JP2016106563A - 生体分子測定装置及び生体分子測定方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の搬送制御機構を有する生体分子測定装置、及びその装置を用いた生体分子の配列読取の例について説明する。図1は、生体分子測定装置の構成例を説明する断面模式図である。
tn=10-3+(1/6)(n-1)−10-3+(1/6)(n-2) for n>2
で決定される。
本発明の生体分子測定装置を用いて生体分子を測定する手順の実施例を以下に述べる。以下の全ての工程において、ナノポアを介して流れるイオン電流Iは増幅器を通して計測されている。また、上下2槽の液槽に各々挿入された一対のAg/AgCl電極間には一定の電圧が印加されており、ナノポアのサイズに応じたイオン電流量I0が取得されている。
次に、生体分子測定装置を並列化した実施例について説明する。本発明の生体分子測定装置は、並列化したナノポアデバイスとの親和性が良い。並列化により同種の生体分子を同時に測定可能となるため、スループットの向上を測ることが可能となる。ここでは、並列化に対する3種類の例を示す。
生体分子を固定部材に固定するための他の手段として磁気ビーズを用いた実施例を示す。ここでは、生体分子測定装置として図20(a)に示した装置を用いる例によって説明する。ただし、固定部材は磁石材料によって構成する。
図22は、駆動機構による固定部材の駆動に伴う封鎖電流解消の様子を示す図である。
図1に示した生体分子測定装置を用い、APTES/グルタルアルデヒド修飾した表面に鎖長5kのss−poly(dA)を固定した固定部材をナノポアデバイスのナノポア近傍まで近づけた。その結果、図22(a)に示すように、封鎖信号が確認され、固定部材をナノポアデバイスから離すと、封鎖信号が解消した。図22(b)に、図22(a)と同一時間での固定部材の軌跡を示す。カウンタ変位が増えるにつれ、ナノポアデバイスと固定部材は近接する。イオン電流の減少を確認してから約1秒後に、駆動機構による固定部材の駆動を停止した。約10秒後に、ナノポアデバイスと固定プローブの距離を離し始め、再び、イオン電流が増大した時点で(30秒経過後に)再び駆動機構による駆動を停止させた。これは、DNAを固定した固定部材をナノポアに近づけるとイオン電流が減少し、ナノポアから遠ざけることで元の電流値に戻ったことから、駆動機構による固定部材の駆動により、DNAのナノポアへの導入、引き抜きが生じたことを示している。
101 ナノポアデバイス
102 電解質溶液
103a,103b Ag/AgCl電極
104 電源
105 駆動機構
106 駆動機構制御ユニット
107 生体分子固定部材
108 生体分子
109 電流計
110 PC
111 接続部材
112 ナノポア
113 薄膜
114 空間形成部材
201 電位勾配
403 生体分子を含む電解質溶液
601 空間形成部材
702a,702b 電極
801〜804 電極
901 リンカー
1206 回路変換コントローラ
1704 ビーズが固定された生体分子
Claims (20)
- 電解質溶液が満たされる第1の液槽と、
電解質溶液が満たされる第2の液槽と、
ナノポアを有する薄膜を支持し、前記ナノポアを介して前記第1の液槽と前記第2の液槽を連通するように前記第1の液槽と前記第2の液槽の間に設けられたナノポアデバイスと、
前記第1の液槽に配置され、前記薄膜より大きなサイズを有し、生体分子が固定される生体分子固定部材と、
前記生体分子固定部材を前記薄膜に対して近づく方向あるいは遠ざかる方向に駆動する駆動機構と、
前記駆動機構を制御する制御ユニットと、
前記第1の液槽に設けられた第1の電極と、
前記第2の液槽に設けられた第2の電極と、
前記生体分子固定部材と前記薄膜との接触を防止するストップ手段と、
前記第1の電極と前記第2の電極との間に電圧を印加する電源と、
前記第1の電極と前記第2の電極の間に流れるイオン電流を計測する測定部とを有し、
前記測定部は、一端が前記生体分子固定部材に固定された生体分子が前記ナノポアを通過するとき計測されるイオン電流により当該生体分子の配列情報を取得することを特徴とする生体分子測定装置。 - 請求項1に記載の生体分子測定装置において、
前記生体分子固定部材に複数の生体分子が固定されていることを特徴とする生体分子測定装置。 - 請求項1に記載の生体分子測定装置において、
前記生体分子固定部材及び前記駆動部は、240nNの力を受けた際に0.3nm以上変形しないことを特徴とする生体分子測定装置。 - 請求項1に記載の生体分子測定装置において、
前記生体分子固定部材及び前記駆動機構のヤング率は、部材の断面積S、部材の長さLとすると、0.007(L/S)[N/mm2]以上であることを特徴とする生体分子測定装置。 - 請求項1に記載の生体分子測定装置において、
前記生体分子固定部材の材料はSi,SiO,SiN,Au,Ag,Pt,Ti,TiN、又は磁性材料であることを特徴とする生体分子測定装置。 - 請求項1に記載の生体分子測定装置において、
生体分子は、前記生体分子固定部材と有機分子による共有結合、イオン結合、又は静電相互作用により直接固定されていることを特徴とする生体分子測定装置。 - 請求項6に記載の生体分子測定装置において、
共有結合にはSi/APTES/グルタルアルデヒド/amino修飾生体分子、又は金チオール結合、イオン結合には、biotin−SA、静電相互作用にはAPTES/amino修飾生体分子を用いて結合していることを特徴とする生体分子測定装置。 - 請求項1に記載の生体分子測定装置において、
生体分子は核酸又はタンパク質であることを特徴とする生体分子測定装置。 - 請求項1に記載の生体分子測定装置において、
前記生体分子固定部材に生体分子が末端修飾された短鎖長ポリマと混在して固定されていることを特徴とする生体分子測定装置。 - 請求項1に記載の生体分子測定装置において、
前記ストップ手段は、前記ナノポアデバイスの前記薄膜より外側又は前記生体分子固定部材の下面の前記薄膜に対向する領域より外側の少なくとも一部に設けられ、前記生体分子固定部材と前記薄膜の間に空間を形成する空間形成部材であることを特徴とする生体分子測定装置。 - 請求項1に記載の生体分子測定装置において、
前記ストップ手段は、前記ナノポアデバイスの上面又は前記生体分子固定部材の下面の、前記薄膜に対応する領域の外側の少なくとも一部に設けられた一対の電極であることを特徴とする生体分子測定装置。 - 請求項1に記載の生体分子測定装置において、
前記駆動機構は前記生体分子固定部材を34nm/sec〜34μm/secの間の速度で駆動することを特徴とする生体分子測定装置。 - 請求項1に記載の生体分子測定装置において、
前記駆動機構は圧電素子を備えることを特徴とする生体分子測定装置。 - 請求項1に記載の生体分子測定装置において、
前記ナノポアデバイスが横方向に複数隣接して配置され、
前記第2の液槽、前記第2の電極及び前記測定部は、前記複数のナノポアデバイスに各々対応して複数設けられ、
前記第1の液槽、前記生体分子固定部材、前記駆動機構、前記第1の電極、前記ストップ手段は前記複数のナノポアデバイスに対して共通に設けられていることを特徴とする生体分子測定装置。 - 請求項1に記載の生体分子測定装置において、
前記ナノポアデバイスが横方向に複数隣接して配置され、
前記第2の液槽、前記第2の電極及び前記測定部は、前記複数のナノポアデバイスに各々対応して複数設けられ、
前記生体分子固定部材を複数備え、
前記第1の液槽、前記駆動機構、前記第1の電極、前記ストップ手段は前記複数のナノポアデバイスに対して共通に設けられていることを特徴とする生体分子測定装置。 - 請求項1に記載の生体分子測定装置において、
前記ナノポアデバイスが横方向に複数隣接して配置され、
前記第2の液槽、前記第2の電極及び前記測定部は、前記複数のナノポアデバイスに各々対応して複数設けられ、
前記生体分子固定部材とそれを駆動する前記駆動機構、及び前記ストップ手段の組を複数備え、
前記第1の液槽及び前記第1の電極は、前記複数のナノポアデバイスに対して共通に設けられていることを特徴とする生体分子測定装置。 - 電解質溶液中に配置されたナノポアを有する薄膜に前記ナノポアを介して電圧を印加し、前記ナノポアの周囲に電場を発生させる工程と、
前記薄膜より大きなサイズを有し下面に複数の生体分子が固定された生体分子固定部材を前記電解質溶液中で前記薄膜に近づく方向に駆動する工程と、
前記生体分子固定化部材が前記薄膜に所定距離まで近づいたときに駆動を止める工程と、
前記ナノポアを介して流れるイオン電流の変化から生体分子が前記ナノポア内に入ったことを確認する工程と、
前記生体分子固定化部材を前記薄膜から遠ざかる方向に駆動しながら前記イオン電流を計測する工程と、
前記計測したイオン電流から前記生体分子を構成する分子を識別する情報を取得する工程と、
を有することを特徴とする生体分子測定方法。 - 請求項17に記載の生体分子測定方法において、
前記生体分子固定化部材を前記薄膜から遠ざかる方向に駆動するとき、前記イオン電流値の変化から生体分子が前記ナノポアから抜け出したことを検出する工程と、
前記生体分子が前記ナノポアから抜け出したことが検出されたとき前記生体分子固定化部材の駆動を止める工程と、
その後、前記生体分子固定化部材を前記薄膜に近づく方向に駆動しながら前記イオン電流を計測する工程と、前記薄膜から遠ざかる方向に駆動しながら前記イオン電流を計測する工程を反復し、各工程で計測したイオン電流から前記生体分子を構成する分子を識別する情報を取得することを特徴とする生体分子測定方法。 - 請求項17に記載の生体分子測定方法において、
前記ナノポアを有する薄膜が複数用意され、複数のナノポアのそれぞれを介して流れるイオン電流を独立して計測することにより複数の生体分子を構成する分子を識別する情報を取得することを特徴とする生体分子測定方法。 - 電解質溶液中に配置された薄膜のナノポアを介して電圧を印加し前記ナノポアの周囲に電場を生成する工程と、
生体分子を固定化した磁気ビーズを前記電解質溶液中で電気泳動により泳動させ、生体分子を前記ナノポアに導入する工程と、
磁石材料からなる生体分子固定部材を前記薄膜に近づく方向に駆動し、磁力によって前記磁気ビーズを前記生体分子固定部材に固定する工程と、
前記生体分子固定部材を制御された速度で前記薄膜から離れる方向に駆動し、前記ナノポアを介して流れるイオン電流を検出する工程と、
前記ナノポア中を移動する生体分子に起因する前記イオン電流の変化から前記生体分子の配列情報を取得する工程と、
を有することを特徴とする生体分子測定方法。
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