JP2023000748A - Base sequence detection chip, base sequence detection cartridge, and chip manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本明細書及び図面に開示の実施形態は、塩基配列検出チップ、塩基配列検出カートリッジおよびチップ製造方法に関する。 Embodiments disclosed in this specification and drawings relate to base sequence detection chips, base sequence detection cartridges, and chip manufacturing methods.
DNA(deoxyribonucleic acid)、RNA(ribonucleic acid)などの塩基配列を検出する方式として、電流検出方式がある。電流検出方式は、DNAチップと呼ばれる、基板の電極上に塗布した標的DNAとなるプローブ試薬と、検体中の標的DNAとで2本鎖構造を形成させ、2本鎖構造に特異的に吸着する還元剤を挿入することで、電圧を印加すると酸化還元電流が流れ、閾値以上の酸化還元電流が検出できれば、検体中に標的DNAが存在することを検出できる、という方式である。
検出時の酸化還元電流値の大小は,電極上に固定された標的DNAプローブの量、プローブの塩基配列の長さなどにより決定される。よって、塗布される試薬中のDNAプローブの濃度、またはDNAプローブの電極への固定状態を左右する電極の表面状態や塗布後の乾燥条件などに応じて、酸化還元電流が増減する。増減幅が閾値よりも大きいまたは小さい場合は、検査が無効となってしまう問題がある。
As a method for detecting base sequences such as DNA (deoxyribonucleic acid) and RNA (ribonucleic acid), there is a current detection method. In the current detection method, a double-stranded structure is formed by a probe reagent, which is called a DNA chip, which is the target DNA applied on the electrode of the substrate, and the target DNA in the sample, and the probe specifically adsorbs to the double-stranded structure. By inserting a reducing agent, an oxidation-reduction current flows when a voltage is applied, and if an oxidation-reduction current equal to or higher than the threshold value can be detected, the presence of the target DNA in the sample can be detected.
The magnitude of the oxidation-reduction current value during detection is determined by the amount of the target DNA probe immobilized on the electrode, the length of the base sequence of the probe, and the like. Therefore, the redox current increases or decreases depending on the concentration of the DNA probe in the applied reagent, the surface condition of the electrode that affects the immobilization of the DNA probe on the electrode, the drying conditions after application, and the like. If the increase/decrease width is larger or smaller than the threshold, there is a problem that the inspection becomes invalid.
本明細書および図面に開示の実施形態が解決しようとする課題の一つは、歩留まりを改善することである。ただし、本明細書及び図面に開示の実施形態により解決しようとする課題は上記課題に限られない。後述する実施形態に示す各構成による各効果に対応する課題を他の課題として位置づけることもできる。 One of the problems addressed by the embodiments disclosed in the specification and drawings is to improve yield. However, the problems to be solved by the embodiments disclosed in this specification and drawings are not limited to the above problems. A problem corresponding to each effect of each configuration shown in the embodiments described later can be positioned as another problem.
本実施形態に係る塩基配列検出チップは、検出電極と、電流経路と、プローブとを含む。検出電極は、複数の部分電極を有する。電流経路は、一方が前記複数の部分電極それぞれに接続され、他方が電流検出系へと接続される。プローブは、前記検出電極上に固定される、対象の塩基配列を検出するための塩基配列を有する。 A base sequence detection chip according to this embodiment includes a detection electrode, a current path, and a probe. The detection electrode has a plurality of partial electrodes. One of the current paths is connected to each of the plurality of partial electrodes, and the other is connected to a current detection system. The probe has a nucleotide sequence for detecting a target nucleotide sequence immobilized on the detection electrode.
以下、図面を参照しながら本実施形態に係る塩基配列検出チップ、塩基配列検出カートリッジおよびチップ製造方法について説明する。以下の実施形態では、同一の参照符号を付した部分は同様の動作を行なうものとして、重複する説明を適宜省略する。 A base sequence detection chip, base sequence detection cartridge, and chip manufacturing method according to the present embodiment will be described below with reference to the drawings. In the following embodiments, it is assumed that parts denoted by the same reference numerals perform the same operations, and overlapping descriptions will be omitted as appropriate.
本実施形態で想定する電流検出方式による塩基配列の検出の概念について図1および図2を参照して説明する。
図1は、DNA(Deoxyribonucleic Acid)の相補的結合の概念を示す図である。DNAは、A(アデニン)、T(チミン)、G(グアニン)およびC(シトシン)の4つの塩基から構成される、2本鎖状の核酸である。RNA(Ribonucleic Acid)は、A(アデニン)、U(ウラシル)、G(グアニン)およびC(シトシン)の4つの塩基から構成される、1本鎖状または2本鎖状の核酸である。なお、以下では、DNAの検出を例として説明するが、RNAでもよく、目的となる特定の塩基配列を持つ核酸であれば同様に適用できる。2本鎖状のDNAでは、A(アデニン)とT(チミン)、G(グアニン)とC(シトシン)というように、特定の塩基の組み合わせで相補的に結合する。
The concept of base sequence detection by the current detection method assumed in this embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 2. FIG.
FIG. 1 is a diagram showing the concept of complementary binding of DNA (Deoxyribonucleic Acid). DNA is a double-stranded nucleic acid composed of four bases, A (adenine), T (thymine), G (guanine) and C (cytosine). RNA (Ribonucleic Acid) is a single-stranded or double-stranded nucleic acid composed of four bases: A (adenine), U (uracil), G (guanine) and C (cytosine). In the following, the detection of DNA will be described as an example, but RNA may also be used, and any nucleic acid having a specific target base sequence can be similarly applied. In double-stranded DNA, specific combinations of bases, such as A (adenine) and T (thymine), G (guanine) and C (cytosine), complementarily bind.
次に、図2は、電流検出方式によるDNA配列の検出の概念を示す。
DNA配列の検出において、既知の配列であるDNAを合成して1本鎖にしたDNAプローブ11を基板上の電極に固定する。検査対象となる標的DNA12も1本鎖となるように処理し、電極上に固定されたDNAプローブ11と反応させる。標的DNA12の配列が、DNAプローブ11の配列と相補的であれば、互いに結合して2本鎖となる。このように、1本鎖であるDNAプローブ11と1本鎖である標的DNA12とが相補的に結合し、2本鎖となることをハイブリダイゼーションと呼ぶ。
具体的には、DNAプローブ11が「GTCAAG」という配列であり、検体中の標的DNA12が「CAGTTC」という配列であれば、塩基配列が相補的であるので、互いに結合して2本鎖となる。
Next, FIG. 2 shows the concept of DNA sequence detection by the current detection method.
In detecting a DNA sequence, a single-stranded
Specifically, if the
続いて、電極上に2本鎖に特異的に吸着する還元剤13を挿入する。還元剤13を挿入すると、ハイブリダイゼーションが生じたDNAプローブ11に還元剤13が結合する。還元剤13が結合した状態で電極に電圧を印加すると、電極に酸化還元電流(以下、単に電流という)が発生する。なお、ハイブリダイゼーションが生じたDNAプローブ11が固定された位置で計測される電流の値と比較して、ハイブリダイゼーションが生じていないDNAプローブ11が固定された位置で計測される電流の値はかなり小さい。よって、電流の大小によりハイブリダイゼーションの有無を容易に判別できる。すなわち、ハイブリダイゼーションにより閾値以上の電流が発生すれば、検査対象となる標的DNA12が検出されたことになる。
Subsequently, a reducing
本実施形態に係る塩基配列検出チップの第1例について図3の概念図を参照して説明する。
図3に示す塩基配列検出チップは、基板(図示せず)上に設けられる検出電極2と、各検出電極2に対応する電流経路3とを示す。ここでは、検出電極2と対応する電流経路3との組が3組並列して配置された例を示す。なお、これに限らず、電流経路3に関する回路パターンにおいて許容されれば、1または2組でもよいし、さらに多数の組が含まれてもよい。
A first example of the base sequence detection chip according to this embodiment will be described with reference to the conceptual diagram of FIG.
The base sequence detection chip shown in FIG. 3 shows
基板は、例えばガラスまたはシリコンにより形成される。
検出電極2は、金などの金属で形成され、プローブ試薬が塗布され、DNAプローブが固定される。検出電極2は、複数の領域に分割される。言い換えれば、複数の部分電極を有する。ここでは、面積がそれぞれ異なる3つの領域に分割され、3つの部分電極を有することを想定する。1番大きい面積の第1部分電極21は、検出電極2全体の面積のうちの70パーセントの面積を占める。2番目に大きい面積の第2部分電極22は、検出電極2全体の面積のうちの20パーセントの面積を占める。1番小さい面積の第3部分電極23は、検出電極2全体の面積のうちの10パーセントの面積を占める。
The substrate is made of glass or silicon, for example.
The
第1部分電極21、第2部分電極22および第3部分電極23はそれぞれ、離間して配置される。なお、図3のように物理的に分離することに限らず、各部分電極が電気的に互いに独立して形成されればよい。
基板には、対称の塩基配列を検出するための塩基配列を有するプローブを含むプローブ試薬が滴下されることが想定される滴下領域25がある。滴下領域25に第1部分電極21、第2部分電極22および第3部分電極23が設けられる。滴下領域25に滴下されたプローブ試薬が乾燥することにより第1部分電極21、第2部分電極22および第3部分電極23のそれぞれに、DNAプローブが固定される。
Each of the first
The substrate has a dropping
電流経路3は、金属などの導体で形成され、一方が各部分電極にそれぞれ接続され、他方が検出系へ接続され、各部分電極との接続が切断可能に配置される。具体的には、第1電流経路31が第1部分電極21に、第2電流経路32が第2部分電極22に、第3電流経路33が第3部分電極に、それぞれ接続される。さらに、第1電流経路31、第2電流経路32および第3電流経路33が並列接続されて、検出系に接続される。つまり、各検出電極2で検出される電流値は、第1部分電極21、第2部分電極22および第3部分電極23でそれぞれ検出された電流の和である。
The
次に、塩基配列検出チップの第1例における電流経路の第1切断例を図4に示す。
図4は、第2電流経路32を切断した場合の概念図である。検出電極2の面積の20パーセントに相当する第2部分電極22に接続される第2電流経路32を切断する。切断手法は、例えばリューター、レーザなどで電流経路を切断してもよいし、接続を切り換えるスイッチなどで切り換えてもよい。なお、電流経路を物理的に切断することに限らず、電気的に切断する方法でもよい。経路が切断された第2部分電極22に固定されるDNAプローブは、電流検出に関与しない。よって、検出電極2の残りの面積80パーセント分、つまり第1部分電極21および第3部分電極23からの電流が検出系により検出されることで、切断前よりも電流値を略20パーセント減ずることができる。
Next, FIG. 4 shows a first cutting example of the current path in the first example of the base sequence detection chip.
FIG. 4 is a conceptual diagram when the second
次に、塩基配列検出チップの第1例における電流経路の第2切断例を図5に示す。
図5は、第2電流経路32および第3電流経路33を切断した場合の概念図である。
検出電極2の面積の20パーセントに相当する第2部分電極22に接続される第2電流経路32と、検出電極2の面積の10パーセントに相当する第3部分電極23に接続される第3電流経路33とをそれぞれ切断する。これにより、経路が切断された第2部分電極22および第3部分電極23に固定される、検出電極の面積30パーセント分のDNAプローブは、電流検出に関与しない。よって、検出電極の残りの面積70パーセント分、つまり第1部分電極21のみからの電流が検出系により検出されることで、切断前よりも電流値を略30パーセント減ずることができる。このように、電流経路を並列接続することで電流値の減少量を細かく調整できる。
なお、本実施形態では、第1電流経路31に接続される第1部分電極21の面積を他の部分電極と比較して大きくしているため、大部分を占める第1部分電極21からの電流を検出しないことは想定しにくいが、もちろん第1電流経路31が切断されてもよい。
Next, FIG. 5 shows a second example of cutting the current path in the first example of the base sequence detection chip.
FIG. 5 is a conceptual diagram when the second
A second
In the present embodiment, since the area of the first
次に、本実施形態に係る塩基配列検出チップの第2例について図6を参照して説明する。
第1例では、各部分電極に接続される電流経路が並列接続されていたが、第2例では、電流経路が直列接続される。検出電極2の形状および配置については第1の実施形態と同様である。
Next, a second example of the base sequence detection chip according to this embodiment will be described with reference to FIG.
In the first example, the current paths connected to each partial electrode are connected in parallel, but in the second example, the current paths are connected in series. The shape and arrangement of the
第1電流経路31は、一方が検出系に接続され、他方が第1部分電極21に接続される。第2電流経路32は、一方が第1部分電極21に接続され、他方が第2部分電極22に接続される。第3電流経路33は、一方が第2部分電極22に接続され、他方が第3部分電極23に接続される。すなわち、第1部分電極21から第3部分電極23までが直列に接続された状態となる。各電流経路は、図3に示す第1例の場合と同様に、複数の部分電極との接続が切断可能に配置される。
The first
次に、塩基配列検出チップの第2例における電流経路の第1切断例を図7に示す。図7は、第3電流経路33を切断した場合の概念図である。
検出電極2の面積の10パーセントに相当する第3部分電極23に接続される第3電流経路33を切断する。これにより、図4の場合と同様に、経路が切断された第3部分電極23に固定されるDNAプローブは電流検出に関与しない。よって、検出電極の残りの面積90パーセント分、つまり第1部分電極21および第2部分電極22からの電流が検出系により検出されることで、切断前よりも電流値を略10パーセント減ずることができる。
Next, FIG. 7 shows a first cutting example of the current path in the second example of the base sequence detection chip. FIG. 7 is a conceptual diagram when the third
The third
次に、塩基配列検出チップの第2例における電流経路の第2切断例を図8に示す。図8は、第2電流経路32および第3電流経路33を切断した場合の概念図である。
図8に示すように、直列接続である場合は、検出電極2の面積の20パーセントに相当する第2部分電極22に接続される第2電流経路32を切断することにより、第2部分電極22および第3部分電極23が電流検出に関与しない。よって、第1の実施形態のような並列接続の場合は、第2電流経路32および第3電流経路33をそれぞれ切断するため2回切断処理が必要であるが、直列接続の場合は、1回の切断処理で切断前よりも電流値を略30パーセント減少させることができる。このように、電流経路を直列接続することで、1箇所当たりの電流値の減少量を大きくし、並列接続の場合と比較して切断回数を減少させることができる。
Next, FIG. 8 shows a second example of cutting the current path in the second example of the base sequence detection chip. FIG. 8 is a conceptual diagram when the second
As shown in FIG. 8, in the case of a series connection, by cutting the second
次に、本実施形態に係る塩基配列検出チップ100の構成例について図9から図12を参照して説明する。
図9は、上述した3つの検出電極2を1組とした検出電極群91を複数配置した塩基配列検出チップ100の上面図である。なお、1つの検出電極群91を配置する場合にも図9から図12に示す構造を適用できる。
Next, a configuration example of the base
FIG. 9 is a top view of a base
図9の例では、基板1上に2列で複数の検出電極群91を配置する。検出電極群91に含まれる各検出電極2は、それぞれ対応する検出端子92と電流経路3を介して電気的に接続される。検出端子92により、検出電極2で発生した電流が電気信号として、塩基配列検出チップ100外部の検出系に取り出される。ここで、電流経路3が図3のように並列接続である場合は、第1電流経路31から第3電流経路33が結合した後の電流経路が検出端子92に接続される。電流経路3が図6のように直列接続される場合は、第1電流経路31が検出端子92に接続される。
また、各検出電極2は、導通テスト用のテスト端子4が回路パターンを介して接続される。テスト端子4は、検出電極のうちの部分電極ごとに配置され、それぞれの部分電極で導通テストができるようにする。
塩基配列検出チップ100では、滴下領域25にプローブ試薬が滴下され、乾燥することにより各検出電極2、つまり、第1部分電極21、第2部分電極22および第3部分電極23のそれぞれにDNAプローブが固定される。
In the example of FIG. 9 , a plurality of
Each
In the base
3つの検出電極2を用いて、同一の測定対象(図2の例では、標的DNA12)を検出できる。また、同一の測定対象を検出するため、3つの検出電極2でそれぞれ発生した電気信号をまとめて取り出す電極パッド93が配置されてもよい。複数の検出電極の出力に基づいて、測定対象の有無が検出される
なお、ここでは3つの検出電極2で同一の測定対象を検出する例を示したが、これに限らず、同一の測定対象を検出するための複数の検出電極2に対して1つの電極パッド93が配置されればよい。また、検出系側で同一の測定対象を検出するための複数の検出電極2を把握して処理できれば、電極パッド93を設けなくともよい。
Using three
なお、図9には図示しないが、本実施形態に係る塩基配列検出チップは、参照電極およびカウンタ電極をさらに配置し、検出電極を作用電極とした三電極法により、電流を検出することを想定する。具体的には、作用電極に対する参照電極の電圧がある特性に設定されるようカウンタ電極の電圧を変化させ、酸化電流を電気化学的に測定するポテンショスタットを想定する。
標的DNAの検出時は、検出電極群91上に形成される流路に沿って、標的DNAを含む試薬を流すことにより、ハイブリダイゼーションが発生する。
Although not shown in FIG. 9, it is assumed that the base sequence detection chip according to the present embodiment further includes a reference electrode and a counter electrode, and detects current by a three-electrode method using the detection electrode as a working electrode. do. Specifically, we envision a potentiostat in which the voltage of the counter electrode is varied such that the voltage of the reference electrode relative to the working electrode is set to a certain characteristic, and the oxidation current is electrochemically measured.
When target DNA is detected, hybridization occurs by flowing a reagent containing the target DNA along the flow path formed on the
なお、より具体的な手法としては、例えば、特開2016-61769号公報に開示されるような塩基配列検出チップの構成および電流検出方式を採用してもよい。 As a more specific method, for example, a configuration of a base sequence detection chip and a current detection method as disclosed in Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2016-61769 may be employed.
図10は、塩基配列検出チップ100の下面図である。なお、図10から図12では、説明の便宜上、第2電流経路32を実線で示し、第3電流経路33を破線で示すが、実際には回路パターンで形成されるものとする。
図10に示すように、基板上面に配置される検出電極群91から基板の下面に向かって、各検出電極2に接続される第2電流経路32がx軸方向左側の辺に集まるように回路パターンが配置される。一方、各検出電極2に接続される第3電流経路33がx軸方向右側の辺に集まるように回路パターンが配置される。このように電流経路を引き回して回路パターンを配置することで、各電極の電流経路をまとめて切断できる。例えば、第2電流経路32を切断する場合は、第2電流経路32が集合する部分をx軸と並行に切断することにより、検出電極群91の列ごとに一度に第2電流経路32を切断できる。
なお、第1電流経路31も切断可能とする場合は、第2電流経路32と第3電流経路33と同様に基板の下面に向かって、例えば中央部分に回路パターンが集まるように配置すればよい。
FIG. 10 is a bottom view of the base
As shown in FIG. 10, the circuit is arranged such that the second
If the first
続いて、塩基配列検出チップ100をy軸方向から見た側面図を図11に示し、塩基配列検出チップ100をx軸方向から見た側面図を図12に示す。
図11および図12に示すように、第2電流経路32はx軸上左側に、第3電流経路33はx軸上右側に、それぞれ経路を集合させるが、集合位置におけるz軸方向の高さが基板1内において異なるように配置される。このように配置することで、例えば第3電流経路33のみを切断するz軸方向の深さ(高さ)でx軸方向に沿って切断した場合は、誤ってx軸方向における第2電流経路32の位置まで切断したとしても、実際には第2電流経路32の深さ(高さ)まで到達していないため、第2電流経路32を切断せずにすむ。よって、切断ミスを防止することができる。なお、第2電流経路32および第3電流経路33の集合位置を、それぞれz軸方向に同一となる高さとしてもよい。
Next, FIG. 11 shows a side view of the base
As shown in FIGS. 11 and 12, the second
次に、塩基配列検出チップ100のチップ製造方法の一例について図13のフローチャートを参照して説明する。ここでは、既に図3または図6に示す塩基配列検出チップの検出電極2および電流経路3の配置が完了し、図9に示す塩基配列検出チップの構造が完成した状態を想定する。なお、図13に示す各工程は、例えば、塩基配列検出チップを用いて標的DNAの検出を実行する塩基配列検出カートリッジによって実行されてもよい。
Next, an example of a chip manufacturing method for the base
ステップS11では、塩基配列検出チップ100の各検出電極2にプローブ試薬が塗布される。
ステップS12では、プローブ試薬を乾燥させる。これにより、各部分電極にDNAプローブが固定される。その後、抜き取り検査において、検査用として塩基配列検出チップを複数個選定する。
In step S11, each
In step S12, the probe reagent is dried. Thereby, the DNA probe is immobilized on each partial electrode. After that, in a sampling inspection, a plurality of base sequence detection chips are selected for inspection.
ステップS13では、選定された複数個の塩基配列検出チップ100それぞれに対して、標的DNAを含む検体を流路に沿って検出電極群91に流すことで、ハイブリダイゼーションを発生させる。
ステップS14では、還元剤を挿入し、各検出電極2での電流値を計測する。
In step S13, a sample containing target DNA is allowed to flow through the
In step S14, a reducing agent is inserted and the current value at each
ステップS15では、各検出電極2について、計測された電流値が許容範囲内であるか否かを判定する。計測された電流値が許容範囲内であれば、処理を終了し、計測された電流値が許容範囲の最大値よりも大きければ、ステップS16に進む。
ステップS16では、電流値と許容範囲の最大値との差分、すなわち超過電流値を計算する。
ステップS17では、差分に応じて、切断対象となる電流経路を選択する。例えば、差分となる超過電流値が許容範囲の最大値の10パーセント以内の値であれば、当該超過電流値に対応する面積比を有する部分電極に接続される電流経路を遮断すればよく、第3電流経路を切断対象の経路として選択すればよい。なお、差分が許容範囲の最大値の15パーセントに相当する値など、電流経路を切断することにより減少する電流値のパーセンテージとは一致しない場合もある。この場合は、差分よりも大きな減少率となるように切断対象の経路を選択すればよい。例えば並列接続の場合、差分が許容範囲の最大値の15パーセントに相当する値であれば、第2電流経路32、または第2電流経路32および第3電流経路33を切断対象の経路として選択する。
ステップS18では、選択された電流経路を切断する。これにより、出荷用の塩基配列検出チップが完成する。以上で図13に示すフローチャートの説明を終了する。
In step S15, for each
In step S16, the difference between the current value and the maximum allowable range, that is, the excess current value is calculated.
In step S17, a current path to be cut is selected according to the difference. For example, if the excess current value that is the difference is within 10% of the maximum value of the allowable range, the current path connected to the partial electrode having the area ratio corresponding to the excess current value may be cut off. 3 current paths may be selected as paths to be cut. Note that the difference may not match the percentage of the current value that is reduced by cutting the current path, such as a value corresponding to 15% of the maximum value of the allowable range. In this case, the route to be cut may be selected so that the reduction rate is greater than the difference. For example, in the case of parallel connection, if the difference is a value corresponding to 15% of the maximum allowable range, the second
In step S18, the selected current path is cut. This completes the base sequence detection chip for shipping. This completes the description of the flowchart shown in FIG.
なお、図13の例では、抜き取り検査において実際に検体および還元剤を挿入して電流値を計測し、電流経路を切断するか否かを判定しているが、これに限らない。例えば、画像検査により、プローブ試薬が塗布された検出電極2の画像の画素値が閾値よりも小さい場合、塗布されたプローブ試薬の濃度が大きいために画素値が小さくなるので、結果として電流値が許容範囲よりも大きくなると想定し、電流経路を切断してもよい。具体的には、図13のチップ製造方法により超過電流値と、切断対象の電流経路と、検出電極2の画像の画素値との対応関係を予め抽出する。検出電極2の画像の画素値が閾値よりも小さい場合に、電流値が許容範囲では無いと判定され、検査対象の塩基配列検出チップ100の検出電極2の画素値をキーとして、当該対応関係から切断対象の電流経路を選択すればよい。
In the example of FIG. 13, the sample and the reducing agent are actually inserted in the sampling inspection, the current value is measured, and it is determined whether or not to cut the current path, but the present invention is not limited to this. For example, when the pixel value of the image of the
また、検出電極上に固定されるDNAプローブの特性に基づいて、電流経路を切断するか否かを判定してもよい。例えば、DNAプローブの塩基配列が長い場合、観測される電流値が大きくなることが予想される。よって、予めDNAプローブの塩基配列の長さと、電流値との対応関係を計測し、塩基配列の長さが閾値以上である場合、電流値が許容範囲内ではないと判定され、当該対応関係に基づいて、検出電極に固定されるDNAプローブの長さに応じて、切断対象の電流経路を選択してもよい。 Moreover, whether or not to cut the current path may be determined based on the characteristics of the DNA probe immobilized on the detection electrode. For example, if the base sequence of the DNA probe is long, it is expected that the observed current value will be large. Therefore, the correspondence between the length of the base sequence of the DNA probe and the current value is measured in advance. Based on this, the current path to be cleaved may be selected according to the length of the DNA probe immobilized on the detection electrode.
なお、上述の実施形態では、検出電極が、第1部分電極21、第2部分電極22および第3部分電極23として、それぞれ異なる面積比を有する3つの部分電極が形成される例を示すが、これに限らず、それぞれ異なる面積比を有する4以上の部分電極に分割されてもよい。また、面積比を異ならせずに、それぞれ同一の面積比となるように分割してもよい。例えば、5つの部分電極に分割する場合は、各部分電極がそれぞれ同じ面積比を有するように、検出電極全体のうちの20パーセントとなる面積を有するようにそれぞれ形成してもよい。
In the above-described embodiment, an example in which three partial electrodes having different area ratios are formed as the first
次に、本実施形態に係る塩基配列検出チップを搭載して測定対象の塩基配列を検出する塩基配列検出カートリッジの一例について図14から図16を参照して説明する。
塩基配列検出カートリッジの外形図を図14に示す。塩基配列検出カートリッジ700は、下プレート710と、パッキン720と、上プレート730と、カバー740と、キャップ750とを含む。パッキン720は、下プレート710と、上プレート730との間に挿入される。カバー740は上プレート730に取り付けられる。キャップ750はヒンジによってカバー740に取り付けられる。下プレート710、上プレート730、カバー740、キャップ750は例えば透明なポリカーボネイト(PC)から形成され、パッキン720は例えば透明なエラストマーから形成される。
Next, an example of a base sequence detection cartridge that mounts the base sequence detection chip according to the present embodiment and detects a base sequence to be measured will be described with reference to FIGS. 14 to 16. FIG.
FIG. 14 shows an external view of the nucleotide sequence detection cartridge. Base
続いて、塩基配列検出カートリッジ700の構成を図15に示す。下プレート710は、周辺に沿って土手(bank)710aが設けられ、この土手710aの内側の表面は土手710aより低くなっている。この土手710aの内側に、開口710bが設けられている。この開口710bの周囲には、塩基配列検出チップ100が載置され、支持するための支持部710b1が設けられている。この支持部710b1は、塩基配列検出チップ100が支持部710b1上に載置された場合に塩基配列検出チップ
500の上面が土手710aの内側の表面より低くなるように、開口710bの底面側に設けられる。なお、パッキン720は、土手710aの内側の領域を覆うように配置される。
Next, FIG. 15 shows the configuration of the nucleotide
塩基配列検出チップ100が搭載されたときの塩基配列検出カートリッジ700の上面図を図16に示す。下プレート710の土手710aの内側には、シリンジ部710cを形成する4つの窪み710c1、710c2、710c3、710c4が設けられている。窪み710c1は、パッキン720の膨らみとともにタンクを形成し、このタンク内に例えば検体のDNAを含む液、すなわちサンプルが保存される。窪み710c2はパッキン720の膨らみとともにタンクを形成し、このタンク内に例えば洗浄液が保存される。窪み710c3には例えば挿入剤を含む試薬が保存される。窪み710c4はパッキン720の膨らみとともにタンクを形成し、このタンク内に例えば洗浄液が保存される。窪み710c1、710c2、710c3、710c4のそれぞれの入口側には液を注入する注入部710d1、710d2、710d3、710d4が設けられ、これらの注入部710d1、710d2、710d3、710d4は、対応する窪み710c1、710c2、710c3、710c4と、下プレート710に設けられた流路となる溝で接続される。
FIG. 16 shows a top view of the base
窪み710c1の入口側に空気抜き口710e1が設けられ、窪み710c2の出口側に空気抜き口710e2が設けられ、窪み710c3の出口側に空気抜き口710e3が設けられ、窪み710c4の出口側に空気抜き口710e4が設けられている。 An air vent 710e1 is provided on the inlet side of the recess 710c1, an air vent 710e2 is provided on the outlet side of the recess 710c2, an air vent 710e3 is provided on the outlet side of the recess 710c3, and an air vent 710e4 is provided on the outlet side of the recess 710c4. It is
また、下プレート710の土手710aの内側には、窪み710c1、710c2、710c3、710c4のそれぞれの出口側に設けられた常時閉のバルブNCVと、サンプル内のDNAを増幅する増幅流路710fと、増幅流路710fの入口部と出口部とに設けられ常時開のバルブNOVと、廃液を塩基配列検出カートリッジ内に留めておくため廃液タンク711g1、711g2となる窪み710g1、710g2とが設けられている。廃液タンク711g1、711g2は、窪み710g1、710g2と、パッキン720と、上プレート730とによって形成される。
In addition, inside the
なお、バルブNCVは下プレート710と、パッキン720と、カバー740とによって形成され、バルブNOVは下プレート710とパッキン720とで形成される。バルブNCVはシリンジ部710cに試薬等を保存するために用いられる。バルブNOVは、DNAの増幅中に試薬等が移動しないように流路を閉鎖するために用いられる。
Valve NCV is formed by
また、窪み710c1、710c2の出口側に設けられたバルブNCVは、増幅流路710fの入口側に設けられたバルブNOVと、下プレート710に形成された流路で接続される。窪み710c3、710c4の出口側に設けられたバルブNCVは、パッキン720とで形成される塩基配列検出チップ100上の流路の入口と、下プレート710に形成された流路によって接続される。増幅流路710fの出口側に設けられたバルブNOVは、パッキン720とで形成される塩基配列検出チップ100上の流路の入口と、下プレート710に形成された流路によって接続される。パッキン720とで形成される塩基配列検出チップ100上の流路の出口は窪み710g1と、下プレート710に形成された流路によって接続される。
A valve NCV provided on the outlet side of the depressions 710c1 and 710c2 is connected to a valve NOV provided on the inlet side of the
図15に示すように、パッキン720には、窪み710c1、710c2、710c3、710c4に対応する領域にそれぞれ、上プレート730に向かって凸のドーム状の膨らみが設けられ、この膨らみと対応する窪み710c1、710c2、710c3、710c4によって、シリンジ部710cのタンクが形成される。また、パッキン720は、バルブNCVおよびバルブNOVが形成される領域に、後述するように断面がチューブ構造を有し、このチューブ構造と下プレート710とによって流路を形成する。このチューブ構造に対応する下プレート710の領域は溝が形成されず、平坦となっている。また、下プレートに形成された流路用の溝を覆う、パッキン720の面は平坦となっている。パッキンの平坦な面と溝とにより流路が形成される。
As shown in FIG. 15, the packing 720 is provided with dome-shaped bulges protruding toward the
また、パッキン720には、窪み710g1,710g2に対応する領域に開口が設けられるとともに、塩基配列検出チップ100の端子が設けられている領域に対応して開口が設けられている。したがって、搭載される塩基配列検出チップ100が図9に示すチップである場合には、開口は2個必要となる。
The packing 720 has openings in regions corresponding to the recesses 710g1 and 710g2, and openings corresponding to regions in which the terminals of the base
上プレート730には、パッキン720の膨らみに対応する領域に第1開口が設けられている。この第1開口を通して、図示しないDNA配列検出制御装置からロッドが延びてタンクの上面、すなわちパッキン720の膨らみの上面を押すことにより、タンクから液が流路に放出される。このとき、タンクの出口側に設けられているバルブNCVは開状態にする。また、上プレート730には、塩基配列検出チップ100の端子が設けられている領域に対応して第2開口が設けられている。第1開口が設けられている領域は、第2開口が設けられている領域に比べて上面の位置が低くなっている。この第1開口が設けられている領域にカバー740が取り付けられる。また、第1開口が設けられている領域には、バルブNCVに対応する領域に開口が設けられている。
なお、上述の実施形態では核酸の検出を目的とした塩基配列検出チップを想定したが、これに限らず、タンパク質、糖鎖などのバイオ分子を検出するバイオチップでも、上述の実施形態と同様のチップ構造および同様のチップ製造方法を用いることができる。 In the above-described embodiments, base sequence detection chips are assumed for the purpose of detecting nucleic acids. Chip structures and similar chip manufacturing methods can be used.
以上に示した本実施形態によれば、検出電極からの電流値が許容範囲ではない場合に、許容範囲を超えた超過電流値に応じて、超過電流値に対応する面積比を有する部分電極に接続される電流経路を遮断する。これにより、例えば、電流値が既定値または許容範囲よりも大きいために従前では不良品と判定される場合でも、経路を切断するという後処理により正常品として出荷できるため、廃棄ロスを削減でき、結果として歩留まりを改善できる。 According to the present embodiment described above, when the current value from the detection electrode is not within the allowable range, the partial electrodes having the area ratio corresponding to the excess current value correspond to the excess current value exceeding the allowable range. Cut off the connected current path. As a result, for example, even if the current value is larger than the default value or the allowable range, even if the product is judged to be defective in the past, it can be shipped as a normal product by cutting the path after processing, reducing disposal loss. As a result, yield can be improved.
以上説明した少なくとも1つの実施形態によれば、歩留まりを改善できる。 According to at least one embodiment described above, yield can be improved.
いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更、実施形態同士の組み合わせを行なうことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。 While several embodiments have been described, these embodiments are provided by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, changes, and combinations of embodiments can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and their modifications are included in the scope and spirit of the invention, as well as the scope of the invention described in the claims and equivalents thereof.
1 基板
2 検出電極
3 電流経路
4 テスト端子
11 DNAプローブ
12 標的DNA
13 還元剤
21 第1部分電極
22 第2部分電極
23 第3部分電極
25 滴下領域
31 第1電流経路
32 第2電流経路
33 第3電流経路
91 検出電極群
92 検出端子
93 電極パッド
100 塩基配列検出チップ
710 下プレート
710a 土手(bank)
710b 開口
710b1 支持部
710c シリンジ部
710d1,710d2,710d3,710d4 注入部
710e1,710e2,710e3,710e4 空気抜き口
710f 増幅流路
711g1,711g2 廃液タンク
720 パッキン
730 上プレート
740 カバー
750 キャップ
REFERENCE SIGNS
13 reducing
710b opening
Claims (11)
一方が前記複数の部分電極それぞれに接続され、他方が電流検出系へと接続される電流経路と、
前記検出電極上に固定される、対象の塩基配列を検出するための塩基配列を有するプローブと、
を具備する塩基配列検出チップ。 a detection electrode having a plurality of partial electrodes;
a current path one of which is connected to each of the plurality of partial electrodes and the other of which is connected to a current detection system;
a probe having a base sequence for detecting a target base sequence immobilized on the detection electrode;
A base sequence detection chip comprising:
同一の対象を検出する複数の検出電極でそれぞれ発生した電気信号をまとめて取り出す電極パッドをさらに具備する、請求項5に記載の塩基配列検出チップ。 a plurality of said detection electrodes and corresponding said terminals;
6. The base sequence detection chip according to claim 5, further comprising an electrode pad for collectively taking out electrical signals respectively generated by a plurality of detection electrodes for detecting the same target.
複数の検出電極の出力に基づいて、対象の有無が検出される、請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の塩基配列検出チップ。 A plurality of the detection electrodes exist,
7. The base sequence detection chip according to any one of claims 1 to 6, wherein the presence or absence of a target is detected based on outputs from a plurality of detection electrodes.
前記塩基配列検出チップを格納する格納部と、
対象となる塩基配列を含むサンプルを保存する第1タンクと、
前記塩基配列検出チップの検出電極上で酸化還元電流を発生させるための挿入剤を保存する第2タンクと、
前記格納部、前記第1タンクおよび前記第2タンクが形成される筐体と、
を具備する塩基配列検出カートリッジ。 a base sequence detection chip according to any one of claims 1 to 7;
a storage unit for storing the base sequence detection chip;
a first tank for storing a sample containing a base sequence of interest;
a second tank for storing an intercalating agent for generating an oxidation-reduction current on the detection electrode of the base sequence detection chip;
a housing in which the storage section, the first tank, and the second tank are formed;
A base sequence detection cartridge comprising:
前記電流値が許容範囲内ではない場合、前記電流値に基づいて電流を検出させない部分電極を決定する決定工程と、
前記決定された部分電極に接続される電流経路を切断する切断工程と、
を具備するチップ製造方法。 8. The base sequence detection chip according to any one of claims 1 to 7, wherein a determination step of determining whether a current value from a detection electrode formed of a plurality of partial electrodes is within an allowable range; ,
determining, if the current value is not within the allowable range, a partial electrode that does not allow current to be detected based on the current value;
a cutting step of cutting the current path connected to the determined partial electrode;
A chip manufacturing method comprising:
10. The chip manufacturing method according to claim 9, wherein said determining step determines that said current value is not within an allowable range when a pixel value of said detection electrode image is smaller than a threshold value.
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