JP2013072665A - Working electrode used in test agent detection using photoelectric current, and measuring apparatus and measuring method using the same - Google Patents

Working electrode used in test agent detection using photoelectric current, and measuring apparatus and measuring method using the same Download PDF

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Makoto Totsugi
允 戸次
Muneyuki Urata
宗幸 浦田
Ariyoshi Ogami
有美 大神
Junya Narita
純也 成田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a detection method capable of easily checking whether a plurality of detection spots formed on a working electrode and light radiated from a light irradiation mechanism provided in a detector are accurately aligned, and accurately detecting a current value generated at each detection spot as a result, in a peculiar detection method of a test agent using a photoelectric current.SOLUTION: In the method, a dye mark spot carrying sensitizing dye is provided in addition to a spot carrying a probe substance on the working electrode, and a failure of a device is reported when a current value when the dye mark spot is irradiated with light is out of a prescribed range. Especially, by turning the plurality of dye mark spots to two points at relatively most separated positions among the spots provided on the working electrode, whether or not a working electrode 11 is appropriately attached is easily recognized.

Description

本発明は、光電流を用いて、核酸、外因性内分泌攪乱物質、抗原等の特異的結合性を有する被検物質を特異的に検出する方法において、測定条件が適切であるかを容易に知ることができる方法およびそれに用いられるセンサユニット及び測定装置に関する。   The present invention easily knows whether measurement conditions are appropriate in a method for specifically detecting a test substance having specific binding properties such as a nucleic acid, an exogenous endocrine disruptor, and an antigen using photocurrent. And a sensor unit and a measuring device used therefor.

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、また、二本鎖DNAの一本鎖化、ハイブリダイゼーション、洗浄、蛍光検出をそれぞれ別装置で行なわなければならず、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, the detection device including a light receiver necessary for fluorescence detection is large and expensive, and double-stranded DNA must be single-stranded, hybridized, washed, and fluorescence detected separately. DNA cannot be easily detected.

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3)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。   Incidentally, a solar cell that generates electric energy from light using a sensitizing dye is known (see, for example, JP-A-1-220380 (Patent Document 3)). 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))。   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)).

さらに、本発明者らの一部は、先に、光電流を用いて、核酸、外因性内分泌攪乱物質、抗原等の特異的結合性を有する被検物質を特異的に検出する方法を提案している。例えば、WO2007/037341号公報(特許文献4)、特開2006−119111号公報(特許文献5)、特開2006−119128号公報(特許文献6)、特開2007−085941号公報(特許文献7)、特開2008−020205号公報(特許文献8)、特開2008−157915号公報(特許文献9)、特開2008−157916号公報(特許文献10)、特開2008−192770号公報(特許文献11)、特開2008−202995号公報(特許文献12)、特開2009−186453号公報(特許文献13)、特開2009−186454号公報(特許文献14)、特開2009−186462号公報(特許文献15)、特開2010−038813号公報(特許文献16)、さらに、特願2010−232919号(特許文献17)、特願2011−504882号(特許文献18)を提案している。   Furthermore, some of the present inventors have previously proposed a method for specifically detecting a test substance having specific binding properties such as a nucleic acid, an exogenous endocrine disrupting substance, and an antigen using photocurrent. ing. For example, WO2007 / 037341 (Patent Document 4), JP-A-2006-119111 (Patent Document 5), JP-A-2006-119128 (Patent Document 6), JP-A-2007-085941 (Patent Document 7). ), JP-A-2008-020205 (Patent Document 8), JP-A-2008-157915 (Patent Document 9), JP-A-2008-157916 (Patent Document 10), JP-A-2008-192770 (Patent Document). Document 11), JP 2008-202995 A (Patent Document 12), JP 2009-186453 A (Patent Document 13), JP 2009-186454 A (Patent Document 14), and JP 2009-186462 A. (Patent Document 15), Japanese Patent Application Laid-Open No. 2010-038813 (Patent Document 16), and Japanese Patent Application No. 2010. No. 232919 (Patent Document 17) proposes Japanese Patent Application No. 2011-504882 (the patent document 18).

これらの本発明者らの提案した方法において、光照射は、作用電極上に形成された被検物質と特異的に結合できる物質を担持した複数の検出スポットに順次照射していくことから、効率のよい検出が可能となる。他方、一度の操作で複数のスポットにおける検出を行う方法であることから、その測定条件が適切でないと、操作のやり直しが必要になる。   In these methods proposed by the present inventors, light irradiation is performed sequentially on a plurality of detection spots carrying a substance that can specifically bind to the test substance formed on the working electrode. Detection is possible. On the other hand, since it is a method of performing detection at a plurality of spots in a single operation, if the measurement conditions are not appropriate, the operation must be repeated.

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1−220380号公報Japanese Patent Laid-Open No. 1-220380 WO2007/037341号公報WO2007 / 037341 特開2006−119111号公報JP 2006-119111 A 特開2006−119128号公報JP 2006-119128 A 特開2007−085941号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2007-059441 特開2008−020205号公報JP 2008-020205 A 特開2008−157915号公報JP 2008-157915 A 特開2008−157916号公報JP 2008-157916 A 特開2008−192770号公報JP 2008-192770 A 特開2008−202995号公報JP 2008-202995 A 特開2009−186453号公報JP 2009-186453 A 特開2009−186454号公報JP 2009-186454 A 特開2009−186462号公報JP 2009-186462 A 特開2010−038813号公報JP 2010-038813 A 特願2010−232919号Japanese Patent Application No. 2010-232919 特願2011−504882号Japanese Patent Application No. 2011-504882

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、作用電極上に形成された複数の検出スポットと、検出装置に設けられた光照射機構より照射される光とが正確に位置合わせされているかを容易に確認できる手法を見出した。
従って、本発明は、光電流を用いた被検物質の特異的検出方法において、作用電極上に形成された複数の検出スポットと、検出装置に設けられた光照射機構より照射される光とが正確に位置合わせされているかを容易に確認でき、その結果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ことのできる検出方法の提供をその目的としている。
The inventors of the present invention can now easily check whether the plurality of detection spots formed on the working electrode and the light emitted from the light irradiation mechanism provided in the detection device are accurately aligned. I found.
Therefore, according to the present invention, in a specific detection method of a test substance using photocurrent, a plurality of detection spots formed on the working electrode and light irradiated from a light irradiation mechanism provided in the detection device are provided. An object of the present invention is to provide a detection method capable of easily confirming whether or not the alignment is accurately performed and, as a result, accurately detecting a current value generated at each detection spot.

そして、本発明による被検物質の特異的検出方法は、
増感色素が結合した被検物質がプローブ物質を介して固定された作用電極を、対電極と共に電解質媒体に接触させ、前記作用電極に光を照射して前記増感色素を光励起させ、光励起された増感色素から作用電極への電子移動に起因して作用電極と対電極との間に流れる光電流を検出することを含んでなる被検物質の特異的検出方法であって、
前記作用電極が、前記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前記プローブ物質が担持されてなり、
前記作用電極上に、前記プローブ物質を担持したスポットに加えて、前記増感色素を担持した色素標識スポットを備え、
前記作用電極を前記被検物質と接触させることを少なくとも含んでなる、前記増感色素が結合した被検物質がプローブ物質を介して固定された作用電極を得る反応工程と、
前記電解質媒体を供給して、光を照射し、光電流を測定する測定工程と、
測定の結果を表示する結果報知工程とを有し、
前記結果報知工程において、色素標識スポットに光を照射した場合の電流値が所定範囲外の場合装置の不具合を報知することを特徴とするものである。
And the specific detection method of the test substance by this invention is the following.
A test electrode to which a test substance to which a sensitizing dye is bound is immobilized via a probe substance is brought into contact with an electrolyte medium together with a counter electrode, and the working electrode is irradiated with light to photoexcite the sensitizing dye, and is photoexcited. Detecting a photocurrent flowing between the working electrode and the counter electrode due to electron transfer from the sensitizing dye to the working electrode, comprising:
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 the probe material is supported on the surface of the electron accepting layer. ,
In addition to the spot carrying the probe substance on the working electrode, a dye labeling spot carrying the sensitizing dye is provided,
A reaction step of obtaining a working electrode in which the test substance bound with the sensitizing dye is immobilized via a probe substance, comprising at least contacting the working electrode with the test substance;
A measurement step of supplying the electrolyte medium, irradiating light, and measuring a photocurrent;
A result notification step for displaying the result of the measurement,
In the result informing step, a malfunction of the apparatus is informed when the current value when the dye-labeled spot is irradiated with light is outside a predetermined range.

本発明による検出方法を実施するための装置の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the apparatus for implementing the detection method by this invention. 本発明による検出方法を実施するためのセンサセル構成を示す図である。It is a figure which shows the sensor cell structure for enforcing the detection method by this invention. センサセルの電極部の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the electrode part of a sensor cell. 本発明による検出方法に用いられる複数の検出スポットが設けられた作用電極を示す図である。It is a figure which shows the working electrode provided with the several detection spot used for the detection method by this invention. 本発明による検出方法に用いられる、増感色素を担持した色素標識スポット30−1および30−2が設けられた作用電極を示す図である。It is a figure which shows the working electrode provided with the pigment | dye label | marker spots 30-1 and 30-2 which carry | supported the sensitizing dye used for the detection method by this invention. 図6(A)は、作用電極11上に設けられた複数のスポットと、押さえ部材20に設けられた複数の開口部19との位置が一致している状態を示す図であり、図6(B)は、作用電極11上に設けられた複数のスポットと、押さえ部材20に設けられた複数の開口部19との位置がずれて取り付けられた状態を示す図である。FIG. 6A is a diagram showing a state in which the positions of the plurality of spots provided on the working electrode 11 and the plurality of openings 19 provided in the pressing member 20 coincide with each other. B) is a diagram showing a state in which the positions of the plurality of spots provided on the working electrode 11 and the plurality of openings 19 provided in the pressing member 20 are shifted from each other. 実施例1において得られた、コントロールプローブDNA固定化スポットにおけるターゲットDNA濃度別の検出電流値を表したグラフである。2 is a graph showing detected current values for each target DNA concentration in a control probe DNA-immobilized spot obtained in Example 1. FIG. 実施例2において得られた、検出部位を含むプローブDNA固定化スポットにおけるターゲットDNAの各濃度における検出電流値およびそれから標準偏差×3を差し引いた値を基に作成した検出したターゲットDNAが完全一致か一塩基違いかを見極める境界を表すグラフである。Whether the detected target DNA prepared based on the detection current value at each concentration of the target DNA in the probe DNA-immobilized spot including the detection site and the value obtained by subtracting the standard deviation × 3 obtained in Example 2 is a perfect match It is a graph showing the boundary which determines whether it is a single base difference. 実施例3において得られた、75nMに調整した完全一致ターゲットDNAと一塩基違いターゲットDNAを用いた際の電流値(それぞれ図中コントロールの110.2nAおよび108nA)と、この電流値から図7および図8に示したグラフより求めた、完全一致プローブDNA固定化スポットにおける算出電流値(図中の検出部位の130.2nA)と、境界ライン値(図中の検出部位の62.8nA)が示されている。実際の測定値と、境界ライン値を対比することで、完全一致ターゲットDNA、一塩基違いターゲットDNAいずれにおいても見極めができた。The current values obtained in Example 3 using the completely matched target DNA adjusted to 75 nM and the target DNA with one base difference (110.2 nA and 108 nA of the control in the figure, respectively), and from these current values, FIG. The calculated current value (130.2 nA of the detection site in the figure) and the boundary line value (62.8 nA of the detection site in the figure) obtained from the graph shown in FIG. Has been. By comparing the actual measured values with the boundary line values, it was possible to determine whether the target DNA was a perfect match target DNA or a single base difference target DNA.

光電流を用いた被検物質の特異的検出
本発明の方法にあっては、まず、被検物質を含む試料液と、作用電極と、対電極とを用意する。本発明に用いる作用電極は、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表面に備えた電極である。すなわち、プローブ物質は、被検物質と直接的に特異的に結合する物質のみならず、被検物質を受容体蛋白質分子等の媒介物質に特異的に結合させて得られる結合体と特異的に結合可能な物質であってよい。次いで、増感色素の共存下、試料液を作用電極に接触させて、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、この結合により増感色素を作用電極に固定させる。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、被検物質あるいは媒介物質に予め標識させておくか、あるいは被検物質およびプローブ物質の結合体にインターカレーション可能な増感色素を用いる場合には試料液に単に添加すればよい。
Specific Detection of Test Substance Using Photocurrent In the method of the present invention, first, a sample solution containing a test substance, a working electrode, and a counter electrode are prepared. The working electrode used in the present invention is an electrode provided on the surface with a probe substance capable of specifically binding directly or indirectly to a test substance. That is, the probe substance is not only a substance that binds directly and specifically to the test substance, but also a conjugate obtained by specifically binding the test substance to a mediator such as a receptor protein molecule. It may be a bindable substance. Next, in the presence of the sensitizing dye, the sample solution is brought into contact with the working electrode to specifically bind the test substance directly or indirectly to the probe substance, and the sensitizing dye is fixed to the working electrode by this binding. Sensitizing dyes are substances that can emit electrons to the working electrode in response to photoexcitation, and can be pre-labeled to the test substance or mediator, or intercalated to the conjugate of the test substance and the probe substance. When a sensitizing dye is used, it may be simply added to the sample solution.

そして、作用電極と対電極とを電解質媒体に接触させた後、作用電極に光を照射して増感色素を光励起させると、光励起された増感色素から、作用電極表面に存在させた電子受容物質へ電子移動が起こる。この電子移動に起因して作用電極と対電極との間に流れる光電流を検出することにより、被検物質を高い感度で検出することができる。また、この検出電流は試料液中の被検試料濃度との高い相関関係を有しているので、測定された電流量または電気量に基づき被検試料の定量測定を行うことができる。   Then, after bringing the working electrode and the counter electrode into contact with the electrolyte medium, when the sensitizing dye is photoexcited by irradiating the working electrode with light, the electron acceptor present on the surface of the working electrode is photoexcited from the photoexcited sensitizing dye. Electron transfer to the material occurs. By detecting the photocurrent flowing between the working electrode and the counter electrode due to this electron movement, the test substance can be detected with high sensitivity. Further, since the detected current has a high correlation with the test sample concentration in the sample solution, the test sample can be quantitatively measured based on the measured current amount or electric quantity.

本発明は、基本的にこれらの装置および方法に適用して、適切な測定が行われることを確認できる。具体的には、本発明は、WO2007/037341号公報、特開2006−119111号公報、特開2006−119128号公報、特開2007−085941号公報、特開2008−020205号公報、特開2008−157915号公報、特開2008−157916号公報、特開2008−192770号公報、特開2008−202995号公報、特開2009−186453号公報、特開2009−186454号公報、特開2009−186462号公報、特開2010−038813号公報、さらに、特願2010−232919号、特願2011−504882号に記載の方法および装置に適用することができる。   The present invention can be basically applied to these apparatuses and methods to confirm that appropriate measurements are performed. Specifically, the present invention relates to WO2007 / 037341, JP2006-119111, JP2006-119128, JP2007-085941, JP2008-020205, and JP2008. JP-A Nos. 157915, 2008-157916, 2008-192770, 2008-202995, 2009-186453, 2009-186454, 2009-186462. It is applicable to the method and apparatus described in Japanese Patent Application No. 2010-038813, Japanese Patent Application No. 2010-232919, and Japanese Patent Application No. 2011-504882.

測定装置
上記基本原理に基づいた本発明による装置および検出方法の基本的な特徴を、図面を用いて説明する。図1に示す、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10は、基本構成として、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およびそれらの間におかれたスイッチングバルブ3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へと光を照射するための光源レーザーヘッド4と、XY自動ステージ5、センサセル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とを備えてなり、測定装置10からの信号を処理するパソコン7と接続されている。
Measuring Device The basic features of the device and detection method according to the present invention based on the above basic principle will be described with reference to the drawings. As shown in FIG. 1, a measurement apparatus 10 that uses a photocurrent generated by photoexcitation of a dye for specific detection of a test substance has a sensor cell 1 and a fluid supply means 2 for supplying fluid to the sensor cell 1 as a basic configuration. And a switching valve 3 placed between them, and a light source laser head 4 for irradiating light to a spot carrying a probe substance provided on the electron accepting layer of the working electrode provided in the sensor cell 1; , An XY automatic stage 5, and a temperature adjustment control unit 6 for controlling a temperature adjustment function at the time of reaction and detection provided in the sensor cell, and is connected to a personal computer 7 that processes a signal from the measuring apparatus 10.

図2はセンサセル1の構造を示す図であり、作用電極11を、対電極12と、それらに通電を可能にする作用電極導通部13および対電極導電部14とを有し、対電極12には電解液が送入され、そして排出される送入口15および排出口16が設けられてなる。作用電極11と対電極12とは作用電極用ヒーター17とともに押え部材20により固定される。作用電極11に対して、図2中のA方向から光が照射され、この光は、作用電極11上の複数スポットの位置にそれぞれ対応した場所に複数の開口部19有する押さえ部材20を通過して、作用電極11に至る。増感色素を光励起させると、光励起された増感色素から電子受容物質(図示せず)へ電子移動が起こる。この電子移動に起因して作用電極と対電極との間に流れる光電流を検出することにより、被検物質を高い感度で検出することができる。   FIG. 2 is a diagram showing the structure of the sensor cell 1. The working electrode 11 includes a counter electrode 12, a working electrode conducting portion 13 and a counter electrode conducting portion 14 that enable energization of the counter electrode 12. Is provided with an inlet port 15 and an outlet port 16 through which an electrolyte is supplied and discharged. The working electrode 11 and the counter electrode 12 are fixed together with a working electrode heater 17 by a pressing member 20. The working electrode 11 is irradiated with light from the direction A in FIG. 2, and this light passes through a pressing member 20 having a plurality of openings 19 at locations corresponding to the positions of a plurality of spots on the working electrode 11. To the working electrode 11. When the sensitizing dye is photoexcited, electron transfer occurs from the photoexcited sensitizing dye to an electron accepting substance (not shown). By detecting the photocurrent flowing between the working electrode and the counter electrode due to this electron movement, the test substance can be detected with high sensitivity.

図3は、作用電極11と対電極12との構造をさらに説明するための図である。作用電極11と対電極12との間には、両者を所定の距離に置くOリング21が、対電極凹部22に嵌め込まれながら置かれる。送入口15及び排出口16は、センサセル内での空気と溶液との置換が行われやすいよう、Oリング内の両端に設けている。   FIG. 3 is a diagram for further explaining the structure of the working electrode 11 and the counter electrode 12. Between the working electrode 11 and the counter electrode 12, an O-ring 21 that puts them at a predetermined distance is placed while being fitted in the counter electrode recess 22. The inlet port 15 and the outlet port 16 are provided at both ends in the O-ring so that air and solution can be easily replaced in the sensor cell.

さらに、本発明にあっては、作用電極11の対電極12と向かい合う面上に、図4に示される通り、複数の検出スポット30が設けられてなる(図中、上下2列以外はその存在を省略して記載している)。このスポットの少なくとも一つには、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が担持される。さらに本発明においては、以下に説明する他のスポットを設けてなることを特徴とする。   Furthermore, in the present invention, a plurality of detection spots 30 are provided on the surface of the working electrode 11 facing the counter electrode 12 as shown in FIG. Is omitted). At least one of the spots carries a probe substance capable of specifically binding directly or indirectly to the test substance. Furthermore, the present invention is characterized in that other spots described below are provided.

色素標識スポット
本発明にあっては、作用電極は、プローブ物質を担持したスポットに加えて、前記増感色素を担持した色素標識スポットを備えてなる。この色素標識スポットに、光をあてこのスポットにある増感色素から電子移動が起こり作用電極と対電極との間に光電流が流れる。このスポットに担持される増感色素をあらかじめ定められた量としておき、その際の光電流量を事前に取得しておく。同様に作成された別の作用電極について、光電流量を測定し、事前に取得した電流値と比較することで、その測定条件が所定のものであるかを知ることができる。具体的には、次のことを知ることができる。すなわち、(1)電解液に関する不備を知ることができる。例えばセル内に電解液が充填されていないと電流は流れず、また電解液が質的に異なっている(品質が悪い)場合には、所定の電流値が得られない。(2)測定条件の不備を知ることができる。例えば光源の強度の相違(劣化による変化)、光源移動機構の不備、電流値取得の不良(リード線の断線、導通部の不具合)の場合には、所定の電流値が得られない。(3)作用電極の不備を知ることができる。例えば、作用電極が規格どおりに作成されていない、劣化している場合には、所定の電流値が得られない。
Dye-labeled spot In the present invention, the working electrode is provided with a dye-labeled spot carrying the sensitizing dye in addition to the spot carrying the probe substance. When light is applied to the dye-labeled spot, electron transfer occurs from the sensitizing dye in the spot, and a photocurrent flows between the working electrode and the counter electrode. The sensitizing dye supported on the spot is set in a predetermined amount, and the photoelectric flow rate at that time is obtained in advance. By measuring the photoelectric flow rate of another working electrode similarly produced and comparing it with a current value acquired in advance, it is possible to know whether the measurement conditions are predetermined. Specifically, the following can be known. That is, (1) deficiencies related to the electrolytic solution can be known. For example, if the cell is not filled with an electrolyte, no current flows, and if the electrolyte is qualitatively different (quality is poor), a predetermined current value cannot be obtained. (2) It is possible to know inadequate measurement conditions. For example, in the case of a difference in light source intensity (change due to deterioration), a defect in a light source moving mechanism, or a failure in obtaining a current value (lead wire disconnection, conduction part failure), a predetermined current value cannot be obtained. (3) The deficiency of the working electrode can be known. For example, a predetermined current value cannot be obtained when the working electrode is not prepared according to the standard or is deteriorated.

本発明による方法においては、結果報知工程として、色素標識スポットの電流値を、事前に取得した電流値と比較し、その測定条件が所定のものであるかを提示する。事前に取得した電流値との比較は、事前に取得した電流値に対し一定の幅を持った所定範囲を規定し、その範囲外の場合装置の不具合として報知するよう構成する。所定の範囲は、好ましくは、得られた電流値の標準偏差を求め、例えばその3倍(3σ)の範囲を外れる値を不具合として報知するよう構成されてよい。   In the method according to the present invention, as a result notification step, the current value of the dye-labeled spot is compared with the current value obtained in advance, and whether the measurement conditions are predetermined is presented. The comparison with the current value acquired in advance is configured to define a predetermined range having a certain width with respect to the current value acquired in advance, and to notify the device as a malfunction when the current value is out of the range. Preferably, the predetermined range may be configured to obtain a standard deviation of the obtained current value, and to report, for example, a value out of the three times (3σ) range as a failure.

本発明の好ましい態様によれば、前記作用電極が、複数の色素標識スポットを備えてなる。より好ましくは、前記複数の色素標識スポットが、前記作用電極上に設けられたスポットのうち相対的に最も離れた位置の二点とされる。この態様による作用電極を、図を用いて説明する。図5は複数のスポットが設けられた作用電極11であり、設けられたスポットのうち相対的に最も離れた位置の二点である30−1および30−2のスポットが色素標識スポットとされ、他のスポットの少なくとも一つには、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が担持される。この作用電極を図3に記載の構成のセンサセル1とし、図1および2に示される装置に装着する。その際に、作用電極11上に設けられた複数のスポットと、押さえ部材20に設けられた複数の開口部19との位置が一致していることが正確な測定には必要となる。一方、作用電極11の取り付けが適切になされていない等により、両者の位置が一致していないと正確な測定ができなくなる。本発明のこの態様によれば、両者の位置関係が適切にあるかを知ることが可能となる。   According to a preferred aspect of the present invention, the working electrode comprises a plurality of dye label spots. More preferably, the plurality of dye-labeled spots are two points that are relatively farthest among the spots provided on the working electrode. The working electrode according to this embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 5 shows a working electrode 11 provided with a plurality of spots. Among the provided spots, two spots 30-1 and 30-2 that are relatively farthest positions are defined as dye-labeled spots. At least one of the other spots carries a probe substance capable of specifically binding directly or indirectly to the test substance. This working electrode is used as the sensor cell 1 having the configuration shown in FIG. 3, and is attached to the apparatus shown in FIGS. At that time, it is necessary for accurate measurement that the positions of the plurality of spots provided on the working electrode 11 and the plurality of openings 19 provided in the pressing member 20 are coincident. On the other hand, if the working electrode 11 is not properly attached, the measurement cannot be performed accurately if the positions of the two do not match. According to this aspect of the present invention, it is possible to know whether the positional relationship between the two is appropriate.

図6(A)は、作用電極11上に設けられた複数のスポットと、押さえ部材20に設けられた複数の開口部19との位置が一致している状態を示す図である。この図において、スポット30−1および30−2に加え、他のスポットも開口部19の位置と正しく一致している。このような状態にあるとき、スポット30−1および30−2から測定される電流値は、色素標識スポットに担持された増感色素の量が同じであればほぼ同一の値となるはずである。   FIG. 6A is a diagram illustrating a state in which the positions of the plurality of spots provided on the working electrode 11 and the plurality of openings 19 provided in the pressing member 20 are coincident with each other. In this figure, in addition to the spots 30-1 and 30-2, other spots also correctly coincide with the position of the opening 19. In such a state, the current value measured from the spots 30-1 and 30-2 should be almost the same if the amount of the sensitizing dye carried on the dye-labeled spot is the same. .

他方、図6(B)は、作用電極11上に設けられた複数のスポットと、押さえ部材20に設けられた複数の開口部19との位置がずれて取り付けられた状態を示す図である。この図において、スポット30−1は開口部19の位置とほぼ一致しているが、スポット30−2をはじめ他のスポットはそれぞれ開口部19の位置と一致しない。その結果、光照射による光量が相違し、スポット30−1および30−2から測定される電流値は、色素標識スポットに担持された増感色素の量が同じとされても、異なる値(スポット30−2の値がスポット30−1よりも小さくなる)を示すことになる。この態様にあっても、結果報知工程として、色素標識スポットの電流値を、事前に取得した電流値と比較し、その測定条件が所定のものであるかを提示する。異なる値を示した場合には、不具合として報知するよう構成される。本発明の好ましい態様にあっては、二つの色素標識スポットが、前記作用電極上に設けられたスポットのうち相対的に最も離れた位置の二点とされていることから、そのずれがもっとも大きくなる位置に設けられている。従って、わずかな取り付けの不具合をも知ることが出来る。   On the other hand, FIG. 6B is a diagram illustrating a state in which the positions of the plurality of spots provided on the working electrode 11 and the plurality of openings 19 provided in the pressing member 20 are shifted from each other. In this figure, the spot 30-1 substantially coincides with the position of the opening 19, but the other spots including the spot 30-2 do not coincide with the position of the opening 19, respectively. As a result, the light amounts due to light irradiation are different, and the current values measured from the spots 30-1 and 30-2 are different values (spots) even if the amount of the sensitizing dye carried on the dye-labeled spot is the same. 30-2 is smaller than the spot 30-1). Even in this mode, as a result notification step, the current value of the dye-labeled spot is compared with the current value acquired in advance, and whether the measurement conditions are predetermined is presented. When a different value is indicated, it is configured to be notified as a malfunction. In a preferred embodiment of the present invention, the two dye-labeled spots are the two points that are relatively farthest among the spots provided on the working electrode. It is provided in the position. Therefore, it is possible to know even a slight mounting defect.

色素標識スポットは、色素標識のみを固定してもよいが、好ましくは色素標識は、プローブ物質と同一種類の物質を介して作用電極に固定される。例えば、プローブ物質がDNAである場合、色素標識はDNAを介して作用電極に固定されることがこのましい。この場合の固定方法は、プローブ物質の固定方法と同一であってよい。プローブ物質と同一物質を介して、かつ同一の方法で色素標識が固定されることの利点は以下のとおりである。後記するように、例えば完全一致プローブスポットにて得られる電流値が小さかった場合、PCR産物が増幅していない、温調されていないなど種々の原因が考えられ、その一つとして、完全一致プローブの固定化量が規定を満たしていないということも考えられる。この場合、何らかの理由でプローブ物質が固定化されていないということになるが、色素標識スポットにおいても規定の固定化量を満たしていないのであれば、スポット装置の条件が悪い、作用電極が規定を満たしていないなど、不具合の原因を更に特定できることになる点で有利である。より具体的な色素標識スポットの固定方法は、被検物質の遺伝的多型を検出するものであるとき、プローブDNAが固定化される工程に置いて、特異的に結合するか否かを見極めるプローブDNAが含まれる溶液と色素標識されたプローブDNAが含まれる溶液をそれぞれ準備し、溶液のスポット時のみそれぞれの溶液をスポットする。なお、色素標識されたプローブ物質は色素標識以外の条件はできるだけ同等のものを用いることが好ましい。例えば、プローブ物質がDNAであれば、同じ塩基数であればより好ましい。   The dye label spot may fix only the dye label, but preferably the dye label is fixed to the working electrode via the same type of substance as the probe substance. For example, when the probe substance is DNA, the dye label is preferably fixed to the working electrode via the DNA. The fixing method in this case may be the same as the fixing method of the probe substance. Advantages of fixing the dye label via the same substance as that of the probe substance in the same manner are as follows. As will be described later, for example, when the current value obtained at the perfect match probe spot is small, various causes such as the PCR product not being amplified or not being temperature-controlled can be considered. It is also conceivable that the amount of immobilization does not meet the regulations. In this case, the probe substance is not immobilized for some reason, but if the dye-labeled spot does not satisfy the prescribed immobilization amount, the spot device condition is bad and the working electrode is prescribed. This is advantageous in that the cause of the failure can be further specified, for example, it is not satisfied. A more specific method for immobilizing a dye-labeled spot is to detect a genetic polymorphism of a test substance, and determine whether it binds specifically in the step where the probe DNA is immobilized. A solution containing probe DNA and a solution containing dye-labeled probe DNA are prepared, and each solution is spotted only when the solution is spotted. The probe substance labeled with the dye is preferably used under the same conditions as possible except for the dye label. For example, if the probe substance is DNA, it is more preferable if the number of bases is the same.

完全一致プローブDNAスポット
本発明の好ましい態様によれば、作用電極は、プローブ物質が被検物質の遺伝的多型を検出するものであるとき、塩基置換が生じていない領域と完全に一致する配列を有しかつ増感色素が結合されたプローブ物資を担持した完全一致プローブDNAスポットをさらに備えてなる。この完全一致プローブDNAスポットが有する配列は、塩基置換が生じていないため、プローブ物質を担持したスポットには塩基置換によりハイブリダイズしない被検物質が、ハイブリダイズすることになる。この完全一致プローブDNAスポットと、プローブ物質を担持したスポットとから得られる電流値を比較することで次のように、より適切な測定、検出が可能となる。本発明の好ましい態様によれば、遺伝的多型は一塩基多型である。
Perfectly matched probe DNA spot According to a preferred embodiment of the present invention, the working electrode has a sequence that completely matches a region where no base substitution occurs when the probe substance detects a genetic polymorphism of the test substance. And a perfect match probe DNA spot carrying a probe material to which a sensitizing dye is bound. In the sequence of this perfect match probe DNA spot, no base substitution occurs, and therefore a test substance that does not hybridize by base substitution hybridizes to the spot carrying the probe substance. By comparing the current values obtained from the perfectly matched probe DNA spot and the spot carrying the probe substance, more appropriate measurement and detection can be performed as follows. According to a preferred embodiment of the present invention, the genetic polymorphism is a single nucleotide polymorphism.

この態様にあっては、この完全一致プローブDNAスポットに光をあて、このスポットにあるプローブに担持された増感色素から電子移動が起こり作用電極と対電極との間に光電流が流れる。このスポットに担持される完全一致プローブDNA、すなわち増感色素をあらかじめ定められた量としておき、次のような検量線を作成する。まず、被検物質に対して遺伝子多型ではない物質の濃度と、完全一致プローブDNAスポットにおける光電流値との第一の検量線を作成する。次に、同じく被検物質に対して遺伝子多型ではない物質の濃度と、前記プローブ物質を担持したスポットにおける光電流値との第二の検量線を作成する。この予め作成した検量線と、測定値とを対比することで、検体中のDNA濃度を知ることが出来る。すなわち、測定工程により得られた完全一致プローブDNAスポットにおける電流値と、前記第一の検量線と対比して、前記被検物質の濃度をまず決定する。次に、この濃度に対応する電流値を、第二の検量線から得て、この電流値と、測定工程で得られたプローブ物質を担持したスポットにおける電流値とを対比して、その差が所定の範囲外の場合に、被検物質に対して遺伝子多型ではない物質は検出されなかったとする。ここで、所定の範囲外とは、好ましくは、得られた電流値の標準偏差を求め、例えばその3倍(3σ)の範囲を外れることを意味する。従って、より確実な遺伝子多型の判定が可能となる。   In this embodiment, light is applied to this perfectly matched probe DNA spot, electron transfer occurs from the sensitizing dye carried on the probe at this spot, and a photocurrent flows between the working electrode and the counter electrode. A perfectly matched probe DNA carried on the spot, that is, a sensitizing dye, is set in a predetermined amount, and the following calibration curve is created. First, a first calibration curve is created between the concentration of a substance that is not a gene polymorphism with respect to the test substance and the photocurrent value in the perfectly matched probe DNA spot. Next, a second calibration curve is created between the concentration of the substance that is not a genetic polymorphism with respect to the test substance and the photocurrent value at the spot carrying the probe substance. By comparing the calibration curve prepared in advance with the measured value, the DNA concentration in the sample can be known. That is, the concentration of the test substance is first determined by comparing the current value in the perfectly matched probe DNA spot obtained by the measurement process with the first calibration curve. Next, a current value corresponding to this concentration is obtained from the second calibration curve, and this current value is compared with the current value in the spot carrying the probe substance obtained in the measurement process. It is assumed that a substance that is not a gene polymorphism with respect to the test substance is not detected when it is outside the predetermined range. Here, “outside the predetermined range” preferably means that the standard deviation of the obtained current value is obtained, for example, out of the range of 3 times (3σ). Therefore, it is possible to determine the gene polymorphism more reliably.

さらに、この態様によれば、色素標識スポットに加えて、測定値が得られた検量線から大きく離れた値の場合、以下の様な不具合が生じている可能性があると知ることが出来る。すなわち、検体からDNAが抽出できていない、DNAが増幅できていない、DNAが1本鎖化されていない、ハイブリダイゼーション条件が適切ではない等の不具合が発生していると考えられる。この場合、本発明による方法にあっては、色素標識スポットの場合と同様に、不具合として報知するよう構成されてよい   Furthermore, according to this aspect, in addition to the dye-labeled spot, in the case of a value far from the calibration curve from which the measured value was obtained, it can be known that the following problem may occur. That is, it is considered that defects such as DNA cannot be extracted from the specimen, DNA cannot be amplified, DNA is not single-stranded, and hybridization conditions are not appropriate. In this case, the method according to the present invention may be configured to notify the malfunction as in the case of the dye-labeled spot.

被検物質の特異的検出方法
本発明による被検物質の特異的検出方法は、上記の作用電極を用いた以外は、通常知られたまたは公知の被検物質の特異的検出方法と同様であってよい。
Specific detection method for a test substance The specific detection method for a test substance according to the present invention is the same as the conventionally known or known specific detection method for a test substance, except that the above working electrode is used. It's okay.

一般的な方法を説明すれば、例えば、まず、ハイブリダイゼーション反応溶液が、センサセル1内に供給される。次に、センサセル1に設けた送入口15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供給される。   To describe a general method, for example, first, a hybridization reaction solution is supplied into the sensor cell 1. Next, a test substance for hybridization reaction is supplied from the inlet 15 provided in the sensor cell 1 and directly or directly with the test substance provided on the working electrode in the sensor cell 1 adjusted to a set temperature. A hybridization reaction is performed with a probe substance capable of binding specifically and indirectly. Thereafter, a cleaning solution for cleaning unbound material is supplied.

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。   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 may be generated if bubbles generated with the supply and discharge of the cleaning fluid remain on the probe provided on the working electrode for reaction and detection on the working electrode in the sensor cell. Careful attention must be paid to the generation and remaining of bubbles.

洗浄後、センサセル内から排出口16より洗浄液を排出し、次に電解質媒体が供給され、センサセル1内に光源から光が照射され、光励起に伴う電流値の測定がなされる。電解質媒体の組成は上記の通りである。測定終了後、センサセル1内の電解質媒体はセンサセル外に排出される。   After cleaning, the cleaning liquid is discharged from the discharge port 16 from the inside of the sensor cell, and then the electrolyte medium is supplied. The sensor cell 1 is irradiated with light from the light source, and the current value associated with photoexcitation is measured. The composition of the electrolyte medium is as described above. After completion of the measurement, the electrolyte medium in the sensor cell 1 is discharged out of the sensor cell.

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 a short time within the same sensor cell, and photocurrent detection can be reliably 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 (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 nitrous Sodium acid (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.

その他に電解質は、溶液抵抗を下げる支持電解質として機能できる物質を含んでなるものでもよく、そのような物質の例としては、塩化ナトリウム(NaCl)、塩化カリウム(KCl)、塩化リチウム(LiCl)、塩化ルビジウム(RbCl)、塩化セシウム(ScCl)、塩化カルシウム(CaCl)、塩化マグネシウム(MgCl)、塩化アンモニウム(NHCl)等の塩化物塩、および硫酸ナトリウム(NaSO)、硫酸カリウム(KSO)、硫酸リチウム(LiSO)、硫酸ルビジウム(RbSO)、硫酸セシウム(CsSO)、硫酸カルシウム(CaSO)、硫酸マグネシウム(MgSO)、硫酸アンモニウム((NHSO)等の硫酸塩、および硝酸ナトリウム(NaNO)、硝酸カリウム(KNO)、硝酸リチウム(LiNO)、硝酸ルビジウム(RbNO)、硝酸セシウム(ScNO)、硝酸カルシウム(Ca(NO)、硝酸マグネシウム(Mg(NO)、硝酸アンモニウム(NHNO)等の硝酸塩、および臭化ナトリウム(NaBr)、臭化カリウム(KBr)、臭化リチウム(LiBr)、臭化ルビジウム(RbBr)、臭化セシウム(CsBr)、臭化カルシウム(CaBr)、臭化マグネシウム(MgBr)、臭化アンモニウム(NHBr)等の臭化物塩、およびクエン酸一ナトリウム(NaH(C))、クエン酸二ナトリウム(NaH(C))、クエン酸三ナトリウム(Na(C))、クエン酸一カリウム(KH(C))、クエン酸二カリウム(KH(C))、クエン酸三カリウム(K(C))等のクエン酸塩、および硫酸(HSO)、塩酸(HCl)、水酸化ナトリウム(NaOH)、水酸化カリウム(KOH)等の酸・塩基、およびトリス緩衝液、リン酸緩衝液、グッドの緩衝液(ADA、PIPES、POPSO、ACES、MOPSO、BES、MOPS、TES、HEPES、DIPSO、TAPSO、POPSO、HEPPSO、EPPS、Tricine、BicineおよびTAPS)等の生化学用緩衝液や、これらの組合せが挙げられ、より好ましくは、塩化ナトリウム(NaCl)、塩化カリウム(KCl)、塩化マグネシウム(MgCl)、硫酸ナトリウム(NaSO)、硫酸カリウム(KSO)、硫酸マグネシウム(MgSO)、硝酸ナトリウム(NaNO)、硝酸カリウム(KNO)、硝酸マグネシウム(Mg(NO)、臭化ナトリウム(NaBr)、臭化カリウム(KBr)、臭化マグネシウム(MgBr)、およびこれらの混合物であり、さらに好ましくは、塩化ナトリウム(NaCl)である。 In addition, the electrolyte may include a substance that can function as a supporting electrolyte that lowers the solution resistance. Examples of such a substance include sodium chloride (NaCl), potassium chloride (KCl), lithium chloride (LiCl), Chloride salts such as rubidium chloride (RbCl), cesium chloride (ScCl), calcium chloride (CaCl 2 ), magnesium chloride (MgCl 2 ), ammonium chloride (NH 4 Cl), and sodium sulfate (Na 2 SO 4 ), sulfuric acid Potassium (K 2 SO 4 ), lithium sulfate (Li 2 SO 4 ), rubidium sulfate (Rb 2 SO 4 ), cesium sulfate (Cs 2 SO 4 ), calcium sulfate (CaSO 4 ), magnesium sulfate (MgSO 4 ), ammonium sulfate ((NH 4) 2 SO 4 ) sulfates such and nitric acid sodium, Beam (NaNO 3), potassium nitrate (KNO 3), lithium nitrate (LiNO 3), rubidium nitrate (RbNO 3), cesium nitrate (ScNO 3), calcium nitrate (Ca (NO 3) 2) , magnesium nitrate (Mg (NO 3 ) 2 ), nitrates such as ammonium nitrate (NH 4 NO 3 ), and sodium bromide (NaBr), potassium bromide (KBr), lithium bromide (LiBr), rubidium bromide (RbBr), cesium bromide (CsBr) ), Bromide salts such as calcium bromide (CaBr 2 ), magnesium bromide (MgBr 2 ), ammonium bromide (NH 4 Br), and monosodium citrate (NaH 2 (C 6 H 5 O 7 )), disodium (Na 2 H (C 6 H 5 O 7)), trisodium citrate (Na 3 (C 6 5 O 7)), monopotassium citrate (KH 2 (C 6 H 5 O 7)), citric acid dipotassium (K 2 H (C 6 H 5 O 7)), tripotassium citrate (K 3 (C Citrates such as 6 H 5 O 7 )), and acids / bases such as sulfuric acid (H 2 SO 4 ), hydrochloric acid (HCl), sodium hydroxide (NaOH), potassium hydroxide (KOH), and Tris buffer , Phosphate buffer, Good's buffer (ADA, PIPES, POPSO, ACES, MOPSO, BES, MOPS, TES, HEPES, DIPSO, TAPSO, POPSO, HEPPSO, EPPS, Tricine, Bicine and TAPS) A buffer solution or a combination thereof, more preferably sodium chloride (NaCl), potassium chloride (KCl), magnesium chloride. Um (MgCl 2), sodium sulfate (Na 2 SO 4), potassium sulfate (K 2 SO 4), magnesium sulfate (MgSO 4), sodium nitrate (NaNO 3), potassium nitrate (KNO 3), magnesium nitrate (Mg (NO 3 ) 2 ), sodium bromide (NaBr), potassium bromide (KBr), magnesium bromide (MgBr 2 ), and mixtures thereof, more preferably sodium chloride (NaCl).

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, a washing solution is supplied a plurality of times to wash unbound material and the spot is washed. Thereby, it becomes possible to remove the unbound substance and leave only the test substance bound to the probe substance on the spot.

本発明の好ましい様態によれば、この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 cleaning solution, and more preferably 0.001% to 10%. 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, it is possible to prevent bubbles remaining due to supply and discharge of the cleaning fluid on the probe provided on the working electrode in order to perform reaction and detection on the working electrode in the sensor cell. It is possible to suppress the reaction unevenness on the surface of the working electrode.

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内を洗浄することが好ましい。測定終了後にセンサセル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 including the counter electrode surface by supplying the cleaning solution a plurality of times even after the photocurrent detection step. Since the inside of the sensor cell can be cleaned after the measurement is completed, the next reaction and detection can be continuously performed 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。
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, incandescent lamps, and low-pressure mercury lamps. , 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), sunlight can be used, 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。   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.

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。   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.

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、被検物質あるいは媒介物質に予め増感色素で標識しておくことができる。また、被検物質およびプローブ物質の結合体(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 or mediator can be labeled with a sensitizing dye in advance. In addition, when using a sensitizing dye that can be intercalated in a conjugate of a test substance and a probe substance (for example, a double-stranded nucleic acid after hybridization), a probe can be obtained by adding a sensitizing dye to the sample solution. A sensitizing dye can be fixed to the 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 having different excitation wavelengths is irradiated for each sensitizing dye, signals are detected individually even if the plurality of probes are on the same spot. It becomes possible. 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, JP-A-1-220380 and JP-A-5-504023.
And a complex of ruthenium, osmium, iron and zinc (for example, cis-dicyanate-bis (2,2′-bipyridyl-4,4′-dicarboxylate) ruthenium (II)) and europium complexes described in the above publication. 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。   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.

本発明において電子受容層は、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。   In the present invention, the electron-accepting layer comprises an electron-accepting material that can accept electrons emitted by the sensitizing dye fixed via the probe material 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, this A level 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TiO、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, TiO 2 , 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。   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.

使用したDNA
本発明による装置、作用電極、検出方法を用いて、一塩基多型を検出した。それぞれの塩基配列は下記の通りとした。
プローブDNA(検出部位):5’-TGTAGGAGCTGCTGGTGCA-3’(配列番号1)
プローブDNA(コントロールプローブ):5’-GCTTCATCTGGACCTGGGT -3’(配列番号2)
このプローブDNAとハイブリダイゼーションさせる完全一致ターゲットDNA、一塩基違いターゲット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および鋳型DNAは下記の通りとした。
完全一致および一塩基違いターゲットDNA増幅用プライマー:
Forward Primer:5’-Cy5-GATATTGAACAATGGTTCACTGAAGAC-3’配列番号3)
Reverse Primer:5’- GCCCCTCAGGGCAACTGAC-3’(配列番号4)
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。
完全一致ターゲットDNA:
PM−DNA:
5’-GATATTGAACAATGGTTCACTGAAGACCCAGGTCCAGATGAAGCTCCCAGAATGCCAGAGGCTGCTCCCCGCGTGGCCCCTGCACCAGCAGCTCCTACACCGGCGGCCCCTGCACCAGCCCCCTCCTGGCCCCTGTCATCTTCTGTCCCTTCCCAGAAAACCTACCAGGGCAGCTACGGTTTCCGTCTGGGCTTCTTGCATTCTGGGACAGCCAAGTCTGTGACTTGCACGGTCAGTTGCCCTGAGGGGC(配列番号5)
一塩基違いターゲットDNA:
SNP−DNA:
5’-GATATTGAACAATGGTTCACTGAAGACCCAGGTCCAGATGAAGCTCCCAGAATGCCAGAGGCTGCTCCCCGCGTGGCCCCTGCACCAGCTGCTCCTACACCGGCGGCCCCTGCACCAGCCCCCTCCTGGCCCCTGTCATCTTCTGTCCCTTCCCAGAAAACCTACCAGGGCAGCTACGGTTTCCGTCTGGGCTTCTTGCATTCTGGGACAGCCAAGTCTGTGACTTGCACGGTCAGTTGCCCTGAGGGGC(配列番号6)
ここで、下線塩基がPM、SNPの一塩基違いを示す。
また、色素標識スポットとして増感色素を固定した色素標識DNAの配列は以下の通りとした。
色素標識DNA:5’-TGAGCAAGTTCAGCCTGGT-3’ (配列番号7)
DNA used
Single nucleotide polymorphisms were detected using the apparatus, working electrode, and detection method according to the present invention. Each base sequence was as follows.
Probe DNA (detection site): 5'-TGTAGGAGCTGCTGGTGCA-3 '(SEQ ID NO: 1)
Probe DNA (control probe): 5'-GCTTCATCTGGACCTGGGT-3 '(SEQ ID NO: 2)
A perfect match target DNA and a single base difference target DNA to be hybridized with the probe DNA were amplified by PCR. Primers and template DNA used for amplification of target DNA by PCR were as follows.
Primers for perfect match and single base amplification:
Forward Primer: 5′-Cy5-GATATTGAACAATGGTTCACTGAAGAC-3 ′ SEQ ID NO: 3)
Reverse Primer: 5′-GCCCCTCAGGGCAACTGAC-3 ′ (SEQ ID NO: 4)
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.
Perfectly matched target DNA:
PM-DNA:
5'-GATATTGAACAATGGTTCACTGAAGACCCAGGTCCAGATGAAGCTCCCAGAATGCCAGAGGCTGCTCCCCGCGTGGCCCCTGCACCAGC A GCTCCTACACCGGCGGCCCCTGCACCAGCCCCCTCCTGGCCCCTGTCATCTTCTGTCCCTTCCGCCATCGAGGTGTTTCCGTCTCCTTC
Single base difference target DNA:
SNP-DNA:
5'-GATATTGAACAATGGTTCACTGAAGACCCAGGTCCAGATGAAGCTCCCAGAATGCCAGAGGCTGCTCCCCGCGTGGCCCCTGCACCAGC T GCTCCTACACCGGCGGCCCCTGCACCAGCCCCCTCCTGGCCCCTGTCATCTTCTGTCCCTTCCGCCATCGATGTGTTTCCGTCTCCTTC
Here, the underlined base indicates a single base difference between PM and SNP.
The sequence of the dye-labeled DNA with the sensitizing dye immobilized as the dye-labeled spot was as follows.
Dye-labeled DNA: 5'-TGAGCAAGTTCAGCCTGGT-3 '(SEQ ID NO: 7)

実施例1.コントロールプローブ固定化スポットから得られる電流値とターゲットDNA濃度の関係把握
コントロールプローブ固定化作用電極と予め濃度測定したターゲットDNA(上記完全一致ターゲットDNAを使用)を用いて、ターゲットDNA濃度とコントロールプローブ固定化スポットから得られる電流値の関係を明らかにした。
Example 1. Grasping the relationship between the current value obtained from the control probe-immobilized spot and the target DNA concentration Using the control probe-immobilized working electrode and the target DNA whose concentration was measured in advance (using the exact match target DNA), the target DNA concentration And the relationship between the current value obtained from the control probe-fixed spot was clarified.

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−SnO: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×25mm)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。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。 Fluorine-doped tin oxide (F-SnO 2 : FTO) coated glass (manufactured by AGC Fabrytec Co., Ltd., U film, sheet resistance: 12Ω / □, shape: 75 mm × 25 mm) as a glass substrate for the working electrode Prepared. 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. 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.

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、上記のコントロールプローブDNA、色素標識DNAをそれぞれ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。この変性後のDNAをそれぞれ、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、4スポット、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及び色素標識DNAをガラス基材に固定化した。なお、色素標識DNAは図5に示すようなスポット30−1および30−2の位置に固定化した。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及び色素標識DNA固定化作用電極を得た。   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, the above control probe DNA and dye-labeled DNA are each prepared to 10 μM, held at 95 ° C. for 10 minutes, then immediately transferred to ice and held for 10 minutes to denature the DNA. It was. Each of the denatured DNAs 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 using a UV crosslinker (UVP CL-1000 type) to immobilize the probe DNA and the dye-labeled DNA on the glass substrate. . The dye-labeled DNA was immobilized at the positions of spots 30-1 and 30-2 as shown in FIG. 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. Thus, a probe DNA and a dye-labeled DNA immobilization working electrode were obtained.

このプローブDNA固定化電極を作用電極として、図1に示す装置に設置し、図2に示すセンサセル1を構成した。さらに図3に示される構成において、作用電極11と対電極12の距離が0.1mmとなるようにOリング21を対電極凹部22に設置した。このOリング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、センサセルの流体送入口15及び排出口16は、センサセル内での空気と溶液との置換が行われやすいよう、Oリング内の両端に設けている。なお、対電極として、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20には、検出スポットへの光照射用の開口部19が設けられている。このOリング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Oリング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Oリング内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。今回使用したセンサセル内の面積は約1032mm2であるため、センサセル内の容量は約103.2mm3となっている。 The probe DNA-immobilized electrode was used as a working electrode and installed in the apparatus shown in FIG. 1 to constitute a sensor cell 1 shown in FIG. Further, in the configuration shown in FIG. 3, an O-ring 21 is installed in the counter electrode recess 22 so that the distance between the working electrode 11 and the counter electrode 12 is 0.1 mm. The O-ring also has a function for preventing a short circuit due to contact between the working electrode and the counter electrode. The fluid inlet 15 and outlet 16 of the sensor cell are provided at both ends of the O-ring so that air and solution can be easily replaced in the sensor cell. As the counter electrode, a platinum electrode formed by sputtering a platinum thin film on a stainless steel (SUS316) surface was used. Further, the holding member 20 is provided with an opening 19 for irradiating the detection spot with light. A probe-immobilized electrode serving as a counter electrode and a working electrode is disposed to face each other via the O-ring, and a counter cell, a sensor cell including the O-ring and the working electrode are configured. The sensor cell has a flow cell structure having a flow path formed by the inside of the O-ring 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 is connected to the fluid supply port, and a piping tube for discharging the fluid supplied into the sensor cell is connected to the fluid discharge port. Yes. Since the area in the sensor cell used this time is about 1032 mm 2 , the capacity in the sensor cell is about 103.2 mm 3 .

次に、50nM、100nM、200nMに調整した完全一致ターゲットDNA溶液100μLと、2mM EDTAを含む0.2M NaOHのアルカリ変性溶液100μLとをそれぞれ混合して室温で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にした。これら溶液に、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700μLと、アルカリ溶液を中和させるための0.2M HCl中和液100μLを添加して混合した。この混合後の溶液1mLをセンサセル内へと送液して、10分間、45℃でセンサセル内温度を保持して、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た。このとき、センサセル内にハイブリダイゼーション溶液を送液する前に、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内をハイブリダイゼーション設定温度で保持しておいた。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することにより、センサセル内から完全に排出した。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/溶液を1500μLセンサセル内へ送液した。その後、電解質含有溶液をセンサセル内へと送液してセンサセル内を満たして光電流を検出した。なお、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(NPrI)/アセトニトリルを使用した。 Next, 100 μL of perfectly matched target DNA solution adjusted to 50 nM, 100 nM, and 200 nM and 100 μL of 0.2 M NaOH alkaline denaturing solution containing 2 mM EDTA were mixed and held at room temperature for 5 minutes, and double-stranded DNA was Single-stranded DNA was obtained by alkali denaturation. To these solutions, 700 μL of 5 × SSC / 0.1% SDS solution, which is a temperature-adjusted hybridization solution at the hybridization set temperature, and 100 μL of 0.2 M HCl neutralizing solution for neutralizing the alkaline solution are added. And mixed. 1 mL of the mixed solution was fed into the sensor cell, and the temperature in the sensor cell was maintained at 45 ° 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, the temperature inside the sensor cell was maintained at the hybridization set temperature using a ceramic heater, a temperature controller, and a resistance temperature detector. After 10 minutes, the hybridization solution was completely discharged from the sensor cell by supplying air using a pump. Next, 0.5 × SSC / solution was fed into a 1500 μL sensor cell in order to wash away excess target DNA and the like that were not subjected to hybridization. Thereafter, the electrolyte-containing solution was fed into the sensor cell to fill the sensor cell, and photocurrent was detected. Note that 0.4 M tetrapropylammonium iodide (NPr 4 I) / acetonitrile was used for the electrolyte-containing solution.

センサセル1の押さえ部材に並行して設けられたXYステージに取り付けた光源(波長:658nm、光径:約0.2mm、出力40mW)を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、開口部の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。   A light source (wavelength: 658 nm, light diameter: about 0.2 mm, output 40 mW) attached to an XY stage provided in parallel with the holding member of the sensor cell 1 is sequentially irradiated to the probe DNA-immobilized spot on the working electrode for 5 seconds at a time. In addition, the current value observed between the openings (that is, the current value in the state where light is blocked and is not irradiated on the working electrode) is used as the base current value, and the photocurrent value derived from each spot and the immediately preceding value The difference from the base current value was recorded as the photocurrent value of each spot as the observed value.

このとき、色素標識スポット30−1および30−2由来の光電流値とその直前のベース電流値との差分が、所定の範囲内にあることを確認し、センサセル1の取付け位置が正常であること、測定装置に異常がないことを確認した。   At this time, it is confirmed that the difference between the photocurrent value derived from the dye-labeled spots 30-1 and 30-2 and the immediately preceding base current value is within a predetermined range, and the mounting position of the sensor cell 1 is normal. It was confirmed that there was no abnormality in the measuring device.

各濃度のターゲットDNAに対する光電流値とその直前のベース電流値との差分をまとめた結果(N=4)は、図7に示されるとおりであった。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た。得られた電流値を見ると、今回の条件ではコントロールプローブ固定化スポットの電流値はターゲットDNA濃度に対して以下の式を満たしていることが確認された。
(コントロールプローブ固定化スポットの電流値)= 0.3364×(ターゲットDNA濃度) + 83.65
The results (N = 4) of summarizing the difference between the photocurrent value for each concentration of target DNA and the base current value just before that were as shown in FIG. The photocurrent value and the base current value derived from each spot were calculated using the average of five points at each center as values. Looking at the obtained current value, it was confirmed that the current value of the control probe-immobilized spot satisfies the following expression with respect to the target DNA concentration under the present conditions.
(Current value of control probe immobilization spot) = 0.3364 x (target DNA concentration) + 83.65

実施例2:検出部位を含むプローブDNA固定化スポットから得られる電流値とターゲットDNA濃度の関係把握
検出部位を含むプローブDNA固定化作用電極と予め濃度測定した完全一致ターゲットDNAを用いて、完全一致ターゲットDNA濃度と検出部位を含むプローブDNA固定化スポットから得られる電流値の関係を明らかにした。
Example 2: Understanding the relationship between the current value obtained from the probe DNA-immobilized spot containing the detection site and the target DNA concentration Using the probe DNA-immobilized working electrode containing the detection site and the completely matched target DNA whose concentration was measured in advance Thus, the relationship between the completely matched target DNA concentration and the current value obtained from the probe DNA-immobilized spot including the detection site was clarified.

実施例1と同様の処理で、作用電極側に検出部位を含むプローブDNAを4スポット固定化し、実施例1と同様の装置及び検出方法により、完全一致ターゲットDNAを用いた際の電流値を取得した。   Using the same treatment as in Example 1, 4 spots of probe DNA containing a detection site on the working electrode side were immobilized, and using the same device and detection method as in Example 1, the current value when using perfectly matched target DNA was obtained. did.

実施例1と同様に、色素標識スポット30−1および30−2由来の光電流値とその直前のベース電流値との差分が、所定の範囲内にあることを確認し、センサセル1の取付け位置が正常であること、測定装置に異常がないことを確認した。   As in Example 1, it is confirmed that the difference between the photocurrent value derived from the dye-labeled spots 30-1 and 30-2 and the base current value immediately before the same is within a predetermined range, and the mounting position of the sensor cell 1 Was confirmed to be normal and the measurement device was normal.

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ターゲットDNAについてまとめた結果(N=4)は、図8に示される通りであった。得られた電流値を見ると、今回の条件では、検出部位を含むプローブDNA固定化スポットから得られた電流値は完全一致ターゲットDNA濃度に対して以下の式を満たしていることが確認された。
(検出部位を含むプローブDNA固定化スポットから得られた電流値)= 61.459ln(完全一致ターゲットDNA濃度) - 140.29
FIG. 8 shows the result (N = 4) of the difference between the spot-derived photocurrent value and the base current value just before that for the target DNA. Looking at the obtained current value, it was confirmed that the current value obtained from the probe DNA-immobilized spot including the detection site satisfies the following formula with respect to the completely matched target DNA concentration under the present conditions. .
(Current value obtained from the probe DNA immobilization spot including the detection site) = 61.459ln (perfect match target DNA concentration)-140.29

今回得られた電流値から(標準偏差×3)を差し引いた値を基に作成した以下の近似曲線を完全一致と一塩基違いの境界ラインに定めた。
(完全一致と一塩基違いの境界ライン)=
52.37ln(完全一致ターゲットDNA濃度) - 129.34
上記の結果を用いると、ターゲットDNA濃度が算出できれば(上述したようにコントロールプローブDNA固定化スポットから得られる電流値により算出)、検出部位を含むプローブDNA固定化スポットから得られる電流値により、検出したターゲットDNAが完全一致か一塩基違いかを見極めることが可能である。
The following approximate curve created based on the value obtained by subtracting (standard deviation x 3) from the current value obtained this time was defined as the boundary line of perfect match and single base difference.
(Boundary line between exact match and single base difference) =
52.37ln (perfect match target DNA concentration)-129.34
Using the above results, if the target DNA concentration can be calculated (calculated from the current value obtained from the control probe DNA-immobilized spot as described above), it can be detected from the current value obtained from the probe DNA-immobilized spot including the detection site. It is possible to determine whether the target DNA is completely identical or different by one base.

実施例3:一塩基多型の見極め
コントロールプローブ固定化スポットから得られた電流値からターゲットDNA濃度を算出し、検出部位を含むプローブDNA固定化スポットから得られる電流値により、用いたターゲットDNAがプローブDNAに対して、完全一致または一塩基違いの見極めが正しく行われているかを確認した。
Example 3: Determination of single nucleotide polymorphism The target DNA concentration was calculated from the current value obtained from the control probe-immobilized spot, and the current value obtained from the probe DNA-immobilized spot including the detection site was used. It was confirmed whether the target DNA was correctly matched to the probe DNA or was correctly identified.

実施例1と同様の処理で、作用電極側にコントロールプローブ固定化DNAと、検出部位を含むプローブDNAをそれぞれ4スポットずつ固定化し、実施例1と同様の装置及び検出方法により、今回の実験では75nMに調整した完全一致ターゲットDNAと一塩基違いターゲットDNAを用いた際の電流値をそれぞれ取得した。   In the same experiment as in Example 1, the control probe-immobilized DNA and the probe DNA including the detection site were immobilized on each of the four spots on the working electrode side. A current value was obtained when using a completely identical target DNA adjusted to 75 nM and a target DNA with a single base difference.

実施例1と同様に、色素標識スポット30−1および30−2由来の光電流値とその直前のベース電流値との差分が、所定の範囲内にあることを確認し、センサセル1の取付け位置が正常であること、測定装置に異常がないことを確認した。   As in Example 1, it is confirmed that the difference between the photocurrent value derived from the dye-labeled spots 30-1 and 30-2 and the base current value immediately before the same is within a predetermined range, and the mounting position of the sensor cell 1 Was confirmed to be normal and the measurement device was normal.

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ターゲットDNAについてまとめた結果(N=4)は、図9に示される通りであった。得られた電流値を見ると、コントロールプローブ固定化スポットの電流値は完全一致ターゲットDNA、一塩基違いターゲットDNAそれぞれ110.2nA、108.3nAであることから、実施例1にて示した式より、ターゲットDNA濃度はそれぞれ78.9nM、73.3nMと算出された。実施例2にて定義した、完全一致ターゲットDNA、一塩基違いターゲットDNAの境界ラインを表す式にターゲットDNA濃度、78.9nM、73.3nMを当てはめると、それぞれ、99.4nA、95.6nAとなり、各ターゲットDNAでの検出部位を含むプローブDNA固定化スポットから得られた電流値はそれぞれ、130.2nA、62.8nAで、完全一致ターゲットDNA、一塩基違いターゲットDNAいずれにおいても、正しい見極めができた。   The results (N = 4) of the differences between the spot-derived photocurrent value and the base current value just before that for each target DNA were as shown in FIG. Looking at the current values obtained, the current values of the control probe-immobilized spots are 110.2 nA and 108.3 nA, respectively, which are completely identical target DNA and single-base target DNA. The DNA concentrations were calculated as 78.9 nM and 73.3 nM, respectively. When the target DNA concentrations 78.9 nM and 73.3 nM are applied to the formulas representing the boundary lines of the exact match target DNA and the single base difference target DNA defined in Example 2, they are 99.4 nA and 95.6 nA, respectively. The current values obtained from the probe DNA-immobilized spots including the detection sites at 130.2 nA and 62.8 nA, respectively, were able to be correctly determined for both the perfectly matched target DNA and the single-stranded target DNA.

Claims (15)

増感色素が結合した被検物質がプローブ物質を介して固定された作用電極を、対電極と共に電解質媒体に接触させ、前記作用電極に光を照射して前記増感色素を光励起させ、光励起された増感色素から作用電極への電子移動に起因して作用電極と対電極との間に流れる光電流を検出することを含んでなる被検物質の特異的検出方法であって、
前記作用電極が、前記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前記プローブ物質が担持されてなり、
前記作用電極上に、前記プローブ物質を担持したスポットに加えて、前記増感色素を担持した色素標識スポットを備え、
前記作用電極を前記被検物質と接触させることを少なくとも含んでなる、前記増感色素が結合した被検物質がプローブ物質を介して固定された作用電極を得る反応工程と、
前記電解質媒体を供給して、光を照射し、光電流を測定する測定工程と、
測定の結果を表示する結果報知工程とを有し、
前記結果報知工程において、色素標識スポットに光を照射した場合の電流値が所定範囲外の場合装置の不具合を報知することを特徴とする、被検物質の特異的検出方法。
A test electrode to which a test substance to which a sensitizing dye is bound is immobilized via a probe substance is brought into contact with an electrolyte medium together with a counter electrode, and the working electrode is irradiated with light to photoexcite the sensitizing dye, and is photoexcited. Detecting a photocurrent flowing between the working electrode and the counter electrode due to electron transfer from the sensitizing dye to the working electrode, comprising:
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 the probe material is supported on the surface of the electron accepting layer. ,
In addition to the spot carrying the probe substance on the working electrode, a dye labeling spot carrying the sensitizing dye is provided,
A reaction step of obtaining a working electrode in which the test substance bound with the sensitizing dye is immobilized via a probe substance, comprising at least contacting the working electrode with the test substance;
A measurement step of supplying the electrolyte medium, irradiating light, and measuring a photocurrent;
A result notification step for displaying the result of the measurement,
A specific detection method for a test substance, characterized in that, in the result notification step, a malfunction of the apparatus is reported when the current value when the dye-labeled spot is irradiated with light is outside a predetermined range.
前記作用電極が、複数の色素標識スポットを備えてなる、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the working electrode comprises a plurality of dye-labeled spots. 前記複数の色素標識スポットが、前記作用電極上に設けられたスポットのうち相対的に最も離れた位置の二点である、請求項2に記載の方法。   The method according to claim 2, wherein the plurality of dye-labeled spots are two points at positions that are relatively farthest among spots provided on the working electrode. 前記色素標識スポットにおいて、前記増感色素がプローブ物質と同一種類の物質を介して作用電極に固定されてなる、請求項1〜3のいずれか一項に記載の方法。   The method according to any one of claims 1 to 3, wherein the sensitizing dye is fixed to the working electrode through the same type of substance as the probe substance in the dye-labeled spot. 前記プローブ物質がDNAであるとき、前記増感色素が、前記DNAと同じ塩基数のDNAを介して作用電極に固定されてなる、請求項4に記載の方法。   The method according to claim 4, wherein when the probe substance is DNA, the sensitizing dye is fixed to the working electrode via DNA having the same base number as the DNA. 前記作用電極が、前記プローブ物質が被検物質の遺伝的多型を検出するものであるとき、塩基置換が生じていない領域に対して完全に一致する配列を有しかつ増感色素が結合されたプローブ物資を担持した完全一致プローブDNAスポットをさらに有してなり、
前記被検物質に対して遺伝子多型ではない物質の濃度と、完全一致プローブDNAスポットにおける光電流値との第一の検量線を作成し、
前記被検物質に対して遺伝子多型ではない物質の濃度と、前記プローブ物質を担持したスポットにおける光電流値との第二の検量線を作成し、
前記測定工程により得られた完全一致プローブDNAスポットにおける電流値と前記第一の検量線と対比して、前記被検物質の濃度を決定し、当該濃度に対応する電流値を、第二の検量線から得て、当該電流値と、前記測定工程で得られたプローブ物質を担持したスポットにおける電流値とを対比して、その差が所定の範囲外の場合に、被検物質に対して遺伝子多型ではない物質は検出されなかったと判定する、請求項1〜5のいずれか一項に記載の方法。
When the working electrode detects the genetic polymorphism of the test substance, the working electrode has a sequence that completely matches the region where no base substitution has occurred and a sensitizing dye is bound. Further comprising a perfectly matched probe DNA spot carrying the probe material,
Create a first calibration curve of the concentration of the substance that is not a genetic polymorphism with respect to the test substance and the photocurrent value in the perfectly matched probe DNA spot,
Create a second calibration curve of the concentration of the substance that is not a genetic polymorphism with respect to the test substance and the photocurrent value in the spot carrying the probe substance,
In contrast to the current value in the completely matched probe DNA spot obtained by the measurement step and the first calibration curve, the concentration of the test substance is determined, and the current value corresponding to the concentration is determined as the second calibration value. When the current value obtained from the line is compared with the current value at the spot carrying the probe substance obtained in the measurement step, and the difference is outside the predetermined range, the gene is detected for the test substance. The method according to any one of claims 1 to 5, wherein a substance that is not a polymorphism is determined not to be detected.
前記遺伝的多型が、一塩基多型である、請求項6に記載の方法。   The method according to claim 6, wherein the genetic polymorphism is a single nucleotide polymorphism. 前記結果報知工程において、前記完全一致プローブDNAスポットに光を照射した場合の電流値が所定範囲外の場合試料または作用電極の不備を報知する、請求項6または7に記載の方法。   The method according to claim 6 or 7, wherein, in the result informing step, incompleteness of the sample or the working electrode is informed when the current value when the perfect coincidence probe DNA spot is irradiated with light is outside a predetermined range. 前記被験物質が生体分子である、請求項1〜8いずれか一項に記載の被検物質の特異的検出方法。   The method for specific detection of a test substance according to claim 1, wherein the test substance is a biomolecule. 前記プローブ物質が生体分子である、請求項9に記載の被検物質の特異的検出方法。   The method for specific detection of a test substance according to claim 9, wherein the probe substance is a biomolecule. 前記生体分子がDNAである、請求項9または10に記載の被検物質の特異的検出方法。   The method for specific detection of a test substance according to claim 9 or 10, wherein the biomolecule is DNA. 請求項1〜11のいずれか一項に記載の方法に用いられる作用電極であって、
導電性基材と、
前記導電性基材上に形成される、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と、
前記電子受容層上に、前記プローブ物質を担持したスポットに加えて、前記増感色素を担持した色素標識スポットを備えてなることを特徴とする、作用電極。
A working electrode used in the method according to any one of claims 1 to 11,
A conductive substrate;
An electron-accepting layer comprising an electron-accepting material capable of accepting electrons emitted by the sensitizing dye in response to photoexcitation, formed on the conductive substrate;
A working electrode comprising a dye-labeled spot carrying the sensitizing dye in addition to the spot carrying the probe substance on the electron-accepting layer.
前記色素標識スポットが複数設けられてなる、請求項12に記載の作用電極。   The working electrode according to claim 12, wherein a plurality of the dye labeling spots are provided. 前記複数の色素標識スポットが、前記作用電極上に設けられたスポットのうち相対的に最も離れた位置の二点である、請求項13に記載の作用電極。   The working electrode according to claim 13, wherein the plurality of dye-labeled spots are two points at positions that are relatively farthest among spots provided on the working electrode. 請求項1〜11のいずれか一項に記載の方法を実施するための装置であって、
前記作用電極に光を照射する単一又は複数の光源と、
前記作用電極と前記対電極との間を流れる電流を測定する電流計と、
測定結果を報知する放置手段とを備えてなることを特徴とする、装置。
An apparatus for carrying out the method according to any one of claims 1 to 11, comprising:
A single light source or a plurality of light sources for irradiating the working electrode with light;
An ammeter for measuring a current flowing between the working electrode and the counter electrode;
An apparatus comprising: a leaving means for notifying a measurement result.
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