JP2017209048A - Method for calculating concentration of target biomolecule, bead for calculating target biomolecule concentration, set of beads, and target biomolecule concentration calculation apparatus - Google Patents

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了 濱田
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Shuhei Tanaka
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for accurately quantifying the concentration of a target biomolecule in a sample.SOLUTION: According to the present invention, there is provided a method for calculating the concentration of a target biomolecule in a sample, the method comprising the steps of: (a) dividing a sample containing a biomolecule into a plurality of fractions comprising a ligand capable of binding to a target biomolecule; (b) adding to the fractions a reagent necessary for nucleic acid amplification; (c) performing a nucleic acid elongation reaction for each of the fractions; (d) measuring the amount of protons generated in each fraction during the nucleic acid elongation reaction; (e) determining the presence or absence of nucleic acid elongation for each fraction based on the measured proton yield; and (f) calculating the concentration of the target biomolecule in the sample based on the number of fractions judged to have nucleic acid elongation.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本発明は、標的生体分子の濃度算出方法、標的生体分子濃度算出用ビーズ、ビーズのセット、及び標的生体分子濃度算出装置に関する。   The present invention relates to a target biomolecule concentration calculation method, a target biomolecule concentration calculation bead, a bead set, and a target biomolecule concentration calculation apparatus.

ハイスループットで核酸分析を行う方法としては、光切断部位を介してビーズにプライマーを結合し、プライマーに試料中の核酸を捕捉させた後、プライマーを光誘導切断してPCRを行い、標的核酸を増幅して増幅産物を分析する技術が知られている(特許文献1参照)。しかしながら、特許文献1の技術では、増幅産物の分析を行う場合には、ビーズエマルジョンを回収して配列解析等を行う必要があった。   For high-throughput nucleic acid analysis, a primer is bound to a bead via a photocleavage site, the primer captures the nucleic acid in the sample, the primer is photoinduced cleaved, PCR is performed, and the target nucleic acid is A technique for amplifying and analyzing an amplification product is known (see Patent Document 1). However, in the technique of Patent Document 1, when analyzing an amplification product, it was necessary to collect a bead emulsion and perform sequence analysis or the like.

米国特許出願公開第2013/0190191号明細書US Patent Application Publication No. 2013/0190191

本発明の一実施態様は、標的生体分子の濃度算出方法であって、
(a)生体分子を含む試料を、標的生体分子と結合し得るリガンドを含む、複数の画分に分割する工程と、
(b)前記画分に、核酸伸長に必要な試薬を添加する工程と、
(c)前記画分毎に、核酸伸長反応を行う工程と、
(d)前記核酸伸長反応中の各画分のプロトン発生量を測定する工程と、
(e)測定された前記プロトン発生量に基づいて、前記画分毎に核酸伸長の有無を判定する工程と、
(f)核酸伸長有と判定された画分の数に基づいて、前記試料中の標的生体分子の濃度を算出する工程と、
を含む標的生体分子の濃度算出方法である。
One embodiment of the present invention is a method for calculating the concentration of a target biomolecule,
(A) dividing a sample containing a biomolecule into a plurality of fractions containing a ligand capable of binding to the target biomolecule;
(B) adding a reagent necessary for nucleic acid extension to the fraction;
(C) performing a nucleic acid extension reaction for each of the fractions;
(D) measuring a proton generation amount of each fraction during the nucleic acid extension reaction;
(E) determining the presence or absence of nucleic acid elongation for each fraction based on the measured proton generation amount;
(F) calculating the concentration of the target biomolecule in the sample based on the number of fractions determined to have nucleic acid elongation;
Is a method for calculating the concentration of a target biomolecule including

また、本発明の一実施態様は、所定の電気特性を有するビーズ体に当該電気特性に対応する種類のリガンドが固定化された、標的生体分子濃度算出用ビーズである。   One embodiment of the present invention is a target biomolecule concentration calculating bead in which a ligand corresponding to the electrical property is immobilized on a bead body having a predetermined electrical property.

また、所定の電気特性を有するビーズ体に当該電気特性に対応する種類のリガンドが固定化された、標的生体分子濃度算出用ビーズを複数含む、標的生体分子の濃度を算出するためのビーズのセットである。   A set of beads for calculating the concentration of a target biomolecule, including a plurality of beads for calculating the target biomolecule concentration, in which a ligand corresponding to the electric property is immobilized on a bead body having predetermined electric characteristics It is.

また、本発明の一実施態様は、複数の画分に分割された生体分子を含む試料の前記画分毎に行われる核酸伸長反応中の各画分のプロトンを検出する検出部と、前記検出部が検出するプロトンの発生量に基づいて、前記画分毎に核酸増幅の有無を判定する核酸伸長判定部と、前記核酸伸長判定部が核酸伸長有と判定する画分の数に基づいて、前記試料中の標的生体分子の濃度を算出する標的生体分子濃度算出部と、を備える標的生体分子濃度算出装置である。   One embodiment of the present invention includes a detection unit that detects protons of each fraction during a nucleic acid extension reaction performed for each fraction of a sample containing a biomolecule divided into a plurality of fractions, and the detection Based on the amount of protons detected by the part, based on the number of fractions determined by the nucleic acid extension determination unit for determining the presence or absence of nucleic acid amplification for each fraction, and the nucleic acid extension determination unit determined to have nucleic acid extension, A target biomolecule concentration calculation apparatus comprising: a target biomolecule concentration calculation unit that calculates a concentration of a target biomolecule in the sample.

第1実施形態におけるビーズ体の一例の模式図である。It is a schematic diagram of an example of the bead body in 1st Embodiment. 第1実施形態におけるビーズ体に標的核酸配列がアニーリングした状態の一例の模式図である。It is a schematic diagram of an example of the state which the target nucleic acid sequence annealed to the bead body in 1st Embodiment. 本実施形態における反応槽へのビーズ体の配置の一例の模式図である。It is a schematic diagram of an example of arrangement | positioning of the bead body to the reaction tank in this embodiment. 本実施形態における反応槽へのビーズ体の配置の変形例の模式図である。It is a schematic diagram of the modification of arrangement | positioning of the bead body to the reaction tank in this embodiment. 本実施形態におけるセンサの一例の模式図である。It is a schematic diagram of an example of the sensor in this embodiment. 本実施形態における標的核酸配列濃度算出装置の構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a structure of the target nucleic acid sequence density | concentration calculation apparatus in this embodiment. 第2実施形態におけるビーズ体の一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of the bead body in 2nd Embodiment.

<<第1実施形態>>
一例として、本実施形態の方法における標的生体分子は、所望の標的核酸配列を有する核酸である。また、標的生体分子に結合し得るリガンドは、標的核酸配列にアニーリングし得るプライマー(以下、「標的核酸用プライマー」という)である。本実施形態においては、標的生体分子が核酸である場合について説明する。
<< First Embodiment >>
As an example, the target biomolecule in the method of the present embodiment is a nucleic acid having a desired target nucleic acid sequence. The ligand capable of binding to the target biomolecule is a primer (hereinafter referred to as “target nucleic acid primer”) that can anneal to the target nucleic acid sequence. In the present embodiment, a case where the target biomolecule is a nucleic acid will be described.

本実施形態の標的核酸配列の濃度算出方法は、(a1)核酸を含む試料を、標的核酸配列とアニーリングし得る標的核酸用プライマーを含む、複数の画分に分割する工程と、(b1)前記画分に、核酸伸長に必要な試薬を添加する工程と、(c1)前記画分毎に、標的核酸配列の核酸伸長反応を行う工程と、(d1)前記核酸伸長反応中の各画分のプロトン発生量を測定する工程と、(e1)測定された前記プロトン発生量に基づいて、前記画分毎に核酸伸長の有無を判定する工程と、(f1)核酸伸長有と判定された画分の数に基づいて、前記試料中の標的核酸配列の濃度を算出する工程と、の各工程を有する。以下、各工程について説明する。   The method for calculating the concentration of a target nucleic acid sequence according to this embodiment comprises (a1) dividing a sample containing a nucleic acid into a plurality of fractions containing a target nucleic acid primer that can be annealed with the target nucleic acid sequence, and (b1) Adding a reagent necessary for nucleic acid extension to the fraction; (c1) performing a nucleic acid extension reaction of the target nucleic acid sequence for each fraction; and (d1) each fraction in the nucleic acid extension reaction. A step of measuring the amount of proton generation; (e1) a step of determining the presence or absence of nucleic acid extension for each fraction based on the measured amount of proton generation; and (f1) a fraction determined to have nucleic acid extension. And calculating the concentration of the target nucleic acid sequence in the sample based on the number of each. Hereinafter, each step will be described.

<実施形態1>
[複数画分への試料の分割]
本実施形態における工程(a1)は、核酸を含む試料を、複数の画分に分割する工程である。本実施形態では、核酸を含む試料を、標的核酸配列にアニーリングし得るプライマーを固定化した複数のビーズと接触させ、ビーズを1つずつ反応槽に配置することにより、試料を複数の画分に分割する。
[標的核酸用プライマーとのアニーリング]
本実施形態においては、核酸を含む試料を、標的核酸用プライマーが固定化された複数のビーズと接触させる工程を有する。
<Embodiment 1>
[Split sample into multiple fractions]
Step (a1) in the present embodiment is a step of dividing a sample containing nucleic acid into a plurality of fractions. In this embodiment, a sample containing nucleic acid is brought into contact with a plurality of beads on which a primer capable of annealing to a target nucleic acid sequence is immobilized, and the beads are placed in a reaction vessel one by one, whereby the sample is divided into a plurality of fractions. To divide.
[Annealing with target nucleic acid primer]
In this embodiment, the method includes a step of bringing a sample containing nucleic acid into contact with a plurality of beads on which a target nucleic acid primer is immobilized.

まず、本実施形態で用いるビーズについて、図1を参照して説明する。図1中、1はビーズ、2は標的核酸用プライマー、100はビーズ1に標的核酸用プライマー2が固定化されたビーズ体を示す。   First, the beads used in this embodiment will be described with reference to FIG. In FIG. 1, 1 is a bead, 2 is a target nucleic acid primer, and 100 is a bead body in which a target nucleic acid primer 2 is immobilized on a bead 1.

本実施形態において、ビーズ1は、標的核酸用プライマー2が固定化するための担体として用いられる。一例として、ビーズ1の形状は、球状又はそれに近い形状である。ビーズ1の形状は、これにかぎるものではない。一例として、ビーズ1の大きさは、平均直径1〜250μmである。また一例として、ビーズ1の大きさは、平均直径30〜80μmである。   In this embodiment, the beads 1 are used as a carrier for immobilizing the target nucleic acid primer 2. As an example, the shape of the beads 1 is a spherical shape or a shape close thereto. The shape of the beads 1 is not limited to this. As an example, the size of the beads 1 has an average diameter of 1 to 250 μm. Moreover, as an example, the size of the beads 1 has an average diameter of 30 to 80 μm.

ビーズ1の材質は、特に限定されないが、例えば、ケイ素、二酸化チタン、酸化アルミニウム、ガラス、ポリスチレン、セルロース、ポリアミド等を挙げることができる。また、反応槽への配置の観点から、磁性ビーズを用いてもよい。ビーズ1は、1種類の物質のみならず、2種類以上の物質からなるものであってもよい。また、ビーズ1は、表面コーティングされたものであってもよい。なお、反応槽へのビーズ体100の配置に、誘電泳動を利用する場合には、ビーズ1の材質には、高い誘電率を有する強誘電体材料が用いられる。そのような強誘電体材料の例としては、例えば、チタン酸バリウム、リン酸二水素カリウム等を挙げることができる。   The material of the beads 1 is not particularly limited, and examples thereof include silicon, titanium dioxide, aluminum oxide, glass, polystyrene, cellulose, and polyamide. Moreover, you may use a magnetic bead from a viewpoint of arrangement | positioning to a reaction tank. The beads 1 may be composed of not only one kind of substance but also two or more kinds of substances. The beads 1 may be surface-coated. When using dielectrophoresis for arranging the bead body 100 in the reaction vessel, a ferroelectric material having a high dielectric constant is used as the material of the bead 1. Examples of such ferroelectric materials include barium titanate and potassium dihydrogen phosphate.

図1に示すように、ビーズ1には、標的核酸用プライマー2が固定化されている。これらの核酸のビーズ1への固定化は、公知の方法を用いて行うことができる。例えば、標的核酸用プライマー2をビオチン修飾し、ビーズ1の表面をアビジンでコーティングすることにより、アビジン−ビオチン結合を利用して、ビーズ1への両核酸の固定化を行うことができる。また、標的核酸用プライマー2をアミノ基、ホルミル基、SH基などの官能基で修飾し、ビーズ1をアミノ基、ホルミル基、エポキシ基などを有するシランカップリング剤で表面処理することにより、固定化を行ってもよい。   As shown in FIG. 1, a target nucleic acid primer 2 is immobilized on a bead 1. Immobilization of these nucleic acids to the beads 1 can be performed using a known method. For example, by immobilizing the target nucleic acid primer 2 with biotin and coating the surface of the bead 1 with avidin, both nucleic acids can be immobilized on the bead 1 using an avidin-biotin bond. Further, the target nucleic acid primer 2 is modified with a functional group such as an amino group, formyl group, or SH group, and the beads 1 are fixed by surface treatment with a silane coupling agent having an amino group, formyl group, epoxy group, or the like. May also be performed.

標的核酸用プライマー2は、目的とする標的核酸配列にアニーリングし得る配列を有する。一例として、標的核酸用プライマー2は、標的核酸配列の一部に相補的な配列を有する核酸である。一例として、標的核酸用プライマー2は、DNAである。標的核酸用プライマー2は、標的核酸配列にアニーリングし、標的核酸配列を鋳型とした核酸伸長反応を誘導する。標的核酸用プライマー2の配列は、目的とする標的核酸に応じて、適宜選択することができる。   The target nucleic acid primer 2 has a sequence that can be annealed to the target nucleic acid sequence. As an example, the target nucleic acid primer 2 is a nucleic acid having a sequence complementary to a part of the target nucleic acid sequence. As an example, the target nucleic acid primer 2 is DNA. The target nucleic acid primer 2 anneals to the target nucleic acid sequence and induces a nucleic acid extension reaction using the target nucleic acid sequence as a template. The sequence of the target nucleic acid primer 2 can be appropriately selected according to the target nucleic acid.

なお、図1では、ビーズ1に対して、標的核酸用プライマー2が1分子ずつしか固定化されていないが、ビーズ1に対して固定化される標的核酸用プライマー2の分子数は1つに限定されず、2分子以上を固定化することができる。一例として、本実施形態では、標的核酸用プライマー2は、2分子以上固定化される。標的核酸用プライマー2は、ビーズ1の表面積に応じて、標的核酸のアニーリング及び伸長反応を妨げない程度の密度で、固定化されていればよい。なお、ビーズ1に対して、2分子以上の標的核酸用プライマー2を固定化する場合、固定化される標的核酸用プライマー2は、全て同一の標的核酸配列を標的とする。   In FIG. 1, only one molecule of the target nucleic acid primer 2 is immobilized on each bead 1, but the number of molecules of the target nucleic acid primer 2 immobilized on the bead 1 is one. Without limitation, two or more molecules can be immobilized. As an example, in this embodiment, two or more molecules of the target nucleic acid primer 2 are immobilized. The target nucleic acid primer 2 may be immobilized at a density that does not hinder the annealing and extension reaction of the target nucleic acid according to the surface area of the beads 1. When two or more target nucleic acid primers 2 are immobilized on the beads 1, the target nucleic acid primers 2 to be immobilized all target the same target nucleic acid sequence.

本工程では、ビーズ1に標的核酸用プライマー2が固定化されたビーズ体100を、核酸を含む試料と接触させる。本実施形態において、核酸を含む試料は、特に限定されず、例えば、生体サンプルや環境サンプルからの核酸抽出物等を含む試料等を使用することができる。一例として、試料に含まれる核酸は、DNAである。DNAの例としては、cDNAやゲノムDNAを挙げることができる。試料に含まれる核酸は、DNAに限定されず、RNAや修飾核酸であってもよい。   In this step, the bead body 100 in which the target nucleic acid primer 2 is immobilized on the beads 1 is brought into contact with a sample containing nucleic acids. In this embodiment, the sample containing a nucleic acid is not specifically limited, For example, the sample etc. which contain the nucleic acid extract etc. from a biological sample or an environmental sample can be used. As an example, the nucleic acid contained in the sample is DNA. Examples of DNA include cDNA and genomic DNA. The nucleic acid contained in the sample is not limited to DNA, but may be RNA or modified nucleic acid.

ビーズ体100と核酸を含む試料との接触は、例えば、ビーズ体100と核酸を含む試料とを混合することにより行うことができる。このとき、試料と接触させるビーズ体100の個数は、試料中に含まれると予測される標的核酸配列数に対して、十分に多いことが必要である。一例として、混合物は、標的核酸用プライマー2が標的核酸とアニーリングし得る条件に置かれる。アニーリング条件は、標的核酸用プライマー2の長さ等に応じて、適宜設定することができる。試料中に標的核酸用プライマー2の標的核酸が含まれている場合には、図2に示すように、標的核酸用プライマー2が標的核酸配列3にアニーリングし、ビーズ体100に標的核酸配列3が捕捉される。ただし、ビーズ体100の個数が標的核酸配列数に対して十分に多い場合、標的核酸用プライマー2は、標的核酸配列3にアニーリングするものと、アニーリングしないものとが混在するようになる。試料中の標的核酸配列3の濃度が高い場合には、標的核酸配列3にアニーリングする標的核酸用プライマー2の数は多くなる。一方、試料中の標的核酸配列3の濃度が低い場合には、標的核酸配列3にアニーンリグする標的核酸用プライマー2の数は少なくなる。なお、試料と接触させるビーズ体100の数は、試料の種類に応じて、適宜選択することができる。試料中に含まれる標的核酸濃度が高いと予想される場合には、試料を希釈してもよい。   The contact between the bead body 100 and the sample containing the nucleic acid can be performed, for example, by mixing the bead body 100 and the sample containing the nucleic acid. At this time, it is necessary that the number of the bead bodies 100 brought into contact with the sample is sufficiently larger than the number of target nucleic acid sequences predicted to be included in the sample. As an example, the mixture is placed under conditions that allow the target nucleic acid primer 2 to anneal with the target nucleic acid. The annealing conditions can be appropriately set according to the length of the target nucleic acid primer 2 and the like. When the target nucleic acid of the target nucleic acid primer 2 is contained in the sample, the target nucleic acid primer 2 anneals to the target nucleic acid sequence 3 as shown in FIG. Be captured. However, when the number of the bead bodies 100 is sufficiently larger than the number of target nucleic acid sequences, the target nucleic acid primer 2 is mixed with those that anneal to the target nucleic acid sequence 3 and those that do not anneal. When the concentration of the target nucleic acid sequence 3 in the sample is high, the number of target nucleic acid primers 2 that anneal to the target nucleic acid sequence 3 increases. On the other hand, when the concentration of the target nucleic acid sequence 3 in the sample is low, the number of target nucleic acid primers 2 that ligate to the target nucleic acid sequence 3 is reduced. In addition, the number of the bead bodies 100 brought into contact with the sample can be appropriately selected according to the type of the sample. If the target nucleic acid concentration contained in the sample is expected to be high, the sample may be diluted.

[反応槽へのビーズの配置]
次に、核酸を含む試料と接触させたビーズ体100を、ビーズ毎に、個別の反応槽に配置する。反応槽へのビーズの配置について、図3を参照して、説明する。図3中、20はビーズ配置用基板であり、21は反応槽である。この一例においては、ビーズ配置用基板20は、m×n個(m、nはいずれも自然数。)の反応槽21を備える。この反応槽21をウエルWともいう。
[Placement of beads in the reaction vessel]
Next, the bead body 100 brought into contact with the sample containing nucleic acid is placed in a separate reaction tank for each bead. The arrangement of beads in the reaction tank will be described with reference to FIG. In FIG. 3, 20 is a substrate for bead arrangement, and 21 is a reaction vessel. In this example, the bead arrangement substrate 20 includes m × n reaction vessels 21 (m and n are natural numbers). This reaction vessel 21 is also referred to as well W.

また、反応槽21は、水素濃度を検知するためのセンサ30を備えている。反応槽21のうち、例えば、ウエルW11は、センサ30−11を備える。ウエルWmnは、センサ30−mnを備える。一例として、センサ30は、反応槽21の底面に配設され。また、一例として、センサ30は、イオン感応性電界効果トランジスタ(Ion Sensitive Field Effect Transistor;ISFET)である。   In addition, the reaction vessel 21 includes a sensor 30 for detecting the hydrogen concentration. Of the reaction vessel 21, for example, the well W11 includes a sensor 30-11. The well Wmn includes a sensor 30-mn. As an example, the sensor 30 is disposed on the bottom surface of the reaction vessel 21. As an example, the sensor 30 is an ion sensitive field effect transistor (ISFET).

本実施形態において、ビーズ配置用基板20の材質は、特に限定されないが、ガラス、シリコン、ポリマー等とすることができる。なお、ビーズ配置用基板20にエラストラマー材料を用いる場合、微小なゴミなどの粒子が反応槽21とビーズ配置用基板20との間に挟まれたときに生じる反応槽21全体のビーズ配置用基板20との密着性に及ぼす悪影響がエラストラマーの局所的な変形により回避される利点がある。   In the present embodiment, the material for the bead arrangement substrate 20 is not particularly limited, but may be glass, silicon, polymer, or the like. When an elastomer material is used for the bead arrangement substrate 20, the entire bead arrangement substrate of the reaction tank 21 generated when particles such as fine dust are sandwiched between the reaction tank 21 and the bead arrangement substrate 20. There is an advantage that an adverse effect on the adhesiveness with 20 is avoided by local deformation of the elastomer.

ビーズ配置用基板20には、複数の反応槽21が配設されている。配設される反応槽21の数は、標的核酸用プライマーとのアニーリング工程で使用したビーズ体100の数以上である必要がある。一例として、反応槽21のサイズは、ビーズ1よりも若干大きいサイズである。一例として、反応槽21のサイズは、ビーズ1のサイズの1〜2倍程度であり、1個のビーズ1を収納可能な程度の大きさとなっている。なお、ビーズ配置用基板20の表面や反応槽21の内壁は、核酸等の非特異的吸着を防止するブロッキング剤、例えば、ポリエチレングリコール(PEG)や2−メテクリオイルオキシエチルホスホリルコリン(MPC)等でコーティングされていてもよい。このようなコーティングが施してあることで、ビーズ配置用基板20の表面や反応槽21の内壁への核酸の非特異的吸着を抑制することができる。また、一例として、反応槽21の内壁は、親水化されている。内壁が親水化されていることにより、ビーズ体100の分散液をビーズ配置用基板20上に滴下した際、反応槽21内部へのビーズ体100の充填効率が向上する。   A plurality of reaction vessels 21 are arranged on the bead arrangement substrate 20. The number of reaction vessels 21 to be arranged needs to be equal to or more than the number of bead bodies 100 used in the annealing step with the target nucleic acid primer. As an example, the size of the reaction vessel 21 is slightly larger than the bead 1. As an example, the size of the reaction tank 21 is about 1 to 2 times the size of the beads 1 and is large enough to accommodate one bead 1. Note that the surface of the bead-arranging substrate 20 and the inner wall of the reaction vessel 21 are blocking agents that prevent non-specific adsorption of nucleic acids, such as polyethylene glycol (PEG), 2-metheoyloxyoxyphosphorylcholine (MPC), etc. It may be coated with. By providing such a coating, nonspecific adsorption of nucleic acids to the surface of the bead arrangement substrate 20 and the inner wall of the reaction vessel 21 can be suppressed. Moreover, as an example, the inner wall of the reaction vessel 21 is hydrophilized. Since the inner wall is hydrophilized, the efficiency of filling the bead body 100 into the reaction vessel 21 is improved when the dispersion liquid of the bead body 100 is dropped onto the bead placement substrate 20.

本実施形態の工程(a1)では、図3に示すように、核酸を含む試料と接触させた複数のビーズ体100を、反応槽21に、1個ずつ配置する。反応槽21に、ビーズ体100を配置する方法は、特に限定されず、例えば、ビーズ体100を分散させた液体を、ビーズ配置用基板20上に滴下し、撹拌、振盪、遠心分離等の手段により、ビーズ体100を反応槽21に誘導してもよい。あるいは、ビーズ体100の分散液にビーズ配置用基板20を浸漬し、撹拌、振盪、遠心分離等の手段を用いてもよい。
反応槽21のうち、例えば、ウエルW11には、ビーズ体100−11が配置される。ウエルWmnには、ビーズ体100−mnが配置される。
In the step (a1) of the present embodiment, as shown in FIG. 3, a plurality of bead bodies 100 brought into contact with a sample containing nucleic acid are arranged one by one in the reaction vessel 21. The method for disposing the bead body 100 in the reaction vessel 21 is not particularly limited. For example, a liquid in which the bead body 100 is dispersed is dropped onto the bead disposition substrate 20 and stirred, shaken, centrifuged, or the like. Thus, the bead body 100 may be guided to the reaction vessel 21. Alternatively, the bead arrangement substrate 20 may be immersed in the dispersion of the bead body 100, and means such as stirring, shaking, and centrifugation may be used.
In the reaction vessel 21, for example, a bead body 100-11 is disposed in the well W11. A bead body 100-mn is disposed in the well Wmn.

また、ビーズ1に磁気ビーズを用いた場合には、ビーズ配置用基板20の基板材料下に磁性体板と磁石を配置し、該磁石による磁力によりビーズ体100を反応槽に誘導することもできる。この場合、基板材料下の磁石をビーズ配置用基板20に対して平行方向に動かすことで、ビーズ体が分散し、反応槽21へのビーズ体の充填効率が向上する。磁石によりビーズ配置用基板20に印加する磁場の強さは、特に限定されないが、100〜10000ガウスである。また、磁石を取り除いた後も磁性体板の磁化は残るため、ビーズ体100は安定した配置を保持し続けることが可能となる。かかる磁性体の材料としては、ニッケル、ニッケル合金、鉄および鉄合金などの金属を用いることができる。   When magnetic beads are used for the beads 1, a magnetic plate and a magnet can be arranged under the substrate material of the bead arrangement substrate 20, and the bead body 100 can be guided to the reaction vessel by the magnetic force of the magnet. . In this case, by moving the magnet under the substrate material in the direction parallel to the bead placement substrate 20, the bead bodies are dispersed, and the efficiency of filling the bead bodies into the reaction vessel 21 is improved. The strength of the magnetic field applied to the bead arranging substrate 20 by the magnet is not particularly limited, but is 100 to 10,000 gauss. In addition, since the magnetization of the magnetic plate remains after the magnet is removed, the bead body 100 can continue to maintain a stable arrangement. As a material of such a magnetic body, metals such as nickel, nickel alloy, iron and iron alloy can be used.

[反応槽へのビーズの配置:変形例]
この変形例では、ビーズ体100は、標的核酸用プライマー2の配列の種類ごとに異なる電気特性を有している。この電気特性には、インピーダンス、誘電率、導電率などが含まれる。この変形例では、「誘電率」を電気特性の一例として説明する。この一例の場合、反応槽21にビーズ体100を配置する工程において、図4に示すように誘電泳動によるソーティングを行ってもよい。例えば、ビーズ体100Aの誘電率は、誘電率εA、ビーズ体100Bの誘電率は、誘電率εB、ビーズ体100Cの誘電率は、誘電率εC、ビーズ体100Dの誘電率は、誘電率εDである。
互いに異なる誘電率を持つビーズを作製する方法としては、例えば、ビーズ材料に占める強誘電体の含有率が異なるビーズを作製することで実現可能である。
[Placement of beads in reaction vessel: modified example]
In this modification, the bead body 100 has different electrical characteristics for each type of sequence of the target nucleic acid primer 2. The electrical characteristics include impedance, dielectric constant, conductivity, and the like. In this modification, “dielectric constant” will be described as an example of electrical characteristics. In this example, in the step of placing the bead body 100 in the reaction vessel 21, sorting by dielectrophoresis may be performed as shown in FIG. For example, the dielectric constant of the bead body 100A is the dielectric constant εA, the dielectric constant of the bead body 100B is the dielectric constant εB, the dielectric constant of the bead body 100C is the dielectric constant εC, and the dielectric constant of the bead body 100D is the dielectric constant εD. is there.
A method for producing beads having different dielectric constants can be realized, for example, by producing beads having different ferroelectric content in the bead material.

ここで、誘電泳動を用いて誘電率に応じたソーティングを行う方法について説明する。誘電体粒子に働く誘電泳動力は、印加される外部電界の強度、周波数、粒子の誘電率に依存する。電極間に一定の電圧および周波数が印加される場合を考えると、異なる誘電率を持つビーズには異なる大きさの誘電泳動力が働くことになる。適切な周波数に設定すれば、強電界部分から排除される方向に誘電泳動力が働く(負の誘電泳動)。誘電泳動理論の詳細については「AC Electrokinetic: Colloids and Nanoparticles, Research Studies Pr」等を参照されたい。そこで、図4のように、流路中に電極対を配置し、負の誘電泳動力が働くような周波数を印加すると、ビーズには流れに対して斜め方向に力が働くことになり、結果としてビーズの流路中での軌跡が変わることとなる。さらには、ビーズの誘電率によって働く誘電泳動力の大きさが変わるため、ビーズの種類毎に異なる軌跡で移動させることが可能となるため、結果としてビーズ種毎にソーティングが可能となる。この時、異なる電圧、周波数を印加する電極対を複数設ける(例えば、電極対EPA及び電極対EPBを設ける)ことによって、ソーティング可能なビーズの種類を増やすことができる。
つまり、この変形例によれば、ビーズ体100に固定されている標的核酸用プライマー2の配列の種類を、誘電率によって選別することができる。
Here, a method of performing sorting according to the dielectric constant using dielectrophoresis will be described. The dielectrophoretic force acting on the dielectric particles depends on the strength of the external electric field applied, the frequency, and the dielectric constant of the particles. Considering the case where a constant voltage and frequency are applied between the electrodes, dielectrophoretic forces of different magnitudes act on beads having different dielectric constants. If an appropriate frequency is set, the dielectrophoretic force acts in the direction of exclusion from the strong electric field portion (negative dielectrophoresis). For details of the dielectrophoresis theory, refer to “AC Electrokinetic: Colloids and Nanoparticles, Research Studies Pr” and the like. Therefore, as shown in FIG. 4, when a pair of electrodes are arranged in the flow path and a frequency at which a negative dielectrophoretic force acts is applied, a force acts on the beads in an oblique direction with respect to the flow. As a result, the trajectory of the beads in the flow path changes. Furthermore, since the magnitude of the dielectrophoretic force that works depending on the dielectric constant of the beads changes, the beads can be moved along different trajectories for each type of beads, and as a result, sorting is possible for each type of bead. At this time, by providing a plurality of electrode pairs to which different voltages and frequencies are applied (for example, by providing the electrode pair EPA and the electrode pair EPB), the types of beads that can be sorted can be increased.
That is, according to this modification, the type of sequence of the target nucleic acid primer 2 fixed to the bead body 100 can be selected based on the dielectric constant.

誘電泳動を利用して、標的核酸用プライマー2の種類ごとにビーズ体100を反応槽21に配置することにより、複数の標的核酸配列を同時に定量することが可能になる。   By using the dielectrophoresis and arranging the bead body 100 in the reaction vessel 21 for each type of the target nucleic acid primer 2, a plurality of target nucleic acid sequences can be simultaneously quantified.

[核酸伸長反応に必要な試薬の添加]
工程(b1)は、前記画分に、核酸伸長反応に必要な試薬を添加する工程である。
本実施形態においては、核酸伸長反応に必要な試薬として、DNAポリメラーゼ、デオキシヌクレオシド三リン酸、適切なバッファ等を挙げることができる。一例として、DNAポリメラーゼは、Taqポリメラーゼ等の耐熱性DNAポリメラーゼ、鎖置換型DNAポリメラーゼである。核酸伸長反応に必要な試薬は、後述の工程(d1)で行う核酸伸長反応の方法に応じて、適宜選択することができる。なお、一例として、DNAポリメラーゼなどの一部の試薬は、本工程で添加せず、あらかじめ反応槽21の内壁に結合させておいてもよい。
[Addition of reagents necessary for nucleic acid extension reaction]
Step (b1) is a step of adding a reagent necessary for the nucleic acid extension reaction to the fraction.
In the present embodiment, examples of reagents necessary for the nucleic acid extension reaction include DNA polymerase, deoxynucleoside triphosphate, an appropriate buffer, and the like. As an example, the DNA polymerase is a heat-resistant DNA polymerase such as Taq polymerase or a strand displacement DNA polymerase. The reagent necessary for the nucleic acid extension reaction can be appropriately selected according to the method of the nucleic acid extension reaction performed in the step (d1) described later. As an example, some reagents such as DNA polymerase may not be added in this step but may be bonded to the inner wall of the reaction vessel 21 in advance.

一例として、核酸伸長反応としてPCR法や等温増幅法等の核酸増幅反応を行う場合は、本工程において、リバースプライマーを添加するもできる。なお、上記[反応槽へのビーズの配置:変形例]のように、誘電泳動を利用してビーズ体100を反応槽21に配置する場合には、ビーズ1の誘電率に対応した複数種類の標的核酸用プライマーが、ビーズ1に固定化されている。すなわち、この場合には、標的核酸配列が、ビーズ1の誘電率に対応して複数存在する。このように、標的核酸配列が複数存在する場合、リバースプライマーは、全ての標的核酸配列に共通なユニバーサルプライマーとしてもよく、各標的核酸配列に特異的なプライマーとしてもよい。   As an example, when a nucleic acid amplification reaction such as a PCR method or an isothermal amplification method is performed as a nucleic acid extension reaction, a reverse primer can be added in this step. In addition, when the bead body 100 is arranged in the reaction vessel 21 using dielectrophoresis as in [Placement of beads in the reaction vessel: Modification], a plurality of types corresponding to the dielectric constant of the beads 1 are used. A target nucleic acid primer is immobilized on the beads 1. That is, in this case, there are a plurality of target nucleic acid sequences corresponding to the dielectric constant of the beads 1. Thus, when there are a plurality of target nucleic acid sequences, the reverse primer may be a universal primer common to all target nucleic acid sequences, or may be a primer specific to each target nucleic acid sequence.

リバースプライマーは、一例として、ビーズ1に固定化しておくこともできる。また、標的核酸配列が1種類である場合には、リバースプライマーは、反応槽21の内壁に固定化しておくこともできる。また、標的核酸配列が複数存在する場合であっても、リバースプライマーが、ユニバーサルプライマーである場合には、一例として、当該ユニバーサルリバースプライマーは、反応槽21の内壁に固定化しておくこともできる。リバースプライマーをビーズ1又は反応槽21の内壁に固定化する場合、リバースプライマーは、一例として、ビーズ1側又は反応槽21の内壁側に光切断部位を有する。光切断部位とは、紫外線などの光を照射すると切断される性質を有する基をいい、かかる基を用いたものとしては、例えば、PC Linker Phosphoramidite(Glen research社)、フラーレンを含有してなる核酸の光切断用組成物(核酸の光切断用組成物:特開2005−245223)、特許文献1に記載のものなどを挙げることができる。あるいは、リバースプライマーは、1本鎖核酸切断酵素切断部位を有していてもよい。1本鎖核酸切断酵素切断部位とは、デオキシリボヌクレアーゼ、リボヌクレアーゼなどの1本鎖核酸切断酵素により切断されることができる核酸基をいい、ヌクレオチドおよびその誘導体が含まれる。そのような核酸基としては、例えば、エンドヌクレアーゼVに認識されるデオキシイオシンなどを挙げることができる。核酸増幅反応開始前に、光照射又は1本鎖核酸切断酵素処理を行って、リバースプライマーをビーズ1から切り離すことにより、核酸増幅反応を効率よく行うことが可能になる。   As an example, the reverse primer can be immobilized on the beads 1. Further, when the target nucleic acid sequence is one kind, the reverse primer can be immobilized on the inner wall of the reaction tank 21. Even when there are a plurality of target nucleic acid sequences, when the reverse primer is a universal primer, for example, the universal reverse primer can be immobilized on the inner wall of the reaction vessel 21. When the reverse primer is immobilized on the bead 1 or the inner wall of the reaction vessel 21, the reverse primer has, for example, a light cutting site on the bead 1 side or the inner wall side of the reaction vessel 21. The photocleavable site refers to a group having a property of being cleaved when irradiated with light such as ultraviolet rays. Examples of the group using such a group include PC Linker Phosphoramidite (Glen research) and a nucleic acid containing fullerene. The composition for photocleavage of (Nucleic acid photocleavage composition: Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-245223), Patent Document 1, and the like can be mentioned. Alternatively, the reverse primer may have a single-stranded nucleic acid cleaving enzyme cleavage site. The single-stranded nucleic acid cleaving enzyme cleavage site refers to a nucleic acid group that can be cleaved by a single-stranded nucleic acid cleaving enzyme such as deoxyribonuclease and ribonuclease, and includes nucleotides and derivatives thereof. Examples of such a nucleic acid group include deoxyiocin recognized by endonuclease V. Prior to the start of the nucleic acid amplification reaction, it is possible to efficiently carry out the nucleic acid amplification reaction by carrying out light irradiation or single-stranded nucleic acid cleaving enzyme treatment to separate the reverse primer from the bead 1.

[核酸伸長反応]
工程(c1)は、前記画分毎に、核酸伸長反応を行う工程である。
核酸伸長反応は、DNAポリメラーゼ等を用いた公知の方法により行うことができる。核酸伸長反応の条件は、用いる方法に応じて、適宜設定することができる。例えば、反応槽21内の温度を55〜70℃程度に維持して、核酸伸長反応を行ってもよい。
[Nucleic acid elongation reaction]
Step (c1) is a step of performing a nucleic acid extension reaction for each fraction.
The nucleic acid extension reaction can be performed by a known method using DNA polymerase or the like. The conditions for the nucleic acid extension reaction can be appropriately set according to the method used. For example, the nucleic acid extension reaction may be performed while maintaining the temperature in the reaction vessel 21 at about 55 to 70 ° C.

反応槽21には、ビーズ体100が1個ずつ配置されている。標的核酸用プライマー2が標的核酸配列3にアニーリングしているビーズ体100では、標的核酸配列3を鋳型として、核酸伸長反応が起こる。一方、標的核酸用プライマー2が標的核酸配列3にアニーリングしていないビーズ体100では、核酸伸長反応は起こらない。   One bead body 100 is arranged in the reaction vessel 21. In the bead body 100 in which the target nucleic acid primer 2 is annealed to the target nucleic acid sequence 3, a nucleic acid extension reaction occurs using the target nucleic acid sequence 3 as a template. On the other hand, in the bead body 100 in which the target nucleic acid primer 2 is not annealed to the target nucleic acid sequence 3, no nucleic acid extension reaction occurs.

本実施形態において、核酸伸長反応は、必ずしも核酸増幅反応である必要はない。ビーズ1に固定化された標的核酸用プライマー2の密度が高い場合には、1度の伸長反応で検出に十分なプロトンが発生する。核酸伸長反応を1回しか行わない場合には、反応槽21にリバースプライマーを添加する必要はない。   In the present embodiment, the nucleic acid extension reaction is not necessarily a nucleic acid amplification reaction. When the density of the target nucleic acid primer 2 immobilized on the beads 1 is high, protons sufficient for detection are generated in one extension reaction. When the nucleic acid extension reaction is performed only once, it is not necessary to add a reverse primer to the reaction tank 21.

一方、本実施形態では、核酸増幅反応を行うこともできる。核酸増幅反応の方法には、公知の方法を用いることができる。一例として、核酸増幅反応の方法には、PCR法が用いられる。また、他の例として、LAMP法等の等温増幅法が用いられる。また、一例として、核酸増幅反応の方法には、デジタルPCR又はデジタル等温増幅法が用いられる。なお、核酸増幅反応を行う場合には、上記のとおり、反応槽21内にリバースプライマーを存在させておく必要がある。   On the other hand, in this embodiment, a nucleic acid amplification reaction can also be performed. A publicly known method can be used for the method of nucleic acid amplification reaction. As an example, a PCR method is used as a method for nucleic acid amplification reaction. As another example, an isothermal amplification method such as the LAMP method is used. As an example, digital PCR or digital isothermal amplification is used as a method for nucleic acid amplification reaction. In addition, when performing nucleic acid amplification reaction, it is necessary to make a reverse primer exist in the reaction tank 21 as mentioned above.

[プロトン発生量の測定]
工程(d1)は、核酸伸長反応中の各画分のプロトン発生量を測定する工程である。核酸伸長反応によって核酸が1塩基伸長すると、1分子のプロトンが発生する。反応槽21内のプロトン発生量は、センサ30によって検出される。一例として、センサ30は、ISFETである。本実施形態に使用可能なISFETとしては、例えば、国際公開公報WO2008/107014号に記載のもの等を挙げることができる。
[Measurement of proton generation amount]
Step (d1) is a step of measuring the proton generation amount of each fraction during the nucleic acid extension reaction. When the nucleic acid is extended by one base by the nucleic acid extension reaction, one molecule of proton is generated. The amount of proton generation in the reaction vessel 21 is detected by the sensor 30. As an example, the sensor 30 is an ISFET. Examples of the ISFET that can be used in the present embodiment include those described in International Publication No. WO2008 / 107014.

センサ30がISFETである場合の、プロトン発生量の測定例について説明する。図5に、各反応槽21に備えられるセンサ30の構成を示す。センサ30は、ゲート絶縁膜GIFと、N型半導体SN(ソースsrc)と、ソース端子TSと、N型半導体SN(ドレインdrn)と、ドレイン端子TDと、P型半導体SPと、参照電極ERと、ゲート電源VGと、バイアス電源VBと、電流検出器CDとを備える。これら各部の構成については、既知のISFETと同様であるため、説明を省略する。センサ30は、溶液とゲート絶縁膜GIFとの間に発生する界面電位に応じた電流値のドレイン電流を電流検出器CDによって検出することにより、プロトン発生量を測定する。   A measurement example of the proton generation amount when the sensor 30 is an ISFET will be described. In FIG. 5, the structure of the sensor 30 with which each reaction tank 21 is equipped is shown. The sensor 30 includes a gate insulating film GIF, an N-type semiconductor SN (source src), a source terminal TS, an N-type semiconductor SN (drain drn), a drain terminal TD, a P-type semiconductor SP, and a reference electrode ER. , A gate power supply VG, a bias power supply VB, and a current detector CD. Since the configuration of each part is the same as that of a known ISFET, description thereof is omitted. The sensor 30 measures the amount of proton generation by detecting a drain current having a current value corresponding to the interface potential generated between the solution and the gate insulating film GIF by the current detector CD.

[核酸伸長の有無の判定]
工程(e1)は、測定された前記プロトン発生量に基づいて、画分毎に核酸伸長の有無を判定する工程である。センサ30による反応槽21内のプロトン発生量の測定値が上昇したか否かに基づいて、反応槽21内での核酸伸長の有無を判定する。反応槽21内のプロトン発生量が上昇した場合には、核酸伸長が生じたと判定され、反応槽21内のプロトン発生量の上昇が検出されない場合には、核酸伸長が生じていないと判定される。
[Determination of nucleic acid elongation]
Step (e1) is a step of determining the presence or absence of nucleic acid elongation for each fraction based on the measured proton generation amount. The presence or absence of nucleic acid elongation in the reaction vessel 21 is determined based on whether or not the measured value of the proton generation amount in the reaction vessel 21 by the sensor 30 has increased. When the amount of proton generation in the reaction tank 21 increases, it is determined that nucleic acid elongation has occurred. When no increase in the amount of proton generation in the reaction tank 21 is detected, it is determined that no nucleic acid extension has occurred. .

本実施形態においては、反応槽21毎に配置されたセンサ30によって、個々の反応槽21内のプロトン発生量の変化を検出し、反応槽21毎に、核酸伸長の有無を判定する。
なお、センサ30は、電流検出器CDによって検出されるドレイン電流の大きさに応じて、反応槽21内に存在する核酸伸長が生じたビーズ体100の数を検出する構成であってもよい。
In the present embodiment, a sensor 30 arranged for each reaction tank 21 detects a change in the amount of protons generated in each reaction tank 21, and determines whether or not there is nucleic acid extension for each reaction tank 21.
The sensor 30 may be configured to detect the number of the bead bodies 100 in which the nucleic acid elongation has occurred in the reaction vessel 21 according to the magnitude of the drain current detected by the current detector CD.

[標的核酸配列の濃度の算出]
工程(f1)は、核酸増幅有と判定された画分の数に基づいて、試料中の標的核酸配列の濃度を算出する工程である。工程(a1)において各反応槽21には、1つのビーズ体100が配置される。つまり、反応槽21の数と、ビーズ体100の数とは対応している。ビーズ体100が配置された反応槽21の数に対する、核酸増幅有と判定された反応槽21の数を求めることにより、核酸を含む試料と接触させたビーズ体100の数に対する、核酸増幅有と判定されたビーズ体100の割合を求めることができる。核酸を含む試料と接触させたビーズ体100の数に対する、核酸増幅有と判定されたビーズ体100の割合は、試料中の標的核酸配列の濃度を示している。すなわち、工程(e1)において核酸増幅有と判定された反応槽21の数を計数することにより、試料中の標的核酸配列の濃度を求めることができる。
[Calculation of concentration of target nucleic acid sequence]
Step (f1) is a step of calculating the concentration of the target nucleic acid sequence in the sample based on the number of fractions determined to have nucleic acid amplification. In the step (a1), one bead body 100 is disposed in each reaction vessel 21. That is, the number of reaction vessels 21 corresponds to the number of bead bodies 100. By determining the number of reaction tanks 21 determined to have nucleic acid amplification with respect to the number of reaction tanks 21 in which the bead bodies 100 are arranged, the presence of nucleic acid amplification with respect to the number of bead bodies 100 brought into contact with a sample containing nucleic acids. The ratio of the determined bead body 100 can be obtained. The ratio of the bead body 100 determined to have nucleic acid amplification to the number of bead bodies 100 brought into contact with the sample containing nucleic acid indicates the concentration of the target nucleic acid sequence in the sample. That is, the concentration of the target nucleic acid sequence in the sample can be obtained by counting the number of reaction vessels 21 determined to have nucleic acid amplification in step (e1).

なお、[反応槽へのビーズの配置:変形例]のように、誘電泳動を利用してビーズ体100を反応槽21に配置する場合には、ビーズ1の誘電率に対応した複数種類の標的核酸用プライマーが、ビーズ1に固定化されている。すなわち、この場合には、標的核酸配列が、ビーズ1の誘電率に対応して複数存在する。このように、標的核酸配列が複数存在する場合には、標的核酸配列の種類毎に、試料中の標的核酸配列の濃度の算出を行う。例えば、図4の例では、ビーズ体100A、100B、100C、100Dには、それぞれ異なる標的核酸配列3にアニーリングし得る標的核酸用プライマー2が固定化されている。ここで、ビーズ体100A、100B、100C、100Dに固定化された標的核酸用プライマー2がアニーリングし得る標的核酸配列3を、それぞれ標的核酸配列3A、3B、3C、3Dとする。この場合、試料中の標的核酸配列3Aの濃度は、ビーズ体100Aが配置された全反応槽21の中で、核酸増幅有と判定された反応槽21の数の割合を求めることにより、算出することができる。同様に、試料中の標的核酸配列3Bの濃度は、ビーズ体100Bが配置された全反応槽21の中で、核酸増幅有と判定された反応槽21の数の割合を求めることにより、算出することができる。試料中の標的核酸配列3C及びDの濃度についても、同様に、ビーズ体100C及び100Dが配置されたそれぞれの全反応槽21の中で、それぞれ核酸増幅有と判定された反応槽21の数の割合を求めることにより、算出することができる。   In addition, when arranging the bead body 100 in the reaction vessel 21 using dielectrophoresis as in [Placement of beads in the reaction vessel: modification], a plurality of types of targets corresponding to the dielectric constant of the beads 1 are used. Nucleic acid primers are immobilized on the beads 1. That is, in this case, there are a plurality of target nucleic acid sequences corresponding to the dielectric constant of the beads 1. Thus, when there are a plurality of target nucleic acid sequences, the concentration of the target nucleic acid sequence in the sample is calculated for each type of target nucleic acid sequence. For example, in the example of FIG. 4, target nucleic acid primers 2 that can anneal to different target nucleic acid sequences 3 are immobilized on the bead bodies 100A, 100B, 100C, and 100D. Here, the target nucleic acid sequences 3 that can be annealed by the target nucleic acid primer 2 immobilized on the bead bodies 100A, 100B, 100C, and 100D are referred to as target nucleic acid sequences 3A, 3B, 3C, and 3D, respectively. In this case, the concentration of the target nucleic acid sequence 3A in the sample is calculated by obtaining the ratio of the number of reaction tanks 21 determined to have nucleic acid amplification in all the reaction tanks 21 in which the bead body 100A is arranged. be able to. Similarly, the concentration of the target nucleic acid sequence 3B in the sample is calculated by obtaining the ratio of the number of reaction tanks 21 determined to have nucleic acid amplification in all the reaction tanks 21 in which the bead body 100B is arranged. be able to. Similarly, the concentration of the target nucleic acid sequences 3C and D in the sample is the same as the number of reaction vessels 21 determined to have nucleic acid amplification in each of the reaction vessels 21 in which the bead bodies 100C and 100D are arranged. It can be calculated by obtaining the ratio.

<実施形態2>
実施形態1では、試料の分割の際に、ビーズ1を使用したが、試料の分割は、ビーズ1を用いることなく行ってもよい。例えば、核酸を含む試料に、標的核酸用プライマー2を添加し、アニーリング反応を行った後、各反応槽21に分配することにより、試料の分割を行うこともできる。あるいは、予め各反応槽21に、標的核酸用プライマー2を固定化しておき、試料を各反応槽21に分配するようにしてもよい。この場合、反応槽21の容量は、1fL〜1mLとすることができ、1pL〜1μLとすることができる。
<Embodiment 2>
In the first embodiment, the beads 1 are used when the sample is divided. However, the sample may be divided without using the beads 1. For example, the sample can be divided by adding the target nucleic acid primer 2 to a sample containing nucleic acid, performing an annealing reaction, and then distributing the sample to each reaction tank 21. Alternatively, the target nucleic acid primer 2 may be immobilized in each reaction tank 21 in advance, and the sample may be distributed to each reaction tank 21. In this case, the capacity of the reaction vessel 21 can be 1 fL to 1 mL, and can be 1 pL to 1 μL.

核酸伸長反応、プロトン発生量の測定、核酸増幅の有無の判定及び標的核酸配列濃度の算出は、実施形態1と同様に行うことができる。   Nucleic acid elongation reaction, measurement of proton generation amount, determination of presence / absence of nucleic acid amplification, and calculation of target nucleic acid sequence concentration can be performed in the same manner as in the first embodiment.

本実施形態の方法において、試料の分割、核酸伸長反応、標的核酸配列の濃度算出は、標準的なデジタルPCR又はデジタル等温増幅の手法を用いて行ってもよい。   In the method of this embodiment, sample division, nucleic acid extension reaction, and target nucleic acid sequence concentration calculation may be performed using standard digital PCR or digital isothermal amplification techniques.

本実施形態の方法によれば、核酸を含む試料の標的核酸配列の濃度を、例えば蛍光染色などの手法を用いなくても精度よく測定することができる。   According to the method of this embodiment, the concentration of the target nucleic acid sequence of a sample containing nucleic acid can be accurately measured without using a technique such as fluorescent staining.

本実施形態の方法は、感染症の原因となる病原体遺伝子の検出・同定や癌などの疾患関連遺伝子の検出・同定、疾患関連遺伝子の発現解析等に利用することができ、感染症や癌などの疾患の診断や治療効果のモニタリング等に有用である。   The method of this embodiment can be used for detection / identification of pathogen genes causing infectious diseases, detection / identification of disease-related genes such as cancer, expression analysis of disease-related genes, etc. It is useful for diagnosis of diseases and monitoring of therapeutic effects.

<<第2実施形態>>
一例として、本実施形態の方法における標的生体分子は、所望のタンパク質である。また、標的生体分子に結合し得るリガンドは、標的タンパク質に結合し得る抗体(以下、「標的抗原検出用抗体」という)である。本実施形態においては、標的生体分子がタンパク質である場合について説明する。
<< Second Embodiment >>
As an example, the target biomolecule in the method of the present embodiment is a desired protein. The ligand capable of binding to the target biomolecule is an antibody capable of binding to the target protein (hereinafter referred to as “target antigen detection antibody”). In this embodiment, a case where the target biomolecule is a protein will be described.

本実施形態の標的タンパク質の濃度算出方法は、(a2)タンパク質を含む試料を、標的タンパク質に結合し得る抗体を含む、複数の画分に分割する工程と、(b2)前記画分に、核酸伸長に必要な試薬を添加する工程と、(c2)前記画分毎に、標的核酸配列の核酸伸長反応を行う工程と、(d2)前記核酸伸長反応中の各画分のプロトン発生量を測定する工程と、(e2)測定された前記プロトン発生量に基づいて、前記画分毎に核酸伸長の有無を判定する工程と、(f2)核酸伸長有と判定された画分の数に基づいて、前記試料中の標的タンパク質の濃度を算出する工程と、の各工程を有する。以下、各工程について説明する。
<実施形態1>
[複数画分への試料の分割]
本実施形態における工程(a2)は、タンパク質を含む試料を、複数の画分に分割する工程である。本実施形態では、タンパク質を含む試料を、標的タンパク質に結合し得る抗体を固定化した複数のビーズと接触させ、ビーズを1つずつ反応槽に配置することにより、試料を複数の画分に分割する。
[標的タンパク質との抗原抗体反応]
本実施形態においては、タンパク質を含む試料を、標的抗原検出用抗体が固定化された複数のビーズと接触させる工程を有する。
The target protein concentration calculation method of the present embodiment includes (a2) a step of dividing a sample containing a protein into a plurality of fractions containing an antibody capable of binding to the target protein, and (b2) a nucleic acid in the fraction A step of adding a reagent necessary for extension; (c2) a step of performing a nucleic acid extension reaction of a target nucleic acid sequence for each fraction; and (d2) measuring a proton generation amount of each fraction during the nucleic acid extension reaction. And (e2) determining the presence or absence of nucleic acid extension for each fraction based on the measured amount of proton generation; and (f2) based on the number of fractions determined to have nucleic acid extension. And calculating the concentration of the target protein in the sample. Hereinafter, each step will be described.
<Embodiment 1>
[Split sample into multiple fractions]
Step (a2) in the present embodiment is a step of dividing a sample containing protein into a plurality of fractions. In this embodiment, a sample containing a protein is brought into contact with a plurality of beads on which an antibody capable of binding to a target protein is immobilized, and the beads are placed in a reaction tank one by one, thereby dividing the sample into a plurality of fractions. To do.
[Antigen-antibody reaction with target protein]
In this embodiment, the method includes a step of bringing a sample containing a protein into contact with a plurality of beads on which a target antigen detection antibody is immobilized.

まず、本実施形態で用いるビーズについて、図7を参照して説明する。図7中、1はビーズ、5は標的抗原検出用抗体、100aはビーズ1に標的抗原検出用抗体5が固定化されたビーズ体、400は標的タンパク質を示す。   First, the beads used in this embodiment will be described with reference to FIG. In FIG. 7, 1 is a bead, 5 is an antibody for target antigen detection, 100a is a bead body in which the antibody 5 for target antigen detection is immobilized on the bead 1, and 400 is a target protein.

本実施形態においては、第1実施形態の標的核酸用プライマー2に替り、標的抗原検出用抗体5がビーズ1に固定化されている。標的抗原検出用抗体5は、目的とする標的タンパク質に特異的に結合し得る抗体である。標的抗原検出用抗体5は、公知の抗体取得方法により、得ることができる。また、標的抗原検出用抗体5は、どのような動物由来のものであってもよい。マウス抗体、ニワトリ抗体、ウサギ抗体等、当技術分野で一般的に用いられる抗体を使用することができる。また、標的抗原検出用抗体5は、キメラ抗体、ヒト化抗体等の組み換え抗体であってもよい。また、標的抗原検出用抗体5は、Fab断片、F(ab’)断片、Fv断片、一本鎖抗体等の抗体断片であってもよい。本明細書において、「抗体」という用語は、抗原に対する特異性及び結合性が維持されるこれらの抗体断片を包含する。 In this embodiment, instead of the target nucleic acid primer 2 of the first embodiment, a target antigen detection antibody 5 is immobilized on the beads 1. The target antigen detection antibody 5 is an antibody that can specifically bind to the target protein of interest. The target antigen detection antibody 5 can be obtained by a known antibody acquisition method. The target antigen detection antibody 5 may be derived from any animal. Antibodies generally used in the art such as mouse antibody, chicken antibody, rabbit antibody and the like can be used. The target antigen detection antibody 5 may be a recombinant antibody such as a chimeric antibody or a humanized antibody. Further, the target antigen detection antibody 5 may be an antibody fragment such as a Fab fragment, an F (ab ′) 2 fragment, an Fv fragment, or a single chain antibody. As used herein, the term “antibody” encompasses those antibody fragments in which specificity and binding to the antigen are maintained.

標的抗原検出用抗体5のビーズ1への固定化は、公知の方法を用いて行うことができる。例えば、第1実施形態の標的核酸用プライマー2と同様に、アビジン-ビオチン結合を利用した固定化することができる。また、標的抗原検出用抗体5をアミノ基、ホルミル基、SH基などの官能基で修飾し、ビーズ1をアミノ基、ホルミル基、エポキシ基などを有するシランカップリング剤で表面処理することにより、固定化を行ってもよい。   Immobilization of the target antigen detection antibody 5 to the beads 1 can be performed using a known method. For example, as with the target nucleic acid primer 2 of the first embodiment, immobilization using an avidin-biotin bond can be performed. Further, by modifying the target antigen detection antibody 5 with a functional group such as an amino group, formyl group, or SH group, and surface-treating the beads 1 with a silane coupling agent having an amino group, formyl group, epoxy group, or the like, Immobilization may be performed.

標的抗原検出用抗体5は、ビーズ1に対して、複数分子を固定化することができる。一例として、標的抗原検出用抗体5は、2分子以上がビーズ1に固定化される。標的抗原検出用抗体5は、ビーズ1の表面積に応じて、標的タンパク質400との結合を妨げない程度の密度で、固定化されていればよい。なお、ビーズ1に対して、2分子以上の標的抗原検出用抗体5を固定化する場合、1つのビーズ1に固定化される標的抗原検出用抗体5は、全て同一のタンパク質を標的とする。   The target antigen detection antibody 5 can fix a plurality of molecules to the beads 1. As an example, two or more molecules of the target antigen detection antibody 5 are immobilized on the beads 1. The target antigen detection antibody 5 only needs to be immobilized at a density that does not hinder the binding with the target protein 400 according to the surface area of the beads 1. When two or more molecules of target antigen detection antibody 5 are immobilized on beads 1, target antigen detection antibodies 5 immobilized on one bead 1 all target the same protein.

ビーズ1については、第1実施形態と同様である。なお、誘電泳動を利用してビーズ体100aを反応槽に配置する場合には、固定化する標的抗原検出用抗体5の種類毎に、ビーズ1が異なる誘電率を有するようにしてもよい。   The beads 1 are the same as in the first embodiment. When the bead body 100a is arranged in the reaction tank using dielectrophoresis, the beads 1 may have different dielectric constants for each type of target antigen detection antibody 5 to be immobilized.

本実施形態の工程(a2)では、ビーズ1に標的抗原検出用抗体5が固定化されたビーズ体100aを、タンパク質を含む試料と接触させる。本実施形態において、タンパク質を含む試料は、特に限定されず、例えば、生体サンプルや環境サンプルからのタンパク質抽出物等を含む試料等を使用することができる。試料に含まれるタンパク質は、天然タンパク質に限定されず、修飾タンパク質や組み換えタンパク質等であってもよい。   In the step (a2) of this embodiment, the bead body 100a in which the target antigen detection antibody 5 is immobilized on the beads 1 is brought into contact with a sample containing a protein. In this embodiment, the sample containing protein is not specifically limited, For example, the sample containing the protein extract from a biological sample, an environmental sample, etc. can be used. The protein contained in the sample is not limited to a natural protein, and may be a modified protein or a recombinant protein.

ビーズ体100aとタンパク質を含む試料との接触は、例えば、ビーズ体100aとタンパク質を含む試料とを混合することにより行うことができる。一例として、ビーズ体100とタンパク質を含む試料との混合物は、標的抗原検出用抗体5が標的タンパク質に結合し得る条件に置かれる。結合条件は、標的抗原検出用抗体5の種類等に応じて、適宜設定することができる。   The contact between the bead body 100a and the sample containing the protein can be performed, for example, by mixing the bead body 100a and the sample containing the protein. As an example, the mixture of the bead body 100 and the sample containing the protein is placed under conditions that allow the target antigen detection antibody 5 to bind to the target protein. Binding conditions can be appropriately set according to the type of target antigen detection antibody 5 and the like.

図7において、ビーズ体100aをタンパク質を含む試料と接触させると、該試料に標的タンパク質400が含まれている場合、標的抗原検出用抗体5は、標的タンパク質400に結合する。すなわち、標的タンパク質400は、標的抗原検出用抗体5に結合し、ビーズ体100aに捕捉される。一方、試料中に標的タンパク質400が含まれていない場合には、標的抗原検出用抗体5には何も結合しない。したがって、複数のビーズ体100aを試料と接触させた場合、標的抗原検出用抗体5が標的タンパク質400に結合しているビーズ体100aと、標的抗原検出用抗原5が標的タンパク質400に結合していないビーズ体100aとの混合物が形成される。なお、試料と接触させるビーズ体100aの数は、検出したい標的タンパク質の数に応じて、適宜選択することができる。   In FIG. 7, when the bead body 100 a is brought into contact with a sample containing a protein, the target antigen detection antibody 5 binds to the target protein 400 when the target protein 400 is contained in the sample. That is, the target protein 400 binds to the target antigen detection antibody 5 and is captured by the bead body 100a. On the other hand, when the target protein 400 is not contained in the sample, nothing binds to the target antigen detection antibody 5. Therefore, when a plurality of bead bodies 100a are brought into contact with the sample, the bead body 100a in which the target antigen detection antibody 5 is bound to the target protein 400 and the target antigen detection antigen 5 are not bound to the target protein 400. A mixture with the bead body 100a is formed. Note that the number of bead bodies 100a to be brought into contact with the sample can be appropriately selected according to the number of target proteins to be detected.

[反応槽へのビーズの配置]
次に、タンパク質を含む試料と接触させたビーズ体100aを、ビーズ毎に、個別の反応槽に配置する。ビーズ体100aの反応槽への配置は、第1実施形態の工程(a1)と同様に行うことができる。第1実施形態の工程(a1)で記載した変形例についても同様に行うことができる。
[Placement of beads in the reaction vessel]
Next, the bead body 100a brought into contact with the sample containing the protein is placed in a separate reaction tank for each bead. The arrangement of the bead body 100a in the reaction vessel can be performed in the same manner as in the step (a1) of the first embodiment. It can carry out similarly about the modification described by the process (a1) of 1st Embodiment.

[核酸伸長反応に必要な試薬の添加]
工程(b2)は、前記画分に、核酸伸長反応に必要な試薬を添加する工程である。
[Addition of reagents necessary for nucleic acid extension reaction]
Step (b2) is a step of adding a reagent necessary for the nucleic acid extension reaction to the fraction.

本実施形態の工程(b2)では、第1実施形態の工程(b1)で添加する試薬に加えて、シグナル生成用核酸310を結合させた2次抗体301を添加する。2次抗体301は、標的タンパク質400に特異的に結合し得る抗体である。2次抗体301は、標的抗原検出用抗体5と同じ抗体であってもよく、違う抗体であってもよい。一例として、2次抗体301は、標的抗原検出用抗体5と同一のタンパク質に結合し、異なるエピトープを有する抗体である。   In step (b2) of the present embodiment, in addition to the reagent added in step (b1) of the first embodiment, secondary antibody 301 to which signal generating nucleic acid 310 is bound is added. The secondary antibody 301 is an antibody that can specifically bind to the target protein 400. The secondary antibody 301 may be the same antibody as the target antigen detection antibody 5 or a different antibody. As an example, the secondary antibody 301 is an antibody that binds to the same protein as the target antigen detection antibody 5 and has a different epitope.

2次抗体301には、一例として、図7に示すように、シグナル生成用核酸310が結合されている。2次抗体301とシグナル生成用核酸310との結合は、一例として、アビジン-ビオチン結合を利用して行うことができる。   For example, as shown in FIG. 7, a signal generating nucleic acid 310 is bound to the secondary antibody 301. As an example, the binding between the secondary antibody 301 and the signal generating nucleic acid 310 can be performed using an avidin-biotin bond.

シグナル生成用核酸310は、一例として、図7に示すように、プライマーアニーリング領域311とシグナル生成用配列312とを含む。プライマーアニーリング領域311は、シグナル生成用核酸310の3’側に位置している。シグナル生成用核酸310は、一例として、全ての種類の2次抗体に対して、同じ配列であることができる。また、シグナル生成用核酸310は、一例として、プライマーアニーリング領域311が、全ての種類の2次抗体に対して、同じ配列である。シグナル生成用核酸310の配列は、特に限定されず、適宜選択することができる。なお、図7において、300は、2次抗体301にシグナル生成用核酸310を結合させた複合体プローブを示す。   As an example, the signal generating nucleic acid 310 includes a primer annealing region 311 and a signal generating sequence 312 as shown in FIG. The primer annealing region 311 is located on the 3 ′ side of the signal generating nucleic acid 310. For example, the signal generating nucleic acid 310 can have the same sequence for all types of secondary antibodies. In addition, in the signal generating nucleic acid 310, for example, the primer annealing region 311 has the same sequence for all types of secondary antibodies. The sequence of the signal generating nucleic acid 310 is not particularly limited and can be appropriately selected. In FIG. 7, reference numeral 300 denotes a complex probe in which the signal generating nucleic acid 310 is bound to the secondary antibody 301.

本工程では、一例として、複合体プローブ300は、核酸伸長反応に必要な他の試薬を添加する前に、反応槽21に添加される。この場合、一例として、ビーズ1が磁気ビーズであれば、ビーズ1を反応槽21に固定して、反応槽21を洗浄することにより、標的タンパク質400に結合していない複合体プローブ300を反応槽21から除去することができる。なお、複合体プローブ300は、後述する工程(d2)の核酸伸長反応の前であれば、どのようなタイミングで、試料又は反応槽21に添加してもよい。   In this step, as an example, the complex probe 300 is added to the reaction vessel 21 before adding other reagents necessary for the nucleic acid extension reaction. In this case, as an example, if the bead 1 is a magnetic bead, the complex probe 300 that is not bound to the target protein 400 is removed from the reaction vessel 21 by fixing the bead 1 to the reaction vessel 21 and washing the reaction vessel 21. 21 can be removed. The complex probe 300 may be added to the sample or the reaction vessel 21 at any timing as long as it is before the nucleic acid extension reaction in the step (d2) described later.

本工程においては、複合体プローブ300に加えて、さらに、シグナル生成用プライマー320を添加する。シグナル生成用プライマー320は、複合体プローブ300の添加後に反応槽21に添加される。一例として、シグナル生成用プライマー320の添加前に、標的タンパク質400に結合していない複合体プローブ300は、洗浄により反応槽21から除去される。シグナル生成用プライマー320の反応槽21への添加は、一例として、他の核酸伸長に必要な試薬と共に行うことができる。   In this step, in addition to the complex probe 300, a signal generating primer 320 is further added. The signal generating primer 320 is added to the reaction vessel 21 after the complex probe 300 is added. As an example, the complex probe 300 not bound to the target protein 400 is removed from the reaction vessel 21 by washing before the addition of the signal generating primer 320. As an example, the signal generating primer 320 can be added to the reaction vessel 21 together with other reagents necessary for nucleic acid extension.

上記以外の核酸伸長反応に必要な試薬については、第1実施形態の工程(b1)と同じである。   The reagents necessary for the nucleic acid extension reaction other than the above are the same as those in the step (b1) of the first embodiment.

[核酸伸長反応]
工程(c2)は、前記画分毎に、核酸伸長反応を行う工程である。
本工程は、第1実施形態の工程(c1)と同様に行うことができる。なお、本工程では、図7に示すように、シグナル生成用配列312を鋳型とする核酸伸長反応が起こる。第1実施形態と同様に、標的抗原検出用抗体5に標的タンパク質400が結合していない場合には、核酸伸長反応は起こらない。
[Nucleic acid elongation reaction]
Step (c2) is a step of performing a nucleic acid extension reaction for each fraction.
This process can be performed similarly to the process (c1) of 1st Embodiment. In this step, as shown in FIG. 7, a nucleic acid extension reaction using the signal generating sequence 312 as a template occurs. Similar to the first embodiment, when the target protein 400 is not bound to the target antigen detection antibody 5, the nucleic acid elongation reaction does not occur.

[プロトン濃度の検出]
工程(d2)は、核酸伸長反応の各反応槽におけるプロトン発生量の測定をする工程である。本工程は、第1実施形態の工程(e1)と同様に行うことができる。
[Detection of proton concentration]
Step (d2) is a step of measuring the amount of proton generation in each reaction tank of the nucleic acid extension reaction. This process can be performed similarly to the process (e1) of 1st Embodiment.

[標的核酸配列の濃度の算出]
工程(f2)は、核酸伸長有と判定された画分の数に基づいて、前記試料中の標的タンパク質の濃度を算出する工程である。本工程は、第1実施形態の工程(f1)と同様に行うことができる。すなわち、ビーズ体100aが配置された反応槽21の数に対する、核酸増幅有と判定された反応槽21の数を求めることにより、タンパク質を含む試料と接触させたビーズ体100の数に対する、核酸増幅有と判定されたビーズ体100の割合を求めることができる。タンパク質を含む試料と接触させたビーズ体100aの数に対する、核酸増幅有と判定されたビーズ体100の割合は、試料中の標的タンパク質の濃度を示している。すなわち、工程(e2)において核酸増幅有と判定された反応槽21の数を計数することにより、試料中の標的タンパク質の濃度を求めることができる。
[Calculation of concentration of target nucleic acid sequence]
Step (f2) is a step of calculating the concentration of the target protein in the sample based on the number of fractions determined to have nucleic acid elongation. This process can be performed similarly to the process (f1) of 1st Embodiment. That is, by obtaining the number of reaction tanks 21 determined to have nucleic acid amplification with respect to the number of reaction tanks 21 in which the bead bodies 100a are arranged, nucleic acid amplification with respect to the number of bead bodies 100 brought into contact with the sample containing protein. The ratio of the bead body 100 determined to be present can be obtained. The ratio of the bead body 100 determined to have nucleic acid amplification to the number of the bead bodies 100a brought into contact with the sample containing the protein indicates the concentration of the target protein in the sample. That is, the concentration of the target protein in the sample can be determined by counting the number of reaction vessels 21 determined to have nucleic acid amplification in step (e2).

なお、第1実施例で記載した[反応槽へのビーズの配置:変形例]のように、誘電泳動を利用してビーズ体100を反応槽21に配置する場合には、ビーズ1の誘電率に対応した複数種類の標的抗原検出用抗体5が、ビーズ1に固定化されている。すなわち、この場合には、標的タンパク質が、ビーズ1の誘電率に対応して複数存在する。このように、標的核酸配列が複数存在する場合には、第1実施例の標的核酸配列と同様に、標的抗原検出用抗体5の種類毎に、試料中の標的タンパク質の濃度の算出を行う。   In addition, when the bead body 100 is arranged in the reaction vessel 21 by using dielectrophoresis as in [Placement of beads in the reaction vessel: modification] described in the first embodiment, the dielectric constant of the beads 1 is used. A plurality of target antigen detection antibodies 5 corresponding to the above are immobilized on the beads 1. That is, in this case, there are a plurality of target proteins corresponding to the dielectric constant of the beads 1. Thus, when there are a plurality of target nucleic acid sequences, the concentration of the target protein in the sample is calculated for each type of target antigen detection antibody 5 as in the target nucleic acid sequence of the first example.

<実施形態2>
第1実施形態と同様に、試料の分割は、ビーズ1を用いることなく行ってもよい。例えば、タンパク質を含む試料に、標的抗原検出用抗体5を添加し、抗原抗体反応を行った後、各反応槽21に分配することにより、試料の分割を行うこともできる。あるいは、予め各反応槽21に、標的抗原検出用抗体5を固定化しておき、試料を各反応槽21に分配するようにしてもよい。この場合、反応槽21の容量は、1fL〜1mLとすることができ、また一例として、1pL〜1μLとすることができる。
<Embodiment 2>
Similar to the first embodiment, the sample may be divided without using the beads 1. For example, the sample can be divided by adding the target antigen detection antibody 5 to the sample containing the protein, performing the antigen-antibody reaction, and then distributing the sample to each reaction tank 21. Alternatively, the target antigen detection antibody 5 may be immobilized in each reaction tank 21 in advance, and the sample may be distributed to each reaction tank 21. In this case, the capacity of the reaction vessel 21 can be 1 fL to 1 mL, and can be 1 pL to 1 μL as an example.

核酸伸長反応に必要な試薬の添加、核酸伸長反応、プロトン発生量の測定、核酸増幅の有無の判定及び標的タンパク質濃度の算出は、実施形態1と同様に行うことができる。   Addition of reagents necessary for nucleic acid extension reaction, nucleic acid extension reaction, measurement of proton generation amount, determination of presence / absence of nucleic acid amplification, and calculation of target protein concentration can be performed in the same manner as in the first embodiment.

本実施形態の方法において、試料の分割、核酸伸長反応、標的タンパク質の濃度算出は、標準的なデジタルELISAの手法に準じた方法で行ってもよい。   In the method of the present embodiment, sample division, nucleic acid extension reaction, and target protein concentration calculation may be performed by a method according to a standard digital ELISA technique.

本実施形態の方法によれば、タンパク質を含む試料の標的タンパク質の濃度を、例えば蛍光染色などの手法を用いなくても精度よく測定することができる。   According to the method of the present embodiment, the concentration of a target protein in a sample containing a protein can be accurately measured without using a technique such as fluorescent staining.

本実施形態の方法は、感染症の原因となる病原体遺伝子の検出・同定や癌などの疾患関連遺伝子の検出・同定、疾患関連遺伝子の発現解析等に利用することができ、感染症や癌などの疾患の診断や治療効果のモニタリング等に有用である。   The method of this embodiment can be used for detection / identification of pathogen genes causing infectious diseases, detection / identification of disease-related genes such as cancer, expression analysis of disease-related genes, etc. It is useful for diagnosis of diseases and monitoring of therapeutic effects.

<標的生体分子濃度算出装置>
[標的核酸配列濃度算出装置の構成例]
上述した第1実施形態の方法を実現する標的核酸配列濃度算出装置200の構成の一例について、図6を参照して説明する。
図6は、本実施形態における標的核酸配列濃度算出装置200の構成の一例を示す図である。標的核酸配列濃度算出装置200は、ビーズ配置用基板20と、演算装置210とを備える。
ビーズ配置用基板20は、反応槽21と、センサ30とをそれぞれ複数備える。この反応槽21は、複数の画分に分割され、生体分子を含む試料が配置される。センサ30とは、核酸増幅反応中の各画分、すなわち反応槽21のプロトンを検出する検出部の一例である。
1つの反応槽21には、1つのビーズ1が配置される。このビーズ1には、上述した標的核酸用プライマー2が固定化されている。
<Target biomolecule concentration calculation device>
[Configuration example of target nucleic acid sequence concentration calculation apparatus]
An example of the configuration of the target nucleic acid sequence concentration calculation apparatus 200 that realizes the method of the first embodiment described above will be described with reference to FIG.
FIG. 6 is a diagram showing an example of the configuration of the target nucleic acid sequence concentration calculation apparatus 200 in the present embodiment. The target nucleic acid sequence concentration calculation device 200 includes a bead arrangement substrate 20 and an arithmetic device 210.
The bead arrangement substrate 20 includes a plurality of reaction vessels 21 and sensors 30. The reaction vessel 21 is divided into a plurality of fractions, and a sample containing biomolecules is arranged. The sensor 30 is an example of a detection unit that detects each fraction during a nucleic acid amplification reaction, that is, a proton in the reaction tank 21.
One bead 1 is disposed in one reaction vessel 21. The target nucleic acid primer 2 described above is immobilized on the bead 1.

演算装置210は、例えばCPU(Central Processing Unit)を備えており、その機能部としての核酸増幅判定部211と、標的核酸配列濃度算出部212とを備えている。
核酸増幅判定部211は、センサ30が検出する反応槽21毎のプロトンの発生量に基づいて、反応槽21内における核酸増幅の有無を反応槽21毎に判定する。つまり、核酸増幅判定部211とは、検出部が検出するプロトンの発生量に基づいて、画分毎に核酸増幅の有無を判定する核酸増幅判定部の一例である。具体的には、核酸増幅判定部211は、センサ30の出力電流値と、プロトンの発生量との対応を示す情報を予め有している。核酸増幅判定部211は、センサ30の出力電流値を取得し、取得した出力電流値に基づいて、プロトンの発生量を推定する。核酸増幅判定部211は、推定したプロトンの発生量に基づいて、核酸増幅の有無を判定する。ここで、センサ30は反応槽21毎に備えられている。核酸増幅判定部211は、反応槽21毎にセンサ30の出力電流値を取得することにより、核酸増幅の有無を反応槽21毎に判定する。
The arithmetic device 210 includes, for example, a CPU (Central Processing Unit), and includes a nucleic acid amplification determination unit 211 and a target nucleic acid sequence concentration calculation unit 212 as functional units thereof.
The nucleic acid amplification determination unit 211 determines the presence or absence of nucleic acid amplification in the reaction tank 21 for each reaction tank 21 based on the amount of protons generated for each reaction tank 21 detected by the sensor 30. That is, the nucleic acid amplification determination unit 211 is an example of a nucleic acid amplification determination unit that determines the presence or absence of nucleic acid amplification for each fraction based on the amount of protons detected by the detection unit. Specifically, the nucleic acid amplification determination unit 211 has information in advance indicating correspondence between the output current value of the sensor 30 and the amount of proton generation. The nucleic acid amplification determination unit 211 acquires the output current value of the sensor 30, and estimates the generation amount of protons based on the acquired output current value. The nucleic acid amplification determination unit 211 determines the presence or absence of nucleic acid amplification based on the estimated generation amount of protons. Here, the sensor 30 is provided for each reaction vessel 21. The nucleic acid amplification determination unit 211 determines the presence or absence of nucleic acid amplification for each reaction tank 21 by acquiring the output current value of the sensor 30 for each reaction tank 21.

標的核酸配列濃度算出部212は、核酸増幅判定部211が核酸増幅有と判定する反応槽21の数に基づいて、試料中の標的核酸配列の濃度を算出する。つまり、標的核酸配列濃度算出部212とは、核酸増幅判定部211が核酸増幅有と判定する画分の数に基づいて、試料中の標的生体分子の濃度を算出する標的生体分子濃度算出部の一例である。ビーズ特定用核酸10の配列の特定の具体的な手順については、上述の[標的核酸配列の濃度の算出]において詳細に説明したため、ここでの説明を省略する。   The target nucleic acid sequence concentration calculation unit 212 calculates the concentration of the target nucleic acid sequence in the sample based on the number of reaction vessels 21 that the nucleic acid amplification determination unit 211 determines to have nucleic acid amplification. That is, the target nucleic acid sequence concentration calculation unit 212 is a target biomolecule concentration calculation unit that calculates the concentration of the target biomolecule in the sample based on the number of fractions that the nucleic acid amplification determination unit 211 determines to have nucleic acid amplification. It is an example. The specific procedure for specifying the sequence of the bead specifying nucleic acid 10 has been described in detail in the above-mentioned [Calculation of the concentration of the target nucleic acid sequence], and will not be described here.

本実施形態の標的核酸配列濃度算出装置200によれば、核酸を含む試料の標的核酸配列の濃度を、例えば蛍光染色などの手法を用いなくても精度よく測定することができる。   According to the target nucleic acid sequence concentration calculation apparatus 200 of the present embodiment, the concentration of the target nucleic acid sequence of a sample containing nucleic acid can be accurately measured without using a technique such as fluorescent staining.

[標的タンパク質濃度算出装置の構成例]
上述した第2実施形態の方法を実現する標的タンパク質濃度算出装置200−2の構成は、上述の標的核酸配列濃度算出装置200において、標的核酸配列濃度算出部212に替えて標的タンパク質濃度算出部を備えたものとすることができる。
[Configuration example of target protein concentration calculation apparatus]
The configuration of the target protein concentration calculation device 200-2 that realizes the method of the second embodiment described above includes a target protein concentration calculation unit in place of the target nucleic acid sequence concentration calculation unit 212 in the target nucleic acid sequence concentration calculation device 200 described above. It can be provided.

なお、本発明の実施形態における標的核酸配列濃度算出装置200及び標的タンパク質濃度算出装置200−2の各処理を実行するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、当該記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより、上述した種々の処理を行ってもよい。   In addition, the program for performing each process of the target nucleic acid sequence concentration calculation apparatus 200 and the target protein concentration calculation apparatus 200-2 in the embodiment of the present invention is recorded on a computer-readable recording medium, and is recorded on the recording medium. The above-described various processes may be performed by causing the computer system to read and execute the program.

なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、OSや周辺機器等のハードウェアを含むものであってもよい。また、「コンピュータシステム」は、WWWシステムを利用している場合であれば、ホームページ提供環境(あるいは表示環境)も含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ROM、フラッシュメモリ等の書き込み可能な不揮発性メモリ、CD−ROM等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。   Here, the “computer system” may include an OS and hardware such as peripheral devices. Further, the “computer system” includes a homepage providing environment (or display environment) if a WWW system is used. The “computer-readable recording medium” means a flexible disk, a magneto-optical disk, a ROM, a writable nonvolatile memory such as a flash memory, a portable medium such as a CD-ROM, a hard disk built in a computer system, etc. This is a storage device.

さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリ(例えばDRAM(Dynamic Random Access Memory))のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。また、上記プログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク(通信網)や電話回線等の通信回線(通信線)のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良い。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル(差分プログラム)であってもよい。   Further, the “computer-readable recording medium” means a volatile memory (for example, DRAM (Dynamic DRAM) in a computer system that becomes a server or a client when a program is transmitted through a network such as the Internet or a communication line such as a telephone line. Random Access Memory)), etc., which hold programs for a certain period of time. The program may be transmitted from a computer system storing the program in a storage device or the like to another computer system via a transmission medium or by a transmission wave in the transmission medium. Here, the “transmission medium” for transmitting the program refers to a medium having a function of transmitting information, such as a network (communication network) such as the Internet or a communication line (communication line) such as a telephone line. The program may be for realizing a part of the functions described above. Furthermore, what can implement | achieve the function mentioned above in combination with the program already recorded on the computer system, what is called a difference file (difference program) may be sufficient.

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。   As mentioned above, although embodiment of this invention was explained in full detail with reference to drawings, the concrete structure is not restricted to this embodiment, The design etc. of the range which does not deviate from the summary of this invention are included.

1…ビーズ、2…標的核酸用プライマー、3…標的核酸配列、5…標的抗原検出用抗体、20…ビーズ配置用基板、21…反応槽、30…センサ、100…ビーズ体、200…標的核酸配列濃度算出装置、211…核酸増幅判定部、212…標的核酸配列濃度算出部、300…複合体プローブ、301…2次抗体、310…シグナル生成用核酸、311…プライマーアニーリング領域、312…シグナル生成用配列、320…シグナル生成用プライマー、400…標的タンパク質   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Bead, 2 ... Primer for target nucleic acid, 3 ... Target nucleic acid sequence, 5 ... Antibody for target antigen detection, 20 ... Substrate for bead arrangement, 21 ... Reaction tank, 30 ... Sensor, 100 ... Bead body, 200 ... Target nucleic acid Sequence concentration calculator, 211 ... Nucleic acid amplification determination unit, 212 ... Target nucleic acid sequence concentration calculation unit, 300 ... Complex probe, 301 ... Secondary antibody, 310 ... Signal generation nucleic acid, 311 ... Primer annealing region, 312 ... Signal generation Sequence, 320 ... primer for signal generation, 400 ... target protein

Claims (11)

標的生体分子の濃度算出方法であって、
(a)生体分子を含む試料を、標的生体分子と結合し得るリガンドを含む、複数の画分に分割する工程と、
(b)前記画分に、核酸増幅に必要な試薬を添加する工程と、
(c)前記画分毎に、核酸伸長反応を行う工程と、
(d)前記核酸伸長反応中の各画分のプロトン発生量を測定する工程と、
(e)測定された前記プロトン発生量に基づいて、前記画分毎に核酸伸長の有無を判定する工程と、
(f)核酸伸長有と判定された画分の数に基づいて、前記試料中の標的生体分子の濃度を算出する工程と、
を含む標的生体分子の濃度算出方法。
A method for calculating the concentration of a target biomolecule,
(A) dividing a sample containing a biomolecule into a plurality of fractions containing a ligand capable of binding to the target biomolecule;
(B) adding a reagent necessary for nucleic acid amplification to the fraction;
(C) performing a nucleic acid extension reaction for each of the fractions;
(D) measuring a proton generation amount of each fraction during the nucleic acid extension reaction;
(E) determining the presence or absence of nucleic acid elongation for each fraction based on the measured proton generation amount;
(F) calculating the concentration of the target biomolecule in the sample based on the number of fractions determined to have nucleic acid elongation;
A method for calculating the concentration of a target biomolecule comprising
前記標的生体分子が核酸であり、前記リガンドが標的生体分子である核酸とアニーリングし得るプライマーである、請求項1に記載の標的生体分子の濃度算出方法。   The target biomolecule concentration calculation method according to claim 1, wherein the target biomolecule is a nucleic acid, and the ligand is a primer capable of annealing with a nucleic acid that is the target biomolecule. 前記標的生体分子がタンパク質であり、前記リガンドが前記標的生体分子であるタンパク質と結合し得る抗体である、請求項1に記載の標的生体分子の濃度算出方法。   The target biomolecule concentration calculation method according to claim 1, wherein the target biomolecule is a protein, and the ligand is an antibody that can bind to a protein that is the target biomolecule. 工程(a)が、
(a−1)ビーズに固定化されたプライマーの標的核酸配列、及びビーズの誘電率が互いに異なる複数群のビーズと、前記試料とを接触させる工程と、
(a−2)前記複数群のビーズを、誘電泳動により、ビーズ毎に、所定の反応槽に配置する工程と、
を含む、請求項1〜3のいずれか一項に記載の標的生体分子の濃度算出方法。
Step (a) is
(A-1) contacting the sample with a target nucleic acid sequence of a primer immobilized on the beads and a plurality of groups of beads having different dielectric constants, and the sample;
(A-2) placing the plurality of groups of beads in a predetermined reaction tank for each bead by dielectrophoresis;
The concentration calculation method of the target biomolecule as described in any one of Claims 1-3 containing these.
同一の電気特性を有するビーズには、同一の配列を有するプライマーが固定化されている
請求項1〜4のいずれか一項に記載の標的生体分子の濃度算出方法。
The method for calculating the concentration of a target biomolecule according to any one of claims 1 to 4, wherein a primer having the same sequence is immobilized on beads having the same electrical characteristics.
前記工程(c)の核酸増幅反応が、PCR法又は等温増幅法により行われる、請求項1〜5のいずれか一項に記載の標的生体分子の濃度算出方法。   The method for calculating the concentration of a target biomolecule according to any one of claims 1 to 5, wherein the nucleic acid amplification reaction in the step (c) is performed by a PCR method or an isothermal amplification method. 前記工程(c)の核酸増幅反応が、デジタルPCR又はデジタル等温増幅法により行われる、請求項6に記載の標的生体分子の濃度算出方法。   The method for calculating the concentration of a target biomolecule according to claim 6, wherein the nucleic acid amplification reaction in the step (c) is performed by digital PCR or digital isothermal amplification. 前記工程(d)のプロトン発生量の測定が、ISFETにより行われることを特徴とする、請求項1〜6のいずれか一項に記載の標的生体分子の濃度算出方法。   The method for calculating a concentration of a target biomolecule according to any one of claims 1 to 6, wherein the measurement of the amount of proton generation in the step (d) is performed by an ISFET. 所定の電気特性を有するビーズ体に当該電気特性に対応する種類のリガンドが固定化された、標的生体分子濃度算出用ビーズ。   A target biomolecule concentration calculation bead in which a ligand corresponding to the electrical property is immobilized on a bead body having a predetermined electrical property. 所定の電気特性を有するビーズ体に当該電気特性に対応する種類のリガンドが固定化された、標的生体分子濃度算出用ビーズを複数含む、標的生体分子の濃度を算出するためのビーズのセット。   A set of beads for calculating the concentration of a target biomolecule, including a plurality of beads for calculating the concentration of a target biomolecule, in which a ligand corresponding to the electric property is immobilized on a bead body having predetermined electric characteristics. 複数の画分に分割された生体分子を含む試料の前記画分毎に行われる核酸増幅反応中の各画分のプロトンを検出する検出部と、
前記検出部が検出するプロトンの発生量に基づいて、前記画分毎に核酸増幅の有無を判定する核酸増幅判定部と、
前記核酸増幅判定部が核酸増幅有と判定する画分の数に基づいて、前記試料中の標的生体分子の濃度を算出する標的生体分子濃度算出部と、
を備える標的生体分子濃度算出装置。
A detection unit for detecting protons of each fraction during a nucleic acid amplification reaction performed for each fraction of the sample containing the biomolecule divided into a plurality of fractions;
A nucleic acid amplification determination unit that determines the presence or absence of nucleic acid amplification for each fraction based on the amount of protons detected by the detection unit;
Based on the number of fractions that the nucleic acid amplification determination unit determines to have nucleic acid amplification, a target biomolecule concentration calculation unit that calculates the concentration of the target biomolecule in the sample;
A target biomolecule concentration calculation apparatus comprising:
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