JP4193345B2 - 生体高分子の遺伝子配列を計測するための測定装置 - Google Patents
生体高分子の遺伝子配列を計測するための測定装置 Download PDFInfo
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- B01L3/502—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
- B01L3/5027—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＤＮＡ等の生体高分子の遺伝子配列を計測する装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
特表平１１−５１２６０５に記載のハイブリダイゼーション用のＤＮＡチップは、基板上に多数の電極を設け、各電極に電流源を接続したものである。電極数は100〜10000程度であり、一般に各電極には異なったＤＮＡが固定される。
【０００３】
このように既知のＤＮＡが固定された基板上に未知のＤＮＡを流してハイブリダイゼーションすることにより、対応するＤＮＡ配列に未知のＤＮＡを結合させることができる。未知のＤＮＡ側に蛍光試薬を結合しておけば、既知のＤＮＡと結合した未知のＤＮＡ配列を知ることができる。
【０００４】
以下更に詳しく説明する。図６に示すように、既知のＤＮＡ２が固定化された電極１にプラスの電圧を印加する。ＤＮＡは負に帯電しているため、未知のＤＮＡ３は図６の（ｂ）に示すようにＤＮＡ２が固定化された電極１に引き寄せられる。これにより、数時間かかっていたハイブリダイゼーションは数十秒で完了する。
【０００５】
また、図７（ａ）に示すように誤った配列で結合した場合は、その結合力が弱いため、ハイブリダイゼーションの後で逆に電極１に弱いマイナスの電圧を印加することにより図７の（ｂ）に示すように外すことができる。これによってSNPs（１塩基多型）のような１塩基の違いも高精度で測定することができる。
【０００６】
このようなＤＮＡチップは、例えば検出系と組み合わせた流体系等と共にカートリッジに収められている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このようなＤＮＡチップには次のような課題があった。
（１）一般にカートリッジは使い捨てであるが、そのカートリッジに多数の電極および電気的接続端子を設置しなければならないため、カートリッジが高価格となる。また、対応する読取り機側にも、電極構造とその処理回路が必要であり、装置全体も高価となる。
（２）ＤＮＡチップとの電気接続部は電極構造であり、接液する金属表面は電気化学的ノイズやゆらぎを発生しやすい。また、読取り機側の端子との電気的接触も不良を起こしやすい。
（３）カートリッジの電極およびその電気取り出し端子が必要であり、カートリッジが大型となる。また読取り機も端子や電圧印加回路等が必要となる。
【０００８】
本発明の目的は、上記の課題を解決するもので、小型の容器を用い、安価で高信頼性の保証された、生体高分子の遺伝子配列を計測するための装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、請求項１の発明では、遺伝子配列のハイブリダイゼーションを測定する測定装置において、前記遺伝子配列からなる生体高分子を含み測定装置から取り外しが可能に形成された容器と、この容器と電気的に絶縁されて容器を挟むように設置され、容器に電界を与えるための電極とを備えたことを特徴とする。
【００１０】
このような構成によれば次のような効果が生じる。
容器に電極から電界を与えると、浮遊している生体高分子が正電極側に引き寄せられ、ハイブリダイゼーションが高速化できる。
容器には電極および電気的接続端子が不要であるため安価であり、また対応する読み取り機側には電極構造とその処理回路が１対で済むため、装置全体としても安価である。
更に、容器には電極構造がないため電気化学的ノイズやゆらぎが発生しにくく、読み取り機側の端子との電気的接続不良も発生しない。
また、容器の電極およびその電気取り出し端子が不要であり、容器は小型となり、読み取り機側も電極や電圧印加回路等が１対だけであるため小型となる。
【００１１】
この場合、請求項２のように、電極に印加する電界方向を変化させる手段を備えると、誤ったハイブリダイゼーションを容易に剥離することができる。
【００１２】
また、請求項３のように容器をフィルムにより形成することもできる。フィルムにするとサイトと電極を容易に近接させることができ、電場の位置を高精度化できる。またコストも安価になる。
【００１３】
また、電極は、請求項４のように、容器内の生体高分子の集合サイトに対応した空間位置に凸部を設けてもよい。集中的に電界強度を上げられるという効果がある。
【００１４】
また、請求項５のように、容器内の生体高分子の集合サイトに対応した位置に導電性の部材を設置してもよい。
また、請求項６のように電極は容器と機械的に接触させてもよい。
また、請求項７のように電極を透明電極としてもよく、更に透明電極は請求項８のようにＩＴＯ膜で形成してもよい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下図面を用いて本発明を詳しく説明する。図１は本発明に係る測定装置の一実施例を示す構成図である。図１（ａ）において、１１は絶縁体で形成され、ＤＮＡを含む溶液が注入される容器（従来のカートリッジに対応するものであり、カートリッジと呼ぶ場合もある）、１２は正電極、１３は負電極である。電極１２，１３は容器１１を挟むように設置される。なお、容器１１、電極１２，１３は周知の機構によりそれぞれ保持されるが、その機構についての説明は省略してある。
１４は電極１２，１３に印加する電圧を発生する電圧源である。
【００１６】
容器１１の内部には既知のＤＮＡと未知のＤＮＡが混入した溶液が密封状に充填されている。ただし、既知のＤＮＡは容器１１の壁面（図では下面）に固定化されている。
電極１２，１３に電圧源１４から電圧が印加されと、浮遊している未知のＤＮＡは負に帯電しているため図１（ｂ）に示すように正電極１２側に引き寄せられて既知のＤＮＡに接近する。それにより、ハイブリダイゼーションの高速化が可能となる。
【００１７】
ハイブリダイゼーションの後で電極の極性を逆転させると、誤ったハイブリダイゼーションを外すことができる。これによってＳＮＰｓのような１塩基の違いも高精度で測定することができる。
【００１８】
蛍光試薬の結合と観察は従来と同様に行うことができる。なお、外部電極１２，１３は容器１１から移動可能な構造に形成しておくのが望ましい。ハイブリダイゼーション後に外部電極１２，１３を容器１１から離すと、図２に示すように、対物レンズ２１による観察が容易になる。
【００１９】
なお、本発明は、上記実施例に限定されることなく、その本質から逸脱しない範囲で更に多くの変更、変形をも含むものである。
【００２０】
例えば、正電極１２は、図３に示すように各ＤＮＡのサイト（またはスポットとも言う）に対応した位置に、容器１１側に伸びる凸部１２１を設けた構造であってもよい。このような形状を採用するとサイトに対し集中的に電界強度を上げることができる。
【００２１】
あるいは、図４に示すように、容器１１の内壁のサイト位置に導電性の部材（導体）１１１を配置してもよい。既知のＤＮＡは導体１１１の上面に固定化しておく。
また、図３と図４を組み合わせた構造としてもよい。
【００２２】
更にまた、外部電極１２，１３は容器１１と電気的に絶縁されていればよいため、容器１１をプラスチック等の絶縁体で構成するときは容器１１に外部電極１２，１３を接触させても構わない。接触は両者の位置関係の安定化に有利である。
【００２３】
また、外部電極１２，１３としては、図５に示すようにＩＴＯ膜のような透明電極を用いても構わない。透明電極にすると、蛍光観察の場合電極を移動しなくても観察可能になるという利点がある。
【００２４】
なお、蛍光測定は、ハイブリダイゼーション後に内部溶液を排出したドライ状態で測定しても構わない。
更に、容器１１は薄い膜状のフィルムでもよい。サイトと電極の間の距離が短くなるため、図３、図４の場合に電場の位置の精度を向上できる利点がある。
【００２５】
また、各サイトはＤＮＡとして説明したが、これに限らずＲＮＡあるいはＰＮＡ（Peptide Nucleic Acid）でも構わない。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば次のような効果がある。
（１）容器に電極および電気的接続端子を設置しなくても良いため、容器が安価となる。また、対応する読み取り機側にも電極構造とその処理回路が１対だけて済むため装置のコストも安価となる。
【００２７】
（２）電極構造がないため、電気化学的ノイズやゆらぎが発生しにくい。また、読み取り機側の端子との電気的接触も不良を生じない。
（３）容器の電極およびその電気取り出し端子が不要であり、容器が小型になる。また、読み取り機も電極や電圧印加回路等が１対だけで済むため小型となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る測定装置の一実施例を示す構成図である。
【図２】対物レンズでの観察時の説明図である。
【図３】本発明の他の実施例を示す構成図である。
【図４】本発明の更に他の実施例を示す構成図である。
【図５】本発明の更に他の実施例を示す構成図である。
【図６】ＤＮＡを電極に引き寄せる場合の説明図である。
【図７】結合したＤＮＡを剥がす場合の説明図である。
【符号の説明】
２ 既知のＤＮＡ
３ 未知のＤＮＡ
１１ 容器
１２ 正電極
１３ 負電極
１４ 電圧源
２１ 対物レンズ
１１１ 導体
１２１ 凸部
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＤＮＡ等の生体高分子の遺伝子配列を計測する装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
特表平１１−５１２６０５に記載のハイブリダイゼーション用のＤＮＡチップは、基板上に多数の電極を設け、各電極に電流源を接続したものである。電極数は100〜10000程度であり、一般に各電極には異なったＤＮＡが固定される。
【０００３】
このように既知のＤＮＡが固定された基板上に未知のＤＮＡを流してハイブリダイゼーションすることにより、対応するＤＮＡ配列に未知のＤＮＡを結合させることができる。未知のＤＮＡ側に蛍光試薬を結合しておけば、既知のＤＮＡと結合した未知のＤＮＡ配列を知ることができる。
【０００４】
以下更に詳しく説明する。図６に示すように、既知のＤＮＡ２が固定化された電極１にプラスの電圧を印加する。ＤＮＡは負に帯電しているため、未知のＤＮＡ３は図６の（ｂ）に示すようにＤＮＡ２が固定化された電極１に引き寄せられる。これにより、数時間かかっていたハイブリダイゼーションは数十秒で完了する。
【０００５】
また、図７（ａ）に示すように誤った配列で結合した場合は、その結合力が弱いため、ハイブリダイゼーションの後で逆に電極１に弱いマイナスの電圧を印加することにより図７の（ｂ）に示すように外すことができる。これによってSNPs（１塩基多型）のような１塩基の違いも高精度で測定することができる。
【０００６】
このようなＤＮＡチップは、例えば検出系と組み合わせた流体系等と共にカートリッジに収められている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このようなＤＮＡチップには次のような課題があった。
（１）一般にカートリッジは使い捨てであるが、そのカートリッジに多数の電極および電気的接続端子を設置しなければならないため、カートリッジが高価格となる。また、対応する読取り機側にも、電極構造とその処理回路が必要であり、装置全体も高価となる。
（２）ＤＮＡチップとの電気接続部は電極構造であり、接液する金属表面は電気化学的ノイズやゆらぎを発生しやすい。また、読取り機側の端子との電気的接触も不良を起こしやすい。
（３）カートリッジの電極およびその電気取り出し端子が必要であり、カートリッジが大型となる。また読取り機も端子や電圧印加回路等が必要となる。
【０００８】
本発明の目的は、上記の課題を解決するもので、小型の容器を用い、安価で高信頼性の保証された、生体高分子の遺伝子配列を計測するための装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、請求項１の発明では、遺伝子配列のハイブリダイゼーションを測定する測定装置において、前記遺伝子配列からなる生体高分子を含み測定装置から取り外しが可能に形成された容器と、この容器と電気的に絶縁されて容器を挟むように設置され、容器に電界を与えるための電極とを備えたことを特徴とする。
【００１０】
このような構成によれば次のような効果が生じる。
容器に電極から電界を与えると、浮遊している生体高分子が正電極側に引き寄せられ、ハイブリダイゼーションが高速化できる。
容器には電極および電気的接続端子が不要であるため安価であり、また対応する読み取り機側には電極構造とその処理回路が１対で済むため、装置全体としても安価である。
更に、容器には電極構造がないため電気化学的ノイズやゆらぎが発生しにくく、読み取り機側の端子との電気的接続不良も発生しない。
また、容器の電極およびその電気取り出し端子が不要であり、容器は小型となり、読み取り機側も電極や電圧印加回路等が１対だけであるため小型となる。
【００１１】
この場合、請求項２のように、電極に印加する電界方向を変化させる手段を備えると、誤ったハイブリダイゼーションを容易に剥離することができる。
【００１２】
また、請求項３のように容器をフィルムにより形成することもできる。フィルムにするとサイトと電極を容易に近接させることができ、電場の位置を高精度化できる。またコストも安価になる。
【００１３】
また、電極は、請求項４のように、容器内の生体高分子の集合サイトに対応した空間位置に凸部を設けてもよい。集中的に電界強度を上げられるという効果がある。
【００１４】
また、請求項５のように、容器内の生体高分子の集合サイトに対応した位置に導電性の部材を設置してもよい。
また、請求項６のように電極は容器と機械的に接触させてもよい。
また、請求項７のように電極を透明電極としてもよく、更に透明電極は請求項８のようにＩＴＯ膜で形成してもよい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下図面を用いて本発明を詳しく説明する。図１は本発明に係る測定装置の一実施例を示す構成図である。図１（ａ）において、１１は絶縁体で形成され、ＤＮＡを含む溶液が注入される容器（従来のカートリッジに対応するものであり、カートリッジと呼ぶ場合もある）、１２は正電極、１３は負電極である。電極１２，１３は容器１１を挟むように設置される。なお、容器１１、電極１２，１３は周知の機構によりそれぞれ保持されるが、その機構についての説明は省略してある。
１４は電極１２，１３に印加する電圧を発生する電圧源である。
【００１６】
容器１１の内部には既知のＤＮＡと未知のＤＮＡが混入した溶液が密封状に充填されている。ただし、既知のＤＮＡは容器１１の壁面（図では下面）に固定化されている。
電極１２，１３に電圧源１４から電圧が印加されと、浮遊している未知のＤＮＡは負に帯電しているため図１（ｂ）に示すように正電極１２側に引き寄せられて既知のＤＮＡに接近する。それにより、ハイブリダイゼーションの高速化が可能となる。
【００１７】
ハイブリダイゼーションの後で電極の極性を逆転させると、誤ったハイブリダイゼーションを外すことができる。これによってＳＮＰｓのような１塩基の違いも高精度で測定することができる。
【００１８】
蛍光試薬の結合と観察は従来と同様に行うことができる。なお、外部電極１２，１３は容器１１から移動可能な構造に形成しておくのが望ましい。ハイブリダイゼーション後に外部電極１２，１３を容器１１から離すと、図２に示すように、対物レンズ２１による観察が容易になる。
【００１９】
なお、本発明は、上記実施例に限定されることなく、その本質から逸脱しない範囲で更に多くの変更、変形をも含むものである。
【００２０】
例えば、正電極１２は、図３に示すように各ＤＮＡのサイト（またはスポットとも言う）に対応した位置に、容器１１側に伸びる凸部１２１を設けた構造であってもよい。このような形状を採用するとサイトに対し集中的に電界強度を上げることができる。
【００２１】
あるいは、図４に示すように、容器１１の内壁のサイト位置に導電性の部材（導体）１１１を配置してもよい。既知のＤＮＡは導体１１１の上面に固定化しておく。
また、図３と図４を組み合わせた構造としてもよい。
【００２２】
更にまた、外部電極１２，１３は容器１１と電気的に絶縁されていればよいため、容器１１をプラスチック等の絶縁体で構成するときは容器１１に外部電極１２，１３を接触させても構わない。接触は両者の位置関係の安定化に有利である。
【００２３】
また、外部電極１２，１３としては、図５に示すようにＩＴＯ膜のような透明電極を用いても構わない。透明電極にすると、蛍光観察の場合電極を移動しなくても観察可能になるという利点がある。
【００２４】
なお、蛍光測定は、ハイブリダイゼーション後に内部溶液を排出したドライ状態で測定しても構わない。
更に、容器１１は薄い膜状のフィルムでもよい。サイトと電極の間の距離が短くなるため、図３、図４の場合に電場の位置の精度を向上できる利点がある。
【００２５】
また、各サイトはＤＮＡとして説明したが、これに限らずＲＮＡあるいはＰＮＡ（Peptide Nucleic Acid）でも構わない。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば次のような効果がある。
（１）容器に電極および電気的接続端子を設置しなくても良いため、容器が安価となる。また、対応する読み取り機側にも電極構造とその処理回路が１対だけて済むため装置のコストも安価となる。
【００２７】
（２）電極構造がないため、電気化学的ノイズやゆらぎが発生しにくい。また、読み取り機側の端子との電気的接触も不良を生じない。
（３）容器の電極およびその電気取り出し端子が不要であり、容器が小型になる。また、読み取り機も電極や電圧印加回路等が１対だけで済むため小型となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る測定装置の一実施例を示す構成図である。
【図２】対物レンズでの観察時の説明図である。
【図３】本発明の他の実施例を示す構成図である。
【図４】本発明の更に他の実施例を示す構成図である。
【図５】本発明の更に他の実施例を示す構成図である。
【図６】ＤＮＡを電極に引き寄せる場合の説明図である。
【図７】結合したＤＮＡを剥がす場合の説明図である。
【符号の説明】
２ 既知のＤＮＡ
３ 未知のＤＮＡ
１１ 容器
１２ 正電極
１３ 負電極
１４ 電圧源
２１ 対物レンズ
１１１ 導体
１２１ 凸部
Claims (8)
- 遺伝子配列のハイブリダイゼーションを測定する測定装置において、
前記遺伝子配列からなる生体高分子を含み測定装置から取り外しが可能に形成された容器と、
この容器と電気的に絶縁されて容器を挟むように設置され、容器に電界を与えるための電極と
を備えたことを特徴とする測定装置。 - 前記電極に印加する電界方向を変化させる手段を備え、誤ったハイブリダイゼーションが剥離されるようにしたことを特徴とする請求項１記載の測定装置。
- 前記容器はフィルムにより形成されていることを特徴とする請求項１または２記載の測定装置。
- 前記電極は、容器内に設けられた複数種類の生体高分子の集合サイトに対応した空間位置に、凸部を設けたことを特徴とする請求項１または２または３記載の測定装置。
- 前記容器内の生体高分子の集合サイトに対応した位置に導電性の部材を設置したことを特徴とする請求項１または２または３または４記載の測定装置。
- 前記電極は容器と機械的に接触していることを特徴とする請求項１または２または３または４または５記載の測定装置。
- 前記電極が透明電極であることを特徴とする請求項１または２または３記載の測定装置。
- 前記透明電極がＩＴＯ膜であることを特徴とする請求項７記載の測定装置。
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|---|---|---|---|
| JP2000271357A JP4193345B2 (ja) | 2000-09-07 | 2000-09-07 | 生体高分子の遺伝子配列を計測するための測定装置 |
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| EP01120879A EP1186670B1 (en) | 2000-09-07 | 2001-08-30 | Apparatus for reading the genetic sequence of biopolymers |
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| JP2000271357A JP4193345B2 (ja) | 2000-09-07 | 2000-09-07 | 生体高分子の遺伝子配列を計測するための測定装置 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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| JP4193345B2 true JP4193345B2 (ja) | 2008-12-10 |
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ID=18757660
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000271357A Expired - Fee Related JP4193345B2 (ja) | 2000-09-07 | 2000-09-07 | 生体高分子の遺伝子配列を計測するための測定装置 |
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| EP (1) | EP1186670B1 (ja) |
| JP (1) | JP4193345B2 (ja) |
| DE (1) | DE60119458T2 (ja) |
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2000
- 2000-09-07 JP JP2000271357A patent/JP4193345B2/ja not_active Expired - Fee Related
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2001
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