JP2020156354A - Nucleic acid-capturing sensor, nucleic acid detection cartridge, and nucleic acid detection kit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、核酸捕捉センサ、並びに、前記核酸捕捉センサを備える核酸検出カートリッジ及び核酸検出キットに関する。 The present invention relates to a nucleic acid capture sensor, and a nucleic acid detection cartridge and a nucleic acid detection kit including the nucleic acid capture sensor.
近年、疾患の診断を目的として、血液等の体液中に存在する二本鎖核酸の有無、濃度、塩基配列等を測定するための核酸検出用の基板が開発されている。 In recent years, a substrate for nucleic acid detection for measuring the presence / absence, concentration, base sequence, etc. of double-stranded nucleic acid present in body fluid such as blood has been developed for the purpose of diagnosing a disease.
特許文献1には、二本鎖核酸を検出する方法として、捕捉用プローブ核酸が具備された基板を用いて、二本鎖核酸を変性させて一本鎖核酸にする工程、一本鎖核酸と捕捉用プローブ核酸とをハイブリダイズさせる工程と、一本鎖核酸に対して蛍光等の標識物質を付加させる工程と、標識物質から検出信号を得る工程と、を含む方法が開示されている。これによれば、標識物質から検出信号を得ることで、二本鎖核酸の有無、濃度、塩基配列等の情報を得ることが可能である。さらに、特許文献1では、二本鎖核酸を検出する方法として、2種類の捕捉用プローブ核酸が具備された基板を用いて、二本鎖核酸と捕捉用プローブ核酸を高効率にハイブリダイズさせる方法が提案されている。これによれば、基板上にある2種類の捕捉用プローブ核酸の一方は、二本鎖核酸に含まれる2種類の一本鎖核酸の一方と相補的であり、チップ上に具備されている2種類の捕捉用プローブ核酸の他方は、二本鎖核酸に含まれる2種類の一本鎖核酸の他方と相補的である。そのために二本鎖核酸に含まれる2種類の一本鎖核酸の両方について、捕捉用プローブ核酸とハイブリダイズする機会が与えられる。よって、高効率に捕捉用プローブ核酸とハイブリダイズすることが可能である。
特許文献1に記載の方法では、二本鎖核酸と捕捉用プローブ核酸との高いハイブリダイゼーション効率により、大きな検出信号を得ることができると予想される一方で、得られる検出信号は一種類の二本鎖核酸に対して一種類である。診断の信頼性の高さという点では、一回の測定において、できるだけ多くの情報が得られたほうが、統計的な面から優位である。また、一般的に、血液等の体液中に含まれる二本鎖核酸の測定による診断は、未だ研究段階である側面があり、生体の組織や臓器から材料を採取して検査する生体組織診断に比べると、信頼性が低く、改良の余地がある。
In the method described in
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、二本鎖核酸の検出において、測定結果の信頼性が高く、測定の異常検出が可能な核酸捕捉センサ、並びに、前記核酸捕捉センサを備える核酸検出カートリッジ及び核酸検出キットを提供する。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and a nucleic acid capture sensor capable of detecting abnormalities in measurement with high reliability of measurement results in detection of double-stranded nucleic acid, and the nucleic acid capture sensor. A nucleic acid detection cartridge and a nucleic acid detection kit are provided.
すなわち、本発明は、以下の態様を含む。
(1) 第一のセンサ素子及び第二のセンサ素子と、前記第一のセンサ素子の上に配置され、標的二本鎖核酸を構成する第一の一本鎖核酸の塩基配列の少なくとも一部に相補的な第一の配列を有する第一の捕捉プローブと、前記第二のセンサ素子の上に配置され、前記標的二本鎖核酸を構成する第二の一本鎖核酸の塩基配列の少なくとも一部に相補的な第二の配列を有する第二の捕捉プローブと、を備える、核酸捕捉センサ。
(2) 前記第一のセンサ素子及び前記第二のセンサ素子は、磁気センサ素子である、(1)に記載の核酸捕捉センサ。
(3) (2)に記載の核酸捕捉センサと、磁気ビーズと、を備える核酸検出カートリッジ。
(4) 前記第一の一本鎖核酸の塩基配列の少なくとも一部に相補的な第三の配列を有し、且つ、前記磁気ビーズを有する第一の標識プローブと、前記第二の一本鎖核酸の塩基配列の少なくとも一部に相補的な第四の配列を有し、且つ、前記磁気ビーズを有する第二の標識プローブと、を備え、前記第一の配列及び前記第三の配列は互いに異なる配列であり、前記第二の配列及び前記第四の配列は互いに異なる配列である、(3)に記載の核酸検出カートリッジ。
(5) 前記第一の一本鎖核酸の塩基配列の少なくとも一部に相補的な第三の配列、及び、前記第二の一本鎖核酸の塩基配列の少なくとも一部に相補的な第四の配列を有し、且つ、前記磁気ビーズを有する標識プローブを備え、前記第一の配列及び前記第三の配列は互いに異なる配列であり、前記第二の配列及び前記第四の配列は互いに異なる配列である、(3)に記載の核酸検出カートリッジ。
(6) 前記磁気ビーズはアビジン又はストレプトアビジンを有する、(3)に記載の核酸検出カートリッジ。
(7) 前記第一の一本鎖核酸の塩基配列の少なくとも一部に相補的な第三の配列を有し、且つ、ビオチンを有する第一のビオチン付プローブと、前記第二の一本鎖核酸の塩基配列の少なくとも一部に相補的な第四の配列を有し、且つ、ビオチンを有する第二のビオチン付プローブと、を更に備え、前記第一の配列及び前記第三の配列は互いに異なる配列であり、前記第二の配列及び前記第四の配列は互いに異なる配列である、(6)に記載の核酸検出カートリッジ。
(8) (2)に記載の核酸捕捉センサと、磁気ビーズと、を備える、核酸検出キット。
(9) 前記第一の一本鎖核酸の塩基配列の少なくとも一部に相補的な第三の配列を有し、且つ、前記磁気ビーズを有する第一の標識プローブと、前記第二の一本鎖核酸の塩基配列の少なくとも一部に相補的な第四の配列を有し、且つ、前記磁気ビーズを有する第二の標識プローブと、を備え、前記第一の配列及び前記第三の配列は互いに異なる配列であり、前記第二の配列及び前記第四の配列は互いに異なる配列である、(8)に記載の核酸検出キット。
(10) 前記第一の一本鎖核酸の塩基配列の少なくとも一部に相補的な第三の配列、及び、前記第二の一本鎖核酸の塩基配列の少なくとも一部に相補的な第四の配列を有し、且つ、前記磁気ビーズを有する標識プローブを備え、前記第一の配列及び前記第三の配列は互いに異なる配列であり、前記第二の配列及び前記第四の配列は互いに異なる配列である、(8)に記載の核酸検出キット。
(11) 前記磁気ビーズはアビジン又はストレプトアビジンを有する、(8)に記載の核酸検出キット。
(12) 前記第一の一本鎖核酸の塩基配列の少なくとも一部に相補的な第三の配列を有し、且つ、ビオチンを有する第一のビオチン付プローブと、前記第二の一本鎖核酸の塩基配列の少なくとも一部に相補的な第四の配列を有し、且つ、ビオチンを有する第二のビオチン付プローブと、を更に備え、前記第一の配列及び前記第三の配列は互いに異なる配列であり、前記第二の配列及び前記第四の配列は互いに異なる配列である、(11)に記載の核酸検出キット。
That is, the present invention includes the following aspects.
(1) At least a part of the base sequence of the first single-stranded nucleic acid, which is arranged on the first sensor element and the second sensor element and the first sensor element and constitutes the target double-stranded nucleic acid. A first capture probe having a first sequence complementary to the above, and at least the base sequence of the second single-stranded nucleic acid arranged on the second sensor element and constituting the target double-stranded nucleic acid. A nucleic acid capture sensor comprising a second capture probe having a second sequence that is partially complementary.
(2) The nucleic acid capture sensor according to (1), wherein the first sensor element and the second sensor element are magnetic sensor elements.
(3) A nucleic acid detection cartridge including the nucleic acid capture sensor according to (2) and magnetic beads.
(4) A first labeled probe having a third sequence complementary to at least a part of the base sequence of the first single-stranded nucleic acid and having the magnetic beads, and the second one. The first sequence and the third sequence include a second labeled probe having a fourth sequence complementary to at least a part of the base sequence of the chain nucleic acid and having the magnetic beads. The nucleic acid detection cartridge according to (3), wherein the second sequence and the fourth sequence are different sequences from each other.
(5) A third sequence complementary to at least a part of the base sequence of the first single-stranded nucleic acid, and a fourth sequence complementary to at least a part of the base sequence of the second single-stranded nucleic acid. The first sequence and the third sequence are different sequences from each other, and the second sequence and the fourth sequence are different from each other, and the labeled probe having the magnetic beads is provided. The nucleic acid detection cartridge according to (3), which is a sequence.
(6) The nucleic acid detection cartridge according to (3), wherein the magnetic beads have avidin or streptavidin.
(7) A first probe with biotin having a third sequence complementary to at least a part of the base sequence of the first single-stranded nucleic acid and having biotin, and the second single-stranded nucleic acid. A second biotinated probe having a fourth sequence complementary to at least a part of the base sequence of the nucleic acid and having biotin is further provided, and the first sequence and the third sequence are mutual. The nucleic acid detection cartridge according to (6), wherein the second sequence and the fourth sequence are different sequences from each other.
(8) A nucleic acid detection kit comprising the nucleic acid capture sensor according to (2) and magnetic beads.
(9) A first labeled probe having a third sequence complementary to at least a part of the base sequence of the first single-stranded nucleic acid and having the magnetic beads, and the second one. The first sequence and the third sequence include a second labeled probe having a fourth sequence complementary to at least a part of the base sequence of the chain nucleic acid and having the magnetic beads. The nucleic acid detection kit according to (8), wherein the second sequence and the fourth sequence are different sequences from each other.
(10) A third sequence complementary to at least a part of the base sequence of the first single-stranded nucleic acid, and a fourth sequence complementary to at least a part of the base sequence of the second single-stranded nucleic acid. The first sequence and the third sequence are different sequences from each other, and the second sequence and the fourth sequence are different from each other, and the labeled probe having the magnetic beads is provided. The nucleic acid detection kit according to (8), which is a sequence.
(11) The nucleic acid detection kit according to (8), wherein the magnetic beads have avidin or streptavidin.
(12) A first probe with biotin having a third sequence complementary to at least a part of the base sequence of the first single-stranded nucleic acid and having biotin, and the second single-stranded nucleic acid. A second biotinated probe having a fourth sequence complementary to at least a part of the base sequence of the nucleic acid and having biotin is further provided, and the first sequence and the third sequence are mutual. The nucleic acid detection kit according to (11), wherein the second sequence and the fourth sequence are different sequences from each other.
上記態様の核酸捕捉センサによれば、二本鎖核酸の検出において、測定結果の信頼性が高く、測定の異常検出が可能な核酸捕捉センサを提供することができる。 According to the nucleic acid capture sensor of the above aspect, it is possible to provide a nucleic acid capture sensor capable of detecting an abnormality in the measurement with high reliability of the measurement result in the detection of the double-stranded nucleic acid.
≪核酸捕捉センサ≫
本発明の一実施形態(以下、「本実施形態」と略記する場合がある)に係る核酸捕捉センサは、第一のセンサ素子及び第二のセンサ素子からなる2種類のセンサ素子と、第一の捕捉プローブ及び第二の捕捉プローブからなる2種類の捕捉プローブを備える。第一の捕捉プローブは、第一のセンサ素子の上に配置され、標的二本鎖核酸を構成する第一の一本鎖核酸の塩基配列の少なくとも一部に相補的な第一の配列を有する。第二の捕捉プローブは、第二のセンサ素子の上に配置され、前記標的二本鎖核酸を構成する第二の一本鎖核酸の塩基配列の少なくとも一部に相補的な第二の配列を有する。
≪Nucleic acid capture sensor≫
The nucleic acid capture sensor according to one embodiment of the present invention (hereinafter, may be abbreviated as "the present embodiment") includes two types of sensor elements including a first sensor element and a second sensor element, and a first. It is provided with two types of capture probes consisting of a capture probe of the above and a second capture probe. The first capture probe is placed on the first sensor element and has a first sequence complementary to at least a part of the base sequence of the first single-stranded nucleic acid constituting the target double-stranded nucleic acid. .. The second capture probe is placed on the second sensor element and has a second sequence complementary to at least a part of the base sequence of the second single-stranded nucleic acid constituting the target double-stranded nucleic acid. Have.
本実施形態の核酸捕捉センサは上記構成を有することで、試料中の標的二本鎖核酸の検出において、試料中の一種類の標的二本鎖核酸に対して、二種類の検出信号が得られるため、測定結果の信頼性が向上する。また、後述する実施例に示すように、例えば二種類の検出信号の比を用いることで、測定の異常を検出することができる。 By having the above configuration, the nucleic acid capture sensor of the present embodiment can obtain two types of detection signals for one type of target double-stranded nucleic acid in the sample in detecting the target double-stranded nucleic acid in the sample. Therefore, the reliability of the measurement result is improved. Further, as shown in Examples described later, for example, by using the ratio of two types of detection signals, it is possible to detect an abnormality in measurement.
検出対象である「標的二本鎖核酸」としては、特別な限定はなく、例えば、ゲノムDNA、セルフリーDNA、二本鎖RNA、DNA−RNAハイブリッド鎖等が挙げられる。また、標的二本鎖核酸は、超音波や制限酵素等を用いて断片化したものであってもよく、PCR等による増幅産物であってもよい。また、標的二本鎖核酸は、その5’末端又は3’末端にビオチン等が付加されたものであってもよい。また、標的二本鎖核酸は、人工核酸のみからなるものであってもよく、天然由来の核酸や合成された核酸と人工核酸とのキメラ核酸であってもよい。人工核酸としては、例えば、LNA(Locked Nucleic Acid)、BNA(Bridged Nucleic Acid)等が挙げられる。
標的二本鎖核酸を含む試料としては、体液試料であってもよく、標的二本鎖核酸を溶解した溶液(緩衝液等)であってもよい。体液試料としては、例えば、血液、血清、血漿、尿、パフィーコート、唾液、精液、胸部滲出液、脳脊髄液、涙液、痰、粘液、リンパ液、腹水、胸水、羊水、膀胱洗浄液、気管支肺胞洗浄液、細胞抽出液、細胞培養上清等が挙げられる。標的二本鎖核酸を含む試料として、これらの体液試料をそのまま用いてもよく、体液試料から核酸を抽出することで得られる核酸抽出液を用いてもよい。
The "target double-stranded nucleic acid" to be detected is not particularly limited, and examples thereof include genomic DNA, cell-free DNA, double-stranded RNA, and DNA-RNA hybrid strand. Further, the target double-stranded nucleic acid may be fragmented using ultrasonic waves, restriction enzymes, or the like, or may be an amplification product by PCR or the like. Further, the target double-stranded nucleic acid may be one in which biotin or the like is added to the 5'end or the 3'end. Further, the target double-stranded nucleic acid may be composed of only an artificial nucleic acid, or may be a naturally-derived nucleic acid or a chimeric nucleic acid of a synthesized nucleic acid and an artificial nucleic acid. Examples of the artificial nucleic acid include LNA (Locked Nucleic Acid), BNA (Bridged Nucleic Acid) and the like.
The sample containing the target double-stranded nucleic acid may be a body fluid sample or a solution (buffer solution or the like) in which the target double-stranded nucleic acid is dissolved. Examples of body fluid samples include blood, serum, plasma, urine, puffy coat, saliva, semen, chest exudate, cerebrospinal fluid, tears, sputum, mucus, lymph, ascites, pleural effusion, sheep water, bladder lavage fluid, and bronchial lung. Examples thereof include plasma lavage fluid, cell extract, and cell culture supernatant. As the sample containing the target double-stranded nucleic acid, these body fluid samples may be used as they are, or a nucleic acid extract obtained by extracting nucleic acid from the body fluid sample may be used.
<核酸捕捉センサの構造>
本実施形態の核酸捕捉センサの構造について、以下、図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明で用いる図は、本発明の特徴を分かり易くするために、便宜上、要部となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率等が実際と同じであるとは限らない。
<Structure of nucleic acid capture sensor>
The structure of the nucleic acid capture sensor of the present embodiment will be described below with reference to the drawings. In addition, in the figure used in the following description, in order to make it easy to understand the features of the present invention, the main part may be enlarged for convenience, and the dimensional ratio and the like of each component are the same as the actual ones. Is not always the case.
図1は、本発明の一実施形態に係る核酸捕捉センサを模式的に示す斜視図である。
図1に示すように本実施形態の核酸捕捉センサ100は、基板3を有し、第一のセンサ素子1及び第2のセンサ素子2が基板面内方向に離れて配置されている。第一のセンサ素子1及び第2のセンサ素子2は、それぞれ配線51及び配線52を介して外部と接続可能に構成されている。
FIG. 1 is a perspective view schematically showing a nucleic acid capture sensor according to an embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 1, the nucleic
図2は、本発明の一実施形態に係る核酸捕捉センサを模式的に示す断面図であり、図1に示した核酸捕捉センサのII−II’の断面図である。
核酸捕捉センサ100は、標的二本鎖核酸を構成する第一の一本鎖核酸及び第二の一本鎖核酸を捕捉するために用いられる。
図2に示すように、核酸捕捉センサ100において、基板3内に第一のセンサ素子1及び第二のセンサ素子2が配置されており、第一のセンサ素子1の上に第一の捕捉プローブ4が配置され、第二のセンサ素子2の上に第二の捕捉プローブ5が配置されている。第一の捕捉プローブ4は、標的二本鎖核酸を構成する第一の一本鎖核酸の少なくとも一部に相補的な第一の配列からなる核酸4aを含む。第二の捕捉プローブ5は、標的二本鎖核酸を構成する第二の一本鎖核酸の少なくとも一部に相補的な第二の配列からなる核酸5aを含む。また、図2に示す基板3では、支持体3a及び保護膜3bがこの順に積層されている。
FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing a nucleic acid capture sensor according to an embodiment of the present invention, and is a cross-sectional view of II-II'of the nucleic acid capture sensor shown in FIG.
The nucleic
As shown in FIG. 2, in the nucleic
次いで、核酸捕捉センサ100を用いた標的二本鎖核酸の捕捉方法について以下に説明する。
図3は、標的二本鎖核酸の加熱及び冷却による解離及び結合の様子を模式的に示す図である。図3に示すように標的二本鎖核酸6は、加熱することで第一の一本鎖核酸6aと、第二の一本鎖核酸6bとに解離し、一方で冷却することで、再会合(アニーリング)して二本鎖核酸に戻る。
Next, a method for capturing the target double-stranded nucleic acid using the nucleic
FIG. 3 is a diagram schematically showing the state of dissociation and binding of the target double-stranded nucleic acid by heating and cooling. As shown in FIG. 3, the target double-stranded
図4は、本発明の一実施形態に係る核酸捕捉センサと標的二本鎖核酸との結合の様子を模式的に示す図である。
図4に示すように、加熱直後の標的二本鎖核酸(第一の一本鎖核酸6aと、第二の一本鎖核酸6bとに解離した状態)を含む試料溶液を核酸捕捉センサ100に接触させることで、第一の一本鎖核酸6aは第一の配列からなる核酸4aを介して第一の捕捉プローブ4と結合し、第二の一本鎖核酸6bは第二の配列からなる核酸5aを介して第二の捕捉プローブ5と結合する。
FIG. 4 is a diagram schematically showing a state of binding between the nucleic acid capture sensor and the target double-stranded nucleic acid according to the embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 4, a sample solution containing the target double-stranded nucleic acid immediately after heating (dissociated into the first single-stranded
本実施形態に係る核酸捕捉センサは、図1〜2に示すものに限定されず、その効果を損なわない範囲内において、図1〜2に示すものの一部の構成が変更又は削除されたものや、これまでに説明したものにさらに他の構成が追加されたものであってもよい。
例えば、図1〜2に示す核酸捕捉センサにおいて、第一のセンサ素子1及び第2のセンサ素子2が基板内に配置されているものを例示したが、第一のセンサ素子1及び第2のセンサ素子2の種類に応じて、基板表面上に配置されていてもよい。
例えば、図1〜2に示す核酸捕捉センサにおいて、第一のセンサ素子及び第二のセンサ素子をそれぞれ1つずつ備える場合を例示したが、核酸捕捉センサは、第一のセンサ素子及び第二のセンサ素子をそれぞれ2つ以上備えてもよい。
また、例えば、図1〜2に示す核酸捕捉センサにおいて、1種類の標的二本鎖核酸を捕捉する場合を例示したが、核酸捕捉センサは、2種類以上の標的二本鎖核酸を捕捉するために、標的二本鎖核酸の塩基配列に対応した複数種類の第一の捕捉プローブ及び第二の捕捉プローブのセットを備えてもよい。
The nucleic acid capture sensor according to the present embodiment is not limited to the one shown in FIGS. 1 and 2, and the nucleic acid capture sensor shown in FIGS. 1 and 2 is partially modified or deleted within a range that does not impair its effect. , Other configurations may be added to those described so far.
For example, in the nucleic acid capture sensor shown in FIGS. 1 and 2, the
For example, in the nucleic acid capture sensor shown in FIGS. 1 and 2, the case where the first sensor element and the second sensor element are provided one by one is illustrated, but the nucleic acid capture sensor includes the first sensor element and the second sensor element. Two or more sensor elements may be provided for each.
Further, for example, the nucleic acid capture sensor shown in FIGS. 1 and 2 illustrates the case of capturing one type of target double-stranded nucleic acid, but the nucleic acid capture sensor captures two or more types of target double-stranded nucleic acids. May be provided with a set of a plurality of types of first capture probe and second capture probe corresponding to the base sequence of the target double-stranded nucleic acid.
<第一のセンサ素子及び第二のセンサ素子>
第一のセンサ素子1及び第二のセンサ素子2は、それぞれ独立したセンサ素子として出力するように構成されている。つまり、第一のセンサ素子1の出力と第二のセンサ素子2の出力は互いに独立している。
第一のセンサ素子及び第二のセンサ素子としては、それぞれ第一の一本鎖核酸及び第二の二本鎖核酸の結合を検出できるものであれば特別な限定はなく、例えば、核酸捕捉センサが磁気センサを利用したものである場合、第一のセンサ素子及び第二のセンサ素子として磁気センサ素子を用いることができる。また、例えば、核酸捕捉センサが表面電荷検出型センサを利用したものである場合、第一のセンサ素子及び第二のセンサ素子として電界効果トランジスタ(Field effect transistor;FET)を用いることができる。例えば、核酸捕捉センサが表面プラズモン共鳴(SPR)センサを利用したものである場合、第一のセンサ素子及び第二のセンサ素子として受光素子を用いることができる。例えば、核酸捕捉センサが電流検出型センサを利用したものである場合、第一のセンサ素子及び第二のセンサ素子として電極を用いることができる。中でも、第一のセンサ素子及び第二のセンサ素子としては、結合した磁気ビーズの数に応じて、検出信号が増加し、標的二本鎖核酸の濃度を高精度で定量できることから、磁気センサ素子が好ましい。
磁気センサ素子としては、例えば、磁気抵抗効果素子を用いることができる。磁気抵抗効果素子は、磁界の影響を受けて電気抵抗値が変わる現象を利用する素子であれば特に制限はなく、積層面内の一定方向に固着された磁化方向を有する磁化固定層と、外部磁界に応じて磁化方向が変化する磁化自由層と、を備えたタイプの素子であることが好ましい。また、磁気抵抗効果素子において、磁化固定層の磁化固定方向は、磁気ビーズ励磁のために印加される磁界と、略平行又は略反平行であり、かつ、前記磁気抵抗効果素子の膜面方向であることが好ましい。
本明細書において、「略平行又は略反平行」とは、凡そ平行又は反平行であればよく、0.1°以上10゜以下の範囲でずれていてもよい。
さらに、磁気抵抗効果素子は、磁化固定層と、非磁性体の導体又は絶縁体からなる中間層と、磁化自由層と、を含み、磁化固定層と磁化自由層とで中間層を挟む積層体を有していることがより好ましい。
なお、中間層が非磁性体の導体の場合、磁気抵抗効果素子は、一般にGMR素子(巨大磁気抵抗効果素子)と呼ばれ、非磁性体の絶縁体の場合、TMR素子(トンネル型磁気抵抗効果素子)と呼ばれる。磁気抵抗効果素子の電気抵抗値は、磁化固定層の磁化方向と磁化自由層の平均の磁化方向の角度に応じて変化する。
また、磁気抵抗効果素子の形状は特別な限定はないが、ミアンダ構造であることが好ましい。
<First sensor element and second sensor element>
The
The first sensor element and the second sensor element are not particularly limited as long as they can detect the binding of the first single-stranded nucleic acid and the second double-stranded nucleic acid, respectively. For example, a nucleic acid capture sensor. When a magnetic sensor is used, a magnetic sensor element can be used as the first sensor element and the second sensor element. Further, for example, when the nucleic acid capture sensor uses a surface charge detection type sensor, a field effect transistor (FET) can be used as the first sensor element and the second sensor element. For example, when the nucleic acid capture sensor utilizes a surface plasmon resonance (SPR) sensor, a light receiving element can be used as the first sensor element and the second sensor element. For example, when the nucleic acid capture sensor utilizes a current detection type sensor, electrodes can be used as the first sensor element and the second sensor element. Among them, as the first sensor element and the second sensor element, the detection signal increases according to the number of bound magnetic beads, and the concentration of the target double-stranded nucleic acid can be quantified with high accuracy. Is preferable.
As the magnetic sensor element, for example, a magnetoresistive effect element can be used. The magnetoresistive element is not particularly limited as long as it is an element that utilizes the phenomenon that the electric resistance value changes under the influence of a magnetic field, and the magnetization fixing layer having a magnetization direction fixed in a certain direction in the laminated surface and the outside It is preferable that the element is provided with a magnetization free layer whose magnetization direction changes according to a magnetic field. Further, in the magnetoresistive sensor, the magnetization fixing direction of the magnetization fixing layer is substantially parallel or substantially antiparallel to the magnetic field applied for exciting the magnetic beads, and is in the film surface direction of the magnetic resistance effect element. It is preferable to have.
In the present specification, "substantially parallel or substantially antiparallel" may be approximately parallel or antiparallel, and may be deviated within a range of 0.1 ° or more and 10 ° or less.
Further, the magnetoresistive sensor includes a magnetization fixing layer, an intermediate layer made of a non-magnetic conductor or an insulator, and a magnetization free layer, and is a laminate in which the intermediate layer is sandwiched between the magnetization fixing layer and the magnetization free layer. It is more preferable to have.
When the intermediate layer is a non-magnetic conductor, the magnetoresistive element is generally called a GMR element (giant magnetoresistive element), and when the intermediate layer is a non-magnetic insulator, a TMR element (tunnel-type magnetoresistive effect). It is called an element). The electrical resistance value of the magnetoresistive sensor changes according to the angle between the magnetization direction of the magnetization fixed layer and the average magnetization direction of the magnetization free layer.
The shape of the magnetoresistive element is not particularly limited, but it preferably has a meander structure.
磁化自由層は、例えば、NiFe合金等の軟磁性膜から構成されている。中間層は、例えば、Cu等の導電体膜、又は、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム等の絶縁体膜から構成されている。
磁化固定層は、一方の面が反強磁性膜と接し、他方の面が中間層と接する。反強磁性膜は、例えばIrMnやPtMn等の反強磁性Mn合金等から構成されている。磁化固定層は、例えば、CoFe合金やNiFe合金等の強磁性体から構成されているか、或いは、Ruの薄膜層をCoFe合金やNiFe合金等の強磁性体で挟む構成をとってもよい。
The magnetization free layer is composed of, for example, a soft magnetic film such as a NiFe alloy. The intermediate layer is composed of, for example, a conductor film such as Cu or an insulator film such as aluminum oxide or magnesium oxide.
One surface of the magnetized fixed layer is in contact with the antiferromagnetic film, and the other surface is in contact with the mesosphere. The antiferromagnetic film is composed of, for example, an antiferromagnetic Mn alloy such as IrMn or PtMn. The magnetization fixing layer may be composed of, for example, a ferromagnet such as a CoFe alloy or a NiFe alloy, or may have a structure in which a thin film layer of Ru is sandwiched between ferromagnets such as a CoFe alloy or a NiFe alloy.
<第一の捕捉プローブ及び第二の捕捉プローブ>
第一の捕捉プローブは、第一の一本鎖核酸の塩基配列の少なくとも一部に相補的な第一の配列を有する。
第二の捕捉プローブは、第二の一本鎖核酸の塩基配列の少なくとも一部に相補的な第二の配列を有する。
第一の配列及び第二の配列の塩基数の下限は、例えば10塩基であり、15塩基が好ましく、20塩基がより好ましい。一方、第一の配列及び第二の配列の塩基数の上限は、例えば150塩基であり、100塩基が好ましく、50塩基がより好ましい。
第一の捕捉プローブ及び第二の捕捉プローブは、図2に示すように、それぞれ基板上に固定化されていることが好ましい。これら捕捉プローブは、3’末端が固定化されていてもよく、5’末端が固定化されていてもよい。また、各捕捉プローブが各一本鎖核酸とそれぞれ結合するために分子的な自由度を確保する観点から、基板に固定化されている側の末端にスペーサーを有してもよい。スペーサーが核酸から構成されている場合、その塩基数の下限は、特に限定されないが、例えば1塩基であり、3塩基が好ましい。一方、スペーサーの塩基数の上限は、特に限定されないが、例えば50塩基であり、30塩基が好ましい。また、スペーサーは核酸の代わりに、ポリエチレングリコール等のリンカー化合物から構成されていてもよい。
<First capture probe and second capture probe>
The first capture probe has a first sequence complementary to at least a portion of the base sequence of the first single-stranded nucleic acid.
The second capture probe has a second sequence that is complementary to at least a portion of the base sequence of the second single-stranded nucleic acid.
The lower limit of the number of bases in the first sequence and the second sequence is, for example, 10 bases, preferably 15 bases, and more preferably 20 bases. On the other hand, the upper limit of the number of bases in the first sequence and the second sequence is, for example, 150 bases, preferably 100 bases, more preferably 50 bases.
As shown in FIG. 2, it is preferable that the first capture probe and the second capture probe are respectively immobilized on the substrate. These capture probes may have an immobilized 3'end or an immobilized 5'end. Further, from the viewpoint of ensuring a molecular degree of freedom for each capture probe to bind to each single-stranded nucleic acid, a spacer may be provided at the end on the side immobilized on the substrate. When the spacer is composed of nucleic acid, the lower limit of the number of bases is not particularly limited, but is, for example, 1 base, preferably 3 bases. On the other hand, the upper limit of the number of bases of the spacer is not particularly limited, but is, for example, 50 bases, preferably 30 bases. Further, the spacer may be composed of a linker compound such as polyethylene glycol instead of nucleic acid.
第一の捕捉プローブ及び第二の捕捉プローブは、DNAから構成されてもよく、RNAから構成されてもよく、これらを組み合わせて構成されてもよい。また、DNA分解酵素やRNA分解酵素による分解を抑制する観点から、人工核酸を含んでもよい。 The first capture probe and the second capture probe may be composed of DNA, RNA, or a combination thereof. Further, an artificial nucleic acid may be contained from the viewpoint of suppressing degradation by a DNA-degrading enzyme or an RNA-degrading enzyme.
捕捉プローブを基板に固定化する方法としては、例えば、フォトリソグラフィ技術及び固相化学反応を用いた方法、捕捉プローブを含む溶液を基板上に滴下して固定化する方法等が挙げられる。フォトリソグラフィ技術及び固相化学反応を用いる方法の場合には、基板上において各捕捉プローブを合成してもよい。また、捕捉プローブを含む溶液を基板上に滴下して固定化する方法である場合には、捕捉プローブの3’末端又は5’末端に基板上に固定化するための官能基(以下、「固定化基」と略記する場合がある)を設けておき、一方、基板上にも固定化基と反応して結合を形成可能な官能基(以下、「反応基」と略記する場合がある)を設けておくことが好ましい。このような固定化基と反応基との組み合わせとしては、アミノ基、ホルミル基、チオール基、スクシミジルエステル基等の固定化基と、カルボキシ基、アミノ基、ホルミル基、エポキシ基、マレイミド基等の反応基との組み合わせや、金−チオール結合を利用した組み合わせ等が挙げられる。
また、捕捉プローブを含む溶液を基板上に滴下して固定化する他の方法としては、例えば、3’末端又は5’末端にシラノール基を有する捕捉プローブを、センサ素子上の部分をシリカとした基板に吐出し、配列させ、シランカップリング反応により共有結合させる方法等も挙げられる。
Examples of the method of immobilizing the capture probe on the substrate include a method using photolithography technology and a solid-phase chemical reaction, a method of dropping a solution containing the capture probe onto the substrate, and the like. In the case of a method using a photolithography technique and a solid phase chemical reaction, each capture probe may be synthesized on a substrate. Further, in the case of a method of dropping a solution containing a trapping probe onto the substrate and immobilizing it, a functional group for immobilizing the solution on the substrate at the 3'end or 5'end of the capture probe (hereinafter, "fixation") A functional group capable of reacting with an immobilizing group to form a bond (hereinafter, may be abbreviated as "reactive group") is provided on the substrate (sometimes abbreviated as "chemical group"). It is preferable to provide it. Examples of the combination of such an immobilized group and a reactive group include an immobilized group such as an amino group, a formyl group, a thiol group and a succimidyl ester group, and a carboxy group, an amino group, a formyl group, an epoxy group and a maleimide group. Examples thereof include a combination with a reactive group such as, and a combination using a gold-thiol bond.
Further, as another method of dropping the solution containing the capture probe onto the substrate and immobilizing it, for example, a capture probe having a silanol group at the 3'end or the 5'end is made of silica in the portion on the sensor element. Examples thereof include a method of discharging to a substrate, arranging them, and covalently bonding them by a silane coupling reaction.
<標的二本鎖核酸の検出方法>
本実施形態の核酸捕捉センサを用いた標的二本鎖核酸の検出方法について、以下に詳細を説明する。
本実施形態の核酸捕捉センサが磁気センサを利用したものである場合、磁気ビーズを用いて標的核酸を検出することができる。
<Method for detecting target double-stranded nucleic acid>
The method for detecting the target double-stranded nucleic acid using the nucleic acid capture sensor of the present embodiment will be described in detail below.
When the nucleic acid capture sensor of the present embodiment uses a magnetic sensor, the target nucleic acid can be detected using magnetic beads.
磁気ビーズは、例えば、有機材料で形成されるビーズの中に磁性粒子を含むものである。磁性粒子としては強磁性を示すもの又は超常磁性を示すものを用いることができるが、超常磁性を示すものが好ましい。例えば、コアに複数の酸化鉄粒子を含むポリスチレンビーズが挙げられる。コアに含まれる酸化鉄の粒子は、例えば、各々が粒径100nm以下であり、超常磁性を示すものである。磁気ビーズの直径としては、保護膜の面積との兼ね合いによるが、例えば、0.01μm以上1μm以下が好ましい。
磁気ビーズの表面は、ポリマーやシリカマトリックスでコーティング処理されていてもよい。核酸は親水性であることから、磁気ビーズの表面は親水性であることが好ましい。
Magnetic beads are, for example, those containing magnetic particles in beads formed of an organic material. As the magnetic particles, those exhibiting ferromagnetism or those exhibiting superparamagnetism can be used, but those exhibiting superparamagnetism are preferable. For example, polystyrene beads containing a plurality of iron oxide particles in the core can be mentioned. Each of the iron oxide particles contained in the core has a particle size of 100 nm or less and exhibits superparamagnetism. The diameter of the magnetic beads depends on the area of the protective film, but is preferably 0.01 μm or more and 1 μm or less, for example.
The surface of the magnetic beads may be coated with a polymer or a silica matrix. Since the nucleic acid is hydrophilic, the surface of the magnetic beads is preferably hydrophilic.
本実施形態の核酸捕捉センサが磁気センサを利用したものである場合、一本鎖核酸に直接的又は間接的に結合するように構成されている磁気ビーズを用いることができる。 When the nucleic acid capture sensor of the present embodiment utilizes a magnetic sensor, magnetic beads configured to directly or indirectly bind to the single-stranded nucleic acid can be used.
[第一実施形態]
図5は、本発明の第一実施形態に係る標的二本鎖核酸の検出方法に用いられる標識プローブを模式的に示す図である。図5に示すように、第一の標識プローブ10は、第一の一本鎖核酸の塩基配列の少なくとも一部に相補的な第三の配列からなる核酸10aを含み、且つ、磁気ビーズ12を有する。第二の標識プローブ11は、第二の一本鎖核酸の塩基配列の少なくとも一部に相補的な第四の配列からなる核酸11aを含み、且つ、磁気ビーズ12を有する。磁気ビーズ12と、核酸10a及び11aとの結合方法は、特に限定されず、例えば、配位結合、共有結合、水素結合、疎水性相互作用、物理吸着、アフィニティー結合等の公知の結合が挙げられ、リンカー等を介して間接的に結合していてもよい。具体的な結合方法としては、例えば、磁気ビーズ表面に存在する官能基と核酸10a及び11aとの共有結合による結合や、アビジン又はストレプトアビジンを有する磁気ビーズ12と、ビオチンを有する核酸10a及び11aとのアビジン又はストレプトアビジンとビオチンとの相互作用による結合等が挙げられる。なお、第一の標識プローブ10及び第二の標識プローブ11を用いる場合には、測定系中に遊離の一本鎖核酸が存在すると、測定精度の低下につながることから、一本鎖核酸と捕捉プローブとの結合の後に、洗浄等の工程によって遊離の一本鎖核酸を取り除き、一本鎖核酸と捕捉プローブとの複合体に対して第一の標識プローブ10及び第二の標識プローブ11を結合させることが好ましい。以降の実施形態においても、同様の順番で結合反応を行なうことが好ましい。
[First Embodiment]
FIG. 5 is a diagram schematically showing a labeled probe used in the method for detecting a target double-stranded nucleic acid according to the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 5, the first labeled
図6は、図5に示す標識プローブと標的二本鎖核酸と捕捉プローブとの結合の様子を模式的に示す図である。以降の図面において共通する構成については、同じ符号を付し、説明を省略する。
図6に示すように、第一の一本鎖核酸6aが第一の標識プローブ10及び第一の捕捉プローブ4と結合し、第二の一本鎖核酸6bが第二の標識プローブ11及び第二の捕捉プローブ5と結合するように、第一の標識プローブ10、第二の標識プローブ11、第一の捕捉プローブ4及び第二の捕捉プローブ5が構成されている。第一の一本鎖核酸6aは、第一の標識プローブ10が含む核酸10aと結合し、第二の一本鎖核酸6bは、第二の標識プローブ11が含む核酸11aと結合する。第一の一本鎖核酸6aは、第二の捕捉プローブ5よりも第一の捕捉プローブ4と優先的に結合し、第二の一本鎖核酸6bは、第一の捕捉プローブ4よりも第二の捕捉プローブ5と優先的に結合する。
FIG. 6 is a diagram schematically showing the state of binding between the labeled probe shown in FIG. 5, the target double-stranded nucleic acid, and the capture probe. The same reference numerals are given to the configurations common to the following drawings, and the description thereof will be omitted.
As shown in FIG. 6, the first single-stranded
第一の一本鎖核酸6aの塩基配列の少なくとも一部に対して、第二の捕捉プローブ5が相補的な塩基配列を有する場合、第一の一本鎖核酸6aを、第二の捕捉プローブ5よりも第一の捕捉プローブ4と優先的に結合させるためには、第一の一本鎖核酸6aと第一の捕捉プローブ4との特異的会合条件と、第一の一本鎖核酸6aと第二の捕捉プローブ5との特異的会合条件とが異なる条件であることが好ましい。特異的会合条件は、標的核酸分子及び核酸プローブの塩基配列の種類や長さ等に依存する。よって、特異的会合条件が異なるように、第一の捕捉プローブ4及び第二の捕捉プローブ5を設計することが好ましい。
When the
具体的には、一本鎖核酸と捕捉プローブの特異的会合条件は、融解曲線から求めることができる。会合体の形成は一般的に温度条件や塩濃度条件に依存するため、捕捉プローブと一本鎖核酸のみを含有する溶液の温度を、高温から低温へと変化させ、当該溶液の吸光度を測定することにより、融解曲線を求めることができる。得られた融解曲線から、一本鎖状態で存在していた捕捉プローブが、一本鎖核酸と会合体を形成し始めた温度から、ほぼ全てが会合体となった温度までの範囲の温度条件を、特異的会合条件とすることができる。温度に代えて、溶液中の塩濃度を低濃度から高濃度への変化させることによっても、同様にして融解曲線を決定し、特異的会合条件を求めることができる。 Specifically, the specific association conditions between the single-stranded nucleic acid and the capture probe can be determined from the melting curve. Since the formation of aggregates generally depends on temperature conditions and salt concentration conditions, the temperature of the solution containing only the capture probe and single-stranded nucleic acid is changed from high temperature to low temperature, and the absorbance of the solution is measured. Therefore, the melting curve can be obtained. From the obtained melting curve, the temperature conditions range from the temperature at which the capture probe existing in the single-stranded state began to form an aggregate with the single-stranded nucleic acid to the temperature at which almost all of the captured probe became an aggregate. Can be a specific meeting condition. By changing the salt concentration in the solution from a low concentration to a high concentration instead of the temperature, the melting curve can be determined in the same manner and the specific association conditions can be obtained.
このように、特異的会合条件は、一本鎖核酸や捕捉プローブの種類によって異なり、実験的に決定されるものであるが、一般にはTm値(融解温度)で代用することができる。例えば、汎用されているプライマー/プローブ設計ソフトウェア等を用いることにより、捕捉プローブの塩基配列情報から、一本鎖核酸と相補的な塩基配列を有する領域のTm値(2本鎖DNAの50%が1本鎖DNAに解離する温度)を算出することができる。 As described above, the specific association conditions differ depending on the type of single-stranded nucleic acid or capture probe and are determined experimentally, but in general, the Tm value (melting temperature) can be substituted. For example, by using a general-purpose primer / probe design software or the like, the Tm value of the region having a base sequence complementary to the single-stranded nucleic acid (50% of the double-stranded DNA) can be obtained from the base sequence information of the capture probe. The temperature at which it dissociates into single-stranded DNA) can be calculated.
第一の一本鎖核酸6aを、第二の捕捉プローブ5よりも第一の捕捉プローブ4と優先的に結合させるために、第一の一本鎖核酸6aと第一の捕捉プローブ4との会合体のTm値は、第一の一本鎖核酸6aと第二の捕捉プローブ5との会合体のTm値よりも高いことが好ましく、3℃以上高いことがより好ましく、5℃以上高いことがさらに好ましく、10℃以上高いことが特に好ましい。これにより、第二の捕捉プローブ5を第一の捕捉プローブ4よりも、第一の一本鎖核酸6aから解離しやすくすることができる。
上記と同様に、第二の一本鎖核酸6bを、第一の捕捉プローブ4よりも第二の捕捉プローブ5と優先的に結合させるために、第二の一本鎖核酸6bと第二の捕捉プローブ5との会合体のTm値は、第二の一本鎖核酸6bと第一の捕捉プローブ4との会合体のTm値よりも、高いことが好ましく、3℃以上高いことがより好ましく、5℃以上高いことがさらに好ましく、10℃以上高いことが特に好ましい。これにより、第一の捕捉プローブ4を第二の捕捉プローブ5よりも、第二の一本鎖核酸6bから解離しやすくすることができる。
In order to bind the first single-stranded
Similar to the above, in order to bind the second single-stranded
第一の一本鎖核酸6aの塩基配列の少なくとも一部に対して、第二の捕捉プローブ5が相補的な塩基配列を有する場合、その相補的な配列の塩基数は9塩基以下であることが好ましく、5塩基以下であることがより好ましい。第二の一本鎖核酸6bの塩基配列の少なくとも一部に対して、第一の捕捉プローブ4が相補的な塩基配列を有する場合、その相補的な配列の塩基数は9塩基以下であることが好ましく、5塩基以下であることがより好ましい。
When the
第一の一本鎖核酸6aに対する第一の標識プローブ10及び第一の捕捉プローブ4の結合領域が重複しないようにする観点から、第一の配列及び第三の配列は互いに異なる配列であることが好ましく、第二の一本鎖核酸6bに対する第二の標識プローブ11及び第二の捕捉プローブ5の結合領域が重複しないようにする観点から、第二の配列及び第四の配列は互いに異なる配列であることが好ましい。
さらに、第一の一本鎖核酸6aの塩基配列のうち、第一の配列に相補的な配列と、第三の配列と相補的な配列とは、重複する配列を有さないことがより好ましく、第二の一本鎖核酸の塩基配列のうち、第二の配列に相補的な配列と、第四の配列と相補的な配列とは、重複する配列を有さないことがより好ましい。
後述する各実施形態に用いられる各種プローブにおいても上記構成であることが同様に好ましい。
From the viewpoint of preventing the binding regions of the first labeled
Further, among the base sequences of the first single-stranded
Similarly, it is preferable that the various probes used in the respective embodiments described later have the above configuration.
また、第一の標識プローブ10及び第二の標識プローブ11が結合して標識プローブの利用効率が低下することを防ぐ観点から、第一の標識プローブ10及び第二の標識プローブ11が、互いに相補的な配列を有する場合、第一の標識プローブ10と第一の一本鎖核酸6aとの会合体のTm値及び第二の標識プローブ11と第二の一本鎖核酸6bとの会合体のTm値は、第一の標識プローブ10と第二の標識プローブ11との会合体のTm値よりも高いことが好ましく、3℃以上高いことがより好ましく、5℃以上高いことがさらに好ましく、10℃以上高いことが特に好ましい。第一の標識プローブ10及び第二の標識プローブ11が、互いに相補的な配列を有する場合、その相補的な配列の塩基数は9塩基以下であることが好ましく、5塩基以下であることがより好ましい。
Further, from the viewpoint of preventing the first labeled
第一の標識プローブ10及び第二の標識プローブ11は、互いに測定条件下でハイブリダイズする配列を有さないことがより好ましい。ここでいう、「測定条件下でハイブリダイズする配列を有さない」とは、第一の標識プローブ10及び第二の標識プローブ11等のプローブ同士が標的二本鎖核酸の測定条件下で会合しないことを意味する。後述する各種プローブにおいても同様の意味で用いられる。
It is more preferred that the first labeled
また、第一の捕捉プローブ4及び第二の捕捉プローブ5に対して、第一の標識プローブ10及び第二の標識プローブ11が結合して標的二本鎖核酸の検出効率が低下することを防ぐ観点から、第一の捕捉プローブ4及び第二の捕捉プローブ5それぞれの塩基配列の少なくとも一部に対して、第一の標識プローブ10が相補的な塩基配列を有する場合、第一の標識プローブ10と第一の一本鎖核酸6aとの会合体のTm値は、第一の標識プローブ10と第一の捕捉プローブ4との会合体のTm値及び第一の標識プローブ10と第二の捕捉プローブ5との会合体のTm値よりも高いことが好ましく、3℃以上高いことがより好ましく、5℃以上高いことがさらに好ましく、10℃以上高いことが特に好ましい。また、第一の捕捉プローブ4及び第二の捕捉プローブ5それぞれの塩基配列の少なくとも一部に対して、第二の標識プローブ11が相補的な塩基配列を有する場合、第二の標識プローブ11と第二の一本鎖核酸6bとの会合体のTm値は、第二の標識プローブ11と第一の捕捉プローブ4との会合体のTm値及び第二の標識プローブ11と第二の捕捉プローブ5との会合体のTm値よりも高いことが好ましく、3℃以上高いことがより好ましく、5℃以上高いことがさらに好ましく、10℃以上高いことが特に好ましい。このようにすることで、第一の捕捉プローブ4及び第二の捕捉プローブ5に対して、第一の標識プローブ10及び第二の標識プローブ11が結合することを抑制できる。第一の捕捉プローブ4及び第二の捕捉プローブ5それぞれの塩基配列の少なくとも一部に対して、第一の標識プローブ10が相補的な塩基配列を有する場合、その相補的な配列の塩基数は9塩基以下であることが好ましく、5塩基以下であることがより好ましい。また、第一の捕捉プローブ4及び第二の捕捉プローブ5それぞれの塩基配列の少なくとも一部に対して、第二の標識プローブ11が相補的な塩基配列を有する場合、その相補的な配列の塩基数は9塩基以下であることが好ましく、5塩基以下であることがより好ましい。第一の捕捉プローブ及び第二の捕捉プローブに対して、第一の標識プローブ及び第二の標識プローブはいずれも測定条件下でハイブリダイズする配列を有さないことがより好ましい。
Further, it is prevented that the first labeled
第三の配列及び第四の配列の塩基数の下限は、例えば10塩基であり、15塩基が好ましく、20塩基が好ましい。一方、第三の配列及び第四の配列の塩基数の上限は、例えば150塩基であり、100塩基が好ましく、50塩基がより好ましい。 The lower limit of the number of bases in the third sequence and the fourth sequence is, for example, 10 bases, preferably 15 bases, and preferably 20 bases. On the other hand, the upper limit of the number of bases in the third sequence and the fourth sequence is, for example, 150 bases, preferably 100 bases, more preferably 50 bases.
第一の標識プローブ及び第二の標識プローブは、DNAから構成されてもよく、RNAから構成されてもよく、これらを組み合わせて構成されてもよい。また、DNA分解酵素やRNA分解酵素による分解を抑制する観点から、人工核酸を含んでもよい。 The first labeled probe and the second labeled probe may be composed of DNA, RNA, or a combination thereof. Further, an artificial nucleic acid may be contained from the viewpoint of suppressing degradation by a DNA-degrading enzyme or an RNA-degrading enzyme.
[第二実施形態]
図7は、本発明の第二実施形態に係る標的二本鎖核酸の検出方法に用いられる標識プローブを模式的に示す図である。図7に示す標識プローブ13では、1つの磁気ビーズ12に第三の配列からなる核酸10a及び第四の配列からなる核酸11aが結合した構成である点で図5に示す標識プローブと異なる。当該構成を備えることで、1種類の標識プローブで標的二本鎖核酸の検出を行うことができる。
[Second Embodiment]
FIG. 7 is a diagram schematically showing a labeled probe used in the method for detecting a target double-stranded nucleic acid according to the second embodiment of the present invention. The labeled
図8は、図7に示す標識プローブと標的二本鎖核酸と捕捉プローブとの結合の様子を模式的に示す図である。
図8に示すように、第一の一本鎖核酸6aが標識プローブ13及び第一の捕捉プローブ4と結合するように、第二の一本鎖核酸6bが標識プローブ13及び第二の捕捉プローブ5と結合するように、標識プローブ13、第一の捕捉プローブ4及び第二の捕捉プローブ5が構成されている。第一の一本鎖核酸6aは、標識プローブ13が含む核酸10aと結合し、第二の一本鎖核酸6bは、標識プローブ13が含む核酸11aと結合する。
FIG. 8 is a diagram schematically showing the state of binding between the labeled probe shown in FIG. 7, the target double-stranded nucleic acid, and the capture probe.
As shown in FIG. 8, the second single-stranded
また、標識プローブ13同士が結合して標識プローブの利用効率が低下することを防ぐ観点から、標識プローブ13同士、すなわち、核酸10a及び核酸11aが、互いに相補的な配列を有する場合、核酸10aと第一の一本鎖核酸6aとの会合体のTm値及び核酸11aと第二の一本鎖核酸6bとの会合体のTm値は、核酸10aと核酸11aとの会合体のTm値よりも高いことが好ましく、3℃以上高いことがより好ましく、5℃以上高いことがさらに好ましく、10℃以上高いことが特に好ましい。このようにすることで、標識プローブ13同士が結合することを抑制できる。標識プローブ13同士、すなわち、核酸10a及び核酸11aが、互いに相補的な配列を有する場合、その相補的な配列の塩基数は9塩基以下であることが好ましく、5塩基以下であることがより好ましい。標識プローブ13同士、すなわち、核酸10a及び核酸11aは、測定条件下でハイブリダイズする配列を有さないことがより好ましい。
Further, from the viewpoint of preventing the labeled probes 13 from binding to each other and reducing the utilization efficiency of the labeled probes, when the labeled probes 13, that is, the
また、第一の捕捉プローブ4及び第二の捕捉プローブ5に対して、標識プローブ13が結合して標的二本鎖核酸の検出効率が低下することを防ぐ観点から、第一の捕捉プローブ4及び第二の捕捉プローブ5それぞれの塩基配列の少なくとも一部に対して、標識プローブ13、すなわち核酸10a及び核酸11aが相補的な塩基配列を有する場合、核酸10aと第一の一本鎖核酸6aとの会合体のTm値及び核酸11aと第二の一本鎖核酸6bとの会合体のTm値は、核酸10aと第一の捕捉プローブ4との会合体のTm値、核酸11aと第一の捕捉プローブ4との会合体のTm値、核酸10aと第二の捕捉プローブ5との会合体、及び核酸11aと第二の捕捉プローブ5との会合体のTm値よりも高いことが好ましく、3℃以上高いことがより好ましく、5℃以上高いことがさらに好ましく、10℃以上高いことが特に好ましい。このようにすることで、第一の捕捉プローブ4及び第二の捕捉プローブ5に対して、標識プローブ13が結合することを抑制できる。第一の捕捉プローブ4及び第二の捕捉プローブ5それぞれの塩基配列の少なくとも一部に対して、標識プローブ13が相補的な塩基配列を有する場合、その相補的な配列の塩基数は9塩基以下であることが好ましく、5塩基以下であることがより好ましい。第一の捕捉プローブ及び第二の捕捉プローブに対して、標識プローブ13は測定条件下でハイブリダイズする配列を有さないことがより好ましい。
Further, from the viewpoint of preventing the labeled
[第三実施形態]
図9は、本発明の第三実施形態に係る標的二本鎖核酸の検出方法における標的二本鎖核酸と磁気ビーズとの結合の様子を模式的に示す図である。図9では、磁気ビーズ12が第三の配列からなる核酸10a及び第四の配列からなる核酸11aの代わりに、アビジン又はストレプトアビジン15を有し、標的二本鎖核酸の末端にビオチン14が結合している点で、図6に示す結合の様子と異なる。上記構成を有することで、ビオチンとアビジン又はストレプトアビジンとの相互作用を介して磁気ビーズと第一の一本鎖核酸又は第二の一本鎖核酸とを確実に結合させることができる。
図9に示すように、アビジン又はストレプトアビジン15を有する磁気ビーズ12は、5’末端又は3’末端にビオチン14を有する第一の一本鎖核酸6a及び第二の一本鎖核酸6bを検出する場合に用いることができる。すなわち、アビジン又はストレプトアビジン15を有する磁気ビーズ12は、5’末端又は3’末端にビオチン14を有する第一の一本鎖核酸6a及び第二の一本鎖核酸6bに直接的に結合するように構成されている。なお、5’末端又は3’末端にビオチン14を有する第一の一本鎖核酸6a及び第二の一本鎖核酸6bは、例えば、標的二本鎖核酸を試料として、末端にビオチンを有するプライマーセットを用いたPCR等を行うことで得られる。
[Third Embodiment]
FIG. 9 is a diagram schematically showing the state of binding between the target double-stranded nucleic acid and the magnetic beads in the method for detecting the target double-stranded nucleic acid according to the third embodiment of the present invention. In FIG. 9, the
As shown in FIG. 9, the
[第四実施形態]
図10は、本発明の第四実施形態に係る標的二本鎖核酸の検出方法に用いられるビオチン付プローブを模式的に示す図である。図10に示すように、第一のビオチン付プローブ16は、第三の配列からなる核酸10aを含み、且つ、ビオチン14を有する。第二のビオチン付プローブ17は、第四の配列からなる核酸11aを含み、且つ、ビオチン14を有する。第四実施形態は、ビオチン付プローブを用いることで、標的二本鎖核酸に直接ビオチンを付加することが難しい場合に好ましく用いることができる。
[Fourth Embodiment]
FIG. 10 is a diagram schematically showing a probe with biotin used in the method for detecting a target double-stranded nucleic acid according to a fourth embodiment of the present invention. As shown in FIG. 10, the
図11は、図10に示すビオチン付プローブと標的二本鎖核酸と捕捉プローブとの結合の様子を模式的に示す図である。図11では、ビオチン付標的二本鎖核酸の代わりに、ビオチン付プローブを用いている点で、図9に示す結合の様子と異なる。
図11に示すように、第一の一本鎖核酸6aが第一のビオチン付プローブ16及び第一の捕捉プローブ4と結合し、第二の一本鎖核酸6bが第二のビオチン付プローブ17及び第二の捕捉プローブ5と結合するように、第一のビオチン付プローブ16、第二のビオチン付プローブ17、第一の捕捉プローブ4及び第二の捕捉プローブ5が構成されている。
FIG. 11 is a diagram schematically showing the binding state of the biotin-attached probe, the target double-stranded nucleic acid, and the capture probe shown in FIG. FIG. 11 differs from the binding state shown in FIG. 9 in that a probe with biotin is used instead of the target double-stranded nucleic acid with biotin.
As shown in FIG. 11, the first single-stranded
また、第一のビオチン付プローブ16及び第二のビオチン付プローブ17が結合してビオチン付プローブの利用効率が低下することを防ぐ観点から、第一のビオチン付プローブ16及び第二のビオチン付プローブ17が、互いに相補的な配列を有する場合、第一のビオチン付プローブ16と第一の一本鎖核酸6aとの会合体のTm値及び第二のビオチン付プローブ17と第二の一本鎖核酸6bとの会合体のTm値は、第一のビオチン付プローブ16と第二のビオチン付プローブ17との会合体のTm値よりも高いことが好ましく、3℃以上高いことがより好ましく、5℃以上高いことがさらに好ましく、10℃以上高いことが特に好ましい。このようにすることで、第一のビオチン付プローブ16と第二のビオチン付プローブ17とが結合することを抑制できる。第一のビオチン付プローブ16及び第二のビオチン付プローブ17が、互いに相補的な配列を有する場合、その相補的な配列の塩基数は9塩基以下であることが好ましく、5塩基以下であることがより好ましい。第一のビオチン付プローブ16及び第二のビオチン付プローブ17は、互いに測定条件下でハイブリダイズする配列を有さないことがより好ましい。
Further, from the viewpoint of preventing the first probe with
また、第一の捕捉プローブ4及び第二の捕捉プローブ5に対して、第一のビオチン付プローブ16及び第二のビオチン付プローブ17が結合して標的二本鎖核酸の検出効率が低下することを防ぐ観点から、第一の捕捉プローブ4及び第二の捕捉プローブ5それぞれの塩基配列の少なくとも一部に対して、第一のビオチン付プローブ16が相補的な塩基配列を有する場合、第一のビオチン付プローブ16と第一の一本鎖核酸6aとの会合体のTm値は、第一のビオチン付プローブ16と第一の捕捉プローブ4との会合体のTm値及び第一のビオチン付プローブ16と第二の捕捉プローブ5との会合体のTm値よりも高いことが好ましく、3℃以上高いことがより好ましく、5℃以上高いことがさらに好ましく、10℃以上高いことが特に好ましい。また、第一の捕捉プローブ4及び第二の捕捉プローブ5それぞれの塩基配列の少なくとも一部に対して、第二のビオチン付プローブ17が相補的な塩基配列を有する場合、第二のビオチン付プローブ17と第二の一本鎖核酸6bとの会合体のTm値は、第二のビオチン付プローブ17と第一の捕捉プローブ4との会合体のTm値及び第二のビオチン付プローブ17と第二の捕捉プローブ5との会合体のTm値よりも高いことが好ましく、3℃以上高いことがより好ましく、5℃以上高いことがさらに好ましく、10℃以上高いことが特に好ましい。このようにすることで、第一の捕捉プローブ4及び第二の捕捉プローブ5に対して、第一のビオチン付プローブ16及び第二のビオチン付プローブ17が結合することを抑制できる。第一の捕捉プローブ4及び第二の捕捉プローブ5それぞれの塩基配列の少なくとも一部に対して、第一のビオチン付プローブ16が相補的な塩基配列を有する場合、その相補的な配列の塩基数は9塩基以下であることが好ましく、5塩基以下であることがより好ましい。また、第一の捕捉プローブ4及び第二の捕捉プローブ5それぞれの塩基配列の少なくとも一部に対して、第二のビオチン付プローブ17が相補的な塩基配列を有する場合、その相補的な配列の塩基数は9塩基以下であることが好ましく、5塩基以下であることがより好ましい。第一の捕捉プローブ及び第二の捕捉プローブに対して、第一のビオチン付プローブ16及び第二のビオチン付プローブ17はいずれも測定条件下でハイブリダイズする配列を有さないことがより好ましい。
Further, the first biotin-attached
図12は図11に示すビオチン付プローブと標的二本鎖核酸と捕捉プローブとの複合体にさらに磁気ビーズが結合した様子を模式的に示す図である。
図12に示すように、アビジン又はストレプトアビジン15を有する磁気ビーズ12は、5’末端又は3’末端にビオチン14を有する第一のビオチン付プローブ16又は第二のビオチン付プローブ17を介して、第一の一本鎖核酸6a及び第二の一本鎖核酸6bに間接的に結合するように構成されている。
FIG. 12 is a diagram schematically showing how magnetic beads are further bound to the complex of the biotin-attached probe, the target double-stranded nucleic acid, and the capture probe shown in FIG.
As shown in FIG. 12, the
上記第一及び第二実施形態の標的二本鎖核酸の検出方法において、第一の捕捉プローブ及び第二の捕捉プローブと第一の一本鎖核酸及び第二の一本鎖核酸との結合、第一の一本鎖核酸及び第二の一本鎖核酸と標識プローブ(第一の標識プローブ及び第二の標識プローブ)との結合の順序は特別な限定はなく、任意の順序とすることができ、複数種類の結合を同時に行ってもよい。 In the method for detecting a target double-stranded nucleic acid of the first and second embodiments, binding of the first capture probe and the second capture probe to the first single-stranded nucleic acid and the second single-stranded nucleic acid, The order of binding between the first single-stranded nucleic acid and the second single-stranded nucleic acid and the labeled probe (first labeled probe and second labeled probe) is not particularly limited and may be any order. It is possible, and a plurality of types of bonds may be performed at the same time.
また、上記第三実施形態の標的二本鎖核酸の検出方法において、第一の捕捉プローブ及び第二の捕捉プローブとビオチンを有する第一の一本鎖核酸及び第二の一本鎖核酸との結合、ビオチンを有する第一の一本鎖核酸及び第二の一本鎖核酸とアビジン又はストレプトアビジンを有する磁気ビーズとの結合の順序は特別な限定はなく、任意の順序とすることができ、複数種類の結合を同時に行ってもよい。中でも、アビジン又はストレプトアビジンは熱により変性しやすいことから、加熱を必要する結合の後に、ビオチンを有する第一の一本鎖核酸及び第二の一本鎖核酸とアビジン又はストレプトアビジンを有する磁気ビーズとの結合を行うことが好ましい。 Further, in the method for detecting a target double-stranded nucleic acid according to the third embodiment, the first single-stranded nucleic acid and the second single-stranded nucleic acid having biotin are added to the first capture probe and the second capture probe. The order of binding, the first single-stranded nucleic acid having biotin and the second single-stranded nucleic acid to the magnetic beads having avidin or streptavidin is not particularly limited, and may be any order. Multiple types of bonds may be performed at the same time. Among them, since avidin or streptavidin is easily denatured by heat, magnetic beads having avidin or streptavidin with a first single-stranded nucleic acid having biotin and a second single-stranded nucleic acid after a bond requiring heating. It is preferable to carry out the combination with.
また、上記第四実施形態の標的二本鎖核酸の検出方法において、第一の捕捉プローブ及び第二の捕捉プローブと第一の一本鎖核酸及び第二の一本鎖核酸との結合、第一のビオチン付プローブ及び第二のビオチン付プローブと第一の一本鎖核酸及び第二の一本鎖核酸との結合、アビジン又はストレプトアビジンを有する磁気ビーズと第一のビオチン付プローブ及び第二のビオチン付プローブとの結合の順序は特別な限定はなく、任意の順序とすることができ、複数種類の結合を同時に行ってもよい。中でも、アビジン又はストレプトアビジンは熱により変性しやすいことから、加熱を必要する結合の後に、アビジン又はストレプトアビジンを有する磁気ビーズと第一のビオチン付プローブ及び第二のビオチン付プローブとの結合を行うことが好ましい。 Further, in the method for detecting a target double-stranded nucleic acid according to the fourth embodiment, binding of the first capture probe and the second capture probe to the first single-stranded nucleic acid and the second single-stranded nucleic acid, the first Binding of one probe with biotin and a second probe with biotin to a first single-stranded nucleic acid and a second single-stranded nucleic acid, magnetic beads having avidin or streptavidin and a probe with first biotin and a second The order of binding to the probe with biotin is not particularly limited, and any order may be used, and a plurality of types of binding may be performed at the same time. Among them, since avidin or streptavidin is easily denatured by heat, the magnetic beads having avidin or streptavidin are bound to the first probe with biotin and the second probe with biotin after the binding requiring heating. Is preferable.
<その他の構成>
本実施形態の核酸捕捉センサは、上記センサ素子及び捕捉プローブに加えて、その他の構成を備えることができる。その他の構成については、以下に示すものが例示される。
<Other configurations>
The nucleic acid capture sensor of the present embodiment may include other configurations in addition to the sensor element and capture probe. Examples of other configurations are shown below.
[基板]
基板は、図2に示すように、支持体及び保護膜がこの順に積層されていることが好ましい。
[substrate]
As shown in FIG. 2, it is preferable that the support and the protective film are laminated in this order on the substrate.
基板の厚さは、特に限定はないが、例えば400μm以上2000μm以下とすることができる。基板の厚さがこのような範囲であることで、適度な強度を有し、薄型化及び軽量化された核酸捕捉センサを得ることができる。
ここで、「基板の厚さ」とは、基板全体の厚さを意味し、例えば、複数層からなる基板の厚さとは、基板を構成するすべての層の合計の厚さを意味する。
The thickness of the substrate is not particularly limited, but can be, for example, 400 μm or more and 2000 μm or less. When the thickness of the substrate is in such a range, it is possible to obtain a nucleic acid capture sensor having appropriate strength, thinness and weight reduction.
Here, the "thickness of the substrate" means the thickness of the entire substrate, and for example, the thickness of the substrate composed of a plurality of layers means the total thickness of all the layers constituting the substrate.
(支持体)
支持体の材質としては、例えば、シリコンやAlTiC(アルティック)等の半導体や導電体、又はアルミナやガラス等の絶縁体等が挙げられる。支持体はこれら材質のうち1種単独で構成されているものであってもよく、2種以上で構成されているものであってもよい。また、支持体の形態は特に問われるものではない。
(Support)
Examples of the material of the support include semiconductors and conductors such as silicon and AlTiC (artic), and insulators such as alumina and glass. The support may be composed of only one of these materials, or may be composed of two or more. Further, the form of the support is not particularly limited.
支持体は1層(単層)からなるものでもよく、2層以上の複数層からなるものでもよい。また、支持体が複数層からなる場合、これら複数層は、互いに同一でも異なっていてもよく、これら複数層の組み合わせは特に限定されない。 The support may be composed of one layer (single layer) or may be composed of two or more layers. When the support is composed of a plurality of layers, the plurality of layers may be the same or different from each other, and the combination of the plurality of layers is not particularly limited.
支持体の厚さは、特に限定はないが、例えば400μm以上2000μm以下とすることができる。
ここで、「支持体の厚さ」とは、支持体全体の厚さを意味し、例えば、複数層からなる支持体の厚さとは、支持体を構成するすべての層の合計の厚さを意味する。
The thickness of the support is not particularly limited, but can be, for example, 400 μm or more and 2000 μm or less.
Here, the "thickness of the support" means the thickness of the entire support, for example, the thickness of the support composed of a plurality of layers is the total thickness of all the layers constituting the support. means.
(保護膜)
保護膜は、センサ素子を保護可能であるものであれば特に限定されない。
保護膜の材質としては、例えば、アルミナ、シリカ、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化インジウム、酸化タルタル、酸化亜鉛、酸化ガリウム、酸化スズ等の酸化物;金、銀、白金、ロジウム、ルテニウム、パラジウム等の貴金属;窒化アルミ、窒化シリコン等の無機物;ポリイミド等の有機物等が挙げられる。保護膜はこれら材質のうち1種単独で構成されているものであってもよく、2種以上で構成されているものであってもよい。また、保護膜の形態は特に問われるものではない。
(Protective film)
The protective film is not particularly limited as long as it can protect the sensor element.
Examples of the material of the protective film include oxides such as alumina, silica, titanium oxide, zirconium oxide, indium oxide, tartar oxide, zinc oxide, gallium oxide and tin oxide; gold, silver, platinum, rhodium, ruthenium, palladium and the like. Noble metals; inorganic substances such as aluminum nitride and silicon nitride; organic substances such as polyimide. The protective film may be composed of only one of these materials, or may be composed of two or more. Further, the form of the protective film is not particularly limited.
保護膜は1層(単層)からなるものであってもよく、2層以上の複数層からなるものであってもよい。また、保護膜が複数層からなる場合、これら複数層は、互いに同一でも異なっていてもよく、これら複数層の組み合わせは特に限定されない。 The protective film may be composed of one layer (single layer) or may be composed of two or more layers. When the protective film is composed of a plurality of layers, the plurality of layers may be the same or different from each other, and the combination of the plurality of layers is not particularly limited.
保護膜の厚さは、例えば10nm以上1000nm以下とすることができる。センサ素子上の保護膜の厚さは、例えば1nm以上1000nm以下とすることができる。
ここで、「保護膜の厚さ」とは、保護膜全体の厚さを意味し、例えば、複数層からなる保護膜の厚さとは、保護膜を構成するすべての層の合計の厚さを意味する。
The thickness of the protective film can be, for example, 10 nm or more and 1000 nm or less. The thickness of the protective film on the sensor element can be, for example, 1 nm or more and 1000 nm or less.
Here, the "thickness of the protective film" means the thickness of the entire protective film, and for example, the thickness of the protective film composed of a plurality of layers means the total thickness of all the layers constituting the protective film. means.
≪核酸検出カートリッジ≫
本実施形態の核酸検出カートリッジは、上記核酸捕捉センサと、磁気ビーズと、を備える。
≪Nucleic acid detection cartridge≫
The nucleic acid detection cartridge of the present embodiment includes the nucleic acid capture sensor and magnetic beads.
本実施形態の核酸検出カートリッジによれば、上記核酸捕捉センサを備えることで、試料中の標的二本鎖核酸の検出において、試料中の一種類の標的二本鎖核酸に対して、二種類の検出信号が得られるため、測定結果の信頼性が向上する。また、後述する実施例に示すように、例えば二種類の検出信号の比を用いることで、測定の異常を検出することができる。 According to the nucleic acid detection cartridge of the present embodiment, by providing the nucleic acid capture sensor, in detecting the target double-stranded nucleic acid in the sample, two types of target double-stranded nucleic acids can be detected with respect to one type of target double-stranded nucleic acid in the sample. Since the detection signal is obtained, the reliability of the measurement result is improved. Further, as shown in Examples described later, for example, by using the ratio of two types of detection signals, it is possible to detect an abnormality in measurement.
<核酸検出カートリッジの構造>
本実施形態の核酸検出カートリッジの構造について、以下、図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明で用いる図は、核酸検出カートリッジの特徴を分かり易くするために、便宜上、要部となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率等が実際と同じであるとは限らない。
<Structure of nucleic acid detection cartridge>
The structure of the nucleic acid detection cartridge of the present embodiment will be described below with reference to the drawings. In addition, in the figure used in the following description, in order to make it easy to understand the characteristics of the nucleic acid detection cartridge, the main part may be enlarged for convenience, and the dimensional ratio of each component is actually shown. Not necessarily the same.
図13〜14は、本発明の一実施形態に係る核酸検出カートリッジ200を示す図である。図13は、本発明の一実施形態に係る核酸検出カートリッジ200を模式的に示す平面図である。図14は、図13に示す核酸検出カートリッジ200の分解斜視図である。
図13に示すように、核酸検出カートリッジ200は、核酸捕捉センサ100と、試料溶液貯留部101と、洗浄溶液貯留部102と、磁気ビーズ溶液(標識プローブ溶液)貯留部103と、を備える。
13 to 14 are diagrams showing a nucleic
As shown in FIG. 13, the nucleic
試料溶液貯留部101は、標的二本鎖核酸を含む試料溶液7を注入し、貯留するように構成されている。試料溶液貯留部101は、試料溶液7を注入するための開閉可能な上蓋を備えることが好ましい。
The sample
洗浄溶液102及び磁気ビーズ溶液(標識プローブ溶液)貯留部103は、それぞれ洗浄溶液及び磁気ビーズ溶液(標識プローブ溶液)を貯留するように構成されている。磁気ビーズ溶液(標識プローブ溶液)貯留部103には、例えば、上述した図5に示す第一の標識プローブ10及び第二の標識プローブ11を含む溶液が貯留されている。他の例では、磁気ビーズ溶液(標識プローブ溶液)貯留部103には、上述した図7に示す標識プローブ13を含む溶液が貯留されている。さらに他の例では、磁気ビーズ溶液(標識プローブ溶液)貯留部103には、上述した図9に示すアビジン又はストレプトアビジン15を有する磁気ビーズ12を含む溶液が貯留されている。これらの溶液は封止された状態で核酸検出カートリッジ内に貯留されていることが好ましい。
The
図14に示すように、核酸検出カートリッジ200は、ベースプレート201と、ベースプレート201上に積層される基板202と、基板202を挟み込んだ状態でベースプレート201上に載置されるカバープレート203とを備えている。
As shown in FIG. 14, the nucleic
具体的には、核酸検出カートリッジ200は、試料溶液貯留部101、洗浄溶液貯留部102及び磁気ビーズ溶液(標識プローブ溶液)貯留部103と、核酸捕捉センサ100と、流路104dと、試料溶液貯留部101に接続され、試料溶液貯留部101からの試料溶液を流路104dに輸送可能に構成された流路104aと、両端部がそれぞれ洗浄溶液貯留部102及び流路104dに接続された流路104bと、両端部がそれぞれ磁気ビーズ溶液(標識プローブ溶液)貯留部103及び流路104dに接続された流路104cと、流路104dに接続し、各貯留部並びに流路104a、104b及び104cから流路104dを介して輸送された各溶液が核酸捕捉センサ100上に輸送可能に構成された流路104eと、流路104eに接続し、核酸捕捉センサ100上を通過した溶液を基板202に設けられた孔106を介して排液プール107に排出するように構成された流路104fと、を有する。
Specifically, the nucleic
図14に示す核酸検出カートリッジ200では、試料溶液貯留部101、洗浄溶液貯留部102及び磁気ビーズ溶液(標識プローブ溶液)貯留部103、並びに、流路104a、104b、104c、104d、104e及び104fがカバープレート203に設けられており、基板202に核酸捕捉センサ100に設けられている。但し、試料溶液貯留部101、洗浄溶液貯留部102及び磁気ビーズ溶液(標識プローブ溶液)貯留部103、並びに、流路104a、104b、104c、104d、104e及び104fは、これに限らず、ベースプレート201に設けられてもよい。
In the nucleic
試料溶液貯留部101、洗浄溶液貯留部102及び磁気ビーズ溶液(標識プローブ溶液)貯留部103は、カバープレート203の上面203aに設けられており、流路104a、104b、104c、104d、104e及び104fは、カバープレート203の下面203bに設けられている。そして、試料溶液貯留部101、洗浄溶液貯留部102及び磁気ビーズ溶液(標識プローブ溶液)貯留部103は、それぞれ不図示の連通孔を介してそれぞれ流路104a、104b及び104cに連通している。核酸検出カートリッジ200は、例えば透明性の樹脂で形成されており、流路104a、104b及び104cが、カバープレート203の上面203a側から視認可能に構成されている。
The sample
また、試料溶液貯留部101、洗浄溶液貯留部102及び磁気ビーズ溶液(標識プローブ溶液)貯留部103は、各溶液を送液するように弁及びポンプを備えていてもよい。或いは、試料溶液貯留部101、洗浄溶液貯留部102及び磁気ビーズ溶液(標識プローブ溶液)貯留部103は、封止された状態で各貯留部外部の上面から物理的に圧力をかけることで、各溶液が流路内に押出されるように構成されていてもよい。具体的には、図14に示すように、試料溶液貯留部101、洗浄溶液貯留部102及び磁気ビーズ溶液(標識プローブ溶液)貯留部103には、それぞれ弾性部材で形成されたキャップ部材101a、102a及び103aが着脱可能に取り付けられている。例えば、試料溶液貯留部101にキャップ部材101aを取り付けた状態で注射器等の器具を用いて試料溶液貯留部101に試料溶液を注入して格納し、その後キャップ部材101aを押圧することで、試料溶液貯留部101内の試料溶液が流路104a、104d及び104eに供給される。洗浄溶液貯留部102及び磁気ビーズ溶液(標識プローブ溶液)貯留部103に溶液を格納する場合も、上記と同様であるので、その説明を省略する。
Further, the sample
基板202の上面202aには核酸捕捉センサ100が設けられており、核酸捕捉センサ100は、基板202に上面が露出するように埋め込まれている。
A nucleic
また、核酸検出カートリッジ200は、核酸捕捉センサ100の下流側に設けられた流路104fと、基板202に設けられた孔106を介して流路104fに接続された排液プール107とを備える。図14に示す核酸検出カートリッジ200では、流路104fは、カバープレート203の下面203bに設けられており、排液プール107は、ベースプレート201の上面201aに設けられている。流路104fは、試料溶液貯留部101に直接接続されておらず、排液プール107のみに直接接続されている。
Further, the nucleic
本実施形態に係る核酸検出カートリッジは、図13〜14に示すものに限定されず、その効果を損なわない範囲内において、図13〜14に示すものの一部の構成が変更又は削除されたものや、これまでに説明したものにさらに他の構成が追加されたものであってもよい。
例えば、図13〜14に示す核酸検出カートリッジにおいて、試料溶液貯留部101及び洗浄溶液貯留部102の間、又は、洗浄溶液貯留部102及び磁気ビーズ溶液(標識プローブ溶液)貯留部103の間に配置され、第一のビオチン付プローブ及び第二のビオチン付プローブを含む溶液を貯留するように構成されているビオチン付プローブ溶液貯留部と、ビオチン付プローブ溶液貯留部及び流路104dに接続しており、ビオチン付プローブ溶液を送液できるように構成されている流路と、を更に備えていてもよい。
The nucleic acid detection cartridge according to the present embodiment is not limited to the one shown in FIGS. 13 to 14, and the nucleic acid detection cartridge shown in FIGS. 13 to 14 is partially modified or deleted within the range not impairing its effect. , Other configurations may be added to those described so far.
For example, in the nucleic acid detection cartridges shown in FIGS. 13 to 14, they are arranged between the sample
<標的二本鎖核酸の検出方法>
次いで、本実施形態の核酸検出カートリッジを用いた標的二本鎖核酸の検出方法について、以下に説明する。
試料溶液貯留部101に加熱処理前又は加熱処理後の試料溶液7を注入後、核酸検出装置に挿入することで、標的二本鎖核酸の検出及び濃度測定等の処理が自動で行われる。加熱処理前の試料溶液を用いる場合には、試料溶液貯留部101に注入後、加熱を行ってもよい。このとき、核酸検出装置は、試料溶液貯留部を加熱するように構成されている加熱部を備える。次いで、封止された状態で試料溶液貯留部101外部の上面から物理的に圧力を加え、試料溶液7を試料溶液貯留部101から流路104aに押し出し、さらに流路104d及び104eに送液して、核酸捕捉センサ100に到達させる。試料溶液7が核酸捕捉センサ100に到達後、10分間以上60分間以下程度の時間、静置することが好ましい。このとき、試料溶液中の第一の一本鎖核酸及び第二の一本鎖核酸は、それぞれ第一の捕捉プローブ及び第二の捕捉プローブに結合する。次いで、封止された状態で洗浄溶液貯留部102外部の上面から物理的に圧力を加え、洗浄溶液8を洗浄溶液貯留部102から流路104bに押し出し、さらに流路104d及び104eに送液して、核酸捕捉センサ100に到達させる。このとき、核酸捕捉センサ100に到達していた試料溶液は流路104fに送液されて、廃棄される。洗浄溶液8により核酸捕捉センサ100が洗浄され、第一の捕捉プローブ及び第二の捕捉プローブに結合していない核酸分子やその他成分は測定系内から取り除かれる。次いで、第一のセンサ素子及び第二のセンサ素子が磁気センサ素子である場合は、洗浄溶液が核酸捕捉センサ100に到達後から、外部磁場を印加し、核酸捕捉センサ100中の第一のセンサ素子及び第二のセンサ素子の出力の測定を開始する。次いで、第一のセンサ素子及び第二のセンサ素子の出力の測定を継続しながら、封止された状態で磁気ビーズ溶液(標識プローブ溶液)貯留部103外部の上面から物理的に圧力を加え、磁気ビーズ溶液(標識プローブ溶液)9を磁気ビーズ溶液(標識プローブ溶液)貯留部103から流路104cに押し出し、さらに流路104eに送液して、核酸捕捉センサ100に到達させる。磁気ビーズ(標識プローブ)の一例として、図5又は図7に示す標識プローブを用いる。
<Method for detecting target double-stranded nucleic acid>
Next, a method for detecting the target double-stranded nucleic acid using the nucleic acid detection cartridge of the present embodiment will be described below.
By injecting the
第一のセンサ素子及び第二のセンサ素子の出力の測定を継続し、例えば、これらの出力飽和値を用いて、第一のセンサ素子の出力から算出される標的二本鎖核酸の濃度及び第二のセンサ素子の出力から算出される標的二本鎖核酸の濃度を得る。
上記標的二本鎖核酸の濃度の算出は、予め核酸検出装置(図示せず)において測定結果から自動的に計算するように設定しておくことができる。
Continue measuring the outputs of the first sensor element and the second sensor element, for example, using these output saturation values, the concentration of the target double-stranded nucleic acid calculated from the output of the first sensor element and the second. Obtain the concentration of the target double-stranded nucleic acid calculated from the output of the second sensor element.
The calculation of the concentration of the target double-stranded nucleic acid can be set in advance in a nucleic acid detection device (not shown) so as to automatically calculate from the measurement result.
本実施形態の核酸検出カートリッジを用いることで、磁気ビーズが核酸捕捉センサ上に吸着していく過程を、リアルタイムで測定することができる。 By using the nucleic acid detection cartridge of the present embodiment, the process of the magnetic beads adsorbing on the nucleic acid capture sensor can be measured in real time.
≪核酸検出キット≫
本実施形態の核酸検出キットは、上記核酸捕捉センサと、磁気ビーズと、を備える。
≪Nucleic acid detection kit≫
The nucleic acid detection kit of the present embodiment includes the nucleic acid capture sensor and magnetic beads.
本実施形態の核酸検出キットによれば、試料中の標的二本鎖核酸の検出において、試料中の一種類の標的二本鎖核酸に対して、二種類の検出信号が得られるため、測定結果の信頼性が向上する。また、後述する実施例に示すように、例えば二種類の検出信号の比を用いることで、測定の異常を検出することができる。 According to the nucleic acid detection kit of the present embodiment, in the detection of the target double-stranded nucleic acid in the sample, two types of detection signals can be obtained for one type of target double-stranded nucleic acid in the sample, and thus the measurement result. Improves reliability. Further, as shown in Examples described later, for example, by using the ratio of two types of detection signals, it is possible to detect an abnormality in measurement.
本発明の一実施形態に係る核酸検出キットとしては、磁気ビーズ溶液や洗浄溶液等が予め貯留されていない上記核酸カートリッジと、磁気ビーズ溶液や洗浄溶液等がそれぞれ小分けされて封入された保存容器(例えば、チューブ等)と、を備える形態であってもよい。この核酸検出キットでは、ユーザーが試料溶液、磁気ビーズ溶液、洗浄溶液等を核酸カートリッジに充填し、封止した後、核酸検出装置にセットすることで、標的二本鎖核酸の検出や濃度測定を行うことができる。 The nucleic acid detection kit according to the embodiment of the present invention includes the nucleic acid cartridge in which the magnetic bead solution, the washing solution, etc. are not stored in advance, and a storage container in which the magnetic bead solution, the washing solution, etc. are subdivided and enclosed. For example, a tube or the like) may be provided. In this nucleic acid detection kit, the user fills a nucleic acid cartridge with a sample solution, a magnetic bead solution, a washing solution, etc., seals the nucleic acid cartridge, and then sets it in a nucleic acid detection device to detect and measure the concentration of the target double-stranded nucleic acid. It can be carried out.
本発明の別の実施形態に係る核酸検出キットとしては、上記核酸捕捉センサと、磁気ビーズ溶液や洗浄溶液等がそれぞれ小分けされて封入された保存容器(例えば、チューブ等)と、を備える形態であってもよい。この核酸検出キットでは、ユーザーが核酸捕捉センサを、内部に流路が形成されている核酸検出装置にセットし、シリンジポンプ等を用いてチューブに封入された各種溶液を核酸捕捉センサ上に送液することで、標的二本鎖核酸の検出や濃度測定を行うことができる。 The nucleic acid detection kit according to another embodiment of the present invention includes the nucleic acid capture sensor and a storage container (for example, a tube or the like) in which a magnetic bead solution, a washing solution, or the like is subdivided and enclosed. There may be. In this nucleic acid detection kit, the user sets the nucleic acid capture sensor in a nucleic acid detection device having a flow path inside, and uses a syringe pump or the like to send various solutions enclosed in a tube onto the nucleic acid capture sensor. By doing so, the target double-stranded nucleic acid can be detected and the concentration can be measured.
核酸検出キットに含まれる各種溶液としては、例えば、第一標識プローブ10及び第二標識プローブ11の混合溶液と洗浄溶液とが、別々のチューブに小分けされている形態や、標識プローブ13の溶液と洗浄溶液とが、別々のチューブに小分けされている形態、或いは、アビジン又はストレプトアビジン15を有する磁気ビーズ12の溶液と、第一のビオチン付プローブ16及び第二のビオチン付プローブ17を含む溶液と、洗浄溶液とが、別々のチューブに小分けされている形態等が挙げられる。
Examples of various solutions included in the nucleic acid detection kit include a form in which a mixed solution of the first labeled
磁気ビーズとしては、上記核酸捕捉センサにおいて例示されたものと同様のものが挙げられる。
また、第一の標識プローブ、第二の標識プローブ、標識プローブ、第一のビオチン付プローブ及び第二のビオチン付プローブとしては、上記核酸捕捉センサにおいて例示されたものと同様のものが挙げられる。
Examples of the magnetic beads include those similar to those exemplified in the above-mentioned nucleic acid capture sensor.
In addition, examples of the first labeled probe, the second labeled probe, the labeled probe, the first biotin-attached probe, and the second biotin-attached probe are the same as those exemplified in the nucleic acid capture sensor.
以下、実施例により本発明を説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described with reference to Examples, but the present invention is not limited to the following Examples.
[実施例]
1.材料
(センサ)
第一のセンサ素子及び第二のセンサ素子として2つのGMR素子(GMR1及びGMR2)を有し、GMR素子の上の保護膜表面にカルボキシ基(−COOH)を有するセンサを用いた。
[Example]
1. 1. Material (sensor)
A sensor having two GMR elements (GMR1 and GMR2) as the first sensor element and the second sensor element and having a carboxy group (-COOH) on the surface of the protective film on the GMR element was used.
(標的二本鎖核酸)
以下に示すN1及びN2からなる二本鎖核酸を用いた。
N1:
5’-ATGTCTTTGCAGCCGAGGAGGAGCTGGTGGAGGCTGACGAGGCGGGCAGTGTGTATGCAGGCATCCTCAGCTACGGGGTGGGCTTCTTCCTGTTCATCCTGGTGGT-3’(配列番号1)
N2:
5’-ACCACCAGGATGAACAGGAAGAAGCCCACCCCGTAGCTGAGGATGCCTGCATACACACTGCCCGCCTCGTCAGCCTCCACCAGCTCCTCCTCGGCTGCAAAGACAT-3’(配列番号2)
(Target double-stranded nucleic acid)
The double-stranded nucleic acid consisting of N1 and N2 shown below was used.
N1:
5'-ATGTCTTTGCAGCCGAGGAGGAGCTGGTGGAGGCTGACGAGGCGGGCAGTGTGTATGCAGGCATCCTCAGCTACGGGGTGGGCTTCTTCCTGTTCATCCTGGTGGT-3' (SEQ ID NO: 1)
N2:
5'-ACCACCAGGATGAACAGGAAGAAGCCCACCCCGTAGCTGAGGATGCCTGCATACACACTGCCCGCCTCGTCAGCCTCCACCAGCTCCTCCTCGGCTGCAAAGACAT-3' (SEQ ID NO: 2)
(捕捉プローブ)
C1(GMR1上に固定):5’-AGCTCCTCCTCGGCTGCAAAGACAT-3’-NH2(配列番号3)
C2(GMR2上に固定):H2N-5’-ATGTCTTTGCAGCCGAGGAGGAGCT-3’(配列番号4)
(Capture probe)
C1 (fixed on GMR1): 5'-AGCTCCTCCTCGGCTGCAAAGACAT-3'-NH 2 (SEQ ID NO: 3)
C2 (fixed on GMR2): H 2 N-5'-ATGTCTTTGCAGCCGAGGAGGAGCT-3' (SEQ ID NO: 4)
(ビオチン付プローブ)
B1:Biotin-5’-ACCACCAGGATGAACAGGAAGAAGC-3’(配列番号5)
B2:5’-GCAGGCATCCTCAGCTACGGGGTGG-3’-Biotin(配列番号6)
(Probe with biotin)
B1: Biotin-5'-ACCACCAGGATGAACAGGAAGAAGC-3'(SEQ ID NO: 5)
B2: 5'-GCAGGCATCCTCAGCTACGGGGTGG-3'-Biotin (SEQ ID NO: 6)
なお、標的二本鎖核酸に対する、2種類の捕捉プローブ及びビオチン付プローブの結合領域を図15に示す。 The binding region of the two types of capture probe and the probe with biotin to the target double-stranded nucleic acid is shown in FIG.
(溶液)
・試料溶液の組成
1nM又は5nMの標的二本鎖核酸
0.1質量%のTween 20(Sigma−Aldrich社製、製品番号P7949-100ML、界面活性剤)
トリス塩酸緩衝液(pH7.3)
(solution)
-Composition of
Tris Hydrochloric Acid Buffer (pH 7.3)
・ビオチン付プローブ溶液の組成
5nMのビオチン付プローブB1
5nMのビオチン付プローブB2
0.1質量%のTween 20
トリス塩酸緩衝液(pH7.3)
-Composition of probe solution with
5 nM probe with biotin B2
0.1% by mass Tween 20
Tris Hydrochloric Acid Buffer (pH 7.3)
・洗浄溶液
0.1質量%のTween 20
リン酸緩衝生理食塩水
-Washing solution 0.1% by mass Tween 20
Phosphate buffered saline
・磁気ビーズ溶液
0.5質量%のストレプトアビジン付磁気ビーズ(Magnetic Beads, Coated with Streptavidin)
0.1質量%のTween 20
リン酸緩衝生理食塩水
-Magnetic beads solution 0.5% by mass of magnetic beads with streptavidin (Magnetic Beads, Coated with Streptavidin)
0.1% by mass Tween 20
Phosphate buffered saline
2.核酸捕捉センサの準備
捕捉プローブC1及びC2のGMR素子上への固定化は以下に示す手順で行った。まず、5μMの捕捉プローブC1を含むHEPES緩衝液をスポッターによってGMR1上の保護膜表面に滴下した後、純水で洗浄した。保護膜表面のカルボキシ基(−COOH)と、捕捉プローブC1の3’末端のアミノ基(−NH2)とが脱水縮合することでアミド結合を形成し、GMR1上の保護膜表面に捕捉プローブC1を固定化した。捕捉プローブC2についても、GMR2上の保護膜表面に滴下した以外は、捕捉プローブC1と同様の方法を用いて、GMR2上の保護膜表面に捕捉プローブC2を固定化した。捕捉プローブの固定化が完了したGMR1及びGMR2を核酸検出カートリッジにセットした。核酸検出カートリッジには、洗浄溶液貯留部に上記の洗浄溶液が予め貯留され、磁気ビーズ溶液貯留部に上記の磁気ビーズ溶液が予め貯留されている。
2. 2. Preparation of Nucleic Acid Capture Sensor The capture probes C1 and C2 were immobilized on the GMR element according to the procedure shown below. First, a HEPES buffer solution containing 5 μM of the capture probe C1 was dropped onto the surface of the protective film on GMR1 by a spotter, and then washed with pure water. The carboxy group (-COOH) on the surface of the protective film and the amino group (-NH 2 ) at the 3'end of the capture probe C1 are dehydrated and condensed to form an amide bond, and the capture probe C1 is formed on the surface of the protective film on GMR1. Was fixed. As for the capture probe C2, the capture probe C2 was immobilized on the surface of the protective film on the GMR2 by using the same method as that of the capture probe C1 except that the capture probe C2 was dropped on the surface of the protective film on the GMR2. GMR1 and GMR2, for which the capture probe had been immobilized, were set in the nucleic acid detection cartridge. In the nucleic acid detection cartridge, the above-mentioned washing solution is stored in advance in the washing solution storage part, and the above-mentioned magnetic bead solution is stored in advance in the magnetic bead solution storage part.
3.試料溶液中の標的二本鎖核酸の測定
試料溶液中の標的二本鎖核酸の測定について、以下に示す手順で行った。また、核酸捕捉センサ上での標的二本鎖核酸、各プローブ、及び磁気ビーズの結合の流れを図16に示す。図16中、矢印は配列同士が相補的であることを意味する。
(1)試料溶液と、ビオチン付プローブ溶液を容量比1:1で混合して、混合液を調製した。
(2)(1)で得られた混合液を97℃で20分間加熱した。
(3)加熱後の混合液を氷冷後、すぐに核酸検出カートリッジの試料溶液貯留部に注入し、核酸検出装置にセットして混合液をGMR1及びGMR2上に到達させた。
(4)混合液がGMR1及びGMR2上に到達した状態で、30分間静置した。
(5)次に、核酸検出カートリッジの洗浄溶液貯留部に貯留されている洗浄溶液をGMR1及びGMR2上に到達させて、GMR1及びGMR2の表面を洗浄した。
(6)GMR1及びGMR2の面内方向に30Oeの外部磁場を印加し、GMR1及びGMR2の出力値を変換したそれぞれの抵抗値(それぞれR1及びR2)の測定を開始した。
(7)GMR1及びGMR2の抵抗値の測定を継続しながら、核酸検出カートリッジの磁気ビーズ溶液貯留部に貯留されている磁気ビーズ溶液をGMR1及びGMR2上に送液した。
(8)磁気ビーズ溶液の送液前に対する送液から10分後でのGMR1及びGMR2それぞれの抵抗変化率(それぞれr110及びr210)を以下に示す式を用いて算出した。式中、tは時刻を表し、t=0は磁気ビーズ溶液の送液開始時を表す。
3. 3. Measurement of target double-stranded nucleic acid in sample solution The measurement of target double-stranded nucleic acid in sample solution was performed according to the procedure shown below. In addition, FIG. 16 shows the flow of binding of the target double-stranded nucleic acid, each probe, and the magnetic beads on the nucleic acid capture sensor. In FIG. 16, the arrows mean that the sequences are complementary.
(1) The sample solution and the probe solution with biotin were mixed at a volume ratio of 1: 1 to prepare a mixed solution.
(2) The mixed solution obtained in (1) was heated at 97 ° C. for 20 minutes.
(3) Immediately after ice-cooling the heated mixed solution, it was injected into the sample solution storage portion of the nucleic acid detection cartridge and set in the nucleic acid detection device to bring the mixed solution onto GMR1 and GMR2.
(4) With the mixed solution reaching on GMR1 and GMR2, the mixture was allowed to stand for 30 minutes.
(5) Next, the cleaning solution stored in the cleaning solution storage portion of the nucleic acid detection cartridge was brought onto GMR1 and GMR2 to clean the surfaces of GMR1 and GMR2.
(6) An external magnetic field of 30 Oe was applied in the in-plane direction of GMR1 and GMR2, and measurement of the respective resistance values (R1 and R2, respectively) obtained by converting the output values of GMR1 and GMR2 was started.
(7) While continuing the measurement of the resistance values of GMR1 and GMR2, the magnetic bead solution stored in the magnetic bead solution storage portion of the nucleic acid detection cartridge was sent onto GMR1 and GMR2.
(8) The resistance change rates of GMR1 and GMR2 (r1 10 and r2 10 respectively) 10 minutes after the transfer of the magnetic bead solution before the transfer were calculated using the following formulas. In the formula, t represents the time and t = 0 represents the start of feeding the magnetic bead solution.
r1t=(R1t−R10)/R10×100
r2t=(R2t−R20)/R20×100
r1 t = (R1 t -R1 0 ) / R1 0 × 100
r2 t = (R2 t −R2 0 ) / R2 0 × 100
(9)r110及びr210と予め作成した検量線を用いてGMR1の抵抗変化率r110から算出される標的二本鎖核酸の濃度(N1)及びGMR1の抵抗変化率r210から算出される標的二本鎖核酸の濃度(N2)を算出した。 (9) is calculated from the resistance change rate r2 10 concentrations (N1) and GMR1 of target double-stranded nucleic acid that is calculated from the resistance change ratio r1 10 of GMR1 using a preliminarily prepared calibration curve and r1 10 and r2 10 The concentration (N2) of the target double-stranded nucleic acid was calculated.
なお、1nM及び5nMの標的二本鎖核酸を含む試料溶液を用いて、測定をそれぞれ5回行った。核酸捕捉センサ(GMR1及びGMR2)及び核酸検出カートリッジは1回の測定につき1枚使用し、使い捨てとした。結果を表1に示す。 The measurement was performed 5 times each using a sample solution containing 1 nM and 5 nM target double-stranded nucleic acids. One nucleic acid capture sensor (GMR1 and GMR2) and one nucleic acid detection cartridge were used for each measurement and were disposable. The results are shown in Table 1.
表1では、Run4において、N1とN2との差異およびr210/r110の値が大きくなっており、Run4の測定時に何らかのエラーが発生していると判断された。Run4の測定後に解析を行ったところ、Run4では核酸検出カートリッジの流路への気泡混入により、エラーが発生したものと判明した。
また、Run9において、N1とN2との差異およびr210/r110の値が大きくなっており、Run9の測定時に何らかのエラーが発生していると判断された。Run9の測定後にGMRの解析を行ったところ、GMR2の不良により、エラーが発生したものと判明した。
In Table 1, in Run4, the difference between N1 and N2 and the value of r2 10 / r1 10 are large, and it is determined that some error has occurred during the measurement of Run4. When the analysis was performed after the measurement of Run4, it was found that an error occurred in Run4 due to the inclusion of air bubbles in the flow path of the nucleic acid detection cartridge.
Further, in Run9, the difference between N1 and N2 and the value of r2 10 / r1 10 are large, and it is determined that some error has occurred during the measurement of Run9. When the GMR was analyzed after the measurement of Run9, it was found that an error occurred due to a defect of the GMR2.
本実施例では、例えば、基準値としてr210/r110が0.5以上1.0以下の範囲を正常範囲とし、r210/r110が上記正常範囲を外れた測定に関しては、測定後の解析を行わなくてもエラーが起きていることが容易にわかる。よって、本実施例の核酸捕捉センサを用いることで、一回の測定においてr210/r110が上記正常範囲から外れた場合には、測定時に何かエラーが起きたと判断し、再測定を行うことを選択することできる。 In this embodiment, for example, the normal range is a range in which r2 10 / r1 10 is 0.5 or more and 1.0 or less as a reference value, and the measurement in which r2 10 / r1 10 is out of the normal range is after the measurement. It is easy to see that an error has occurred without analysis. Therefore, by using the nucleic acid capture sensor of this example, if r2 10 / r1 10 deviates from the above normal range in one measurement, it is determined that some error has occurred during the measurement, and remeasurement is performed. You can choose that.
[比較例]
1.材料
(センサ)
センサ素子として1つのGMR素子(GMR1)を有し、GMR素子の上の保護膜表面にカルボキシ基(−COOH)を有するセンサを用いた。
[Comparison example]
1. 1. Material (sensor)
A sensor having one GMR element (GMR1) as a sensor element and having a carboxy group (-COOH) on the surface of the protective film on the GMR element was used.
標的二本鎖核酸としては、実施例と同様のものを用いた。また、捕捉プローブとしては、実施例に記載の捕捉プローブのうち、捕捉プローブC1のみを用いた。ビオチン付プローブとしては、実施例に記載のビオチン付プローブのうち、ビオチン付プローブB1のみを用いた。なお、標的二本鎖核酸に対する、1種類の捕捉プローブ及びビオチン付プローブの結合領域を図17に示す。 As the target double-stranded nucleic acid, the same one as in the examples was used. Further, as the capture probe, only the capture probe C1 was used among the capture probes described in the examples. As the probe with biotin, only the probe B1 with biotin was used among the probes with biotin described in Examples. The binding region of one type of capture probe and the probe with biotin to the target double-stranded nucleic acid is shown in FIG.
(溶液)
試料溶液、洗浄溶液及び磁気ビーズ溶液は実施例に記載のものと同様のものを使用した。
(solution)
The sample solution, the washing solution and the magnetic bead solution used were the same as those described in the examples.
・ビオチン付プローブ溶液
5nMのビオチン付プローブB1
0.1質量%のTween 20
トリス塩酸緩衝液(pH7.3)
-Probe solution with
0.1% by mass Tween 20
Tris Hydrochloric Acid Buffer (pH 7.3)
2.核酸捕捉センサの準備
捕捉プローブC1のGMR素子上への固定化は以下に示す手順で行った。まず、5μMの捕捉プローブC1を含むHEPES緩衝液をスポッターによってGMR1上の保護膜表面に滴下した後、純水で洗浄した。保護膜表面のカルボキシ基(−COOH)と、捕捉プローブC1の3’末端のアミノ基(−NH2)とが脱水縮合することでアミド結合を形成し、GMR1上のセンサ表面に捕捉プローブC1を固定化した。捕捉プローブの固定化が完了したGMR1を核酸検出カートリッジにセットした。実施例と同様に、核酸検出カートリッジには、洗浄溶液貯留部に洗浄溶液が予め貯留され、磁気ビーズ溶液貯留部に磁気ビーズ溶液が予め貯留されている。
2. 2. Preparation of Nucleic Acid Capture Sensor The capture probe C1 was immobilized on the GMR device according to the procedure shown below. First, a HEPES buffer solution containing 5 μM of the capture probe C1 was dropped onto the surface of the protective film on GMR1 by a spotter, and then washed with pure water. The carboxy group (-COOH) on the surface of the protective film and the amino group (-NH 2 ) at the 3'end of the capture probe C1 are dehydrated and condensed to form an amide bond, and the capture probe C1 is placed on the sensor surface on GMR1. It was fixed. GMR1 in which the capture probe was immobilized was set in the nucleic acid detection cartridge. Similar to the examples, in the nucleic acid detection cartridge, the washing solution is stored in advance in the washing solution storage part, and the magnetic bead solution is stored in advance in the magnetic bead solution storage part.
3.試料溶液中の標的二本鎖核酸の測定
試料溶液中の標的二本鎖核酸の測定について、以下に示す手順で行った。また、核酸捕捉センサ上での標的二本鎖核酸、各プローブ、及び磁気ビーズの結合の流れを図18に示す。図18中、矢印は配列同士が相補的であることを意味する。
(1)試料溶液と、ビオチン付プローブ溶液を容量比1:1で混合して、混合液を調製した。
(2)(1)で得られた混合液を97℃で20分間加熱した。
(3)加熱後の混合液を氷冷後、すぐに核酸検出カートリッジの試料溶液貯留部に注入し、核酸検出装置にセットして混合液をGMR1上に到達させた。
(4)混合液がGMR1に到達した状態で、30分間静置した。
(5)次に、核酸検出カートリッジの洗浄溶液貯留部に貯留されている洗浄溶液をGMR1上に到達させて、GMR1の表面を洗浄した。
(6)GMR1の面内方向に30Oeの外部磁場を印加し、GMR1の出力値を変換したGMR1の抵抗値(R1)の測定を開始した。
(7)GMR1の抵抗値の測定を継続しながら、核酸検出カートリッジの磁気ビーズ溶液貯留部に貯留されている磁気ビーズ溶液をGMR1上に送液した。
(8)磁気ビーズ溶液の送液前に対する送液から10分後でのGMR1の抵抗変化率(r110)を以下に示す式を用いて算出した。式中、tは時刻を表し、t=0は磁気ビーズ溶液の送液開始時を表す。
3. 3. Measurement of target double-stranded nucleic acid in sample solution The measurement of target double-stranded nucleic acid in sample solution was performed according to the procedure shown below. In addition, FIG. 18 shows the flow of binding of the target double-stranded nucleic acid, each probe, and the magnetic beads on the nucleic acid capture sensor. In FIG. 18, the arrows mean that the sequences are complementary.
(1) The sample solution and the probe solution with biotin were mixed at a volume ratio of 1: 1 to prepare a mixed solution.
(2) The mixed solution obtained in (1) was heated at 97 ° C. for 20 minutes.
(3) Immediately after ice-cooling the heated mixed solution, it was injected into the sample solution storage portion of the nucleic acid detection cartridge and set in the nucleic acid detection device to bring the mixed solution onto GMR1.
(4) With the mixed solution reaching GMR1, it was allowed to stand for 30 minutes.
(5) Next, the cleaning solution stored in the cleaning solution storage portion of the nucleic acid detection cartridge was brought onto GMR1 to clean the surface of GMR1.
(6) An external magnetic field of 30 Oe was applied in the in-plane direction of GMR1, and measurement of the resistance value (R1) of GMR1 obtained by converting the output value of GMR1 was started.
(7) While continuing the measurement of the resistance value of GMR1, the magnetic bead solution stored in the magnetic bead solution storage portion of the nucleic acid detection cartridge was sent onto GMR1.
(8) The resistance change rate (r1 10 ) of
r1t=(R1t−R10)/R10×100 r1 t = (R1 t -R1 0 ) / R1 0 × 100
(9)r110と予め作成した検量線を用いてGMR1の抵抗変化率r110から算出される標的二本鎖核酸の濃度(N1)を算出した。 (9) was calculated concentration of the target double-stranded nucleic acid that is calculated from the resistance change ratio r1 10 of GMR1 using a preliminarily prepared calibration curve and r1 10 (N1).
なお、1nM及び5nMの標的二本鎖核酸を含む試料溶液を用いて、測定をそれぞれ5回行った。核酸捕捉センサ(GMR1)及び核酸検出カートリッジは1回の測定につき1枚使用し、使い捨てとした。結果を表2に示す。 The measurement was performed 5 times each using a sample solution containing 1 nM and 5 nM target double-stranded nucleic acids. One nucleic acid capture sensor (GMR1) and one nucleic acid detection cartridge were used for each measurement and were disposable. The results are shown in Table 2.
表2では、Run3において、N1が試料溶液中の標的二本鎖核酸の濃度と大きくずれており、Run3の測定時に何らかのエラーが発生していると考えられる。しかしながら、実際に病院等でユーザーが測定を行う際には標的二本鎖核酸の濃度は未知であるため、Run3の測定時にエラーが発生していると判断することができない。よって、比較例の核酸捕捉センサを用いた場合では、エラーに気づかず、実際の標的二本鎖核酸の濃度とは異なる濃度を算出してしまう虞がある。 In Table 2, in Run3, N1 is significantly different from the concentration of the target double-stranded nucleic acid in the sample solution, and it is considered that some error has occurred during the measurement of Run3. However, since the concentration of the target double-stranded nucleic acid is unknown when the user actually performs the measurement in a hospital or the like, it cannot be determined that an error has occurred during the measurement of Run3. Therefore, when the nucleic acid capture sensor of the comparative example is used, there is a possibility that the error is not noticed and the concentration different from the actual concentration of the target double-stranded nucleic acid is calculated.
本実施形態の核酸捕捉センサによれば、二本鎖核酸の検出において、測定結果の信頼性が高く、測定の異常検出が可能な核酸捕捉センサを提供することができる。 According to the nucleic acid capture sensor of the present embodiment, it is possible to provide a nucleic acid capture sensor capable of detecting abnormalities in measurement with high reliability of measurement results in detecting double-stranded nucleic acids.
1…第一のセンサ素子
2…第二のセンサ素子
3…基板
3a…支持体
3b…保護膜
4…第一の捕捉プローブ
4a…第一の配列からなる核酸
5…第二の捕捉プローブ
5a…第二の配列からなる核酸
6…標的二本鎖核酸
6a…第一の一本鎖核酸
6b…第二の一本鎖核酸
7…試料溶液
8…洗浄溶液
9…磁気ビーズ溶液(標識プローブ溶液)
10…第一の標識プローブ
10a…第三の配列からなる核酸
11…第二の標識プローブ
11a…第四の配列からなる核酸
12…磁気ビーズ
13…標識プローブ
14…ビオチン
15…アビジン又はストレプトアビジン
16…第一のビオチン付プローブ
17…第二のビオチン付プローブ
51,52…配線
100…核酸捕捉センサ
101…試料溶液貯留部
101a,102a,103a…キャップ部材
102…洗浄溶液貯留部
103…磁気ビーズ溶液(標識プローブ溶液)貯留部
104a,104b,104c,104d,104e,104f…流路
105…電気接続部
106…孔
107…排液プール
200…核酸検出カートリッジ
201…ベースプレート
201a…上面
202…基板
202a…上面
203…カバープレート
203a…上面
203b…下面
1 ...
10 ... 1st labeled
Claims (12)
前記第一のセンサ素子の上に配置され、標的二本鎖核酸を構成する第一の一本鎖核酸の塩基配列の少なくとも一部に相補的な第一の配列を有する第一の捕捉プローブと、
前記第二のセンサ素子の上に配置され、前記標的二本鎖核酸を構成する第二の一本鎖核酸の塩基配列の少なくとも一部に相補的な第二の配列を有する第二の捕捉プローブと、
を備える、核酸捕捉センサ。 The first sensor element and the second sensor element,
A first capture probe that is placed on the first sensor element and has a first sequence that is complementary to at least a part of the base sequence of the first single-stranded nucleic acid constituting the target double-stranded nucleic acid. ,
A second capture probe that is placed on the second sensor element and has a second sequence that is complementary to at least a part of the base sequence of the second single-stranded nucleic acid constituting the target double-stranded nucleic acid. When,
A nucleic acid capture sensor.
磁気ビーズと、
を備える核酸検出カートリッジ。 The nucleic acid capture sensor according to claim 2 and
With magnetic beads
Nucleic acid detection cartridge comprising.
前記第二の一本鎖核酸の塩基配列の少なくとも一部に相補的な第四の配列を有し、且つ、前記磁気ビーズを有する第二の標識プローブと、
を備え、
前記第一の配列及び前記第三の配列は互いに異なる配列であり、
前記第二の配列及び前記第四の配列は互いに異なる配列である、請求項3に記載の核酸検出カートリッジ。 A first labeled probe having a third sequence complementary to at least a part of the base sequence of the first single-stranded nucleic acid and having the magnetic beads.
A second labeled probe having a fourth sequence complementary to at least a part of the base sequence of the second single-stranded nucleic acid and having the magnetic beads,
With
The first sequence and the third sequence are different sequences from each other.
The nucleic acid detection cartridge according to claim 3, wherein the second sequence and the fourth sequence are different sequences from each other.
前記第一の配列及び前記第三の配列は互いに異なる配列であり、
前記第二の配列及び前記第四の配列は互いに異なる配列である、請求項3に記載の核酸検出カートリッジ。 A third sequence complementary to at least a part of the base sequence of the first single-stranded nucleic acid and a fourth sequence complementary to at least a part of the base sequence of the second single-stranded nucleic acid. A labeled probe having and having the magnetic beads
The first sequence and the third sequence are different sequences from each other.
The nucleic acid detection cartridge according to claim 3, wherein the second sequence and the fourth sequence are different sequences from each other.
前記第二の一本鎖核酸の塩基配列の少なくとも一部に相補的な第四の配列を有し、且つ、ビオチンを有する第二のビオチン付プローブと、
を更に備え、
前記第一の配列及び前記第三の配列は互いに異なる配列であり、
前記第二の配列及び前記第四の配列は互いに異なる配列である、請求項6に記載の核酸検出カートリッジ。 A first biotin-coated probe having a third sequence complementary to at least a part of the base sequence of the first single-stranded nucleic acid and having biotin.
A second probe with biotin having a fourth sequence complementary to at least a part of the base sequence of the second single-stranded nucleic acid and having biotin,
With more
The first sequence and the third sequence are different sequences from each other.
The nucleic acid detection cartridge according to claim 6, wherein the second sequence and the fourth sequence are different sequences from each other.
磁気ビーズと、
を備える、核酸検出キット。 The nucleic acid capture sensor according to claim 2 and
With magnetic beads
Nucleic acid detection kit.
前記第二の一本鎖核酸の塩基配列の少なくとも一部に相補的な第四の配列を有し、且つ、前記磁気ビーズを有する第二の標識プローブと、
を備え、
前記第一の配列及び前記第三の配列は互いに異なる配列であり、
前記第二の配列及び前記第四の配列は互いに異なる配列である、請求項8に記載の核酸検出キット。 A first labeled probe having a third sequence complementary to at least a part of the base sequence of the first single-stranded nucleic acid and having the magnetic beads.
A second labeled probe having a fourth sequence complementary to at least a part of the base sequence of the second single-stranded nucleic acid and having the magnetic beads,
With
The first sequence and the third sequence are different sequences from each other.
The nucleic acid detection kit according to claim 8, wherein the second sequence and the fourth sequence are different sequences from each other.
前記第一の配列及び前記第三の配列は互いに異なる配列であり、
前記第二の配列及び前記第四の配列は互いに異なる配列である、請求項8に記載の核酸検出キット。 A third sequence complementary to at least a part of the base sequence of the first single-stranded nucleic acid and a fourth sequence complementary to at least a part of the base sequence of the second single-stranded nucleic acid. A labeled probe having and having the magnetic beads
The first sequence and the third sequence are different sequences from each other.
The nucleic acid detection kit according to claim 8, wherein the second sequence and the fourth sequence are different sequences from each other.
前記第二の一本鎖核酸の塩基配列の少なくとも一部に相補的な第四の配列を有し、且つ、ビオチンを有する第二のビオチン付プローブと、
を更に備え、
前記第一の配列及び前記第三の配列は互いに異なる配列であり、
前記第二の配列及び前記第四の配列は互いに異なる配列である、請求項11に記載の核酸検出キット。 A first biotin-coated probe having a third sequence complementary to at least a part of the base sequence of the first single-stranded nucleic acid and having biotin.
A second probe with biotin having a fourth sequence complementary to at least a part of the base sequence of the second single-stranded nucleic acid and having biotin,
With more
The first sequence and the third sequence are different sequences from each other.
The nucleic acid detection kit according to claim 11, wherein the second sequence and the fourth sequence are different sequences from each other.
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- 2019-03-25 JP JP2019057301A patent/JP2020156354A/en active Pending
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