JP2013198417A - Device for detecting nucleic acid and nucleic acid detection apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、微細な流路にて核酸の増幅反応を行う核酸検出用デバイス及び核酸検出装置に関する。 Embodiments described herein relate generally to a nucleic acid detection device and a nucleic acid detection apparatus that perform a nucleic acid amplification reaction in a fine channel.
近年の遺伝子工学の発展に伴い、医療分野では、遺伝子による病気の診断或いは予防が可能となりつつある。これは遺伝子診断と呼ばれ、病気の原因となるヒトの遺伝子欠陥、変化を検出することで病気の発症前もしくは極めて初期段階での病気の診断や予測をすることが出来る。また、ヒトゲノムの解読とともに、遺伝子型と疫病との関連に関する研究が進み、各個人の遺伝子型に合わせた治療(テーラーメイド医療)も現実化しつつある。従って、遺伝子の検出並びに遺伝子型の決定を簡便に行うことは非常に重要となっている。さらにこれらの遺伝子検査は、複数種類の遺伝子を検出することで総合的な判断を行う場合が多いため、複数種類の対象遺伝子を、同時に短時間で検出することは極めて重要である。 With the development of genetic engineering in recent years, it is becoming possible to diagnose or prevent diseases caused by genes in the medical field. This is called genetic diagnosis, and it is possible to diagnose and predict a disease before the onset of the disease or at an extremely early stage by detecting a human genetic defect or change that causes the disease. In addition to the decoding of the human genome, research on the relationship between genotypes and epidemics is progressing, and treatment tailored to each individual's genotype (tailor-made medicine) is becoming a reality. Therefore, it is very important to easily detect genes and determine genotypes. Furthermore, since these gene tests often make a comprehensive judgment by detecting a plurality of types of genes, it is extremely important to simultaneously detect a plurality of types of target genes in a short time.
以上の目的から、核酸を検出するための装置として、1つのデバイス内において複数試薬が関わる複数の反応を順次行うことができるμ−TASと呼ばれるデバイスが盛んに研究開発されてきた。これらは試薬保持領域、反応領域、センサ領域などから成り、それらをつなぐ流路を備えることが特徴である。 For the above purpose, as an apparatus for detecting a nucleic acid, a device called μ-TAS capable of sequentially performing a plurality of reactions involving a plurality of reagents in one device has been actively researched and developed. These include a reagent holding region, a reaction region, a sensor region, and the like, and are characterized by having a flow path connecting them.
複数種の遺伝子を同時に1つのデバイス内で検出する場合、複数の対象遺伝子を増幅するために複数の別々の増幅用容器を用意する方法、もしくは、全ての対象遺伝子の増幅反応をひとつの反応容器に入れてマルチ核酸増幅反応を行う方法、のいずれかが考えられる。しかしながら、検出したい対象遺伝子種が多くなった場合に、いずれの方法でもデバイス化が困難になるという問題がある。つまり複数の別々の増幅容器を用意する方法では、複数の増幅容器を多く用意する必要がありデバイスが複雑になる、またマルチ核酸増幅反応を行う方法では、対象遺伝子数が多くなると、遺伝子増幅反応の競合が発生し、増幅効率が大きく低下するという問題がある。 When multiple genes are detected simultaneously in one device, a method for preparing multiple separate amplification containers to amplify multiple target genes, or a single reaction container for amplification reactions of all target genes Any of the methods for performing a multi-nucleic acid amplification reaction in the above-described case can be considered. However, when the number of target gene species to be detected increases, there is a problem that any method makes it difficult to make a device. In other words, in the method of preparing a plurality of separate amplification containers, it is necessary to prepare a large number of a plurality of amplification containers, which complicates the device. In the method of performing a multi-nucleic acid amplification reaction, if the number of target genes increases, the gene amplification reaction There is a problem that amplification efficiency is greatly reduced.
上記問題の解決手段の1つとして、1つの反応場において、複数種類の標的核酸を複数種類のプライマーセットを用いて同時に独立して(独立した領域で)増幅反応させ、得られた各増幅産物の量を独立して測定することで目的核酸の有無を決定する核酸検出用デバイスがある。 As one of the means for solving the above problems, in each reaction field, a plurality of types of target nucleic acids are simultaneously amplified independently (in an independent region) using a plurality of types of primer sets, and each amplification product obtained There is a nucleic acid detection device that determines the presence or absence of a target nucleic acid by independently measuring the amount of the nucleic acid.
しかしながら、上述のような1つの反応場において複数種類の標的核酸を複数種類のプライマーセットを用いて同時に独立して増幅反応させることを想定した核酸検出用デバイスは、例えば、以下のような課題がある。 However, a nucleic acid detection device that assumes that a plurality of types of target nucleic acids are simultaneously and independently amplified using a plurality of types of primer sets in one reaction field as described above has, for example, the following problems: is there.
課題の1つは、核酸検出用デバイスの増幅領域におけるプライマーセットの保持の困難性である。プライマーセットは、核酸検出用デバイスの増幅領域に保持するためにプライマーセットを含む溶液を各増幅領域に滴下させる。しかしながら、この溶液は、プライマーセットを保持させる過程で、容易に動いてしまう。したがって、核酸検出用デバイスは、各増幅領域におけるプライマーセットの保持位置を正確に規定できないという問題がある。 One of the problems is difficulty in maintaining the primer set in the amplification region of the nucleic acid detection device. In order to hold the primer set in the amplification region of the nucleic acid detection device, a solution containing the primer set is dropped onto each amplification region. However, this solution easily moves in the process of holding the primer set. Therefore, the nucleic acid detection device has a problem that the position where the primer set is held in each amplification region cannot be accurately defined.
他の課題は、プライマーセットの流出である。予め増幅領域に保持したプライマーセットは、標的核酸を含む溶液を増幅領域に導入した場合に、その保持位置から隣接する増幅領域に流出してしまう恐れがある。 Another problem is the outflow of the primer set. The primer set previously held in the amplification region may flow out from the holding position to the adjacent amplification region when a solution containing the target nucleic acid is introduced into the amplification region.
他の課題は、プライマーセット及び増幅産物の動きによる増幅反応の阻害である。プライマーセット及び増幅産物は、増幅反応中に、溶液の流れにより、拡散する。隣接した別の増幅領域から対象外のプライマーセット及び増幅産物が流れてくると、増幅領域では、増幅反応が阻害される恐れがある。 Another problem is inhibition of the amplification reaction due to the movement of the primer set and the amplification product. The primer set and the amplification product are diffused by the flow of the solution during the amplification reaction. If a non-target primer set and amplification product flow from another adjacent amplification region, the amplification reaction may be inhibited in the amplification region.
他の課題は、保護膜からの溶出物による増幅反応の阻害である。増幅反応は、増幅産物の検出センサを内包する領域で行われる。しかしながら、センサの保護膜からの溶出物が増幅反応を阻害する恐れがある。 Another problem is the inhibition of the amplification reaction due to the eluate from the protective film. The amplification reaction is performed in a region including the detection sensor of the amplification product. However, the eluate from the protective film of the sensor may inhibit the amplification reaction.
本発明の目的は、核酸の増幅反応の効率を向上させる核酸検出用デバイス及び核酸検出装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a nucleic acid detection device and a nucleic acid detection apparatus that improve the efficiency of a nucleic acid amplification reaction.
実施形態によれば、核酸検出用デバイスは、第1面に溝部を備える第1の部材を備える。前記溝部は、核酸サンプルが反応するための流路型チャンバを備える。前記流路型チャンバの断面積は、前記溝部における前記流路型チャンバ以外の断面積よりも大きい。 According to the embodiment, the nucleic acid detection device includes a first member including a groove on the first surface. The groove includes a flow channel chamber for allowing a nucleic acid sample to react. The cross-sectional area of the flow channel chamber is larger than the cross-sectional area of the groove portion other than the flow channel chamber.
以下に、図面を参照しながら、種々の実施形態について説明する。なお、実施形態を通して共通の構成には同一の符号を付すものとし、重複する説明は省略する。また、各図は実施形態とその理解を促すための模式図であり、その形状や寸法、比などは実際の装置と異なる個所があるが、これらは以下の説明と公知の技術を参酌して適宜、設計変更することができる。 Various embodiments will be described below with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol shall be attached | subjected to a common structure through embodiment, and the overlapping description is abbreviate | omitted. In addition, each drawing is a schematic diagram for promoting the embodiment and its understanding, and its shape, dimensions, ratio, etc. are different from the actual device, but these are considered in consideration of the following description and known techniques. The design can be changed as appropriate.
(第1の実施形態)
第1の実施形態に係る核酸検出用デバイス1の1例を図1を参照しながら説明する。図1(a)は、核酸検出用デバイス1の1例の平面図である。図1(b)は、図1(a)における線X−Xに沿う核酸検出用デバイス1の断面図である。核酸検出用デバイス1は、1つの反応場において複数種類の標的核酸を複数種類のプライマーセット31を用いて同時に独立して増幅反応させるために用いられる。
(First embodiment)
An example of the nucleic
核酸検出用デバイス1は、支持体(第2の部材)11、被覆体(第1の部材)12を備える。支持体11は、被覆体12と接する面に略平面を備える。なお、第1の実施形態では、支持体11、被覆体12の順で並ぶ方向を積層方向という。被覆体12は、支持体11と接する面(第1面)に、溝部121を備える。溝部121は、支持体11と接する面に設けられている。溝部121は、被覆体12及び、これと接する支持体11により、内部は密閉される。被覆体12及び支持体11で密閉された溝部121は、各種溶液の流路として機能する。溝部121は、1例として、各種溶液の入口121aから出口121bにかけて曲線状に蛇行した形状であるが、特に限定されない。溝部121は、入口121aから出口121bにかけて略同じ幅で形成されている。溝部121は、例えば等間隔で複数のチャンバ(流路型チャンバ)1211が相互に配置されている。チャンバ1211は、核酸の増幅反応が行なわれ、後述する電極(センサ)と核酸サンプルが反応するために用いられる。チャンバ1211は、溝部121におけるチャンバ1211以外の領域(部分)よりも、積層方向に凹んだ形状で形成されている。つまり、チャンバ1211の深さは、溝部121におけるチャンバ1211以外の領域の深さよりも深く形成されている。逆に言えば、溝部121におけるチャンバ1211以外の領域の深さは、チャンバ1211の深さよりも浅い。したがって、チャンバ1211の断面積は、溝部121におけるチャンバ1211以外の領域の断面積よりも大きい。なお、チャンバ1211の断面積及び溝部121におけるチャンバ1211以外の領域の断面積は、被覆体12における溝部121が設けられた面と直交する面に基づいた断面積である。溝部121におけるチャンバ1211以外の領域の断面積は、チャンバ1211の断面積の例えば90%以下であることが好ましいが、特に限定されるものではない。なお、チャンバ1211は、プライマー固定化領域21と対応する。プライマー固定化領域21は、例えば、チャンバ1211の上面部(チャンバ1211以外の領域よりも積層方向に凹んだ部分)に形成されている。複数のプライマー固定化領域21は、互いに独立して溝部121に配置される。
The nucleic
なお、支持体11及び被覆体12の材質は、同じであっても異なっていても良い。また、支持体11及び被覆体12の材質は、支持体11及び被覆体12自身が増幅反応等に関与しない材質であれば良い。支持体11及び被覆体12は、溝部121内で増幅反応を行うことが可能な材質であれば良い。支持体11及び被覆体12は、例えば、シリコン、ガラス、樹脂及び金属などから任意に選択されても良い。
The material of the
次に、プライマー固定化領域21における、核酸を増幅させるためのプライマーセット31の固定(保持)について説明する。チャンバ1211は、流路壁面にプライマーセット31を保持する。なお、プライマー固定化領域21は、チャンバ1211の位置と対応するため、適宜チャンバ1211と読み替えても良い。プライマーセット31は、図1に示すように、チャンバ1211における積層方向の上面部近傍(プライマー固定化領域21)に、反応場を提供するための液相と接触すると遊離するような状態で固定される。複数のチャンバ1211(プライマー固定化領域21)は、標的核酸の種類ごとに複数のプライマーセット31がそれぞれ固定される。つまり、複数のチャンバ1211(プライマー固定化領域21)は、複数種類の標的配列をそれぞれ増幅するように構成された複数種類のプライマーセットを保持する。プライマーセット31の固定化は、例えば、溝部121が鉛直方向の上方を向くように被覆体12のみを準備し、1つのプライマー固定化領域21にプライマーセット31を含む溶液を滴下し、その後乾燥させることで可能である。なお、プライマーセット31の保持方法は、乾燥によるものに限らず、その他凍結乾燥等の手法を用いても良い。
Next, the fixing (holding) of the primer set 31 for amplifying the nucleic acid in the
上述のように、チャンバ1211は溝部121におけるチャンバ1211以外の領域よりも深く形成されているため、プライマー固定化領域21に局所的に滴下されたプライマーセット31を含む溶液は、チャンバ1211以外の領域に容易に動くことはない。したがって、隣接したプライマー固定化領域21は、異なったプライマーセット31を独立して保持可能となる。
As described above, since the
次に、複数のプライマーセット31がそれぞれ異なるプライマー固定化領域21に固定された核酸検出用デバイス1への反応液の添加について説明する。図2(a)は、核酸検出用デバイス1の1例の平面図である。図2(b)は、図2(a)における線X−Xに沿う核酸検出用デバイス1の断面図である。図2は、核酸検出用デバイス1に反応液を添加した状態を示す。なお、図2に示す核酸検出用デバイス1は、反応液が溝部121に添加された以外は図1と同様である。
Next, the addition of the reaction solution to the nucleic
反応液は、核酸増幅反応に必要な成分を含んでいれば良い。反応液は、これらに限定するものではないが、例えば、ポリメラーゼなどの酵素、プライマーを起点とし新たなポリヌクレオチド鎖を形成する際に必要なデオキシヌクレオシド三リン酸などの基質、逆転写を同時に行う場合には、逆転写酵素およびそれに必要な基質など、更に、適切な増幅環境を維持するための塩類などの緩衝剤を含んでいても良い。 The reaction solution may contain components necessary for the nucleic acid amplification reaction. The reaction solution is not limited to these. For example, a substrate such as deoxynucleoside triphosphate necessary for forming a new polynucleotide chain starting from an enzyme such as a polymerase or a primer, and reverse transcription are simultaneously performed. In some cases, it may contain a buffer such as reverse transcriptase and a substrate necessary for the reverse transcriptase and salts for maintaining an appropriate amplification environment.
図2に示すように、入口121aから反応液を添加した後、プライマー固定化領域21に固定されたプライマーセット31は、遊離、拡散し始める。プライマーが遊離および拡散した領域は、模式的に図2中にプライマー遊離・拡散領域22で示される。
As shown in FIG. 2, after adding the reaction solution from the
反応液が核酸検出用デバイス1に導入された時、遊離、拡散するプライマーセット31は、容易に隣接するその他のプライマー固定化領域21に流出しないことが望まれる。つまり、プライマー遊離・拡散領域22は、プライマー固定化領域21(言い換えるとチャンバ1211)と対応することが望ましい。
When the reaction solution is introduced into the nucleic
核酸検出用デバイス1は、反応液導入時において、チャンバ1211におけるプライマーセット31が固定された部分(チャンバ1211以外の領域よりも積層方向に凹んだ部分)近傍の流速を大幅に低減させることができる。そのため、核酸検出用デバイス1は、プライマーセット31が隣接するその他のプライマー固定化領域21に流出することを防止できる。したがって、第1の実施形態に係る核酸検出用デバイス1は、隣接したプライマー固定化領域21のプライマーセット31をそれぞれ独立させることができる。
The nucleic
さらに、増幅反応中においても、ある増幅領域(プライマー固定化領域21(チャンバ1211)に対応する領域)におけるプライマーセット31及び生成された増幅産物は、その他の増幅領域へ拡散せず、独立して増幅領域内に位置することが望まれる。核酸検出用デバイス1は、チャンバ1211以外の領域における溝部121の深さ(流路断面積)は、チャンバ1211の深さ(流路断面積)よりも浅い(小さい)。そのため、核酸検出用デバイス1は、増幅反応中において、ある増幅領域におけるプライマー及び生成された増幅産物が、その他の増幅領域へ拡散することを抑制することができる。したがって、第1の実施形態に係る核酸検出用デバイス1は、複数種類のプライマーセット31を用いた複数の鋳型配列についての増幅を、独立に(局所的に)、且つ同時に高効率で達成可能である。
Further, even during the amplification reaction, the primer set 31 and the generated amplification product in a certain amplification region (region corresponding to the primer-immobilized region 21 (chamber 1211)) do not diffuse to other amplification regions and are independently It is desirable to be within the amplification region. In the nucleic
局所的に得られた増幅産物の具体的な検出手段は、それ自身公知のハイブリダイズ信号の検出手段、例えば、蛍光標識を利用する蛍光強度の検出および/または測定、或いはインタカレータを利用する電流応答を検出および/または測定する方法を利用して行われてよく、限定されない。 Specific detection means of the amplification product obtained locally includes detection means of a hybridization signal known per se, for example, detection and / or measurement of fluorescence intensity using a fluorescent label, or current using an intercalator This can be done using methods of detecting and / or measuring the response, and is not limited.
次に、核酸検出用デバイス1によるハイブリダイズ信号の検出について説明する。図3(a)は、核酸検出用デバイス1の1例の平面図である。図3(b)は、図3(a)における線X−Xに沿う核酸検出用デバイス1の断面図である。なお、図3に示す核酸検出用デバイス1は、支持体11がプローブ固定化領域111を備える以外は図1と同様である。プローブ固定化領域111は、例えば、プライマー固定化領域21(チャンバ1211)に対向する位置に支持体11に配置されるが、特に限定するものではなく、チャンバ1211内であればどのような形態であってもよい。プローブ固定化領域111は、例えば、ハイブリダイズ信号を検出する電極(核酸検出用の電極)が設けられる領域である。つまり、プローブ固定化領域111における核酸検出用の電極は、被覆体12における支持体11と接する面と対向し、溝部121(特にプライマー固定化領域21(チャンバ1211))と対向する位置に配置される。
Next, detection of a hybridization signal by the nucleic
プローブ固定化領域111は、検出されるべき所望の配列の相補配列を含むプローブ核酸が複数固定される。核酸検出用デバイス1は、プライマー固定化領域21にて増幅反応を行った後、引き続きプローブ固定化領域111にてハイブリダイズ信号を得ることができる。
In the
次に、図3に示す核酸検出用デバイス1に反応液を導入し、増幅反応を行った場合について説明する。図4(a)は、核酸検出用デバイス1の1例の平面図である。図4(b)は、図4(a)における線X−Xに沿う核酸検出用デバイス1の断面図である。図4は、核酸検出用デバイス1に反応液を添加した状態を示す。なお、図4に示す核酸検出用デバイス1は、反応液が溝部121に添加された以外は図3と同様である。核酸検出用デバイス1では、反応液が導入されると、鋳型核酸が存在する場合、対応した遊離、拡散したプライマーセット31により鋳型核酸が増幅され、増幅産物32が生じる。増幅反応で生じる増幅産物32は、図4に示すように局所的にチャンバ1211内で生成される。核酸検出用デバイス1は、増幅産物32がプローブ固定化領域111に固定されたプローブと反応することでハイブリダイズ信号を得ることができる。
Next, the case where a reaction solution is introduced into the nucleic
(実施例1)
以下に、第1の実施形態に係る核酸検出デバイス1を用いた核酸検出の例を具体的に説明する。本実施例1では、被覆体12としてシリコンゴム製のパッキン12aを使用し、パッキン12a一面のプライマー固定化領域21にプライマーセット31を固定した。図5は、実施例1に係る支持体11の1例を示す概略図である。実施例1では、支持体11
として、プローブ固定化領域111を電極111aとした電気化学的検出用のアレイ型チップ(基板)11aを用い、ハイブリダイズの存在に依存して生じる電流応答を検出するセンサーとして使用した。なお、パッド部112aは、配線113bを介して電極111aのハイブリダイズ信号を核酸検出装置(図示せず)に伝達するためのものである。つまり、核酸検出装置は、各電極111aからの電流値に基づいて核酸を検出する。
Example 1
An example of nucleic acid detection using the nucleic
As an example, an array type chip (substrate) 11a for electrochemical detection using the probe-immobilized
1.核酸検出用デバイスの準備
1−1 電気化学的検出用アレイ型チップの作製
電気化学的検出用アレイ型チップ11aは、パイレックス(登録商標)ガラス表面にチタン及び金の薄膜をスパッタリングにより形成した。その後、エッチング処理により、チタンおよび金の電極パターンをガラス表面上に形成した。更にその上に絶縁膜を塗付して、エッチング処理により電極111aを露出させた。
1. Preparation of nucleic acid detection device 1-1 Production of array chip for electrochemical detection The
次に上記チップ素材上の各電極111a(図5中A−E、NC(ネガティブコントロール))に、表1に示す6種類の核酸プローブ(配列A〜E、NC)を固定化した。各核酸プローブを含む溶液を各電極111aに滴下し、その後余分な核酸プローブを洗浄除去することで固定化した。
1−2 プライマー固定済みパッキン12aの作製、核酸検出用デバイスの組立
まずプライマーセット31として使用するプライマーDNAを用意した。使用するプライマーDNAは、Loop-mediated Isothermal amplification(LAMP)法による増幅のためのプライマーセット31である。使用したプライマーDNAの塩基配列を表2に示す。プライマーDNAを含んだ溶液を、それぞれ対応するプローブDNAが固定された領域に対向するパッキン12aの底面にスポットし、40℃で2分間乾燥させた。これにより、プライマー固定済みパッキン12aを得た。このパッキン12aをアレイ型チップ111aに取り付け、図6に示した核酸検出用デバイス1を得た。図6(a)は、実施例1に係る核酸検出用デバイス1の1例の平面図である。図6(b)は、図6(a)における線X−Xに沿う核酸検出用デバイス1の断面図である。
2.核酸の検出
2−1 鋳型溶液の準備
表3のように、遺伝子A、B、Dの3種類の鋳型とLAMP増幅用試薬とを混合した鋳型溶液を準備した。
鋳型溶液には、Bst DNAポリメラーゼ、リアクションミックスが含まれ、総量が50μLとなるように蒸留水(即ち、DW)が添加されたものを使用した。鋳型溶液は、表4に示すように、プライマーDNA(セットA)によってLAMP法による増幅反応が生じて、且つプローブDNA(A)とハイブリダイズして検出される鋳型Aと、プライマーDNA(セットB)によってLAMP法による増幅反応が生じて、且つプローブDNA(B)とハイブリダイズして検出される鋳型Bと、プライマーDNA(セットD)によってLAMP法による増幅反応が生じて、且つプローブDNA(D)とハイブリダイズして検出される鋳型Dと、を含む。
2−2 鋳型溶液の添加
2−1にて準備した鋳型溶液を、核酸検出用デバイス1に50μL添加した。
2-2 Addition of
2−3 核酸の反応
以下に示す条件にて、核酸検出用デバイス1の流路領域を加熱或いは冷却し、各種反応を行った。図7(a)は、実施例1に係る核酸検出用デバイス1の1例の平面図である。図7(b)は、図7(a)における線X−Xに沿う核酸検出用デバイス1の断面図である。図7に示すように、特定のプライマーについて、増幅すべき標的配列を含む鋳型がLAMP反応溶液に含まれている場合、そのプライマーが固定された場所で局所的にLAMP反応が進み、生じた増幅産物32はその近傍にあるプローブDNAとハイブリダイズする。
2-3 Reaction of Nucleic Acid Under the conditions shown below, the flow channel region of the nucleic
核酸増幅反応:64℃、60分
ハイブリダイゼーション反応:50℃、10分
洗浄反応:30℃、5分
電流検出用試薬(ヘキスト33258)反応:25℃、3分
2−4 核酸の検出
各プローブ核酸固定化作用極に電位を掃引し、プローブDNAとLAMP産物により形成された二本鎖に特異的に結合したヘキスト33258分子の酸化電流を計測した。上記一連の反応は、SICE Journal of Control, Measurement, and System Integration, Vol. 1, No. 3, pp. 266-270, 2008に記載のDNA自動検査装置にて実施した。
Nucleic acid amplification reaction: 64 ° C., 60 minutes Hybridization reaction: 50 ° C., 10 minutes Washing reaction: 30 ° C., 5 minutes Current detection reagent (Hoechst 33258) reaction: 25 ° C., 3 minutes 2-4 Nucleic acid detection Each probe nucleic acid The potential was swept to the immobilized working electrode, and the oxidation current of Hoechst 33258 molecule specifically bound to the double strand formed by the probe DNA and the LAMP product was measured. The series of reactions described above was carried out using an automatic DNA test apparatus described in SICE Journal of Control, Measurement, and System Integration, Vol. 1, No. 3, pp. 266-270, 2008.
結果
得られた結果を図8に示す。図8は、実施例1に係る核酸増幅反応の結果を示すグラフである。鋳型を添加した遺伝子A、B、Dに対応するプローブA、B、Dを固定化した電極A、B、Dにおいて、NCよりも大きな電流値が得られた。一方、鋳型が添加されていない遺伝子C、Eに対応する電極C、Eの電流値は、NCと同程度となった。このことから、鋳型溶液中の鋳型を確実に検出できたことが明らかとなった。
Results The results obtained are shown in FIG. FIG. 8 is a graph showing the results of the nucleic acid amplification reaction according to Example 1. In the electrodes A, B, and D on which the probes A, B, and D corresponding to the genes A, B, and D to which the template was added were immobilized, a current value larger than that of the NC was obtained. On the other hand, the current values of the electrodes C and E corresponding to the genes C and E to which no template was added were about the same as those of the NC. This revealed that the template in the template solution could be reliably detected.
(第2の実施形態)
第2の実施形態について図面を参照し、詳細に説明する。なお、第1の実施形態で説明した構成と同一の構成については、同符号を付して説明を省略する。第2の実施形態に係る核酸検出用デバイス1の1例を図9を参照しながら説明する。図9(a)は、核酸検出用デバイス1の1例の平面図である。図9(b)は、図9(a)における線X−Xに沿う核酸検出用デバイス1の断面図である。核酸検出用デバイス1は、1つの反応場において複数種類の標的核酸を複数種類のプライマーセット31を用いて同時に独立して増幅反応させるために用いられる。第2の実施形態は、溝部121の形状が第1の実施形態と異なる。
(Second Embodiment)
The second embodiment will be described in detail with reference to the drawings. In addition, about the same structure as the structure demonstrated in 1st Embodiment, a same sign is attached | subjected and description is abbreviate | omitted. An example of the nucleic
溝部121は、入口121aから出口121bにかけて、積層方向に略同じ深さで形成されている。溝部121は、所定間隔でチャンバ1211が複数配置されている。チャンバ1211の幅は、溝部121におけるチャンバ1211以外の領域の幅よりも広い形状で形成されている。逆に言えば、溝部121におけるチャンバ1211以外の領域の幅は、チャンバ1211の幅よりも狭い。なお、チャンバ1211は、溝部121におけるチャンバ1211以外の領域よりも幅が広ければよく、積層方向と直交する方向に円弧状に突出していても、角状に突出していても良い。したがって、チャンバ1211の断面積は、溝部121におけるチャンバ1211以外の領域の断面積よりも大きい。なお、チャンバ1211の断面積及び溝部121におけるチャンバ1211以外の領域の断面積は、被覆体12における溝部121が設けられた面と直交する面に基づいた断面積である。溝部121におけるチャンバ1211以外の領域の断面積は、チャンバ1211の断面積の最大値の例えば90%以下であることが好ましいが、特に限定されるものではない。なお、チャンバ1211は、プライマー固定化領域21と対応する。プライマー固定化領域21は、溝部121における積層方向の上面部近傍に形成されている。複数のプライマー固定化領域21は、互いに独立して溝部121に配置される。
The
上述のように、チャンバ1211は溝部121におけるチャンバ1211以外の領域よりも幅が広く形成されているため、プライマー固定化領域21に局所的に滴下されたプライマーセット31を含む溶液は、チャンバ1211以外の領域に容易に動くことはない。したがって、隣接したプライマー固定化領域21は、異なったプライマーセット31を独立して保持可能となる。
As described above, since the
次に、複数のプライマーセット31がそれぞれ異なるプライマー固定化領域21に固定された核酸検出用デバイス1への反応液の添加について説明する。図10(a)は、核酸検出用デバイス1の1例の平面図である。図10(b)は、図10(a)における線X−Xに沿う核酸検出用デバイス1の断面図である。図10は、核酸検出用デバイス1に反応液を添加した状態を示す。なお、図10に示す核酸検出用デバイス1は、反応液が溝部121に添加された以外は図9と同様である。反応液は、第1の実施系形態と同様の成分であっても良い。
Next, the addition of the reaction solution to the nucleic
図10に示すように、入口121aから反応液を添加した後、プライマー固定化領域21に固定されたプライマーセット31は、遊離、拡散し始める。プライマーが遊離および拡散した領域は、模式的に図2中にプライマー遊離・拡散領域22で示される。核酸検出用デバイス1は、チャンバ1211以外の領域における溝部121の幅(流路断面積)は、チャンバ1211の幅(流路断面積)よりも狭い(小さい)。そのため、核酸検出用デバイス1は、増幅反応中において、ある増幅領域におけるプライマー及び生成された増幅産物が、その他の増幅領域へ拡散することを抑制することができる。したがって、第2の実施形態に係る核酸検出用デバイス1は、複数種類のプライマーセット31を用いた複数の鋳型配列についての増幅を、独立に(局所的に)、且つ同時に高効率で達成可能である。
As shown in FIG. 10, after adding the reaction solution from the
なお、図9、10に示す例では、プライマーセット31がチャンバ1211の上面部近傍の流路壁面に固定された例について説明したが、これに限定されるものではない。図11は、チャンバ1211(プライマー固定化領域21)におけるプライマーセット31の他の固定場所について示す核酸検出用デバイス1の1例の平面図である。プライマーセット31は、積層方向と直交するチャンバ1211の流路壁面に固定されても良い。つまり、プライマーセット31は、チャンバ1211において、チャンバ1211以外の溝部121の領域よりも積層方向と直交する方向に突出した部分に設けられている。
9 and 10, the example in which the primer set 31 is fixed to the channel wall surface in the vicinity of the upper surface of the
図11に示すようにプライマーセット31がチャンバ1211に固定された場合、核酸検出用デバイス1は、反応液導入時において、チャンバ1211におけるプライマーセット31が固定された部分(チャンバ1211以外の溝部121の領域よりも積層方向と直交する方向に突出した部分)近傍の流速を大幅に低減させることができる。そのため、核酸検出用デバイス1は、プライマーセット31が隣接するその他のプライマー固定化領域21に流出することを防止できる。したがって、第2の実施形態に係る核酸検出用デバイス1は、隣接したプライマー固定化領域21のプライマーセット31をそれぞれ独立させることができる。
As shown in FIG. 11, when the primer set 31 is fixed in the
なお、図9、10、11に示す例では、各チャンバ1211同士を接続する溝部121の部分は、最短距離で接続する直線形状で構成されているが、これに限定されるものではない。図12は、各チャンバ1211同士を接続する溝部121の他の形状について示す核酸検出用デバイス1の1例の平面図である。図12に示す例では、各チャンバ1211同士を接続する溝部121の部分は、直線形状よりも流路の距離が長くなるような形状(例えば曲線形状)で構成されている。したがって、図12に示す溝部121は、図9、10、11に示す直線形状で各チャンバ1211同士を接続する溝部121の構成と比較して、各チャンバ1211同士の独立性を高めることができ、効率の良い核酸増幅を行うことができる。なお、ここでは、第2の実施形態に関して、各チャンバ1211同士を接続する溝部121の構成について説明したが、第1の実施形態についても、図12に示すような構成を適用することで、上述の効果を得ることができる。
In the example shown in FIGS. 9, 10, and 11, the portion of the
局所的に得られた増幅産物の具体的な検出手段は、それ自身公知のハイブリダイズ信号の検出手段、例えば、蛍光標識を利用する蛍光強度の検出および/または測定、或いはインタカレータを利用する電流応答を検出および/または測定する方法を利用して行われてよく、限定されない。 Specific detection means of the amplification product obtained locally includes detection means of a hybridization signal known per se, for example, detection and / or measurement of fluorescence intensity using a fluorescent label, or current using an intercalator This can be done using methods of detecting and / or measuring the response, and is not limited.
次に、核酸検出用デバイス1によるハイブリダイズ信号の検出について説明する。図13(a)は、核酸検出用デバイス1の1例の平面図である。図13(b)は、図13(a)における線X−Xに沿う核酸検出用デバイス1の断面図である。なお、図13に示す核酸検出用デバイス1は、支持体11がプローブ固定化領域111を備える以外は図9と同様である。プローブ固定化領域111は、特に限定するものではないが、例えば、チャンバ1211(プライマー固定化領域21)に対向する位置に支持体11に配置される。プローブ固定化領域111は、ハイブリダイズ信号を検出する電極が設けられる領域である。
Next, detection of a hybridization signal by the nucleic
プローブ固定化領域111は、検出されるべき所望の配列の相補配列を含むプローブ核酸が複数固定される。核酸検出用デバイス1は、プライマー固定化領域21にて増幅反応を行った後、引き続きプローブ固定化領域111にてハイブリダイズ信号を得ることができる。
In the
なお、支持体11が特にインターカレータを利用する電流検出方式センサである場合、増幅反応時の加熱に伴うセンサ保護膜からの溶出物によって増幅阻害が起きる。しかしながら、第2の実施形態に係る核酸検出デバイス1は、増幅・検出領域(チャンバ1211)以外の溝部121を細く(幅を狭く)した構成なので、プローブ固定化領域111に設けられるセンサとの接液面積を減少させることができるため、増幅阻害物の溶出を効果的に抑制することができる。
In addition, when the
(実施例2)
上述した第2の実施形態に係る核酸検出用デバイス1での核酸検出は、例えば以下のように実施される。検査の対象となる核酸を含む反応液を、ピペット等の器具にて核酸検出用デバイス1に形成される溝部1211に導入する。反応液が導入されると、鋳型核酸が存在する場合、対応した遊離拡散したプライマーセット31により鋳型核酸が増幅され、増幅産物が生じる。
(Example 2)
The nucleic acid detection by the nucleic
図14(a)は、実施例2に係る核酸検出用デバイス1の1例の平面図である。図14(b)は、図4(a)における線X−Xに沿う核酸検出用デバイス1の断面図である。図14(c)は、実施例2に係る核酸増幅反応の結果を示すグラフである。図14(c)は、図14(a)、(b)に示す核酸検出用デバイス1の領域A、B及びD(各チャンバ1211)において増幅反応が生じ、かつ増幅産物が対応するプローブ核酸の配列に相補的な目的配列を含む場合に得られる結果を示す。図14(C)に示すように、領域A、B、Dについて得られる電流値は、NCのものよりも大きい。一方で、領域C、Eについて得られる検出信号は、NCと同程度である。このことから、鋳型溶液中の鋳型を確実に検出できたことが明らかとなった。なお、検出信号は、特に隣接した領域A、Bにおいても得られている。したがって、第2の実施形態に係る核酸検出用デバイス1は、隣接領域同士での干渉はなく、独立して核酸の増幅反応から検出まで行うことができた。以上のように、実施例2によれば、第2の実施形態に係る核酸検出用デバイス1を用いて、複数種類の標的核酸を、同時にかつ独立して増幅反応を行い、検出まで行うことができることが示された。
FIG. 14A is a plan view of an example of the nucleic
上述の本実施形態によれば、核酸検出用デバイスの増幅領域におけるプライマーセットの保持の困難性、プライマーセットの流出、プライマーセット及び増幅産物の動きによる増幅反応の阻害、保護膜からの溶出物による増幅反応の阻害のうち少なくとも1つの課題を解決することができる。したがって、複数種類の標的核酸を複数種類のプライマーセットを用いて同時に独立して増幅反応させる核酸検出用デバイス及びこれを用いた核酸検出装置は、効率的な増幅反応及び検出を同時にかつ独立して実現することが可能となる。 According to the above-described embodiment, it is difficult to maintain the primer set in the amplification region of the nucleic acid detection device, the primer set flows out, the amplification reaction is inhibited by the movement of the primer set and the amplification product, and the eluate from the protective film At least one problem among the inhibition of the amplification reaction can be solved. Therefore, a nucleic acid detection device that simultaneously and independently amplifies a plurality of types of target nucleic acids using a plurality of types of primer sets, and a nucleic acid detection apparatus using the same, perform efficient amplification reaction and detection simultaneously and independently. It can be realized.
なお、第1の実施形態に係るチャンバ1211の形状と第2の実施形態に係るチャンバ1211の形状を組み合わせることも可能である。
It is possible to combine the shape of the
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
1…核酸検出用デバイス、11…支持体、12…被覆体、12a…パッキン、21…プライマー固定化領域、22…プライマー遊離・拡散領域、31…プライマーセット、32…増幅産物、111a…電極、112a…パッド部、113a…配線、121…溝部、121a…入口、121b…出口、1211…チャンバ。
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記溝部は、核酸サンプルが反応するための流路型チャンバを備え、
前記流路型チャンバの断面積は、前記溝部における前記流路型チャンバ以外の断面積よりも大きい、
核酸検出用デバイス。 A first member having a groove on the first surface;
The groove includes a flow channel chamber for a nucleic acid sample to react,
The cross-sectional area of the flow channel chamber is larger than the cross-sectional area of the groove other than the flow channel chamber,
Nucleic acid detection device.
前記電極からの電流値に基づいて核酸を検出する核酸検出装置。 A nucleic acid detection apparatus using the nucleic acid detection device according to any one of claims 1 to 7,
A nucleic acid detection apparatus for detecting a nucleic acid based on a current value from the electrode.
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