JP4121762B2 - Fluorescence detection support - Google Patents

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JP4121762B2 JP2002093308A JP2002093308A JP4121762B2 JP 4121762 B2 JP4121762 B2 JP 4121762B2 JP 2002093308 A JP2002093308 A JP 2002093308A JP 2002093308 A JP2002093308 A JP 2002093308A JP 4121762 B2 JP4121762 B2 JP 4121762B2
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【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、蛍光標識した試料を検出するための、蛍光検出用支持体に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、生体物質の高感度な検出技術が盛んに報告されつつあり、特に遺伝子のようなナノスケールの被検試料についての研究も可能になってきている。例えば、検出すべき遺伝子についての発現頻度を検出する手法として、核酸プローブアレイによる解析が行われている。核酸ハイブリダイゼーション反応による検出を行う支持体として、従来はナイロン膜を用いて、DNAの+電荷を利用してプローブDNAを基板上に固相化していた(特願平10−311164号公報)。ハイブリダイゼーション反応後の検出は、化学発光やラジオアイソトープにて行っている。
【0003】
近年は、マイクロアレイ技術により一定規格のスライドグラス(約7.5cm×2.5cm)を用いて、多種類のプローブDNAを高密度に固相化する方法(特願平11−189360号公報)と、フォトリソグラフィー技術により半導体基板にDNAプローブを合成する方法とが知られている。これらのマイクロアレイ技術を用いることにより、ナイロン膜では1つのスポットが3mm〜5mmであったが、ガラス基板では100μm〜300μmの極微小なスポットが可能になっており、高密度化が図れる。またナイロン膜と異なり、ガラスやシリコン基板は蛍光が少ないためハイブリダイゼーション結果を蛍光検出により行うことが可能になっている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように近年、DNAの解析においては多数の異なったDNAプローブを、ガラスなどの固相基板上に100μm〜300μmの極微小なスポットサイズで高密度に固定し、その上に標識DNAをハイブリダイズさせ、各々のプローブからのシグナルを自動検出器で検出し、そのデータをコンピュータで大量解析している。しかしながら、これには次のような問題がある。
【0005】
ガラスやシリコン基板においては、ナイロン膜と比較し、反応し得る表面積が少ないため、プローブDNA固相化量が少ない。一方、遺伝子の発現頻度などの測定においては、発現頻度の低い遺伝子は非常に弱い蛍光強度しか得られない。そのため、高精度の測定を行うためにはより高感度の検出が望ましいが、共焦点光学系と光電子倍増管を組み合わせた現技術では、限界に近い高感度化を計っても不十分な場合がある。また、従来マイクロアレイ用蛍光検出基板として市販されているガラス基板は、その感度を向上させるために特別な表面研磨処理等を施しているため、比較的高価である。
【0006】
従って、本発明は、励起光の増強や光電子倍増管などの検出光学系を変えることなく、効率的な蛍光検出が可能であり、かつ低価格で製造できる支持体構造を提供しようとするものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明の蛍光検出用支持体は、波長λの入射光により励起される蛍光色素で標識した試料を固定し、前記入射光の照射により前記蛍光色素からの蛍光を検出するための蛍光検出用支持体であって、基材の表面に少なくとも1層からなる薄膜が形成されており、薄膜の光学的膜厚nd(nは屈折率、dは膜厚を表す)がλ/4の奇数倍±λ/10の範囲であり、前記基材は前記薄膜より大きな屈折率を有することを特徴とする。
【0008】
薄膜は、具体的には、1層または多層の絶縁性被膜であることが好ましい。
【0009】
基材の屈折率は薄膜より大きくかつ入射光に対する反射率は80%以上であることが好ましく、具体的には基材は、シリコン、アルミニウム、クロム、および金からなる群の中から選ばれる少なくとも1種の金属または半導体で形成されることが好ましい。また、基材の表面は溝構造を有していてもよい。
【0010】
【発明の実施の形態】
本発明者らは、蛍光標識した試料を多層膜構造の支持体上に固定し、蛍光検出を行うと、特定の膜厚において蛍光強度が増強されることを見出した。その理由は明確でないが、入射光と膜厚の関係を見ると反射光強度が最低の条件で高い蛍光強度を示すことが明らかとなった。本発明はこの知見に基づく。
【0011】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明するが、これらは本発明を限定するものではなく、本発明の主旨に沿って、種々の置換、付加等の変更ができる。
【0012】
図1は、本発明の支持体の一実施の形態を示した模式図(図1a)、およびその支持体を用いて蛍光励起を行った場合の原理図(図1b)を示す。図1aは、基材1に薄膜2が形成され、その上に蛍光色素で標識した試料3が固定されている様子を示している。
【0013】
ここで、上述したように、反射強度が最低の条件では高い蛍光強度が得られることが分かっているが、その原理は次のようであると考えられる。図1bは、図1aの支持体に励起光を照射し、蛍光の励起を行った様子を示している。蛍光の励起光(入射光4)を支持体に入射すると、入射光4の波長λに対し膜厚dと屈折率nの積がλ/4の奇数倍に相当する条件では、基材1の表面と薄膜2の表面の間で多重反射5が起きていると想定される。このとき、入射光4は薄膜2内に閉じ込められ、かつ干渉作用により互いに強め合い、試料3に照射される。従って、支持体において反射された入射光4が効率的に利用され、より高強度の蛍光6が得られるものと想定される。即ち、同一の検出光学系を使っても、高感化が期待できる。
【0014】
本発明の支持体の寸法は特に制限は無いが、例えばストリップ状の支持体であれば、その汎用性から、一定規格のスライドグラス(約7.5cm×2.5cm)の寸法であることが好ましい。
【0015】
本発明の支持体を構成する薄膜は、蛍光物質から放出された蛍光のクエンチングを防止するために絶縁性被膜を用いることが好ましい。薄膜の入射光の透過率は、80%以上であることが好ましく、90%以上であることが特に好ましい。具体的な例としては、シリコン酸化膜、酸化アルミ等を用いることが可能であり、また、透明性が高く、蛍光を発しないものであればプラスチック薄膜を用いることもできるが、これらに限定されない。薄膜は、通常の薄膜の形成に用いられる方法により形成され、例えば熱酸化により形成される。膜厚は、反射光強度が最低の条件となるように調整する。即ち、薄膜の光学的膜厚nd(nは素材の屈折率、dは薄膜の厚さである)が、入射光λに対しλ/4の奇数倍±λ/10の範囲となるように調整する。また、膜厚は1mm以下であることが好ましい。
【0016】
薄膜は、基材の表面の少なくとも一部に形成され、全表面に形成されても良い。例えば、本発明の支持体をDNAアレイに使用しようとする場合は、DNAプローブが固相される部分に局部的に形成されても良い。厳密には表面に固定した固定対象物も光学的膜厚に含めて考慮することが好ましいが、現実的には膜厚制御が困難であり、また、固定対象物(DNAプローブ)の厚さは高々数十nm程度であるので、膜厚範囲の許容範囲としてみなすことができる。ここで、固定対象物としてDNAプローブを例として示したが、本発明の支持体に使用できる固定対象物は、蛍光標識ができるものであれば特に限定されず、例えば遺伝子を含む核酸、抗原、抗体、酵素を含むタンパク質、アレルゲン、ホルモンを含む生理活性物質、または細胞等を用いることができる。なお、固定する対象物がDNA等の核酸以外であっても、ある程度の光透過性を有している限り、任意の厚さおよび密度でもって固定対象物を固定化することができる。
【0017】
さらに、本発明の応用例として、光学的膜厚nd(屈折率と膜厚の積)が入射光の波長λに対しλ/4の奇数倍±λ/10の範囲にあるような複数の異なる膜厚部分を設けた1以上の支持体を用いれば、膜厚毎に異なる固定対象物を固定化したり、膜厚毎に異なる反応用試薬および/または被検試料と反応させることにより、多項目の検査を高い処理能力で検査できる可能性がある。
【0018】
本発明の支持体を構成する基材としては、薄膜を形成する表面において入射光を反射するものであれば、任意の材質のものを使用することができる。また、光吸収特性を有するものでも本質的には本発明に適用できる。場合によっては透過光を利用できるように光透過性を有するものであってもよいが、光反射性である方が、上述したように基材上の薄膜中で多重反射が起こって蛍光強度を増強できるので好ましい。即ち、基材表面における入射光の反射率が、80%以上であることが好ましく、反射率の高いものを使用することがより好ましい。具体的な例としては、シリコンなどの表面研磨半導体、またはアルミニウム、クロム、金などの表面研磨金属基材を用いることが可能であるが、これらに限定されない。
【0019】
なお、本発明の支持体の薄膜および基材は1層に限定されることなく、反射率が最低となる、即ち、薄膜の光学的膜厚ndが入射光の波長λに対しλ/4の奇数倍±λ/10の範囲にあるという条件を満たせば、多層構造でも良い。
【0020】
本発明の支持体の形状は、固定対象物を表面に固定化して蛍光検出を行うために使用可能な形状であれば、屈折率が薄膜より大きいという条件以外特に限定されない。支持体の表面は平坦である必要はなく、例えば図2に示すように溝形状でも良いし、逆に凸構造でも良い。図2に示すような溝構造では、その上部をカバーで覆うことにより、流路構造にして用いることも可能である。また、支持体の表面は曲面を有していても良く、断面が円形または楕円形であるような内壁を有する流路を形成してもよい。さらに、支持体は球形または多面体などの粒子状のものでもよい。この場合には、1以上の粒子状の支持体を液体中で懸濁させたり、沈降させたりして粒子の運動状態を加味した各種検出(例えば、粒子凝集分析法、蛍光相関分光法等)も可能となる上に、均質な混合液を得ることができる。また、支持体が棒状、糸状、繊維状、テープ状、ストリップ状の場合には、その外壁または端面に固定対象物を固定化することができる。
【0021】
以上のような構成とすることにより、入射光が有効に利用され、高感度に蛍光を検出できるので、本発明の支持体は、DNAプローブアレイなどの微量の試料の検出に有効に利用されることができる。さらに、基材および薄膜に用いる素材の選択により、従来使用されているマイクロアレイ用スライドガラスよりも高感度な蛍光検出用支持体が、はるかに低価格で製造することができる。
【0022】
【実施例】
以下、本発明を実施例により説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【0023】
<実施例1>
図3は、シリコン基板(屈折率:n=4.09,k=0.04)の表面に種々の膜厚のシリコン酸化膜を形成し、これに波長543nmの入射光を入射角90度で照射した場合の反射率を、計算により求めたものである。縦軸は反射率を、横軸はシリコン酸化膜の膜厚を表す。ここで、入射光の波長を543nmとしたのは、以下の実施例で蛍光測定に用いた装置の励起光の波長を用いたためである。この結果は計算結果であるが、実際の反射率測定結果も同様の結果を示した。この結果より、シリコン酸化膜の屈折率n:1.46と膜厚dの積ndがおおよそ入射光の波長λのλ/4の奇数倍のときで、基板の屈折率が薄膜より大きい条件で、反射率が最低となっていることが分かった。これは、無反射コーティングの条件nd=λ/4と類似の条件である。このことから、シリコン基板上に形成したシリコン酸化膜が入射光に対し選択吸収膜の様に機能していることが分かる。
【0024】
<実施例2>
平坦面からなる表面研磨したシリコン基板(直径4インチ、厚さ0.5mm、(100)面の単結晶シリコン製((株)セミテック))上に、シリコン酸化膜をそれぞれ100nm、200nm、300nm、400nm、480nmの厚さで形成したDNAプローブ固相用基板を準備した。酸化膜は、シリコン基板の表面をRCA洗浄した後、酸化炉で所定の膜厚になるように形成した。ここで、RCA洗浄は、過酸化水素:塩酸:純水=1:1:6の混合液で80℃、10分ボイル後、過酸化水素:アンモニア水:純水=1:1:6の混合液で80℃、10分ボイルしてから純水で流水洗浄することにより行った。また、比較のため市販のスライドガラス(白ガラス)とマイクロアレイ用スライドガラス(MA)を準備した。これらの基板に以下に示す手順でDNAプローブを固相し、ハイブリダイゼーション反応後、蛍光観察を行った。
【0025】
スライドの前処理法としては、一般的にはガラス基板をアルカリや酸などで洗浄を行う。その後、プローブDNA固相に必要な処理を行う。本実験では、シリコン酸化膜の厚さが変化するのを防ぐため弱アルカリと過酸化水素の混合液で洗浄を行った。表面はγ−アミノプロピルトリエトキシシランの1%希釈溶液を用いてシラン処理を行い、アミノ基を形成した。これを純水ですすぎ、乾燥後、ピンタイプアレイヤーであるSPBIO((株)日立ソフトウェアエンジニアリング製)を用いてプローブDNAの点着を行った。プローブ溶液には両側にアミノ基と結合するサイトを有するリンカー分子を混合し、このリンカー分子により基板表面のアミノ基とDNAプローブ末端のアミノ基を共有結合で固定する。基板側に固定化するプローブDNAは、5’NH化−CAT GCA TGA ATT GTT TTT TGC TCA TAC CCT 3’(30mer)の配列を有するオリゴヌクレオチドプローブである。スライド作製後、プローブDNAに対して相補的配列(5’ AGG GTA TGA GCA AAA AAC AAT TCA TGC ATG 3’)を有するオリゴヌクレオチドに5’末端蛍光標識を行ったものをターゲットDNAとしてハイブリダイゼーション反応を行った。今回用いた蛍光色素はCy3で、波長535nmの励起光で、560nmの蛍光を発する色素である。ハイブリダイゼーション反応後のスライドを、1×SSC(標準食塩−クエン酸緩衝液)で洗浄し、蛍光検出器ScanArray4000(GSI lumonics社製)を用いて検出した。但し、蛍光検出器ScanArray4000は装置構成上、波長543nmの励起光を用いた。各膜厚の基板について2枚ずつ実験を行い、各基板の蛍光強度を求めた。蛍光強度は、64スポットの平均値である。観察結果の実測値を表1に示した。また、図4は、縦軸に蛍光強度を取り、表1の結果をグラフに表したものである。
【0026】
【表1】

Figure 0004121762
【0027】
シリコン酸化膜を100nmから480nmまで変化させると、図に示すように周期的な強度変化を示した。また、蛍光強度の最大値は市販の白ガラスやマイクロアレイ用スライドガラスに比べ数倍の強度であった。この結果と図3を比較するとほぼ同様の周期的変化が認められ、すなわち励起光の反射率が低くなるほど高い蛍光強度が得られることが明らかになった。これは、反射率が低い条件で励起光を用いると、図1bに示した原理により効率的に蛍光色素を励起できるためと思われる。
【0028】
<実施例3>
次に、実施例2による検出結果に関して更に詳細な検討を行うため、シリコン酸化膜の厚さを細かく変化させ、60nm、80nm、100nm、120nm、140nmとしたDNAプローブ固相用基板で実験を行った。他の実験条件は実施例2に記載の条件と同一である。その結果を図5に示す。蛍光強度は80nmの膜厚で最大となった。図3の反射率の測定においては約90nmに極小値を示しており、多少のずれはあるものの、図4と同様の傾向を示したことから、反射率と蛍光強度は同様の周期で変化すると考えられる。
【0029】
これらの実験結果から蛍光観察用支持体を多層膜構造にして励起光の反射率を最小にするような薄膜を形成することにより、より高感度の蛍光観察が可能であることが分かった。
【0030】
上記実施例1ないし3の結果から計算すると、シリコン酸化膜とシリコン基板構造においては、反射率が約30%以下であれば市販の白ガラスやマイクロアレイ用スライドガラスに比べて高い蛍光強度が観察され、それ以上の反射率では逆に市販のものよりも悪い結果が得られた。この結果を一般的な構造に適用すると光学的膜厚ndがλ/4の奇数倍±λ/10以内とすることにより、市販の白ガラスやマイクロアレイ用スライドガラスに比べ良好な結果が得られることが分かった。
【0031】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、励起光の増強や光電子倍増管などの検出光学系を変えることなく、効率的な蛍光検出が可能であり、かつ低価格で製造できる支持体構造が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の支持体の一実施の形態を示した模式図(a)、およびその支持体を用いて蛍光励起を行った場合の原理図(b)。
【図2】本発明の蛍光検出用支持体の表面に溝構造を有する場合の支持体の構成図。
【図3】シリコン基板上にシリコン酸化物膜を形成したときの単層膜の反射率を表すグラフ。
【図4】シリコン基板上に種々の膜厚のシリコン酸化物膜を形成した支持体上の蛍光標識物質に励起光を照射した場合の蛍光強度を表すグラフ。
【図5】シリコン基板上に種々の膜厚のシリコン酸化物膜を形成した支持体上の蛍光標識物質に励起光を照射した場合の蛍光強度を表すグラフ。
【符号の説明】
1…基材
2…薄膜
3…試料
4…励起光
5…多重反射
6…放射光[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a fluorescence detection support for detecting a fluorescently labeled sample.
[0002]
[Prior art]
In recent years, highly sensitive detection techniques for biological materials have been actively reported, and research on nanoscale test samples such as genes has become possible. For example, analysis using a nucleic acid probe array is performed as a technique for detecting the expression frequency of a gene to be detected. Conventionally, a nylon membrane was used as a support for detection by a nucleic acid hybridization reaction, and probe DNA was immobilized on a substrate by utilizing the + charge of DNA (Japanese Patent Application No. 10-311164). Detection after the hybridization reaction is performed by chemiluminescence or radioisotope.
[0003]
In recent years, a method of immobilizing many kinds of probe DNAs at high density using a slide glass (about 7.5 cm × 2.5 cm) of a certain standard by microarray technology (Japanese Patent Application No. 11-189360) and A method of synthesizing a DNA probe on a semiconductor substrate by a photolithography technique is known. By using these microarray technologies, one spot is 3 mm to 5 mm in the nylon film, but a very small spot of 100 μm to 300 μm is possible on the glass substrate, and high density can be achieved. Unlike nylon membranes, glass and silicon substrates have little fluorescence, so hybridization results can be obtained by fluorescence detection.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, in recent years, in DNA analysis, a large number of different DNA probes are immobilized on a solid phase substrate such as glass with a very small spot size of 100 μm to 300 μm, and labeled DNA is hybridized thereon. The signal from each probe is detected with an automatic detector, and the data is mass analyzed with a computer. However, this has the following problems.
[0005]
In a glass or silicon substrate, the amount of probe DNA immobilized is small because the surface area capable of reaction is small compared to a nylon membrane. On the other hand, in the measurement of gene expression frequency or the like, a gene with low expression frequency can obtain only a very weak fluorescence intensity. For this reason, detection with higher sensitivity is desirable in order to perform high-accuracy measurement, but the current technology that combines a confocal optical system and a photomultiplier tube may not be sufficient to achieve high sensitivity close to the limit. is there. In addition, a glass substrate that is commercially available as a fluorescence detection substrate for microarrays in the past is relatively expensive because it has been subjected to a special surface polishing treatment or the like in order to improve its sensitivity.
[0006]
Therefore, the present invention intends to provide a support structure that enables efficient fluorescence detection and can be manufactured at low cost without changing the detection optical system such as enhancement of excitation light and photomultiplier tube. is there.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The fluorescent detection support of the present invention is a fluorescent detection support for fixing a sample labeled with a fluorescent dye excited by incident light having a wavelength λ and detecting fluorescence from the fluorescent dye by irradiation with the incident light. A thin film comprising at least one layer is formed on the surface of the substrate, and the optical film thickness nd of the thin film (where n is a refractive index and d is a film thickness) is an odd multiple of λ / 4 ± In the range of λ / 10, the base material has a refractive index larger than that of the thin film .
[0008]
Specifically, the thin film is preferably a single-layer or multilayer insulating film.
[0009]
The refractive index of the substrate is preferably larger than that of the thin film and the reflectance with respect to incident light is preferably 80% or more. Specifically, the substrate is at least selected from the group consisting of silicon, aluminum, chromium, and gold. It is preferably formed of one kind of metal or semiconductor. Further, the surface of the base material may have a groove structure.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The present inventors have found that when a fluorescently labeled sample is fixed on a support having a multilayer structure and fluorescence detection is performed, the fluorescence intensity is enhanced at a specific film thickness. The reason for this is not clear, but when the relationship between the incident light and the film thickness is observed, it has been clarified that the reflected light intensity exhibits a high fluorescence intensity under the lowest conditions. The present invention is based on this finding.
[0011]
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, these do not limit the present invention, and various substitutions, additions, and the like can be made in accordance with the gist of the present invention.
[0012]
FIG. 1 shows a schematic diagram (FIG. 1a) showing an embodiment of the support of the present invention and a principle diagram (FIG. 1b) when fluorescence excitation is performed using the support. FIG. 1a shows a state in which a thin film 2 is formed on a substrate 1, and a sample 3 labeled with a fluorescent dye is fixed thereon.
[0013]
Here, as described above, it is known that a high fluorescence intensity can be obtained under the condition of the lowest reflection intensity, but the principle is considered as follows. FIG. 1b shows a state where excitation light is applied to the support of FIG. 1a to excite fluorescence. When fluorescent excitation light (incident light 4) is incident on the support, the product of the film thickness d and the refractive index n with respect to the wavelength λ of the incident light 4 corresponds to an odd multiple of λ / 4. It is assumed that multiple reflection 5 occurs between the surface and the surface of the thin film 2. At this time, the incident light 4 is confined in the thin film 2, strengthens each other by the interference action, and is irradiated to the sample 3. Therefore, it is assumed that the incident light 4 reflected on the support is efficiently used, and higher-intensity fluorescence 6 is obtained. That is, even if the same detection optical system is used, high sensitivity can be expected.
[0014]
The size of the support of the present invention is not particularly limited. For example, in the case of a strip-shaped support, the size of a standard slide glass (about 7.5 cm × 2.5 cm) may be used due to its versatility. preferable.
[0015]
The thin film constituting the support of the present invention preferably uses an insulating coating in order to prevent quenching of the fluorescence emitted from the fluorescent material. The incident light transmittance of the thin film is preferably 80% or more, and particularly preferably 90% or more. As a specific example, a silicon oxide film, aluminum oxide or the like can be used, and a plastic thin film can be used as long as it is highly transparent and does not emit fluorescence, but is not limited thereto. . A thin film is formed by the method used for formation of a normal thin film, for example, is formed by thermal oxidation. The film thickness is adjusted so that the reflected light intensity is the minimum condition. That is, the optical film thickness nd of the thin film (where n is the refractive index of the material and d is the thickness of the thin film) is adjusted to be in the range of odd multiples of λ / 4 ± λ / 10 with respect to the incident light λ. To do. The film thickness is preferably 1 mm or less.
[0016]
The thin film may be formed on at least a part of the surface of the substrate and formed on the entire surface. For example, when the support of the present invention is to be used for a DNA array, it may be locally formed on the portion where the DNA probe is solid-phased. Strictly speaking, it is preferable to consider the fixed object fixed on the surface in the optical film thickness, but in reality, it is difficult to control the film thickness, and the thickness of the fixed object (DNA probe) is Since it is about several tens of nm at most, it can be regarded as an allowable range of the film thickness range. Here, a DNA probe is shown as an example of the immobilization target, but the immobilization target that can be used for the support of the present invention is not particularly limited as long as it can be fluorescently labeled. For example, a nucleic acid containing a gene, an antigen, Antibodies, proteins including enzymes, allergens, physiologically active substances including hormones, cells, and the like can be used. Even if the object to be fixed is other than a nucleic acid such as DNA, the object to be fixed can be fixed with an arbitrary thickness and density as long as it has a certain light transmittance.
[0017]
Further, as an application example of the present invention, a plurality of different optical film thicknesses nd (product of refractive index and film thickness) are in the range of an odd multiple of λ / 4 ± λ / 10 with respect to the wavelength λ of incident light. By using one or more supports provided with a film thickness portion, multiple fixed items can be fixed for each film thickness, or reacted with a reagent for reaction and / or a test sample different for each film thickness. There is a possibility that this inspection can be performed with a high processing capacity.
[0018]
As the base material constituting the support of the present invention, any material can be used as long as it reflects incident light on the surface on which the thin film is formed. In addition, even those having light absorption characteristics are essentially applicable to the present invention. In some cases, it may be light transmissive so that transmitted light can be used. However, as described above, multiple reflection occurs in the thin film on the base material to increase the fluorescence intensity. This is preferable because it can be enhanced. That is, the reflectance of incident light on the substrate surface is preferably 80% or more, and it is more preferable to use a material having a high reflectance. As a specific example, a surface-polishing semiconductor such as silicon or a surface-polishing metal substrate such as aluminum, chromium, or gold can be used, but is not limited thereto.
[0019]
The thin film and substrate of the support of the present invention are not limited to one layer, and the reflectance is lowest, that is, the optical film thickness nd of the thin film is λ / 4 with respect to the wavelength λ of incident light. A multilayer structure may be used as long as the condition of being an odd multiple of ± λ / 10 is satisfied.
[0020]
The shape of the support of the present invention is not particularly limited as long as the refractive index is larger than that of the thin film, as long as it is a shape that can be used for fluorescence detection by fixing an object to be fixed on the surface. The surface of the support need not be flat. For example, a groove shape as shown in FIG. 2 or a convex structure may be used. The groove structure as shown in FIG. 2 can be used as a channel structure by covering the upper part with a cover. Further, the surface of the support may have a curved surface, and may form a flow path having an inner wall whose cross section is circular or elliptical. Further, the support may be in the form of particles such as a sphere or a polyhedron. In this case, various types of detection (for example, particle agglutination analysis, fluorescence correlation spectroscopy, etc.) taking into account the motion state of particles by suspending or sedimenting one or more particulate supports in a liquid. In addition, a homogeneous mixed solution can be obtained. Further, when the support is rod-shaped, thread-shaped, fiber-shaped, tape-shaped, or strip-shaped, the object to be fixed can be fixed to the outer wall or the end surface.
[0021]
With the configuration as described above, incident light is effectively used and fluorescence can be detected with high sensitivity. Therefore, the support of the present invention is effectively used for detecting a small amount of sample such as a DNA probe array. be able to. Furthermore, by selecting the material used for the substrate and the thin film, a fluorescence detection support that is more sensitive than conventionally used glass slides for microarrays can be produced at a much lower cost.
[0022]
【Example】
EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention, this invention is not limited to these.
[0023]
<Example 1>
In FIG. 3, silicon oxide films having various thicknesses are formed on the surface of a silicon substrate (refractive index: n = 4.09, k = 0.04), and incident light having a wavelength of 543 nm is incident on the surface at an incident angle of 90 degrees. The reflectance when irradiated is obtained by calculation. The vertical axis represents the reflectance, and the horizontal axis represents the thickness of the silicon oxide film. Here, the reason why the wavelength of the incident light is set to 543 nm is that the wavelength of the excitation light of the apparatus used for fluorescence measurement in the following examples is used. Although this result is a calculation result, the actual reflectance measurement result also showed the same result. From this result, when the product nd of the refractive index n: 1.46 of the silicon oxide film and the film thickness d is approximately an odd multiple of λ / 4 of the wavelength λ of the incident light, the refractive index of the substrate is larger than that of the thin film. It was found that the reflectance was the lowest. This is a condition similar to the condition nd = λ / 4 for the antireflection coating. From this, it can be seen that the silicon oxide film formed on the silicon substrate functions like a selective absorption film for incident light.
[0024]
<Example 2>
A silicon oxide film of 100 nm, 200 nm, 300 nm, and 100 nm on a flat-surface-polished silicon substrate (diameter 4 inches, thickness 0.5 mm, (100) plane single crystal silicon (Semitech Co., Ltd.)), respectively. A DNA probe solid phase substrate formed with a thickness of 400 nm and 480 nm was prepared. The oxide film was formed to have a predetermined film thickness in an oxidation furnace after RCA cleaning of the surface of the silicon substrate. Here, the RCA cleaning is performed by boiling at 80 ° C. for 10 minutes with a mixed solution of hydrogen peroxide: hydrochloric acid: pure water = 1: 1: 6, followed by mixing of hydrogen peroxide: ammonia water: pure water = 1: 1: 6. The solution was boiled at 80 ° C. for 10 minutes and then washed with pure water. For comparison, a commercially available slide glass (white glass) and a slide glass for microarray (MA) were prepared. A DNA probe was solid-phased on these substrates by the following procedure, and fluorescence observation was performed after the hybridization reaction.
[0025]
As a slide pretreatment method, a glass substrate is generally washed with alkali or acid. Thereafter, necessary processing is performed on the probe DNA solid phase. In this experiment, cleaning was performed with a mixed solution of weak alkali and hydrogen peroxide to prevent the thickness of the silicon oxide film from changing. The surface was subjected to silane treatment using a 1% diluted solution of γ-aminopropyltriethoxysilane to form amino groups. This was rinsed with pure water, and after drying, probe DNA was spotted using SPBIO (manufactured by Hitachi Software Engineering Co., Ltd.) which is a pin type arrayer. The probe solution is mixed with a linker molecule having a site that binds to an amino group on both sides, and the amino group on the substrate surface and the amino group at the end of the DNA probe are covalently fixed by this linker molecule. The probe DNA to be immobilized on the substrate side is an oligonucleotide probe having the sequence of 5′-NH-CAT GCA TGA ATT GTT TTT TGC TCA TAC CCT 3 ′ (30 mer). After the slide was prepared, a hybridization reaction was carried out using a 5'-terminal fluorescently labeled oligonucleotide having a sequence complementary to the probe DNA (5 'AGG GTA TGA GCA AAA AAC AAT TCA TGC ATG 3') as the target DNA. went. The fluorescent dye used this time is Cy3, and is a dye that emits fluorescence at 560 nm with excitation light having a wavelength of 535 nm. The slide after the hybridization reaction was washed with 1 × SSC (standard saline-citrate buffer) and detected using a fluorescence detector ScanArray 4000 (manufactured by GSI luminics). However, the fluorescence detector ScanArray 4000 used excitation light having a wavelength of 543 nm due to the device configuration. Experiments were performed on two substrates of each film thickness to determine the fluorescence intensity of each substrate. The fluorescence intensity is an average value of 64 spots. The measured values of the observation results are shown in Table 1. FIG. 4 shows the results of Table 1 in a graph with the fluorescence intensity on the vertical axis.
[0026]
[Table 1]
Figure 0004121762
[0027]
When the silicon oxide film was changed from 100 nm to 480 nm, a periodic intensity change was shown as shown in the figure. Moreover, the maximum value of the fluorescence intensity was several times that of commercially available white glass and microarray slide glass. Comparing this result with FIG. 3, it was found that almost the same periodic change was observed, that is, a higher fluorescence intensity was obtained as the reflectance of the excitation light decreased. This seems to be because when the excitation light is used under a low reflectance condition, the fluorescent dye can be efficiently excited by the principle shown in FIG. 1b.
[0028]
<Example 3>
Next, in order to conduct a more detailed study on the detection results of Example 2, experiments were conducted with DNA probe solid phase substrates having a thickness of 60 nm, 80 nm, 100 nm, 120 nm, and 140 nm with fine changes in the thickness of the silicon oxide film. It was. Other experimental conditions are the same as those described in Example 2. The result is shown in FIG. The fluorescence intensity reached its maximum at a film thickness of 80 nm. In the measurement of the reflectance in FIG. 3, a minimum value is shown at about 90 nm, and although there is a slight deviation, the same tendency as in FIG. 4 is shown. Therefore, the reflectance and the fluorescence intensity change with the same period. Conceivable.
[0029]
From these experimental results, it was found that fluorescence observation with higher sensitivity is possible by forming a fluorescent observation support with a multilayer film structure and forming a thin film that minimizes the reflectance of excitation light.
[0030]
When calculated from the results of Examples 1 to 3, in the silicon oxide film and the silicon substrate structure, if the reflectivity is about 30% or less, a higher fluorescence intensity is observed as compared with commercially available white glass or microarray slide glass. On the contrary, the reflectance higher than that of the commercially available one was obtained. When this result is applied to a general structure, the optical film thickness nd is an odd multiple of λ / 4 ± λ / 10 or less, so that a better result can be obtained than commercially available white glass or microarray slide glass. I understood.
[0031]
【The invention's effect】
As described in detail above, according to the present invention, a support structure that can efficiently detect fluorescence without changing the detection optical system such as enhancement of excitation light or photomultiplier tube, and can be manufactured at low cost. Is provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram (a) showing an embodiment of a support of the present invention, and a principle diagram (b) when fluorescence excitation is performed using the support.
FIG. 2 is a configuration diagram of the support when the surface of the support for fluorescence detection according to the present invention has a groove structure.
FIG. 3 is a graph showing the reflectance of a single layer film when a silicon oxide film is formed on a silicon substrate.
FIG. 4 is a graph showing fluorescence intensity when excitation light is irradiated to a fluorescent labeling material on a support in which silicon oxide films having various thicknesses are formed on a silicon substrate.
FIG. 5 is a graph showing fluorescence intensity when excitation light is irradiated to a fluorescent labeling substance on a support in which silicon oxide films having various thicknesses are formed on a silicon substrate.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Base material 2 ... Thin film 3 ... Sample 4 ... Excitation light 5 ... Multiple reflection 6 ... Radiation light

Claims (6)

波長λの入射光により励起される蛍光色素で標識した試料を固定し、前記入射光の照射による前記蛍光色素からの蛍光を検出するための蛍光検出用支持体であって、
基材の表面に少なくとも1層からなる薄膜が形成されており、前記薄膜の光学的膜厚nd(nは屈折率、dは膜厚を表す)がλ/4の奇数倍±λ/10の範囲であり、前記基材は前記薄膜より大きな屈折率を有することを特徴とする蛍光検出用支持体。
A fluorescent detection support for fixing a sample labeled with a fluorescent dye excited by incident light of wavelength λ and detecting fluorescence from the fluorescent dye by irradiation of the incident light,
A thin film consisting of at least one layer is formed on the surface of the substrate, and the optical film thickness nd (n is a refractive index and d is a film thickness) of the thin film is an odd multiple of λ / 4 ± λ / 10. A support for fluorescence detection , wherein the substrate has a refractive index greater than that of the thin film .
前記薄膜は入射光の透過率が90%以上であることを特徴とする請求項1記載の蛍光検出用支持体。  2. The support for fluorescence detection according to claim 1, wherein the thin film has a transmittance of incident light of 90% or more. 前記薄膜が、1層または多層の絶縁性被膜であることを特徴とする請求項1または2記載の蛍光検出用支持体。  The support for fluorescence detection according to claim 1 or 2, wherein the thin film is a single-layer or multi-layer insulating film. 前記基材は入射光に対する反射率が80%以上であることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1項記載の蛍光検出用支持体。 The support for fluorescence detection according to any one of claims 1 to 3, wherein the base material has a reflectance of 80% or more with respect to incident light . 前記基材が、シリコン、またはアルミニウム、クロム、および金からなる群の中から選ばれる少なくとも1種の金属または半導体で形成されることを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1項記載の蛍光検出用支持体。  The said base material is formed with the at least 1 sort (s) of metal or semiconductor chosen from the group which consists of a silicon | silicone or aluminum, chromium, and gold | metal | money, The any one of Claim 1 thru | or 4 characterized by the above-mentioned. Support for fluorescence detection. 前記基材の表面が溝構造を有することを特徴とする請求項1ないし5のいずれか1項記載の蛍光検出用支持体。  The support for fluorescence detection according to any one of claims 1 to 5, wherein the surface of the substrate has a groove structure.
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