response to photoexcitation, and a probe material is provided on the surface of the electron accepting layer. Is preferably provided. According to a more preferred aspect of the present invention, it is preferable that the working electrode further comprises a conductive substrate, and an electron accepting layer is formed on the conductive substrate. An electrode of this embodiment is shown in FIGS. The working electrode 93 shown in FIGS. 11 and 12 includes a conductive base material 95 and an electron accepting layer 96 formed on the conductive base material 95 and containing an electron accepting substance. A probe substance 94 is carried on the surface of the electron accepting layer 96.

本発明における電子受容層96は、プローブ物質94を介して固定された増感色素が光励起に応じて放出する電子を受容可能な電子受容物質を含んでなる。すなわち、電子受容物質は、光励起された標識色素からの電子注入が可能なエネルギー準位を取り得る物質であることができる。ここで、光励起された標識色素からの電子注入が可能なエネルギー準位(A)とは、例えば、電子受容性材料として半導体を用いる場合には、伝導帯(コンダクションバンド:CB)を意味する。すなわち、本発明に用いる電子受容物質は、このAの準位が、増感色素のLUMOのエネルギー準位よりも卑な準位、換言すれば、増感色素のLUMOのエネルギー準位よりも低いエネルギー準位を有するものであればよい。   The electron-accepting layer 96 in the present invention includes an electron-accepting material that can accept electrons emitted by the sensitizing dye fixed through the probe material 94 in response to photoexcitation. That is, the electron-accepting substance can be a substance that can take an energy level in which electrons can be injected from the photoexcited labeling dye. Here, the energy level (A) in which electrons can be injected from the photoexcited labeling dye means, for example, a conduction band (conduction band: CB) when a semiconductor is used as the electron-accepting material. . That is, in the electron acceptor used in the present invention, the level of A is lower than the LUMO energy level of the sensitizing dye, in other words, lower than the LUMO energy level of the sensitizing dye. Any material having an energy level may be used.

本発明の好ましい態様によれば、電子受容物質は、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化スズ、酸化ニオブ、チタン酸ストロンチウム、酸化インジウム、インジウム-スズ複合酸化物(ITO)、フッ素がドープされた酸化スズ(FTO)からなる群から選択される少なくとも一種であることが好ましい。、最も好ましくはTiO2、インジウム−スズ複合酸化物(ITO)またはフッ素がドープされた酸化スズ(FTO)をもちいることができる。ITOおよびFTOは電子受容層のみならず導電性基材としても機能する性質を有するため、これらの材料を使用することにより導電性基材を用いることなく電子受容層のみで作用電極として機能させることができる。   According to a preferred embodiment of the present invention, the electron accepting material is titanium oxide, zinc oxide, tin oxide, niobium oxide, strontium titanate, indium oxide, indium-tin composite oxide (ITO), fluorine-doped tin oxide. It is preferably at least one selected from the group consisting of (FTO). Most preferably, TiO2, indium-tin composite oxide (ITO) or fluorine-doped tin oxide (FTO) can be used. Since ITO and FTO have the property of functioning not only as an electron-accepting layer but also as a conductive substrate, by using these materials, only the electron-accepting layer can function as a working electrode without using a conductive substrate. Can do.

電子受容物質として半導体を用いる場合、その半導体は単結晶および多結晶のいずれであってもよいが、多結晶体が好ましく、さらに緻密なものよりも多孔性を有するものが好ましい。これにより、比表面積が大きくなり、被検物質および増感色素を多く吸着させて、より高い感度で被検物質を検出することができる。したがって、本発明の好ましい態様によれば、電子受容層が多孔性を有しており、各孔の径が3〜1000nmであるのが好ましく、より好ましくは、10〜100nmである。   When a semiconductor is used as the electron-accepting substance, the semiconductor may be either single crystal or polycrystalline, but a polycrystalline body is preferable, and a porous body is more preferable than a dense body. As a result, the specific surface area is increased, and a large amount of the test substance and sensitizing dye can be adsorbed to detect the test substance with higher sensitivity. Therefore, according to the preferable aspect of this invention, it is preferable that the electron-accepting layer has porosity, and the diameter of each hole is 3-1000 nm, More preferably, it is 10-100 nm.

本発明の好ましい態様によれば、電子受容層を導電性基材上に形成した状態での表面積は、投影面積に対して10倍以上であることが好ましく、さらに100倍以上であることが好ましい。この表面積の上限には特に限定されないが、通常1000倍程度であろう。電子受容層を構成する電子受容物質の微粒子の粒径は、投影面積を円に換算したときの直径を用いた平均粒径で一次粒子として5〜200nmであることが好ましく、より好ましくは8〜100nmであり、さらに好ましくは20〜60nmである。また、分散物中の電子受容性物質の微粒子(二次粒子)の平均粒径としては0.01〜100μmであることが好ましい。また、入射光を散乱させて光捕獲率を向上させる目的で、粒子サイズの大きな、例えば300nm程度の電子受容物質の微粒子を併用して、電子受容層を形成してもよい。   According to a preferred aspect of the present invention, the surface area in a state where the electron-accepting layer is formed on the conductive substrate is preferably 10 times or more, more preferably 100 times or more with respect to the projected area. . The upper limit of the surface area is not particularly limited, but will usually be about 1000 times. The particle diameter of the fine particles of the electron accepting material constituting the electron accepting layer is preferably 5 to 200 nm as a primary particle in terms of an average particle diameter using a diameter when the projected area is converted into a circle, and more preferably 8 to It is 100 nm, More preferably, it is 20-60 nm. The average particle diameter of the electron-accepting substance fine particles (secondary particles) in the dispersion is preferably 0.01 to 100 μm. Further, for the purpose of improving the light capture rate by scattering incident light, an electron-accepting layer may be formed using a combination of fine particles of an electron-accepting material having a large particle size, for example, about 300 nm.

凹凸構造によって、電子受容層の表面積を大きくしてプローブ分子を多く固定化することで検出感度を上げることができる。生体分子の大きさが0.1〜20nm程度であるため、凹凸構造により形成される細孔径は20nm以上150nm以下が好ましい。凹凸構造により生じる空間の入口がそれ以下であれば、比表面積は増大するが生体分子とプローブとの結合ができず、検出信号は低下する。凹凸が粗ければ表面積もあまり増えないため信号強度もそれ程上がらない。生体分子のセンシングに好適な、より好ましい範囲は50nm以上150nm以下である。   With the concavo-convex structure, the detection sensitivity can be increased by increasing the surface area of the electron-accepting layer and immobilizing many probe molecules. Since the size of the biomolecule is about 0.1 to 20 nm, the pore diameter formed by the concavo-convex structure is preferably 20 nm or more and 150 nm or less. If the entrance of the space generated by the concavo-convex structure is less than that, the specific surface area increases, but the biomolecule cannot be bonded to the probe, and the detection signal decreases. If the irregularities are rough, the surface area will not increase so much and the signal intensity will not increase that much. A more preferable range suitable for sensing biomolecules is 50 nm or more and 150 nm or less.

本発明の好ましい態様によれば、凸構造として、ナノスケールの柱(ピラー)を表面に規則正しく並べたピラー構造を採用するのが好ましい。その製法としては種々、知られているが、ナノメートルスケールの孔を有する陽極酸化アルミナを鋳型として用いる方法が一般的である。鋳型にセラミックのゾルを充填、熱処理した後に、エッチングによりアルミナの鋳型を除去する方法や、充填したセラミックのゾルを鋳型より離型した後に熱処理する方法がある。ピラー状のナノ構造体を製造する方法としては、特開2004−130171で示された透明基体、透明導電層上にナノ構造体を製造する方法が挙げられる。ここでは、陽極酸化アルミナの鋳型にチタニアゾルを充填し、300〜400℃の熱処理を行った後に鋳型をエッチングによって除去する方法が採られている。その結果、ナノ構造体としてチタニアのナノチューブやナノワイアが形成される。   According to a preferred aspect of the present invention, it is preferable to employ a pillar structure in which nanoscale pillars (pillars) are regularly arranged on the surface as the convex structure. Various production methods are known, but a method using anodized alumina having nanometer-scale pores as a template is common. There are a method of removing the alumina mold by etching after filling the mold with a ceramic sol and heat treatment, and a method of performing a heat treatment after releasing the filled ceramic sol from the mold. Examples of a method for producing a pillar-shaped nanostructure include a method for producing a nanostructure on a transparent substrate and a transparent conductive layer described in JP-A-2004-130171. Here, a method is used in which a mold of anodized alumina is filled with titania sol, heat-treated at 300 to 400 ° C., and then removed by etching. As a result, titania nanotubes and nanowires are formed as nanostructures.

本発明の好ましい態様によれば、凹構造として、セラミック成分を含む無機‐有機ハイブリッド前駆体を焼成し、有機物の酸化分解により気相となるために生じる気孔を採用するのが好ましい。無機‐有機ハイブリッド前駆体は、有機金属化合物(金属アルコキシド)の酸化とそれに続く重縮合反応によって生じる金属‐酸素のネットワーク構造と有機ポリマーなどが共存するものである。また、市販の酸化チタン粒子(たとえばテイカ株式会社製アナターゼ型結晶、商品名AMT−600(平均粒径30nm)など)や酸化チタン分散液に有機ポリマーなどを添加する方法もある。これらの組成については種々の提案がなされており、たとえば特開平10‐212120号公報はグライム系溶剤(HO‐(‐CHCHO‐)n‐R、nは1〜10、Rはアルキル基あるいはアリール基)に酸化チタン粒子を分散させ、さらに分散助剤として有機ポリマーを加える組成が提案されている。この組成の分散液を適当な方法(ディップコーティング法、スプレーコーティング法、スピナーコーティング法、ブレードコーティング法、ローラーコーティング法、ワイパーバーコーティング法、リバースロールコーティング法)によって支持体上に塗布し、200〜800℃で焼成した場合、1cm2(厚さ1μm)あたり40〜50cm2の比表面積が達成されている。また、特開2001‐233615号公報は、テトラアルコキシチタンとエチレンオキサイド、プロピレンオキサイド、エチレンオキサイドブロックコポリマーと安定化剤と溶剤とからなるゾル溶液を基板上に滴下し、基板を高速回転させることで溶剤を蒸発させ、ゲル化させることで得られる三次元構造を有する有機無機複合チタニア薄膜を、高温焼結させてブロックコポリマーを除去することで微細な三次元凹構造を達成している。さらに、有機ポリマーとしてオリゴ糖(トレハロース)を用いる方法も開示されており(特開2004‐83376号公報)、気孔率が38〜56%のセラミック多孔質膜が得られている。 According to a preferred embodiment of the present invention, it is preferable to employ pores generated as a concave structure by firing an inorganic-organic hybrid precursor containing a ceramic component to form a gas phase by oxidative decomposition of organic matter. The inorganic-organic hybrid precursor is a compound in which an organic polymer, a metal-oxygen network structure produced by oxidation of an organometallic compound (metal alkoxide) and subsequent polycondensation reaction coexist. In addition, there is a method of adding an organic polymer or the like to commercially available titanium oxide particles (for example, anatase type crystals manufactured by Teika Co., Ltd., trade name AMT-600 (average particle size 30 nm), etc.) or a titanium oxide dispersion. Various proposals have been made for these compositions. For example, JP-A-10-212120 discloses a glyme solvent (HO — (— CH 2 CH 2 O—) n—R, n is 1 to 10, and R is alkyl. A composition in which titanium oxide particles are dispersed in a group or an aryl group and an organic polymer is added as a dispersion aid has been proposed. A dispersion having this composition is applied onto a support by an appropriate method (dip coating method, spray coating method, spinner coating method, blade coating method, roller coating method, wiper bar coating method, reverse roll coating method), and 200 to When fired at 800 ° C., a specific surface area of 40 to 50 cm 2 per 1 cm 2 (thickness 1 μm) is achieved. Japanese Patent Laid-Open No. 2001-233615 discloses that a sol solution composed of tetraalkoxytitanium and ethylene oxide, propylene oxide, ethylene oxide block copolymer, stabilizer and solvent is dropped on the substrate, and the substrate is rotated at high speed. An organic-inorganic composite titania thin film having a three-dimensional structure obtained by evaporating and gelling the solvent is sintered at a high temperature to remove the block copolymer, thereby achieving a fine three-dimensional concave structure. Furthermore, a method using oligosaccharide (trehalose) as an organic polymer is also disclosed (Japanese Patent Laid-Open No. 2004-83376), and a ceramic porous membrane having a porosity of 38 to 56% is obtained.

このように、セラミックの微細な凹凸構造制御方法は種々提案されており、本発明に適したセラミック電極材料に応用することで、比表面積の大きい電極材料の創製が可能である。   As described above, various methods for controlling a fine concavo-convex structure of ceramic have been proposed, and an electrode material having a large specific surface area can be created by applying to a ceramic electrode material suitable for the present invention.

本発明の好ましい態様によれば、作用電極が導電性基材をさらに含んでなり、電子受容層が導電性基材上に形成されてなるのが好ましい。本発明に使用可能な導電性基材としては、チタン等の金属のように支持体そのものに導電性があるもののみならず、ガラスもしくはプラスチックの支持体の表面に導電材層を有するものであってよい。この導電材層を有する導電性基材を使用する場合、電子受容層はその導電材層上に形成される。導電材層を構成する導電材の例としては、白金、金、銀、銅、アルミニウム、ロジウム、インジウム等の金属;炭素、炭化物、窒化物等の導電性セラミックス;およびインジウム−スズ複合酸化物、酸化スズにフッ素をドープしたもの、酸化スズにアンチモンをドープしたもの、酸化亜鉛にガリウムをドープしたもの、または酸化亜鉛にアルミニウムをドープしたもの等の導電性の金属酸化物が挙げられ、より好ましくは、インジウム-スズ複合酸化物(ITO)、酸化スズにフッ素をドープした金属酸化物(FTO)である。ただし、前述した通り、電子受容層自体が導電性基材としても機能する場合にあっては導電性基材は省略可能である。また、本発明において、導電性基材は、導電性を確保できる材料であれば限定されず、それ自体では支持体としての強度を有しない薄膜状またはスポット状の導電材層も包含するものとする。   According to a preferred embodiment of the present invention, it is preferred that the working electrode further comprises a conductive substrate, and the electron accepting layer is formed on the conductive substrate. The conductive base material usable in the present invention is not only a material having conductivity on the support itself, such as a metal such as titanium, but also a material having a conductive material layer on the surface of a glass or plastic support. It's okay. When a conductive substrate having this conductive material layer is used, the electron accepting layer is formed on the conductive material layer. Examples of the conductive material constituting the conductive material layer include metals such as platinum, gold, silver, copper, aluminum, rhodium, and indium; conductive ceramics such as carbon, carbide, and nitride; and indium-tin composite oxides, Examples include conductive metal oxides such as tin oxide doped with fluorine, tin oxide doped with antimony, zinc oxide doped with gallium, or zinc oxide doped with aluminum. Are indium-tin composite oxide (ITO) and metal oxide (FTO) in which tin oxide is doped with fluorine. However, as described above, when the electron-accepting layer itself also functions as a conductive substrate, the conductive substrate can be omitted. Further, in the present invention, the conductive substrate is not limited as long as it is a material that can ensure conductivity, and includes a thin film-like or spot-like conductive material layer that does not have strength as a support by itself. To do.

本発明の好ましい態様によれば、導電性基材が実質的に透明、具体的には、光の透過率が10%以上であるのが好ましく、より好ましくは50%以上であり、さらに好ましくは70%以上である。これにより、作用電極の裏側(すなわち導電性基材)から光を照射させて、作用電極(すなわち導電性基材および電子受容層)を透過した光が増感色素を励起するようにセルを構成することができる。また、本発明の好ましい態様によれば、導電材層の厚みは、0.02〜10μm程度であるのが好ましい。さらに、本発明の好ましい態様によれば、導電性基材の表面抵抗が100Ω/cm以下であり、さらに好ましくは40Ω/cm以下であるのが好ましい。導電性基材の表面抵抗の下限は特に限定されないが、通常0.1Ω/cm程度であろう。 According to a preferred embodiment of the present invention, the conductive substrate is substantially transparent, specifically, the light transmittance is preferably 10% or more, more preferably 50% or more, and still more preferably. 70% or more. As a result, the cell is configured such that light is irradiated from the back side of the working electrode (that is, the conductive substrate), and the light transmitted through the working electrode (that is, the conductive substrate and the electron accepting layer) excites the sensitizing dye. can do. Moreover, according to the preferable aspect of this invention, it is preferable that the thickness of a electrically-conductive material layer is about 0.02-10 micrometers. Furthermore, according to the preferable aspect of this invention, it is preferable that the surface resistance of an electroconductive base material is 100 ohms / cm < 2 > or less, More preferably, it is 40 ohms / cm < 2 > or less. The lower limit of the surface resistance of the conductive substrate is not particularly limited, but will usually be about 0.1 Ω / cm 2 .

導電性基材上への電子受容層の好ましい形成方法の例としては、電子受容物質の分散液またはコロイド溶液を導電性支持体上に塗布する方法、半導体微粒子の前駆体を導電性支持体上に塗布し空気中の水分によって加水分解して微粒子膜を得る方法(ゾル−ゲル法)、スパッタリング法、CVD法、PVD法、蒸着法などが挙げられる。電子受容物質としての半導体微粒子の分散液を作成する方法としては、前述のゾル−ゲル法の他、乳鉢ですり潰す方法、ミルを使って粉砕しながら分散する方法、あるいは半導体を合成する際に溶媒中で微粒子として析出させそのまま使用する方法等が挙げられる。このときの分散媒としては水または各種の有機溶媒(例えばメタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、ジクロロメタン、アセトン、アセトニトリル、酢酸エチル等)が挙げられる。分散の際、必要に応じてポリマー、界面活性剤、酸、もしくはキレート剤などを分散助剤として使用してもよい。   Examples of a preferable method for forming an electron-accepting layer on a conductive substrate include a method of coating a dispersion or colloidal solution of an electron-accepting material on a conductive support, and a precursor of semiconductor fine particles on the conductive support. And a method of obtaining a fine particle film by being hydrolyzed with moisture in the air (sol-gel method), a sputtering method, a CVD method, a PVD method, and a vapor deposition method. As a method for preparing a dispersion of semiconductor fine particles as an electron acceptor, in addition to the sol-gel method described above, a method of grinding with a mortar, a method of dispersing while grinding using a mill, or a semiconductor synthesis Examples thereof include a method in which it is precipitated as fine particles in a solvent and used as it is. Examples of the dispersion medium include water or various organic solvents (for example, methanol, ethanol, isopropyl alcohol, dichloromethane, acetone, acetonitrile, ethyl acetate, etc.). At the time of dispersion, a polymer, a surfactant, an acid, a chelating agent, or the like may be used as a dispersion aid as necessary.

電子受容物質の分散液またはコロイド溶液の塗布方法の好ましい例としては、アプリケーション系としてローラ法、ディップ法、メータリング系としてエアーナイフ法、ブレード法等、またアプリケーションとメータリングを同一部分でできるものとして、特公昭58−4589号公報に開示されているワイヤーバー法、米国特許2681294号、同2761419号、同2761791号等に記載のスライドホッパ法、エクストルージョン法、カーテン法、スピン法、スプレー法が挙げられる。   Preferred examples of the application method of the electron acceptor dispersion or colloidal solution include the roller method as the application system, the dip method, the air knife method as the metering system, the blade method, etc., and the application and metering in the same part. The wire bar method disclosed in Japanese Patent Publication No. 58-4589, the slide hopper method, the extrusion method, the curtain method, the spin method, and the spray method described in US Pat. Nos. 2,681,294, 2,761,419, 2,761791, etc. Is mentioned.

本発明の好ましい態様によれば、電子受容層が半導体微粒子からなる場合、電子受容層の膜厚が0.1〜200μmであるのが好ましく、より好ましくは0.1〜100μmであり、さらに好ましくは1〜30μm、最も好ましくは2〜25μmである。これにより、単位投影面積当たりのプローブ物質および固定される増感色素量を増加して光電流量を多くするとともに、電荷再結合による生成した電子の損失をも低減することができる。また、導電性基材1m2当たりの半導体微粒子の塗布量は0.5〜400gであるのが好ましく、より好ましくは5〜100gである。   According to a preferred aspect of the present invention, when the electron accepting layer is composed of semiconductor fine particles, the thickness of the electron accepting layer is preferably 0.1 to 200 μm, more preferably 0.1 to 100 μm, and still more preferably. Is 1-30 μm, most preferably 2-25 μm. As a result, the probe substance per unit projected area and the amount of sensitizing dye to be fixed can be increased to increase the photoelectric flow rate, and the loss of generated electrons due to charge recombination can also be reduced. Moreover, it is preferable that the application quantity of the semiconductor fine particle per 1 m <2> of electroconductive base materials is 0.5-400g, More preferably, it is 5-100g.

本発明の好ましい態様によれば、電子受容物質がインジウム-スズ複合酸化物(ITO)または酸化スズにフッ素をドープした金属酸化物(FTO)を含んでなる場合、電子受容層の膜厚が1nm以上であるのが好ましく、より好ましくは10nm〜1μmである。   According to a preferred embodiment of the present invention, when the electron-accepting material comprises indium-tin composite oxide (ITO) or metal oxide (FTO) doped with fluorine in tin oxide, the thickness of the electron-accepting layer is 1 nm. It is preferable that it is above, More preferably, it is 10 nm-1 micrometer.

本発明の好ましい態様によれば、半導体微粒子を導電性基材上に塗布した後に加熱処理を施すのが好ましい。これにより、粒子同士を電気的に接触させ、また、塗膜強度の向上や支持体との密着性を向上させることができる。好ましい加熱処理温度は、40〜700℃であり、より好ましくは100〜600℃である。また、好ましい加熱処理時間は10分〜10時間程度である。   According to a preferred embodiment of the present invention, it is preferable to apply heat treatment after coating the semiconductor fine particles on the conductive substrate. Thereby, particle | grains can be made to contact electrically and the improvement of coating-film intensity | strength and adhesiveness with a support body can be improved. A preferable heat treatment temperature is 40 to 700 ° C, more preferably 100 to 600 ° C. Moreover, preferable heat processing time is about 10 minutes-10 hours.

また、本発明の別の好ましい態様によれば、ポリマーフィルムなど融点や軟化点の低い導電性基材を用いる場合にあっては、熱による劣化を防止するため、高温処理を用いない方法により膜形成を行うのが好ましく、そのような膜形成方法の例として、プレス、低温加熱、電子線照射、マイクロ波照射、電気泳動、スパッタリング、CVD、PVD、蒸着等の方法が挙げられる。   According to another preferred embodiment of the present invention, when a conductive base material having a low melting point or softening point such as a polymer film is used, the film is formed by a method that does not use high-temperature treatment in order to prevent deterioration due to heat. Preferably, the film is formed, and examples of such a film forming method include a method such as pressing, low-temperature heating, electron beam irradiation, microwave irradiation, electrophoresis, sputtering, CVD, PVD, and vapor deposition.

こうして得られた作用電極の電子受容層の表面にはプローブ物質が担持される。作用電極へのプローブ物質の担持は公知の方法に従い行うことができる。本発明の好ましい態様によれば、プローブ物質として一本鎖の核酸を用いる場合には、作用電極表面に酸化層を形成させておき、この酸化層を介して核酸プローブと作用電極とを結合させることにより行うことができる。このとき、核酸プローブの作用電極への固定化は、核酸の末端に官能基を導入することにより行うことができる。これにより、官能基が導入された核酸プローブはそのまま固定化反応により担体上に固定化されることができる。核酸末端への官能基の導入は、酵素反応もしくはDNA合成機を用いて行なうことができる。酵素反応において用いられる酵素としては、例えば、タ−ミナルデオキシヌクレオチジルトランスフェラ−ゼ、ポリAポリメラ−ゼ、ポリヌクレオチドカイネ−ス、DNAポリメラ−ゼ、ポリヌクレオチドアデニルトランスフェラ−ゼ、RNAリガ−ゼを挙げることができる。また、ポリメラ−ゼチェインリアクション(PCR法)、ニックトランスレ−ション、ランダムプライマ−法により官能基を導入することもできる。官能基は、核酸のどの部分に導入されてもよく、3'末端、5'末端もしくはランダムな位置に導入することができる。   A probe substance is supported on the surface of the electron accepting layer of the working electrode thus obtained. Loading of the probe substance on the working electrode can be performed according to a known method. According to a preferred aspect of the present invention, when a single-stranded nucleic acid is used as the probe substance, an oxidized layer is formed on the surface of the working electrode, and the nucleic acid probe and the working electrode are bonded via the oxidized layer. Can be done. At this time, the nucleic acid probe can be immobilized on the working electrode by introducing a functional group at the end of the nucleic acid. Thereby, the nucleic acid probe into which the functional group has been introduced can be immobilized on the carrier as it is by an immobilization reaction. Introduction of a functional group at the end of a nucleic acid can be performed using an enzymatic reaction or a DNA synthesizer. Examples of the enzyme used in the enzymatic reaction include terminal deoxynucleotidyl transferase, poly A polymerase, polynucleotide kinase, DNA polymerase, polynucleotide adenyl transferase, RNA ligase. Can be mentioned. Moreover, a functional group can also be introduce | transduced by a polymerase chain reaction (PCR method), a nick translation, and a random primer method. The functional group may be introduced at any part of the nucleic acid, and can be introduced at the 3 ′ end, 5 ′ end or at a random position.

本発明の好ましい態様によれば、核酸プローブの作用電極への固定化のため官能基として、アミン、カルボン酸、スルホン酸、チオール、水酸基、リン酸等が好適に使用できる。また、本発明の好ましい態様によれば、核酸プローブを作用電極に強固に固定化するためには、作用電極と核酸プローブの間を架橋する材料を使用することも可能である。そのような架橋材料の好ましい例としては、シランカップリング剤、チタネートカップリング剤や、ポリチオフェン、ポリアセチレン、ポリピロール、ポリアニリン等の導電性ポリマーが挙げられる。   According to a preferred embodiment of the present invention, amine, carboxylic acid, sulfonic acid, thiol, hydroxyl group, phosphoric acid and the like can be suitably used as the functional group for immobilizing the nucleic acid probe to the working electrode. According to a preferred embodiment of the present invention, a material that crosslinks between the working electrode and the nucleic acid probe can be used in order to firmly fix the nucleic acid probe to the working electrode. Preferable examples of such a crosslinking material include silane coupling agents, titanate coupling agents, and conductive polymers such as polythiophene, polyacetylene, polypyrrole, and polyaniline.

本発明の好ましい態様によれば、核酸プロ−ブの固定化を物理吸着という、より簡単な操作で効率よく行うことも可能である。電極表面への核酸プロ−ブの物理吸着は、例えば、以下のように行なうことができる。まず、電極表面を、超音波洗浄器を用いて蒸留水およびアルコ−ルで洗浄する。その後、電極を核酸プロ−ブを含有する緩衝液に挿入して核酸プロ−ブを担体表面に吸着させる。   According to a preferred embodiment of the present invention, the nucleic acid probe can be immobilized efficiently by a simple operation called physical adsorption. The physical adsorption of the nucleic acid probe to the electrode surface can be performed, for example, as follows. First, the electrode surface is cleaned with distilled water and alcohol using an ultrasonic cleaner. Thereafter, the electrode is inserted into a buffer containing the nucleic acid probe to adsorb the nucleic acid probe onto the surface of the carrier.

また、核酸プローブの吸着後、ブロッキング剤を添加することにより、非特異的な吸着を抑制することができる。使用可能なブロッキング剤としては、核酸プローブが吸着していない電子受容層表面のサイトを埋めることができ、かつ電子受容物質に対して化学吸着あるいは物理吸着等により吸着可能な物質であれば限定されないが、好ましくは化学結合を介して吸着可能な官能基を有する物質である。例えば、酸化チタンを電子受容層として用いる場合における好ましいブロッキング剤の例としては、カルボン酸基、リン酸基、スルホン酸基、水酸基、アミノ基、ピリジル基、アミド等の酸化チタンに吸着可能な官能基を有する物質が挙げられる。   Moreover, nonspecific adsorption | suction can be suppressed by adding a blocking agent after adsorption | suction of a nucleic acid probe. The blocking agent that can be used is not limited as long as it can fill a site on the surface of the electron accepting layer on which the nucleic acid probe is not adsorbed and can adsorb the electron accepting material by chemical adsorption or physical adsorption. However, it is preferably a substance having a functional group that can be adsorbed via a chemical bond. For example, preferable examples of the blocking agent in the case of using titanium oxide as an electron-accepting layer include functional groups that can be adsorbed to titanium oxide such as carboxylic acid group, phosphoric acid group, sulfonic acid group, hydroxyl group, amino group, pyridyl group, and amide. Examples thereof include substances having a group.

本発明の好ましい態様によれば、作用電極上にプローブ物質が互いに分離された複数の領域毎に区分されて担持されてなり、光源による光照射が各領域に対して個別に行われるのが好ましい。これにより、複数の試料を一枚の作用電極上で測定することができるので、DNAチップの集積化等が可能となる。本発明のより好ましい態様によれば、作用電極上にプローブ物質が担持された、互いに分離された複数の領域がパターニングされており、光源から照射される光でスキャニングしながら、各領域の試料について被検物質の検出または定量を一度の操作で連続的に行うことが好ましい。   According to a preferred aspect of the present invention, it is preferable that the probe substance is divided and supported on each of the plurality of regions separated from each other on the working electrode, and the light irradiation by the light source is performed individually on each region. . Thereby, since a plurality of samples can be measured on one working electrode, integration of DNA chips and the like are possible. According to a more preferable aspect of the present invention, a plurality of regions separated from each other, on which a probe substance is supported on the working electrode, is patterned, and a sample in each region is scanned while scanning with light emitted from a light source. It is preferable that the detection or quantification of the test substance is continuously performed in one operation.

本発明のより好ましい態様によれば、作用電極上の互いに分離された複数の領域の各領域に複数種類のプローブ物質を担持させることができる。これにより、領域の個数に、各領域毎のプローブ物質の種類数を乗じた数の、多数のサンプルの測定を同時に行うことができる。   According to a more preferred aspect of the present invention, a plurality of types of probe substances can be carried on each of a plurality of regions separated from each other on the working electrode. As a result, a large number of samples can be simultaneously measured by multiplying the number of regions by the number of types of probe substances for each region.

本発明のより好ましい態様によれば、作用電極上の互いに分離された複数の領域の各領域毎に異なるプローブ物質を担持させることができる。これにより、区分された領域の数に相当する種類数のプローブ物質を担持させることができるので、多種類の被検物質の測定を同時に行うことができる。   According to a more preferable aspect of the present invention, a different probe substance can be carried in each of a plurality of regions separated from each other on the working electrode. As a result, the number of types of probe substances corresponding to the number of the divided areas can be carried, so that multiple types of analytes can be measured simultaneously.

対電極
本発明に用いられる対電極は、電解質媒体に接触させた場合に作用電極との間に電流が流れることができるものであれば特に限定されず、ガラス、プラスチック、セラミックス、SUS等の支持体に、金属もしくは導電性の酸化物を蒸着したものが使用可能である。また、対電極としての金属薄膜を5μm以下、好ましくは3nm〜3μmの範囲の膜厚になるように、蒸着やスパッタリングなどの方法により形成して作成することもできる。対電極に使用可能な材料の好ましい例としては、白金、金、パラジウム、ニッケル、カーボン、ポリチオフェン等の導電性ポリマー、酸化物、炭化物、窒化物等の導電性セラミックス等が挙げられ、より好ましくは、白金、カーボンであり、最も好ましくは白金である。これらの材料は電子受容層の形成方法と同様の方法により薄膜形成が可能である。
Counter electrode The counter electrode used in the present invention is not particularly limited as long as a current can flow between it and the working electrode when it is brought into contact with the electrolyte medium. Glass, plastic, ceramics, A substrate made of SUS or the like on which a metal or conductive oxide is deposited can be used. Moreover, the metal thin film as a counter electrode can be formed by a method such as vapor deposition or sputtering so as to have a film thickness of 5 μm or less, preferably 3 nm to 3 μm. Preferable examples of materials that can be used for the counter electrode include conductive polymers such as platinum, gold, palladium, nickel, carbon, and polythiophene, and conductive ceramics such as oxide, carbide, and nitride, and more preferably. Platinum and carbon, and most preferably platinum. These materials can be formed into a thin film by the same method as the electron accepting layer.

本発明を以下の実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
本発明による装置および方法を用いて、p53遺伝子の検出を行った。作用電極側に完全一致プローブを固定化した。それぞれの塩基配列は下記の通りとした。
完全一致プローブ:5'- TGTAGGAGCTGCTGGTGCA -3'(配列番号1)
このプローブとハイブリダイゼーションさせるターゲットDNAをPCR法によって増幅した。PCRによるターゲットDNA増幅に用いたプライマーは下記の通りとした。
Forward Primer:5’-Cy5-GATATTGAACAATGGTTCACTGAAGAC-3’(配列番号2)
The present invention will be described in more detail with reference to the following examples, but the present invention is not limited to these examples.
The p53 gene was detected using the apparatus and method according to the present invention. A perfect match probe was immobilized on the working electrode side. Each base sequence was as follows.
Fully matched probe: 5'-TGTAGGAGCTGCTGGTGCA-3 '(SEQ ID NO: 1)
The target DNA to be hybridized with this probe was amplified by the PCR method. The primers used for target DNA amplification by PCR were as follows.
Forward Primer: 5′-Cy5-GATATTGAACAATGGTTCACTGAAGAC-3 ′ (SEQ ID NO: 2)

Reverse Primer:5’-GCCCCTCAGGGCAACTGAC-3’ (配列番号3)
5’末端側がCy5標識してあるForward Primerを用いて増幅するため、ターゲットDNA1分子あたりCy5色素が1分子標識されている。
Reverse Primer: 5′-GCCCCTCAGGGCAACTGAC-3 ′ (SEQ ID NO: 3)
In order to amplify using a Forward Primer having a Cy5 label on the 5 ′ end side, one molecule of Cy5 dye is labeled per target DNA molecule.

作用電極用のガラス基材として、フッ素をドープした酸化スズ(F-SnO2:FTO)コートガラス(AGCファブリテック株式会社製、U膜、シート抵抗:12Ω/□、形状:75mm×26mm)を用意した。このガラス基材をアセトン中で15分間、続いて超純水中で15分間超音波洗浄を施して、汚れおよび残存有機物の除去を行った。このガラス基材を0.5Mの水酸化ナトリウム水溶液中で15分間振盪させた。その後、水酸化ナトリウムの除去のために超純水中での5分間の振盪洗浄を水を入れ替えて3回行った。ガラス基材を取り出して空気を吹き付けて残水を飛散させた後、ガラス基材を無水メタノールに浸漬させて脱水した。    Fluorine-doped tin oxide (F-SnO2: FTO) coated glass (manufactured by AGC Fabrytec Co., Ltd., U film, sheet resistance: 12Ω / □, shape: 75 mm x 26 mm) is prepared as a glass substrate for the working electrode did. This glass substrate was subjected to ultrasonic cleaning in acetone for 15 minutes and then in ultrapure water for 15 minutes to remove dirt and residual organic matter. The glass substrate was shaken in a 0.5 M aqueous sodium hydroxide solution for 15 minutes. Then, for removal of sodium hydroxide, shaking washing for 5 minutes in ultrapure water was performed three times with the water changed. After the glass substrate was taken out and air was blown to scatter the remaining water, the glass substrate was immersed in anhydrous methanol for dehydration.

95%メタノール5%超純水を溶媒として、3-アミノプロピルトリメトキシシラン(APTMS)を0.2vol%となるように加え、室温下で5分間の攪拌を行って、カップリング処理用の溶液を調製した。このカップリング処理用溶液に上記ガラス基材を浸漬させ、ゆっくりと15分間振盪させた。次いで、ガラス基材を取り出し、メタノール中での3分間の振盪をメタノールを入れ替えて3回行い、余剰なカップリング処理用溶液を除く操作を行った。その後、ガラス基材を110℃で30分間保持してカップリング剤をガラス基材に結合させた。ガラス基材を室温下で冷却した後、10μMに調製し、95℃で10分間保持した後、直ちに氷上に移して10分間保持してDNAを変性させた完全一致鎖のプローブDNA(19mer)を、マイクロアレイヤー(フィルジェン株式会社製LT-BA、スポットピン径=1.5mm)にて、3スポットずつスポットの中心間隔が5mmとなるようスポットした。その後、95℃で3分保持して溶媒を蒸発させ、UVクロスリンカー(UVP社CL−1000型)で120mJの紫外光を照射して、プローブDNAをガラス基材に固定化した。それから、0.2%SDS溶液中で5分間振盪洗浄を3回繰り返し、さらに超純水で5分間振盪洗浄を3回繰り返した。このガラス基材を沸騰水に2分間浸漬させて取り出した後、空気を吹き付けて残水を飛散させた。続いて、ガラス基材を4℃の無水エタノールに1分間浸漬させて脱水し、空気を吹き付けて残留エタノールを飛散させた。こうして、プローブDNA固定化作用電極を得た。  Using 95% methanol 5% ultrapure water as a solvent, add 3-aminopropyltrimethoxysilane (APTMS) to 0.2 vol%, and stir at room temperature for 5 minutes to obtain a solution for coupling treatment Was prepared. The glass substrate was dipped in this coupling treatment solution and slowly shaken for 15 minutes. Subsequently, the glass substrate was taken out and shaken in methanol for 3 minutes was performed three times by replacing methanol, and an operation for removing excess coupling treatment solution was performed. Thereafter, the glass substrate was held at 110 ° C. for 30 minutes to bond the coupling agent to the glass substrate. After cooling the glass substrate at room temperature, it was adjusted to 10 μM, held at 95 ° C. for 10 minutes, then immediately transferred to ice and held for 10 minutes to completely denature the probe DNA (19mer). Then, each spot was spotted with a microarrayer (LT-BA manufactured by Philgen Co., Ltd., spot pin diameter = 1.5 mm) so that the center distance between spots was 5 mm. Thereafter, the mixture was kept at 95 ° C. for 3 minutes to evaporate the solvent, and irradiated with 120 mJ ultraviolet light with a UV crosslinker (UVP CL-1000 type) to immobilize the probe DNA on the glass substrate. Then, shaking washing for 5 minutes in a 0.2% SDS solution was repeated 3 times, and shaking washing for 5 minutes in ultrapure water was further repeated 3 times. The glass substrate was immersed in boiling water for 2 minutes and taken out, and then air was blown to scatter the remaining water. Subsequently, the glass substrate was immersed in absolute ethanol at 4 ° C. for 1 minute for dehydration, and air was blown to disperse residual ethanol. In this way, a probe DNA fixed working electrode was obtained.

このプローブDNA固定化電極を作用電極として、図1に示す装置に図6(a)に示す作用電極ケースに収納して設置し、センサセル1を構成した。スペーサー330として内部に開口部を有する膜厚0.5mmのシリコンシートを設置した。このスペーサーは作用電極と対電極との接触による短絡を防ぐための機能も備えている。そして、センサセルからの流体排出口付近ではセンサセル1内での空気と溶液との置換が行われやすいようプローブが固定化されている部分より下流側は流路が狭くなった構造となっている。なお、対電極には、白金電極としてステンレス(SUS316)表面に白金薄膜をスパッタリングにより形成したものを使用した。また、押さえ部材310には、検出スポット323への光照射用の開口部311が設けられている。このスペーサーを介して対電極と作用電極となるプローブ固定化電極が対向して配置され、対極とスペーサーと作用電極からなるセンサセルとが構成されている。そして、このセンサセルはスペーサー開口部と両電極によって形成される流路を有するフローセル構造となっている。また、この流路に接続する対極に設けた流体供給口と流体排出口とが形成されている。流体供給口は、センサセル1内へと流体を供給するためのポンプに接続された配管チューブが接続され、流体排出口にはセンサセル1内へと供給された流体を排出するための配管チューブが接続されている。   The probe DNA-immobilized electrode was used as a working electrode and housed and installed in the working electrode case shown in FIG. 6A in the apparatus shown in FIG. A silicon sheet having a thickness of 0.5 mm having an opening inside was installed as the spacer 330. This spacer also has a function for preventing a short circuit due to contact between the working electrode and the counter electrode. In the vicinity of the fluid discharge port from the sensor cell, the flow path is narrower on the downstream side than the portion where the probe is fixed so that the air and the solution in the sensor cell 1 can be easily replaced. The counter electrode used was a platinum electrode formed by sputtering a platinum thin film on a stainless steel (SUS316) surface. Further, the pressing member 310 is provided with an opening 311 for irradiating the detection spot 323 with light. A probe-immobilized electrode serving as a counter electrode and a working electrode is arranged to face each other via the spacer, and a counter electrode, a sensor cell composed of the spacer and the working electrode are configured. The sensor cell has a flow cell structure having a channel formed by a spacer opening and both electrodes. In addition, a fluid supply port and a fluid discharge port provided in the counter electrode connected to the flow path are formed. A piping tube connected to a pump for supplying fluid into the sensor cell 1 is connected to the fluid supply port, and a piping tube for discharging the fluid supplied to the sensor cell 1 is connected to the fluid discharge port. Has been.

次に、Cy5標識されたターゲットDNA溶液50μLと、2mM EDTAを含む0.2M NaOHのアルカリ変性溶液50μLとを混合して室温で5分間保持し、二本鎖DNAをアルカリ変性によって一本鎖DNAにする。この溶液に、ハイブリダイゼーション設定温度で温度調整されたハイブリダイゼーション希釈液である5×SSC/0.1%SDS溶液350μLと、アルカリ溶液を中和させるための0.2M HCl中和液50μLを添加して混合する。この混合後の溶液450μLをセンサセル1内へと送液して10分間、35℃でセンサセル1内温度を保持して、作用電極上に固定化したプローブDNAとハイブリダイゼーションを行わせる。このとき、センサセル1内にハイブリダイゼーション溶液を送液する前には、温度調整部材であるセラミックヒーター、温調器、測温抵抗体を用いてセンサセル1内をハイブリダイゼーション設定温度で保持しておく。10分間経過後、ハイブリダイゼーション溶液をポンプ を用いて、空気を供給してセンサセル1内の溶液を完全に排出する。次に、ハイブリダイゼーションを行わなかった余剰のターゲットDNA等を洗浄するために、0.5×SSC/0.01%SDS溶液をセル容量の6倍量センサセル1内へ送液する。その後、電解質含有溶液をセンサセル1内へと送液する。電解質含有溶液には、0.4Mのテトラプロピルアンモニウムヨージド(NPr4I)水溶液を使用した。センサセル1内部は検出温度に温度制御し、電解質含有溶液を送液してセンサセル1内を満たして光電流を検出した。   Next, 50 μL of Cy5-labeled target DNA solution and 50 μL of 0.2 M NaOH alkaline denaturing solution containing 2 mM EDTA are mixed and held at room temperature for 5 minutes, and the double-stranded DNA is converted to single-stranded DNA by alkaline denaturation. To. To this solution, 350 μL of 5 × SSC / 0.1% SDS solution, which is a temperature-adjusted hybridization solution at the hybridization set temperature, and 50 μL of 0.2 M HCl neutralizing solution for neutralizing the alkaline solution are added. And mix. 450 μL of the mixed solution is fed into the sensor cell 1, and the temperature in the sensor cell 1 is maintained at 35 ° C. for 10 minutes to allow hybridization with the probe DNA immobilized on the working electrode. At this time, before sending the hybridization solution into the sensor cell 1, the temperature inside the sensor cell 1 is kept at the hybridization set temperature by using a ceramic heater, a temperature controller, or a resistance temperature detector as temperature adjusting members. . After 10 minutes, air is supplied to the hybridization solution using a pump to completely discharge the solution in the sensor cell 1. Next, a 0.5 × SSC / 0.01% SDS solution is fed into the sensor cell 1 in an amount 6 times the cell volume in order to wash away the excess target DNA and the like that have not undergone hybridization. Thereafter, the electrolyte-containing solution is fed into the sensor cell 1. As the electrolyte-containing solution, a 0.4 M tetrapropylammonium iodide (NPr4I) aqueous solution was used. The inside of the sensor cell 1 was temperature-controlled to a detection temperature, and an electrolyte-containing solution was fed to fill the sensor cell 1 to detect a photocurrent.

光電流検出はセンサセル1の押さえ部材に並行して設けられた1軸ステージに取り付けた光源(波長:658nm、光径:約0.2mm、出力40mW)を移動させながら作用電極上のプローブDNA固定化スポットに順次5秒ずつ照射し、また、押さえ部材の開口部間で観察される電流値(すなわち、光が遮られて作用電極に照射されない状態での電流値)をベース電流値とし、各スポット由来の光電流値とその直前のベース電流値との差分を観察値として、各スポットの光電流値として記録した。   Photocurrent detection is performed by immobilizing probe DNA on the working electrode while moving a light source (wavelength: 658 nm, light diameter: about 0.2 mm, output 40 mW) attached to a single-axis stage provided in parallel with the holding member of the sensor cell 1 Irradiate the control spot sequentially for 5 seconds each, and the current value observed between the openings of the pressing member (that is, the current value in the state where the light is blocked and not applied to the working electrode) is set as the base current value. The difference between the spot-derived photocurrent value and the immediately preceding base current value was recorded as the observed value as the photocurrent value of each spot.

各スポット由来の光電流値とその直前のベース電流値との差分を各プローブDNAについてまとめた結果(N=3)を表1に示す。なお、各スポット由来の光電流値及びベース電流値は、各中心部の点5点の平均をそれぞれ値として算出している。得られた表1の電流値より、精度よい検出が確認された。   Table 1 shows the results (N = 3) of the differences between the photocurrent values derived from each spot and the base current value just before that for each probe DNA. Note that the photocurrent value and the base current value derived from each spot are calculated using the average of five points at each center as values. From the obtained current values in Table 1, accurate detection was confirmed.

Figure 2012098252
Figure 2012098252

Claims (7)

被検物質と結合可能なプローブ物質が複数のスポットに坦持された作用電極を取り付け、増感色素の光励起により生じる光電流を用いた被検物質の特異的検出に用いられる測定装置であって、
前記スポットへ光を照射する複数の光源と、
前記増感色素の光励起により生じる光電流を測定する電流計と、を備え、
前記光源は前記スポットに対応する中心線の延長線上に、少なくとも各列または各行の個数設けられており、
前記光源を前記中心線の延長線方向へ移動させる光源移動機構を備えていることを特徴とする測定装置測定装置。
A measuring device used for specific detection of a test substance using a photocurrent generated by photoexcitation of a sensitizing dye by attaching a working electrode in which a probe substance capable of binding to the test substance is carried in a plurality of spots. ,
A plurality of light sources for irradiating the spot with light;
An ammeter for measuring a photocurrent generated by photoexcitation of the sensitizing dye,
The light source is provided on at least the number of columns or rows on an extension of the center line corresponding to the spot,
A measuring apparatus measuring apparatus comprising a light source moving mechanism for moving the light source in an extension line direction of the center line.
前記光源は前記光源移動機構によって、前記光源からの光が前記スポットへ照射されない位置へ移動可能な請求項1に記載の測定装置 The measurement apparatus according to claim 1, wherein the light source is movable to a position where light from the light source is not irradiated to the spot by the light source moving mechanism. 前記光源は、ピグテールレーザーである、請求項1または2記載の測定装置 The measuring apparatus according to claim 1, wherein the light source is a pigtail laser. 前記作用電極の前記スポットが形成された面とは反対側に、スペーサーを介して設けた前記対電極とから形成されるセンサセルを互いに密着させるための押さえる押さえ部材を設け、該押さえ部材が、光励起のための光を通すための開口部または透光部を複数個備えてなる請求項1〜3のいずれか一項に記載の測定装置。 On the opposite side of the surface on which the spot is formed of the working electrode, a pressing member is provided for pressing the sensor cells formed from the counter electrode provided via a spacer, and the pressing member is optically excited. The measuring device according to any one of claims 1 to 3, comprising a plurality of openings or light-transmitting portions for allowing light to pass through. 前記押さえ部材が、前記開口部および前記透光部を除いて遮光性を有する、請求項4に記載の測定装置。 The measuring device according to claim 4, wherein the pressing member has a light shielding property except for the opening and the light transmitting portion. 請求項1〜5の何れか一項に記載の測定装置を用いて、増感色素の光励起により生じる光電流を用いた被検物質の特異的検出を行う測定方法であって、
前記光源のうち第一の光源を点灯し、前記中心線の延長線上を第一の方向へ移動しながら対応する位置の前記スポットへ光を照射する第一の光照射工程と、
前記光源のうち第二の光源を点灯し、前記中心線の延長線上を第ニの方向へ移動しながら対応する位置の前記スポットへ光を照射する第二の光照射工程と、
を少なくとも含む測定方法。
A measurement method for performing specific detection of a test substance using a photocurrent generated by photoexcitation of a sensitizing dye using the measurement apparatus according to any one of claims 1 to 5,
A first light irradiation step of turning on the first light source among the light sources and irradiating light to the spot at the corresponding position while moving in the first direction on an extension of the center line,
A second light irradiation step of illuminating the spot at the corresponding position while turning on the second light source among the light sources and moving in the second direction on the extension of the center line;
A measurement method including at least.
前記第一の光照射工程において、前記スポットへ光が照射されない位置で前記光源を点灯させることを特徴とする請求項6に記載の測定方法 The measurement method according to claim 6, wherein, in the first light irradiation step, the light source is turned on at a position where the light is not irradiated to the spot.
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